JP7048443B2

JP7048443B2 - 光投射装置

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Publication number: JP7048443B2
Application number: JP2018135555A
Authority: JP
Inventors: 誠櫻井; 護宮地
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: US20200026067A1; EP3598197B1; US11137594B2; JP2020013004A; EP3598197A1

Description

本発明は、光偏向器を使って、走査光を出射する光投射装置に関する。

画像投射装置や車両用前照灯では、画像の生成や、配光パターンの生成のために、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器を用いて、走査光を出射する光投射装置が知られている（例：特許文献１～５）。

特許文献１～４の光偏向器では、走査光を異なる走査範囲で走査するときは、駆動電圧の振幅や変化量が変更される。

特許文献４，５は、ミラー部を回転軸線の回りに往復回動させる駆動するアクチュエータが、ミアンダパターン配列で直列に結合された複数の圧電カンチレバーを含む光偏向器を開示する。

特許文献５の車両用前照灯の光偏向器では、ミアンダパターン配列で直列に結合された複数の圧電カンチレバーは、配列順で奇数番の群と偶数番の群との２群に分けられる。さらに、該車両用前照灯は、照射範囲を基準線に対して上側又は下側に移動自在としている。そして、上側の照射範囲のみを照射する期間では、２群のうちの一方及び他方の群の圧電カンチレバーへの駆動電圧の供給をそれぞれ実施及び停止する。また、下側の照射範囲のみを照射する期間では、一方及び他方の群の圧電カンチレバーへの駆動電圧の供給をそれぞれ停止及び実施する。

特開２００８－６５１９１号公報特開２０１１－２３７７０７号公報特開２０１７－１７３６２２号公報特開２０１０－１９７６６２号公報特開２０１８－５４７５２号公報

ＭＥＭＳの光偏向器では、ミラー部の反射率が１００％ではないので、作動中、パッケージ内が高温になる。一方、ＭＥＭＳの光偏向器における圧電アクチュエータの圧電膜の材料として一般にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられる。このため、圧電膜中の鉛が、高温下の高電界下で陰極層の方に寄せられて、陰極層に近傍に偏在状態で蓄積される傾向がある。これは、圧電膜が陰極層から剥離する原因になる。

光偏向器の圧電カンチレバーの寿命改善のために、圧電カンチレバーを適宜休止させることが有効である。しかしながら、特許文献４のように、圧電カンチレバーを全部休止させると、光投射が困難になってしまう。

特許文献５の車両用前照灯では、照射領域が基準線より上又は下であるときは、複数の圧電カンチレバーのうち半分を休止させている。しかしながら、車両用前照灯では、照射領域のサイズは、照射領域が基準線より上か下かに関係なく、標準照射領域と同一のサイズを維持する必要がある。したがって、照射領域が基準線より上又は下である期間では、作動圧電カンチレバーは、２倍の駆動電圧を供給されて、休止圧電カンチレバーの休止中の変形量の不足分を補わなければならない。このことは、作動圧電カンチレバーの負担を増大させる可能性がある。

本発明の目的は、光投射の休止を回避しつつ、一部圧電カンチレバーの負担増大を抑制して、光偏向器の信頼性を向上させる光投射装置を提供することである。

本発明の光投射装置は、
光源と、
回転軸線の回りに往復回動して前記光源からの入射光を反射した走査光を出射するミラー部と、ミアンダパターン配列で直列に結合された複数の圧電カンチレバーを含み、外部からの駆動電圧により各圧電カンチレバーを作動させて、前記ミラー部を前記回転軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記光偏向器からの走査光により描画される標準描画領域並びに該標準描画領域の内側にあって位置が相互に異なる第１部分描画領域及び第２部分描画領域の３つの描画領域のうちから１つを指示する描画領域指示部と、
前記描画領域指示部からの指示描画領域に応じて前記光源の輝度を制御する光源制御部と、
前記複数の圧電カンチレバーのうち駆動電圧が供給及び停止される圧電カンチレバーをそれぞれ作動圧電カンチレバー及び休止圧電カンチレバーとし、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間では、前記複数の圧電カンチレバーの全部が前記作動圧電カンチレバーとなるように、また、前記指示描画領域が前記第１部分描画領域である期間では、前記作動圧電カンチレバー及び前記休止圧電カンチレバーの組合せが第１組合せになるように、また、前記指示描画領域が前記第２部分描画領域である期間では、前記第１組合せに対して前記作動圧電カンチレバー及び前記休止圧電カンチレバーとが反対である第２組合せとなるように、前記複数の圧電カンチレバーの駆動電圧を制御する駆動電圧制御部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、標準描画領域の指示期間では、光偏向器の圧電アクチュエータの複数の圧電カンチレバーの全部が作動圧電カンチレバーとなる。これに対し、標準描画領域の内側にあって位置が相互に異なる第１部分描画領域及び第２部分描画領域である指示期間では、作動圧電カンチレバーと休止圧電カンチレバーとの組合わせがそれぞれ第１組合せ又は第２組合せとなって、一部の圧電カンチレバーが休止される。一方、第１部分描画領域及び第２部分描画領域の指示期間も、描画維持のために、ミラー部は、光源から光が入射し、熱を発生して、圧電カンチレバーは、高温に維持されている。この結果、第１部分描画領域及び第２部分描画領域である指示期間では、休止圧電カンチレバーには、無電界の高温状態にある。これにより、第１部分描画領域及び第２部分描画領域である指示期間に、圧電膜内の剥離原因物質（例：鉛）は、熱拡散し、圧電体内の偏在が解消される。

さらに、第１部分描画領域及び第２部分描画領域は、標準描画領域の内側にあって標準描画領域の部分描画領域とされている。これにより、第１部分描画領域及び第２部分描画領域の指示期間中の作動圧電カンチレバーへの駆動電圧の増大は、十分に抑制される。この結果、映像投射の休止を回避しつつ、一部圧電カンチレバーの負担増大を抑制して、光偏向器の信頼性を向上させることができる。

本発明の光投射装置において、好ましくは、
前記圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーは、前記ミアンダパターン配列の配列順で奇数番の圧電カンチレバーから成る第１群と、偶数番の圧電カンチレバーから成る第２群とに分けられ、
前記光偏向器は、前記第１群の前記圧電カンチレバーに前記駆動電圧を給電する第１給電線と前記第２群の前記圧電カンチレバーに前記駆動電圧を給電する第２給電線とを別々に有し、
前記駆動電圧制御部は、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の両方に前記駆動電圧を供給することにより前記複数の圧電カンチレバーの全部が前記作動圧電カンチレバーとなるように、また、前記指示描画領域が前記第１部分描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の一方及び他方に前記駆動電圧をそれぞれ供給及び停止することにより前記第１組合せになるように、また、前記指示描画領域が前記第２部分描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の前記一方及び前記他方に前記駆動電圧をそれぞれ停止及び供給することにより前記第２組合せになるように、前記複数の圧電カンチレバーの駆動電圧を制御する。

この構成によれば、駆動電圧制御部は、第１給電線及び第２給電線に駆動電圧を供給したり停止したりする単純な切替により、複数の圧電カンチレバーへの駆動電圧の全供給、第１組合せによる供給及び第２組合せに供給を切替えることができる。

本発明の光投射装置において、好ましくは、
前記第１部分描画領域及び前記第２部分描画領域は、相互に隣接しつつ、前記標準描画領域を２分割した描画領域として設定され、
前記駆動電圧制御部は、前記指示描画領域がそれぞれ前記第１部分描画領域又は前記第２部分描画領域である期間の前記作動圧電カンチレバーに対して、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間に供給する駆動電圧と同一の駆動電圧を供給する。

この構成によれば、第１部分描画領域及び前記第２部分描画領域は、相互に隣接しつつ、標準描画領域を２分割した描画領域となる。これにより、駆動電圧制御部は、作動圧電カンチレバーに対する駆動電圧を、標準描画領域の指示期間と第１部分描画領域又は第２部分描画領域の指示期間とで異なるものにすることなく、同一にすることができる。

本発明の光投射装置において、好ましくは、
前記光偏向器は、前記回転軸線を副回転軸線として該副回転軸線に対して直交する主回転軸線の回りに、前記副回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動よりも高い周波数で前記ミラー部を往復回動させる別の圧電アクチュエータを有し、
前記走査光は、前記主回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動に対応する主走査方向と、前記副回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動に対応する副走査方向との２方向で走査され、
前記前記第１部分描画領域及び前記第２部分描画領域は、前記標準描画領域を前記副走査方向に２分割した描画領域である。

この構成よれば、標準描画領域を２分割した第１部分描画領域及び第２部分描画領域は、標準描画領域を副走査方向に２分割した描画領域とされる。これにより、第１部分描画領域及び第２部分描画領域を２次元光偏向器の走査光が描画する標準描画領域において円滑に設定することができる。

本発明の光投射装置において、好ましくは、前記駆動電圧制御部は、前記休止圧電カンチレバーに対しては、前記作動圧電カンチレバーの前記駆動電圧とは、逆極性で、前記休止圧電カンチレバーの圧電体の電界が抗電界を超えない範囲の逆極性電圧を供給する。

この構成によれば、休止圧電カンチレバーは、駆動電圧の供給を停止されるだけでなく、抗電界内に留まる範囲で逆極性電圧を供給される。この結果、休止圧電カンチレバーにおける剥離原因物質（例：鉛）の熱拡散を促進することができる。

光投射装置の主要部の構成図。描画領域指示部が描画領域として全体描画領域を指示したときの駆動電圧制御部による制御過程を示す図。描画領域指示部が描画領域として上側描画領域を指示したときの駆動電圧制御部による制御過程を示す図。描画領域指示部が描画領域として下側描画領域を指示したときの駆動電圧制御部による制御過程を示す図。種々の光偏向器に対して圧電アクチュエータの圧電カンチレバーの絶縁破壊を調べた実験グラフ。

［全体構成］
図１は、光投射装置１の主要部の構成図である。光投射装置１は、スクリーン２に映像を投射する。なお、本発明における「映像」は、白色発光の光強度分布のみで表現される車両用灯具の配光パターンを含み、スクリーン２は、例えば路面などでもよい。また、図１は、光投射装置１の構成要素のうち後述の作用等に直接関係する主要構成要素に限定して示している。したがって、光投射装置１は、図示以外の構成要素を含む。しかしながら、それらは、通常の光投射装置１が備える周知の構成要素（例：光路変更のための光学素子、走査速度を均一化する補正ミラー、投射レンズ及び光センサ等）である。

光投射装置１は、レーザ光源６、光偏向器７及び制御部８を備える。レーザ光源６は、光偏向器７の入射光Ｌｉとなるレーザ光を出射する。光偏向器７は、入射光Ｌｉから走査光Ｌｓを生成して、出射する。走査光Ｌｓは、図示していない光学素子を経て、走査範囲としてのスクリーン２上を走査して、スクリーン２上に走査軌跡Ｔｒを生成する。スクリーン２には、走査軌跡Ｔｒ上の各点の輝度に応じた映像が生成される。

制御部８は、光源制御部１３、駆動電圧制御部１４及び描画領域指示部１５を備え、レーザ光源６の輝度及び光偏向器７の駆動電圧を制御する。具体的には、光源制御部１３は、レーザ光源６の給電電流を制御してレーザ光源６の輝度を制御する。光源制御部１３によるレーザ光源６の輝度制御には、レーザ光源６の点灯及び消灯の切替も含む。入射光Ｌｉの強度は、レーザ光源６の輝度に関係し、また、スクリーン２の走査軌跡Ｔｒ上の各点の輝度に関係する。

駆動電圧制御部１４は、光偏向器７の駆動電圧を制御する。描画領域指示部１５は、走査光Ｌｓがスクリーン２において走査する走査範囲としての描画領域を指示する。描画領域指示部１５が指示する描画領域（以下、適宜、「指示描画領域」という。）には、少なくとも上側描画領域Ｆｕ、下側描画領域Ｆｄ及び全体描画領域Ｆｗ（図２等）の３つを含む。上側描画領域Ｆｕ、下側描画領域Ｆｄ及び全体描画領域Ｆｗについては、図２以降で再度説明する。

光源制御部１３は、スクリーン２における指示描画領域の位置及びサイズに応じてレーザ光源６の輝度を制御する。駆動電圧制御部１４は、光偏向器７に供給する駆動電圧を、スクリーン２における指示描画領域の位置及びサイズに応じて制御する。

光偏向器７は、ＭＥＭＳの２次元光偏向器である。２次元光偏向器の構成自体は、例えば、本出願人に係る特開２０１７－１３４１３３号公報等で周知であるので、ここでは、光偏向器７の構成を簡単に説明する。

光偏向器７は、ミラー部７０、トーションバー７１、圧電アクチュエータ７２、可動枠７３、圧電アクチュエータ７４及び固定枠７５を備える。光偏向器７の構成の説明の便宜のために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸の直交座標系を定義する。Ｘ軸及びＹ軸は、矩形の光偏向器７の長辺及び短辺に平行な方向と定義する。Ｚ軸は、光偏向器７の厚み方向に平行な方向と定義する。

ミラー部７０は、光偏向器７の中心に位置する。１対のトーションバー７１は、ミラー部７０からＹ軸方向に突出し、突出端において可動枠７３の内周に結合している。４つの圧電アクチュエータ７２は、それぞれ１つの圧電カンチレバーから成る。各圧電アクチュエータ７２は、Ｘ軸方向に延在して、トーションバー７１と可動枠７３との間に介在している。

１対の圧電アクチュエータ７４は、Ｘ軸方向に可動枠７３の外側に配設される。各圧電アクチュエータ７４は、ミアンダパターン配列で直列に結合された複数の圧電カンチレバー７９から構成されている。複数の電極パッド８０は、固定枠７５の表面に露出している。光偏向器７に外部から供給される駆動電圧は、電極パッド８０に供給される。

トーションバー７１及び圧電カンチレバー７９は、周知の積層構造（図示せず）となっている。該積層構造では、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）のＳｉ層の基板上に下から順番に下側電極層（例えば陰極の金属層）、ＰＺＴの圧電膜から成る圧電層、及び上側電極層（例えば陽極の金属層）が配列されている。下側電極層及び上側電極層は、それぞれ対応する電極パッド８０に内部配線を介して接続され、圧電膜の両面間に駆動電圧を印加する。

下側電極層としての陰極の金属層は、圧電アクチュエータ７２，７４に共通であるとともに、接地電位（アース）とされる。したがって、内部配線を介する駆動電圧は、圧電アクチュエータ７２，７４の上側電極層としての陽極のみに供給される。

圧電アクチュエータ７２，７４は、それぞれ可動枠７３の内側及び外側に配設されているので、適宜、それぞれ「内側の圧電アクチュエータ７２」及び「外側の圧電アクチュエータ７４」と呼ぶ。

内側の圧電アクチュエータ７２は、トーションバー７１の軸線（以下、「主回転軸線」という。）の回りにミラー部７０を往復回動する。外側の圧電アクチュエータ７４は、可動枠７３をＸ軸に平行な軸線（以下、「副回転軸線」という。）の回りに往復回動させる。ミラー部７０は、可動枠７３と一体に副回転軸線の回りに往復回動する。主回転軸線と副回転軸線とは、ミラー部７０の中心で直交する。

主回転軸線の回りのミラー部７０の往復回動は、共振を利用する。一方、副回転軸線の回りのミラー部７０の往復回動は、副回転軸線の回りの圧電カンチレバー７９の変形だけを利用する。主回転軸線の回りのミラー部７０の往復回動の周波数は、副回転軸線の回りのミラー部７０の往復回動の周波数より高くなる。

光偏向器７は、ミラー部７０を主回転軸線の回りと副回転軸線との２つの回転軸線の回りに往復回動させる２次元光偏向器となる。走査光Ｌｓが、ミラー部７０が主回転軸線に回りに往復回動する方向に対応して走査する方向を、以下、「主走査方向」という。走査光Ｌｓが、ミラー部７０が副回転軸線に回りに往復回動する方向に対応して走査する方向を、以下、「副走査方向」という。

走査光Ｌｓは、スクリーン２においてスクリーン２の横方向及び縦方向に走査する。スクリーン２における走査光Ｌｓの横方向及び縦方向の走査は、それぞれ走査光Ｌｓの主走査方向及び副走査方向の走査に対応する。

［外側の圧電アクチュエータ］
外側の圧電アクチュエータ７４の作用について、詳説する。圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９について、圧電カンチレバー７９をＸ軸方向に可動枠７３側（先端側）から固定枠７５側（基端側）への配列順で奇数番の群（以下、「奇数群」と簡略して呼ぶ。）と偶数番の群（以下、「偶数群」と簡略して呼ぶ。）との２群に分かれている。

電極パッド８０内で各圧電アクチュエータ７４の陽極層に供給する駆動電圧の配線は、奇数群用と偶数群用とに２本用意されている。奇数群用の配線と偶数群用の配線は、それぞれ奇数群の圧電カンチレバー７９及び偶数群の圧電カンチレバー７９に共通になっている。駆動電圧制御部１４による外側の固定枠７５への駆動電圧の通常の供給では、奇数群用の配線の駆動電圧と、偶数群用の配線の駆動電圧とは、逆位相になっている（後述の図２参照）。

各圧電カンチレバー７９は、大きな駆動電圧が供給されるほど、圧電変形のために厚み方向の撓み量が増大する。各圧電カンチレバー７９は、駆動電圧を供給されていないとき、湾曲することなく、平坦（フラット）な形状に維持されている。

ミアンダパターン配列の複数の圧電カンチレバー７９を有する圧電アクチュエータ７４は、奇数番の圧電カンチレバー７９の湾曲と偶数番の圧電カンチレバー７９の湾曲とがＸ軸の回りのミラー部７０の振れ角（以下、「縦方向振れ角」という。）に寄与する振れ方向が相互に逆になっている。すなわち、奇数番の圧電カンチレバー７９の湾曲は、ミラー部７０に対して縦方向振れ角の－側に作用する。これに対して、偶数番の圧電カンチレバー７９の湾曲は、ミラー部７０に対して縦方向振れ角の＋側に作用する。

駆動電圧制御部１４は、奇数群用の配線と、偶数群用の配線とに相互に逆位相の駆動電圧を供給することにより、ミラー部７０の縦方向振れ角は、縦方向のミラー部７０の振れ角範囲の中心の振れ角＝０°とし、両側に等しい角度δ（後述の図２～図４では、δ＝４°）ずつ振れる。換言すると、ミラー部７０の振れ角は、０°を中心に±δの範囲で往復振動する。なお、駆動電圧に適宜、バイアス電圧を含めることにより、縦方向のミラー部７０の振れ角範囲の中心の振れ角（基準振れ角）を変更することができる。

［圧電カンチレバーの一部休止］
図２－図４は、描画領域指示部１５が描画領域としてそれぞれ全体描画領域Ｆｗ、上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄを指示したときの駆動電圧制御部１４による制御過程を示す図である。全体描画領域Ｆｗ、上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄについては、後述する。制御過程の３図のうち、１番上の図は、指示描画領域に応じた描画領域指示部１５による、圧電アクチュエータ７４における圧電カンチレバー７９の、駆動電圧としての縦方向駆動電圧を示している。図示の例では、縦方向駆動電圧は、０Ｖ～４０Ｖの範囲で変化している。

上から２番目の図は、縦方向駆動電圧に応じたＸ軸の回りのミラー部７０の回動角としての縦方向振れ角を示している。図示の例では、縦方向振れ角の基準振れ角を０°として、±の最大の縦方向振れ角δは、４°になっている。すなわち、ミラー部７０は、縦方向振れ角を－４°～＋４°の範囲で変化させる。ミラー部７０の縦方向振れ角＝－４°及び＋４°は、それぞれ縦方向駆動電圧の０Ｖ及び４０Ｖに対応する。

１番下の図は、縦方向振れ角に応じてスクリーン２に生成される走査軌跡Ｔｒの範囲としての描画領域を示している。縦方向振れ角に応じてスクリーン２に生成される描画領域は、描画領域指示部１５による指示描画領域に対応している。

図２のスクリーン２において、２等分割線Ｃｌは、スクリーン２の中心を通り、スクリーン２の横方向に延在している。２等分割線Ｃｌは、ミラー部７０の縦方向振れ角＝０°に対応する。スクリーン２の中心とは、ここでは、矩形のスクリーン２の２本の対角線の交点に設定される。

全体描画領域Ｆｗは、スクリーン２の全体を占めている。全体描画領域Ｆｗは、２等分割線Ｃｌにより上側の上側描画領域Ｆｕと下側の下側描画領域Ｆｄとに縦方向に２等分割される。上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄは、全体描画領域Ｆｗの内側にあって位置が相互に異なる部分描画領域として定義される。

２等分割線Ｃｌは、上側描画領域Ｆｕと下側描画領域Ｆｄとの共通の境界線でもあり、上側描画領域Ｆｕと下側描画領域Ｆｄとは、全体描画領域Ｆｗの内側で相互に重なることなく、２等分割線Ｃｌで隣接している。

図２の制御過程の１番上に示されている縦方向電圧について説明する。前述したように、図２では、指示描画領域が全体描画領域Ｆｗであるときを想定している。走査軌跡Ｔｒが、２等分割線Ｃｌに沿って生成される時、又は２等分割線Ｃｌを通過する時のミラー部７０の縦方向振れ角は、この例では、０°となる。

図２において、駆動電圧Ｄｏ，Ｄｅは、それぞれ奇数群及び偶数群の圧電カンチレバー７９に供給する駆動電圧（縦方向駆動電圧）である。図２では、駆動電圧Ｄｏ，Ｄｅは、１周期分が示されている。縦方向駆動電圧の１周期は、走査光Ｌｓがスクリーン２上を横方向に１往復する時間に等しい。スクリーン２に生成される映像のフレームの周期は、走査光Ｌｓがスクリーン２の縦方向両端（上端と下端）間を移動に要する時間に等しい。

駆動電圧Ｄｏが駆動電圧Ｄｅと等しいとき、ミラー部７０の縦方向振れ角は０°になる。また、駆動電圧Ｄｏが駆動電圧Ｄｅより大きいとき、ミラー部７０の縦方向振れ角は０°より小さくなる。また、駆動電圧Ｄｏが駆動電圧Ｄｅより小さいとき、ミラー部７０の縦方向振れ角は０°より大きくなる。

全体描画領域Ｆｗの指示期間では、駆動電圧Ｄｏ，Ｄｅの両方が生成される。具体的には、偶数群の圧電カンチレバー７９に接続されている内部配線及び奇数群の圧電カンチレバー７９に接続されている内部配線の両方に駆動電圧が供給される。これにより、走査軌跡Ｔｒは、スクリーン２の全体に生成される。

光偏向器７は、実際は窓付きのパッケージ（図示せず）内に封入されている。窓には、光が通過可能なガラス等の透明部材が装着されている。レーザ光源６からの入射光Ｌｉは、窓ガラスを介してパッケージ内に進入する。そして、光偏向器７のミラー部７０で反射し、走査光Ｌｓとなって、窓からパッケージの外へ出射される。

ミラー部７０の光の反射率は、１００％でないので、光投射装置１の作動中、パッケージに封入された光偏向器７のミラー部７０内は，高温となる。一方、圧電アクチュエータ７４のＰＺＴ膜（圧電膜）に含まれる鉛は、高温と陽極から陰極（接地電位又はアース）に向かう電界とにより、陰極層の方へ移動し、偏在状態になる。鉛が、ＰＺＴ膜においての陰極層側に偏在した状態は、陰極層からのＰＺＴ膜の剥離を招来させる原因になる。

光投射装置１は、これに対処し、描画領域指示部１５による指示描画領域が上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄである期間では、それぞれ圧電カンチレバー７９を半分ずつ休止させて、休止中に鉛の偏在を解消するようにしている。

具体的な解消の仕方について説明する前に、予め語句について定義しておく。駆動電圧の供給を実施する圧電カンチレバー７９を「作動圧電カンチレバー７９」と定義する。駆動電圧の供給を停止する圧電カンチレバー７９「休止圧電カンチレバー７９」と定義する。偶数群及び奇数群の圧電カンチレバー７９をそれぞれ作動圧電カンチレバー７９及び休止圧電カンチレバー７９とする駆動電圧の供給についての組合せを「第１組合せ」と定義する。奇数群及び偶数群の圧電カンチレバー７９をそれぞれ作動圧電カンチレバー７９及び休止圧電カンチレバー７９とする駆動電圧の供給についての組合せを「第２組合せ」とする。第１組合せと、第２組合せとでは、作動圧電カンチレバー７９と休止圧電カンチレバー７９とが相互に反対の関係になっている。

図３では、駆動電圧制御部１４は、第１組合せで、圧電カンチレバー７９への駆動電圧の供給を制御する。すなわち、偶数群の圧電カンチレバー７９への駆動電圧Ｄｅは供給されるが、奇数群の圧電カンチレバー７９への駆動電圧Ｄｏは停止される。この結果、奇数群の圧電カンチレバー７９は、そのＰＺＴ膜に駆動電圧を供給されず、平坦な形状を維持する。

駆動電圧制御部１４が第１組合せで圧電カンチレバー７９を駆動している期間、レーザ光源６は、点灯状態を維持されている。したがって、入射光Ｌｉは、パッケージ内の光偏向器７のミラー部７０に入射し、パッケージ内は、高温を維持する。この結果、休止中の奇数群の圧電カンチレバー７９のＰＺＴ膜内の鉛は、高温と駆動電圧の印加停止に因る電界喪失とのために、熱拡散する。こうして、ＰＺＴ膜内の鉛の分布は、均一化し、偏在は、解消される。

他方、偶数群の圧電カンチレバー７９は、指示描画領域が上側描画領域Ｆｕである期間も、指示描画領域が全体描画領域Ｆｗである期間と同一の駆動電圧を偶数群用の内部配線を介して駆動電圧Ｄｅを供給され続ける。これにより、ミラー部７０の振れ角範囲は、０°～＋δとなり、走査軌跡Ｔｒは、スクリーン２において２等分割線Ｃｌより上側の範囲のみに生成され、上側描画領域Ｆｕが生成される。

上側描画領域Ｆｕは、スクリーン２の縦方向に全体描画領域Ｆｗの半分の部分描画領域である。したがって、上側描画領域Ｆｕ生成時の駆動電圧Ｄｅは、全体描画領域Ｆｗ生成時の駆動電圧Ｄｅに対して増大されることなく、同一になる。なお、上側描画領域Ｆｕの上辺を２等分割線Ｃｌの方へ近づけて縦方向寸法を全体描画領域Ｆｗの１／２未満にすれば、上側描画領域Ｆｕ生成時の駆動電圧Ｄｅは、全体描画領域Ｆｗ生成時の駆動電圧Ｄｅより小さくすることができる。

図４では、駆動電圧制御部１４は、第２組合せで、圧電カンチレバー７９への駆動電圧の供給を制御する。すなわち、奇数群の圧電カンチレバー７９への駆動電圧Ｄｏは、供給されるが、偶数群の圧電カンチレバー７９への駆動電圧Ｄｅは、停止される。この結果、偶数群の圧電カンチレバー７９は、そのＰＺＴ膜に駆動電圧を供給されず、平坦な形状を維持する。

駆動電圧制御部１４が第２組合せで圧電カンチレバー７９を駆動している期間、レーザ光源６は、点灯状態を維持している。したがって、入射光Ｌｉは、パッケージ内の光偏向器７のミラー部７０に入射し、パッケージ内は、高温を維持する。この結果、休止中の偶数群の圧電カンチレバー７９のＰＺＴ膜内の鉛は、高温と電界喪失のために、熱拡散する。こうして、ＰＺＴ膜内の鉛の分布は、均一化し、偏在は、解消される。

他方、奇数群の圧電カンチレバー７９は、指示描画領域が下側描画領域Ｆｄである期間も、指示描画領域が全体描画領域Ｆｗである期間と同一の駆動電圧を奇数群用の内部配線を介して駆動電圧Ｄｏを供給され続ける。これにより、ミラー部７０の振れ角範囲は、０°～－δとなり、走査軌跡Ｔｒは、スクリーン２において２等分割線Ｃｌより下側の範囲のみに生成され、下側描画領域Ｆｄが生成される。

下側描画領域Ｆｄは、スクリーン２の縦方向に全体描画領域Ｆｗの半分の部分描画領域である。したがって、下側描画領域Ｆｄ生成時の駆動電圧Ｄｏは、全体描画領域Ｆｗ生成時の駆動電圧Ｄｏに対して増大されることなく、同一になる。なお、下側描画領域Ｆｄの下辺を２等分割線Ｃｌの方へ近づけて縦方向寸法を全体描画領域Ｆｗの１／２未満にすれば、下側描画領域Ｆｄ生成時の駆動電圧Ｄｏは、全体描画領域Ｆｗ生成時の駆動電圧Ｄｏより小さくすることができる。

［逆極性電圧の供給］
光投射装置１では、駆動電圧制御部１４は、休止圧電カンチレバーに対して駆動電圧の供給を停止している。駆動電圧制御部１４は、休止圧電カンチレバーにおける鉛等の剥離原因物質の熱拡散を促進するために、駆動電圧とは逆極性の電圧を、休止圧電カンチレバーの圧電体が抗電界を超えない範囲で休止圧電カンチレバーに供給することができる。これにより、休止圧電カンチレバーの圧電膜の剥離原因物質の熱拡散は、逆電界により一層促進される。

［絶縁破壊の試験結果］
図５は、種々の光偏向器Ｍ１，Ｍ２，Ｎ１に対して圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９の絶縁破壊を調べた実験グラフである。図５では、横軸が時間、縦軸が圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９の相対容量（静電容量の、初期値との相対値）になっている。この実験では、一定時間の周期Ｔを設定し、Ｔを３等分し、最初のＴ／３の期間では全体描画領域Ｆｗを生成し、次のＴ／３の期間では上側描画領域Ｆｕを生成し、最後のＴ／３では下側描画領域Ｆｄを生成し、Ｔを何度も繰り返した実験である。

光偏向器Ｍ１では、駆動電圧制御部１４は、指示描画領域が上側描画領域Ｆｕである期間では、図３で説明したように、圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９を第１組合せで駆動する。また、指示描画領域が下側描画領域Ｆｄである期間では、図４で説明したように、圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９を第２組合せで駆動する。

光偏向器Ｍ２では、光偏向器Ｍ１における第１組合せ及び第２組合せの圧電カンチレバー７９の駆動に加えて、休止圧電カンチレバー７９には、前述の逆極性の電圧を供給している。

光偏向器Ｎ１は、従来の光投射装置における光偏向器７の圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９の駆動方式を採用している。従来の光投射装置では、上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄの生成期間も休止圧電カンチレバー７９を設けることなく、全部の圧電カンチレバー７９に駆動電圧を供給している。すなわち、指示描画領域に関係なく、全部の圧電カンチレバー７９が作動圧電カンチレバー７９に維持されている。

なお、光偏向器Ｎ１では、上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄの生成期間の駆動電圧Ｄｏ，Ｄｅは、変化量を全体描画領域Ｆｗの生成期間の駆動電圧Ｄｏ，Ｄｅの変化量の半分にされる。具体的には、上側描画領域Ｆｕの生成期間では、駆動電圧Ｄｅにバイアス電圧の２０Ｖが付加される。そして、駆動電圧Ｄｏは、０Ｖ～２０Ｖの電圧範囲で各周期において逆Ｖ字型波形で変化する。これに対し、駆動電圧Ｄｅは、２０Ｖ～４０Ｖの電圧範囲で各周期においてＶ字型波形で変化する。

Ｎ１において、下側描画領域Ｆｄの生成期間では、駆動電圧Ｄｏにバイアス電圧の２０Ｖが付加される。そして、駆動電圧Ｄｏは、２０Ｖ～４０Ｖの電圧範囲で各周期において逆Ｖ字型波形で変化する。これに対し、駆動電圧Ｄｅは、０Ｖ～２０Ｖの電圧範囲で各周期においてＶ字型波形で変化する。

図５において、白丸、白三角、及び黒四角は、それぞれ光偏向器Ｍ１，Ｍ２，Ｎ１におけるプロット点（測定点）を示している。通常の光偏向器７では、圧電アクチュエータの静電容量が実験初期値と比較して８０％（相対容量が８０％）以下になると、光偏向器７に絶縁破壊が起きたと推定できる。

Ｂａ及びＢｘは、それぞれ光偏向器Ｍ１及び光偏向器Ｎ１の圧電アクチュエータ７４に絶縁破壊、すなわち圧電アクチュエータ７４のＰＺＴ膜が陰極層から分離したと推定されるプロット点である。なお、ここで言う絶縁破壊とは、圧電アクチュエータ７４のＰＺＴ膜の全面的に剥離したことを意味せず、許容割合以上、剥離したことを意味する。ＢａとＢｘとの時間の対比から、ＰＺＴ膜が剥離するまでの時間が大幅に伸びたことが分かる。

Ｂｂは、光偏向器Ｍ２において圧電アクチュエータ７４により小規模な絶縁破壊が起きたと推定されるプロット点である。光偏向器Ｍ２における絶縁破壊は、ＰＺＴ膜が陰極層から剥離したことによるものではない。圧電膜の絶縁破壊は、ＰＺＴ膜の剥離以外によっても起こるが、Ｂｂの絶縁破壊は、相対容量が８０％に低下する前になんらかの原因で起きた、より小規模な絶縁破壊であると考えられる（光偏向器Ｍ２はＢｂ時点で比較的大きい相対容量を有していることから、ＢｂではまだＰＺＴの界面剥離は発生していないと推察できる）。ＢａとＢｂとの時間の対比から、休止圧電カンチレバー７９に逆極性電圧を供給すれば、ＰＺＴ膜の剥離が一層抑えられることが分かる。

［変形例］
光偏向器７における全体描画領域Ｆｗ、上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄは、本発明の標準描画領域、第１部分描画領域及び第２部分描画領域に相当する。上側描画領域Ｆｕ及び下側描画領域Ｆｄは、全体描画領域Ｆｗを２等分割線Ｃｌで２等分割した部分描画領域となっている。全体描画領域Ｆｗは、スクリーン２における最大描画領域となっているが、本発明の標準描画領域は、最大描画領域でなくてもよい。

本発明の第１部分描画領域及び第２部分描画領域は、標準描画領域を２等分割したものではなく、単に２分割したものであってもよい。また、本発明の第１部分描画領域及び第２部分描画領域は、標準描画領域を縦方向に３以上に分割し、その中から異なる２つを第１部分描画領域及び第２部分描画領域としてもよい。

光偏向器７における偶数群の圧電カンチレバー７９及び奇数群の圧電カンチレバー７９は、本発明の第１群の圧電カンチレバー及び第２群の圧電カンチレバーに相当する。本発明の第１群の圧電カンチレバー及び第２群の圧電カンチレバーは、それぞれ奇数群の圧電カンチレバー及び偶数群の圧電カンチレバーであってもよい。

光偏向器７における偶数群の圧電カンチレバー７９への内部配線及び奇数群の圧電カンチレバー７９への内部配線は、それぞれ本発明の第１給電線及び第２給電線に相当する。本発明の第１給電線及び第２給電線は、奇数群の圧電カンチレバー７９への内部配線及び偶数群の圧電カンチレバー７９への内部配線にしてもよい。

光偏向器７では、内側の圧電アクチュエータ７２及び外側の圧電アクチュエータ７４の圧電カンチレバー７９の圧電膜としてＰＺＴ膜が使用されている。本発明の圧電カンチレバーの圧電膜は、ＰＺＴ膜以外を採用することもできる。また、本発明の圧電膜内の剥離原因物質は、鉛以外であってもよい。

光投射装置１は、レーザ光源６が用いられている。本発明の光源は、レーザ光源に限定されることなく、レーザ光源以外の光源であってよい。

１・・・光投射装置、６・・・レーザ光源（光源）、７・・・光偏向器、１３・・・光源制御部、１４・・・駆動電圧制御部、１５・・・描画領域指示部、７０・・・ミラー部、７２，７４・・・圧電アクチュエータ、７９・・・圧電カンチレバー、Ｌｉ・・・入射光、Ｌｓ・・・走査光、Ｆｗ・・・全体描画領域（標準描画領域）、Ｆｕ・・・上側描画領域（部分描画領域）、Ｆｄ・・・下側描画領域（部分描画領域）、Ｃｌ・・・２等分割線、Ｄｏ，Ｄｅ・・・駆動電圧。

Claims

光源と、
回転軸線の回りに往復回動して前記光源からの入射光を反射した走査光を出射するミラー部と、ミアンダパターン配列で直列に結合された複数の圧電カンチレバーを含み、外部からの駆動電圧により各圧電カンチレバーを作動させて、前記ミラー部を前記回転軸線の回りに往復回動させる圧電アクチュエータとを有する光偏向器と、
前記光偏向器からの走査光により描画される標準描画領域並びに該標準描画領域の内側にあって位置が相互に異なる第１部分描画領域及び第２部分描画領域の３つの描画領域のうちから１つを指示する描画領域指示部と、
前記描画領域指示部からの指示描画領域に応じて前記光源の輝度を制御する光源制御部と、
前記複数の圧電カンチレバーのうち駆動電圧が供給及び停止される圧電カンチレバーをそれぞれ作動圧電カンチレバー及び休止圧電カンチレバーとし、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間では、前記複数の圧電カンチレバーの全部が前記作動圧電カンチレバーとなるように、また、前記指示描画領域が前記第１部分描画領域である期間では、前記作動圧電カンチレバー及び前記休止圧電カンチレバーの組合せが第１組合せになるように、また、前記指示描画領域が前記第２部分描画領域である期間では、前記第１組合せに対して前記作動圧電カンチレバー及び前記休止圧電カンチレバーとが反対である第２組合せとなるように、前記複数の圧電カンチレバーの駆動電圧を制御する駆動電圧制御部と、
を備えることを特徴とする光投射装置。
請求項１に記載の光投射装置において、
前記圧電アクチュエータの前記複数の圧電カンチレバーは、前記ミアンダパターン配列の配列順で奇数番の圧電カンチレバーから成る第１群と、偶数番の圧電カンチレバーから成る第２群とに分けられ、
前記光偏向器は、前記第１群の前記圧電カンチレバーに前記駆動電圧を給電する第１給電線と前記第２群の前記圧電カンチレバーに前記駆動電圧を給電する第２給電線とを別々に有し、
前記駆動電圧制御部は、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の両方に前記駆動電圧を供給することにより前記複数の圧電カンチレバーの全部が前記作動圧電カンチレバーとなるように、また、前記指示描画領域が前記第１部分描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の一方及び他方に前記駆動電圧をそれぞれ供給及び停止することにより前記第１組合せになるように、また、前記指示描画領域が前記第２部分描画領域である期間では、前記第１給電線及び前記第２給電線の前記一方及び前記他方に前記駆動電圧をそれぞれ停止及び供給することにより前記第２組合せになるように、前記複数の圧電カンチレバーの前記駆動電圧を制御することを特徴とする光投射装置。
請求項２に記載の光投射装置において、
前記第１部分描画領域及び前記第２部分描画領域は、相互に隣接しつつ、前記標準描画領域を２分割した描画領域として設定され、
前記駆動電圧制御部は、前記指示描画領域がそれぞれ前記第１部分描画領域又は前記第２部分描画領域である期間の前記作動圧電カンチレバーに対して、前記指示描画領域が前記標準描画領域である期間に供給する駆動電圧と同一の駆動電圧を供給することを特徴とする光投射装置。
請求項３に記載の光投射装置において、
前記光偏向器は、前記回転軸線を副回転軸線として該副回転軸線に対して直交する主回転軸線の回りに、前記副回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動よりも高い周波数で前記ミラー部を往復回動させる別の圧電アクチュエータを有し、
前記走査光は、前記主回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動に対応する主走査方向と、前記副回転軸線の回りの前記ミラー部の往復回動に対応する副走査方向との２方向で走査され、
前記前記第１部分描画領域及び前記第２部分描画領域は、前記標準描画領域を前記副走査方向に２分割した描画領域であることを特徴とする光投射装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の光投射装置において、
前記駆動電圧制御部は、前記休止圧電カンチレバーに対しては、前記作動圧電カンチレバーの前記駆動電圧とは、逆極性で、前記休止圧電カンチレバーの圧電体の電界が抗電界を超えない範囲の逆極性電圧を供給することを特徴とする光投射装置。