JP2023138313A - 可動装置、光走査システム、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、物体認識装置および移動体。 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で２次元に可動できる可動装置を提供する。【解決手段】本発明は、可動部と、一端が支持体に接続され、他端が可動部と接続され、第１駆動部を備える第１の部材と、一端が支持体に接続され、他端が可動部と接続され、第２駆動部を備える第２の部材と、を有し、第１駆動部のみを駆動したときの可動部の第１の回動軸と、第２駆動部のみを駆動したときの可動部の第２の回動軸とが交差することを特徴とする可動装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、可動装置、光走査システム、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、物体認識装置および移動体に関する。

特許文献１では、光偏向器などの揺動体装置において、２次元的に偏向可能な光偏向器が開示されている。

特許４１４４８４０号公報

回動軸の方向を任意の方向にすることができる可動装置を提供することを課題とする。

本発明は、可動部と、一端が支持体に接続され、他端が前記可動部と接続され、第１駆動部を備える第１の部材と、一端が前記支持体に接続され、他端が前記可動部と接続され、第２駆動部を備える第２の部材と、を有し、第１駆動部のみを駆動したときの前記可動部の第１の回動軸と、第２駆動部のみを駆動したときの前記可動部の第２の回動軸とが交差することを特徴とする可動装置である。

回動軸の方向を任意の方向にすることができる可動装置を提供することができる。

第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。 第１の実施形態の断面図である。 駆動部が１つの時の模式図を示す参考例である。 第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。 第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。 第３の回動軸で可動部を駆動する印加電圧例である。 第４の回動軸で可動部を駆動する印加電圧例である。 円の軌跡を描くように駆動する印加電圧例である。 第１の変形例（梁１本からなる駆動部）である。 第２の変形例（直線の梁を有するミアンダ構造）である。 第３の変形例（梁の伸長方向が第３および第４の回動軸とずれているミアンダ構造）である。 第４の変形例（梁が第３および第４の回動軸とずれた方向に接続されるミアンダ構造）である。 第５の変形例（接続部が第３の回動軸と平行の例）である。 第６の変形例（接続部が第３の回動軸と平行の例）である。 第７の変形例（接続部が第３の回動軸に対して非対称の例）である。 第８の変形例（支持体との接続部が第３の回動軸に対して非対称の例）である。 第９の変形例（可動部用の支持体（ａ）対称（ｂ）非対称）である。 第１０の変形例（可動部内に別の駆動部を有する例）である。 第１１の変形例（駆動部が４つある場合）である。 第１１の変形例と第１の実施形態の比較したグラフである。 第１２の変形例（ＤＣ電圧の印加による振れ角位置の切り替え（ａ）対応表（ｂ）振れ角位置模式図）である。 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。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態）

図１に本発明の実施形態を示す。図１に示すように、可動装置は、入射した光を反射する可動部１０１と、可動部１０１に接続され、可動部１０１を駆動する圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）を有する第１の部材１００および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）を有する第２の部材１３０を支持する支持体１０２と、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）を制御装置に電気的に接続される電極接続部１５０ａ～１５０ｅと、を有する。

可動装置は、例えば、１枚のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面１４や圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂ、電極接続部１５０ａ～１５０ｅ等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂは第１駆動部の一例であり、圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂは第２駆動部の一例である。なお、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

図２は図１における直線Ｐにおける断面を示す図である。直線Ｑにおける断面もほぼ同様となる。ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層の上に酸化シリコン層１２５が設けられ、その酸化シリコン層１２５の上にさらに単結晶シリコンからなる第２のシリコン層が設けられている基板である。以降、第１のシリコン層をシリコン支持層１２４、第２のシリコン層をシリコン活性層１２６とする。

シリコン活性層１２６は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層１２６のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。

なお、ＳＯＩ基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば可動装置の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。

可動部１０１は、例えば、円形状の可動部基体１０３と、可動部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とから構成される。可動部基体１０３は、例えば、シリコン活性層１２６から構成される。

反射面１４は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。また、可動部１０１は、可動部基体１０３の－Ｚ側の面に可動部補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン支持層１２４および酸化シリコン層１２５から構成され、可動によって生じる反射面１４の歪みを抑制することができる。

第１の部材１００は、一端が可動部基体１０３に接続部１１１によって接続され、他端が支持体１０２の内周部に接続部１１２によって接続され、第１の部材１００には複数の圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂが設けられている構成となっている。

同様に、第２の部材１３０は、一端が可動部基体１０３に接続部１１５によって接続され、他端が支持体１０２の内周部に接続部１１６によって接続され、第２の部材１３０には複数の圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂが設けられている構成となっている。

また、接続部１１１は、第１の接続部の一例であり、接続部１１５は、第２の接続部の一例である。

第１駆動部は、一例として複数の圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂから構成されている。同様に第２駆動部１３０は、一例として複数の圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂから構成されている。第１の部材１００と接続部１１１、１１２、さらに、第２の部材１３０と接続部１１５、１１６は、反射面１４の中心を通る直線に対して線対称となっている。

第１の部材１００および第２の部材１３０は、折り返すように連結されたミアンダ構造である。これにより、大きな振れ角を得ることが可能になる。また、このミアンダ構造により圧電駆動部１１３ａ（１１４ａ）と圧電駆動部１１３ｂ（１１４ｂ）の振動打消しによるリンギング抑制が可能となり、本可動装置を搭載した画像形成装置では画質向上が可能となる。

圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）を有する第１の部材１００および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）を有する第２の部材１３０は、可動部１０１と同心円状の曲線を有するミランダ構造からなる。これにより、チップサイズ小型化および振幅拡大が実現できる。

図２に示されるように、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）を有する第１の部材１００および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）を有する第２の部材１３０は、シリコン活性層１２６から構成される。また、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂは、弾性部であるシリコン活性層１２６の＋Ｚ側の面上に下部電極１２１、圧電部１２２、上部電極１２３の順に形成されて構成される。

上部電極１２３および下部電極１２１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部１２２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。

図１に戻り、支持体１０２は、例えば、シリコン支持層１２４、酸化シリコン層１２５、シリコン活性層１２６から構成され、可動部１０１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。

電極接続部１５０ａ～１５０ｅは、例えば、支持体１０２の＋Ｚ側の面上に形成され、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂの各上部電極１２３および各下部電極１２１、および制御装置１１にアルミニウム（Ａｌ）等の電極配線を介して電気的に接続されている。なお、上部電極１２３または下部電極１２１は、それぞれが電極接続部と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。

なお、本実施形態では、圧電部１２２が弾性部であるシリコン活性層１２６の一面（＋Ｚ側の面）のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面（例えば－Ｚ側の面）に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。

さらに、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂの上部電極１２３の＋Ｚ側の面上、圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂの上部電極１２３の＋Ｚ側の面上、支持体１０２の＋Ｚ側の面上の少なくともいずれかに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。

このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極１２３または下部電極１２１と電極配線とが接続される接続スポットのみ、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂおよび電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としての機能も備える。

次に、可動装置の第１駆動部および第２駆動部を駆動させる制御方法および生成される回動軸について説明する。

圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂが有する圧電部１２２は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば、伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４は、上記の逆圧電効果を利用して可動部１０１を可動させる。

このとき、可動部１０１の反射面１４がＸＹ平面に対して＋Ｚ方向または－Ｚ方向へ傾いたときのＸＹ平面と反射面１４により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、＋Ｚ方向を正の振れ角、－Ｚ方向を負の振れ角とする。

回動軸について説明する。駆動部が１つの参考例を図３に示す。駆動部１１０では、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂが有する圧電部１２２に、上部電極１２３および下部電極１２１を介して駆動電圧が印加されると、それぞれの圧電部１２２が変形する。

この圧電部１２２の変形による作用により、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂが屈曲変形する。その結果、接続部１１２を介して可動部１０１に第１の回動軸１周りの駆動力が作用し、可動部１０１が第１の回動軸１周りに可動する。駆動部１１０に印加される駆動電圧は、制御装置１１によって制御される。

次に、本実施形態の回動軸について説明する。本実施形態の回動軸の一例を図４に示す。圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）に交流電圧を加え、圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）には電圧を加えない場合は、可動部１０１は第１の回動軸１を中心に回動する。同様に、圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）に交流電圧を印加し、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）には電圧を加えない場合は、可動部１０１は第２の回動軸２を中心に回動する。

第１の回動軸１と第２の回動軸２が交差することで、可動部１０１を２次元に回動制御することが可能となる。これにより、第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときの可動部１０１の回動軸の方向を任意の方向にすることができ、簡単な構成での２次元駆動の可動装置を提供できる。

そして、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）に印加する電圧を制御する電圧制御部の一例である制御装置１１が、圧電駆動部（１１３ａ、１１３ｂ）および圧電駆動部（１１４ａ、１１４ｂ）に電圧を印加したときの可動部１０１の回動軸の方向を変更する。

本実施形態にかかる可動装置は、可動部１０１が第１駆動部を有する第１の部材１００と第１の接続部１１１で接続され、第１の回動軸１を挟んだ反対側の領域が自由端となることを特徴する。これにより、第１の回動軸１を挟んだ反対側の領域が自由端となり、可動域を広げることができる。よって、第１駆動部および第２駆動部に電圧を印加したときに、特定の方向の回動軸で回動する可動部の可動域を広げることができる。

本実施形態にかかる可動装置は、可動部１０１が第２駆動部を有する第２の部材１３０と第２の接続部１１５で接続され、第２の回動軸２を挟んだ反対側の領域が自由端となることを特徴する。これにより、第１の回動軸１を挟んだ反対側の領域が自由端となり、可動域を広げることができる。第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときに、可動部１０１の可動域を広げることができる回動軸の方向が、増える。

本実施形態にかかる可動装置は、第１の接続部１１１と可動部１０１の中心とを通る直線と第２の接続部１１５と可動部１０１の中心とを通る直線とがなす角が９０度以内であることを特徴とする。

ここで、第１の接続部１１１と第２の接続部１１５から、それぞれ可動部１０１の中心を通る直線を引くと、可動部の中心において、交点が生じる。この交点における２つの直線が形成する角度、つまりは接続部１１１と１１５が可動部中心に作る角度をここではなす角と記す。ただし、なす角は、可動部中心、接続部１１１、接続部１１５で形成される三角形の内角である。このなす角が９０度以下であることを特徴する。

これにより、第１駆動部および第２駆動部に電圧を印加したときに、直交する２つの方向の回動軸でそれぞれ回動する可動部１０１の可動域を広げることができる。

図５は本実施例の回動軸を説明する図である。制御装置１１によって、第１駆動部である圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加する。同時に、同位相で、第２駆動部である圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂに、所定の正弦波形の駆動電圧を印加する。可動部１０１は、第３の回動軸３の周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動する。

制御装置１１によって、圧電駆動部１１３ａ、１１３ｂに所定の正弦波形の駆動電圧を印加する。同時に、逆位相で、圧電駆動部１１４ａ、１１４ｂに、所定の正弦波形の駆動電圧を印加する。

これにより、可動部１０１は、第４の回動軸４の周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動する。第１および第２駆動部１３０を同位相で駆動することにより、第３の回動軸３で可動部１０１を回動させ、第１および第２駆動部１３０を逆位相で駆動することにより、第３の回動軸３にほぼ垂直な第４の回動軸４で可動部１０１を回動させことができる。

第１駆動部を有する第１の部材１００と可動部１０１の接続部１１１と、第２駆動部を有する第２の部材１３０と可動部１０１の接続部１１５とを結ぶ直線が、第３の回動軸３とが平行である。ここで、接続部１１１と接続部１１５の２点を通る直線が第３の回動軸３と平行である。

これにより、接続部を任意に設計することで、回動中心も制御することが可能となる。ミラー回動中心と可動部中心を一致させることで、光学実装時の調整工程が削減できる。また、ミラー中心と回動中心の一致による光学実装製造のコスト低減および、光学誤差の緩和が可能となる。

第１駆動部に印加する電圧の第１の位相と、第２駆動部に印加する電圧の第２の位相の位相差を変更することにより、可動部１０１の回動軸の方向を変更することができる。なお、電圧制御部は、第１駆動部に印加する電圧と、第２駆動部に印加する電圧の差または比率を変更してもよい。

本実施形態では、第１駆動部と第２駆動部が同位相で駆動した際の回動軸を第３の回動軸３、第１駆動部および第２駆動部が逆位相で駆動した際の回動軸を第４の回動軸４として、第１駆動部のみを駆動した第１の回動軸１と第２駆動部のみを駆動した第２の回動軸２とは、平面視に置いてずれるように配置する。ここで平面視とは図５のＸＹ平面を指す。

つまり、第１駆動部を有する第１の部材１００と第２駆動部を有する第２の部材１３０どちらとも可動部１０１の回動は第１の回動軸１と第２の回動軸２双方のベクトルを有している。つまり、第１駆動部および第２駆動部それぞれの独立した駆動あるいは組み合わせた駆動を制御することにより、可動部１０１を所望の方向に揺動させることができ、描画領域におけるリサージュスキャンやベクトルスキャンが可能となる。

第１駆動部を有する第１の部材１００と第２駆動部を有する第２の部材１３０の位置は、第３の回動軸３と第４の回動軸４に対して略４５度に位置する。言い換えれば、可動部１０１中心から駆動部の中心位置に伸ばした線が第３の回動軸３と前記第４の回動軸４に対して平面視において略４５度ずれた位置にあたるよう配置するのが望ましい。

第１の接続部１１１と可動部１０１の中心を通る直線と第３の回動軸３と成す角は略４５度となる。同様に、第１の接続部１１１と可動部１０１の中心を通る直線と第４の回動軸４と成す角は略４５度となる。

また、第２の接続部１１５と可動部１０１の中心を通る直線と第３の回動軸３と成す角は略４５度となる。同様に、第１の接続部１１５と可動部１０１の中心を通る直線と第４の回動軸４と成す角は略４５度となる。

これにより、２軸動作効率の最適化ができ、２次元振れ角およびその走査の振幅を拡大することができる。第１駆動部を有する第１の部材１００と第２駆動部を有する第２の部材１３０と可動部１０１を接続する接続部１１１、１１５の形状の詳細は本実施形態に限定されない。

第１駆動部を有する第１の部材１００と可動部１０１との接続部１１１と、第２駆動部を有する第２の部材１３０と可動部１０１との接続部１１５の関係で回動中心を設計することが可能である。接続部１１１と可動部１０１の中心が作る直線と接続部１１５と可動部１０１の中心が作る直線とで形成される、なす角が、平面視において略９０度の位置関係にあることが望ましいが、本実施形態に限定されない。また、駆動部は駆動以外の機能を有していてもよい。例えば変位の検出や、ヒーター、電気配線等である。また、可動部の形状は実施形態に限定されない。

図６、７は、本実施形態の駆動方法について説明する図である。図６に第１駆動部と第２駆動部の駆動信号波形例を示す。信号波形は周波数ｆの周期性を持つ。

図６が第１駆動部と第２駆動部が同位相で駆動し、可動部１０１が第３の回動軸３で回動する場合である。図６（ａ）は第１駆動部Ａ（圧電駆動部１１３ａ）および第２駆動部Ａ（圧電駆動部１１４ａ）に印加する波形である。図６（ｂ）は第１駆動部Ｂ（圧電駆動部１１３ｂ）および第２駆動部Ｂ（圧電駆動部１１４ｂ）に印加する波形である。

図７が第１駆動部と第２駆動部が逆位相で駆動し、可動部１０１が第４の回動軸４で回動する場合の駆動信号波形例である。図７（ａ）は第１駆動部Ａ（圧電駆動部１１３ａ）および第２駆動部Ｂ（圧電駆動部１１４ｂ）に印加する波形である。図７（ｂ）は第１駆動部Ｂ（圧電駆動部１１３ｂ）および第２駆動部Ａ（圧電駆動部１１４ａ）に印加する波形である。

図８には駆動方法の一例を示す。第１駆動部Ａ（圧電駆動部１１３ａ）および第１駆動部Ｂ（圧電駆動部１１３ｂ）は逆位相の駆動波形を印加している。第２駆動部Ａ（圧電駆動部１１４ａ）および第２駆動部Ｂ（圧電駆動部１１４ｂ）にも同様には逆位相の駆動波形を印加している。第２駆動部Ａ（圧電駆動部１１４ａ）は、第１駆動部Ａ（圧電駆動部１１３ａ）から位相を９０度ずらした波形である。

これにより本駆動方法では可動部１０１の光走査軌跡は円を描く。実施形態例ではいずれの駆動波形も同じ周波数であるが、実施形態例に限られず、各入力波形の周波数や振幅や位相は自由に変えてよい。

図９には、本実施形態の第１の変形例を示す。第１の変形例は駆動部を有する部材が１本の梁構造の可動装置である。第１の部材および第２の部材とも、一端が可動部１０１と接続し、他端は支持体１０２と接続する。

第１駆動部と第２駆動部を同位相で駆動した際は第３の回動軸３、逆位相で駆動した際は第４の回動軸４を有する。従来例よりも少ない駆動信号線数でのベクタースキャンあるいはリサージュスキャンが可能となる。

図１０には、第２の変形例を示す。第２の変形例は駆動部を有する部材のミアンダ構造が直線の梁からなる構造の可動装置である。

第１駆動部を有する第１の部材および第２駆動部を有する第２の部材が有する梁形状は、図１のように前記可動部１０１の同心円の曲率を有するか、もしくは、図１０のように可動部１０１の外周辺と平行である場合が、最もチップサイズの小型化には効果がある。

図１１には、第３の変形例を示す。
第３の変形例は第１駆動部を有する第２の部材および第２駆動部を有する第２の部材のミアンダ構造が有する梁の伸長方向が、平面視に置いて第３および第４の回動軸４どちらとも、ずれている可動装置である。梁の伸長方向の詳細は実施形態例に限定されないが、平面視において第３および第４の回動軸４とおよそ略４５度ずれた方向が最も望ましく、ミラー振れ角が大きくなる。

図１２には、第４の変形例を示す。第４の変形例は駆動部を有する部材のミアンダ構造を構成する梁が直線でかつ、梁が第３の回動軸３と平行でない方向にずらしながら折り返されるミアンダ構造の可動装置である。
本変形例では接続部の形状や位置の詳細は実施形態例に限定されないが、接続部が第３の回動軸３と第４の回動軸４から略４５度ずれた位置であると、第３の回動軸３と第４の回動軸４での振れ角が最も大きくなる。

図１３には第５の変形例、図１４には第６の変形例を示す。第５の変形例は、第１の接続部１１１と可動部１０１との接続位置と、第２の接続部１１５と可動部１０１との接続位置が、可動部１０１の対角線上となるよう配置している。第６の変形例は、第１の接続部１１１と可動部１０１が接続する辺と、第２の接続部１１５と可動部１０１が接続する辺と、が、向かい合うよう配置している。第５の変形例および第６の変形例はどちらも第１の接続部１１１と可動部１０１の中心とを通る直線と第３の回動軸３と平行である。同様に、第２の接続部１１５と可動部１０１の中心とを通る直線と第３の回動軸３と平行な可動装置である。これにより、平行を維持したまま接続部を調整することで、第３の回動軸３位置を調整することが可能である。

また第６の変形例において、支持枠１０２と第１の部材１００を接続する接続部１１２と、支持枠１０２と第２の部材１３０を接続する接続部１１６は、可動部１０１と第４の回動軸とを挟んで対称に位置する。これにより、可動装置が静止している際の可動部１０１の自重の影響を受けた可動部１０１が、第３の回動軸周りに傾くことを抑制できる。静止時の面傾きを抑制することで、第３の回動軸方向への共振が抑制され動作が安定する。また、可動装置を備える光学系において、光学部品の調整による工数負荷を低減することが可能である。

図１５で示す第７の変形例では、接続部１１２と接続部１１６の位置関係が、可動部１０１を挟まず、第４の回動軸を挟んで対称に位置する。この場合、第１の部材１００と第２の部材１３０と第１の接続部１１１と第２の接続部１１５は、可動部１０１を自由端とした疑似的な片持ち梁構造になり、可動部１０１を大きく揺動することが可能になる。

図１６で示す第８の変形例では、接続部１１２と接続部１１６の位置関係は第７の実施形態と同様であるが、接続部１１１と接続部１１５の位置を、第３の回動軸に対して接続部１１２と接続部１１６の位置と反対側に設けている。これにより、揺動を大きくしつつ、可動部１０１が第３の回動軸周りに傾くことを抑制できるため、走査線品質の向上や光学系調整の工数負荷の低減が期待できる。

図１７には第９の変形例を示す。図１７は可動部１０１のミラー基体の剛性をあげ、面変形量を低減するための支持構造を示す。支持構造である可動部１０１用支持体１０４は、図１７（ａ）では前記第３の回動軸３と平行かつ平面視において可動部１０１の中心を通る線５に対して線対称、図１７（ｂ）では非対称である。支持構造は実施形態例に限定されないが、非対称にすることで、可動装置全体の重心位置を可動部１０１の中心に寄せることが可能である。

図１８は、第１０の変形例を示す。本変形例８は可動部構造内に別の駆動部を有することを特徴としている。第１０の変形例は、支持体１０２に第３駆動部を有する第３の部材１３１および第４駆動部を有する第４の部材１３２があり、第２の支持体１２０と接続されている。その第２の支持体の内部に接続する第１の部材１００および第２の部材１３０と可動部を有する可動装置である。

第１０の変形例では、４つの駆動部を有する２次元に光偏向可能な可動装置を示した。第１０の変形例はラスタスキャンとベクタースキャンと組み合わせる使い方ができるという特徴を持つ。ラスタスキャンにベクタースキャンを掛け合わせることができるため、各駆動部の中心電圧を変えることで、所定のタイミングで、ラスタスキャンによって生成される描画領域の中心位置を変えることができる。一例として、ベクタースキャンで画像表示位置の切り替えをしつつ、ラスタスキャンで画像を描画するという利用方法が想定される。

各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。また、材質や製造工程や電気的な接続や制御方法は図１と同様の構成で実施可能であるが、実施形態例に限定されない。駆動体の駆動方式は圧電駆動に限定されない。静電駆動、電磁駆動、熱電駆動であってもよい。

駆動部ごとに基準電圧（中心電圧）が異なり、適宜、調整している。第１駆動部と第２駆動部の基準電圧（中心電圧）が異なっていてもよい、またミアンダ構造の場合は各駆動部内の駆動部Ａおよび駆動部Ｂとで基準電圧が異なっていてもよい。

図１９には第１１の変形例を示す。本変形例の可動装置では、第１駆動部を有する第１の部材１００、第２駆動部を有する第２の部材１３０、第３駆動部を有する第３の部材１３１および第４駆動部を有する第４の部材１３２、４つの駆動部を有し、ねじり梁で駆動部と可動部１０１を接続した構成である。可動部１０１の回動軸と、４つの駆動部をそれぞれ個別に駆動した回動軸は同一あるいは平行である。

図２０は本実施形態（第１の実施例）と第１１の変形例との比較である。第１１の変形例は図１９のように駆動部を有する４つの部材で可動部１０１を揺動させる可動装置である。同じミラー径の可動部１０１を揺動する際の非共振駆動時のミラー振れ角を比較すると、本実施形態を適用することで、駆動部面積が減っているにも関わらず、同等の共振周波数に対して振れ角の向上が実現できている。

本実施形態の可動装置は駆動部を有する部材と可動部１０１の接続が２か所となるため、可動部１０１の拘束が弱まり、揺動しやすくなるため大きな振れ角を得ることが可能となる。

本実施形態においては、駆動部を有する部材を２つのみとして、接続部は２か所のみとした。これによって、４か所の可動部１０１の接続部に比べ、はるかに、拘束力が減少し、振れ角が増大する。また、構造が簡素化され、小型化か可能となる。

本実施形態では駆動部を２つに減らせることで、信号線が減り、合わせて必要な回路部品数も削減できる。また駆動部面積が減っただけ可動装置全体のサイズを小型化することが可能である。あわせて、複数の可動装置が同一の支持枠に保持された構成の場合においては、隣り合うミラー間距離が近くなり、すなわち集積率の向上が可能となる。

駆動部数の削減により、本実施形態の可動装置を搭載した光偏向器のサイズを小型化することも可能となる。また、本実施形態の光偏向器は駆動部とセンサの数が減るため電気信号線の本数を削減することができ、それにより回路基板の小型化・部品点数の削減による低コスト化および、システム全体の小型化を実現することができる。また、複数並べる場合の集積率向上によるシステム小型化、光学系自由度の向上を実現することができる。また、ミラーの拘束箇所が減っているため、駆動感度が向上し、大きな画角を得ることができるとともに、ミラー径を大きくできる。

本発明の光偏向装置を画像投影装置に適用した場合は、大きな画角を得ることができる。また、ミラーが２点支持で、駆動しやすくなるため、駆動線と検知線が減り、回路の部品点数が減るため、システムの低コスト化ができる。また、駆動感度が向上し、部品コストが下がるため、同様に、システムの低コスト化ができる。

図２１に、駆動部をＤＣ電圧Ｖで回動した場合の、可動部１０１の振れ角位置の模式図を示す。ＤＣ駆動は、ベクタースキャンを、振幅を０として、中心電圧を変化させた方法であり、ベクタースキャンの一例である。
図２１（ａ）は第１駆動部および第２駆動部を回動するための印加電圧Ｖに対する振れ角方向の組み合わせ表、図２１（ｂ）は各回動状態に対する可動部１０１の振れ角方向を図示した。Ｘ方向は前記第３の回動軸３で可動部１０１を回動した際の方向、Ｙ方向は第４の回動軸４で可動部１０１を回動した際の方向である。図２１では第１駆動部および第２駆動部を駆動した際の回動方向を＋としているが、実施形態例に限定されず、逆向きで定義してもよい。ＸＹに対する斜め方向は２倍の電圧を印加することで均等に振れ角位置まで描画することが可能である。

図２１（ａ）に記載した印加電圧は一定の値Ｖを基準としているが、実施形態例に限定されず、別々の値を与えてもよい。それにより、複雑な振れ角制御が可能となる。また、駆動部が１本以上の梁を有する場合、第１駆動部と第２駆動部を回動する印加電圧信号の基準電圧、つまり、振れ角が０度の際の印加電圧を、最大印加電圧の中心に設定することで、＋側、－側への振れ角制御が可能である。

第１駆動部を有する第１の部材および第２駆動部を有する第２の部材が、複数の梁部が折り返すように接続されたミアンダ構造で、各々の梁部の＋Ｚ側の面の上に、梁部ごとに、交互に圧電駆動部郡Ａ（１１３ａ、１１４ａ）と圧電駆動部郡Ｂ（１１３ｂ、１１４ｂ）が設けられた場合、圧電駆動部郡Ａのみを駆動、または圧電駆動部郡Ｂのみを駆動とすることで、負電圧を使わずともミラーの振れ角を＋側、あるいは－側と制御することが可能である。ただし、圧電駆動部群Ａおよび圧電駆動部群Ｂという記載は、上記説明では区別するが、本明細書では総称して圧電駆動部または駆動部と呼ぶ。

前記基準電圧は０Ｖであってもよいし、印加可能な電圧の最大振幅内のいずれかの電圧であってもよい。第１駆動部と第２駆動部で異なっていても良いし、各駆動部内において、電圧駆動部群Ａ（１１３ａ、１１４ａ）と電圧駆動部群Ｂ（１１３ｂ、１１４ｂ）が設けられている場合は、それぞれで異なっていても良い。印加電圧の信号波形は実施形態例に限られず、Ｓｉｎ波や矩形波、鋸波のような周期的な波形であってもよいし、より複雑な周期波形であってもよい。ＤＣ駆動であってもよい。また、構造固有の共振周波数に駆動波形の周波数を近づけ、リサージュスキャンしてもよい。

圧電駆動部群Ａ（１１３ａ、１１４ａ）と圧電駆動部群Ｂ（１１３ｂ、１１４ｂ）に逆位相の電圧を与え、印加する信号の電圧や時間領域での切り替えを行う際、圧電駆動部群Ａ（１１３ａ、１１４ａ）と圧電駆動部群Ｂ（１１３ｂ、１１４ｂ）とで信号の切り替えに時間差を与え、発生する機械的な振動が圧電駆動体Ａと圧電駆動体Ｂとで逆相するようにして打ち消すことも可能である。これにより、高速な描画や複雑な駆動波形への応答が可能になる。また、実施例では圧電駆動体としたが、駆動体の方式は圧電駆動に限定されない。静電駆動、電磁駆動、熱電駆動であってもよい。

以下、本発明の可動装置を応用した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２２～図２５に基づいて詳細に説明する。

図２２には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図２２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２３を用いて説明する。図２３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。

光源装置トライバは、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２３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２４を用いて説明する。図２４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２２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２５を用いて説明する。図２５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２６および２７を用いて詳細に説明する。

図２６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２５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２６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２７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、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。

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、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２８および図２９を用いて詳細に説明する。

図２８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２９は、光書込装置の一例の概略図である。

図２８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２９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、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（可動部）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３０および図３３を用いて詳細に説明する。

図３０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。ライダ装置を自動車の前照灯を搭載する灯部ユニットに搭載した自動車の概略図である。
また、図３１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３０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３１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３２を用いて説明する。図３２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３３～３４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３３は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図３４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３４は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図３４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、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。

以上説明したように、本発明の態様の一例は以下の通りである。

＜１＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、可動部１０１と、一端１１２が支持体１０２に接続され、他端１１１が前記可動部１０１と接続され、第１駆動部１１３ａ、１１３ｂを備える第１の部材１００と、一端１１６が前記支持体１０２に接続され、他端１１５が前記可動部１００と接続され、第２駆動部１１４ａ、１１４ｂを備える第２の部材１３０と、を有し、第１駆動部１１３ａ、１１３ｂのみを駆動したときの可動部１０１の第１の回動軸１と、第２駆動部１１４ａ１１４ｂのみを駆動したときの可動部１０１の第２の回動軸２とが交差することを特徴とする。これにより、第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときの可動部１０１の回動軸の方向を任意の方向にすることができる。

＜２＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、可動部１０１が第１の部材１００と第１の接続部１１１で接続され、第１の回動軸１を挟んだ反対側の領域が自由端となることを特徴する＜１＞に記載の可動装置１３である。これにより、第１の回動軸を挟んだ反対側の領域が自由端となり、可動域を広げることができる。よって、第１駆動部および第２駆動部に印加したときに、特定の方向の回動軸で回動する可動部１０１の可動域を広げることができる。

＜３＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、可動部１０１が第２の部材１３０と第２の接続部１１５で接続され、第２の回動軸を挟んだ反対側の領域が自由端となることを特徴する＜１＞または＜２＞に記載の可動装置１３である。これにより、第１の回動軸を挟んだ反対側の領域が自由端となり、可動域を広げることができる。第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときに、可動部１０１の可動域を広げることができる回動軸の方向が、増える。

＜４＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１の接続部１１１と可動部１０１の中心とを通る直線と第２の接続部１１５と可動部１０１の中心とを通る直線とがなす角が９０度以内であることを特徴とする＜２＞または＜３＞に記載の可動装置１３である。これにより、第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときに、直交する２つの方向の回動軸でそれぞれ回動する可動部１０１の可動域を広げることができる。

＜５＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１駆動部１１３ａ、１１３ｂおよび第２駆動部１１４ａ、１１４ｂに印加する電圧を制御する電圧制御部３０を備え、電圧制御部３０は、第１駆動部に印加する電圧の第１の位相と、第２駆動部に印加する電圧の第２の位相の位相差を変更することを特徴する＜１＞乃至＜４＞のいずれか一項に記載の可動装置１３である。これにより、駆動部に印加する電圧の第１の位相と、前記第２駆動部に印加する電圧の第２の位相の位相差を変更することにより、第１駆動部および前記第２駆動部に印加したときの可動部１０１の回動軸の方向を変更することができる。なお、電圧制御部は、第１駆動部に印加する電圧と、第２駆動部に印加する電圧の差または比率を変更してもよい。

＜６＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、可動部１０１は第３の回動軸３回り、及び、第４の回動軸４回りに回動可能であり、第３及び第４の回動軸が交差することを特徴とする＜１＞乃至＜５＞のいずれか一項に記載の可動装置１３である。これにより駆動部および接続部の位置に影響の受けない任意の回動軸を選択できることなり、２次元方向に回動が可能となる。

＜７＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第３の回動軸３は、前記第１駆動部１１３ａ、１１３ｂおよび第２駆動部１１４ａ、１１４ｂに同位相の電圧を印加したときに回動する回動軸であり、第４の回動軸４は、前記第１駆動部１１３ａ、１１３ｂおよび第２駆動部１１４ａ、１１４ｂに逆位相の電圧を印加したときに回動する回動軸であり、第３回動軸３および第４の回動軸４が平面視において略垂直であることを特徴とする＜６＞に記載の可動装置１３である。これにより、第１および第２駆動部を同位相で駆動することにより、第３の回動軸で可動部１０１を回動させ、第１および第２駆動部を逆位相で駆動することにより、第３の回動軸にほぼ垂直な第４の回動軸で可動部１０１を回動させことができる。

＜８＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、前記第１の接続部１１１又は第２の接続部１１５と、前記可動部１０１の中心と、を通る直線と、前記第３の回動軸３又は第４の回動軸４と、が成す角の大きさは略４５度であることを特徴とする＜６＞または＜７＞に記載の可動装置１３である。これにより、２軸動作効率の最適化ができ、２次元振れ角およびその走査の振幅を拡大することができる。

＜９＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１の接続部１１１と可動部１０１の中心とを通る直線、または、第２の接続部１１５と可動部１０１の中心とを通る直線が、第３の回動軸３又は第４の回動軸４と平行であることを特徴とする＜６＞乃至＜８＞のいずれか一項に記載の可動装置１３である。これにより、接続部の任意な設計および回動中心の制御が可能となり、ミラー中心と回動中心を一致させることによる光学設計の公差を緩和することができる。製造コストを低減できる。

＜１０＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１および第２の部材１００、１３０が、可動部１０１と同心円状の曲線を有する１本以上の梁構造からなることを特徴とする＜１＞乃至＜９＞いずれか一項に記載の可動装置である。これにより、曲線構造によるチップサイズの小型化による整合コストの低減や、可動部１０１の可動振幅を拡大することができる。

＜１１＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１および第２の部材１００、１３０が、平面視において可動部１０１外周形状と平行の直線を有する１本以上の梁構造からなることを特徴とする＜１＞乃至＜９＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、直線ミアンダによる構成が可能となり、チップサイズを小型化することができ製造コストを低減することができる。

＜１２＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１及び第２の部材１００、１３０が、平面視において第１及び第２の回動軸と略４５度ずれた方向に伸長する１本以上の梁構造からなることを特徴とする＜６＞乃至＜９＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、余分な可動部１０１端を削減することによる周波数の高速化、振れ角向上を実現することができる。

＜１３＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１又は第２の部材１００、１３０が、ミアンダ構造であることを特徴とする＜１＞乃至＜１２＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、大きな振れ角を得ることが可能になる。振動打消しによるリンギングの抑制が可能となり、画質向上することができる。

＜１４＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１および第２の接続部１１１、１１５を通る直線と、第３又は第４の回動軸と、が平行であることを特徴とする＜８＞または＜９＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、ミラー回動中心と可動部１０１の中心を一致させることで、光学実装時の調整工程が削減できる。

＜１５＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、可動部１０１は面内変形を抑制する可動部支持体１０４を有し、支持体は、平面視において第１又は第２の回動軸と平行且つ可動部１０１の中心を通る直線に対して非対称であることを特徴とする＜６＞乃至＜９＞、＜１２＞、＜１４＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、重心位置を調整し、振動を安定化することができる。

＜１６＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１および第２駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂに駆動する信号の基準電圧が、最大電圧振幅の中心電圧であり、基準電圧に対して、印加電圧振幅を制御することを特徴とする＜１＞乃至＜１５＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、振動打消しによるリンギング抑制ができ、画質向上する。また、負電圧やバイモルフ構造にしなくても±方向のミラー振れ角が揺動可能であり、ミアンダとカンチレバー型どちらでも適用することができる。

＜１７＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１及び第２駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂに印加する信号がそれぞれ２チャネルあり、チャネルの電圧振幅と位相は個別に調整可能であり、ベクタースキャンとＤＣ電圧駆動が可能であることを特徴とする＜１＞乃至＜１６＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、チップサイズの小型化でき、ベクタースキャン、任意なＤＣ電圧による振れ角の切り替えが可能となる。

＜１８＞
本実施形態にかかる可動装置１３は、第１及び第２駆動部１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂに印加する信号がそれぞれ２チャネルあり、チャネルの電圧振幅と位相は個別に調整可能であり、リサージュスキャンが可能であることを特徴とする＜１＞乃至＜１６＞のいずれか一項に記載の可動装置である。これにより、チップサイズが小型化でき、リサージュスキャンをすることができる。

１ 第１の回動軸１
２ 第２の回動軸２
３ 第３の回動軸３
４ 第４の回動軸４
１３ 可動装置
１４ ミラー
３０ 制御部
１００ 第１の部材
１０１ 可動部
１０２ 支持体
１０４ 可動部支持体（可動部支持体の一例）
１１１ 可動部と第１の部材との接続部（第１の接続部の一例）
１１２ 支持体と第１の部材との接続部
１１３ａ 圧電駆動部群Ａ（圧電駆動部、第１駆動部の一例）
１１３ｂ 圧電駆動部群Ｂ（圧電駆動部、第１駆動部の一例）
１１４ａ 圧電駆動部群Ａ（圧電駆動部、第２駆動部の一例）
１１４ｂ 圧電駆動部群Ｂ（圧電駆動部、第２駆動部の一例）
１１５ 可動部と第２の部材との接続部（第２の接続部の一例）
１１６ 支持体と第２の部材との接続部
１３０ 第２の部材
１３１ 第３の部材
１３２ 第４の部材

Claims (24)

1. 可動部と、
   一端が支持体に接続され、他端が前記可動部と接続され、第１駆動部を備える第１の部材と、
   一端が前記支持体に接続され、他端が前記可動部と接続され、第２駆動部を備える第２の部材と、を有し、
   第１駆動部のみを駆動したときの前記可動部の第１の回動軸と、
   第２駆動部のみを駆動したときの前記可動部の第２の回動軸とが交差する
   ことを特徴とする可動装置。
2. 前記可動部は、前記第１の部材と第１の接続部で接続され、前記第１の回動軸を挟んだ前記第１の接続部と反対側の領域が自由端となることを特徴とした請求項１の可動装置。
3. 前記可動部は、前記第２の部材と第２の接続部で接続され、前記第２の回動軸を挟んだ前記第２の接続部と反対側の領域が自由端となることを特徴とした請求項１の可動装置。
4. 前記第１の接続部と前記可動部の中心を通る直線と
   前記第２の接続部と前記可動部の中心を通る直線とがなす角が９０度以内であることを特徴とした請求項２または請求項３の可動装置。
5. 前記第１駆動部および前記第２駆動部に印加する電圧を制御する電圧制御部を備え、
   前記電圧制御部は、前記第１駆動部に印加する電圧の第１の位相と、前記第２駆動部に印加する電圧の第２の位相の位相差を変更する
   ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
6. 前記可動部は第３の回動軸回り、及び、第４の回動軸回りに回動可能であり、
   前記第３及び第４の回動軸が交差する
   ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
7. 前記第３の回動軸は前記第１駆動部と前記第２駆動部に同位相の電圧を印加したときに回動する回動軸であり、
   前記第４の回動軸は前記第１駆動部と前記第２駆動部に逆位相の電圧を印加したときに回動する回動軸であり、
   前記第３の回動軸および第４の回動軸が平面視において略垂直である
   ことを特徴とする前記請求項６に記載の可動装置。
8. 前記可動部が前記第１の部材と接続される第１の接続部または前記可動部が前記第２の部材と接続される第２の接続部と、前記可動部の中心と、を通る直線と、前記第３又は第４の回動軸と、が成す角の大きさは略４５度である
   ことを特徴とする前記請求項６または７に記載の可動装置。
9. 前記可動部が前記第１の部材と接続される第１の接続部と、前記可動部の中心とを通る直線、
   または、
   前記可動部が前記第２の部材と接続される第２の接続部と、前記可動部の中心とを通る直線が、
   前記第３又は第４の回動軸と平行である
   ことを特徴とする前記請求項６または７に記載の可動装置。
10. 前記第１および第２駆動部が、前記可動部と同心円状の曲線を有する１本以上の梁構造を有する
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
11. 前記第１および第２の部材が、平面視において前記可動部外周形状と平行の直線を有する１本以上の梁構造を有する
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
12. 前記第１及び第２の部材が、平面視において前記第３及び第４の回動軸と略４５度ずれた方向に伸長する１本以上の梁構造を有する
    ことを特徴とする前記請求項６に記載の可動装置。
13. 前記第１又は第２の部材が、ミアンダ構造である
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
14. 前記第１および第２の接続部を通る直線と、
    前記第３又は第４の回動軸と、が平行である
    ことを特徴とする前記請求項９に記載の可動装置。
15. 前記可動部は面内変形を抑制する可動部支持体を有し、
    前記可動部支持体は、平面視において前記第３又は第４の回動軸と平行且つ前記可動部の中心を通る直線に対して非対称である
    ことを特徴とする前記請求項６に記載の可動装置。
16. 前記第１および第２駆動部に駆動する信号の基準電圧が、最大電圧振幅の中心電圧であり、前記基準電圧に対して、印可電圧振幅を制御する
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
17. 前記第１及び第２駆動部に印可する信号はそれぞれ２チャネルであり、
    前記チャネルの電圧振幅と位相は個別に調整可能であり、
    ベクタースキャンが可能である
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
18. 前記第１及び第２駆動部に印可する信号はそれぞれ２チャネルであり、
    前記チャネルの電圧振幅と位相は個別に調整可能であり、
    リサージュスキャンが可能である
    ことを特徴とする前記請求項１に記載の可動装置。
19. 請求項１に記載の可動装置を有する光走査システムを有する投影装置。
20. 請求項１に記載の可動装置を備えるヘッドアップディスプレイ。
21. 請求項１に記載の可動装置を備えるレーザヘッドランプ。
22. 請求項１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。
23. 請求項１に記載の可動装置を備える物体認識装置。
24. 請求項２０に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項２１に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項２３に記載の物体認識装置の少なくとも１つを有する移動体。