JP6703746B2 - 光偏向素子、光走査装置及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向素子、光走査装置及び画像投影装置に関する。

近年、反射面を有するミラー部を含む光偏向素子の開発が盛んに行われている。

例えば、特許文献１に開示されている光偏向素子では、ミラー部の揺動に伴う反射面の変形（反射面の動的面変形）を抑えるためにミラー部に圧電体が取り付けられている。

しかしながら、特許文献１に開示されている光偏向素子では、圧電体に電圧を印加するための、電源を含む電圧印加手段が別途必要となり、構成が煩雑化することが懸念される。

本発明は、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を一軸周りに揺動させる駆動系と、前記ミラー部の前記反射面とは反対側の面の第１の部位に設けられた第１の圧電体と、前記反対側の面の第２の部位に設けられ、前記ミラー部の揺動に伴う該ミラー部の変形により前記第１の圧電体に発生した電圧が印加される第２の圧電体と、を備え、前記電圧が印加されたとき、前記第２の圧電体の変形方向は前記第２の部位の変形方向とは逆向きである光偏向素子である。

本発明によれば、簡易な構成により、ミラー部の揺動に伴う反射面の変形を抑えることができる。

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。 レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。 レーザレーダ装置の一例の概略図である。 パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。 可動装置の一例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。 図１２のＰ−Ｐ’断面図である。 図１２のＱ−Ｑ’断面図である。 図１２のＲ−Ｒ’断面図である。 可動装置のミラー部の揺動動作を説明するための図である。 ミラー部の反射面の部位毎の歪み方向を示す図である。 ミラー部にトーションバーが偏心状態で設けられる例を説明するための図である。 ミラー部に対する圧電体の配置例１（実施例１）を説明するための図である。 圧電体の分極方向と歪み方向と電圧の極性の関係を示す図である。 ミラー部に対する圧電体の配置例２（実施例２）を説明するための図である。 ミラー部とトーションバーに対する圧電体の配置例（実施例３）を説明するための図である。 可動装置の変形例１を説明するための図である。 可動装置の変形例２を説明するための図である。

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、本実施形態の制御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、可動装置の詳細および本実施形態の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。

本実施形態に係る制御装置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１２ドライバ２５、可動装置１３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Ｓ１４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、本実施形態の制御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。

［光書込装置］
次に、本実施形態の制御装置１１を適用した光走査装置としての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、上記本実施形態の制御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レーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図１０はレーザレー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、例えばレーザレーダ装置である。

図９に示すように、レーザレーダ装置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装置７０８に出力する。信号処理装置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。

上記物体認識装置では、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、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。

［パッケージング］
次に、本実施形態の制御装置により制御される可動装置のパッケージングについて図１１を用いて説明する。

図１１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１１に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０２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、画像投射装置、光書込装置、物体認識装置に使用される可動装置の詳細および本実施形態の詳細について、図１２〜図 を用いて説明する。

［可動装置の詳細］
まず、可動装置について図１２〜図１５を用いて詳細に説明する。

図１２は、２軸方向に光偏向可能な片持ちタイプの可動装置の平面図である。図１３は、図１２のＰ−Ｐ’断面図である。図１４は図１２のＱ−Ｑ’断面図である。図１５は、図１２のＲ−Ｒ´断面図である。

図１２に示すように、可動装置１３は、入射した光を反射するミラー部１０１と、ミラー部に接続され、ミラー部をＹ軸に平行な第１軸周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、ミラー部および第１駆動部を支持する第１支持部１２０と、第１支持部に接続され、ミラー部および第１支持部をＸ軸に平行な第２軸周りに駆動する第２駆動部１３０ａ、１３０ｂと、第２駆動部を支持する第２支持部１５０と、第１駆動部および第２駆動部および制御装置に電気的に接続される電極接続部１６０と、を有する。

可動装置１３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や第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ、電極接続部１６０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。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。

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１７２が設けられ、その酸化シリコン層１７２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１７１、第２のシリコン層をシリコン活性層１７３とする。

シリコン活性層１７３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１７３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１３の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。

ミラー部１０１は、例えば、円形状のミラー部基体１０２と、ミラー部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とから構成される。ミラー部基体１０２は、例えば、シリコン活性層１７３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。

第１駆動部１１０ａ、１１０ｂは、ミラー部基体１０２に一端が接続し、第１軸方向にそれぞれ延びてミラー部１０１を可動可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１２ｂと、一端がトーションバーに接続され、他端が第１支持部１２０の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、から構成される。

図１３に示されるように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂはシリコン活性層１７３から構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、カンチレバーとして機能する弾性部であるシリコン活性層１７３の＋Ｚ側の面上に下部電極２１０、圧電部２２０、上部電極２３０の順に形成されて構成される。上部電極２３０および下部電極２１０は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２２０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１２に戻り、第１支持部１２０は、例えば、シリコン支持層１７１、酸化シリコン層１７２、シリコン活性層１７３から構成され、ミラー部１０１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。

第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆから構成されており、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂの一端は第１支持部１２０の外周部に接続され、他端は第２支持部１５０の内周部に接続されている。このとき、第２駆動部１３０ａと第１支持部１２０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第１支持部１２０の接続箇所、さらに第２駆動部１３０ａと第２支持部１５０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第２支持部１５０の接続箇所は、反射面１４の中心に対して点対称となっている。

図１４に示されるように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、カンチレバーとして機能する弾性部であるシリコン活性層１７３の＋Ｚ側の面上に下部電極２１０、圧電部２２０、上部電極２３０の順に形成されて構成される。上部電極２３０および下部電極２１０は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２２０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。

第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆを折り返し状に接続する連結部１４１ａｂ〜１４１ｅｆ、１４２ａｂ〜１４２ｅｆは、図１５に示されるように、例えばシリコン活性層１７３で形成される。なお、シリコン支持層、酸化シリコン層により構成されていてもよい。

図１２に戻り、第２支持部１５０は、例えば、シリコン支持層１７１、酸化シリコン層１７２、シリコン活性層１７３から構成され、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第１支持部１２０および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。

電極接続部１６０は、例えば、第２支持部１５０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆの各上部電極２３０および各下部電極２１０，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２３０または下部電極２１０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２２０が弾性部であるシリコン活性層１７３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。

また、ミラー部を第１軸周りまたは第２軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー１１１ａ、１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。

さらに、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂの上部電極２３０の＋Ｚ側の面上、第１支持部の＋Ｚ側の面上、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂの上部電極２３０の＋Ｚ側の面上、第２支持部の＋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２３０または下部電極２１０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、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂ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、反射防止材としていの機能も備える。

［制御装置の制御の詳細］
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装置の制御の詳細について説明する。

第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが有する圧電部２２０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。第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ，第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部１０１を可動させる。

このとき、ミラー部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。

まず、第１駆動部を駆動させる制御装置の制御について説明する。
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが有する圧電部２２０に、上部電極２３０および下部電極２１０を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部２２０が変形する。この圧電部２２０の変形による作用により、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれを介してミラー部１０１に第１軸周りの駆動力が作用し、ミラー部１０１が第１軸周りに可動する。第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ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。

そこで、制御装置１１によって、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂが有する第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部１０１を、第１軸周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で可動させることができる。

特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー１１１ａ、１１１ｂの共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定された場合、トーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。

［ミラー部の動的面変形について］
以下に、ミラー部の動的面変形について説明するが、ここでは、便宜上、ミラー部１０１に動的面変形を抑える対策が講じられていないことを前提とする。

ミラー部１０１の動き（揺動動作）が図１６に示されている。図１６に示されるように、ミラー部１０１は、トーションバーの軸を回転軸として振動（揺動）する。すなわち、ミラー部１０１は、回転軸周りの所定角度範囲で往復回転運動を行う。このとき、反射面１４には、ミラー部１０１の回転に伴う応力が発生する。

例えば、ミラー部１０１の回転に伴い、ミラー部１０１の反射面１４の中心を通り回転軸に直交する方向の両端部がそれぞれの振れ方向と逆向きに歪む（変形する）。このときの各端部の歪み量は、回転軸から離れた部分ほど大きくなる。このように、反射面１４は、動的面変形する。

図１６には、反射面１４の中心を通り回転軸に直交する方向の両端部Ｐ、Ｑそれぞれの歪み方向が示されている。図１６において、例えばミラー部１０１の−Ｚ方向に振れる部位Ｐは＋Ｚ方向に歪む。例えばミラー部１０１の＋Ｚ方向に振れる部位Ｑは−Ｚ方向に歪む。

図１７は、ミラー部１０１が回転しているときの反射面１４を＋Ｚ方向から見た図である。本来平坦であることが理想な反射面１４が図１７に示されるように６つの部位Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕで凹凸変形している。図１７において、各部位に対する＋Ｚや−Ｚの表示は、ミラー部１０１の回転方向に対する該部位の歪み方向（変形方向）を示す。４つの部位Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕは、それぞれの振れ方向と同じ向きに歪む（変形する）。

なお、部位Ｐ、Ｑは、それぞれ反射面１４のミラー部１０１の中心を通り回転軸に直交する方向の一端部及び他端部（回転軸に関して対称な位置）にある。部位Ｒ、Ｔは回転軸に対して部位Ｐと同じ側の部位Ｐを挟む位置にあり、部位Ｓ、Ｕは回転軸に対して部位Ｑと同じ側の部位Ｑを挟む位置にある。部位Ｒ、Ｓは回転軸に関して対称な位置にあり、部位Ｕ、Ｔは回転軸に関して対称な位置にある。

例えば反射面１４の形状が円である場合に、６つの部位Ｐ〜Ｕは、該円に内接する正六角形の頂点近傍の領域となる。

ここでは、トーションバーの軸（回転軸）がミラー部１０１の中心を通る構造であるため、反射面１４の６つの部位Ｐ〜Ｕの凹凸変形は、トーションバーの軸に関して対称となる。すなわち、反射面１４において、トーションバーの軸に関して対称な位置にある対応する略同一面積の２つの箇所（ＰとＱ、ＲとＳ、ＴとＵ）は、歪み量が同じとなり歪み方向が逆となる。

これに対して、図１８のようにトーションバーの軸がミラー部の中心から少しずれた位置にある構造（偏心構造）や、ミラー部がトーションバーに対して片持ち状態で支持される構造を採用した場合でも、同様にミラー部の反射面の各部位が振れ方向と逆向き又は同じ向きに歪む。図１８において、各部位に対する＋Ｚや−Ｚの表示は、ミラー部１０１の回転方向に対する該部位の歪み方向（変形方向）を示す。

この場合も、ミラー部１０１の反射面１４が図１８に示されるように６つの部位Ｐ´、Ｑ´、Ｒ´、Ｓ´、Ｔ´、Ｕ´で凹凸変形するが、該凹凸変形はトーションバーの軸に関して非対称となる。すなわち、反射面１４において、トーションバーの軸の両側の対応する２つの部位（Ｐ´とＱ´、Ｒ´とＳ´、Ｔ´とＵ´）は、面積が異なり歪み量が異なり歪み方向が逆となる。２つの部位Ｐ´、Ｑ´は振れ方向と逆向きに歪み（変形し）、４つの部位Ｒ´、Ｓ´、Ｔ´、Ｕ´は振れ方向と同じ向きに歪む（変形する）。

［ミラー部の動的面変形の抑制について］
そこで、このようなミラー部の振動に伴う反射面の歪み（動的面変形）を抑えるために、ミラー部の反射面とは反対側の面に補強用リブを設ける技術が提案されている。

しかし、ミラー部に補強用リブを設けると、ミラー部が重くなってしまいトーションバーやカンチレバーが破壊する可能性があった。また、ミラー部が重くなることで共振周波数も下がる。また、ミラー部のリブがない部分（端など）では面変形量が大きいままである。また、リブの製造ばらつきが生じやすいという問題があった。

そこで、発明者らは、このような問題に対処すべく、圧電体を用いた簡易な構成により反射面の動的面変形を抑える技術を開発した。その核となる原理を以下に簡単に説明する。

圧電体は、圧力を加えて変形させることで圧電効果により分極が起き、電圧が発生する。また、圧電体は、電圧をかけることで逆圧電効果により変形する。そこで、圧電効果により一の圧電体に発生した電圧を他の圧電体に印加することで該圧電体を逆圧電効果により変形させることができる。

以下に、この原理を可動装置に応用した幾つかの実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１の可動装置では、図１９に示されるように、ミラー部１０１の反射面１４とは反対側の面（以下では「裏面」とも呼ぶ）に４つの圧電体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが設けられている。各圧電体としては、例えばＰＺＴが用いられる。

詳述すると、圧電体Ａは、例えば平面視円弧形状の外形を有し、ミラー部１０１の裏面の、反射面１４の部位Ｐの裏側の部位ｐの回転軸から最も離れた部分ｐ１（裏面の回転軸に直交する方向の端部）に配置されている。

圧電体Ｃは、圧電体Ａよりも大きい例えば平面視楕円形状の外形を有し、部位ｐにおける圧電体Ａと回転軸の間の部分ｐ２に配置されている。

圧電体Ｂは、例えば平面視円弧形状の外形を有し、ミラー部１０１の裏面の、反射面１４の部位Ｑの裏側の部位ｑの回転軸から最も離れた部分ｑ１（裏面の回転軸に直交する方向の端部）に配置されている。

圧電体Ｄは、圧電体Ｂよりも大きい例えば平面視楕円形状の外形を有し、部位ｑにおける圧電体Ｂと回転軸の間の部分ｑ２に配置されている。

図１９において、６つの部位ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ，ｕの各部位に対する＋Ｚや−Ｚの表示は、ミラー部１０１の回転方向に対する該部位の歪み方向（変形方向）を示す。

ここでは、圧電体Ａと圧電体Ｄが電気的に並列に接続され、圧電体Ｂと圧電体Ｃが電気的に並列に接続されている。なお、「電気的に並列に接続」とは、一の圧電体を挟む２つの電極と他の圧電体を挟む２つの電極とを結線することや、一の圧電体を挟む２つの電極の一方と他の圧電体を挟む２つの電極の一方とを結線し、残りの電極をグラウンドやアースに接続することを含む。

ここで、圧電体Ａ、Ｂがそれぞれ設けられているミラー部１０１の裏面の部分ｐ１、ｑ１は、ミラー部１０１の揺動に伴う（トーションバーの捻転に伴う）変形量が、圧電体Ｃ、Ｄがそれぞれ設けられているミラー部１０１の裏面の部分ｐ２、ｑ２よりも大きい。この場合、部分ｐ１、ｑ１の変形速度は、部分ｐ２、ｑ２の変形速度よりも速い。

ミラー部１０１が回転すると、部位ｐと部位ｑは、互いに逆向きに変形もしくは変形しようとする。

このとき、部分ｐ１に設けられた圧電体Ａの電圧が、部分ｐ１よりも変形速度が遅い部分ｑ２に設けられた圧電体Ｄに印加され、部分ｑ１に設けられた圧電体Ｂの電圧が、部分ｑ１よりも変形速度が遅い部分ｐ２に設けられた圧電体Ｃに印加される。

すなわち、圧電体Ａ、Ｂは、圧電効果により電圧を発生させるための電圧発生用圧電体（以下では「第１圧電体」とも呼ぶ）として機能し、圧電体Ｃ、Ｄは、逆圧電効果により歪みを発生させるための歪み発生用圧電体（以下では「第２圧電体」とも呼ぶ）として機能する。

ここで、図２０に示されるように、圧電体は、分極方向が一定（同一）の条件下では、印加電圧の極性が逆になると逆圧電効果による歪み方向も逆になる。また、圧電体は、印加電圧の極性が一定（同一）の条件下では、分極方向（圧電体の向き）を逆にすると逆圧電効果による歪み方向も逆になる。

すなわち、第２圧電体の歪み方向は、第２圧電体の分極方向と印加電圧の極性によって決まる。

一方、第１圧電体の歪み方向は、該第１圧電体が取り付けられたミラー部１０１の裏面の部位（以下では「第１圧電体取り付け部位」とも呼ぶ）の歪み方向と同じである。そして、第１圧電体は、分極方向（圧電体の向き）が一定（同一）の条件下では、ミラー部１０１の回転方向が逆になって歪み方向が逆になると、圧電効果により発生する電圧の極性も逆になる。

従って、第１圧電体が発生する電圧（印加電圧）の極性は、第１圧電体の分極方向と第１圧電体取り付け部位の歪み方向によって決まる。

結果として、第２圧電体（圧電体Ｃ、Ｄ）の歪み方向は、第２圧電体（圧電体Ｃ、Ｄ）の分極方向と対応する第１圧電体（圧電体Ａ、Ｂ）の分極方向と第１圧電体取り付け部位の歪み方向によって決まる。以下では、第２圧電体が取り付けられたミラー部１０１の裏面の部位を「第２圧電体取り付け部位」とも呼ぶ。

そこで、反射面１４の動的面変形を抑えるためには、第２圧電体の歪み方向を第２圧電体取り付け部位の歪み方向と逆にすれば良い。

ここでは、電気的に並列接続されている第１及び第２圧電体にそれぞれ対応する第１及び第２圧電体取り付け部位の歪み方向は逆方向なので、第１圧電体の分極方向と第２圧電体の分極方向を同じにすれば良い。

結果として、反射面１４の動的面変形を抑えることが可能となる。

実施例１によれば、ミラー部１０１の裏面の歪み量が最大となる箇所に電圧発生用圧電体である圧電体Ａ、Ｂを設けているので、極めて効率良く電圧（印加電圧）を発生させることができる。また、歪み発生用圧電体である圧電体Ｃ、Ｄの大きさを圧電体Ａ、Ｂよりも大きくしているので、反射面１４の広範囲の動的面変形を抑制することができる。

なお、第２圧電体の変形量が大き過ぎると反射面１４を動的面変形の向きとは逆向きに過剰に変形（過変形）させることになるので、第１圧電体の大きさ（設置面積）や第１圧電体取り付け部位の位置を調整したり、第２圧電体の大きさ（設置面積）や第２圧電体取り付け部位の位置を調整することにより、第２圧電体の変形量を調整し、過変形を抑制することが好ましい。

また、実施例１では、圧電体Ａ（第１圧電体）と圧電体Ｄ（第２圧電体）を電気的に並列接続し、圧電体Ｂ（第１圧電体）と圧電体Ｃ（第２圧電体）を電気的に並列に接続しているが、これに限られない。

例えば、圧電体Ａ（第１圧電体）と圧電体Ｃ（第２圧電体）を電気的に並列接続し、圧電体Ｂ（第１圧電体）と圧電体Ｄ（第２圧電体）を電気的に並列に接続しても良い。

この場合、反射面１４の動的面変形を抑えるために、電気的に並列接続されている第１及び第２圧電体にそれぞれ対応する第１及び第２圧電体取り付け部位の歪み方向は同じ方向なので、第１圧電体の分極方向と第２圧電体の分極方向を逆にする必要がある。

［実施例２］
実施例２の可動装置では、図２１に示されるように、ミラー部１０１の裏面の、反射面１４の６つの部位Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに対応する６つの部位ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕに６つの圧電体Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１が設けられている。部位ｒ、ｓ、ｔ、ｕはミラー部１０１の裏面の縁部であり、部位ｐ、ｑは、ミラー部１０１の裏面の縁部と回転軸の間の部位である。図２１において、６つの部位ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ，ｕの各部位に対する＋Ｚや−Ｚの表示は、ミラー部１０１の回転方向に対する該部位の歪み方向を示す。

詳述すると、部位ｒ、ｓ、ｔ、ｕには、電圧発生用圧電体（第１圧電体）である圧電体Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１が設けられ、部位ｐ、ｑにはそれぞれ歪み発生用圧電体（第２圧電体）である圧電体Ａ１、Ｂ１が設けられている。第１及び第２圧電体の形状は、上記実施例１と同様である。

そして、圧電体Ｃ１、Ｅ１と圧電体Ａ１とが電気的に並列接続され、圧電体Ｄ１、Ｆ１と圧電体Ｂ１とが電気的に並列に接続されている。

この場合、電気的に並列に接続された第１及び第２圧電体にそれぞれ対応する第１及び第２圧電体取り付け部位の歪み方向が逆になるので、第１圧電体（圧電体Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１）と第２圧電体（圧電体Ａ１、Ｂ１）の分極方向を同じにする必要がある。

なお、圧電体Ｃ１、Ｅ１と圧電体Ｂ１とを電気的に並列接続し、圧電体Ｄ１、Ｆ１と圧電体Ａ１とに電気的に並列に接続しても良い。

この場合、電気的に並列に接続された第１及び第２圧電体にそれぞれ対応する第１及び第２圧電体取り付け部位の歪み方向が同じになるので、第１圧電体（圧電体Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１）と第２圧電体（圧電体Ａ１、Ｂ１）の分極方向を逆にする必要がある。

実施例２によれば、ミラー部１０１の裏面の歪み応力が発生する全ての部位を有効利用して、反射面１４の動的面変形を抑制できる。

［実施例３］
実施例３の可動装置では、図２２に示されるように、ミラー部１０１の裏面の、反射面１４の２つの部位Ｐ、Ｑに対応する２つの部位ｐ、ｑに２つの圧電体Ａ２、Ｂ２が設けられ、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂのミラー部１０１側の端部ｖ、ｗに圧電体Ｃ２、Ｄ２が設けられている。ここでは、圧電体Ａ２、Ｂ２の平面形状は、それぞれ部位ｐ、ｑよりも幾分横長の楕円形状となっている。図２２において、６つの部位ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ，ｕの各部位に対する＋Ｚや−Ｚの表示は、ミラー部１０１の回転方向に対する該部位の歪み方向を示す。

そして、圧電体Ａ２は圧電体Ｃ２、Ｄ２に電気的に並列に接続され、圧電体Ｂ２は圧電体Ｃ２、Ｄ２に電気的に並列に接続されている。

ミラー部１０１の回転時の端部ｖ、ｗの変形量は、部位ｐ、ｑの変形量よりも大きい。すなわち、ミラー部１０１の揺動時の端部ｖ、ｗの変形速度は、部位ｐ、ｑの変形速度よりも速い。

そこで、ミラー部１０１の回転時には、端部ｖに設けられた圧電体Ｃ２の電圧が、端部ｖよりも変形速度が遅い部位ｐ、ｑに設けられた圧電体Ａ２、Ｂ２に印加され、端部ｗに設けられた圧電体Ｄ２の電圧が、端部ｗよりも変形速度が遅い部位ｐ、ｑに設けられた圧電体Ａ２、Ｂ２に印加される。

この際、ミラー部１０１の揺動方向が逆になると、圧電体Ｃ２、Ｄ２の歪み方向が逆向きになり、圧電体Ａ２、Ｂ２に印加される電圧（印加電圧）の極性も逆になる。

実施例３でも、反射面１４の動的面変形を抑えるために、圧電体Ａ２の歪み方向が部位ｐの歪方向と逆向きになるよう圧電体Ａ２、Ｃ２、Ｄ２の分極方向が設定され、圧電体Ｂ２の歪み方向が部位ｑの歪み方向と逆向きになるよう圧電体Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の分極方向が設定されている。なお、圧電体Ａ２、Ｂ２がそれぞれ設けられた部位ｐ、ｑの歪み方向は逆向きなので、圧電体Ｃ２、Ｄ２の分極方向を同じにし、圧電体Ａ２、Ｂ２の分極方向を逆にする必要がある。

実施例３によれば、変形量が大きいトーションバーに電圧発生用圧電体（圧電体Ｃ２、Ｄ２）を設けているので、印加電圧を極めて効率良く発生させることができる。

また、圧電体Ｃ２、Ｄ２をトーションバーのミラー部１０１側の端部に設けているので、圧電体同士を接続する配線の長さを極力短くでき、配線の断線等のトラブルを抑制できる。

なお、上記実施例１〜３における第１及び第２の圧電体の配置例や配線接続例は、適宜変更可能である。いずれにしても、事前にシミュレーションを行い、第２圧電体の変形量と第２圧電体取り付け部位の変形量が互いに相殺するように第１及び第２圧電体の数、配置、大きさ、形状、配線接続（どの第１圧電体とどの第２圧電体を配線で接続するか）等を設定することが好ましい。

以上説明した本実施形態の光偏向素子としての可動装置１３（実施例１、２の可動装置）は、第１の観点からすると、反射面１４を有するミラー部１０１と、ミラー部１０１を一軸（回転軸）周りに揺動させる、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂを含む駆動系と、ミラー部１０１の反射面１４とは反対側の面（裏面）の第１の部位に設けられた第１の圧電体と、ミラー部１０１の裏面の第２の部位に設けられ、ミラー部１０１の揺動に伴い第１の圧電体で発生した電圧が印加される第２の圧電体と、を備え、電圧が印加されたとき、第２の圧電体の変形方向は第２の部位の変形方向とは逆向きである。ここで、「第２の圧電体や第２部位の変形方向」は、第２の圧電体や第２部位が実際に変形しているときの方向のみならず、変形しようとする方向も含む。「変形方向」は、歪み方向や撓み方向や湾曲方向と言い換えることもできる。

詳述すると、ミラー部１０１の裏面の変形する部位に第１及び第２の圧電体を配置する。具体的には、変位を電圧に変える役割の第１の圧電体と印加電圧を変位に変える役割の第２の圧電体とを配線でつなぐ。第１の圧電体が反射面１４の動的面変形を受けて電圧を生成し、その電圧を利用して第２の圧電体を動的面変形を妨げる方向に変形させる。これによって、外部から電圧を供給することなく、反射面１４の動的面変形を低減できる。

すなわち、圧電体を変形させるための、電源を含む電圧印加手段を設ける必要がない。なお、このような電圧印加手段を設ける場合には、例えば電源と圧電体を接続する配線を捻転動作するトーションバー、振動するカンチレバー等に這わせる必要があり、断線等の配線トラブルの発生確率が高くなることが懸念される。

結果として、本実施形態の可動装置１３によれば、簡易な構成により、ミラー部の揺動に伴う反射面の変形（反射面の動的面変形）を抑えることができる。

また、第１の部位は、ミラー部１０１の揺動に伴う変形量が第２の部位よりも大きいことが好ましい。

この場合、第１の部位の変形速度が第２の部位の変形速度よりも速いため、圧電効果により第１の圧電体で電圧を発生させ第２の圧電体を逆圧電効果により歪ませることを確実に実現することができる。

また、第１の部位はミラー部１０１の裏面の縁部にあり、第２の部位はミラー部１０１の裏面の縁部と一軸の間にあることが好ましい。

この場合、第１の圧電体を変形させ第２圧電体へ電圧を印加して第２の圧電体を変形させることを高効率で行うことができる。すなわち、反射面１４の動的面変形を効率良く抑制することができる。

また、第２の圧電体は、設置面積が第１の圧電体よりも大きいことが好ましい。
この場合、反射面１４の動的面変形をより広範囲に抑制することができる。

また、本実施形態の光偏向素子としての可動装置１３（実施例３の可動装置）は、第１の観点からすると、反射面１４を有するミラー部１０１と、ミラー部１０１に接続されたトーションバー及び該トーションバーに接続された第１圧電駆動部を含み、ミラー部１０１をトージョンバーの軸である一軸周りに揺動させる駆動系と、トーションバーに設けられた第１の圧電体と、ミラー部の反射面１４とは反対側の面（裏面）の所定部位に設けられ、トーションバーの捻れ（捻転）に伴い第１の圧電体で発生した電圧が印加される第２の圧電体と、を備え、電圧が印加されたときの第２の圧電体の変形方向は所定部位の変形方向とは逆向きである。ここで、「第２の圧電体や第２部位の変形方向」は、第２の圧電体や第２部位が実際に変形しているときの方向のみならず、変形しようとする方向も含む。「変形方向」は、歪み方向や撓み方向や湾曲方向と言い換えることもできる。

この場合、圧電体を変形させるための、電源を含む電圧印加手段を設ける必要がない。なお、このような電圧印加手段を設ける場合には、例えば電源と圧電体を接続する配線を捻転動作するトーションバーに加えて、振動するカンチレバー等にも這わせる必要があり、断線等の配線トラブルの発生確率がさらに高まることが懸念される。

結果として、本実施形態の可動装置１３によれば、簡易な構成により、ミラー部の揺動に伴う反射面の変形（反射面の動的面変形）を抑えることができる。

また、トーションバーの変形量は、ミラー部１０１の裏面の第２の圧電体が設けられた部位（所定部位）の変形量よりも大きい。

この場合、トーションバーの変形速度がミラー部１０１の裏面の所定部位の変形速度よりも速いため、圧電効果により第１の圧電体で電圧を発生させ第２の圧電体を逆圧電効果により歪ませることを確実に実現することができる。

また、裏面変形部位は、ミラー部１０１の裏面の縁部又は該縁部とトーションバーの軸の間にあることが好ましい。

この場合、第１の圧電体を変形させ第２圧電体へ電圧を印加して第２の圧電体を変形させることを高効率で行うことができる。すなわち、反射面１４の動的面変形を効率良く抑制することができる。

また、本実施形態の可動装置１３（実施例１〜３の可動装置）ミラー部１０１及び駆動系を、一軸に直交する他軸周りに揺動させる、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂ及び第２支持部１５０を含む別の駆動系を更に備えることが好ましい。

また、本実施形態の光偏向素子としての可動装置１３（実施例１〜３の可動装置）は、第２の観点からすると、反射面を有するミラー部１０１と、ミラー部１０１に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続されたカンチレバーと、ミラー部１０１の反射面１４とは反対側の面（裏面）又はトーションバーに設けられた第１の圧電体と、ミラー部１０１の裏面に設けられ、第１の圧電体と電気的に並列に接続された第２の圧電体と、を備えている。

この場合、圧電体を変形させるための、電源を含む電圧印加手段を設ける必要がない。なお、このような電圧印加手段を設ける場合には、例えば電源と圧電体を接続する配線を捻転動作するトーションバーに加えて、振動するカンチレバー等にも這わせる必要があり、断線等の配線トラブルの発生確率がさらに高まることが懸念される。

結果として、本実施形態の可動装置１３によれば、簡易な構成により、ミラー部の揺動に伴う反射面の変形を抑えることができる。

また、本実施形態の光走査装置（例えば光書込装置６００）は、光により対象物を走査する光走査装置であって、光源装置１２と、該光源装置１２からの光を偏向する光偏向素子としての可動装置１３と、を備えている。
この場合、光により対象物を安定して精度良く走査することができる。

また、本実施形態の画像形成装置としてのレーザプリンタ６５０は、感光体ドラム（像担持体）と、該感光体ドラムの表面である被走査面１５を光により走査する光書込装置６００と、を備えている。
この場合、被走査面１５に形成される画像の品質を向上できる。

なお、上記光書込装置６００は、感光体ドラムを複数備えるカラープリンタやカラー複写機等の画像形成装置にも適用可能である。このようなカラー対応の画像形成装置には、例えば複数の感光体ドラムに対応して複数の可動装置１３を設けても良い。

また、本実施形態の画像投影装置としてのヘッドアップディスプレイ装置５００は、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光が照射され画像が形成される中間スクリーン５１０と、該中間スクリーン５１０を介した画像を形成する光を投射する投射ミラー５１１（光学系）と、を備えている。
この場合、投影画像の品質を向上できる。

また、本実施形態の物体認識装置（レーザレーダ装置）は、光源装置１２及び可動装置１３を有する光走査装置を含む投光系と、該投光系から投光され被対象物７０２（物体）で反射もしくは散乱された光を受光する受光系と、を備えている。
この場合、被対象物７０２を安定して精度良く認識できる。

また、本実施形態の画像投影装置及び物体認識装置の少なくとも一方と、該少なくとも一方が搭載される移動体と、を備える移動体装置を実現することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。

例えば、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光を熱可逆記録媒体（例えばリライタブルラベル）に照射することにより該熱可逆記録媒体を光走査して画像の記録及び消去の少なくとも一方を行っても良い。

このような画像の記録や消去を行う装置は、熱可逆記録媒体を対象物とする画像書換装置や画像記録装置や画像消去装置として用いることができる。
この場合、熱可逆記録媒体に対して安定して精度良く画像の記録や消去を行うことができる。

また、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光を眼底に照射することにより該眼底を光走査し、該眼底で反射もしくは散乱された光を解析手段で解析しても良い。

このように眼底に光（例えば弱い赤外線）を照射し戻ってきた光を解析することで、網膜の断層を描き出すことができる。このような装置は「光干渉断層計」と呼ばれ、加齢黄斑変性症や黄斑浮腫、黄斑円孔の診断や、緑内障における視神経繊維の状態を調べる際に用いられる。

また、上記実施形態では、光偏向器としての可動装置１３は図１２に示されるように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂから＋Ｘ方向に向かって第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが延びる片持ちタイプの可動装置を用いているが、電圧印加された圧電部を可動させる構成であれば、これに限られない。例えば、図２３に示す変形例１のように、トーションバー２１１ａ、２１１ｂからそれぞれ＋Ｘ方向に向かって延びる駆動部２４１ａ、２４１ｂおよびそれぞれ−Ｘ方向に向かって延びる駆動部２４１ｃ、２４１ｄを有する両持ちタイプの可動装置を用いてもよい。また、図２４に示す変形例２のように、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、支持部１２０によって１軸方向のみに反射面１４を可動させる可動装置を用いても良い。

また、上記実施形態に記載した具体的な数値、形状等は、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更である。

以下に、発明者らが、上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。運転者が少ない視線移動で警報・情報を認知できるアプリケーションとして市場の期待が高まっており、車両に搭載するHuD（ヘッドアップディスプレイ）の技術開発が進んでいる。特に、ADAS(Advanced Driving Assistance System)という言葉に代表される車載センシング技術の進展に伴い、車両はさまざまな走行環境情報および車内乗員の情報を取り込むことができるようになっており、それらの情報を運転者に伝える「ADASの出口」としてもHuDが注目されている。HuDの投射方式は、液晶及びDMDのようなイメージングデバイスで中間像を表現する「パネル方式」と、レーザダイオードから射出したレーザビームを2次元走査デバイスで走査し中間像を形成する「レーザ走査方式」がある。特に後者のレーザ走査方式は、全画面発光の部分的遮光で画像を形成するパネル方式とは違い、各画素に対して発光/非発光を割り当てることができるため、一般に高コントラストの画像を形成することができる。

2次元走査デバイスで画像を表示するためにはミラー部を振動させることになるため、デバイス駆動によりミラー部の反射面が変形する。本来反射面は凹凸無く平坦であることが望まれるが、ミラー部の動的面変形によって、レーザ光が照射される反射面が波打ち、焦点がずれてしまったり、散乱光が生じたりする。それにより表示画像にモアレが発生したり、解像度が低下したりする。そのため、ミラー部の動的面変形を抑えるために、ミラー部の裏面（反射面とは反対側の面）に補強用リブなどをつけることが既に知られている。

しかし、従来のミラー部の裏面に補強用リブをつけるなどの方式では、ミラー部が重くなってしまいミラー部を支持する構造材が破壊する可能性があった。また、ミラー部が重くなることで共振周波数も下がる。また、リブがない部分（端など）では面変形量が大きいままである。また、リブの製造ばらつきが生じやすいという問題があった。

そこで、補強用リブに頼らずに反射面の動的面変形を低減する技術が特許文献１（特許４４４６３４５号公報）に開示されている。

特許文献１では、反射面の動的面変形を低減するために、ミラー部に圧電体を配置している。

しかし、特許文献１では、電源を含む電圧印加手段が必要であり、構成が煩雑化することが懸念される。

そこで、発明者らは、この問題を解決すべく上記実施形態を発案した。

１１…光源装置、１３…可動装置（光偏向素子）、１０１…ミラー部、１１０ａ、１１０ｂ…第１駆動部（駆動系）、１１１ａ、１１１ｂ…トーションバー（駆動系の一部）、１１２ａ、１１２ｂ…第１圧電駆動部（駆動系の一部）、５００…ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置）、５１０…中間スクリーン（スクリーン）、５１１…投射ミラー（光学系）、６００…光書込装置（光走査装置）、レーザプリンタ６５０（画像形成装置）、７００…レーザレーダ装置（物体認識装置）。

特許４４４６３４５号公報

Claims (9)

1. 反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部を一軸周りに揺動させる駆動系と、
   前記ミラー部の前記反射面とは反対側の面の第１の部位に設けられた第１の圧電体と、
   前記反対側の面の第２の部位に設けられ、前記ミラー部の揺動に伴う該ミラー部の変形により前記第１の圧電体に発生した電圧が印加される第２の圧電体と、を備え、
   前記電圧が印加されたとき、前記第２の圧電体の変形方向は前記第２の部位の変形方向とは逆向きである光偏向素子。
2. 前記第１の部位は、前記揺動に伴う変形量が前記第２の部位よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
3. 前記第１の部位は、前記反対側の面の縁部にあり、
   前記第２の部位は、前記反対側の面の縁部と前記一軸の間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向素子。
4. 前記第２の圧電体の設置面積は、前記第１の圧電体の設置面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光偏向素子。
5. 反射面を有するミラー部と、
   前記ミラー部に接続されたトーションバーを含み、前記ミラー部を前記トーションバーの軸である一軸周りに揺動させる駆動系と、
   前記トーションバーに設けられた第１の圧電体と、
   前記ミラー部の前記反射面とは反対側の面の所定部位に設けられ、前記トーションバーの捻れに伴い前記第１の圧電体で発生した電圧が印加される第２の圧電体と、を備え、
   前記電圧が印加されたとき、前記第２の圧電体の変形方向は前記所定部位の変形方向とは逆向きである光偏向素子。
6. 前記トーションバーは、前記捻れに伴う変形量が前記所定部位よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の光偏向素子。
7. 前記所定部位は、前記反対側の面の縁部又は該縁部と前記一軸の間にあることを特徴とする請求項５又は６に記載の光偏向素子。
8. 光により対象物を走査する光走査装置であって、
   光源装置と、
   前記光源装置からの光を偏向する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向素子と、を備える光走査装置。
9. 請求項８に記載の光走査装置と、
   前記光走査装置からの光が照射され画像が形成されるスクリーンと、
   前記スクリーンを介した前記画像を形成する光を投射する光学系と、を備える画像投影装置。