JP6686480B2 - 光偏向器及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器及び画像投影装置に関する。

従来、マイクロマシン技術を用いた光走査装置は、ポリゴンミラーや従来型のガルバノミラー比べて、省電力化や小型化、高速化の可能性があり、駆動部分の形成もシリコンウェアを素材として、半導体微細加工技術を用いて大量で安価に形成できる可能性があるため、その実用化が期待されている。マイクロマシン技術を用いた光走査装置において、梁部に支持され、所定の回転軸を中心に駆動される可動部は、小さなエネルギーで高速、大振幅の回転振幅を得ることが要求される。例えば、特許文献１（特開２０１３−１９５４７９号公報）では、複数の梁部と複数の折り返し部とからなる蛇行形状（ミアンダ形状）の支持部材を有し、電圧の印加により複数の梁部を交互に反対方向に反り変形させることで、ミラー部を回転させる技術が開示されている。

しかしながら、従来技術では、高周波の振動成分による異常振動を抑制することが困難であるという課題がある。具体的には、従来技術は、ミアンダ形状の圧電部の駆動電圧信号に高周波成分が含まれることで、高周波の振動成分による異常振動が生じることがある。光走査装置において、梁部を駆動するための駆動電圧信号に高周波成分が含まれる場合に、高周波成分により梁部や可動部に振動が生じてしまうため、かかる振動を抑制することが重要である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高周波の振動成分による異常振動を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る光偏向器は、ミラー面を有するミラー部位と、前記ミラー部位に接続されたミラー支持部位と、前記ミラー支持部位に接続された第１のカンチレバーとを含むミラー枠部材と、前記第１のカンチレバー上に配置され、反り変形を発生させる第１の圧電部材と、一端が前記ミラー枠部材に接続され、他端が外周の基板に接続された、ミアンダ形状のカンチレバー群と、前記カンチレバー群上に、反り変形を発生させる圧電部材群と、を有し、前記圧電部材群は、１本おきに異なる駆動電圧が印加される第２の圧電部材と第３の圧電部材とを備え、前記カンチレバー群は、１本おきに電気的に接続され、各群で並列に電圧が印加されるように接続された第２のカンチレバーと第３のカンチレバーとを備え、前記第２のカンチレバー上の前記第２の圧電部材は、該第２の圧電部材に電圧を印加するための金属層である、第１の上部電極と、前記第１の上部電極より下層の第１の下部電極とを備え、前記第３のカンチレバー上の前記第３の圧電部材は、該第３の圧電部材に電圧を印加するための金属層である、第２の上部電極と、前記第２の上部電極より下層の第２の下部電極とを備え、前記ミラー部位は、前記第１の圧電部材の反り変形に起因して第１の軸方向に回転し、前記ミラー部位は、前記圧電部材群である前記第２の圧電部材及び前記第３の圧電部材の反り変形に起因して、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に回転し、前記第１の上部電極に対する、時間軸に対して正又は負の鋸波形状の第１の上部電極電圧の印加と、前記第１の下部電極に対する、前記第１の上部電極電圧の電圧波形の形状とは電圧０Ｖを中心として対称的な電圧波形の形状の第１の下部電極電圧の印加と、による前記第２の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第１の走査方向とし、振れ角を第１の振れ角とし、前記第２の上部電極に対する、前記第１の上部電極電圧とは電圧の正負が同一であり時間軸にて対称な電圧波形の形状の第２の上部電極電圧の印加と、前記第２の下部電極に対する、前記第１の下部電極電圧とは電圧の正負が同一であり時間軸にて対称な電圧波形の形状の第２の下部電極電圧の印加と、による前記第３の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第２の走査方向とし、振れ角を第２の振れ角とし、前記第１の上部電極及び前記第１の下部電極と、前記第２の上部電極及び前記第２の下部電極とに対する電圧の印加を行なうことによる前記第２の圧電部材及び前記第３の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第３の走査方向とし、振れ角を第３の振れ角とする場合に、前記第３の走査方向は、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向との間に位置し、前記第３の振れ角は、前記第１の振れ角と前記第２の振れ角との和に等しく、前記第１の上部電極と前記第１の下部電極とに対してのみ電圧を印加することで、走査する方向を前記第１の走査方向に限定し、前記第２の上部電極と前記第２の下部電極とに対してのみ電圧を印加することで、走査する方向を前記第２の走査方向に限定する。

本発明の一つの様態によれば、高周波の振動成分による異常振動を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る光偏向器の概略上面図である。 図２は、実施の形態１に係るミラー枠部材の上面を抜粋した図である。 図３は、図２に示したＡ−Ａ’断面図である。 図４は、図２に示したＢ−Ｂ’断面図である。 図５は、図２に示したＣ−Ｃ’断面図である。 図６は、実施の形態１に係る光偏向器のＸ−Ｘ’断面図である。 図７は、実施の形態１に係るカンチレバー群を変位させるための電気配線の概略図である。 図８は、実施の形態１に係るカンチレバー群を変位させるための電気配線の概略図である。 図９Ａは、実施の形態１に係るカンチレバー群の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。 図９Ｂは、実施の形態１に係るカンチレバー群の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。 図９Ｃは、実施の形態１に係るミラー部位の両端のドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。 図９Ｄは、実施の形態１に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。 図１０Ａは、実施の形態１に係る圧電部材群の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１０Ｂは、実施の形態１に係る圧電部材群に鋸波電圧を印加し、もう一方の圧電部材群に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１０Ｃは、実施の形態１に係る圧電部材群に鋸波電圧を印加し、もう一方の圧電部材群に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１１Ａは、図１０Ａに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１１Ｂは、図１０Ｂに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１１Ｃは、図１０Ｃに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１２Ａは、実施の形態２に係るカンチレバー群の上部電極電圧と、もう一方のカンチレバー群の上部電極電圧とを共通に接地したときの、下部電極電圧の駆動電圧チャートの例を示す図である。 図１２Ｂは、実施の形態２に係るミラー部位の両端のドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。 図１２Ｃは、実施の形態２に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。 図１３Ａは、実施の形態２に係る圧電部材群の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１３Ｂは、実施の形態２に係る圧電部材群に下部電極電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１３Ｃは、実施の形態２に係る圧電部材群に下部電極電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１４Ａは、図１３Ａに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１４Ｂは、図１３Ｂに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１４Ｃは、図１３Ｃに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１５Ａは、実施の形態３に係るカンチレバー群の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。 図１５Ｂは、実施の形態３に係るカンチレバー群の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。 図１５Ｃは、実施の形態３に係るミラー部位の両端のドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。 図１５Ｄは、実施の形態３に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。 図１６Ａは、実施の形態３に係る圧電部材群の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１６Ｂは、実施の形態３に係る圧電部材群に鋸波電圧を印加し、もう一方の圧電部材群に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。 図１６Ｃは、実施の形態３に係る圧電部材群に鋸波電圧を印加し、もう一方の圧電部材群に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示すである。 図１７Ａは、図１６Ａに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１７Ｂは、図１６Ｂに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１７Ｃは、図１６Ｃに示した投影画像の投影を模式的に示した図である。 図１８は、光偏向器を有する画像投影装置を説明する図である。 図１９は、光偏向器を有するヘッドアップディスプレイを説明する図である。 図２０は、光偏向器を有する光走査装置を説明する図である。 図２１は、光偏向器を有する画像形成装置を説明する図である。 図２２は、光偏向器を有する物体認識装置を説明する図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る光偏向器及び画像投影装置の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光偏向器１００の概略上面図である。図１に示すように、光偏向器１００には、主走査方向に相当する１軸方向のミラーの回転と、副走査方向に相当するもう一つの軸方向のミラーの回転とを発生させるカンチレバー構造が構成されている。具体的には、主走査方向のミラーの回転は、基板１０１（ＳＯＩ基板：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と、ミラー部位１０３と、トーションバー（ミラー支持部位）１１０と、圧電部材１０４と、カンチレバー１０９とにより発生する。ミラー枠部材３０１は、複数の本数により構成されるミアンダ形状のカンチレバー群３０２の一端に接続される。ミアンダ形状のカンチレバー群３０２のもう一方の一端は、外周の基板１０１と接続される。ミアンダ形状のカンチレバー群３０２上には、複数本の梁上に反り変形を発生させる手段としての圧電部材群３０３が存在する。

ミラー枠部材３０１は、圧電部材群３０３の反り変形に起因して、１軸方向とは異なるもう一つの軸方向（副走査方向）に回転する。すなわち、光偏向器１００は、ミラーが２軸方向に回転することにより、入射する光の反射光方向を２軸方向に走査しながら偏向する。光偏向器１００は、２軸方向への光偏向によって、例えば、画像を投影により表示する画像投影装置等に用いられる。電圧制御部２０１は、各構成部材に印加する電圧を供給するためのパッドであり、基板上に構成された配線により各構成部材に接続されている。なお、配線については、図示を簡易にするために省略している。

主走査方向に相当する１軸方向のミラーの回転を起こすための圧電部材１０４に印加される電圧は、圧電部材１０４の上下に位置する電極間に印加され、画像のフレームレートから決定される駆動周波数でサイン波電圧が印加される。例えば、駆動周波数は、２０ｋＨｚ等の比較的高い周波数となる。駆動周波数を、ミラー部位１０３の重量と、トーションバー１１０のばね定数とから決定される共振周波数に近い周波数とすることにより、共振させてミラーを回転させることができるため、比較的低い電圧で、ミラーの高い振れ角を発生させることができる。

圧電部材群３０３は、１本おきに２種類の駆動電圧に接続され、１本おきに電気的に接続されたカンチレバー群３０４及びカンチレバー群３０５のそれぞれが、各群で並列に電圧が印加されるように接続されている。ミラー枠部材３０１は、圧電部材群３０３の反り変形に起因して１軸方向とは異なるもう一つの軸方向（副走査方向）に回転する。カンチレバー群３０４は圧電部材群３０６を有し、カンチレバー群３０５は圧電部材群３０７を有する。なお、図１に示すミラー部位１０３の両端である「ａ」及び「ｂ」と、「Ｘ−Ｘ’断面」とについては後述する。

カンチレバー１０９は、「第１のカンチレバー」に対応する。圧電部材１０４は、「第１の圧電部材」に対応する。圧電部材群３０６は、「第２の圧電部材」に対応する。圧電部材群３０７は、「第３の圧電部材」に対応する。カンチレバー群３０４は、「第２のカンチレバー」に対応する。カンチレバー群３０５は、「第３のカンチレバー」に対応する。トーションバー１１０は、「ミラー支持部位」に対応する。

図２は、実施の形態１に係るミラー枠部材３０１の上面を抜粋した図である。図３は、図２に示したＡ−Ａ’断面図である。図４は、図２に示したＢ−Ｂ’断面図である。図５は、図２に示したＣ−Ｃ’断面図である。Ａ−Ａ’断面図（図３参照）及びＢ−Ｂ’断面図（図４参照）では、主に、ミラーを回転させる駆動力を発生するカンチレバー１０９、すなわち圧電部材１０４を表している。Ｃ−Ｃ’断面図（図５参照）では、ミラー部位１０３を表している。以下に、図２〜図５を用いて、シリコン基板（基板１０１）上に構成させる光偏向器１００の基本的な製造方法を説明する。

シリコン基板（基板１０１）には、ＳＯＩ基板が使用される。ＳＯＩ基板である基板１０１は、活性層側のシリコン１０２と、埋め込み酸化膜層１１６と、基材層側のシリコン１０５とから構成される。埋め込み酸化膜層１１６は、「ＢＯＸ層」と呼ばれる場合がある。まず、ＳＯＩ表面にシリコン酸化膜１０７が成膜され、続いて、下部電極材料１２０（適宜、「下部電極１２０」と呼ぶ場合がある）、圧電材料１２１、上部電極材料１２２（適宜、「上部電極１２２」と呼ぶ場合がある）が順に成膜される。その後、上部電極材料１２２、圧電材料１２１、下部電極材料１２０が、それぞれ異なるパターンでパターン化される。このとき、それぞれのパターンは、光偏向器１００に要求される性能等に応じて任意の形でパターン化され、シリコン酸化膜１０７は、下部電極材料１２０と同一のパターンでエッチングされる。

そして、絶縁膜１０８が成膜され、接続孔１１２を開口して、引出し配線材料１１１が成膜されパターン化される。続いて、パッシベーション膜１１３とミラー膜（ミラー部位１０３）とが成膜され、順次パターン化される。その後、活性層１０２（活性層側のシリコン）と、基材層１０５（基材層側のシリコン）と、埋め込み酸化膜層１１６とを順次パターン化及びエッチングすることで、光偏向器１００が完成する。ウェハ上からチップに個片化する方法は、ブレードによるダイシング技術や、レーザダイシング技術や、ドライエッチング技術等により実現されれば良い。下部電極材料１２０と上部電極材料１２２との間に、サイン波の駆動電圧を印加することにより、圧電材料１２１が平面方向に伸縮し、圧電部材１０４の反りを発生させ、トーションバー１１０のねじりを起こし、ミラー部位１０３の共振振動を誘発させて、ミラー部位１０３の主走査方向の回転を起こす（図５参照）。

次に、図６及び図７を用いて、１軸方向の回転とは異なるもう一つの軸方向（副走査方向）への回転を発生させる構造を説明する。図６は、実施の形態１に係る光偏向器１００のＸ−Ｘ’（図１参照）断面図である。図７は、実施の形態１に係るカンチレバー群３０２を変位させるための電気配線の概略図である。

図６に示すように、ミラー部位１０３を有するミラー枠部材３０１は、複数の本数により構成されるミアンダ形状のカンチレバー群３０２の一端に接続される。また、カンチレバー群３０２の他方の一端は、基板１０１に接続される。ミアンダ形状のカンチレバー群３０２は、カンチレバー群３０４と、カンチレバー群３０５との２種類に分類され、複数本の梁上に反り変形を発生させる手段として圧電部材群３０３を有する。この圧電部材群３０３の反り変形に起因して、ミラー枠部材３０１が１軸方向とは異なるもう一つの軸方向に回転する。カンチレバー群３０３は、カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とに分かれている。カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とには、異なる種類の駆動電圧が個別に印加される。カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とは、異なる動きをするカンチレバーである。

図７に示すように、上部電極１２２と、下部電極１２０とは、それぞれ隣接するカンチレバー間（カンチレバー群３０４、カンチレバー群３０５）で別々に駆動する。カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とは、並列に接続されている。図７では、上部電極１２２の一例として、カンチレバー群３０４の上部電極Ａを上部電極３０６ａとし、下部電極１２０の一例として、カンチレバー群３０４の下部電極Ａを下部電極３０６ｃとしている。また、カンチレバー群３０４の圧電部材を、圧電部材３０６ｂとしている。同様に、図７では、上部電極１２２の一例として、カンチレバー群３０５の上部電極Ｂを上部電極３０７ａとし、下部電極１２０の一例として、カンチレバー群３０５の下部電極Ｂを下部電極３０７ｃとしている。また、カンチレバー群３０５の圧電部材を、圧電部材３０７ｂとしている。

このため、カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とのそれぞれにおいて、構成される各カンチレバーは、同様な反りを発生させる。カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とに、駆動電圧の印加がなされることにより、基板１０１に接続する部位から徐々に変位が大きくなり、ミラー枠部材３０１に接する箇所の変位が最大となる。これにより、主走査方向のミラーの回転とは異なり、共振振動に寄らずに比較的大きな回転を発生させることができる。なお、電気配線については、図７に示したものに限られるわけではない。

上部電極３０６ａは、「第１の上部電極」に対応する。下部電極３０６ｃは、「第１の下部電極」に対応する。上部電極３０７ａは、「第２の上部電極」に対応する。下部電極３０７ｃは、「第２の下部電極」に対応する。

図８は、実施の形態１に係るカンチレバー群３０２を変位させるための電気配線の概略図である。図８に示すように、上部電極１２２と、下部電極１２０とは、それぞれ隣接するカンチレバー間（カンチレバー群３０４、カンチレバー群３０５）で別々に駆動する。図７と同様に、カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とは、並列に接続されている。図７と異なる点について、上部電極１２２は接地されている。

次に、光偏向器１００の駆動方法について説明する。図９Ａは、実施の形態１に係るカンチレバー群３０４の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。図９Ｂは、実施の形態１に係るカンチレバー群３０５の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。図９Ｃは、実施の形態１に係るミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。図９Ｄは、実施の形態１に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。図９Ａにおいて、カンチレバー群３０４の上部電極電圧は「Ｖ３０６ａ」とし、カンチレバー群３０４の下部電極電圧は「Ｖ３０６ｃ」として表している。図９Ｂにおいて、カンチレバー群３０５の上部電極電圧は「Ｖ３０７ａ」とし、カンチレバー群３０５の下部電極電圧は「Ｖ３０７ｃ」として表している。図９に示すａ、ｂは、図１に示したものに対応する。

上部電極電圧Ｖ３０６ａは、「第１の上部電極電圧」に対応する。下部電極電圧Ｖ３０６ｃは、「第１の下部電極電圧」に対応する。上部電極電圧Ｖ３０７ａは、「第２の上部電極電圧」に対応する。下部電極電圧Ｖ３０７ｃは、「第２の下部電極電圧」に対応する。

上部電極３０６ａには、時間軸に対して正又は負の鋸波形状の上部電極電圧Ｖ３０６ａが印加され、対となる下部電極３０６ｃには、上部電極電圧Ｖ３０６ａとは正負が逆となる鋸波形状の下部電極電圧Ｖ３０６ｃが印加される。上部電極電圧Ｖ３０６ａと下部電極電圧Ｖ３０６ｃとは、電圧０Ｖを中心として、略対称的な電圧波形である。また、上部電極３０７ａには、時間軸に対して正又は負の鋸波形状の上部電極電圧Ｖ３０７ａが印加され、対となる下部電極３０７ｃには、上部電極電圧Ｖ３０７ａとは正負が逆となる鋸波形状の下部電極電圧Ｖ３０７ｃが印加される。上部電極電圧Ｖ３０７ａと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、電圧０Ｖと中心として、略対称的な電圧波形である。隣り合う電極の電圧である上部電極電圧Ｖ３０６ａと上部電極電圧Ｖ３０７ａとは、電圧の正負が同一となり、時間軸にて対称な電圧波形となる。同様に、隣り合う電極の電圧である下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、電圧の正負が同一となり、時間軸にて対称な電圧波形となる。上部電極電圧Ｖ３０６ａと下部電極電圧Ｖ３０６ｃとは、任意の位相差を有し、上部電極電圧Ｖ３０７ａと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、任意の位相差を有する。以下に、例を挙げて説明する。

図９Ａに示すように、カンチレバー群３０４の上部電極電圧Ｖ３０６ａと下部電極電圧Ｖ３０６ｃとの間に、位相差を持たせる。また、図９Ｂに示すように、カンチレバー群３０５の上部電極電圧Ｖ３０７ａと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとの間に、位相差を持たせる。このような駆動電圧により、図９Ｃに示すように、ミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量にて、高周波の異常振動成分は見られない。これにより、図９Ｄに示すように、ミラー部位１０３の振れ角においても、高周波の異常振動が抑制されていることが分かる。高周波の異常振動成分が抑制される理由の一つは、１個のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Lead Zirconate Titanate）の上部電極側と下部電極側とに、電圧０Ｖを対称とした鋸波電圧を印加することで高周波振動成分が相殺されるからである。また、高周波の異常振動成分が抑制される理由の一つは、ＰＺＴという誘電体を介しているための高周波振動成分の上部電極側と下部電極側との違いを、位相差を持たせることにより補正する効果によるものである。

図１０Ａは、実施の形態１に係る圧電部材群３０６及び圧電部材群３０７の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、各圧電部材群の駆動は、図９Ａ及び図９Ｂに示した駆動電圧によるものとする。図１０Ａに示すように、投影画像１００１ａは、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とに、図９Ａ、図９Ｂの鋸波電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とに同等の電圧が印加されているため、副走査の走査方向の中央付近に主走査方向の走査線が一致し、ある副走査方向の振れ幅を有している。図９Ｄで説明したように、高周波の異常な振動成分が抑制されているので、綺麗な２次元画像が投影されていることが分かる。

図１０Ｂは、実施の形態１に係る圧電部材群３０６に鋸波電圧を印加し、圧電部材群３０７に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、圧電部材群３０６の駆動は、図９Ａに示した駆動電圧によるものとする。一方、圧電部材群３０７の駆動は、上部電極３０７ａと下部電極３０７ｃとに対し、浮動的に電圧を印加するものとする。図１０Ｂに示すように、投影画像１００１ｂは、光走査方向を新たな方向に限定するために、圧電部材群３０６のみに鋸波電圧を図９Ａに示した電圧で印加し、圧電部材群３０７の電極に浮動的な電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、副走査の走査方向は主走査方向の走査線から下側にずれており、高周波の異常振動が抑制されているので、副走査方向の振れ幅が小さくなっている。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１０Ｃは、実施の形態１に係る圧電部材群３０７に鋸波電圧を印加し、圧電部材群３０６に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、圧電部材群３０７の駆動は、図９Ｂに示した駆動電圧によるものとする。一方、圧電部材群３０６の駆動は、上部電極３０６ａと下部電極３０６ｃとに対し、浮動的に電圧を印加するものとする。図１０Ｃに示すように、投影画像１００１ｃは、光走査方向を新たな方向に限定するために、圧電部材群３０７のみに鋸波電圧を図９Ｂに示した電圧で印加し、圧電部材群３０６の電極に浮動的な電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、副走査の走査方向は主走査方向の走査線から上側にずれており、高周波の異常振動が抑制されているので、副走査方向の振れ幅が小さくなっている。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１１Ａは、図１０Ａに示した投影画像１００１ａの投影を模式的に示した図である。図１１Ａに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１１０１と投影基準線１１０２とに対して、副走査の第３の方向１１１３に副走査方向の振れ幅１１０３で投影されていることが分かる。

図１１Ｂは、図１０Ｂに示した投影画像１００１ｂの投影を模式的に示した図である。図１１Ｂに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１１０１と投影基準線１１０２とに対して、下側の副走査の第１の方向１１１１に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１１０４は狭く形成されている。

図１１Ｃは、図１０Ｃに示した投影画像１００１ｃの投影を模式的に示した図である。図１１Ｃに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１１０１と投影基準線１１０２とに対して、上側の副走査の第２の方向１１１２に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１１０５は狭く形成されている。

図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、第３の方向１１１３は、第１の方向１１１１と第２の方向１１１２との間に位置する。また、図１１Ａにおける圧電部材群３０６及び圧電部材群３０７の駆動電圧に対し、図１１Ｂにおける圧電部材群３０６の駆動電圧と、図１１Ｃにおける圧電部材群３０７の駆動電圧とを用いた場合、振れ幅１１０４と振れ幅１１０５との和は、副走査方向の振れ幅１１０３と同等の幅になる。これにより、良好な投影画像のまま、光走査方向を変えて操作領域幅を変えることにより、高輝度な投影が可能となる。

また、隣接するカンチレバー間で相互に高周波の振動成分を打ち消し合う方法も従来考案されているが、１個のカンチレバーでは高周波の振動成分を抑制できずに、ミラー両端に同じ高周波の振動成分が残像するため、環境温度の変動や連続駆動の経時変化により画質が劣化する可能性がある。本実施の形態では、１個のカンチレバーで高周波の振動成分を抑制できるため、環境温度の変動や連続駆動の経時変化による画質への影響を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、図１２Ａ〜図１４Ｃを用いて、実施の形態２に係る光偏向器１００の駆動について説明する。

図１２Ａは、実施の形態２に係るカンチレバー群３０４の上部電極電圧と、カンチレバー群３０５の上部電極電圧とを共通に接地したときの、下部電極電圧の駆動電圧チャートの例を示す図である。図１２Ｂは、実施の形態２に係るミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。図１２Ｃは、実施の形態２に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。図１２Ａにおいて、カンチレバー群３０４の下部電極電圧は「Ｖ３０６ｃ」とし、カンチレバー群３０５の下部電極電圧は「Ｖ３０７ｃ」として表している。図１２Ｂに示すａ、ｂは、図１に示したものに対応する。

カンチレバー群３０４の上部電極及び下部電極に印加される電位差と、カンチレバー群３０５の上部電極及び下部電極に印加される電位差とは、必ずしも等しくなく、必要に応じて大きく・小さくすることにより、第１の方向又は第２の方向を任意の方向とする。また、上部電極電圧Ｖ３０６ａ及び上部電極電圧Ｖ３０７ａ、又は、下部電極電圧Ｖ３０６ｃ及び下部電極電圧Ｖ３０７ｃとのうち、一方の電圧は、電気的に接続され且つ接地されている。接地されていないもう一方の電圧は、一定に昇圧する時間それぞれと、高電圧で安定する時間それぞれと、一定に降圧する時間それぞれと、低電圧で安定する時間それぞれとにより構成される台形波形である。接地されていない電極電圧の隣り合う電圧では、位相が１８０度ずれている略同一の駆動波形となる。一定に昇圧する時間と、一定に降圧する時間とは、略同一の時間長である。高電圧で安定する時間と、低電圧で安定する時間との合計時間の割合は、１周期に対して１〜３割程度の時間となる。以下に、例を挙げて説明する。

図１２Ａに示すように、接地されていない下部電極電圧のチャートは、一定に昇圧する時間と、高電圧で安定する時間と、一定に降圧する時間と、低電圧で安定する時間とから構成される台形波であることが分かる。例えば、下部電極電圧Ｖ３０６ｃのチャートは、一定に昇圧する時間４０１と、高電圧で安定する時間４０２と、一定に降圧する時間４０３と、低電圧で安定する時間４０４とから構成される。下部電極電圧Ｖ３０７ｃのチャートは、一定に昇圧する時間５０１と、高電圧で安定する時間５０２と、一定に降圧する時間５０３と、低電圧で安定する時間５０４とから構成される。また、下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、位相が１８０度ずれている略同一の波形（台形波）である。

下部電極電圧Ｖ３０６ｃのチャートにおいて、一定に昇圧する時間４０１と、一定に降圧する時間４０３とは、略同一の時間長となる。同様に、下部電極電圧Ｖ３０７ｃのチャートにおいて、一定に昇圧する時間５０１と、一定に降圧する時間５０３とは、略同一の時間長となる。下部電極電圧Ｖ３０６ｃのチャートにおいて、高電圧で安定する時間４０２（図中「ｔ２」）と、低電圧で安定する時間４０４（図中「ｔ３」）との合計時間の割合は、１周期の時間（図中「ｔ１」）に対して、１〜３割程度の時間となる。同様に、下部電極電圧Ｖ３０７ｃのチャートにおいて、高電圧で安定する時間５０２と、低電圧で安定する時間５０４との合計時間の割合は、１周期の時間に対して、１〜３割程度の時間となる。

また、図１２Ａに示すように、上部電極３０６ａ及び下部電極３０６ｃに印加される電位差と、上部電極３０７ａ及び下部電極３０７ｃに印加される電位差とは、同一でなくても良く、状況に応じて大きく又は小さくする。図１２Ａに示す例では、圧電部材群３０６の下部電極電圧Ｖ３０６ｃに低い電圧を印加し、圧電部材群３０７の下部電極電圧Ｖ３０７ｃに高い電圧を印加している。

図１２Ａでは、上部電極電圧を共通に接地したときの、接地されていない下部電極電圧の駆動電圧チャートの例を説明した。これに対し、下部電極電圧を共通に接地したときの、接地されていない上部電極電圧の駆動電圧チャートは、下部電極電圧Ｖ３０６ｃが上部電極電圧Ｖ３０６ａのチャート、下部電極電圧Ｖ３０７ｃが上部電極電圧Ｖ３０７ａのチャートのようになる。

このような駆動電圧により、図１２Ｂに示すように、ミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量にて、高周波の異常振動成分は見られない。これにより、図１２Ｃに示すように、ミラー部位１０３の振れ角においても、高周波の異常振動が抑制されていることが分かる。図１２Ｂ及び図１２Ｃから明らかなように、高電圧で安定する時間又は定電圧で安定する時間においても、ミラー部位１０３の振れ角が変動していることが分かる。ミラー部位１０３の振れ角は、三角形のような変動波形（三角波）となる。すなわち、高電圧で安定する時間（例えば、「ｔ２」）と、低電圧で安定する時間（例えば、「ｔ３」）との、１周期の時間（例えば、「ｔ１」）に対する割合（例えば、１〜３割程度）は、上記のように、ミラーの変動を安定的に起こすための割合となる。

ミラーの良好な振れ角が得られる理由の一つとして、台形波は電圧が急激に変化する波形ではないため、高周波成分のノイズが発生しにくいことが挙げられる。また、ミラーの良好な振れ角が得られる理由の一つは、下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとの位相が１８０度ずれているので、高周波のノイズが発生しても相殺されるからである。

図１３Ａは、実施の形態２に係る圧電部材群３０６及び圧電部材群３０７の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、各圧電部材群の駆動は、図１２Ａに示した駆動電圧によるものとする。図１３Ａに示すように、投影画像１３０１ａは、圧電部材群３０６の下部電極電圧Ｖ３０６ｃに下部電極電圧Ｖ３０７ｃよりも低い電圧を印加し、圧電部材群３０７の下部電極電圧Ｖ３０７ｃに下部電極電圧Ｖ３０６ｃよりも高い電圧を印加しているため、副走査の走査方向の中央付近と、主走査方向の走査線とは一致していない。また、投影画像１３０１ａは、副走査の走査方向の中央付近が主走査方向の走査線よりも上方に形成されていることが分かる。図１２Ｃに見られるように、高周波の異常な振動成分が抑制されているので、綺麗な２次元画像が投影されていることが分かる。

図１３Ｂは、実施の形態２に係る圧電部材群３０６に下部電極電圧Ｖ３０６ｃを印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、圧電部材群３０６の駆動は、図１２Ａに示した下部電極電圧Ｖ３０６ｃによるものとする。このとき、圧電部材群３０７の下部電極３０７ｃに対し浮動的に電圧を印加し、上部電極３０７ａ及び下部電極３０７ｃは接地されているものとする。図１３Ｂに示すように、投影画像１３０１ｂは、副走査の走査方向が主走査方向の走査線から下側にずれており、高周波の異常な振動成分が抑制されている。また、投影画像１３０１ｂは、下部電極電圧Ｖ３０６ｃが相対的に低いため、副走査方向の振れ幅が狭くなっているが、より高輝度な画像が投影される。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１３Ｃは、実施の形態２に係る圧電部材群３０７に下部電極電圧Ｖ３０７ｃを印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、圧電部材群３０７の駆動は、図１２Ａに示した下部電極電圧Ｖ３０７ｃによるものとする。このとき、圧電部材群３０６の下部電極３０６ｃに対し浮動的に電圧を印加し、上部電極３０７ａ及び下部電極３０７ｃは接地されているものとする。図１３Ｃに示すように、投影画像１３０１ｃは、副走査の走査方向が主走査方向の走査線から上側にずれており、高周波の異常な振動成分が抑制されている。また、投影画像１３０１ｃは、下部電極電圧Ｖ３０７ｃが相対的に高いため、副走査方向の振れ幅が図１３Ｂに示した投影画像１３０１ｂよりも広くなっている。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１４Ａは、図１３Ａに示した投影画像１３０１ａの投影を模式的に示した図である。図１４Ａに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１４０１と投影基準線１４０２とに対して、副走査の第３の方向１４１３に副走査方向の振れ幅１４０３で投影されていることが分かる。このとき、下部電極電圧Ｖ３０６ｃと、下部電極電圧Ｖ３０７ｃとの電圧の大小に起因して、副走査の第３の方向１４１３は、投影基準線１４０２に対して上方に形成されている。

図１４Ｂは、図１３Ｂに示した投影画像１３０１ｂの投影を模式的に示した図である。図１４Ｂに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１４０１と投影基準線１４０２とに対して、下側の副走査の第１の方向１４１１に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１４０４は狭く形成されている。

図１４Ｃは、図１３Ｃに示した投影画像１３０１ｃの投影を模式的に示した図である。図１４Ｃに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１４０１と投影基準線１４０２とに対して、上側の副走査の第２の方向１４１２に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１４０５は狭く形成されている。また、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、第３の方向１４１３は、第１の方向１４１１と第２の方向１４１２との間に位置する。図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、振れ幅１４０４と振れ幅１４０５との和は、振れ幅１４０３とほぼ同等となる。

（実施の形態３）
次に、図１５Ａ〜図１７Ｃを用いて、実施の形態３に係る光偏向器１００の駆動について説明する。

図１５Ａは、実施の形態３に係るカンチレバー群３０４の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。図１５Ｂは、実施の形態３に係るカンチレバー群３０５の上部電極電圧と下部電極電圧との駆動電圧チャートの例を示す図である。図１５Ｃは、実施の形態３に係るミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量のチャートの例を示す図である。図１５Ｄは、実施の形態３に係るミラー振れ角のチャートの例を示す図である。図１５Ａにおいて、カンチレバー群３０４の上部電極電圧は「Ｖ３０６ａ」とし、上部電極電圧Ｖ３０６ａの鋸波の傾きは「θ３０６ａ」として表している。同様に、図１５Ａにおいて、カンチレバー群３０４の下部電極電圧は「Ｖ３０６ｃ」とし、下部電極電圧Ｖ３０６ｃの鋸波の傾きは「θ３０６ｃ」として表している。図１５Ｂにおいて、カンチレバー群３０５の上部電極電圧は「Ｖ３０７ａ」とし、上部電極電圧Ｖ３０７ａの鋸波の傾きは「θ３０７ａ」として表している。同様に、図１５Ｂにおいて、カンチレバー群３０５の下部電極電圧は「Ｖ３０７ｃ」とし、下部電極電圧Ｖ３０７ｃの鋸波の傾きは「θ３０７ｃ」として表している。図１５Ｃに示すａ、ｂは、図１に示したものに対応する。

カンチレバー群３０４の上部電極には、鋸波形状を有する正又は負の電圧が印加される。これに対し、カンチレバー群３０４の下部電極には、鋸波形状を有する正又は負の電圧が印加される。このとき、上部電極に正の電圧が印加される場合には下部電極に負の電圧が印加され、上部電極に負の電圧が印加される場合には下部電極に正の電圧が印加される。また、上部電極電圧Ｖ３０６ａと下部電極電圧Ｖ３０６ｃとのチャートは、電圧０Ｖを中心として、ほぼ対称的な電圧波形となる。加えて、上部電極電圧Ｖ３０６ａの鋸波の傾きθ３０６ａと、下部電極電圧Ｖ３０６ｃの鋸波の傾きθ３０６ｃとは、任意の違いが存在する。

カンチレバー群３０５の上部電極には、鋸波形状を有する正又は負の電圧が印加される。これに対し、カンチレバー群３０５の下部電極には、鋸波形状を有する正又は負の電圧が印加される。このとき、上部電極に正の電圧が印加される場合には下部電極に負の電圧が印加され、上部電極に負の電圧が印加される場合には下部電極に正の電圧が印加される。また、上部電極電圧Ｖ３０７ａと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとのチャートは、電圧０Ｖを中心として、ほぼ対称的な電圧波形となる。加えて、上部電極電圧Ｖ３０７ａの鋸波の傾きθ３０７ａと、下部電極電圧Ｖ３０７ｃの鋸波の傾きθ３０７ｃとは、任意の違いが存在する。

また、隣り合う上部電極電圧Ｖ３０６ａと上部電極電圧Ｖ３０７ａとは、電圧の正負が同一であり、時間軸にて対称な電圧波形となる。同様に、隣り合う下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、電圧の正負が同一であり、時間軸にて対称な電圧波形となる。以下に、例を挙げて説明する。

図１５Ａに示すように、カンチレバー群３０４の上部電極電圧Ｖ３０６ａには鋸波形状を有する負の電圧が印加され、カンチレバー群３０４の下部電極電圧Ｖ３０６ｃには鋸波形状を有する正の電圧が印加される。また、上部電極電圧Ｖ３０６ａと下部電極電圧Ｖ３０６ｃとのチャートは、電圧０Ｖを中心として、ほぼ対称的な電圧波形となる。加えて、上部電極電圧Ｖ３０６ａの鋸波の傾きθ３０６ａと、下部電極電圧Ｖ３０６ｃの鋸波の傾きθ３０６ｃとは、任意の違いが存在する。なお、上述したように、上部電極電圧Ｖ３０６ａに鋸波形状を有する正の電圧を印加し、下部電極電圧Ｖ３０６ｃに鋸波形状を有する負の電圧を印加しても良い。

図１５Ｂに示すように、カンチレバー群３０５の上部電極電圧Ｖ３０７ａには鋸波形状を有する負の電圧が印加され、カンチレバー群３０５の下部電極電圧Ｖ３０７ｃには鋸波形状を有する正の電圧が印加される。また、上部電極電圧Ｖ３０７ａと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとのチャートは、電圧０Ｖを中心として、ほぼ対称的な電圧波形となる。加えて、上部電極電圧Ｖ３０７ａの鋸波の傾きθ３０７ａと、下部電極電圧Ｖ３０７ｃの鋸波の傾きθ３０７ｃとは、任意の違いが存在する。なお、上述したように、上部電極電圧Ｖ３０７ａに鋸波形状を有する正の電圧を印加し、下部電極電圧Ｖ３０７ｃに鋸波形状を有する負の電圧を印加しても良い。

図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、隣り合う上部電極電圧Ｖ３０６ａと上部電極電圧Ｖ３０７ａとは、ともに負の値となり、時間軸にて対称な電圧波形となる。また、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、隣り合う下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとは、ともに正の値となり、時間軸にて対称な電圧波形となる。なお、上述したように、上部電極電圧Ｖ３０６ａと上部電極電圧Ｖ３０７ａとをともに正の値とし、下部電極電圧Ｖ３０６ｃと下部電極電圧Ｖ３０７ｃとをともに負の値としても良い。

このような駆動電圧により、図１５Ｃに示すように、ミラー部位１０３の両端ａ、ｂのドップラー振動変位量にて、高周波の異常振動成分は見られない。これにより、図１５Ｄに示すように、ミラー部位１０３の振れ角においても、高周波の異常振動が抑制されていることが分かる。高周波の異常振動成分が抑制される理由の一つは、１個のＰＴＺの上部電極側と下部電極側とに、電圧０Ｖを対称とした鋸波電圧を印加することで高周波振動成分が相殺されるからである。また、高周波の異常振動成分が抑制される理由の一つは、ＰＴＺという誘電体を介しているための高周波振動成分の上部電極側と下部電極側との違いを、鋸波の傾きを変えることにより補正する効果によるものである。

図１６Ａは、実施の形態３に係る圧電部材群３０６及び圧電部材群３０７の駆動による２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、各圧電部材群の駆動は、図１５Ａ及び図１５Ｂに示した駆動電圧によるものとする。図１６Ａに示すように、投影画像１６０１ａは、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とに、図１５Ａ、図１５Ｂの鋸波電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とに同等の電圧が印加されているため、副走査の走査方向の中央付近に主走査方向の走査線が一致し、ある副走査方向の振れ幅を有している。図１５Ｄで説明したように、高周波の異常な振動成分が抑制されているので、綺麗な２次元画像が投影されていることが分かる。

図１６Ｂは、実施の形態３に係る圧電部材群３０６に鋸波電圧を印加し、圧電部材群３０７に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示す図である。例えば、圧電部材群３０６の駆動は、図１５Ａに示した駆動電圧によるものとする。一方、圧電部材群３０７の駆動は、上部電極３０７ａと下部電極３０７ｃとに対し、浮動的に電圧を印加するものとする。図１６Ｂに示すように、投影画像１６０１ｂは、光走査方向を新たな方向に限定するために、圧電部材群３０６のみに鋸波電圧を図１５Ａに示した電圧で印加し、圧電部材群３０７の電極に浮動的な電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、副走査の走査方向は主走査方向の走査線から下側にずれており、高周波の異常振動が抑制されているので、副走査方向の振れ幅が小さくなっている。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１６Ｃは、実施の形態３に係る圧電部材群３０７に鋸波電圧を印加し、圧電部材群３０６に浮動的な電圧を印加したときの２次元画像の投影結果の例を示すである。例えば、圧電部材群３０７の駆動は、図１５Ｂに示した駆動電圧によるものとする。一方、圧電部材群３０６の駆動は、上部電極３０６ａと下部電極３０６ｃとに対し、浮動的に電圧を印加するものとする。図１６Ｃに示すように、投影画像１６０１ｃは、光走査方向を新たな方向に限定するために、圧電部材群３０７のみに鋸波電圧を図１５Ｂに示した電圧で印加し、圧電部材群３０６の電極に浮動的な電圧を印加させ２次元画像を投影させた場合であり、副走査の走査方向は主走査方向の走査線から上側にずれており、高周波の異常振動が抑制されているので、副走査方向の振れ幅が小さくなっている。このとき、輝度の均一性不良は抑制されている。

図１７Ａは、図１６Ａに示した投影画像１６０１ａの投影を模式的に示した図である。図１７Ａに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１７０１と投影基準線１７０２とに対して、副走査の第３の方向１７１３に副走査方向の振れ幅１７０３で投影されていることが分かる。

図１７Ｂは、図１６Ｂに示した投影画像１６０１ｂの投影を模式的に示した図である。図１７Ｂに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１７０１と投影基準線１７０２とに対して、下側の副走査の第１の方向１７１１に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１７０４は狭く形成されている。

図１７Ｃは、図１６Ｃに示した投影画像１６０１ｃの投影を模式的に示した図である。図１７Ｃに示すように、光偏向器１００からの反射光が、投影面１７０１と投影基準線１７０２とに対して、上側の副走査の第２の方向１７１２に投影されていることが分かる。このとき、高周波の異常振動成分が抑制されており、振れ幅１７０５は狭く形成されている。

図１７Ａにおける圧電部材群３０６及び圧電部材群３０７の駆動電圧に対し、図１７Ｂにおける圧電部材群３０６の駆動電圧と、図１７Ｃにおける圧電部材群３０７の駆動電圧とを用いた場合、振れ幅１７０４と振れ幅１７０５との和は、副走査方向の振れ幅１７０３と同等の幅になる。これにより、良好な投影画像のまま、光走査方向を変えて操作領域幅を変えることにより、高輝度な投影が可能となる。また、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、第３の方向１７１３は、第１の方向１７１１と第２の方向１７１２との間に位置する。

（実施の形態４）
次に、図１８〜図２２を用いて、上記実施の形態で説明した光偏向器１００を具備する機器について説明する。

図１８は、光偏向器１００を有する画像投影装置１８０１を説明する図である。図１８に示すように、画像投影装置１８０１は、単数又は複数の発光点を有する複数の光源素子１８０２Ｒ、光源素子１８０２Ｂ、光源素子１８０２Ｇを備える。かかる光源素子は、ＬＤ（半導体レーザ素子）であり、互いに異なる波長の光束を放射する。光源素子１８０２Ｒが波長λＲ、光源素子１８０２Ｂが波長λＢ、光源素子１８０２Ｇが波長λＧの光束を放射するものとする。例えば、波長λＲ＝６４０ｎｍであり、波長λＢ＝５３０ｎｍであり、波長λＧ＝４４５ｎｍである。光源素子１８０２Ｒから放射された波長λＲの光束は、カップリングレンズ１８０３Ｒにより後続の光学系にカップリングされる。光源素子１８０２Ｂから放射された波長λＢの光束は、カップリングレンズ１８０３Ｂにより後続の光学系にカップリングされる。光源素子１８０２Ｇから放射された波長λＧの光束は、カップリングレンズ１８０３Ｇにより後続の光学系にカップリングされる。

カップリングされた光束は、それぞれ設けられたアパーチャ１８０４Ｒ、アパーチャ１８０４Ｂ、アパーチャ１８０４Ｇにより整形される。アパーチャは、光束の発散角等に応じて、円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状とすることができる。その後、合成素子１８０５により光路合成される。合成素子１８０５は、プレート状又はプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて光束を反射、透過し、一つの光路に合成する。合成された光束は、レンズ１８０６により、上記実施の形態で説明した光偏向器１００の反射面に向かって導かれる。レンズ１８０６は、光偏向器１００に向かって凹面を向けたメニスカスレンズである。光偏向器１００の反射面にて反射した光は、投射レンズ１８０９を通って投影される。光偏向器１００には制御ボード１８０８が具備され、光偏向器１００の駆動のための信号が送られる。なお、投射レンズ１８０９には、レーザ光源特有のスペックルを抑制するための拡散版が具備されていても良い。画像投影装置１８０１は、高画質を維持しつつ、任意の限定された方向への高輝度が画像投影を可能とする。

図１９は、光偏向器１００を有するヘッドアップディスプレイ１９０１を説明する図である。画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ１９０１は、例えば、車両や航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、また、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等の非移動体に搭載される画像表示装置としても適用できる。ヘッドアップディスプレイ１９０１により、移動体のフロントガラス（フロントウィンドシールド）１９０５を介して、移動体の操縦のためのナビゲーション情報（例えば、速度や走行距離等の情報）等を視認可能にする。フロントガラス１９０５は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。以下に、ヘッドアップディスプレイ１９０１が、フロントガラス１９０５を備える自動車に搭載される場合を例に挙げて説明する。

図１９に示すように、ヘッドアップディスプレイ１９０１は、光源走査部１９０２と、走査ミラー１９０３と、被走査面であるスクリーン１９０４と、凹面ミラー１９０６とを備え、フロントガラス１９０５に対して光を照射することにより、ユーザＡの視点から虚像Ｉを視認可能にする。光源走査部１９０２は、単数又は複数の発光点を有する複数の光源素子を備える。例えば、光源素子は、図１８で説明した光源素子１８０２Ｒ、光源素子１８０２Ｂ、光源素子１８０２Ｇに対応する。赤色、青色、緑色の３色の混合レーザは、光偏向器１００の反射面に向かって導かれる。光偏向器１００によって偏向された光束は、走査ミラー１９０３により折り返され、スクリーン１９０４に２次元像（中間像）を描画する。

スクリーン１９０４は、レーザを所望の発散角で発散させる機能を有し、マイクロレンズアレイ構造とすることが好ましい。スクリーン１９０４から射出された光束は、単一の凹面ミラー１９０６及びフロントガラス１９０５により虚像Ｉが拡大表示される。単一の凹面ミラー１９０６は、フロントガラス１９０５の影響で中間像の水平線が上又は下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように、設計・配置されている。なお、フロントガラス１９０５と同一の機能（部分反射）を持つ別途の部分反射鏡（コンバイナ）を有する構成であっても良い。ヘッドアップディスプレイ１９０１は、高画質を維持しつつ、任意の限定された方向への高輝度な画像投影が可能となり、例えば、速度や走行距離等の情報を、視認性を向上させるために高輝度に表示することができる。光偏向器１００を用いて光走査を行なうことで画像を投影する装置であれば、例えば、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した装着部材が有する反射透過部材等のスクリーンに画像を投影するヘッドマウントディスプレイ等にも、同様に適用することができる。

図２０は、光偏向器１００を有する光走査装置２００１を説明する図である。光走査装置２００１は、上記実施の形態で説明した光偏向器１００を用いて、１軸方向に被走査面を光走査する装置である。図２０に示すように、光走査装置２００１において、レーザ素子等の光源部２０２０からのレーザ光は、コリメータレンズ等の結像光学系２０２１を経た後、光偏向器１００により偏向される。光偏向器１００は、上記実施の形態で説明したものが用いられる。そして、光偏向器１００で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ２０２３ａと第二レンズ２０２３ｂ、反射ミラー部２０２３ｃからなる走査光学系２０２３を経て、被走査面である感光体ドラム２００２のビーム走査面に照射される。走査光学系２０２３は、被走査面であるビーム走査面にスポット状に光ビームを結像する。

光偏向器１００の圧電部材の各電極は、それぞれ外部電源等のミラー駆動手段に電気的に接続されており、ミラー駆動手段は圧電部材の上部電極と下部電極との間に駆動電圧を印加し、光偏向器１００を駆動する。これにより、光偏向器１００のミラー部が往復回動してレーザ光が偏向され、被走査面である感光体ドラム２００２のビーム走査面上が光走査される。光走査装置２００１は、感光体を用いたプリンタや複写機等の画像形成装置のための光書込みユニット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照射し、加熱することで印字するレーザラベル装置の光走査ユニットの構成部材として使用することができる。

図２１は、光偏向器１００を有する画像形成装置２１００を説明する図である。図２１に示すように、画像形成装置２１００において、光書込みユニット２１０１は、レーザビームを被走査面に出射して画像を書き込む。感光体ドラム２１０２は、光書込みユニット２１０１による走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。光書込みユニット２１０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームで被走査面である感光体ドラム２１０２の表面を、該感光体ドラム２１０２の軸方向に走査する。感光体ドラム２１０２は、矢印方向に回転駆動され、帯電手段２１０３により帯電された表面に光書込みユニット２１０１により光走査されることによって静電潜像が形成される。静電潜像は現像手段２１０４でトナー像に顕像化され、トナー像は転写手段２１０５で記録紙Ｐに転写される。転写されたトナー像は、定着手段２１０６によって記録紙Ｐに定着される。転写手段２１０５を通過した感光体ドラム２１０２の表面部分は、クリーニング部２１０７により残留トナーが除去される。感光体ドラム２１０２に代えて、ベルト状の感光体を用いる構成としても良い。また、トナー像を記録紙以外の転写媒体に一旦転写し、転写媒体からトナー像を記録紙に転写して定着させる構成としても良い。

光書込みユニット２１０１は、記録信号によって変調された１本又は複数本のレーザビームを発する光源２１０８と、光源２１０８を変調する光源駆動手段２１０９と、上記実施の形態で説明した光偏向器１００と、光偏向器１００のミラー基板のミラー面に光源２１０８からの記録信号によって変調されたレーザビームを結像させるための結像光学系２１１１と、ミラー面で反射された１本又は複数本のレーザビームを被走査面である感光体ドラム２１０２の表面に結像させるための手段である走査光学系２１１２等から構成される。光偏向器１００は、光偏向器１００の駆動のための集積回路２１１３とともに回路基板２１１４に実装された形で光書込みユニット２１０１に組み込まれている。

光偏向器１００は、回転多面鏡に比べて駆動のための消費電力が小さいため、画像形成装置２１００の省電力化に有効である。光偏向器１００のミラー基板の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べて小さいため、画像形成装置２１００の静粛性の改善に有効である。光偏向器１００は回転多面鏡に比べて設置スペースが少なくて済み、また、光偏向器１００の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、従って、画像形成装置２１００の小型化に有効である。なお、記録紙の搬送機構や感光体ドラム２１０２の駆動機構、現像手段、転写手段等の制御手段、光源部の駆動系等は、従来の画像形成装置と同様で良いため、図２１では省略している。

図２２は、光偏向器１００を有する物体認識装置２２００を説明する図である。物体認識装置２２００は、上記実施の形態で説明した光偏向器１００を用いて、対象方向を光走査し、対象方向に存在する被対象物からの反射光を受光することで、被対象物を認識する装置である。図２２においては、物体認識装置２２００の一例であるレーザレーダの構成を模式的に表している。

図２２に示すように、レーザ光源２２０１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２２０２を経て、光偏向器１００で１軸又は２軸方向に走査され、車両等の前方の被対象物２２５０に照射される。光検出器２２０５は、被対象物２２５０で反射され、集光レンズ２２０６を経たレーザ光を受光して、検出信号を出力する。光源駆動部であるレーザドライバ２２０３は、レーザ光源２２０１を駆動するものである。光偏向器駆動部である偏向器ドライバ２２０７は、光偏向器１００を駆動するものである。

コントローラ２２０４は、レーザドライバ２２０３及び偏向器ドライバ２２０７を制御し、光検出器２２０５から出力された検出信号を処理する。すなわち、コントローラ２２０４は、レーザ光を発光したタイミングと、光検出器２２０５でレーザ光を受光したタイミングとのずれによって、被対象物２２５０との距離を算出する。光偏向器１００でレーザ光を走査することで１次元、又は２次元の範囲における被対象物２２５０に対する距離が得られる。このように、破損しにくい光偏向器１００を用いて、レーダ装置である物体認識装置２２００を提供することができる。このようなレーダ装置は、例えば車両の前方側に取り付けられ、車両の前方を監視して前方方向の障害物の有無を認識することができる。

上記では、物体認識装置２２００の一例としてレーザレーダを説明したが、上記実施の形態で説明した光偏向器１００を用いて対象方向の光走査を行ない、反射光を受光することで被対象物を認識する装置であれば良く、物体認識装置２２００の適用は上記に限られるものではない。例えば、手や顔を光走査することで得た情報を、記録と参照することで対象物を認識する生体認証や、対象方向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、光走査により得られた距離情報から物体の形状を認識して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等にも、同様に適用することができる。また、受光部が受光した反射光の光強度や反射による波長の変化等から、被対象物の有無や形状を認識する構成であっても良い。光を偏向して１次元又は２次元に光走査を行なう装置であれば、上記実施の形態で説明した光偏向器１００を適用することができる。

上記実施の形態は、主走査方向に可動部を往復回転運動させる駆動手段、副走査方向に可動部を往復回転運動させる駆動手段が、いずれも同一の駆動方式を採用するものであるが、これらの駆動手段の駆動方式は、互いに異なる駆動方式を採用しても良い。また、駆動方式についても、上記実施の形態で適用している圧電部材を用いた圧電駆動方式に限らず、例えば、複数の電極に電圧をかけることにより生じる静電力を利用して駆動する静電駆動方式や、磁石と電流とにより生じる電磁力を利用して駆動する電磁駆動方式等を採用しても良い。また、上記実施の形態では、片持ち梁構造の圧電部材を例に挙げて説明したが、圧電部材は、両持ち梁構造であっても良い。

１００ 光偏向器
１０１ 基板
１０３ ミラー部位
１０４ 圧電部材
１０９ カンチレバー
１１０ トーションバー
２０１ 電圧制御部
３０１ ミラー枠部材
３０２ カンチレバー群
３０３ 圧電部材群
３０４ カンチレバー群
３０５ カンチレバー群
３０６ 圧電部材群
３０７ 圧電部材群

特開２０１３−１９５４７９号公報

Claims (4)

1. ミラー面を有するミラー部位と、前記ミラー部位に接続されたミラー支持部位と、前記ミラー支持部位に接続された第１のカンチレバーとを含むミラー枠部材と、
   前記第１のカンチレバー上に配置され、反り変形を発生させる第１の圧電部材と、
   一端が前記ミラー枠部材に接続され、他端が外周の基板に接続された、ミアンダ形状のカンチレバー群と、
   前記カンチレバー群上に、反り変形を発生させる圧電部材群と、を有し、
   前記圧電部材群は、１本おきに異なる駆動電圧が印加される第２の圧電部材と第３の圧電部材とを備え、
   前記カンチレバー群は、１本おきに電気的に接続され、各群で並列に電圧が印加されるように接続された第２のカンチレバーと第３のカンチレバーとを備え、
   前記第２のカンチレバー上の前記第２の圧電部材は、該第２の圧電部材に電圧を印加するための金属層である、第１の上部電極と、前記第１の上部電極より下層の第１の下部電極とを備え、
   前記第３のカンチレバー上の前記第３の圧電部材は、該第３の圧電部材に電圧を印加するための金属層である、第２の上部電極と、前記第２の上部電極より下層の第２の下部電極とを備え、
   前記ミラー部位は、前記第１の圧電部材の反り変形に起因して第１の軸方向に回転し、
   前記ミラー部位は、前記圧電部材群である前記第２の圧電部材及び前記第３の圧電部材の反り変形に起因して、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に回転し、
   前記第１の上部電極に対する、時間軸に対して正又は負の鋸波形状の第１の上部電極電圧の印加と、前記第１の下部電極に対する、前記第１の上部電極電圧の電圧波形の形状とは電圧０Ｖを中心として対称的な電圧波形の形状の第１の下部電極電圧の印加と、による前記第２の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第１の走査方向とし、振れ角を第１の振れ角とし、
   前記第２の上部電極に対する、前記第１の上部電極電圧とは電圧の正負が同一であり時間軸にて対称な電圧波形の形状の第２の上部電極電圧の印加と、前記第２の下部電極に対する、前記第１の下部電極電圧とは電圧の正負が同一であり時間軸にて対称な電圧波形の形状の第２の下部電極電圧の印加と、による前記第３の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第２の走査方向とし、振れ角を第２の振れ角とし、
   前記第１の上部電極及び前記第１の下部電極と、前記第２の上部電極及び前記第２の下部電極とに対する電圧の印加を行なうことによる前記第２の圧電部材及び前記第３の圧電部材の変形に起因して、前記ミラー部位が回転することにより光を走査する際に、入射する光の反射光の走査する方向を第３の走査方向とし、振れ角を第３の振れ角とする場合に、
   前記第３の走査方向は、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向との間に位置し、
   前記第３の振れ角は、前記第１の振れ角と前記第２の振れ角との和に等しく、
   前記第１の上部電極と前記第１の下部電極とに対してのみ電圧を印加することで、走査する方向を前記第１の走査方向に限定し、前記第２の上部電極と前記第２の下部電極とに対してのみ電圧を印加することで、走査する方向を前記第２の走査方向に限定する
   ことを特徴とする光偏向器。
2. 前記第１の走査方向と前記第１の振れ角とは、前記第１の上部電極と前記第１の下部電極とに印加される電圧の電位差を表す第１の電位差によって決定し、
   前記第２の走査方向と前記第２の振れ角とは、前記第２の上部電極と前記第２の下部電極とに印加される電圧の電位差を表す第２の電位差によって決定し、
   前記第１の電位差と前記第２の電位差とを変動させることにより、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とを、任意の方向とすることを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
3. 前記第１の上部電極電圧の鋸波の傾きと、前記第１の下部電極電圧の鋸波の傾きとは異なり、
   前記第２の上部電極電圧の鋸波の傾きと、前記第２の下部電極電圧の鋸波の傾きとは異なることを特徴とする請求項１または２に記載の光偏向器。
4. 被走査面に画像を投影する画像投影装置であって、
   請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光偏向器と、
   前記光偏向器に光束を照射する光源と、
   前記光偏向器により偏向された前記光源からの光束を、前記被走査面に導く光学系と
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
   

Images