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特開2023-107590可動装置、距離測定装置、計測装置、ロボット、電子機器、造形装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、車両および移動体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023107590
(43)【公開日】2023-08-03
(54)【発明の名称】可動装置、距離測定装置、計測装置、ロボット、電子機器、造形装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、車両および移動体
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20230727BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20230727BHJP
B60K 35/00 20060101ALI20230727BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20230727BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20230727BHJP
G02B 26/08 20060101ALN20230727BHJP
G02B 27/01 20060101ALN20230727BHJP
G02B 27/02 20060101ALN20230727BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
B81B3/00
B60K35/00 A
G01S7/481 A
G01C3/06 120Q
G01C3/06 110B
G02B26/08 E
G02B27/01
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022008854
(22)【出願日】2022-01-24
(71)【出願人】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】小島 眞一
(72)【発明者】
【氏名】與田 光宏
(72)【発明者】
【氏名】柳田 晃司
【テーマコード（参考）】
2F112
2H045
2H141
2H199
3C081
3D344
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AA01
2F112AD01
2F112BA06
2F112CA04
2F112CA05
2F112CA08
2F112DA04
2F112DA09
2F112DA15
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA07
2H045AB06
2H045AB13
2H045AB38
2H045AB43
2H045AB81
2H141MA12
2H141MB24
2H141MC09
2H141MD13
2H141MD16
2H141MD20
2H141ME01
2H141ME04
2H141ME09
2H141ME23
2H141ME24
2H141ME25
2H141MF05
2H141MG04
2H141MG07
2H141MG10
2H141MZ06
2H141MZ12
2H141MZ16
2H141MZ26
2H199CA06
2H199CA29
2H199CA34
2H199CA47
2H199CA53
2H199CA69
2H199DA03
2H199DA12
2H199DA28
2H199DA30
2H199DA44
3C081AA01
3C081BA22
3C081BA28
3C081BA32
3C081BA33
3C081BA44
3C081BA47
3C081BA55
3C081BA76
3C081CA13
3C081DA03
3C081DA04
3C081DA22
3C081DA24
3C081DA27
3C081EA01
3C081EA11
3C081EA21
3C081EA43
3D344AA19
3D344AB01
3D344AC25
5J084AA05
5J084AB07
5J084AC02
5J084AD01
5J084AD02
5J084BA03
5J084BA34
5J084BA48
5J084BB02
5J084BB04
5J084BB27
5J084BB28
(57)【要約】 （修正有）
【課題】揺動角度の検出精度に優れた可動装置を提供する。
【解決手段】第１揺動軸周りに揺動する可動部を挟み一端が接続する第１、２捻れ梁、第１、２捻れ梁他端に接続する第１、２駆動梁、第１、２駆動梁の夫々を片持ち支持する第１支持部、第1駆動梁に配置される第１、２歪み抵抗、第２駆動梁に配置される第３、４歪み抵抗、第１乃至４歪み抵抗の各抵抗値に基づき第１揺動軸周りの角度情報を出力する検出部を有し、第１歪み抵抗は第１揺動軸よりも第１駆動梁の自由端側、第３歪み抵抗は第１揺動軸よりも第２駆動梁の自由端側に配置され、第２歪み抵抗は第１揺動軸よりも第１駆動梁の固定、自由端の何れか一方に、第４歪み抵抗は第１揺動軸よりも第２駆動梁の固定、自由端の何れか一方に配置され、第１歪み抵抗と第１揺動軸の距離は第２歪み抵抗と第１揺動軸の距離よりも長く、第３歪み抵抗と第１揺動軸の距離は第４歪み抵抗と第１揺動軸の距離よりも長い。
【選択図】図４
【解決手段】第１揺動軸周りに揺動する可動部を挟み一端が接続する第１、２捻れ梁、第１、２捻れ梁他端に接続する第１、２駆動梁、第１、２駆動梁の夫々を片持ち支持する第１支持部、第1駆動梁に配置される第１、２歪み抵抗、第２駆動梁に配置される第３、４歪み抵抗、第１乃至４歪み抵抗の各抵抗値に基づき第１揺動軸周りの角度情報を出力する検出部を有し、第１歪み抵抗は第１揺動軸よりも第１駆動梁の自由端側、第３歪み抵抗は第１揺動軸よりも第２駆動梁の自由端側に配置され、第２歪み抵抗は第１揺動軸よりも第１駆動梁の固定、自由端の何れか一方に、第４歪み抵抗は第１揺動軸よりも第２駆動梁の固定、自由端の何れか一方に配置され、第１歪み抵抗と第１揺動軸の距離は第２歪み抵抗と第１揺動軸の距離よりも長く、第３歪み抵抗と第１揺動軸の距離は第４歪み抵抗と第１揺動軸の距離よりも長い。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも第１揺動軸周りに揺動する可動部と、
前記可動部に一端が接続する第１捻れ梁と、
前記可動部を挟んで前記第１捻れ梁の反対側に設けられ、一端側が前記可動部に接続する第２捻れ梁と、
前記第１捻れ梁の他端側に接続する第１駆動梁と、
前記第２捻れ梁の他端側に接続する第２駆動梁と、
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれを片持ち支持する第１支持部と、
前記第１駆動梁に配置される第１歪み抵抗と、
前記第１駆動梁に配置される第２歪み抵抗と、
前記第２駆動梁に配置される第３歪み抵抗と、
前記第２駆動梁に配置される第４歪み抵抗と、
前記第１乃至第４歪み抵抗の各抵抗値に基づいて、前記第１揺動軸周りの前記可動部の揺動角度情報を出力する検出部と、を有し、
前記第１歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の自由端側に配置され、
前記第３歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の自由端側に配置され、
前記第２歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、
前記第４歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、
前記第１歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第２歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長く、
前記第３歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第４歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長い、可動装置。
前記可動部に一端が接続する第１捻れ梁と、
前記可動部を挟んで前記第１捻れ梁の反対側に設けられ、一端側が前記可動部に接続する第２捻れ梁と、
前記第１捻れ梁の他端側に接続する第１駆動梁と、
前記第２捻れ梁の他端側に接続する第２駆動梁と、
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれを片持ち支持する第１支持部と、
前記第１駆動梁に配置される第１歪み抵抗と、
前記第１駆動梁に配置される第２歪み抵抗と、
前記第２駆動梁に配置される第３歪み抵抗と、
前記第２駆動梁に配置される第４歪み抵抗と、
前記第１乃至第４歪み抵抗の各抵抗値に基づいて、前記第１揺動軸周りの前記可動部の揺動角度情報を出力する検出部と、を有し、
前記第１歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の自由端側に配置され、
前記第３歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の自由端側に配置され、
前記第２歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、
前記第４歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、
前記第１歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第２歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長く、
前記第３歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第４歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長い、可動装置。
【請求項2】
前記第１乃至前記第４歪み抵抗のそれぞれは、Ｎ型のピエゾ抵抗であり、
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれは、Ｐ型のシリコン基板を含む、請求項１に記載の可動装置。
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれは、Ｐ型のシリコン基板を含む、請求項１に記載の可動装置。
【請求項3】
前記第１乃至前記第４歪み抵抗のそれぞれは、Ｐ型のピエゾ抵抗であり、
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれは、Ｎ型のシリコン基板を含む、請求項１に記載の可動装置。
前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれは、Ｎ型のシリコン基板を含む、請求項１に記載の可動装置。
【請求項4】
前記第１揺動軸と交差する第２揺動軸周りに前記可動部を揺動させる一対の駆動部を有し、
前記第１乃至前記第４歪み抵抗のそれぞれの長手方向は、前記第１揺動軸に沿う方向である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可動装置。
前記第１乃至前記第４歪み抵抗のそれぞれの長手方向は、前記第１揺動軸に沿う方向である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可動装置。
【請求項5】
前記一対の駆動部を支持する第２支持部を有し、
前記一対の駆動部のそれぞれは、複数の梁部と、前記複数の梁部を折り返し接続する接続部と、を有し、
前記一対の駆動部それぞれの一端は、前記第１支持部に接続し、
前記一対の駆動部それぞれの他端は、前記第２支持部に接続する、請求項４に記載の可動装置。
前記一対の駆動部のそれぞれは、複数の梁部と、前記複数の梁部を折り返し接続する接続部と、を有し、
前記一対の駆動部それぞれの一端は、前記第１支持部に接続し、
前記一対の駆動部それぞれの他端は、前記第２支持部に接続する、請求項４に記載の可動装置。
【請求項6】
前記第１および前記第２捻れ梁それぞれの長手方向は、＜１００＞方向と平行である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の可動装置。
【請求項7】
前記第１および前記第２捻れ梁それぞれの長手方向は、＜１１０＞方向と平行である、請求項４または５に記載の可動装置。
【請求項8】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の可動装置と、
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向し、前記光が物体に照射され、前記物体において反射された反射光を検出することにより物体までの距離を測定する、距離測定装置。
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向し、前記光が物体に照射され、前記物体において反射された反射光を検出することにより物体までの距離を測定する、距離測定装置。
【請求項9】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の可動装置を有する、計測装置。
【請求項10】
請求項９に記載の計測装置を有する、ロボット。
【請求項11】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の可動装置を有する、電子機器。
【請求項12】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の可動装置を有する、造形装置。
【請求項13】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の可動装置と、
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向して投影する画像投影装置。
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向して投影する画像投影装置。
【請求項14】
前記光源は複数設けられており、
複数の前記光源は、異なる波長の光を発し、
複数の前記光源から発せられた複数の前記光を合成する合成部をさらに有し、
前記合成部において合成された光を偏向して投影する請求項１３に記載の画像投影装置。
複数の前記光源は、異なる波長の光を発し、
複数の前記光源から発せられた複数の前記光を合成する合成部をさらに有し、
前記合成部において合成された光を偏向して投影する請求項１３に記載の画像投影装置。
【請求項15】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の可動装置を有するヘッドアップディスプレイ。
【請求項16】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の可動装置を備えるレーザヘッドランプ。
【請求項17】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の可動装置を有するヘッドマウントディスプレイ。
【請求項18】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の可動装置と、
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向し、前記光が物体に照射され、前記物体において反射された反射光を検出することにより物体を認識する、物体認識装置。
光源と、を備え、
前記光源から発せられた光を偏向し、前記光が物体に照射され、前記物体において反射された反射光を検出することにより物体を認識する、物体認識装置。
【請求項19】
請求項８に記載の距離測定装置、請求項１５に記載のヘッドアップディスプレイおよび請求項１６に記載のレーザヘッドランプの少なくとも１つを有する車両。
【請求項20】
請求項８に記載の距離測定装置、請求項１５に記載のヘッドアップディスプレイおよび請求項１６に記載のレーザヘッドランプの少なくとも１つを有する移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可動装置、距離測定装置、計測装置、ロボット、電子機器、造形装置、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置、車両および移動体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、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)デバイスを用いた可動装置が知られている。可動装置は、車載用レーザレーダ装置やヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ等の様々な用途で利用される。
【0003】
可動装置として、両持ち支持され、可動部を揺動可能に支持する一対の捻れ梁と、可動部の揺動軸を中心に対称となる位置に配置された一対の歪み抵抗と、を有し、一対の歪み抵抗と外部の一対の固定素子とにより構成されるホイートストンブリッジ回路を用いて、可動部の揺動角度を検出可能なものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
可動部の揺動角度を検出可能な可動装置では、可動部の揺動角度を検出する精度に優れるものが求められる。
【0005】
本発明は、可動部の揺動角度を検出する精度に優れた可動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る可動装置は、少なくとも第１揺動軸周りに揺動する可動部と、前記可動部に一端が接続する第１捻れ梁と、前記可動部を挟んで前記第１捻れ梁の反対側に設けられ、一端側が前記可動部に接続する第２捻れ梁と、前記第１捻れ梁の他端側に接続する第1駆動梁と、前記第２捻れ梁の他端側に接続する第２駆動梁と、前記第１駆動梁および前記第２駆動梁のそれぞれを片持ち支持する第１支持部と、前記第1駆動梁に配置される第１歪み抵抗と、前記第１駆動梁に配置される第２歪み抵抗と、前記第２駆動梁に配置される第３歪み抵抗と、前記第２駆動梁に配置される第４歪み抵抗と、前記第１乃至第４歪み抵抗の各抵抗値に基づいて、前記第１揺動軸周りの前記可動部の揺動角度情報を出力する検出部と、を有し、前記第１歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の自由端側に配置され、前記第３歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の自由端側に配置され、前記第２歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第１駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、前記第４歪み抵抗は、前記第１揺動軸よりも前記第２駆動梁の固定端側または自由端側のいずれか一方に配置され、前記第１歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第２歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長く、記第３歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離は、前記第４歪み抵抗と前記第１揺動軸との間の距離よりも長い。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、可動部の揺動角度を検出する精度に優れた可動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る可動装置を例示する平面図である。
【図4】第１実施形態に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図5】第１～第４歪み抵抗を有するブリッジ回路を例示する図である。
【図6】第１変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図8】第１変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図9】第２変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図11】第２変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図12】第３変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図14】第３変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図15】第４変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図17】第４変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図18】第５変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図20】第５変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図21】第６変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図23】第６変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図24】第７変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図26】第７変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図27】第８変形例に係る第１～第４歪み抵抗周辺の詳細構成例の平面図である。
【図29】第８変形例に係る第１～第４歪み抵抗を含むブリッジ回路例の図である。
【図30】光走査システムの一例の概略図である。
【図31】光走査システムの一例のハードウェア構成図である。
【図32】制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図33】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。
【図34】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。
【図35】レーザレーダ装置を搭載した自動車の他の例の概略図である。
【図36】レーザレーダ装置の一例の概略図である。
【図37】三次元計測装置のブロック図である。
【図38】対象物に計測用パターンが投影されている状態例の図である。
【図39】ロボットの多関節を有するロボットアームを示す図である。
【図40】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。
【図41】光書込装置の一例の概略図である。
【図42】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。
【図43】ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。
【図44】レーザヘッドランプの一例の概略図である。
【図45】ヘッドマウントディスプレイの一例の外観の斜視図である。
【図46】ヘッドマウントディスプレイの構成を部分的に例示する図である。
【図47】パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
【0010】
なお、以下の実施形態の説明では、回動、揺動、可動は同義であるとする。また、矢印により示した方向のうち、圧電駆動部等における各層の積層方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内で直交する方向をＸ方向及びＹ方向とする。また、平面視とは、対象物をＺ方向から見ることをいう。
【0011】
また、Ｘ方向で矢印が向いている方向を＋Ｘ方向、＋Ｘ方向の反対方向を－Ｘ方向と表記し、Ｙ方向で矢印が向いている方向を＋Ｙ方向、＋Ｙ方向の反対方向を－Ｙ方向と表記し、Ｚ方向で矢印が向いている方向を＋Ｚ方向、＋Ｚ方向の反対方向を－Ｚ方向と表記する。但し、これらは可動装置の向きを制限するものではなく、使用時における可動装置の向きは任意である。
【0012】
［実施形態］
＜可動装置１３の構成例＞
図１～図３を参照して、第１実施形態に係る可動装置１３の構成を説明する。図１は可動装置１３を例示する平面図である。図２は、図１の第２軸に沿った可動装置１３の端面図である。図３は、図１のIII－III切断線に沿った可動装置１３の端面図である。
＜可動装置１３の構成例＞
図１～図３を参照して、第１実施形態に係る可動装置１３の構成を説明する。図１は可動装置１３を例示する平面図である。図２は、図１の第２軸に沿った可動装置１３の端面図である。図３は、図１のIII－III切断線に沿った可動装置１３の端面図である。
【0013】
図１に示すように、可動装置１３は、可動部１０１と、第１捻れ梁１１１ａと、第２捻れ梁１１１ｂと、第１駆動梁１１０ａと、第２駆動梁１１０ｂと、第１支持部１２０と、第１歪み抵抗１６０ａと、第２歪み抵抗１６０ｂと、を有する。また可動装置１３は、第３歪み抵抗１６０ｃと、第４歪み抵抗１６０ｄと、一対の駆動部１３０ａ及び１３０ｂと、第２支持部１４０と、電極接続部１５０と、制御装置１１と、を有する。
【0014】
可動装置１３は、第１揺動軸Ｅｙ周りおよび第２揺動軸Ｅｘ周りに可動部１０１を揺動させることにより、可動部１０１に入射する光をＸ方向およびＹ方向のそれぞれに走査可能な光偏向装置である。第１揺動軸ＥｙはＹ軸に平行な軸であり、第２揺動軸ＥｘはＹ軸に略直交するＸ軸に平行な軸である。
【0015】
可動部１０１は、入射した光を反射する反射面１４を有する。第１捻れ梁１１１ａは、可動部１０１に一端側が接続している。第２捻れ梁１１１ｂは、可動部１０１を挟んで第１捻れ梁１１１ａの反対側に設けられ、一端側が可動部１０１に接続している。
【0016】
第１駆動梁１１０ａは、第１捻れ梁１１１ａの他端側に接続し、第２駆動梁１１０ｂは、第２捻れ梁１１１ｂの他端側に接続している。第１支持部１２０は、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂのそれぞれを片持ち支持している。第１支持部１２０は、可動部１０１を囲うように形成された矩形枠状の支持体である。片持ち支持される第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂそれぞれの－Ｘ方向側の端部は自由端であり、＋Ｘ方向側の端部は固定端である。
【0017】
第１駆動梁１１０ａは、第１圧電駆動部１１２ａを有し、第１圧電駆動部１１２ａに印加される駆動電圧に応じて駆動する。第２駆動梁１１０ｂは、第２圧電駆動部１１２ｂを有し、第２圧電駆動部１１２ｂに印加される駆動電圧に応じて駆動する。
【0018】
第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂが駆動することにより、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂが第１揺動軸Ｅｙを捻れ中心軸として捻れ、可動部１０１は第１揺動軸Ｅｙ周りに揺動する。
【0019】
第１歪み抵抗１６０ａおよび第２歪み抵抗１６０ｂは、それぞれ第１駆動梁１１０ａに配置されている。第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄは、それぞれ第２駆動梁１１０ｂに配置されている。
【0020】
第１歪み抵抗１６０ａおよび第２歪み抵抗１６０ｂは、それぞれ第１捻れ梁１１１ａの捻れに伴って第１駆動梁１１０ａにかかる応力に応じ、抵抗値が変化する抵抗体である。第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄは、それぞれ第２捻れ梁１１１ｂの捻れに伴って第２駆動梁１１０ｂにかかる応力に応じ、抵抗値が変化する抵抗体である。第１歪み抵抗１６０ａ、第２歪み抵抗１６０ｂ、第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄそれぞれの長手方向は、第１揺動軸Ｅｙに沿う方向である。
【0021】
なお、以降において、第１歪み抵抗１６０ａ、第２歪み抵抗１６０ｂ、第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄを特に区別しない場合には、第１～第４歪み抵抗１６０と総称表記する。
【0022】
第１～第４歪み抵抗１６０は、例えば、それぞれ圧電体に加えられた力を電圧に変換する、あるいは電圧を力に変換する、圧電効果を利用したピエゾ素子である。本実施形態では、第１～第４歪み抵抗１６０の材質は半導体である。
【0023】
一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂのそれぞれは、複数の梁部１３５と、複数の梁部１３５を折り返し接続する接続部１３６と、を有する。第２支持部１４０は、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂを支持する。一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂそれぞれの一端は第１支持部１２０に接続し、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂそれぞれの他端は第２支持部１４０に接続している。
【0024】
駆動部１３０ａと第１支持部１２０の接続箇所と、駆動部１３０ｂと第１支持部１２０の接続箇所は、反射面１４の中心を対称中心にして点対称となっている。また駆動部１３０ａと第２支持部１４０の接続箇所と、駆動部１３０ｂと第２支持部１４０の接続箇所は、反射面１４の中心を対称中心にして点対称となっている。
【0025】
駆動部１３０ａは、第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆを有し、第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆに印加される駆動電圧に応じて駆動する。駆動部１３０ｂは、第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆを有し、第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆに印加される駆動電圧に応じて駆動する。
【0026】
一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂが駆動することにより、可動部１０１、第１捻れ梁１１１ａ、第２捻れ梁１１１ｂ、第１駆動梁１１０ａ、第２駆動梁１１０ｂ、および第１支持部１２０は、一体として第２揺動軸Ｅｘ周りに揺動する。
【0027】
第２支持部１４０は、可動部１０１、第１捻れ梁１１１ａ、第２捻れ梁１１１ｂ、第１駆動梁１１０ａ、第２駆動梁１１０ｂ、第１支持部１２０、並びに一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂを囲うように形成された矩形枠状の支持体である。
【0028】
電極接続部１５０は、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ、第２圧電駆動部１１２ｂ、第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆおよび第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆに、アルミニウム（Ａｌ）等の電極配線を介して電気的に接続している。
【0029】
制御装置１１は、検出部３３０と、駆動制御部３３１と、を有する。制御装置１１は、電極接続部１５０を介して第１圧電駆動部１１２ａ、第２圧電駆動部１１２ｂ、第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆおよび第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆそれぞれに駆動電圧を印加する。
【0030】
検出部３３０は、第１歪み抵抗１６０ａ、第２歪み抵抗１６０ｂ、第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄの各抵抗値に基づいて、第１揺動軸Ｅｙ周りの可動部１０１の揺動角度情報を出力する。検出部３３０は、オペアンプ等により構成される。揺動角度情報は、可動部１０１の第１揺動軸Ｅｙ周りの揺動角度を示す情報、または可動部１０１の第１揺動軸Ｅｙ周りの揺動角度に関連する情報である。
【0031】
駆動制御部３３１は、第１駆動梁１１０ａ、第２駆動梁１１０ｂ、一対の駆動部１３０ａ及び１３０ｂそれぞれの駆動を制御する。また駆動制御部３３１は、検出部３３０から出力される揺動角度情報に基づいて駆動電圧を制御することにより、第１揺動軸Ｅｙ周りの可動部１０１の揺動角度を制御できる。
【0032】
可動装置１３は、例えば、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板がエッチング処理等により成形される。成形された基板上に反射面１４、第１圧電駆動部１１２ａ、第２圧電駆動部１１２ｂ、第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆ、第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆ、電極接続部１５０等が一体的に形成される。なお、これらの各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行われてもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行われてもよい。
【0033】
図２に示すように、可動装置１３が成形されるＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン支持層１６１と、シリコン支持層１６１上（＋Ｚ方向側）に形成された酸化シリコン層１６２と、酸化シリコン層１６２上に形成された単結晶シリコンからなるシリコン活性層１６３と、を含む。酸化シリコン層１６２は、ＢＯＸ（Buried Oxide）層と称することもできる。
【0034】
シリコン活性層１６３は、Ｘ方向またはＹ方向に対してＺ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。
【0035】
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。
【0036】
可動部１０１は、例えば、円形状の可動部基体１０２と、可動部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４と、を含む。可動部基体１０２は、例えば、シリコン活性層１６３を含む。反射面１４は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜を含む。
【0037】
第３圧電駆動部１３１ａ～１３１ｆおよび第４圧電駆動部１３２ａ～１３２ｆ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がこの順に積層されて構成される。上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を含んでいる。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）を含んでいる。
【0038】
下部電極２０１には駆動電圧が印加され、上部電極２０３は接地（ＧＮＤ）している。なお、上部電極２０３又は下部電極２０１は、それぞれが電極接続部１５０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。また下部電極２０１を接地（ＧＮＤ）とし、上部電極２０３に駆動電圧が印加されでもよい。
【0039】
可動部基体１０２の－Ｚ側の面に可動部補強用のリブ１０３が形成されている。リブ１０３は、例えば、シリコン支持層１６１及び酸化シリコン層１６２を含み、可動によって生じる反射面１４の歪みを抑制する。但し、リブ１０３は必須の構成部ではない。
【0040】
図３に示すように、第２捻れ梁１１１ｂは、シリコン活性層１６３を含む。また、第２圧電駆動部１１２ｂ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３０１、圧電部３０２、上部電極３０３がこの順に積層されて構成される。上部電極３０３及び下部電極３０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を含んでいる。圧電部３０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を含んでいる。
【0041】
下部電極３０１には駆動電圧が印加され、上部電極３０３は接地（ＧＮＤ）している。なお、上部電極３０３又は下部電極３０１は、それぞれが電極接続部１５０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。また下部電極３０１を接地（ＧＮＤ）とし、上部電極３０３に駆動電圧が印加されでもよい。
【0042】
本実施形態では、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られても良い。
【0043】
また、可動部１０１を第１揺動軸Ｅｙ周りおよび第２揺動軸Ｅｘ周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は、本実施形態において示した形状に限定されない。例えば、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂや、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂが曲率を有する形状であってもよい。
【0044】
さらに、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂの上部電極３０３の＋Ｚ側の面上、第１支持部１２０の＋Ｚ側の面上、一対の駆動部１３０ａ及び１３０ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上の少なくとも何れか１つ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。
【0045】
絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極２０３、上部電極３０３、下部電極２０１および下部電極３０１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。この構成により、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂ、一対の駆動部１３０ａ及び１３０ｂ、並びに電極配線の設計自由度を上げ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制できる。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としての機能も備える。
【0046】
＜制御装置１１による制御＞
可動装置１３の第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂを駆動させる制御装置１１による制御について簡単に説明する。
可動装置１３の第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂを駆動させる制御装置１１による制御について簡単に説明する。
【0047】
第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂが有する圧電部３０２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駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂは、逆圧電効果を利用して可動部１０１を揺動させる。
【0048】
可動部１０１の反射面１４がＸＹ平面に対して＋Ｚ方向または－Ｚ方向へ傾いたときのＸＹ平面と反射面１４によりなす角度を、振れ角とよぶ。＋Ｚ方向を正の振れ角、－Ｚ方向を負の振れ角とする。
【0049】
圧電部３０２に、上部電極３０３及び下部電極３０１を介して駆動電圧が並行に印加されると、それぞれの圧電部３０２が変形する。この圧電部３０２の変形により、第１圧電駆動部１１２ａおよび第２圧電駆動部１１２ｂが屈曲変形する。この結果、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの捻れを介して可動部１０１に第１揺動軸Ｅｙ周りの駆動力が作用し、可動部１０１が第１揺動軸Ｅｙ周りに揺動する。第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂに印加される駆動電圧は、駆動制御部３３１によって制御される。
【0050】
駆動制御部３３１によって、第１圧電駆動部１１２ａおよび第２圧電駆動部１１２ｂに所定の正弦波波形の駆動電圧を並行に印加することにより、可動部１０１を、第１揺動軸Ｅｙ周りに駆動電圧の周期により揺動させることができる。
【0051】
例えば、駆動電圧の周波数が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定された場合には、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの捻れによる機械的共振が生じるのを利用して、可動部１０１を約２０ｋＨｚで共振揺動させることができる。
【0052】
［第１実施形態］
＜第１～第４歪み抵抗１６０周辺の詳細構成例＞
図４は、第１～第４歪み抵抗１６０周辺の詳細構成を例示する平面図である。図４に示すように、第１歪み抵抗１６０ａは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの自由端側（－Ｘ方向側）に配置されている。第３歪み抵抗１６０ｃは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの自由端側（－Ｘ方向側）に配置されている。第２歪み抵抗１６０ｂは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの固定端側（＋Ｘ方向側）に配置されている。第４歪み抵抗１６０ｄは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの固定端側（＋Ｘ方向側）に配置されている。第１～第４歪み抵抗１６０は、ホイーストンブリッジ回路を構成している。
＜第１～第４歪み抵抗１６０周辺の詳細構成例＞
図４は、第１～第４歪み抵抗１６０周辺の詳細構成を例示する平面図である。図４に示すように、第１歪み抵抗１６０ａは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの自由端側（－Ｘ方向側）に配置されている。第３歪み抵抗１６０ｃは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの自由端側（－Ｘ方向側）に配置されている。第２歪み抵抗１６０ｂは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの固定端側（＋Ｘ方向側）に配置されている。第４歪み抵抗１６０ｄは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの固定端側（＋Ｘ方向側）に配置されている。第１～第４歪み抵抗１６０は、ホイーストンブリッジ回路を構成している。
【0053】
距離Ｄａは、第１歪み抵抗１６０ａと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離である。距離Ｄｂは、第２歪み抵抗１６０ｂと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離である。距離Ｄｃは、第３歪み抵抗１６０ｃと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離である。距離Ｄｄは、第４歪み抵抗１６０ｄと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離である。
【0054】
本実施形態では、距離Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃおよびＤｄは、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの捻れによる第１～第４歪み抵抗１６０の各抵抗値の変化率が略等しくなるように調整されている。この調整の結果、距離Ｄａは距離Ｄｂよりも長くなっており、距離Ｄｃは距離Ｄｄよりも長くなっている。
【0055】
＜第１～第４歪み抵抗１６０の作用＞
駆動電圧を印加し、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂを駆動させると、第１駆動梁１１０ａには第１捻れ梁１１１ａの捻れにより、第２駆動梁１１０ｂには第２捻れ梁１１１ｂの捻れにより、それぞれ応力がかかる。
駆動電圧を印加し、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂを駆動させると、第１駆動梁１１０ａには第１捻れ梁１１１ａの捻れにより、第２駆動梁１１０ｂには第２捻れ梁１１１ｂの捻れにより、それぞれ応力がかかる。
【0056】
第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂにおいて、Ｘ方向では、自由端側には圧縮応力、固定端側には引張応力がかかる。また、自由端側の応力値は固定端側の応力値よりも小さくなり、丸みをおびたフィレット側に近づくにつれて応力値は大きくなる。一方、Ｙ方向では、自由端側には引張応力、固定端側には圧縮応力がかかり、自由端側の応力値は固定端側の応力値よりも小さくなる。この応力によって、第１歪み抵抗１６０ａ、第２歪み抵抗１６０ｂ、第３歪み抵抗１６０ｃおよび第４歪み抵抗１６０ｄの各抵抗値は変化する。
【0057】
距離Ｄａと距離Ｄｃが略等しい場合には、第１歪み抵抗１６０ａおよび第３歪み抵抗１６０ｃの各位置において、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂそれぞれにかかる応力は等しくなる。同様に、距離Ｄｂと距離Ｄｄが略等しい場合には、第２歪み抵抗１６０ｂおよび第４歪み抵抗１６０ｄの各位置において、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂそれぞれにかかる応力は等しくなる。
【0058】
図５は、第１～第４歪み抵抗１６０を有するブリッジ回路を例示する図である。ホイーストンブリッジ回路に定電流ｉを印加した場合には、第１歪み抵抗１６０ａおよび第３歪み抵抗１６０ｃの抵抗値Ｒ１は、Ｒ０＋ΔＲ１で表され、第２歪み抵抗１６０ｂおよび第４歪み抵抗１６０ｄの抵抗値Ｒ２は、Ｒ０＋ΔＲ２で表される。ここで、Ｒ０は応力がかかっていない場合における第１～第４歪み抵抗１６０それぞれの抵抗値を表す。
【0059】
ホイートストンブリッジ回路から出力される電圧信号ΔＶは、キルヒホッフの法則より以下の（１）式のように表される。
ΔＶ=Ｖ１－Ｖ２＝｛（Ｒ０+ΔＲ１）２－（Ｒ０＋ΔＲ２）２｝／（４×Ｒ０＋２×ΔＲ２＋２×ΔＲ１）×ｉ＝（ΔＲ１／Ｒ０－ΔＲ２／Ｒ０）×Ｒ０×ｉ／２ ・・・（１）
ΔＶ=Ｖ１－Ｖ２＝｛（Ｒ０+ΔＲ１）２－（Ｒ０＋ΔＲ２）２｝／（４×Ｒ０＋２×ΔＲ２＋２×ΔＲ１）×ｉ＝（ΔＲ１／Ｒ０－ΔＲ２／Ｒ０）×Ｒ０×ｉ／２ ・・・（１）
【0060】
所定の応力がかかっている場合における歪み抵抗の変化率ΔＲ／Ｒ０は、２次項まで考慮すると、以下の（２）式のように表される。
ΔＲ／Ｒ０≒π'１１×σｘ＋π'１２×σｙ＋π'６６×σｘｙ+π'１１１×σｘ ２＋２×π'１１２×σｘ×σｙ+π'１２２×σｙ ２＋π'１６６×σｘｙ ２ ・・・（２）
ここで、π'１１、π'１２、π'６６、π'１１１、π'１１２、π'１２２、π'１６６は、それぞれ歪み抵抗係数を表している。
ΔＲ／Ｒ０≒π'１１×σｘ＋π'１２×σｙ＋π'６６×σｘｙ+π'１１１×σｘ ２＋２×π'１１２×σｘ×σｙ+π'１２２×σｙ ２＋π'１６６×σｘｙ ２ ・・・（２）
ここで、π'１１、π'１２、π'６６、π'１１１、π'１１２、π'１２２、π'１６６は、それぞれ歪み抵抗係数を表している。
【0061】
第１歪み抵抗１６０ａおよび第３歪み抵抗１６０ｃそれぞれにかかる応力をσａｘ、σａｙ、σａｘｙとし、第２歪み抵抗１６０ｂおよび第４歪み抵抗１６０ｄそれぞれにかかる応力をσｂｘ、σｂｙ、σｂｘｙとする。
【0062】
（２）式を（１）式に代入して変形すると、次の（３）式のように表される。
ΔＶ＝１／２｛π'１１×（σａｘ－σｂｘ）＋π'１２×（σａｙ－σｂｙ）＋π'１６×（σａｘｙ－σｂｘｙ）＋π'１１１×（σａｘ ２－σｂｘ ２）＋２×π'１１２×（σａｘ×σａｙ－σｂｘ×σｂｙ）＋π'１２２×（σａｙ ２－σｂｙ ２）＋π'１６６×（σａｘｙ ２－σｂｘｙ ２）｝×Ｒ０×ｉ ・・・（３）
ΔＶ＝１／２｛π'１１×（σａｘ－σｂｘ）＋π'１２×（σａｙ－σｂｙ）＋π'１６×（σａｘｙ－σｂｘｙ）＋π'１１１×（σａｘ ２－σｂｘ ２）＋２×π'１１２×（σａｘ×σａｙ－σｂｘ×σｂｙ）＋π'１２２×（σａｙ ２－σｂｙ ２）＋π'１６６×（σａｘｙ ２－σｂｘｙ ２）｝×Ｒ０×ｉ ・・・（３）
【0063】
片持ち梁の場合には、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの捻れ中心軸に該当する第１揺動軸Ｅｙを対称中心にして第１～第４歪み抵抗１６０を対称に配置すると、各位置での応力が異なることにより、２次項の影響を無視できなくなる。この結果、可動部１０１の揺動角度と、検出部３３０により出力される揺動角度情報と、の関係は線形ではなくなる。但し、応力が小さい場合には、２次項は無視できるレベルになるため、可動部１０１の揺動角度と、検出部３３０により出力される揺動角度情報と、の関係は略線形になる。
【0064】
歪み抵抗係数のオーダーは、以下の値であるため、応力が数１０ＭＰａ（１０８）以上になると無視できなくなる。すなわち、１次項は１０－１０×１０８＝１０－２オーダーとなり、２次項は１０－１９×１０１６＝１０－３オーダーとなり、２桁違うが無視できないレベルとなる。
【0065】
本実施形態では、第１歪み抵抗１６０ａおよび第３歪み抵抗１６０ｃを第１揺動軸Ｅｙに対して自由端側に配置し、第１歪み抵抗１６０ａおよび第３歪み抵抗１６０ｃを第１揺動軸Ｅｙに対して固定端側に配置する。また、距離Ｄａおよび距離Ｄｃを距離Ｄｂおよび距離Ｄｄよりも長くし、応力によって生じる抵抗変化率が同じぐらいになるように距離Ｄａ、Ｄｂ、ＤｃおよびＤｄを調整する。これらにより、可動部１０１の揺動角度とホイートストンブリッジ回路から出力される電圧信号ΔＶとの関係が略線形になり、可動部１０１の揺動角度と電圧信号ΔＶとの関係を簡単な１次式により表現可能になる。
【0066】
＜第１～第４歪み抵抗１６０の効果＞
次に、第１～第４歪み抵抗１６０の効果について説明する。
次に、第１～第４歪み抵抗１６０の効果について説明する。
【0067】
従来、ＭＥＭＳデバイスを用いた可動装置として、両持ち支持され、可動部を揺動可能に支持する一対の捻れ梁と、可動部の揺動軸を中心に対称となる位置に配置された一対の歪み抵抗と、を有し、一対の歪み抵抗と外部の一対の固定素子とにより構成されるホイートストンブリッジ回路を用いて、可動部の揺動角度を検出可能なものが開示されている。
【0068】
しかしながら、駆動梁を片持ち支持する構造では、捻れ梁の捻れに応じて駆動梁にかかる応力の大きさは、可動部の揺動軸に対して対称ではない。このため、可動部の揺動軸を対称中心にして歪み抵抗を対称に配置すると、可動部の揺動角度とホイートストンブリッジ回路からの電圧信号との関係が線形にならず、揺動角度を検出する精度が低下する場合があった。
【0069】
本実施形態に係る可動装置１３では、第１歪み抵抗１６０ａは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの自由端側に配置され、第３歪み抵抗１６０ｃは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの自由端側に配置され、第２歪み抵抗１６０ｂは、第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの固定端側に配置され、第４歪み抵抗１６０ｄは、第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの固定端側に配置される。また、第１歪み抵抗１６０ａと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離Ｄａは、第２歪み抵抗１６０ｂと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離Ｄｂよりも長く、第３歪み抵抗１６０ｃと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離Ｄｃは、第４歪み抵抗１６０ｄと第１揺動軸Ｅｙとの間の距離Ｄｄよりも長い。
【0070】
上記構成により、第１～第４歪み抵抗１６０における各抵抗値の変化率が略等しくなることにより、可動部１０１の揺動角度とホイートストンブリッジ回路から出力される電圧信号ΔＶとの関係が略線形になるため、可動部１０１の揺動角度と電圧信号ΔＶとの関係を１次式により表現可能になる。これにより、本実施形態では、可動部１０１の揺動角度を高精度に検出でき、可動部１０１の揺動角度の制御が容易になるとともに高精度な制御が可能になる。この結果、本実施形態では、可動部１０１の揺動角度を検出する精度に優れた可動装置１３を提供できる。
【0071】
また、本実施形態では、第１揺動軸Ｅｙと交差する第２揺動軸Ｅｘ周りに可動部１０１を揺動させる一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂを有し、第１～第４歪み抵抗１６０（第１乃至第４歪み抵抗）のそれぞれの長手方向は、第１揺動軸Ｅｙに沿う方向である。この構成により、可動装置１３は、第１揺動軸Ｅｙおよび第２揺動軸Ｅｘの２軸周りに可動部１０１を揺動させることができ、可動部１０１の反射面１４に入射する光を２軸方向に走査できる。
【0072】
また、本実施形態では、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂを支持する第２支持部１４０を有し、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂのそれぞれは、複数の梁部１３５と、複数の梁部１３５を折り返し接続する接続部１３６と、を有する。一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂそれぞれの一端は、第１支持部１２０に接続し、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂそれぞれの他端は、第２支持部１４０に接続する。この構成により、可動装置１３は、第２揺動軸Ｅｘ周りに大きな振れ角により可動部１０１を揺動させることができる。
【0073】
但し、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂ並びに第２支持部１４０は、実施形態に係る可動装置１３の必須の構成部ではない。可動装置１３は、一対の駆動部１３０ａおよび１３０ｂ並びに第２支持部１４０を有さなくても、可動部１０１の揺動角度を検出する精度に優れるという効果を得ることができる。
【0074】
また、本実施形態では、第１～第４歪み抵抗１６０は、半導体を材料とするピエゾ素子である。第１～第４歪み抵抗１６０としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を材質とするものを用いることも考えられるが、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの捻れに伴う応力が大きい。このため、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を材質とする歪み抵抗を用いると、応力により歪み抵抗がシリコン基板から剥離する場合がある。本実施形態では、半導体を材料とする第１～第４歪み抵抗１６０を用いており、第１～第４歪み抵抗１６０は拡散層として形成されているため、このような剥離が生じない。
【0075】
なお、本実施形態では、距離Ｄａと距離Ｄｃが略等しく、且つ距離Ｄｂと距離Ｄｄとが略等しい構成を例示したが、これらに限定されるものではない。第１～第４歪み抵抗１６０において、第１駆動梁１１０ａおよび第２駆動梁１１０ｂにかかる応力に応じた抵抗変化率が略等しければ、距離Ｄａと距離Ｄｃは必ずしも等しくなくてよいし、距離Ｄｂと距離Ｄｄは必ずしも等しくなくてよい。
【0076】
また、本実施形態では、第２歪み抵抗１６０ｂが第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの固定端側に配置され、第４歪み抵抗１６０ｄが第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの固定端側に配置される構成を例示したが、これに限定されるものではない。距離Ｄａが距離Ｄｂよりも長く、距離Ｄｃが距離Ｄｄよりも長ければ、第２歪み抵抗１６０ｂが第１揺動軸Ｅｙよりも第１駆動梁１１０ａの自由端側に配置され、第４歪み抵抗１６０ｄが第１揺動軸Ｅｙよりも第２駆動梁１１０ｂの自由端側に配置されてもよい。
【0077】
＜変形例＞
実施形態に係る可動装置は様々な変形が可能である。以下に各変形例について説明する。なお、上述した実施形態に係る可動装置１３と同一の構成部には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
実施形態に係る可動装置は様々な変形が可能である。以下に各変形例について説明する。なお、上述した実施形態に係る可動装置１３と同一の構成部には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0078】
（第１変形例）
図６は、第１変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ａ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図７は、図６のVII－VII切断線に沿った断面図である。図８は、第１～第４歪み抵抗１６０Ａを含むブリッジ回路を例示する図である。
図６は、第１変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ａ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図７は、図６のVII－VII切断線に沿った断面図である。図８は、第１～第４歪み抵抗１６０Ａを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0079】
本変形例では、結晶面（００１）面のシリコン（Ｓｉ）における第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの長手方向は第１揺動軸Ｅｙと略平行である。第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの結晶軸方向が＜１１０＞である場合には、Ｐ型のピエゾ抵抗である第１～第４歪み抵抗１６０Ａを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ同じ向きになるように配置する。つまり、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向は、＜１１０＞方向と平行である。Ｎ型基板のシリコンに対してＰ型抵抗であってもよい。
【0080】
第１～第４歪み抵抗１６０Ａは、第１歪み抵抗１６０Ａａ、第２歪み抵抗１６０Ａｂ、第３歪み抵抗１６０Ａｃおよび第４歪み抵抗１６０Ａｄを含む。第１歪み抵抗１６０Ａａおよび第３歪み抵抗１６０Ａｂは第１駆動梁１１０ａに配置され、第２歪み抵抗１６０Ａｃおよび第４歪み抵抗１６０Ａｄは第２駆動梁１１０ｂに配置される。
【0081】
本変形例では、Ｐ型シリコンにＮ－ＷＥＬＬを形成してそのＮ－ＷＥＬＬ内にＰ型抵抗を形成してもよい。この場合には、Ｐ型基板電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ａに印加される最小電位以下とし、Ｎ－ＷＥＬＬ電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ａに印加される最大電圧と寄生ＰＮダイオードの順方向電圧Ｖｆとの差以上の電位とする。
【0082】
第１～第４歪み抵抗１６０Ａの長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ平行になるように配置すると、第１～第４歪み抵抗１６０Ａの歪み抵抗係数を最も大きく設定できる。但し、多少角度がずれても、±３０度程度までであれば、第１～第４歪み抵抗１６０Ａの歪み抵抗係数の感度をある程度確保できるため、第１～第４歪み抵抗１６０Ａを使用可能である。
【0083】
金属配線と第１～第４歪み抵抗１６０Ａやシリコン基板とを接続するコンタクト部分は、第１～第４歪み抵抗１６０Ａやシリコン基板よりも不純物濃度が高い拡散層になっている。この構成により、金属配線とのコンタクト性を高めることができる。なお、図６～８ではＰ＋拡散がＰ－拡散に包括されているが、Ｐ＋拡散エッジとＰ－拡散エッジとは段差が無くフラットな状態であってもよい。この点は、以降に示す図１２～１４、図１８～２０においても同様とする。
【0084】
図６および図７において、接続端子Ｐｄ５およびＰｄ７は、ＮＷ電位をとる接続端子である。一般に、接続端子Ｐｄ５およびＰｄ７は最大電位になる。接続端子Ｐｄ６およびＰｄ８は、Ｐ型基板電位をとる接続端子である。一般に、接続端子Ｐｄ５およびＰｄ７は最小電位になり、多くはＧＮＤ電位になる。接続端子Ｐｄ１～Ｐｄ８はいずれも金属材料により構成されている。
【0085】
図８において、回路８１は、定電圧を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示し、回路８２は、定電流を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示している。
【0086】
第１～第４歪み抵抗１６０Ａの作用効果は、第１～第４歪み抵抗１６０と同様である。
【0087】
（第２変形例）
図９は、第２変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｂ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１０は、図９のX－X切断線に沿った断面図である。図１１は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂを含むブリッジ回路を例示する図である。
図９は、第２変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｂ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１０は、図９のX－X切断線に沿った断面図である。図１１は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0088】
本変形例では、結晶面（００１）面のシリコンにおける第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの結晶軸方向が＜１１０＞である場合には、Ｎ型のピエゾ抵抗である第１～第４歪み抵抗１６０Ｂを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ４５度をなすように配置する。Ｐ型基板のシリコンに対してＮ型抵抗であってもいい。この場合には、Ｐ型基板の電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂに印加される最小電位以下になる。
【0089】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｂは、第１歪み抵抗１６０Ｂａ、第２歪み抵抗１６０Ｂｂ、第３歪み抵抗１６０Ｂｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｂｄを含む。第１歪み抵抗１６０Ｂａおよび第３歪み抵抗１６０Ｂｂは第１駆動梁１１０ａに配置され、第２歪み抵抗１６０Ｂｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｂｄは第２駆動梁１１０ｂに配置される。
【0090】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｂを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ４５度をなすように配置すると、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂの歪み抵抗係数を最も大きく設定できる。但し、多少角度がずれても、±１５度程度までであれば、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂの歪み抵抗係数の感度をある程度確保できるため、第１～第４歪み抵抗１６０Ｂを使用可能である。
【0091】
【0092】
図１１において、回路８３は、定電圧を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示し、回路８４は、定電流を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示している。
【0093】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｂの作用効果は、第１～第４歪み抵抗１６０と同様である。
【0094】
（第３変形例）
図１２は、第３変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｃ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１３は、図１２のXIII－XIII切断線に沿った断面図である。図１４は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃを含むブリッジ回路を例示する図である。
図１２は、第３変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｃ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１３は、図１２のXIII－XIII切断線に沿った断面図である。図１４は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0095】
本変形例では、結晶面（００１）面のシリコンにおける第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの結晶軸方向が＜１００＞である場合には、Ｎ型のピエゾ抵抗である第１～第４歪み抵抗１６０Ｃを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ同じ向きになるように配置する。つまり、第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向は、＜１００＞方向と平行である。Ｐ型基板のシリコンに対してＮ型抵抗であってもよい。この場合にはＰ型基板の電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃに印加される最小電位以下になる。
【0096】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｃは、第１歪み抵抗１６０Ｃａ、第２歪み抵抗１６０Ｃｂ、第３歪み抵抗１６０Ｃｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｃｄを含む。第１歪み抵抗１６０Ｃａおよび第３歪み抵抗１６０Ｃｂは第１駆動梁１１０ａに配置され、第２歪み抵抗１６０Ｃｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｃｄは第２駆動梁１１０ｂに配置される。
【0097】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｃを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ平行になるように配置すると、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃの歪み抵抗係数を最も大きく設定できる。但し、多少角度がずれても、±１５度程度までであれば、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃの歪み抵抗係数の感度をある程度確保できるため、第１～第４歪み抵抗１６０Ｃを使用可能である。
【0098】
【0099】
図１４において、回路８５は、定電圧を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示し、回路８６は、定電流を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示している。
【0100】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｃの作用効果は、第１～第４歪み抵抗１６０と同様である。
【0101】
（第４変形例）
図１５は、第４変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｄ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１６は、図１５のXVI－XVI切断線に沿った断面図である。図１７は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄを含むブリッジ回路を例示する図である。
図１５は、第４変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｄ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１６は、図１５のXVI－XVI切断線に沿った断面図である。図１７は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0102】
本変形例では、結晶面（００１）面のシリコンにおける第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂの結晶軸方向が＜１００＞である場合には、Ｐ型のピエゾ抵抗である第１～第４歪み抵抗１６０Ｄを、その長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ４５度をなすように配置する。Ｎ型基板のシリコンに対してＰ型抵抗であってもいい。この場合には、Ｎ型基板の電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄに印加される最大電位以上になる。
【0103】
Ｐ型シリコンにＮ－ＷＥＬＬを形成してそのＮ－ＷＥＬＬ内にＰ型抵抗を形成してもよい。この場合には、Ｐ型基板の電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄに印加される最小電位以下になり、Ｎ－ＷＥＬＬ電位は、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄに印加される最大電圧と寄生ＰＮダイオードの順方向電圧Ｖｆとの差以上の電位になる。
【0104】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｄは、第１歪み抵抗１６０Ｄａ、第２歪み抵抗１６０Ｄｂ、第３歪み抵抗１６０Ｄｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｄｄを含む。第１歪み抵抗１６０Ｄａおよび第３歪み抵抗１６０Ｄｂは第１駆動梁１１０ａに配置され、第２歪み抵抗１６０Ｄｃおよび第４歪み抵抗１６０Ｄｄは第２駆動梁１１０ｂに配置される。
【0105】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｄを、各長手方向が第１捻れ梁１１１ａおよび第２捻れ梁１１１ｂそれぞれの長手方向とほぼ４５度になるように配置すると、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄの歪み抵抗係数を最も大きく設定できる。但し、多少角度がずれても、±３０度程度までであれば、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄの歪み抵抗係数の感度をある程度確保できるため、第１～第４歪み抵抗１６０Ｄを使用可能である。
【0106】
図１５および図１６において、Ｐｄ５およびＰｄ７は、ＮＷ電位をとる接続端子である。一般に、接続端子Ｐｄ５およびＰｄ７は最大電位となる。Ｐｄ６およびＰｄ８は、Ｐ型基板の電位をとる接続端子である。一般に、接続端子Ｐｄ４、Ｐｄ６およびＰｄ８は最小電位となり、多くはＧＮＤ電位となる。
【0107】
図１７において、回路８７は、定電圧を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示し、回路８８は、定電流を印加する場合のホイーストンブリッジ回路を示している。
【0108】
第１～第４歪み抵抗１６０Ｄの作用効果は、第１～第４歪み抵抗１６０と同様である。
【0109】
（第５～第８変形例）
図１８は、第５変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｅ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１９は、図１８のXIX－XIX切断線に沿った断面図である。図２０は、第１～第４歪み抵抗Ｅを含むブリッジ回路例の図である。
図１８は、第５変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｅ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図１９は、図１８のXIX－XIX切断線に沿った断面図である。図２０は、第１～第４歪み抵抗Ｅを含むブリッジ回路例の図である。
【0110】
図２１は、第６変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｆ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図２２は、図２１のXXII－XXII切断線に沿った断面図である。図２３は、第１～第４歪み抵抗Ｆを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0111】
図２４は、第７変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｇ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図２５は、図２４のXXV－XXV切断線に沿った断面図である。図２６は、第１～第４歪み抵抗Ｇを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0112】
図２７は、第８変形例に係る第１～第４歪み抵抗１６０Ｈ周辺の詳細構成を例示する平面図である。図２８は、図２７のXXVIII－XXVIII切断線に沿った断面図である。図２９は、第１～第４歪み抵抗Ｈを含むブリッジ回路を例示する図である。
【0113】
第１～第４変形例ではＰ型基板を用いたのに対し、第５～第８変形例ではＮ型基板を用いている。第５～第８変形例における第１～第４歪み抵抗１６０Ｅ、１６０Ｆ、１６０Ｇおよび１６０Ｈの各作用効果は、第１～第４歪み抵抗１６０と同様である。
【0114】
［その他の好適な実施形態］
上述した実施形態に係る可動装置１３は、各種のシステム及び装置に適用可能である。以下では、可動装置１３の各種システム及び装置への適用例を説明する。
上述した実施形態に係る可動装置１３は、各種のシステム及び装置に適用可能である。以下では、可動装置１３の各種システム及び装置への適用例を説明する。
【0115】
＜光走査システム＞
まず、本実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図３０～図３３を参照尾して詳細に説明する。図３０には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図３０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。
まず、本実施形態の可動装置を適用した光走査システムについて、図３０～図３３を参照尾して詳細に説明する。図３０には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図３０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。
【0116】
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。
【0117】
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が可動するＭＥＭＳデバイスである。
【0118】
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。
【0119】
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回転振動させる。
【0120】
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軸方向に往復回転振動させ、その結果、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光をある１軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。なお、本実施形態の可動装置の詳細および制御装置による制御の詳細については後述する。
【0121】
次に、光走査システム１０の一例のハードウェア構成について図３１を用いて説明する。図３１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３１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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
光源装置ドライバ２５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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図３１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。
【0132】
【0133】
図３２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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
【0137】
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の回転振動を行う。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。
【0138】
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。
【0139】
また、上記光走査システム１０では、１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。
【0140】
このように、実施形態の可動装置１３を光走査システムに適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能な光走査システムを提供できる。
【0141】
＜距離測定装置＞
次に、上記本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３４～図３６を参照して詳細に説明する。距離測定装置は、対象方向の物体までの距離を測定する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
次に、上記本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３４～図３６を参照して詳細に説明する。距離測定装置は、対象方向の物体までの距離を測定する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
【0142】
【0143】
図３４および図３５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までの距離を測定する。自動車７０１は車両の一例であり、移動体の一例である。
【0144】
図３６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タレンズ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。
【0145】
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。
【0146】
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。このようなレーサレーダ装置は、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測定することができる。
【0147】
上記距離測定装置では、一例としてのレーザレーダ装置７００の説明をしたが、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まで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。
【0148】
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等にも同様に適用することができる。従って、レーザレーダ装置７００は、物体認識装置の一例ということもできる。
【0149】
このように、実施形態の可動装置１３を距離測定装置に適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能な距離測定装置を提供できる。距離測定装置による測定範囲を所望の寸法で一定に維持することができる。
【0150】
＜計測装置＞
次に、実施形態に係る可動装置１３を適用した計測装置について、図３７及び図３８を用いて詳細に説明する。ここでは、パターン投影法を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置を計測装置の一例とする。図３７は、三次元計測装置の構成の一例を示すブロック図である。図３８は、三次元計測装置により対象物に計測用パターンが投影されている状態を示す図である。
次に、実施形態に係る可動装置１３を適用した計測装置について、図３７及び図３８を用いて詳細に説明する。ここでは、パターン投影法を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置を計測装置の一例とする。図３７は、三次元計測装置の構成の一例を示すブロック図である。図３８は、三次元計測装置により対象物に計測用パターンが投影されている状態を示す図である。
【0151】
図３７に示すように、三次元計測装置１は、計測情報取得ユニット２０と、制御ユニット３００と、を有する。
【0152】
計測情報取得ユニット２０は、投影装置２と、カメラ装置２１と、を有する。図３７に示す投影装置２は、ＶＣＳＥＬアレイ（垂直共振器面発光レーザアレイ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）３と、光学系４と、可動装置１３と、を有する。ＶＣＳＥＬアレイ３を光源とすることにより、発光間隔を細かくでき、且つ集光点を複数形成できる。
【0153】
計測情報取得ユニット２０は、制御ユニット３００の制御部３１０の制御に従い、ＶＣＳＥＬアレイ３に含まれる複数の発光素子の光を可動装置１３により偏向させて計測領域の対象物に投影する。制御部３１０は、ＶＣＳＥＬアレイ３の各発光素子の輝度と点灯タイミングを制御することで、図３８に示すように、対象物７を含む計測領域全体に所定の計測用パターンの投影光６を投影する。
【0154】
計測用パターンとして、ＶＣＳＥＬアレイ３の発光素子の点灯及び消灯（オン／オフ）を制御することで、白黒のグレイコードパターン等の所定の投影パターンが投影される。図３７では、ＶＣＳＥＬアレイ３の光をライン状へとするための光学系４が光源部とは独立して設けられているが、光源部に含まれていてもよい。
【0155】
カメラ装置２１は、投影装置２が対象物に投影する投影光６の投影中心４１が撮像領域４０の略中心となるように固定された位置及び角度で、上述の計測領域を撮像する。
【0156】
カメラ装置２１は、受光光学系であるレンズ２１０、撮像素子２１１を有する。撮像素子２１１としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のイメージセンサ等を用いることができる。カメラ装置２１に入射した光は、レンズ２１０を介して撮像素子２１１上に結像して光電変換される。撮像素子２１１で光電変換により生成された画像信号は、制御ユニット３００の演算処理部３２０に供給される。
【0157】
レンズ２１０には、ＶＣＳＥＬアレイ３の発光波長を透過する狭帯域のフィルタを用いてもよい。これにより、計測時の周辺光（蛍光灯などの外乱となる光）の影響を抑え、精度の良い計測を可能とすることができる。なお、レンズ２１０の前段に狭帯域フィルタを設けてもよい。この場合も、同じ効果を得ることができる。
【0158】
制御ユニット３００は、投影装置２によって、計測用パターン光の投影制御及びカメラ装置２１による撮像制御等を行い、カメラ装置２１が撮像した画像に関する情報に基づいて、計測対象の三次元計測等の演算処理を行う。なお、制御部３１０は、投影装置２が投影する計測用パターン光を別のパターン光に切り替える制御を行ってもよい。また、制御部３１０は、演算処理部３２０が三次元座標の算出に用いるキャリブレーション情報を出力制御してもよい。
【0159】
制御ユニット３００の演算処理部３２０は、供給された画像に関する情報に基づいて、対象物７の三次元形状に対応する三次元座標、又は、三次元座標に関する情報を算出（計測）する。演算処理部３２０は、算出された三次元形状を示す三次元形状情報を、制御部３１０の制御に従ってパーソナルコンピュータ装置等の外部機器に出力してもよい。
【0160】
なお、図３７は、制御ユニット３００に対して１組の計測情報取得ユニット２０が設けられている例であるが、制御ユニット３００に対し複数組の計測情報取得ユニット２０を設けてもよい。また、図３７では計測情報取得ユニット２０と制御ユニット３００が独立して設けられている例であるが、制御ユニット３００の一部又は全てが計測情報取得ユニット２０に含まれていてもよい。
【0161】
このように実施形態に係る可動装置を計測装置に適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に計測可能な計測装置を提供できる。
【0162】
【0163】
図３９において、多関節アームであるロボットアーム７２は、対象物７をピッキングするためのハンド部７１を備え、ハンド部７１の直近に三次元計測装置１が設けられている。ロボットアーム７２は、それぞれ屈曲可能な複数の関節を備え、ハンド部７１の位置及び姿勢を、制御に従い変更する。
【0164】
三次元計測装置１は、光の投影方向がハンド部７１の向く方向に一致するように設けられ、ハンド部７１のピッキング対象を計測の対象物７として計測する。
【0165】
ロボット７０は、ロボットアーム７２に設けられた三次元計測装置１により、ピッキングの対象物７を近距離から計測することができる。このため、カメラ装置等により、ピッキングの対象物７を遠方からの計測する場合と比較して、計測精度の向上を図ることができる。例えば、工場の様々な組立てライン等におけるＦＡ分野においては、部品の検査及び認識等のために、ロボットアーム７２を備えるロボット７０が利用される。ロボット７０に三次元計測装置１を設けることにより、部品の検査及び認識を精度よく行うことができる。
【0166】
また、測距用の撮像画像に無効領域が存在する場合、画像信号及び三次元形状に基づき、補完データの取得が可能となる位置及び姿勢を示す位置姿勢情報を、ロボットアーム７２にフィードバックする。これにより、ロボットアーム７２の制御を簡易に行うことができ、データ補完した計測結果より、より高精度な部品検査又は認識等を行うことができる。
【0167】
また、計測器と計測対象の位置及び姿勢の関係が相対的に変更すればよい。このため、三次元計測装置１をロボットアーム７２に設けているが、計測対象をロボットアーム７２に設け、位置及び姿勢を変更しても良い。
【0168】
三次元計測装置１をロボットアーム７２に搭載して、被計測物体を三次元計測する場合、三次元計測装置１から２００ｍｍの間隔が好適である。そのため、パターン光（ライン光）の出射光線の広がり角が２１度以上必要となるが、本実施形態ではこれを達成する。
【0169】
このように実施形態に係る可動装置をロボットに適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に制御可能なロボットを提供できる。
【0170】
【0171】
図４０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。光書込装置６００は、電子機器の一例であり、また記録媒体に造形を観点から造形装置の一例である。また、図４１は、光書込装置の一例の概略図である。
【0172】
図４０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。
【0173】
図４１に示すように、光書込装置６００において、レーザ素子等の光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズ等の結像光学系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、反射可動部６０２ｃからなる走査光学系６０２を経て、被走査面１５（例えば感光体ドラムや感光紙）に照射し、光書込みを行う。走査光学系６０２は、被走査面１５にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置１２および反射面１４を有する可動装置１３は、制御装置１１の制御に基づき駆動する。
【0174】
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。
【0175】
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。
【0176】
このように、実施形態の可動装置１３を光書込装置に適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能な光書込装置を提供できる。
【0177】
【0178】
図４２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４３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。自動車４００は移動体の一例である。
【0179】
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。
【0180】
図４２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。
【0181】
図４３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。
【0182】
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。
【0183】
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。ダイクロイックミラー５０５、５０６は、それぞれ合成部の一例である。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。
【0184】
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。
【0185】
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。
【0186】
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等の非移動体に搭載されてもよい。
【0187】
このように、実施形態の可動装置１３を画像投影装置に適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能な画像投影装置を提供できる。また画像投影装置による投影範囲を所望の寸法で一定に維持することができる。
【0188】
［レーザヘッドランプ］
次に、本実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ５０について、図４４を用いて説明する。図４４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。
次に、本実施形態の可動装置を自動車のヘッドライトに適用したレーザヘッドランプ５０について、図４４を用いて説明する。図４４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。
【0189】
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。
【0190】
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。
【0191】
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。
【0192】
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。
【0193】
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。
【0194】
このように、実施形態の可動装置１３をレーザヘッドランプに適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能なレーザヘッドランプを提供できる。
【0195】
［ヘッドマウントディスプレイ］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ６０について、図４５および図４６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。
次に、上記本実施形態の可動装置を適用したヘッドマウントディスプレイ６０について、図４５および図４６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。
【0196】
図４５は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図４５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。
【0197】
【0198】
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。
【0199】
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。
【0200】
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。
【0201】
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。
【0202】
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。
【0203】
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。
【0204】
このように、実施形態の可動装置１３をヘッドマウントディスプレイに適用することにより、可動部１０１の揺動を精度よく制御でき、高精度に光走査可能なヘッドマウントディスプレイを提供できる。
【0205】
［パッケージング］
次に、本実施形態の可動装置のパッケージングについて図４７を用いて説明する。
次に、本実施形態の可動装置のパッケージングについて図４７を用いて説明する。
【0206】
図４７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。
【0207】
図４７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。
【0208】
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。
【0209】
なお、上述した実施形態では、可動部に反射面を設ける構成を例示したが、これに限定されるものではなく、可動部が回折格子、フォトダイオード、ヒータ（例えば、ＳｉＮを用いたヒータ）、光源（例えば、面発光型レーザ）等の他の光学素子を備えたり、反射面と他の光学素子の両方を備えたりすることもできる。
【符号の説明】
【0210】
１ 三次元計測装置（計測装置の一例）
１０ 光走査システム
１１ 制御装置
１２、１２ｂ 光源装置
１３ 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 ロボット
１０１ 可動部
１０２ 可動部基体
１１０ａ 第１駆動梁
１１０ｂ 第２駆動梁
１１１ａ 第１捻れ梁
１１１ｂ 第２捻れ梁
１１２ａ 第１圧電駆動部
１１２ｂ 第２圧電駆動部
１２０ 第１支持部
１３０ａ、１３０ｂ 一対の駆動部
１３１ａ～１３１ｆ 第３圧電駆動部
１３２ａ～１３２ｆ 第４圧電駆動部
１４０ 第２支持部
１５０ 電極接続部
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄ、１６０Ｅ、１６０Ｆ、１６０Ｇ、１６０Ｈ 第１～第４歪み抵抗
１６０ａ、１６０Ａａ、１６０Ｂａ、１６０Ｃａ、１６０Ｄａ、１６０Ｅａ、１６０Ｆａ、１６０Ｇａ、１６０Ｈａ 第１歪み抵抗
１６０ｂ、１６０Ａｂ、１６０Ｂｂ、１６０Ｃｂ、１６０Ｄｂ、１６０Ｅｂ、１６０Ｆｂ、１６０Ｇｂ、１６０Ｈｂ 第２歪み抵抗
１６０ｃ、１６０Ａｃ、１６０Ｂｃ、１６０Ｃｃ、１６０Ｄｃ、１６０Ｅｃ、１６０Ｆｃ、１６０Ｇｃ、１６０Ｈｃ 第３歪み抵抗
１６０ｄ、１６０Ａｄ、１６０Ｂｄ、１６０Ｃｄ、１６０Ｄｄ、１６０Ｅｄ、１６０Ｆｄ、１６０Ｇｄ、１６０Ｈｄ 第４歪み抵抗
２０１、３０１ 下部電極
２０２、３０２ 圧電部
２０３、３０３ 上部電極
３３０ 検出部
３３１ 駆動制御部
５００ ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例）
６００ 光書込装置（電子機器の一例、造形装置の一例）
７００ レーザレーダ装置（距離測定装置の一例、物体認識装置の一例）
７０１ 自動車（車両の一例、移動体の一例）
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ 距離
Ｅｘ 第２揺動軸
Ｅｙ 第１揺動軸
Ｐｄ１～Ｐｄ８ 接続端子
Ｖ１、Ｖ２ 電圧
ｉ 定電流
１０ 光走査システム
１１ 制御装置
１２、１２ｂ 光源装置
１３ 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 ロボット
１０１ 可動部
１０２ 可動部基体
１１０ａ 第１駆動梁
１１０ｂ 第２駆動梁
１１１ａ 第１捻れ梁
１１１ｂ 第２捻れ梁
１１２ａ 第１圧電駆動部
１１２ｂ 第２圧電駆動部
１２０ 第１支持部
１３０ａ、１３０ｂ 一対の駆動部
１３１ａ～１３１ｆ 第３圧電駆動部
１３２ａ～１３２ｆ 第４圧電駆動部
１４０ 第２支持部
１５０ 電極接続部
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄ、１６０Ｅ、１６０Ｆ、１６０Ｇ、１６０Ｈ 第１～第４歪み抵抗
１６０ａ、１６０Ａａ、１６０Ｂａ、１６０Ｃａ、１６０Ｄａ、１６０Ｅａ、１６０Ｆａ、１６０Ｇａ、１６０Ｈａ 第１歪み抵抗
１６０ｂ、１６０Ａｂ、１６０Ｂｂ、１６０Ｃｂ、１６０Ｄｂ、１６０Ｅｂ、１６０Ｆｂ、１６０Ｇｂ、１６０Ｈｂ 第２歪み抵抗
１６０ｃ、１６０Ａｃ、１６０Ｂｃ、１６０Ｃｃ、１６０Ｄｃ、１６０Ｅｃ、１６０Ｆｃ、１６０Ｇｃ、１６０Ｈｃ 第３歪み抵抗
１６０ｄ、１６０Ａｄ、１６０Ｂｄ、１６０Ｃｄ、１６０Ｄｄ、１６０Ｅｄ、１６０Ｆｄ、１６０Ｇｄ、１６０Ｈｄ 第４歪み抵抗
２０１、３０１ 下部電極
２０２、３０２ 圧電部
２０３、３０３ 上部電極
３３０ 検出部
３３１ 駆動制御部
５００ ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例）
６００ 光書込装置（電子機器の一例、造形装置の一例）
７００ レーザレーダ装置（距離測定装置の一例、物体認識装置の一例）
７０１ 自動車（車両の一例、移動体の一例）
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ 距離
Ｅｘ 第２揺動軸
Ｅｙ 第１揺動軸
Ｐｄ１～Ｐｄ８ 接続端子
Ｖ１、Ｖ２ 電圧
ｉ 定電流
【先行技術文献】
【特許文献】
【0211】
【特許文献1】特許５４４１５３３号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】