JP7131336B2 - 光偏向装置、距離測定装置、及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向装置、距離測定装置、及び移動体に関する。

近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造されるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。

ＭＥＭＳデバイスとして、反射面を設けた可動部と弾性梁とをウエハ上に一体に形成し、弾性梁に薄膜化した圧電材料を重ね合わせて構成した駆動梁で、可動部を駆動（回動）させる可動装置が知られている。また、反射面や可動部にゴミが付着すること等を防止するために、ガラス等の光透過部材を窓部としてパッケージ化された可動装置（以降では、光偏向装置という）が知られている。

さらに、このような光偏向装置として、可動部に設けられた反射面に中心点を有する球面の一部で構成された光透過部材を可動部の上方に設け、不要な反射光を抑制するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記のような光偏向装置を、光走査型ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging：光検出および測距）装置等で用いる場合、広い検出範囲（視野）を実現するために、光偏向装置には大きい走査角度での光走査が要求される。しかし、可動部の反射面で反射された走査光が窓部周辺の部材等で遮られることで、光の走査角度が制限される場合があった。

特許文献１の装置では、光偏向装置による光の走査角度については開示されておらず、上記の課題を解決することはできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、光偏向装置による光の走査角度を大きくすることを課題とする。

開示の技術の一態様に係る光偏向装置は、平面部と、凹部と、を含む基板と、 前記凹部の底部に配置されたスペーサ部材と、前記スペーサ部材上に配置された支持部と、前記平面部以上の高さで光を反射する反射面を備え、前記支持部に回動可能に支持された可動部と、前記可動部を覆い、前記平面部上に配置された光透過部材と、を有し、前記平面部上には、金属薄膜により閉図形が形成され、前記平面部上に固定される前記光透過部材の被固定部位には金属層が設けられ、前記光透過部材は、前記閉図形の前記金属薄膜と、前記被固定部位の前記金属層と、が接合されて、前記閉図形上に固定されており、前記閉図形上の前記光透過部材の外側には、少なくとも３つの突起部が形成されている。

開示の技術によれば、光偏向装置による光の走査角度を大きくすることができる。

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。 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。 パッケージングされた可動装置の一例を示す概略図である。 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１５に記載の可動装置のＱ－Ｑ断面図である。 可動装置の駆動梁の変形を模式的に表した模式図である。 （ａ）は、可動装置の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。（ｂ）は、可動装置の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例である。（ｃ）は、（ａ）の駆動電圧の波形と（ｂ）の駆動電圧の波形を重ね合わせた図である。 第１の実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面の断面図である。 第１の実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する斜視図である。 第１の実施形態に係るセラミック基板の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る光偏向装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る光透過部材とセラミック基板との接合部の一例を説明する拡大図である。 比較例に係る光偏向装置の構成を説明する断面図である。 第１の実施形態の変形例１に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。 第１の実施形態の変形例２に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。 第１の実施形態の変形例３に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。 第２の実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する断面図である。 第２の実施形態に係る可動装置の構成の一例を説明する平面図である。 第３の実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は光透過部材とセラミック基板との接合部の一例を説明する拡大図である。

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、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、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、光走査により距離測定を行う場合は、光走査情報は距離測定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、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、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。

［距離測定装置］
次に、上記実施形態の可動装置を適用した距離測定装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。

図９は、距離測定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。また、図１０はライダ装置の一例の概略図である。

距離測定装置は、対象方向の距離を測定する装置であり、例えばライダ装置である。

図９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の距離を測定する。

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測定することができる。ライダ装置７００の搭載位置は、自動車７０１の上部前方に限定されず、側面や後方に搭載されてもよい。

上記距離測定装置では、一例としてのライダ装置７００の説明をしたが、距離測定装置は、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の距離を測定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１１ を用いて説明する。図１１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１２～１３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１２は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図１２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１３は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図１３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。

［パッケージング］
次に、実施形態の可動装置のパッケージングについて図１４を用いて説明する。

図１４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１４に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０１の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材８０１の一部を透過部材８０３で覆われて、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、距離測定装置に使用される可動装置の詳細および実施形態の制御装置による制御の詳細について、図１５～図１８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１５～図１６を用いて詳細に説明する。

図１５は、１軸方向に光偏向可能な両持ちタイプ（両端支持梁）の可動装置の平面図である。図１６は図１５のＱ－Ｑ'断面図である。

図１５に示すように、可動装置１３は、入射した光を反射する反射面１４と、反射面１４が形成された可動部１２０と、可動部１２０に接続され、反射面１４及び可動部１２０をＸ軸に平行なＥ軸周りに駆動させる駆動梁１３０ａ、１３０ｂと、駆動梁を支持する支持部１４０と、駆動梁および制御装置に電気的に接続される電極接続部１５０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や圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆ、１３２ａ～１３２ｆ、電極接続部１５０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１６２が設けられ、その酸化シリコン層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１６１、第２のシリコン層をシリコン活性層１６３とする。

シリコン活性層１６３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１６３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。

可動部１２０は、例えば、基体と、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。基体は、例えば、シリコン活性層１６３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１２０は、基体の－Ｚ側の面に反射面１４の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１６１および酸化シリコン層１６２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。

駆動梁１３０ａ、１３０ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆ、１３２ａ～１３２ｆから構成されており、駆動梁１３０ａ、１３０ｂの一端は可動部１２０の外周部に接続され、他端は支持部１４０の内周部に接続されている。このとき、駆動梁１３０ａと可動部１２０の接続箇所、及び駆動梁１３０ｂと可動部１２０の接続箇所、さらに駆動梁１３０ａと支持部１４０の接続箇所、及び駆動梁１３０ｂと支持部１４０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１６に示されるように、駆動梁１３０ａ、１３０ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。上部電極２０３および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。

図１５に戻り、支持部１４０は、例えば、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３から構成され、可動部１２０および駆動梁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１５０は、例えば、支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆの各上部電極２０３および各下部電極２０１，及び制御装置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２０３または下部電極２０１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、実施形態では、圧電部２０２が弾性部であるシリコン活性層１６３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、可動部１２０をＥ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。駆動梁１３０ａ、１３０ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上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２０３または下部電極２０１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、駆動梁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、可動装置の駆動梁を駆動させる制御装置の制御の詳細について説明する。

駆動梁１３０ａ、１３０ｂが有する圧電部２０２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。駆動梁１３０ａ、１３０ｂは、上記の逆圧電効果を利用して可動部１２０を可動させる。

このとき、可動部１２０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。

駆動梁を駆動させる制御装置の制御について、図１７を用いて説明する。

図１７は、可動装置１３の駆動梁１３０ｂの駆動を模式的に表した模式図である。点線で表されているのは可動部１２０等である。なお、紙面向かって右方向が＋Ｘ方向、紙面向かって上方向が＋Ｙ方向、紙面手前が＋Ｚ方向である。

図１７（ａ）に示すように、駆動梁１３０ｂに駆動電圧が印加されていない状態では、駆動梁による振れ角はゼロである。

駆動梁１３０ａが有する複数の圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆのうち、最も可動部１２０に距離が近い圧電駆動部（１３１ａ）から数えて偶数番目の圧電駆動部、すなわち圧電駆動部１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆを圧電駆動部群Ａとする。また、さらに駆動梁１３０ｂが有する複数の圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆのうち、最も可動部１２０に距離が近い圧電駆動部（１３２ａ）から数えて奇数番目の圧電駆動部、すなわち圧電駆動部１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅを同様に圧電駆動部群Ａとする。圧電駆動部群Ａは、駆動電圧が並行に印加されると、図１７（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ａが同一方向に屈曲変形し、可動部１２０が－Ｚ方向にＥ軸周りに可動する。

また、駆動梁１３０ａが有する複数の圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆのうち、最も可動部１２０に距離が近い圧電駆動部（１３１ａ）から数えて奇数番目の圧電駆動部、すなわち圧電駆動部１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを圧電駆動部群Ｂとする。また、さらに駆動梁１３０ｂが有する複数の圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆのうち、最も可動部１２０に距離が近い圧電駆動部（１３２ａ）から数えて偶数番目の圧電駆動部、すなわち、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは、駆動電圧が並行に印加されると、図１７（ｄ）に示すように、圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、可動部１２０が＋Ｚ方向にＥ軸周りに可動する。

図１７（ｂ）、（ｄ）に示すように、駆動梁１３０ａまたは１３０ｂでは、圧電駆動部群Ａが有する複数の圧電部２０２または圧電駆動部群Ｂが有する複数の圧電部２０２を同時に屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、可動部１２０のＥ軸周りの振れ角度を大きくすることができる。

例えば、図１５に示すように、駆動梁１３０ａ、１３０ｂが、可動部１２０の中心点に対して可動部１２０に点対称で接続されている。そのため、圧電駆動部群Ａに駆動電圧を印加すると、駆動梁１３０ａでは可動部１２０と駆動梁１３０ａの接続部に＋Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、駆動梁１３０ｂでは可動部１２０と駆動梁１３０ｂの接続部に－Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されて可動部１２０のＥ軸周りの振れ角度を大きくすることができる。

また、図１７（ｃ）に示すように、電圧印加による圧電駆動部群Ａによる可動部１２０の可動量と電圧印加による圧電駆動群Ｂによる可動部１２０の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。

図１７（ｂ）～図１７（ｄ）を連続的に繰り返すように圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、可動部１２０をＥ軸周りに駆動させることができる。

駆動梁に印加される駆動電圧は、制御装置によって制御される。

圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ａ）、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ｂ）について、図１８を用いて説明する。

図１８（ａ）は、可動装置１３の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。図１８（ｂ）は、可動装置の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧の波形Ｂの一例である。図１８（ｃ）は、駆動電圧Ａの波形と駆動電圧Ｂの波形を重ね合わせた図である。

図１８（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。また、駆動電圧Ａの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＡ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＡとしたとき、例えば、ＴｒＡ：ＴｆＡ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｒＡの比率を駆動電圧Ａのシンメトリという。

図１８（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。また、駆動電圧Ｂの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＢ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＢとしたとき、例えば、ＴｆＢ：ＴｒＢ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｆＢの比率を駆動電圧Ｂのシンメトリという。また、図１８（ｃ）に示すように、例えば、駆動電圧Ａの波形の周期ＴＡと駆動電圧Ｂの波形の周期ＴＢは、同一となるように設定されている。

なお、上記の駆動電圧Ａおよび駆動電圧Ｂのノコギリ波状の波形は、正弦波の重ね合わせによって生成される。また、実施形態では、駆動電圧Ａ、Ｂとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らず、ノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧など、可動装置のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。

［第１の実施形態］
＜光偏向装置の構成＞
次に、上述で説明した可動装置１３を有する第１の実施形態に係る光偏向装置の構成について図１９～図２０を参照して説明する。図１９は、本実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。

図１９に示すように、光偏向装置１００は、セラミック基板７０と、スペーサ部材７１と、可動装置１３と、光透過部材８０とを有する。

セラミック基板７０は、セラミックの層が複数積層されて形成された基板であり、セラミック基板７０の正のＺ方向の面には、キャビティ７０ｂが形成されている。セラミック基板７０の正のＺ方向の面には、キャビティ７０ｂが形成されていない部分に該当する平面部７０ａが含まれている。ここで、セラミック基板７０は「基板」の一例であり、キャビティ７０ｂは「凹部」（窪み）の一例である。

キャビティ７０ｂの底部７０ｃには、スペーサ部材７１が配置（固定）されている。スペーサ部材７１は、Ｘ方向を長手とする直方体のブロックであり、中央部分に、Ｚ方向に貫通する矩形の貫通孔が設けられている。

より詳しくは、スペーサ部材７１として、ガラス加工やシリコン異方性エッチングを用いて貫通開口部を有した上面形状口型や、非貫通開口部を有した断面凹型などの形状に成型したものを用いることができる。

ワイヤ７２は、可動装置１３に電気信号を入力するための電気配線である。

スペーサ部材７１の正のＺ方向の面には可動装置１３が固定されている。スペーサ部材７１の高さ（Ｚ方向の長さ）は、可動部１２０の反射面１４に光が入射した時のＺ方向における光の反射位置が平面部７０ａの高さと等しくなるように、且つ可動装置１３の可動部１２０を回動させた時に、可動部１２０がキャビティ７０ｂの底部７０ｃに衝突しないように、調整されている。

一方、セラミック基板７０の平面部７０ａ上には、透明材料で構成された中空の半球状の形状の光透過部材８０が可動装置１３を覆うようにして固定されている。可動装置１３を光透過部材８０で覆うことにより、物理的な衝撃が加わって可動装置１３が破損することや、可動装置１３の反射面１４にゴミ等が付着して、可動装置１３による光の走査が阻害されること等を防ぐことができる。さらに、光透過部材８０は、光偏向装置１００に光を入射させ、可動装置１３の反射面１４で反射された光を光偏向装置１００の外部に出射させる窓部としての機能を有する。

光透過部材８０の材料には、Ｓｉ（シリコン）に熱膨張係数が近いＢＫ７ガラス等を使用することができる。また、光透過部材８０の内側と外側の両面には反射防止膜が形成されている。また光透過部材８０の、平面部７０ａ上に固定される円環状の被固定部位には、金属層が設けられている。金属層は、積層順に、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）及びＡｕ（金）の材料により構成されている。但し、溶解した半田を塗布した際に、金属層上で半田が濡れ広がる材料であれば、これらに限定されるものではない。

光透過部材８０は、セラミック基板７０の平面部７０ａの正のＺ方向の面に円環図形８２を描くように設けられた金属薄膜８１ｃと、上記の金属層とを半田で接合することで、平面部７０ａ上に固定されている。なお、この詳細については別途詳述する。

光偏向装置１００に入射する光は、図１９に太い実線の矢印１６で示す方向に、光透過部材８０を通過して可動装置１３の反射面１４に入射する。そして、可動部１２０のＥ軸周りの回動により、破線の矢印で示すように走査されて光透過部材８０を通過して光偏向装置１００から出射される。一点鎖線の矢印１７で示した範囲が可動装置１３による光の走査角度を表している。

一方、図２０は、本実施形態に係る光偏向装置の構成の一例を説明する斜視図である。図２０では、セラミック基板７０の負のＺ方向側の面に、外部配線用ピン７５が取り付けられたピングリッドアレイの一例が示されている。

上述したように、可動装置１３の可動部１２０は、Ｅ軸周りに往復回動し、太い実線の矢印１６で示す方向に入射した光を反射面１４で反射して破線で示すように走査させることができる。

次に、図２１は、光偏向装置１００におけるセラミック基板７０の構成の一例を説明する図である。上述したように、セラミック基板７０の正のＺ方向の面にはキャビティ７０ｂが形成されている。また、セラミック基板７０の平面部７０ａには、円環図形８２を描くように金属薄膜８１ｃが設けられている。ここで、円環図形８２は「閉図形」の一例である。

円環図形８２は、光透過部材８０の、平面部７０ａ上に固定される被固定部位による円環と相似形状とすることができる。なお、円環図形８２の機能については、別途詳述する。

金属薄膜８１ｃは、平面部７０ａへの積層順に、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）及びＡｕ（金）の材料により構成されている。但し、溶解した半田を塗布した際に、金属薄膜８１ｃ上で半田が濡れ広がる材料であれば、上記に限定されるものではない。

＜光偏向装置の製造方法＞
次に、本実施形態に係る光偏向装置の製造方法について説明する。図２２は、本実施形態に係る光偏向装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ２２１において、スペーサ部材７１に可動装置１３を接着する。接着には、耐熱性エポキシ接着剤等を使用することができる。

続いて、ステップＳ２２３において、ダイボンダーを使用して、可動装置１３が接着されたスペーサ部材７１をセラミック基板７０のキャビティ７０ｂの底部７０ｃにダイボンドする。この際に、セラミック基板７０の平面部７０ａ上の円環図形８２をカメラ撮影等で画像認識し、基準とする円環図形８２の中心に対し、可動装置１３の反射面１４の平面中心が高精度に一致するように位置決めしてダイボンドする。ダイボンドには、耐熱性エポキシ接着剤やＡｕＳｎ（金錫）、半田等を使用することができる。画像認識を用いたダイボンドにより、一例として±３０μｍの位置決め精度（実装精度）が得られ、より高精度なダイボンダーを用いることで、±１μｍの位置決め精度を得ることができる。

続いて、ステップＳ２２５において、セラミック基板７０の平面部７０ａの円環図形８２上に、円環図形８２と相似の円環状の半田シートを配置する。換言すると、円環図形８２上に半田のプリフォームを形成する。

続いて、ステップＳ２２７において、半田シートの円環上に光透過部材８０を配置する。

続いて、ステップＳ２２９において、光透過部材８０が配置されたセラミック基板７０を不活性ガス、或いは蟻酸雰囲気の熱処理炉に入れ、加熱する。この場合、一例として２２０℃で数十秒の予備加熱を行った後、２４０℃の本加熱を実行することができる。加熱により半田は溶解する。

半には、Ｓｎ、Ａｇ（銀）及びＣｕ（銅）等の半田を使用できるが、他の半田であってもよい。また光透過部材８０の材料として、上述したＢＫ７ガラス等の耐熱性に優れたものを用いると、加熱による光透過部材８０の変形等を抑制することができ、好適である。

続いて、ステップＳ２３１において、光透過部材８０が配置されたセラミック基板７０を冷却する。これにより、溶解していた半田が固化され、セラミック基板７０と光透過部材８０とが接合される。

続いて、ステップＳ２３３において、光透過部材８０が接合されたセラミック基板７０が、熱処理炉から取り出される。

このようにして、光偏向装置１００を製造することができる。

図２３は、セラミック基板７０上の金属薄膜８１ｃと光透過部材８０の被固定部位の金属層８１ａとの半田接合部の一例を説明する拡大図である。図２３に示すように、金属薄膜８１ｃと金属層８１ａとの間に半田層８１ｂを介在させることで、両者を接合することができる。

＜効果＞
（走査角度の拡大の効果）
ここで、本実施形態の効果の説明に先立ち、図２４を参照して比較例を説明する。図２４は比較例に係る光偏向装置の構成を説明する断面図である。

比較例に係る光偏向装置１１０は、可動装置１１１と、取付部材１１２と、光透過部材１１３と、パッケージ部材１１４とを有する。また、可動装置１１１は反射面を含む可動部１１５を有する。

パッケージ部材１１４には、キャビティ１１４ａが形成され、キャビティ１１４ａの底部１１４ｂに取付部材１１２が固定されている。取付部材１１２には、可動部１１５が回動可能な状態で、可動装置１１１が取り付けられている。

光透過部材１１３は、ガラス等の透明材料で構成された平板状の部材であり、パッケージ部材１１４の正のＺ方向の面に、可動装置１１１を覆うようにして固定されている。光透過部材１１３は、可動装置１１１をゴミの付着等から保護するとともに、入射光を入射させ、反射光を出射させる窓部としての機能を有している。

図２４では、太い実線の矢印で示す入射光は、負のＺ方向に進み、光透過部材１１３を通過して可動部１１５の反射面に入射している。ここで、可動部１１５Ａは、反射面がＺ方向に垂直な状態を示し、可動部１１５Ｂは、反射面がＺ方向に対して振れ角θだけ振れた状態（回動した状態）を示している。可動部１１５Ｂで反射された光は、破線の矢印で示すように、Ｚ方向に対して角度２θとなる方向に反射される。

ここで、可動部１１５の反射面の中心から、反射面による反射光が光透過部材１１３の負のＺ方向の面に入射する位置までの長さを長さｙとする。反射面の振れに伴い、長さｙが長くなると、反射光は可動部１１５の正及び負のｙ方向にあるパッケージ部材１１４で遮られ、光偏向装置１１０から出射されなくなる。換言すると、長さｙは光偏向装置１１０に入射され、光偏向装置で走査された光が、光偏向装置１１０に含まれる部材に遮られることなく出射されるために必要な長さである。

一方、可動部１１５のＹ方向の長さを４ｍｍとし、Ｚ方向に垂直である状態の反射面から光透過部材１１３の負のＺ方向の面までの距離を２ｍｍとし、振れ角θを２２．５度とすると、長さｙは２ｍｍとなる。この場合、反射面による反射光のＺ方向に対する角度２θは４５度となり、可動部１１５による光の走査角度±２θは９０度となる。振れ角θを４０度とすると、走査角度±２θは１６０度であり、長さｙは１１．３ｍｍとなる。

このように、比較例に係る光偏向装置１１０では、可動装置１１１の可動部１１５の振れ角に伴い、長さｙが変化する。光偏向装置により大きい走査角度を実現するには、長さｙを大きくする必要があるため、長さｙの増大に応じて光偏向装置１１０がＹ方向に大型化することになる。

これに対し、本実施形態では、上述したように、可動部１２０の反射面１４に光が入射した時のＺ方向における光の反射位置が、平面部７０ａの高さと等しくなるように、スペーサ部材７１の高さ（Ｚ方向の長さ）が調整されている。換言すると、光偏向装置１００の可動部１２０は平面部７０ａと等しい高さで光を反射する反射面１４を備えている。また、中空の半球状の形状を含む光透過部材８０は、可動装置１３の可動部１２０を覆い、セラミック基板７０の平面部７０ａに固定されている。

この構成により、反射面１４の正、負のＹ方向に、光を遮る部材が存在しなくなるため、上述の長さｙによる制限をなくすことができる。そして、光の走査角度±２θを１８０度とする等、大きな走査角度を実現することができる。

但し、反射面１４に光が入射した時のＺ方向における光の反射位置は、平面部７０ａの高さと等しくなる位置に限定されるものではない。平面部７０ａの高さ以上、すなわち平面部７０ａの位置を含み、平面部７０ａより正のＺ方向側の位置であればよい。平面部７０ａより高くなるほど、走査角度を拡大することが可能となる。

また、光透過部材８０は、平面部７０ａと等しい高さで光を反射する反射面１４を備える可動部１２０を覆うことができれば、中空の半球状の形状を含むものに限定されるものではない。後述する変形例のように、各種形状を含む光透過部材８０であってもよい。

（セルフアライメントの効果）
一方、本実施形態に係る製造方法では、セラミック基板７０上の金属薄膜８１ｃによる円環図形８２の中心と、反射面１４の平面中心が高精度に一致させる仮配置をした後、金属薄膜８１ｃと光透過部材８０の被固定部位に設けた金属層との間に介在させた半田を溶解させる。これにより、加熱で半田が溶解した際に、金属薄膜８１ｃと金属層との間で濡れ広がる半田の表面積が大きくなるため、大きな表面張力を発現させることができ、表面張力の作用で仮配置からの位置ずれを低減させるセルフアライメント効果を得ることができる。そして、半田接合時における光透過部材８０とセラミック基板７０との間の位置ずれを抑制し、光透過部材８０の半球の曲率中心と、可動装置１３の反射面１４における入射光の反射位置とを高精度に合わせることができる。

光透過部材８０の半球の曲率中心と、可動装置１３の反射面１４における入射光の反射位置とを合わせることで、反射面１４による走査光を光透過部材８０の面に略垂直に入射させることができる。これにより、走査光が光透過部材８０を通過する時の屈折を抑制し、走査光の位置精度を向上させるとともに、光透過部材８０での多重反射等による迷光を低減させ、また多重反射で走査光が重なることで生じる、いわゆる二重ドット等の不具合を防止することができる。

また、セルフアライメント効果を利用するため、上記の位置合わせ調整に時間を要さず、高精度な位置決め装置も不要となり、低コストで高い生産性を実現することができる。

一方、円環図形８２は、光透過部材８０の被固定部位の円環と相似であって、円環図形８２の外径は光透過部材８０の被固定部位の円環の外径より大きく、且つ円環図形８２の内径は光透過部材８０の被固定部位の円環の内径より小さくすることが好適である。このようにすることで、半田接合の終了時に、光透過部材８０の被固定部位の円環を円環図形８２の内側に配置させることができ、効率的にセルフアライメント効果を得ることができる。

なお、プリフォーム状態の半田が溶解して濡れ広がった後、冷却により固化した後の半田層の厚さにより、光透過部材８０の半球の曲率中心と、反射面１４の面中心の高さが一致するように、円環図形８２の外径および内径が決定されている。プリフォーム状態の半田の厚みとしては３０μｍ前後が好適である。

セラミック基板７０と光透過部材８０の半田接合時の位置ずれをさらに抑制するために、仮固定のための治具を用いてもよい。一例として、光透過部材８０の被固定部位の円環より直径が大きい円環部を有する仮固定治具をセラミック基板７０上に配置する。そして仮固定治具の円環部内に半田シートと光透過部材８０を配置し、加熱して半田接合する。加熱で半田が溶解した際に、半田や光透過部材８０が移動することを仮固定治具が制止するため、セルフアライメント効果が得られなくなるほどの大きな位置ずれを抑制でき、セルフアライメントの作用を効果的に得ることができる。

さらに、図２２に示した製造方法をバッチ処理化することで、生産性をより高めることができる。

＜変形例１＞
第１の実施形態に係る変形例１では、光透過部材が、中空の円錐状の形状を含む例を説明する。なお、既に説明した実施の形態と同一の構成部についての説明は省略する場合がある。

図２５は、変形例１に係る光偏向装置１００ａの構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。

図２５に示すように、光偏向装置１００ａは、中空の円錐状の形状を含む光透過部材８０ａを有している。光透過部材８０は、平面部７０ａの高さ以上の位置で光を反射する反射面１４を備える可動部１２０を覆うことができる。これにより、第１の実施形態で説明したように、可動装置１３を保護するとともに、走査角度の拡大を図ることができる。

また、本実施形態により、第１の実施形態で説明したように、可動装置１３が固定されたスペーサ部材７１を円環図形８２の中心を基準にして、高精度に位置決めすることができる。さらに、半田接合時のセルフアライメント効果により、光透過部材８０ａをセラミック基板７０の平面部７０ａ上に適切に配置することができる。

＜変形例２＞
第１の実施形態に係る変形例２では、光透過部材が、セラミック基板の平面部と交差する方向を円筒軸方向とする中空の円筒状の形状を含む例を説明する。

図２６は、変形例２に係る光偏向装置１００ｂの構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。

図２６に示すように、光偏向装置１００ｂは、セラミック基板７０の平面部７０ａと交差する方向を円筒軸方向とする中空の円筒状の形状を含む光透過部材８０ｂを有している。光透過部材８０ｂは、平面部７０ａの高さ以上の位置で光を反射する反射面１４を備える可動部１２０を覆うことができる。これにより、第１の実施形態で説明したように、可動装置１３を保護するとともに、走査角度の拡大を図ることができる。

また、本実施形態により、第１の実施形態で説明したように、可動装置１３が固定されたスペーサ部材７１を円環図形８２の中心を基準にして、高精度に位置決めすることができる。さらに、半田接合時のセルフアライメント効果により、光透過部材８０ａをセラミック基板７０の平面部７０ａ上に適切に配置することができる。

＜変形例３＞
第１の実施形態に係る変形例２では、光透過部材が、可動部の回動軸に沿った方向を円筒軸方向とする中空の半円筒状の形状を含む例を説明する。

図２７は、変形例３に係る光偏向装置１００ｃの構成の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ－Ｐ断面図である。

図２７に示すように、光偏向装置１００ｃは、可動装置１３の可動部１２０の回動軸であるＥ軸に沿った方向を円筒軸方向とする中空の半円筒状の形状を含む光透過部材８０ｃを有している。セラミック基板７０の平面部７０ａ上には、金属薄膜８１ｃにより矩形図形８２ｃが形成され、光透過部材８０ｃは矩形図形８２ｃ上に半田接合で固定されている。ここで、矩形図形８２ｃは「閉図形」の一例である。

このようにして、光透過部材８０ｃは、平面部７０ａの高さ以上の位置で光を反射する反射面１４を備える可動部１２０を覆うことができる。これにより、第１の実施形態で説明したように、可動装置１３を保護するとともに、走査角度の拡大を図ることができる。

また、本実施形態により、可動装置１３が固定されたスペーサ部材７１を矩形図形８２ｃの中心や各辺、各角部等を基準にして、高精度に位置決めすることができる。さらに、半田接合時のセルフアライメント効果により、光透過部材８０ａをセラミック基板７０の平面部７０ａ上に適切に配置することができる。

例えば、光透過部材８０ｃの円筒軸上に、可動装置１３の反射面１４における入射光の反射位置が配置されるようにすることで、第１の実施形態で説明したように、走査光が光透過部材８０ｃを通過する時の屈折を抑制し、走査光の位置精度を向上させることができる。また、光透過部材８０での多重反射等による迷光を低減させ、また多重反射で走査光が重なることで生じる、いわゆる二重ドット等の不具合を防止することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の光偏向装置を、図２８及び図２９を参照して説明する。なお、既に説明した実施の形態と同一の構成部についての説明は省略する場合がある。

図２８は、本実施形態に係る光偏向装置１０１の構成の一例を説明する断面図である。

図２８に示すように、光偏向装置１０１は、セラミック基板７６と、可動装置１３Ａと、光透過部材８０とを有している。

セラミック基板７６は、セラミックの層が複数積層されて形成された基板であり、セラミック基板７６の正のＺ方向の面には、キャビティ７６ｂが形成されている。セラミック基板７６の正のＺ方向の面には、キャビティ７６ｂが形成されていない部分である平面部７６ａが含まれている。ここで、セラミック基板７６は「基板」の一例であり、キャビティ７６ｂは「凹部」（窪み）の一例であり、平面部７６ａは「第１平面部」の一例である。

また、平面部７６ａ上には可動装置１３Ａが固定されている。キャビティ７６ｂにより可動装置１３Ａの可動部１２０の回動する空間が確保されている。

図２９は、本実施形態に係る可動装置１３Ａの構成の一例を説明する平面図である。可動装置１３Ａは、第１の実施形態における可動装置１３の支持部１４０に対して、支持部１４０ａの面積を大きくした構成である。支持部１４０ａの正のＺ方向の面には平面部１３ａが含まれ、平面部１３ａ上には金属薄膜８１ｃによる円環図形８２が形成されている。ここで平面部１３ａは、「第２平面部」の一例である。

平面部１３ａの円環図形８２上には、透明材料で構成された中空の半球状の形状の光透過部材８０が、可動装置１３Ａを覆うようにして固定されている。光透過部材８０及び円環図形８２の機能は、上述したものと同様である。

なお、円環図形８２は、Ｓｉ等の半導体を材料として構成された支持部１４０ａに形成されているが、円環図形８２をセラミック基板７０上に形成した場合と同様に、セルフアライメントのための濡れ広がりの作用を得ることができる。

可動装置１３Ａにおける可動部１２０は、可動部１２０に含まれる反射面１４による入射光の反射位置が支持部１４０ａに含まれる平面部１３ａ以上の高さになるようにして、支持部１４０ａに支持されている。また、光透過部材８０は、平面部１３ａ上に固定されている。

以上説明した構成により、第１の実施形態で説明したものと同様の効果を得ることができる。一方、光透過部材８０は、可動部１２０を覆うことができさえすれば、さらに小型化することができ、またキャビティ７６ｂも可動部１２０の回動する空間を確保できさえすれば、さらに小型化することができる。

このように、本実施形態では、可動装置１３Ａをセラミック基板７６に直接固定し、また、光透過部材８０を支持部１４０ａ上に直接固定するため、光透過部材８０、及びキャビティ７６ｂ等の構成を小型化することで、光偏向装置１０１全体を小型化することが可能となる。また、校正要素の点数を削減できるため、製造時間及びコストを削減でき、且つ各構成要素の誤差の積み上げを抑制できるため、各構成要素の位置決め精度、及び組み付け精度を向上させることができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の光偏向装置を、図３０を参照して説明する。

図３０は、本実施形態に係る光偏向装置１０２の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は光透過部材とセラミック基板との接合部の拡大図である。

図３０に示すように、光偏向装置１０２では、円環図形８２を形成する金属薄膜８１ｃ上であって、光透過部材８０の外側に３つの突起部９０が設けられている。突起部９０は、一例として金バンプ等である。なお、突起部９０の数は３つに限定されるものではなく、さらに多くてもよい。

ここで、実施形態に係る光偏向装置では、セラミック基板７０に配置された半田シート上に光透過部材８０を仮配置した状態で、セラミック基板７０を熱処理炉の内部に移動させる。この際に、衝撃等により光透過部材８０が仮配置状態から位置ずれする場合がある。

また、光偏向装置では、水分の混入や構成要素の酸化等を防止するため、真空、或いは窒素等のガスを封入した状態のパッケージ部材の内部に、可動装置を設置する場合がある。図３０の構成を例にすると、光透過部材８０の内部に可動装置１３を設置し、光透過部材８０の内部を真空化、或いは窒素等のガスを封入した状態にした場合である。

この場合、セラミック基板７０に配置された半田シート上に光透過部材８０を仮配置した状態で、半田接合する前に真空排気、或いはガス封入が行われる。その際、真空排気、或いはガス封入に伴い生じる力で光透過部材８０が移動し、仮配置状態から位置ずれする場合がある。

これらに対し、本実施形態では、突起部９０を設け、仮配置された光透過部材８０の外側を突起部９０で押さえることで、真空排気、或いはガス封入に伴い生じる力で光透過部材８０が移動することを防いでいる。これにより、光透過部材８０の仮配置状態からの位置ずれを防止することができる。

上述した以外の効果は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 光走査システム
１１ 制御装置
１２、１２ｂ 光源装置
１３、１３Ａ 可動装置
１４ 反射面
１５ 被走査面
２５ 光源装置ドライバ
２６ 可動装置ドライバ
３０ 制御部
３１ 駆動信号出力部
５０ レーザヘッドランプ
５１ ミラー
５２ 透明板
６０ ヘッドマウントディスプレイ
６０ａ フロント
６０ｂ テンプル
６１ 導光板
６２ ハーフミラー
６３ 装着者
７０、７６ セラミック基板（基板の一例）
７０ａ 平面部
１３ａ 平面部（第２平面部の一例）
７６ａ 平面部（第１平面部の一例）
７０ｂ、７６ｂ キャビティ（凹部の一例）
７１ スペーサ部材
７２ ワイヤ
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ 光透過部材
８１、８４ 接合部
８１ａ 金属層
８１ｂ 半田層
８１ｃ 金属薄膜
８２ 円環図形（閉図形の一例）
８２ｃ 矩形図形（閉図形の一例）
９０ 突起部
１２０ 可動部
１３０ａ、１３０ｂ 駆動梁
１３１ａ～１３１ｆ 圧電駆動部ａ
１３２ａ～１３２ｆ 圧電駆動部ｂ
１４０、１４０ａ 支持部
１５０ 電極接続部
１６１ シリコン支持層
１６２ 酸化シリコン層
１６３ シリコン活性層
２０１ 下部電極
２０２ 圧電部
２０３ 上部電極
４００ 自動車
７０１ 自動車（移動体の一例）
５００ ヘッドアップディスプレイ装置
６５０ レーザプリンタ
７００ ライダ装置
７０２ 被対象物
８０１ パッケージ部材
８０２ 取付部材
８０３ 透過部材
Ｅ軸 回動軸

特開２０１０－６０６８９号公報

Claims (9)

1. 平面部と、凹部と、を含む基板と、
   前記凹部の底部に配置されたスペーサ部材と、
   前記スペーサ部材上に配置された支持部と、
   前記平面部以上の高さで光を反射する反射面を備え、前記支持部に回動可能に支持された可動部と、
   前記可動部を覆い、前記平面部上に配置された光透過部材と、を有し、
   前記平面部上には、金属薄膜により閉図形が形成され、
   前記平面部上に固定される前記光透過部材の被固定部位には金属層が設けられ、
   前記光透過部材は、前記閉図形の前記金属薄膜と、前記被固定部位の前記金属層と、が接合されて、前記閉図形上に固定されており、
   前記閉図形上の前記光透過部材の外側には、少なくとも３つの突起部が形成されている
   光偏向装置。
2. 前記閉図形は円環図形である請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記光透過部材は、中空の半球状の形状を含む請求項１、又は２に記載の光偏向装置。
4. 前記光透過部材は、中空の円錐状の形状を含む請求項１、又は２に記載の光偏向装置。
5. 前記光透過部材は、前記平面部、又は前記第２平面部と交差する方向を円筒軸方向とする中空の円筒状の形状を含む
   請求項１、又は２に記載の光偏向装置。
6. 前記光透過部材は、前記可動部の回動軸に沿った方向を円筒軸方向とする中空の半円筒状の形状を含む
   請求項１に記載の光偏向装置。
7. 前記可動部にそれぞれの一端が接続され、前記可動部を挟んで、前記可動部を回動可能に支持する１対の駆動梁を有し、
   前記可動部は、前記支持部に前記１対の駆動梁を介して回動可能に支持されている
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の光偏向装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の光偏向装置を有する距離測定装置。
9. 請求項８の距離測定装置を有する移動体。

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