JP2021148992A - 可動装置、光偏向装置、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、移動体、ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】設定変更に伴い重畳される高周波の収束を待つことなく、調整作業を可能として調整処理時間の短縮化を図る。【解決手段】可動部と、可動部を回動する駆動梁部と、駆動梁部に所定の駆動周波数の駆動電圧を入力する電圧入力部と、電圧入力部から駆動梁部に入力される駆動電圧を変更する変更部と、変更部による駆動電圧の変更の度合いに起因する周波数信号の位相と、変更部による駆動電圧の変更に伴う周波数信号の位相とが、同相となった際に検知される周波数信号を、可動部の振れ角に基づく周波数信号として検知する検知部と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、可動装置、光偏向装置、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、移動体、ヘッドマウントディスプレイに関する。

今日、ミラーを有する可動部を備え、可動部を支持する梁を、梁状に設けられた圧電部材によって変形させることにより、ミラーに入射される光を偏向する光偏向装置が知られている。この光偏向装置は、前記圧電部材によって梁を変形させることで、ミラーを傾斜動作させて、光出力部から出射される光を走査している。

従来の画像表示装置では、固定フレームに弾性支持された可動部上に、光を走査するための光学部材を設け、この可動部の固定フレームに対する傾斜角度を変化させる傾斜動作を繰り返し行うことで、画像の水平、垂直方向への走査を行っている。

また、特許文献１（特開２０１９−１９１２２７号公報）には、ミラーの揺動に含まれるリンギングの抑制を目的として、検出信号とリンギング周波数との相関値を算出し、リンギングを小さくするように振幅を調整した重畳信号を駆動信号に重畳させる技術が開示されている。

ここで、従来の光偏向装置は、ミラーを有する可動部の傾斜動作を繰り返し行おうとすると、可動部を傾斜動作開始位置から傾斜動作終了位置(光走査区間)まで傾斜動作させる１回の傾斜動作中に、各時点で可動部の傾斜振れ角が、理想的な傾斜振れ角に対して、時間変化してしまうことがある(高周波が重畳してしまう)。

このような傾斜動作は、可動部が傾斜動作を繰り返すときの、支持枠と可動部とを支持する弾性部に生じる弾性振動が要因であると考えられる。

そこで、２つの駆動信号による駆動制御で、可動部の傾斜動作にそれぞれ重畳される各高周波を相殺するために、２つの駆動信号の立ち上がり／立下り比(シンメトリ比)を変更することで、２つの駆動信号間の位相差を調整する方法が知られている。

しかし、２つの駆動信号の立ち上がり／立下り比(シンメトリ比)を変えることで、２つの駆動信号間の位相差を調整する場合、調整に伴うシンメトリ比、位相差の設定変更により、駆動信号に振動が発生する恐れがある(高周波が重畳する恐れがある)。このため、振動が収束するまでの間、調整作業を行うことができず、調整作業が完了するまでに長時間を必要とするという点で改善の余地があった。

特許文献１の技術の場合、ミラーを有する可動部が傾斜動作を繰り返すことで、支持枠と可動部とを支持する弾性部に生じる弾性振動によって発生するリンギングを抑制させることができる。

しかし、特許文献１の技術の場合、駆動信号に対する設定変更に伴って別途発生するミラーのリンギング成分の抑制は困難であった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、設定変更に伴い重畳される高周波の完全な収束を待つことなく、調整作業を可能として調整処理時間の短縮化を図ることが可能な可動装置、光偏向装置、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、移動体、ヘッドマウントディスプレイの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、可動部と、可動部を回動する駆動梁部と、駆動梁部に所定の駆動周波数の駆動電圧を入力する電圧入力部と、電圧入力部から駆動梁部に入力される駆動電圧を変更する変更部と、変更部による駆動電圧の変更の度合いに起因する周波数信号の位相と、変更部による駆動電圧の変更に伴う周波数信号の位相とが、同相となった際に検知される周波数信号を、可動部の振れ角に基づく周波数信号として検知する検知部と、を有する。

本発明によれば、設定変更に伴い重畳される高周波の完全な収束を待つことなく、調整作業を可能として調整処理時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態となる光偏向装置のブロック図である。 図２は、制御装置のハードウェア構成を示す図である。 図３は、制御装置の機能構成を示す図である。 図４は、第１の実施の形態の光偏向装置における被走査面の光走査の流れを示すフローチャートである。 図５は、第１の実施の形態の光偏向装置に設けられている可動装置の平面図である。 図６は、可動装置のＱ−Ｑ‘線断面図である。 図７は、パッケージングされた可動装置の断面図である。 図８は、他のパッケージングの可動装置の断面図である。 図９は、可動装置の駆動構成を示すブロック図である。 図１０は、可動部の第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合における、可動部の第２軸周りの振れ角の時間変化を示す図である。 図１１は、可動部の第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合の投影画像を示す図である。 図１２は、可動部１１０の第２軸周りの可動速度が一定（均一）ではない場合における、可動部１１０の第２軸周りの振れ角の時間変化を示す図である。 図１３は、明暗の差（明るさムラ）が発生した投影画像を示す図である。 図１４は、駆動波形と不均一な可動速度で光走査する反射面の振れ角を示す図である。 図１５は、駆動電圧Ａ及び可動部の振れ角に対する高周波成分を示す図である。 図１６は、駆動電圧Ｂ及び可動部の振れ角に対する高周波成分を示す図である。 図１７は、駆動電圧に対して立ち上り／立ち下り(シンメトリ)比を変更した際の可動部の振れ角及び振れ角に対する高周波成分を示す図である。 図１８は、各駆動電圧で発生する高周波が逆位相となるように、各駆動電圧の位相差の調整を示す図である。 図１９は、駆動電圧に対して立ち上り／立ち下り(シンメトリ)比を変更し、各駆動電圧の位相差を変更した際の可動部の振れ角及び振れ角に対する高周波成分を示す図である。 図２０は、振れ角と、設定変更後の設定の調整度合いにより振れ角に重畳する高周波と、設定の調整変更に伴い重畳する高周波を示す図である。 図２１は、振れ角と、設定変更後の設定の調整度合いにより振れ角に重畳する高周波と、設定の調整変更に伴い重畳する高周波に初期位相差がある場合を示す図である。 図２２は、両持ちタイプの可動装置の正面図である。 図２３は、第２の実施の形態となる画像投影装置を説明するための図である。 図２４は、第２の実施の形態の画像投影装置の一例となるヘッドアップディスプレイ装置を示す図である。 図２５は、第３の実施の形態となる光書込装置の斜視図である。 図２６は、第３の実施の形態となる光書込装置の要部を示す図である。 図２７は、第４の実施の形態となる物体認識装置を示す図である。 図２８は、第４の実施の形態の物体認識装置の一例となるレーザレーダ装置を設けた自動車を示す図である。 図２９は、第５の実施の形態となる自動車のヘッドライトのレーザヘッドランプを示す図である。 図３０は、第６の実施の形態となるヘッドマウントディスプレイの斜視図である。 図３１は、第６の実施の形態となるヘッドマウントディスプレイの部分的な構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態の光偏向装置の説明をする。

（概要）
本実施の形態の光偏向装置は、ミラーを有する可動部が傾斜動作を繰り返すことで生じる弾性振動によって重畳される高周波と、設定変更に伴い重畳される高周波とが同相となる傾斜動作のタイミングで信号を判定する。これにより、上記二つの高周波の位相差を考慮せずに、高周波の振幅によって弾性振動により重畳される高周波を相対的に判断できる。このため、設定変更に伴い重畳される高周波の完全な収束を待つことなく調整作業を行うことができ、作業時間の短縮化を図ることができる。

（第１の実施の形態）
（全体構成）
まず、図１は、第１の実施の形態となる光偏向装置のブロック図である。この図１に示すように、光偏向装置１０は、制御装置１１，光源装置１２、被走査面（スクリーン）１５を走査する、反射面１４を備えた可動装置１３を有する。

制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及び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、反射面１４を可動可能な、例えば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。

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及び可動装置１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２及び可動装置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、例えば画像情報に基づく制御装置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、光走査して、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。なお、可動装置１３の詳細及び制御装置１１の制御の詳細は、後述する。

（制御装置のハードウェア構成）
次に、図２は、制御装置１１のハードウェア構成を示す図である。この図２に示すように、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又はデータをＲＡＭ２１上に読み出し、処理を実行して、制御装置１１の全体の制御又は機能を実現する演算装置である。ＲＡＭ２１は、プログラム又は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又はデータを保持可能な不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ２０が光偏向装置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又は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及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、例えば外部装置又は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、パーソナルコンピュータ装置（ＰＣ）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)又はＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット等である。外部Ｉ／Ｆ２４は、外部装置との接続又は通信を可能にする構成であればよく、外部装置毎に外部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。

（制御装置の機能構成）
図３は、制御装置１１の機能構成を示す図である。この図３に示すように制御装置１１は、制御部３０及び駆動信号出力部３１の各機能を有する。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。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又は可動装置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及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及び可動範囲を制御する駆動電圧である。

（光走査動作）
図４は、光偏向装置１０における被走査面１５の光走査の流れを示すフローチャートである。この図４のフローチャートのステップＳ１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Ｓ２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Ｓ３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及び可動装置１３に出力する。ステップ４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及び可動装置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、光偏向装置１０は、１つの制御装置１１が光源装置１２及び可動装置１３を制御する装置及び機能を有することとしたが、光源装置用の制御装置及び可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。

また、光偏向装置１０は、一つの制御装置１１に光源装置１２及び可動装置１３の制御部３０の機能及び駆動信号出力部３１の機能を有することとしたが、これらの機能は別体として存在していてもよい。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た構成としてもよい。

（可動装置の構成）
図５は、第１の実施の形態の光偏向装置１０に設けられている可動装置１３の平面図である。可動装置１３は、図５に示すように可動装置の中心を通って２次元で直交する第１軸及び第２軸回りに反射部１１２を回動可能な可動装置となっている。なお、一例として、可動装置１３は、２軸回動構成とするが、１軸回動構成でもよい。

可動装置１３は、可動部１１０、第１駆動梁１２０ａ及び第１駆動梁１２０ｂ、固定部１３０、電極端子１５０を有する。また可動部１１０は、反射部基体１０２に反射面１４を備えた反射部１１２、支持部１１３、接続部１１０ａ及び１１０ｂ、トーションバー１１１ａ及び１１１ｂ、第２駆動梁１１６ａ及び第２駆動梁１１６ｂを有する。

第１駆動梁１２０ａ、第１駆動梁１２０ｂ、第２駆動梁１１６ａ及び第２駆動梁１１６ｂは、駆動梁部の一例である。

反射部１１２は、シリコン活性層等から形成される。但しこれに限定されるものではなく、酸化材料や無機材料、有機材料等で構成してもよい。反射面１４は、反射部１１２の正のＺ方向の面上に形成される。反射面１４は、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜を用いて、図示されているように、円形状に形成される。反射部１１２は円形状でなくてもよく、楕円形状、また多角形状で形成されていてもよい。

反射部１１２の負のＺ方向の面には、反射部１１２を補強するためのリブが設けられている。リブは、シリコン支持層及び酸化シリコン層等で形成されている。反射部１１２にリブを設けることで、可動時に生じる反射部１１２及び反射面１４の変形歪みを抑制することができる。

トーションバー１１１ａ及びトーションバー１１１ｂは、Ｙ方向に延在し、Ｙ方向において反射部１１２を挟み込むように形成される。トーションバー１１１ａの一端は反射部１１２に接続されている。また、トーションバー１１１ｂの一端も、反射部１１２に接続されている。すなわち、反射部１１２は、トーションバー１１１ａ及び１１１ｂにより支持されている。

トーションバー１１１ａの他端は、第２駆動梁１１６ａに接続され、トーションバー１１１ｂの他端は、第２駆動梁１１６ｂに接続されている。第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂには、弾性梁の正のＺ方向の面に圧電部が設けられている。すなわち、第２駆動梁は、いわゆるユニモルフ構造となっているが、弾性梁の正負双方のＺ方向の面に圧電部が設けられるバイモルフ構造となっていてもよい。第２駆動梁１１６ａは、電極端子１５０を介して駆動電圧が印加されると、屈曲変形してトーションバー１１１ａにねじれを生じさせる。同様に、第２駆動梁１１６ｂは、電極端子１５０を介して駆動電圧が印加されると、屈曲変形してトーションバー１１１ｂにねじれを生じさせる。このようなトーションバー１１１ａ及び１１１ｂのねじれが回動力となり、反射部１１２は、第２軸回りに回動する。

一方、支持部１１３は、反射部１１２と、トーションバー１１１ａ及び１１１ｂと、第２駆動梁１１６ａ及び第２駆動梁１１６ｂとを四方から囲むように形成されている。支持部１１３は、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂに接続され、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを支持拘束する。また支持部１１３は、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを介して、間接的に反射部１１２と、トーションバー１１１ａ及びトーションバー１１１ｂとを支持している。

支持部１１３の図中の右上角には接続部１１４ａが設けられており、支持部１１３は、接続部１１４ａを介して第１駆動梁１２０ａに接続されている。接続部１１４ａは、第１駆動梁１２０ａとの接続箇所から負のＸ方向に延在して、第１駆動梁１２０ａと支持部１１３とを接続している。

また支持部１１３の図中の左下角には接続部１１４ｂが設けられており、支持部１１３は、接続部１１４ｂを介して第１駆動梁１２０ｂに接続されている。接続部１１４ｂは、第１駆動梁１２０ｂとの接続箇所から正のＸ方向に延在して、第１駆動梁１２０ｂと支持部１１３とを接続している。

すなわち、接続部１１４ａと接続部１１４ｂは支持部１１３の中央の点を中心に点対称の位置関係となっている。このような構成とすることにより、第１駆動梁１２０ａ及び第２駆動梁１２０ｂによる支持部１１３の回動を安定させることができる。

第１駆動梁１２０ａ及び第１駆動梁１２０ｂは、Ｘ方向の両側から支持部１１３を挟み込むようにして支持部１１３を支持する。第１駆動梁１２０ａは、複数の弾性梁１３２ａ〜１３２ｆが折り返し連結されミアンダ構造とされた第２駆動部１３０ｂを有している。複数の弾性梁１３２ａ〜１３２ｆの正のＺ方向の面には、それぞれ圧電部が設けられている。すなわち、弾性梁１３２ａ〜１３２ｆは、いわゆるユニモルフ構造となっているが、弾性梁の正負双方のＺ方向の面に圧電部が設けられるバイモルフ構造となっていてもよい。第１駆動梁１２０ａの接続部１１４ａと接続していない側の端部１１４ｃは、図中の右上角で固定部１３０に接続され、固定部１３０は第１駆動梁１２０ａを固定（支持拘束）する。

同様に第１駆動梁１２０ｂは、複数の弾性梁１３１ａ〜１３１ｆが連結されたミアンダ構造とされた第２駆動部１３０ａを有している。複数の弾性梁１３１ａ〜１３１ｆの正のＺ側の面には、それぞれ圧電部が設けられている。すなわち、弾性梁１３１ａ〜１３１ｆは、いわゆるユニモルフ構造となっているが、弾性梁の正負双方のＺ方向の面に圧電部が設けられるバイモルフ構造となっていてもよい。第１駆動梁１２０ｂの接続部１１４ｂと接続していない側の端部１１４ｄは、図中の左下角で固定部１３０に接続され、固定部１３０は第１駆動梁１２０ｂを固定（支持拘束）する。

すなわち、第１駆動梁１２０ａと固定部１３０との接続箇所と、第２駆動梁１２０ｂと固定部１３０との接続箇所は、支持部１１３の中央の点を中心に点対称の位置関係となっている。このような構成とすることにより、第１駆動梁１２０ａ及び第２駆動梁１２０ｂによる支持部１１３の回動を安定させることができる。

固定部１３０は、４つの枠辺を有する長方形状の枠構造をしており、４つの枠辺により、可動部１１０、並びに第１駆動梁１２０ａ及び第１駆動梁１２０ｂを四方から囲んでいる。第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂに設けられた圧電部には、電極端子１５０を介して駆動電圧が印加される。

ここで、第１駆動梁１２０ａが有する複数の弾性梁１３２ａ〜１３２ｆうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて奇数番目の弾性梁１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅに設けられた圧電部を圧電駆動部群１５０Ａとする。また第１駆動梁１２０ｂが有する複数の弾性梁のうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて偶数番目の弾性梁１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆに設けられた圧電部を同様に圧電駆動部群１５０Ｂとする。

圧電駆動部群１５０Ａは、所定の駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、可動部１１０が第１軸回りに回動する。

また、第１駆動梁１２０ｂが有する弾性梁１３１ａ〜１３１ｆのうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて偶数番目の弾性梁１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆに設けられた圧電部を圧電駆動部群１５０Ｂとする。また、第１駆動梁１２０ｂが有する弾性梁１３１ａ〜１３１ｆのうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて奇数番目の弾性梁１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを同様に圧電駆動部群１５０Ａとする。

圧電駆動部群１５０Ｂは、所定の駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、可動部１１０が、圧電駆動部群１５０Ａによる回動とは逆方向に第１軸回りに回動する。

第１駆動梁１２０ａ及び第１駆動梁１２０ｂは、圧電駆動部群１５０Ａ及び圧電駆動部群１５０Ｂが有する複数の圧電部を同時に屈曲変形させることで、屈曲変形による回動量を累積させ、可動部１１０の第１軸回りの振れ角度（回動角）を大きくすることができる。電圧印加時における圧電駆動部群１５０Ａによる可動部１１０の回動量と、電圧印加時における圧電駆動部群１５０Ｂによる可動部１１０の回動量とが釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。

また、可動装置１３は、検出部１４０ａ及び１４０ｂを有する。検出部１４０ａは、圧電センサ１４１ａ〜１４１ｆを有し、また、検出部１４０ｂは、圧電センサ１４２ａ〜１４２ｆを有する。

圧電センサ１４１ａは、第２圧電駆動部１３１ａのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｂは、第２圧電駆動部１３１ｂのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｃは第２圧電駆動部１３１ｃのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ１４１ｄは第２圧電駆動部１３１ｄのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｅは、第２圧電駆動部１３１ｅのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｆは第２圧電駆動部１３１ｆのシリコン活性層上に設けられている。

同様に、圧電センサ１４２ａは第２圧電駆動部１３２ａのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｂは第２圧電駆動部１３２ｂのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｃは第２圧電駆動部１３２ｃのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ１４２ｄは第２圧電駆動部１３２ｄのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｅは第２圧電駆動部１３２ｅのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｆは第２圧電駆動部１３２ｆのシリコン活性層上に設けられている。

図６は、図５に示すＱ−Ｑ‘線で可動装置１３を切断した状態の断面図である。この図６に示すように、検出部１４０ａは、第２駆動部１３０ａと同様に、酸化シリコン層１６２を介してシリコン支持層１６１で支持される弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に、下部電極２０１、圧電部２０２及び上部電極２０３を順に積層して形成されている。上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等で形成される。圧電部２０２は、例えば圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。

検出部１４０ａは、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆと比較して、Ｙ方向の長さは略等しく、Ｘ方向の幅は狭く形成されている。検出部１４０ａと第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆとのＹ方向の長さが略等しい構成とすることにより後述する振角周波数信号を精度よく検出することができ、かつ第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆよりも検出部１４０aのＸ方向の幅が狭い構成とすることにより、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆによる回動力を多く得ることができる。なお、必ずしも検出部１４０aと第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆとのＹ方向の長さは略等しい必要はなく、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆよりも短くてもよい。この場合、検出部１４０ａを短くした分、多くの弾性梁上に第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆを設けることができ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆによる回動力を更に多く得ることができる。

検出部１４０ａの各圧電センサ１４１ａ〜１４１ｆは、第２駆動部１３０ａの各第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに接触しないように間隔を空けて、各第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに含まれるシリコン活性層の＋Ｚ側の面上に設けられている。検出部１４０ｂも検出部１４０ａと同様の構成である。

第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂは駆動電圧の印加により圧電駆動部群Ａ、Ｂが屈曲変形して可動する。反対に、検出部１４０ａ及び１４０ｂは、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂによるシリコン活性層１６３の変形に応じて圧電部２０２で発生する電圧または電圧に基づく情報を、反射部１０１の振れ角に関する情報を示す振角周波数信号として検出し、制御装置１１に供給する。

なお、可動装置１３を形成する基板（ウエハ）には、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体を用いることができる。半導体製造技術で加工することで、可動装置１３の各構成要素を一体的に形成することができる。なお、第１駆動梁１２０ａ及び第１駆動梁１２０ｂ、及び、第２駆動梁１１６ａ及び第２駆動梁１１６ｂの形成は、ＳＯＩ基板を成形した後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

（可動装置のパッケージング）
図７は、パッケージングされた可動装置１３の断面図である。この図７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で被覆して密閉することでパッケージングされる。パッケージ内は、窒素等の不活性ガスが密封される。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を向上させることができる。

（他のパッケージング例）
図８は、可動装置１３の他のパッケージング例を示す断面図である。この図８の例は、透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させた例である。この例の場合、透過部材８０３をパッケージ部材８０１に対して傾斜して取り付けることで、パッケージ部材８０１に配置された可動装置１３に対して透過部材８０３を傾斜させている。傾斜角度は、可動装置１３に含まれる反射面１４と透過部材８０３との間で多重反射された光がパッケージ部材８０１の外に出ないような角度に設定されている。このような構成により、多重反射光による画像ノイズ等が防止される。

（可動装置の駆動動作）
図９は、可動装置１３の駆動構成を示すブロック図である。第１の実施の形態の光偏向装置１０は、制御部３０の電圧入力部３０ｃから駆動信号出力部３１に駆動情報を供給する。駆動信号出力部３１は、供給された駆動情報に基づいて、可動装置１３に対して駆動信号を供給する。

可動装置１３は、供給された駆動信号で駆動されるが、その際、検出部１４０ａ及び１４０ｂが、第２駆動部１３０ａ及び第２駆動部１３０ｂによるシリコン活性層１６３の変形に応じて圧電部２０２で発生する電圧を、反射部１０１の振れ角に関する情報を示す振角周波数信号として検出し、制御部３０の検知部３０ａに供給する。

検知部３０ａは、電圧入力部３０ｃから駆動信号出力部３１に供給される駆動信号の駆動周波数と、可動部１１０の可動方向に対する共振周波数との比率を計算する。

また、検知部３０ａは、設定変更部２９（変更部の一例）を介して電圧入力部３０ｃに入力される設定変更信号による設定変更のタイミングと駆動信号との初期位相差を計算する。これにより、設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波との初期位相差を算出できる。

検知部３０ａは、初期位相差と駆動周波数と共振周波数との比率から、設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波とが同相となる駆動周期を検知した検知信号を補正部３０ｂに供給する。

なお、設定変更に伴う高周波自体を単独で検出することは困難となっている。このため、検知部３０ａは、設定の調整度合いに起因する高周波と共に、設定変更に伴う高周波を検知する。換言すると、検知部３０ａは、設定の調整度合いに起因する高周波を検知することで、設定の調整度合いに起因する高周波に含まれる、設定変更に伴う高周波も、同時に検知する。

設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波とが同相となる駆動周期は、高周波の振幅が最大となる駆動周期となる。このため、補正部３０ｂは、検知信号で示される駆動周期における高周波の振幅のうち、高周波の振幅が最大となる駆動周期を抽出し、その抽出した高周波の振幅に基づいて、電圧入力部３０ｃから出力される駆動信号の駆動波形を補正する。また、補正部３０ｂは、電圧入力部３０ｃの駆動周波数と可動部１１０の共振周波数との最小公倍数を、電圧入力部３０ｃの駆動周波数で割った数の駆動周期で、電圧入力部３０ｃの周波数信号の補正を行う。

（変形例）
この例では、検知部３０ａは、設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波とが同相となる駆動周期である、高周波の振幅が最大となる駆動周期を検知することとした。しかし、検知部３０ａは、複数の駆動周期の中から、高周波の振幅が最大となる駆動周期を選択して、補正部３０ｂに通知してもよい。

（可動装置の駆動動作の詳細）
まず、図１０〜図１３を参照して、可動装置１３の可動部１１０の第２軸周りの可動速度、すなわち可動部１１０の第２軸周りの振れ角の時間変化について説明する。図１０は、可動部１１０の第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合における、可動部１１０の第２軸周りの振れ角の時間変化を示す図である。図１１は、可動部１１０の第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合の投影画像を示しており、可動部１１０の第１軸、第２軸とも可動速度が一定であり、走査動作が適切であることを示している。なお、第１の実施の形態で用いられる可動装置１３は、可動部１１０の可動動作範囲に対して、内側を有効画像領域として使用している。

図１２は、可動部１１０の第２軸周りの可動速度が一定（均一）ではない場合における、可動部１１０の第２軸周りの振れ角の時間変化を示す図である。このように可動速度が均一でない場合、図１３に示すように投影画像に明暗の差（明るさムラ）が発生する。

可動部１１０の第２軸周りの振れ角の時間変化である可動部１１０の第２軸周りの可動速度は、図１０に示すように直線的であることが望ましい。すなわち、可動部１１０の第２軸周りの可動速度に変動が生じないことが望ましい。可動部１１０の第２軸周りの可動速度に変動が生じると、直線的な光走査が妨げられ、例えば被走査面１５に形成される画像に輝度ムラ、歪みなどが発生し、画質の劣化を招くからである。

しかしながら、実際には、図１２に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂによる可動部１１０の第２軸周りの可動動作においては、振れ角の可動速度に変動（高周波成分）が生じてしまう。これは固定部１３０と駆動部１３０ａ、１３０ｂとを支持する弾性部（シリコン活性層１６３：図６参照）に生じる弾性振動によって、振れ角に対し、高周波成分が重畳することが原因と考えられる。

（駆動信号に対する調整）
次に、図１４〜図１８を用いて、可動装置１３の駆動信号の調整の仕方を説明する。図１４（ａ）に示すように、それぞれ単純なノコギリ波である駆動電圧Ａ、Ｂで可動装置１３を駆動した場合、図１４（ｂ）に示すように、高周波成分の影響で可動速度が変動し、可動部１１０の可動速度が不均一となる。この時の振れ角に重畳している高周波成分は、図１４（ｃ）に示す挙動となる。

これに対し、図１５（ａ）又は図１６（ａ）に示すように、駆動電圧Ａ又は起動電圧Ｂで可動装置１３駆動すると、可動部１１０の振れ角は、図１５（ｂ）又は図１６（ｂ）に示すようになり、振れ角には、図１５（ｃ）又は図１６（ｃ）に示す高周波成分が重畳する。なお、可動装置１３が図５のような構造の場合において、駆動電圧Ａ，Ｂ共に駆動させた時の可動部１１０の振れ角は、駆動電圧Ａ又は駆動電圧Ｂで単独駆動させた時の「（可動部１１０の振れ角Ａ）−（可動部１１０の振れ角Ｂ）」と略等しい挙動となる。

次に、図１７（ａ）に示すように、駆動電圧Ｂのシンメトリ（立ち上がり／立下り比）を変えて、駆動電圧Ｂ単独で可動装置１３を駆動した際の可動部１１０の振れ角を図１７（ｂ）に、また、振れ角に重畳する高周波成分を図１７（ｃ）に示す。この時、駆動電圧Ｂにおける立下り区間（走査区間）の電圧傾斜が緩やかになるほど、高周波の振幅は小さくなる。

そこで、図１８（ｂ）に示す駆動電圧Ａにより発生した高周波の振幅と図１８（ｃ）に示す駆動電圧Ｂにより発生した高周波の振幅とが一致するように、図１８（ａ）に示すように駆動電圧Ａは変更せずに、駆動電圧Ｂのシンメトリだけを変更する。

また、駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂとで発生する高周波が、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）に示すように、逆位相となるように駆動電圧Ａ及び駆動電圧Ｂの位相差を調整する。これにより、図１８（ｄ）に示すように、振れ角に重畳している駆動電圧Ａの高周波で駆動電圧Ｂの高周波を相殺することができる。

次に、図１９（ａ）に示すように、駆動電圧Ｂのシンメトリ及び駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂとの位相差の設定を変更したときの可動部１１０の振れ角の挙動を図１９（ｂ）に示す。このとき、設定（駆動電圧Ｂのシンメトリ、駆動電圧Ａ及び駆動電圧Ｂの位相差）の変更度合いにより、図１９（ｃ）に示すように振れ角に重畳する高周波に加えて、設定の変更に伴って重畳する高周波が発生する。この２つの高周波により、可動部１１０の可動速度の不均一性が更に大きくなる。なお、設定の調整変更に伴い重畳する周波数成分は、主に走査軸方向の共振周波数成分である。また、この設定の変更に伴い重畳する高周波は一時的に発生するものであり、一定時間経過後に収束する。

（駆動信号の補正動作）
図２０に、支持部１１３または可動部１１０の振れ角と、設定変更後の設定の調整度合いにより振れ角に重畳する高周波と、設定の変更に伴い重畳する高周波を示す。ここでは、一例として図２０（ａ）に示す０フレーム（周期）目及び１フレーム目の間で設定変更を行ったこととして説明する。この場合、設定の調整度合いに起因した高周波は、図２０（ｂ）に示すように０フレーム目と１フレーム目とでは挙動が異なり、１フレーム以降では同じ高周波が重畳することになる。また、設定変更に伴う高周波は、図２０（ｃ）に示すように、設定変更後の１フレーム目から重畳し、フレーム数を重ねるごとに徐々に減衰していく。

なお、この時のフレーム周波数は、走査方向の共振周波数に対し、１／６．２５の比率（１フレームに６．２５発の高調波）であることとして説明を進めるが、この比率は、例えば１／７（１フレームに７．０発の高調波）の比率にする等、任意に切り替え可能としてもよい。

この図２０の例の場合、図２０（ｂ）に示す設定の調整度合いに起因する高周波と、図２０（ｃ）に示す設定変更に伴う高周波とが同相（高周波の振幅が最大）となるのは、設定変更後１フレーム目、５フレーム目、９フレーム目、…となる。これはフレーム周波数に対する共振周波数の比の小数点以下の値が関係する。

すなわち、１フレームで同相、２フレーム目以降ではフレーム周波数に対する共振周波数の比の小数点以下ずつ（０．２５周期）、フレーム毎に位相差が生じ、５フレーム目で再び同相となる。このように、設定の調整度合いに起因する高周波と設定変更に伴う高周波とが同相となるフレームで、駆動信号の調整処理の判定を行うことで、図２０（ｄ）に示すように、高周波に対し、位相差は考慮せずに振幅だけで判定することが可能となる。これにより、設定変更に伴う高周波の収束を待つことなく、設定の調整度合いを相対的に判断することができ、駆動信号の調整処理時間を短縮することができる。

次に、設定の調整度合いに起因する高周波に対して、設定変更に伴う高周波の初期位相が９０°（０．２５周期）進んでいた場合について説明する。この場合も、図２１（ａ）に示す０フレーム（周期）目と１フレーム目の間で設定変更を行うこととする。また、設定の調整度合いに起因する高周波は０フレーム目と１フレーム目とで挙動が異なり、１フレーム以降では同じ高周波が重畳する。また、上述と同様に、フレーム周波数は走査方向の共振周波数に対し、１／６．２５として説明する。

この例の場合、設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波とが同相となるのは、図２１（ｂ）及び図２１（ｃ）に示すように、設定変更後の４フレーム目、８フレーム目…となる。１フレーム目では初期位相の＋０．２５周期の位相差、２フレーム目以降ではフレーム周波数に対する共振周波数の比の小数以下ずつ（０．２５周期）、フレーム毎に位相差が生じ、４フレーム目で同相となる。

初期位相によって、設定変更に伴う高周波と設定の調整度合いに起因する高周波とが同相とならない場合、補正部３０ｂは、フレーム周波数を変更し、共振周波数との比率を変更することで、上述の二つの高周波が同相となるように調整してもよい。

（補正処理の終了処理）
補正部３０ａは、このような補正処理を、高周波の振幅が最も小さくなる設定組み合わせ（例えば、駆動電圧Ｂのシンメトリと駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂとの位相差）で終了する。または、補正部３０ａは、高周波の振幅が予め定めた値以下となる設定組み合わせで補正処理を終了してもよい。

また、補正部３０ａは、このような補正処理を常時行ってもよい。補正処理を常時行うことで、経年劣化又は温度変動による外的要因の変化に対して対応でき、可動部１１０の可動速度を常に一定に制御することができる。

（第１の実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の光偏向装置は、可動装置１３の可動部１１０を支持する可動部１１０が、傾斜動作を繰り返すことで生じる弾性振動によって重畳される高周波と、設定変更に伴い重畳される高周波とが同相となる傾斜動作のタイミングで信号を判定する。これにより、位相差を考慮せずに、高周波の振幅を相対的に判断でき、設定変更に伴い重畳される高周波が収束するのを待つ必要なくなり、調整処理時間を短縮化することができる。

なお、上述の第１の実施の形態では、可動装置１３は、図５に示したように、トーションバー１１１ａ及びトーションバー１１１ｂに対して、一方にのみ第２駆動梁１１６ａ又は第２駆動梁１１６ｂが接続された、いわゆる片持ちタイプの可動装置であることとした。しかし、図２２に示すように、トーションバー１１１ａの両側に第２駆動梁２１２ａ、２１２ｃが接続され、トーションバー１１１ｂの両側に第２駆動梁２１２ｂ、２１２ｄが接続された、いわゆる両持ちタイプの可動装置でもよい。この場合も、上述と同様の効果を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態の説明をする。この第２の実施の形態は、上述の光偏向装置１０を、画像投影装置に適用した例である。図２３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を設けた自動車４００の概略図である。また、図２４はヘッドアップディスプレイ装置５００の構成を示す図である。

図２３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から出射される投射光Ｌがフロントガラス４０１で反射され、ユーザである観察者（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に虚像を視認させる構成にしてもよい。

図２４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タレンズ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、可動部１１０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、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、コリメータレンズ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。

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、コリメータレンズ５０２，５０３，５０４で略平行光とされ、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、可動部１１０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、可動部１１０を２軸方向に往復可動させ、可動部１１０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、可動部１１０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設けられ、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設けてもよい。

本実施の形態の画像投影装置は、第１の実施の形態の光偏向装置を有しているため、短時間での駆動振動の調整作業が可能な画像投影装置を実現することができる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態の説明をする。この第３の実施の形態は、上述の光偏向装置１０を、光書込装置に提供した例である。図２５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２６は、光書込装置の要部を示す図である。

図２５に示すように、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１５０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２６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、コリメータレンズなどの結像光学系６０１を経た後、可動部１１０を有する可動装置１３により１軸方向又は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及び可動部１１０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。

光書込装置に適用される可動部１１０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。

本実施の形態の画像形成装置は、第１の実施の形態の光偏向装置を有しているため、短時間での駆動振動の調整作業が可能な画像形成装置を実現することができる。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態の説明をする。この第４の実施の形態は、上述の光偏向装置１０を、物体認識装置に適用した例である。図２７は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を設けた自動車の概略図である。また、図２８は、レーザレーダ装置の要部を示す図である。

図２７に示すように、レーザレーダ装置７００は、例えば自動車７０１に設けられ、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２８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、可動部１１０を有する可動装置１３で１軸又は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及び可動装置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装置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。このようなレーダレーダ装置は、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。

物体認識装置では、一例としてのレーザレーダ装置７００の説明をしたが、物体認識装置は、可動部１１０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。

本実施の形態の物体認識装置は、第１の実施の形態の光偏向装置を有しているため、短時間での駆動振動の調整作業が可能な物体認識装置を実現することができる。

［第５の実施の形態］
次に、第５の実施の形態の説明をする。この第５の実施の形態は、上述の光偏向装置１０を、移動体の一例である自動車のヘッドライトのレーザヘッドランプ５０に適用した例である。図２９は、レーザヘッドランプ５０の構成を示す図である。この図２９に示すように、レーザヘッドランプ５０は、制御装置１１と、光源装置１２ｂと、可動部１１０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、可動部１１０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。
本実施の形態のレーザヘッドランプは、第１の実施の形態の光偏向装置を有しているため、短時間での駆動振動の調整作業が可能なレーザヘッドランプを実現することができる。

［第６の実施の形態］
次に、第６の実施の形態の説明をする。この第６の実施の形態は、上述の光偏向装置１０を、ヘッドマウントディスプレイに適用した例である。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３０は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図３０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３１は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図３１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を備えた可動部１１０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、コリメータレンズ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、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、可動部１１０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。

ハーフミラー６２により、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。
本実施の形態のＨＭＤは、第１の実施の形態の光偏向装置を有しているため、短時間での駆動振動の調整作業が可能なＨＭＤを実現することができる。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ 光偏向装置
１１ 制御装置
１２ 光源装置
１３ 可動装置
１４ 反射面
１５ スクリーン
２９ 設定変更部
３０ 制御部
３０ａ 検知部
３０ｂ 補正部
３０ｃ 電圧入力部
３１ 駆動信号出力部
１０２ 反射部基体
１１０ 可動部
１１０ａ 接続部
１１０ｂ 接続部
１１１ａ トーションバー
１１１ｂ トーションバー
１１２ 反射部
１１３ 支持部
１１６ａ 第２駆動梁
１１６ｂ 第２駆動梁
１２０ａ 第１駆動梁
１２０ｂ 第１駆動梁
１３０ 固定部
１３０ａ 第２駆動部
１３０ｂ 第２駆動部
１３１ａ〜１３１ｆ 弾性梁
１３２ａ〜１３２ｆ 弾性梁
１５０ 電極端子
１４０ａ 検出部
１４０ｂ 検出部
１４１ａ〜１４１ｆ 圧電センサ
１４２ａ〜１４２ｆ 圧電センサ

特開２０１９−１９１２２７号公報

Claims (13)

1. 可動部と、
   前記可動部を回動する駆動梁部と、
   前記駆動梁部に所定の駆動周波数の駆動電圧を入力する電圧入力部と、
   前記電圧入力部から前記駆動梁部に入力される駆動電圧を変更する変更部と、
   前記変更部による前記駆動電圧の変更の度合いに起因する周波数信号の位相と、前記変更部による前記駆動電圧の変更に伴う周波数信号の位相とが、同相となった際に検知される周波数信号を、前記可動部の振れ角に基づく周波数信号として検知する検知部と、
   を有する可動装置。
2. 前記変更部による前記駆動電圧の変更の度合いに起因する周波数信号の位相と、前記変更部による前記駆動電圧の変更に伴う周波数信号の位相とが、同相となった際に前記検知部で検知される前記周波数信号に基づいて、前記駆動電圧を補正する補正部を、さらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載の可動装置。
3. 前記補正部は、前記検知部で検知される前記周波数信号に基づいて、前記駆動電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の比率を補正すること
   を特徴とする請求項２に記載の可動装置。
4. 前記電圧入力部は、前記駆動梁部に所定の駆動周波数を有する２つの駆動電圧を入力し、
   前記補正部は、前記２つの駆動電圧の位相差を変更すること
   を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の可動装置。
5. 前記補正部は、前記駆動周波数と前記可動部の共振周波数との最小公倍数を、前記駆動周波数で割った数の駆動周期で、前記周波数信号の補正を行うこと
   を特徴とする請求項２から請求項４のうち、いずれか一項に記載の可動装置。
6. 前記補正部は、前記検知部で検知される前記可動部の振れ角に基づく周波数信号の振幅が、所定以下となった際に、補正動作を終了すること
   を特徴とする請求項２から請求項５のうち、いずれか一項に記載の可動装置。
7. 請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の可動装置と、
   前記可動装置で走査される光を、前記可動部に照射する投光部と、
   を有することを特徴とする光偏向装置。
8. 請求項７に記載の光偏向装置を備える画像投影装置。
9. 前記光偏向装置は、前記投光部からの光の反射光を、光透過部材の表面で走査すること
   を特徴とする請求項８に記載の画像投影装置。
10. 請求項７に記載の光偏向装置を備える光書込装置。
11. 請求項７に記載の光偏向装置を備える物体認識装置。
12. 請求項７に記載の光偏向装置を備える移動体。
13. 請求項７に記載の光偏向装置を備えるヘッドマウントディスプレイ。

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