JP2021067722A - 可動装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】固有共振周波数の低下を抑制するとともに、大きな走査角を得ることのできる可動装置を提供する。【解決手段】光を反射するミラー部を有する可動部と、前記可動部と一端が接続されており前記可動部を回動可能に支持する支持部と、前記支持部の他端と接続されている固定部と、を有し、前記支持部は、複数のカンチレバー部と、隣り合う前記カンチレバー部を接続する接続部を有し、前記支持部を所定の部分で２分した場合、前記固定部側のカンチレバー部は、前記可動部側のカンチレバー部よりも長く、前記可動部側のカンチレバー部は、前記固定部側のカンチレバー部よりも軽いことを特徴とする可動装置により、上記課題を解決する。【選択図】図１８

Description

本発明は、可動装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、及び車両に関する。

近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造されるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。

ＭＥＭＳデバイスとして、反射面を設けた可動部と弾性梁とをウエハ上に一体に形成し、弾性梁に薄膜化した圧電材料を重ね合わせて構成した駆動梁で、可動部を駆動（回動）させる可動装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）

このような可動装置の構成により、小型かつ簡便な２次元光偏向装置や、それを用いた画像表示装置が可能になることが既に知られている。

ところで、上記のような可動装置である光偏向器において、機械的な駆動感度を向上させるための一般的な方法としては、ミアンダ構造を形成している振動梁となるカンチレバー部の長さの長尺化等の方法が考えられる。しかしながら、振動梁となるカンチレバー部の長さを長尺化すると、アクチュエータ全体の固有共振周波数が低下してしまい、その結果、機械的な強度が低下し、揺れやすくなるといった懸念がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、固有共振周波数の低下を抑制するとともに、大きな走査角を得ることのできる可動装置を提供することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る可動装置は、光を反射するミラー部を有する可動部と、前記可動部と一端が接続されており前記可動部を回動可能に支持する支持部と、前記支持部の他端と接続されている固定部と、を有し、前記支持部は、複数のカンチレバー部と、隣り合う前記カンチレバー部を接続する接続部を有し、前記支持部を所定の部分で２分した場合、前記固定部側のカンチレバー部は、前記可動部側のカンチレバー部よりも長く、前記可動部側のカンチレバー部は、前記固定部側のカンチレバー部よりも軽いことを特徴とする。

開示の技術によれば、可動装置において、固有共振周波数の低下を抑制するとともに、大きな走査角を得ることができる。

光走査システムの一例の概略図である。 光走査システムの一例のハードウェア構成図である。 制御装置の一例の機能ブロック図である。 光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。 ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。 光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。 光書込装置の一例の概略図である。 ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。 ライダ装置の一例の概略図である。 レーザヘッドランプの構成の一例を説明する概略図である。 ヘッドマウントディスプレイの構成の一例を示す概略斜視図である。 ヘッドマウントディスプレイの構成の一部の一例を示す図である。 パッケージングされた可動装置の一例を示す概略図である。 可動装置である１軸の光偏向器の構造図である。 可動装置である１軸の光偏向器の断面図である。 可動装置である２軸の光偏向器の構造図である。 第１の実施形態における可動装置である光偏向器の構造図である。 第１の実施形態における可動装置である光偏向器の断面図である。 第１の実施形態における可動装置である光偏向器の特性図である。 第１の実施形態における光偏向器の説明図（１）である。 第１の実施形態における光偏向器の説明図（２）である。 第１の実施形態における光偏向器の説明図（３）である。 第１の実施形態における光偏向器の説明図（４）である。 第１の実施形態における光偏向器の変形例１の構造図である。 第１の実施形態における光偏向器の変形例２の構造図である。 第１の実施形態における支持部が１つの光偏向器の構造図である。 第１の実施形態における支持部が３つの光偏向器の構造図である。 第１の実施形態における支持部が４つの光偏向器の構造図である。 第１の実施形態における可動装置である２軸の光偏向器の構造図である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の構造図である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の断面図（１）である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の断面図（２）である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の説明図である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の変形例１の説明図である。 第２の実施形態における可動装置である光偏向器の変形例２の説明図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

［光走査システム］
まず、本実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。

図１には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図１に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を可動装置１３の有する反射面１４により偏向して被走査面１５を光走査するシステムである。

光走査システム１０は、制御装置１１，光源装置１２、反射面１４を有する可動装置１３により構成される。

制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。可動装置１３は、例えば反射面１４を有し、反射面１４を可動可能なＭＥＭＳ（Micro Electromechanical Systems）デバイスである。光源装置１２は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面１５は、例えばスクリーンである。

制御装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２および可動装置１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２および可動装置１３に駆動信号を出力する。

光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４を１軸方向または２軸方向の少なくともいずれかに可動させる。

これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた制御装置１１の制御によって、可動装置１３の反射面１４を所定の範囲で２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光をある１軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。なお、本実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。

次に、光走査システム１０一例のハードウェア構成について図２を用いて説明する。図２は、光走査システム１０の一例のハードウェア構成図である。図２に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１、光源装置１２および可動装置１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。このうち、制御装置１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ２１（Random Access Memory）、ＲＯＭ２２（Read Only Memory）、ＦＰＧＡ２３、外部Ｉ／Ｆ２４、光源装置ドライバ２５、可動装置ドライバ２６を備えている。

ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２１上に読み出し、処理を実行して、制御装置１１の全体の制御や機能を実現する演算装置である。

ＲＡＭ２１は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。

ＲＯＭ２２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ２０が光走査システム１０の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。

ＦＰＧＡ２３は、ＣＰＵ２０の処理に従って、光源装置ドライバ２５および可動装置ドライバ２６に適した制御信号を出力する回路である。

外部Ｉ／Ｆ２４は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の上位装置、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えば自動車のＣＡＮ(Controller Area Network)やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等である。外部Ｉ／Ｆ２４は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部Ｉ／Ｆ２４が用意されてもよい。

光源装置ドライバ２５は、入力された制御信号に従って光源装置１２に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

可動装置ドライバ２６は、入力された制御信号に従って可動装置１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

制御装置１１において、ＣＰＵ２０は、外部Ｉ／Ｆ２４を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、ＣＰＵ２０が光走査情報を取得することができる構成であればよく、制御装置１１内のＲＯＭ２２やＦＰＧＡ２３に光走査情報を格納する構成としてもよいし、制御装置１１内に新たにＳＳＤ等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。

ここで、光走査情報とは、被走査面１５にどのように光走査させるかを示した情報であり、例えば、光走査により画像を表示する場合は、光走査情報は画像データである。また、例えば、光走査により光書込みを行う場合は、光走査情報は書込み順や書込み箇所を示した書込みデータである。他にも、例えば、光走査により物体認識を行う場合は、光走査情報は物体認識用の光を照射するタイミングと照射範囲を示す照射データである。

制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。

次に、光走査システム１０の制御装置１１の機能構成について図３を用いて説明する。図３は、光走査システムの制御装置の一例の機能ブロック図である。

図３に示すように、制御装置１１は、機能として制御部３０と駆動信号出力部３１とを有する。

制御部３０は、例えばＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部３１に出力する。例えば、制御部３０は、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部３１に出力する。駆動信号出力部３１は、光源装置ドライバ２５、可動装置ドライバ２６等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置１２または可動装置１３に駆動信号を出力する。

駆動信号は、光源装置１２または可動装置１３の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置１２においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、可動装置１３においては、可動装置１３の有する反射面１４を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。

次に、光走査システム１０が被走査面１５を光走査する処理について図４を用いて説明する。図４は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。

ステップＳ１１において、制御部３０は、外部装置等から光走査情報を取得する。

ステップＳ１２において、制御部３０は、取得した光走査情報から制御信号を生成し、制御信号を駆動信号出力部３１に出力する。

ステップＳ１３において、駆動信号出力部３１は、入力された制御信号に基づいて駆動信号を光源装置１２および可動装置１３に出力する。

ステップ１４において、光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の可動を行う。光源装置１２および可動装置１３の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。

なお、上記光走査システム１０では、１つの制御装置１１が光源装置１２および可動装置１３を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。

また、上記光走査システム１０では、一つの制御装置１１に光源装置１２および可動装置１３の制御部３０の機能および駆動信号出力部３１の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部３０を有した制御装置１１とは別に駆動信号出力部３１を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム１０のうち、反射面１４を有した可動装置１３と制御装置１１により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。

［画像投影装置］
次に、本実施形態の可動装置を適用した画像投影装置について、図５および図６を用いて詳細に説明する。

図５は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置５００を搭載した自動車４００の実施形態に係る概略図である。また、図６はヘッドアップディスプレイ装置５００の一例の概略図である。

画像投影装置は、光走査により画像を投影する装置であり、例えばヘッドアップディスプレイ装置である。

図５に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、例えば、自動車４００のウインドシールド（フロントガラス４０１等）の付近に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置５００から発せられる投射光Ｌがフロントガラス４０１で反射され、ユーザーである観察者（運転者４０２）に向かう。これにより、運転者４０２は、ヘッドアップディスプレイ装置５００によって投影された画像等を虚像として視認することができる。なお、ウインドシールドの内壁面にコンバイナを設置し、コンバイナによって反射する投射光によってユーザーに虚像を視認させる構成にしてもよい。

図６に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメートレンズ５０２，５０３，５０４と、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６と、光量調整部５０７と、から構成される入射光学系を経た後、反射面１４を有する可動装置１３にて偏向される。そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー５０９と、中間スクリーン５１０と、投射ミラー５１１とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置５００では、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂ、コリメートレンズ５０２，５０３，５０４、ダイクロイックミラー５０５，５０６は、光源ユニット５３０として光学ハウジングによってユニット化されている。

上記ヘッドアップディスプレイ装置５００は、中間スクリーン５１０に表示される中間像を自動車４００のフロントガラス４０１に投射することで、その中間像を運転者４０２に虚像として視認させる。

レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ５０２，５０３，５０４で略平行光とされ、合成部となる２つのダイクロイックミラー５０５，５０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部５０７で光量が調整された後、反射面１４を有する可動装置１３によって二次元走査される。可動装置１３で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー５０９で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン５１０に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン５１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン５１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。

可動装置１３は、反射面１４を２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この可動装置１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。

以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置５００の説明をしたが、画像投影装置は、反射面１４を有した可動装置１３により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。

また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、あるいは、その場から移動せずにマニピュレータ等の駆動対象を操作する作業ロボットなどの非移動体に搭載されてもよい。

尚、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、特許請求の範囲に記載の「ヘッドアップディスプレイ」の一例である。また自動車４００は、特許請求の範囲に記載の「車両」の一例である。

［光書込装置］
次に、本実施形態の可動装置１３を適用した光書込装置について図７および図８を用いて詳細に説明する。

図７は、光書込装置６００を組み込んだ画像形成装置の一例である。また、図８は、光書込装置の一例の概略図である。

図７に示すように、上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有するレーザプリンタ６５０等に代表される画像形成装置の構成部材として使用される。画像形成装置において光書込装置６００は、１本または複数本のレーザビームで被走査面１５である感光体ドラムを光走査することにより、感光体ドラムに光書込を行う。

図８に示すように、光書込装置６００において、レーザ素子などの光源装置１２からのレーザ光は、コリメートレンズなどの結像光学系６０１を経た後、反射面１４を有する可動装置１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。そして、可動装置１３で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ６０２ａと第二レンズ６０２ｂ、反射ミラー部６０２ｃからなる走査光学系６０２を経て、被走査面１５（例えば感光体ドラムや感光紙）に照射し、光書込みを行う。走査光学系６０２は、被走査面１５にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置１２および反射面１４を有する可動装置１３は、制御装置１１の制御に基づき駆動する。

このように上記光書込装置６００は、レーザ光によるプリンタ機能を有する画像形成装置の構成部材として使用することができる。また、走査光学系を異ならせて１軸方向だけでなく２軸方向に光走査可能にすることで、レーザ光をサーマルメディアに偏向して光走査し、加熱することで印字するレーザラベル装置等の画像形成装置の構成部材として使用することができる。

上記光書込装置に適用される反射面１４を有した可動装置１３は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。また、可動装置１３の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また可動装置１３の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。

［物体認識装置］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用した物体認識装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。

図９は、物体認識装置の一例であるライダ（ＬｉＤＡＲ；Laser Imaging Detection and Ranging）装置を搭載した自動車の概略図である。また、図１０はライダ装置の一例の概略図である。

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばライダ装置である。

図９に示すように、ライダ装置７００は、例えば自動車７０１に搭載され、対象方向を光走査して、対象方向に存在する被対象物７０２からの反射光を受光することで、被対象物７０２を認識する。

図１０に示すように、光源装置１２から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ７０３と、平面ミラー７０４とから構成される入射光学系を経て、反射面１４を有する可動装置１３で１軸もしくは２軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ７０５等を経て装置前方の被対象物７０２に照射される。光源装置１２および可動装置１３は、制御装置１１により駆動を制御される。被対象物７０２で反射された反射光は、光検出器７０９により光検出される。すなわち、反射光は入射光検出受光光学系である集光レンズ７０６等を経て撮像素子７０７により受光され、撮像素子７０７は検出信号を信号処理回路７０８に出力する。信号処理回路７０８は、入力された検出信号に２値化やノイズ処理等の所定の処理を行い、結果を測距回路７１０に出力する。

測距回路７１０は、光源装置１２がレーザ光を発光したタイミングと、光検出器７０９でレーザ光を受光したタイミングとの時間差、または受光した撮像素子７０７の画素ごとの位相差によって、被対象物７０２の有無を認識し、さらに被対象物７０２との距離情報を算出する。

反射面１４を有する可動装置１３は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。このようなライダ装置は、例えば車両、航空機、船舶、ロボット等に取り付けられ、所定範囲を光走査して障害物の有無や障害物までの距離を認識することができる。

上記物体認識装置では、一例としてのライダ装置７００の説明をしたが、物体認識装置は、反射面１４を有した可動装置１３を制御装置１１で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物７０２を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、手や顔を光走査して得た距離情報から形状等の物体情報を算出し、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象範囲への光走査により侵入物を認識するセキュリティセンサ、光走査により得た距離情報から形状等の物体情報を算出して認識し、３次元データとして出力する３次元スキャナの構成部材などにも同様に適用することができる。

［レーザヘッドランプ］
次に、上記本実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ５０について、図１１ を用いて説明する。図１１は、レーザヘッドランプ５０の構成の一例を説明する概略図である。

レーザヘッドランプ５０は、制御装置１１と、光源装置１２ｂと、反射面１４を有する可動装置１３と、ミラー５１と、透明板５２とを有する。

光源装置１２ｂは、青色のレーザ光を発する光源である。光源装置１２ｂから発せられた光は、可動装置１３に入射し、反射面１４にて反射される。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面をＸＹ方向に可動し、光源装置１２ｂからの青色のレーザ光をＸＹ方向に二次元走査する。

可動装置１３による走査光は、ミラー５１で反射され、透明板５２に入射する。透明板５２は、表面又は裏面を黄色の蛍光体により被覆されている。ミラー５１からの青色のレーザ光は、透明板５２における黄色の蛍光体の被覆を通過する際に、ヘッドライトの色として法定される範囲の白色に変化する。これにより自動車の前方は、透明板５２からの白色光で照明される。

可動装置１３による走査光は、透明板５２の蛍光体を通過する際に所定の散乱をする。これにより自動車前方の照明対象における眩しさは緩和される。

可動装置１３を自動車のヘッドライトに適用する場合、光源装置１２ｂ及び蛍光体の色は、それぞれ青及び黄色に限定されない。例えば、光源装置１２ｂを近紫外線とし、透明板５２を、光の三原色の青色、緑色及び赤色の各蛍光体を均一に混ぜたもので被覆してもよい。この場合でも、透明板５２を通過する光を白色に変換でき、自動車の前方を白色光
で照明することができる。

［ヘッドマウントディスプレイ］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ６０について、図１２〜１３を用いて説明する。ここでヘッドマウントディスプレイ６０は、人間の頭部に装着可能な頭部装着型ディスプレイで、例えば、眼鏡に類する形状とすることができる。ヘッドマウントディスプレイを、以降ではＨＭＤと省略して示す。

図１２は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図１２において、ＨＭＤ６０は、左右に１組ずつ略対称に設けられたフロント６０ａ、及びテンプル６０ｂにより構成されている。フロント６０ａは、例えば、導光板６１により構成することができ、光学系や制御装置等は、テンプル６０ｂに内蔵することができる。

図１３は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図１３では、左眼用の構成を例示しているが、ＨＭＤ６０は右眼用としても同様の構成を有している。

ＨＭＤ６０は、制御装置１１と、光源ユニット５３０と、光量調整部５０７と、反射面１４を有する可動装置１３と、導光板６１と、ハーフミラー６２とを有している。

光源ユニット５３０は、上述したように、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂと、コリメートレンズ５０２、５０３、及び５０４と、ダイクロイックミラー５０５、及び５０６とを、光学ハウジングによってユニット化したものである。光源ユニット５３０において、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、及び５０１Ｂからの三色のレーザ光は、合成部となるダイクロイックミラー５０５及び５０６で合成される。光源ユニット５３０からは、合成された平行光が発せられる。

光源ユニット５３０からの光は、光量調整部５０７により光量調整された後、可動装置１３に入射する。可動装置１３は、制御装置１１からの信号に基づき、反射面１４をＸＹ方向に可動し、光源ユニット５３０からの光を二次元走査する。この可動装置１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われ、走査光によりカラー画像が形成される。

可動装置１３による走査光は、導光板６１に入射する。導光板６１は、走査光を内壁面で反射させながらハーフミラー６２に導光する。導光板６１は、走査光の波長に対して透過性を有する樹脂等により形成されている。

ハーフミラー６２は、導光板６１からの光をＨＭＤ６０の背面側に反射し、ＨＭＤ６０の装着者６３の眼の方向に出射する。ハーフミラー６２は、例えば、自由曲面形状を有している。走査光による画像は、ハーフミラー６２での反射により、装着者６３の網膜に結像する。或いは、ハーフミラー６２での反射と眼球における水晶体のレンズ効果とにより、装着者６３の網膜に結像する。またハーフミラー６２での反射により、画像は空間歪が補正される。装着者６３は、ＸＹ方向に走査される光で形成される画像を、観察することができる。

６２はハーフミラーであるため、装着者６３には、外界からの光による像と走査光による画像が重畳して観察される。ハーフミラー６２に代えてミラーを設けることで、外界からの光をなくし、走査光による画像のみを観察できる構成としてもよい。

［パッケージング］
次に、本実施形態の可動装置のパッケージングについて図１４を用いて説明する。

図１４は、パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。

図１４に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０１の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材８０１の一部を透過部材８０３で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、可動装置１３の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。

以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、レーザヘッドランプ、及びヘッドマウントディスプレイに使用される本実施形態の可動装置の詳細について、以下で図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態の説明では、第１軸を回動の中心とした光走査を副走査とし、第２軸を回動の中心とした光走査を主走査とする。また実施形態の用語における回動、揺動、可動は同義であるとする。さらに、矢印により示した方向のうち、Ｘ方向は第１軸と平行な方向、Ｙ方向は第２軸と平行な方向、Ｚ方向はＸＹ平面と直交する方向とする。なお、Ｚ方向は「積層方向」の一例である。

〔第１の実施形態〕
最初に、可動装置である１軸の光偏向器について説明する。図１５は第１軸を中心に揺動可能な両持ちタイプの光偏向器９００の平面図である。図１５に示されるように、光偏向器９００は、例えば、円形状のミラー部９０１と、ミラー部９０１の基体の＋Ｚ側の面上に形成されたミラー反射面９０２等を有している。ミラー部９０１は、例えば、シリコン層から構成される。そのほか酸化材や無機材料、有機材料で構成されてもよい。複数の材料または同じ材料の複数層で構成されてもよい。ミラー反射面９０２は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜で構成される。また、ミラー部９０１の基体の−Ｚ側の面にミラー部補強用のリブ構造が形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層および酸化シリコン層から構成され、可動によって生じるミラー部９０１及びミラー反射面９０２の変形歪を抑制する。

ミラー部９０１及びミラー反射面９０２を含む可動部９０３は、１対のアクチュエータである支持部９０４ａ、９０４ｂにより、回動可能な状態で支持されている。具体的には、支持部９０４ａ及び９０４ｂの各々の一方の端部（一端）は、可動部接続部９０５を介し可動部９０３に接続されており、一方の端部とは反対側の他方の端部（他端）は、固定部９０８に接続されている。

図１５においては、固定部９０８は枠状に形成されているが、固定部９０８は枠状でなくてもよい。支持部９０４ａ及び９０４ｂは、Ｙ方向に長く延びたカンチレバー部９１５が複数設けられており、隣り合うカンチレバー部９１５同士は、交互に＋Ｙ側、−Ｙ側で接続部９１６により接続されており、ミアンダ構造となっている。

即ち、支持部９０４ａ及び９０４ｂは、各々Ｙ方向に長く延びた複数のカンチレバー部９１５が、接続部９１６により折り返すように接続されミアンダ構造となっている。複数のカンチレバー部９１５の＋Ｚ側の面の上には、カンチレバー部９１５ごとに、交互に圧電駆動部郡９２５Ａと圧電駆動部郡９２５Ｂが設けられている。固定部９０８には、電気コンタクト用電極端子９０９が設けられており、電気コンタクト用電極端子９０９と圧電駆動部郡９２５Ａ及び圧電駆動部郡９２５Ｂを接続する不図示の電気配線が設けられている。電気コンタクト用電極端子９０９に電圧信号を入力することにより、電気配線を介し、圧電駆動部郡９２５Ａ及び圧電駆動部郡９２５Ｂに電圧信号が印加され、ミラー部９０１を含む可動部９０３を第１軸を中心に回動させることができる。

図１５に示される１軸の光偏向器では、各々のカンチレバー部９１５のＹ方向の長さは略同じとなるように形成されており、カンチレバー部９１５の＋Ｙ側の端部及び−Ｙ側の端部は、Ｘ軸方向に揃っている。

図１６は、図１５における一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図である。ミアンダ構造の支持部９０４ａのカンチレバー部９１５及び可動部接続部９０５は、弾性部となる基部がシリコン層９３０により形成されている。カンチレバー部９１５及び可動部接続部９０５の基部は、剛性を有しており、半導体プロセス処理に適用可能な材料であればよく、無機材料または有機材料、金属ガラス等により形成されていてもよく、また、複数の材料を多層化した多層構造であってもよい。

圧電駆動部郡９２５Ａ及び圧電駆動部郡９２５Ｂを形成している各々の圧電駆動部は、弾性部となるシリコン層９３０の＋Ｚ側の面の上に、下部電極９３１、圧電層９３２、上部電極９３３が順に積層されている。下部電極９３１及び上部電極９３３は、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等により形成されている。圧電層９３２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により形成されているが、その他の圧電材料であってもよく、種類は問わない。また、圧電駆動部は、圧電層が複数積層され、中間電極を含む構造のものであってもよい。圧電駆動部は、外部制御装置に電気的に接続されており、電圧を印加することで駆動する圧電アクチュエータである。また、圧電駆動部郡９２５Ａ及び圧電駆動部郡９２５Ｂにおける各々の圧電駆動部は、酸化シリコン等により形成された不図示の絶縁膜で覆われており、その絶縁膜の＋Ｚ側の面の上に電気配線が形成されていてもよい。

可動部接続部９０５は、シリコン層９３０と、シリコン層９３０の−Ｚ側の面に順に積層された層間膜９４１、支持層９４２が設けられている。層間膜９４１は、酸化シリコン等の絶縁膜により形成されている。また、支持層９４２は単結晶シリコンにより形成されているが、シリコン層９３０を支持し、固定することができるものであれば、シリコンに限定されない。また、可動部９０３、接続部９１６及び可動部接続部９０５の＋Ｚ側の面の上には、図示はしないが絶縁膜や電気配線が形成されていてもよい。

図１５に示される構造の１軸の光偏向器では、圧電駆動部郡９２５Ａ及び圧電駆動部郡９２５Ｂにおける圧電駆動部に電圧を印加することにより、可動部９０３を第１軸を中心に回動させることができる。

ところで、図１５に示される構造の１軸の光偏向器においてミラーの振れ角を向上させるための一般的な方法としては、ミアンダ構造を形成している振動梁となるカンチレバー部９１５の長さの長尺化等の方法が考えられる。しかしながら、振動梁となるカンチレバー部９１５の長さの長尺化により、アクチュエータ全体の固有共振周波数は低下するため、機械的な強度が低下し、揺れやすくなる。

このため、固有共振周波数の低下を抑制するとともに、大きな走査角を得ることのできる光偏向器が求められている。

次に、２軸の光偏向器について説明する。図１７は、第１軸及び第２軸を中心に揺動可能な両持ちタイプの光偏向器９５０の平面図である。２軸の光偏向器では、一方の軸を中心とする揺動は、機械的な共振周波数を用いる共振振動により、他方の軸を中心とする揺動は、非共振振動をにより駆動することが一般的である。

図１７に示される光偏向器９５０では、ミラー部９０１及びミラー反射面９０２を含む可動部９５３は、１対のアクチュエータである支持部９０４ａ、９０４ｂにより支持されている。可動部９５３は、一方の端がミラー部９０１と接続されており、他方の端が可動部カンチレバー９５７ａ、９５７ｂと接続されており、第２軸方向において、ミラー部９０１を挟みこむ形で支持するトーション梁９５６ａ、９５６ｂを有している。尚、可動部カンチレバー９５７ａ、９５７ｂの両端は枠状の可動部９５３の内側に接続されている。

例えば、トーション梁９５６ａ、９５６ｂのねじれ共振周波数を約２０ｋＨｚに設定した場合、トーション梁９５６ａ、９５６ｂに接続された可動部カンチレバー９５７ａ、９５７ｂの＋Ｚ側の面に設けられた圧電駆動部に共振周波数近傍の駆動信号を入力する。これにより、可動部カンチレバー９５７ａ、９５７ｂが振動し、この振動を受けてトーション梁９５６ａ、９５６ｂの機械的共振のねじれが生じ、第２軸を中心に揺動させることができる。更にミアンダ構造の支持部９０４ａ及び９０４ｂによる第１軸を中心とした揺動と組み合わせることにより、リサージュスキャンやラスタスキャンが可能になる。

図１７に示される２軸の光偏向器についても同様に、固有共振周波数の低下を抑制するとともに、大きな走査角を得ることのできる光偏向器が求められている。

（光偏向器）
次に、第１の実施形態における可動装置である光偏向器について説明する。本実施形態における光偏向器は、図１８に示されるように１軸の光偏向器であり、回動軸となる第１軸を中心に揺動可能な両持ちタイプの光偏向器１００の平面図である。

図１８に示されるように、光偏向器１００は、例えば、円形状のミラー部１０１と、ミラー部１０１の基体の＋Ｚ側の面上に形成されたミラー反射面１０２等を有している。ミラー部１０１は、例えば、シリコン層から構成される。そのほか酸化材や無機材料、有機材料で構成されてもよい。複数の材料または同じ材料の複数層で構成されてもよい。ミラー反射面１０２は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜で構成される。また、ミラー部１０１の基体の−Ｚ側の面にミラー部補強用のリブ構造が形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層および酸化シリコン層から構成され、可動によって生じるミラー部１０１及びミラー反射面１０２の変形歪を抑制する。

ミラー部１０１及びミラー反射面１０２を含む略円形状の可動部１０３は、１対のアクチュエータである支持部１０４ａ、１０４ｂにより、回動可能な状態で支持されている。具体的には、支持部１０４ａ及び１０４ｂの各々の一方の端部（一端）は、可動部接続部１０５を介し可動部１０３に接続されており、一方の端部とは反対側の他方の端部（他端）は、固定部１０８に接続されている。

図１８においては、固定部１０８は枠状に形成されているが、固定部１０８は枠状でなくてもよい。支持部１０４ａ及び１０４ｂは、カンチレバー部１１５が複数設けられており、隣り合うカンチレバー部１１５同士は、交互に＋Ｙ側、−Ｙ側が接続部１１６により接続されており、ミアンダ構造となっている。尚、ミラー部１０１及び可動部１０３は、楕円形状、または多角形状で形成されていてもよい。

支持部１０４ａ及び１０４ｂにおけるカンチレバー部１１５は、略円形状の可動部１０３の中心を中心とした円弧となるように形成されており、可動部１０３に近い側から固定部１０８に向かって、徐々に長さが長くなっている。よって、平面視した場合に、カンチレバー部１１５の形状は、固定部１０８側に向かって凸となる円弧となっている。従って、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５よりも、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５は長く、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５は、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５よりも軽くなっている。即ち、支持部１０４ａ及び１０４ｂを所定の部分で２分割した場合、固定部１０８側のカンチレバー部１１５は、可動部１０３側のカンチレバー部１１５よりも長い。また、可動部１０３側のカンチレバー部１１５は、固定部１０８側のカンチレバー部１１５よりも軽い。

尚、図１８では、可動部１０３は、可動部１０３の＋Ｘ側及び−Ｘ側に設けられた２つの支持部１０４ａ及び１０４ｂにより支持されているが、後述するように、可動部１０３が１つの支持部により支持され、第１軸を中心に回動するものであってもよい。

上述したように、支持部１０４ａ及び１０４ｂは、円弧状の複数のカンチレバー部１１５が、折り返すように接続部１１６により接続されておりミアンダ構造となっている。各々のカンチレバー部１１５の＋Ｚ側の面の上には、カンチレバー部１１５ごとに、交互に圧電駆動部郡１２５Ａと圧電駆動部郡１２５Ｂが設けられている。固定部１０８には、電気コンタクト用電極端子１０９が設けられており、電気コンタクト用電極端子１０９と圧電駆動部郡１２５Ａ及び圧電駆動部郡１２５Ｂを接続する不図示の電気配線が設けられている。電気コンタクト用電極端子１０９に電圧信号を入力することにより、電気配線を介し、圧電駆動部郡１２５Ａ及び圧電駆動部郡１２５Ｂに電圧信号が印加され、ミラー部１０１を含む可動部１０３を第１軸を中心に回動させることができる。

図１９は、図１８における一点鎖線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図である。ミアンダ構造の支持部１０４ａのカンチレバー部１１５は、弾性部となる基部がシリコン層１３０により形成されている。カンチレバー部１１５の基部は、剛性を有し、半導体プロセス処理に適用可能な材料であればよく、無機材料または有機材料、金属ガラス等により形成されていてもよく、また、複数の材料を多層化した多層構造であってもよい。

圧電駆動部郡１２５Ａ及び圧電駆動部郡１２５Ｂを形成している各々の圧電駆動部は、弾性部となるシリコン層１３０の＋Ｚ側の面の上に、下部電極１３１、圧電層１３２、上部電極１３３が順に積層されている。下部電極１３１及び上部電極１３３は、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等により形成されている。圧電層１３２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により形成されているが、その他の圧電材料であってもよく、種類は問わない。また、圧電駆動部は、圧電層が複数積層され、中間電極を含む構造のものであってもよい。圧電駆動部は、外部制御装置に電気的に接続されており、電圧を印加することで駆動する圧電アクチュエータである。また、圧電駆動部郡１２５Ａ及び圧電駆動部郡１２５Ｂを形成している各々の圧電駆動部の＋Ｚ側は、酸化シリコン等により形成された不図示の絶縁膜で覆われており、その絶縁膜の＋Ｚ側の面の上に電気配線が形成されているものであってもよい。

可動部接続部１０５は、シリコン層１３０と、シリコン層１３０の−Ｚ側の面に、順に積層された層間膜、シリコン支持層が形成されている。層間膜は、酸化シリコン等の絶縁膜により形成されている。また、支持層は単結晶シリコンにより形成されているが、シリコン層を支持し、固定することができるものであれば、シリコンに限らない。また、可動部１０３、接続部１１６及び可動部接続部１０５の＋Ｚ側の面の上には、図示はしないが絶縁膜や電気配線が形成されていてもよい。

図１８に示される構造の１軸の光偏向器では、圧電駆動部郡１２５Ａ及び圧電駆動部郡１２５Ｂにおける圧電駆動部に電圧を印加することにより、可動部１０３を第１軸を中心に回動させることができる。

本実施形態においては、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５は、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５よりも長く、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５は、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５よりも軽い。従って、アクチュエータとなる支持部１０４ａ、１０４ｂの全体の長さを長くするとともに、可動部側のカンチレバー部１１５の重量が軽くなる。このため、共振に対する機械的な強度を高めつつ、大きな走査角を得ることが可能になる。

図２０は、図１５に示す光偏向器と、図１８に示す本実施形態における光偏向器において、１次モードの共振周波数と、可動部１０３の揺動角となるミラーの触れ角との関係を示す。１次モードの共振周波数は共振周波数のうち最も低い共振周波数であり、ミラーの触れ角はミラーの走査角に対応している。図２０に示されるように、図１５に示す光偏向器に比べて、図１８に示す本実施形態における光偏向器では、１次モードの共振周波数及びミラーの触れ角の双方を高くすることができる。

尚、本実施形態は、図２１に示されるように、固定部１０８は、分離している形状のものであってもよい。また、図２２に示されるように、固定部１０８は、固定部１０８と、可動部１０３に及び支持部１０４ａ、１０４ｂとの隙間が狭くなるように形成されているものであってもよい。

また、本実施形態においては、図２３に示されるように、支持部１０４ａは、＋Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ１ａと、−Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ２ａとの交点が第１軸上に位置するような扇形の形状であることが好ましい。また、支持部１０４ｂは、＋Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ１ｂと、−Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ２ｂとの交点が第１軸上に位置するような扇形の形状であることが好ましい。支持部１０４ａ、１０４ｂを、＋Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線と−Ｙ側の接続部１１６の端部を結ぶ延長線との交点が、第１軸上に位置するように形成することにより、第１軸を中心として、可動部１０３を安定して揺動させることができる。

更に、図２４に示されるように、支持部１０４ａ、１０４ｂにおいて、一方の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ１と、他方の接続部１１６の端部を結ぶ延長線Ｌ２との交点が、可動部１０３の中心となるように形成されていてもよい。これにより、第１軸を中心とした可動部１０３の揺動をより一層安定させることができる。

また、本実施形態は、図２５や図２６に示されるように、可動部１０３は略長方形の形状で形成し、カンチレバー部１１５をＹ方向に延びる直線状に形成したものや、カンチレバー部１１５の一部をＹ方向に延びる直線状に形成し、一部を可動部１０３の中心を中心とした円弧に形成したものであってもよい。このような構造であっても、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５を、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５よりも長くすることができる。また、可動部１０３に近い側のカンチレバー部１１５は、固定部１０８に近い側のカンチレバー部１１５よりも軽くすることができる。これにより、アクチュエータとなる支持部１０４ａ、１０４ｂ全体での長さが長くなり、また、可動部側のカンチレバー部１１５の重量は軽くなるため、共振に対する機械的な強度を高めつつ、大きな走査角を得ることが可能になる。

更に、本実施形態における光偏向器は、図２７に示されるように、可動部１０３を支持するため、固定部１０８と可動部１０３との間に設けられた支持部１０４ａが１つのものであってもよい。

また、本実施形態における光偏向器は、図２８に示されるように、可動部１０３を支持するため、固定部１０８と可動部１０３との間に設けられた支持部が３つ、即ち、支持部１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅが設けられているものであってもよい。また、図２９に示されるように、可動部１０３を支持するため、固定部１０８と可動部１０３との間に設けられた支持部が４つ、即ち、支持部１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉが設けられているものであってもよい。図２８及び図２９に示される光偏向器では、光の偏向方向が１軸に限定されず、複数の軸方向に偏向可能である。

また、本実施形態における光偏向器は、図３０に示すような２軸の光偏向器であってもよい。

図３０に示される光偏向器１５０では、ミラー部１０１及びミラー反射面１０２を含む可動部１５３は、１対のアクチュエータである支持部１０４ａ、１０４ｂにより支持されている。可動部１５３は、一方の端がミラー部１０１と接続されており、他方の端が可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂと接続されており、第２軸方向において、ミラー部１０１を挟みこむ形で支持するトーション梁１５６ａ、１５６ｂを有している。尚、可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂの両端は、枠状の可動部１５３の内側に接続されている。

本実施形態においては、可動部１５３は、可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂにより共振駆動可能な状態で支持されている。例えば、トーション梁１５６ａ、１５６ｂのねじれ共振周波数を約２０ｋＨｚに設定した場合、トーション梁１５６ａ、１５６ｂに接続された可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂの＋Ｚ側の面に設けられた圧電駆動部に共振周波数近傍の駆動信号を入力する。これにより、可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂが振動し、この振動を受けてトーション梁１５６ａ、１５６ｂの機械的共振のねじれが生じ、ミラー部１０１を可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂにより、第２軸を中心に揺動させることができる。更にミアンダ構造の支持部１０４ａ及び１０４ｂによる第１軸を中心とした揺動と組み合わせることにより、リサージュスキャンやラスタスキャンが可能になる。

この２軸の光偏向器では、支持部１０４ａ及び１０４ｂによる振動が、可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂ側に伝搬したとしても、支持部１０４ａ及び１０４ｂのカンチレバー部１１５は、可動部１５３側が固定部１０８側よりも短く変形しにくい。このため、可動部カンチレバー１５７ａ、１５７ｂ側においては、支持部１０４ａ及び１０４ｂのカンチレバー部１１５の振動の影響を小さくすることができる。

尚、上記においては、アクチュエータとなる支持部１０４ａ、１０４ｂの上に圧電層１３２を設け、圧電駆動をする場合について説明した。しかしながら、本実施形態は、電磁界を利用して支持部１０４ａ、１０４ｂを変形させる電磁駆動や、支持部１０４ａ、１０４ｂに櫛歯電極が形成されているものであってもよい。また、カンチレバーとなる支持部１０４ａ、１０４ｂの上にコイルやマグネットアレイが形成されているものであってもよい。また、支持部１０４ａ、１０４ｂの駆動方法は、共振駆動または非共振駆動のどちらであってもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態における可動装置である光偏向器について説明する。本実施形態は、支持部におけるカンチレバー部の長さのみならず、厚さや幅を変えたものである。

本実施形態における光偏向器の一例は、図３１に示されるように平面視した形状は図１８と同じである。可動部１０３のＸ方向の両側に設けられた支持部２０４ａ、２０４ｂは、可動部１０３側のカンチレバー部２１５ａと、固定部１０８側のカンチレバー部２１５ｂにより形成されており、カンチレバー部２１５ａよりもカンチレバー部２１５ｂは厚い。

図３２は、図３１の一点鎖線３１Ａ−３１Ｂにおいて切断した断面図である。図３２に示されるように、固定部１０８側の２本のカンチレバー部２１５ｂには、シリコン層１３０の＋Ｚ側の面の上に、下部電極１３１、圧電層１３２、上部電極１３３が順に積層されている。また、シリコン層１３０の−Ｚ側の面の上に、酸化シリコン層２３１、シリコン層２３２が順に積層されており、積層されているシリコン層２３２の厚さは、例えば、３０μｍ〜４０μｍである。また、可動部１０３側の２本のカンチレバー部２１５ａには、シリコン層１３０の＋Ｚ側の面の上に、下部電極１３１、圧電層１３２、上部電極１３３が順に積層されているが、−Ｚ側の面の上に、酸化シリコン層２３１及びシリコン層２３２は設けられていない。よって、第１の実施形態と比べ、カンチレバー部２１５ｂよりもカンチレバー部２１５ａの方が更に軽くなる。図３２では、酸化シリコン層２３１、シリコン層２３２の２層が順に積層されている構造を示しているが、１層であってもよい。

図３３は、図３１の一点鎖線３１Ｃ−３１Ｄにおいて切断した断面図である。図３３に示されるように、２つのカンチレバー部２１５ｂを接続する接続部２１６ｂには、シリコン層１３０の−Ｚ側の面の上に、酸化シリコン層２３１、シリコン層２３２、酸化シリコン層２３３、シリコン支持層２３４が順に積層されている。これに対し、２つのカンチレバー部２１５ａを接続する接続部２１６ａでは、シリコン層１３０の−Ｚ側の面には、なにも設けられていない。このように、ミアンダ構造を形成しているカンチレバー部を接続する接続部の裏面にシリコン支持層２３４等を設けることにより、不要な固有モードの振動抑制やカンチレバー部１本あたりの変形効率の向上に効果的あることが知られている。よって、このシリコン支持層２３４等の厚さを相対的に、固定部１０８側を厚く、可動部１０３側を薄くすることにより、本発明の効果をより高めることができる。

図３３では、接続部の裏面に形成される酸化シリコン層２３１、シリコン層２３２、酸化シリコン層２３３、シリコン支持層２３４が、順に多層に積層されている構造を示しているが１層であってもよい。この際、カンチレバー部の本数が多い場合には、接続部の裏面に形成される層の厚さを相対的に、固定部１０８側ほど厚く、可動部１０３側ほど薄くなるように形成してもよい。

また、図３４に示されるように、可動部１０３側の接続部２１６ａの角部２１７ａの曲率半径が、固定部１０８側の接続部２１６ｂの角部２１７ｂの曲率半径よりも大きくなるように形成してもよい。角部の曲率半径が大きくなると、角部を形成するために削られる部分が大きくなり、その分軽くすることができる。

また、本実施形態における光偏向器の他の一例は、図３５に示されるように、可動部１０３を両側より支持する支持部２１４ａ、２１４ｂにおけるカンチレバー部２２５の幅が、可動部１０３側から固定部１０８側に向かって徐々に広くなっていてもよい。カンチレバー部２２５の幅を広くすることにより重くなる。即ち、支持部２１４ａ、２１４ｂにおけるカンチレバー部２２５は、可動部１０３側から固定部１０８側に向かって、カンチレバー部２２５の長さが徐々に長くなるとともに、幅も広くなっている。従って、支持部２１４ａ、２１４ｂにおけるカンチレバー部２２５は、可動部１０３側よりも、固定部１０８側が重くなっており、本発明の効果をより高めることができる。

また、本実施形態における光偏向器の他の一例は、図３６に示されるように、２つのカンチレバー部１１５を接続する可動部１０３側の接続部３１６ａよりも、固定部１０８側の接続部３１６ｂが広くなるように形成してもよい。このように、ミアンダ構造を形成しているカンチレバー部を接続する接続部において、可動部１０３側の接続部３１６ａよりも、固定部１０８側の接続部３１６ｂの幅を広くすることにより、本発明の効果をより高めることができる。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限
定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種
々の変形・変更が可能である。

１０ 光走査システム
１１ 制御装置
１２、１２ｂ 光源装置
１３ 可動装置
１４ 反射面
１５ 被走査面
２５ 光源装置ドライバ
２６ 可動装置ドライバ
３０ 制御部
３１ 駆動信号出力部
５０ レーザヘッドランプ
５１ ミラー
５２ 透明板
６０ ヘッドマウントディスプレイ
６０ａ フロント
６０ｂ テンプル
６１ 導光板
６２ ハーフミラー
６３ 装着者
１００ 光偏向器（可動装置）
１０１ ミラー部
１０２ ミラー反射面
１０３ 可動部
１０４ａ、１０４ｂ 支持部
１０５ 可動部接続部
１０８ 固定部
１０９ 電気コンタクト用電極端子
１１５ カンチレバー部
１１６ 接続部
１２５Ａ、１２５Ｂ 圧電駆動部郡
１３０ シリコン層
１３１ 下部電極
１３２ 圧電層
１３３ 上部電極
４００ 自動車（車両の一例）
５００ ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例、ヘッドアップディスプレイの一例）
６５０ レーザプリンタ
７００ ライダ装置（物体認識装置の一例）
７０２ 被対象物
８０１ パッケージ部材
８０２ 取付部材
８０３ 透過部材

特開２０１４−２３２１７６号公報

Claims (21)

1. 光を反射するミラー部を有する可動部と、
   前記可動部と一端が接続されており前記可動部を回動可能に支持する支持部と、
   前記支持部の他端と接続されている固定部と、
   を有し、
   前記支持部は、複数のカンチレバー部と、隣り合う前記カンチレバー部を接続する接続部を有し、
   前記支持部を所定の部分で２分した場合、
   前記固定部側のカンチレバー部は、前記可動部側のカンチレバー部よりも長く、
   前記可動部側のカンチレバー部は、前記固定部側のカンチレバー部よりも軽いことを特徴とする可動装置。
2. 前記支持部の形状は、前記可動部の中心または前記ミラー部の中心を中心とした円弧を含む形状であることを特徴とする請求項１に記載の可動装置。
3. 各々の前記カンチレバー部の一方の端部を結ぶ延長線と、他方の端部を結ぶ延長線との交点が、前記可動部の回動軸上に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の可動装置。
4. 各々の前記カンチレバー部の一方の端部を結ぶ延長線と、他方の端部を結ぶ延長線との交点が、前記可動部の中心に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の可動装置。
5. 前記固定部側のカンチレバー部の厚さは、前記可動部側のカンチレバー部よりも厚いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の可動装置。
6. 前記固定部側の接続部の厚さは、前記可動部側の接続部よりも厚いことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の可動装置。
7. 前記固定部側のカンチレバー部の幅は、前記可動部側のカンチレバー部よりも広いことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の可動装置。
8. 前記固定部側の接続部の幅は、前記可動部側の接続部よりも広いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の可動装置。
9. 前記カンチレバー部または前記接続部の角部は、前記固定部側よりも、前記可動部側が曲率半径が大きいことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の可動装置。
10. 前記支持部は、複数の前記カンチレバー部が前記接続部により接続されたミアンダ構造であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の可動装置。
11. 前記支持部は２つ設けられており、
    前記可動部を両側より第１軸を中心に回動可能に支持していることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の可動装置。
12. 前記可動部には、可動部カンチレバーと、
    一端が前記可動部カンチレバーに接続され、他端が前記ミラー部と接続された梁と、
    を有し、
    前記梁は、前記ミラー部を共振駆動可能な状態で支持していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の可動装置。
13. 前記支持部は３つ以上設けられており、
    前記可動部を複数の軸を中心に回動可能に支持していることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の可動装置。
14. 前記支持部における１つ以上の前記カンチレバー部には圧電駆動部が設けられていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の可動装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の可動装置と、
    光を発する光源と、
    を備え、
    前記光源から発せられた光を偏向して投影することを特徴とする画像投影装置。
16. 前記光源は複数設けられており、
    前記複数の光源は、異なる波長の光を発するものであって、
    前記複数の光源から発した前記複数の光を合成する合成部を更に備え、
    前記合成部において合成された光を偏向して投影することを特徴とする請求項１５に記載の画像投影装置。
17. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の可動装置を備えるヘッドアップディスプレイ。
18. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の可動装置を備えるレーザヘッドランプ。
19. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の可動装置を備えるヘッドマウントディスプレイ。
20. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の可動装置と、
    光を発する光源と、
    を備え、
    前記光源から発せられた光を偏向し、前記光が物体に照射され、前記物体において反射された反射光を検出することにより物体を認識することを特徴とする物体認識装置。
21. 請求項１７に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項１８に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項２０に記載の物体認識装置の少なくとも１つを有する車両。

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