特開 2024-78407 可動装置、光走査システム、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、移動体、及び瞳孔又は角膜の位置検知装置。

(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】P2024078407

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】可動装置、光走査システム、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、移動体、及び瞳孔又は角膜の位置検知装置。

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240603BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240603BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240603BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20240603BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240603BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/08 E

G02B27/02 Z

G02B27/01

G01S7/481 A

B81B3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023181397

(22)【出願日】2023-10-20

(31)【優先権主張番号】P 2022189818

(32)【優先日】2022-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】新川 瑞季

(72)【発明者】

【氏名】峯岸 大生

【テーマコード（参考）】

2H045

2H141

2H199

3C081

5J084

【Ｆターム（参考）】

2H045AB02

2H045AB38

2H045AB73

2H045AB81

2H045BA12

2H045BA13

2H045BA14

2H045CA63

2H045CB02

2H141MA12

2H141MB23

2H141MB24

2H141MC09

2H141MF02

2H141MF08

2H141MZ06

2H141MZ26

2H199CA04

2H199CA06

2H199CA29

2H199CA42

2H199CA45

2H199CA67

2H199CA69

2H199DA03

2H199DA13

2H199DA15

2H199DA26

2H199DA28

3C081AA01

3C081BA22

3C081BA28

3C081BA32

3C081BA33

3C081BA44

3C081BA47

3C081BA55

3C081CA13

3C081CA32

3C081DA03

3C081DA04

3C081DA07

3C081DA11

3C081DA24

3C081DA27

3C081DA30

3C081EA01

3C081EA08

3C081EA11

5J084BA04

5J084BA50

5J084BB02

5J084BB04

5J084BB24

5J084BB26

5J084BB28

(57)【要約】

【課題】
強固な連結部を有した可動装置を提供すること。
【解決手段】
本発明は、可動部と、前記可動部と接続され前記可動部を駆動させる駆動部材と、光を反射する反射部と、前記可動部および前記反射部を前記反射部の反射面と交差する方向に連結する連結部と、備え、前記反射部から前記可動部側に延伸、又は前記可動部から前記反射部側に延伸する補強部を有することを特徴とする可動装置である。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動部と、
前記可動部と接続され前記可動部を駆動させる駆動部材と
光を反射する反射部と、
前記可動部および前記反射部を前記反射部の反射面と交差する方向に連結する連結部と、備え、
前記反射部から前記可動部側に延伸
又は前記可動部から前記反射部側に延伸する補強部
を有することを特徴とする可動装置。

【請求項2】

前記補強部は、
前記可動部もしくは前記反射部と前記連結部とを接合する接合面に対し、
略垂直方向に延伸する面を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の可動装置。

【請求項3】

前記補強部と前記連結部は、
一方が他方を囲うように配置する
ことを特徴とする請求項１に記載の可動装置。

【請求項4】

前記補強部は、柱状の補強部と、
前記柱状の補強部を囲うように配置された筒状の補強部と、を含み、
前記連結部は、前記柱状の補強部を囲み、かつ前記筒状の補強部に囲まれるように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の可動装置。

【請求項5】

前記可動部と前記連結部又は前記反射部と前記連結部を接着する接着剤を有し、
前記補強部は、前記可動部又は前記反射部のうち、前記接着剤を有する側から延伸することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置。

【請求項6】

前記接着剤は、前記連結部と前記補強部との間に
挟まれている
ことを特徴とする請求項５に記載の可動装置。

【請求項7】

前記接着剤は、
前記連結部の接合面と前記可動部または前記反射部の接合面との間に挟まれ、
前記連結部と前記補強部とが非接触であることを特徴とする請求項６に記載の可動装置。

【請求項8】

前記連結部が複数から構成される
請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置。

【請求項9】

前記駆動部材がミアンダ構造である
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置。

【請求項10】

前記駆動部材は、前記可動部を第１軸周りに回動させる第１の駆動部材と、
前記第１軸と交差する第２軸周りに回動させる第２の駆動部材と、を含む
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置。

【請求項11】

請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置を有する光走査システム。

【請求項12】

請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置を備えるヘッドマウントディスプレイ。

【請求項13】

請求項１に記載の可動装置を備えるヘッドアップディスプレイ。

【請求項14】

請求項１に記載の可動装置を備えるレーザヘッドランプ。

【請求項15】

請求項１に記載の可動装置を備える物体認識装置。

【請求項16】

請求項１３に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項１４に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項１５に記載の物体認識装置の少なくとも１つを有する移動体。

【請求項17】

請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置を備える瞳孔又は角膜の位置検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可動装置、光走査システム、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、移動体、及び瞳孔又は角膜の位置検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、二軸光偏向器において、ミラー駆動部は、第１のウエハを加工して形成され、ミラー部は第２のウエハを加工して形成され、ミラー部に設けられた支柱部と、ミラー駆動部の裏面のミラー支持台とが接合されていることを特徴とする二軸光偏向器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６‐１１０００８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術では連結部を強固にする構成がなく、強固な連結部を有した可動装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、可動部と、前記可動部と接続され前記可動部を駆動させる駆動部と、光を反射する反射部と、前記可動部および前記反射部を前記反射部の反射面と交差する方向に連結する連結部と、備え、前記反射部から前記可動部側に延伸、又は前記可動部から前記反射部側に延伸する補強部を有することを特徴とする可動装置である。

【発明の効果】

【0006】

強固な連結部を有した可動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の前提となる可動装置の構成の一例を示す平面図である。

【図2】図１に示した可動装置の断面図である。

【図3】第１の比較例を示す平面図である。

【図4】第１の比較例を示す断面図である。

【図5】ラスタ走査の一例を示す図である。

【図6】ベクター走査の一例を示す図である。

【図7】本実施形態の平面図を示す図である。

【図8】本実施形態の断面図を示す図である。

【図9】本実施例の接合部分を説明する断面図である。

【図10】第１の変形例の断面図を示す図である。

【図11】第１の変形例の接合部分を説明する断面図である。

【図12】第２の変形例の断面図を示す図である。

【図13】第２の変形例の接合部分を説明する断面図である。

【図14】第３の変形例を示す平面図である。

【図15】第３の変形例の断面図を示す図である。

【図16】（ａ）第４の変形例の断面図を示す図、（ｂ）Ｂ－Ｂ'の断面図の例である。

【図17】（ａ）本実施形態、（ｂ）第５の変形例、（ｃ）第６の変形例を示す断面図である。

【図18】（ａ）第７の変形例、（ｂ）第８の変形例を示す断面図である。

【図19】（ａ）第７の変形例のＣ－Ｃ'断面図（複数支持層）、（ｂ）第７の変形例のＣ－Ｃ'断面図（同心円）である。

【図20】第９の変形例を示す平面図である。

【図21】第１０の変形例を示す平面図である。

【図22】光走査システムの一例の概略図である。

【図23】光走査システムの一例のハードウェア構成図である。

【図24】制御装置の一例の機能ブロック図である。

【図25】光走査システムにかかる処理の一例のフローチャートである。

【図26】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27】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28】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29】光書込装置の一例の概略図である。

【図30】ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。

【図31】ライダ装置の一例の概略図である。

【図32】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。

【図33】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。

【図34】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。

【図35】画像表示機能を備えた瞳孔又は角膜の位置検知装置を示す概略図である。

【図36】図３５の瞳孔又は角膜の位置検知装置をヘッドマウントディスプレイに搭載したときの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0009】

＜可動装置の構成＞
図１は本発明の前提となる可動装置の構成の一例を示す平面図である。図１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１０１に接続され、ミラー部１０１をＹ軸に平行な第１軸周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂと、ミラー部１０１及び第１駆動部１１０ａを支持する第１支持部１２０と、第１支持部１２０に接続され、ミラー部１０１及び第１支持部１２０をＸ軸に平行な第２軸周りに駆動する第３駆動部１３０ａと、第４駆動部１３０ｂと、第３駆動部１３０ａ及び第４駆動部１３０ｂを支持する第２支持部１４０と、第１駆動部～第４駆動部及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。

【0010】

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駆動部１１２ａ及び第２駆動部１１２ｂ、第３駆動部１３１ａ～１３１ｆ、第４駆動部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。

【0011】

図２は図１に示した可動装置の断面図である。ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層１６１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。

【0012】

シリコン活性層１６３は、Ｘ軸方向又は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のみで構成された駆動部は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。

【0013】

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駆動部はＳＯＩ基板に限られない。

【0014】

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、ミラー部１０１は、ミラー部基体１０２の－Ｚ側の面にミラー部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及び酸化シリコン層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。

【0015】

第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂは、ミラー部基体１０２に一端が接続し、他端は第１支持部１２０に接続されている。第１駆動部１１０ａは、第１接続部１１１ａと第１駆動部１１２ａと第１駆動部の支持体から構成される。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、１１１ｂが、第１軸方向にそれぞれ延びており、第１駆動部１１２ａの支持体及び第２駆動部１１２ｂの支持体に接続しており、駆動部の支持体は第１支持部１２０に接続している。

【0016】

図２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１６３から構成される。また、第１駆動部１１２ａ、第２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及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料である。

【0017】

図１に戻り、第１支持部１２０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、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。

【0018】

第３駆動部１３０ａ、及び第４駆動部１３０ｂのそれぞれは、折り返すように連結された第３駆動部１３１ａ～１３１ｆ、又は第４駆動部１３２ａ～１３２ｆから構成され、ミアンダ構造を形成している。第３駆動部１３０ａ、及び第４駆動部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１４０の内周部に接続されている。このとき、第３駆動部１３０ａの支持体と第１支持部１２０の接続箇所及び第４駆動部１３０ｂの支持体と第１支持部１２０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。同様に、第３駆動部１３０ａの支持体と第２支持部１４０の接続箇所及び第４駆動部１３０ｂの支持体と第２支持部１４０の接続箇所も、反射面１４の中心に対して点対称となっている。

【0019】

第３駆動部１３１ａ～１３１ｆ、及び第４駆動部１３２ａ～１３２ｆの各々の＋Ｚ側の面の上には、駆動部ごとに、交互に圧電駆動部郡Ａ１１３ａと圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂが設けられている。圧電駆動部郡Ａ１１３ａのみを駆動、又は圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂのみを駆動とすることで、負電圧を使わずともミラーの振れ角を＋側、あるいは－側と制御することが可能である。また、圧電駆動部郡Ａ１１３ａと圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂに逆位相の電圧を与え、印加する信号の電圧や時間領域での切り替えを行う際、圧電駆動部郡Ａ１１３ａと圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂとで信号の切り替えに時間差を与え、発生する機械的な振動が圧電駆動部郡Ａ１１３ａと圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂとで逆相するようにして打ち消すことも可能である。これにより、高速な描画や複雑な駆動波形への応答が可能になる。

【0020】

図２に示されるように、第３駆動部１３０ａ、第４駆動部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及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料である。

【0021】

図１に戻り、第２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、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂ、第１支持部１２０及び第３駆動部１３０ａ、第４駆動部１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。

【0022】

電極接続部１５０は、例えば、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１駆動部１１２ａ、第２駆動部１１２ｂ、第３駆動部１３１ａ～１３１ｆの各上部電極２０３及び各下部電極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又は下部電極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。

【0023】

なお、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、弾性部の一面及び他面の双方に設けても良い。

【0024】

また、ミラー部を第１軸周り又は第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駆動部１１２ａ、第２駆動部１１２ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。また、例えば、トーションバー１１１ａ、１１１ｂがそれぞれ複数で構成されていても良い。

【0025】

さらに、第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第１支持部の＋Ｚ側の面上、第３駆動部１３０ａ、第４駆動部１３０ｂの上部電極２０３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を含む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又は下部電極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又は絶縁層を形成しないことにより、第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂ、第３駆動部１３０ａ、第４駆動部１３０ｂ及び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、反射防止材としての機能も備える。

【0026】

［制御装置の制御の詳細］
次に、可動装置の第１～４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。

【0027】

第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂ、第３駆動部１３０ａ、第４駆動部１３０ｂが備える圧電部２０２は、分極方向に正又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，第２駆動部１１０ｂ、第３駆動部１３０ａ、第４駆動部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。

【0028】

このとき、ミラー部１０１の反射面１４がＸＹ平面に対して＋Ｚ方向又は－Ｚ方向へ傾いた時のＸＹ平面と反射面１４により成す角度を、振れ角とよぶ。この時、＋Ｚ方向を正の振れ角、－Ｚ方向を負の振れ角とする。

【0029】

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、第２駆動部１１０ｂでは、第１駆動部１１２ａ、第２駆動部１１２ｂが有する圧電部２０２に、上部電極２０３及び下部電極２０１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２０２が変形する。この圧電部２０２の変形による作用により、第１駆動部１１２ａ、第２駆動部１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー（接続部）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、第２駆動部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。

【0030】

そこで、制御装置１１によって、第１駆動部１１０ａ、第２駆動部１１０ｂが有する第１駆動部１１２ａ、第２駆動部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。

【0031】

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。

【0032】

図３は第１の比較例を示す平面図である。ミラー部１０１に対して第１～第４の駆動部の位置が異なる。駆動部材（１１０ａ～１１０ｄ）には、駆動部（１１２ａ～１１２ｄ）、トーションバー（１１１ａ～１１１ｄ）および第１支持部１２０に接続する支持体などを含む。

【0033】

図４は第１の比較例の直線Ａ－Ａ'の断面図である。反射面１４はミラー部基体１０２の表面に形成され、駆動部１１２ｄ、１１２ｂの駆動によって回動する。ミラー部１０１は、リブ１４１によって機械的な強度を上げている。リブ１４１は、シリコン支持層１６１によって形成されている。

【0034】

図３のように、ミラー部１０１の４か所を支持し、支持したか所のそれぞれを駆動する構成とすることで、２次元に光偏向可能な可動装置となる。図１はラスタ走査に適した可動装置であるのに対し、図３はベクター走査やリサージュ走査に適している。ラスタ走査の場合は、図５に示すように、画面に画像などを一様に表現する場合に適している。図６のようなベクター走査では効率的に短時間の走査で図形などを示すことに適している。特に、図６に示す始点終点４から一筆書きで図形などを表示する場合は、非常に効率がよい。

【0035】

また、材質や製造工程や電気的な接続や制御方法は図１と同様の構成で実施可能であるが、上述の接続、及び制御方法に限定されない。駆動部の駆動方式は圧電駆動に限定されない。静電駆動、電磁駆動、熱電駆動であってもよい。各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。

【0036】

図７は本実施形態の可動装置を示す図である。図７に示されている矢印は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示しており、後述するＡ－Ａ'断面図（図８等）で説明する方向は、本図面で示す方向に対応する。本実施形態に示す可動装置は、可動部３と、駆動部材１１０ａ～１１０ｄと、第１支持部１２０と、電極接続部１５０と、を備える。また、駆動部材１１０ａ～１１０ｄのそれぞれは、駆動部１１２ａ～１１２ｄと、トーションバー１１１ａ～１１１ｄと、を含む。可動部３は、駆動部材１１０ａ～１１０ｄの略中央に配置されトーションバー１１１ａ～１１０ｄによって４か所で支持されている。可動部それぞれの駆動部１１２ａ～１１２ｄは可動部３を２次元の＋の振れ角、－の振れ角に回動させる。可動部３の駆動部材１１０ａ～１１０ｄと接続していない側の端部は、ミラー部１０１と接続しており、可動部３を介してミラー部１０１（反射部の一例）を２次元に回動させることができる。

【0037】

図８は、図７に示す可動装置の直線Ａ－Ａ'における断面図である。図８に示すように、可動部３とミラー部１０１は、支持層１２４を介して接続されている。また、ミラー部１０１には、ピラー１２２と、リブ１４１と、が設けられている。

【0038】

可動部３は、シリコン活性層１２８と酸化シリコン層１２６の２層から構成されている。これらの層は、第１のＳＯＩ基板から、例えばシリコン活性層１６３、及び酸化シリコン層１６２と共に形成される。

【0039】

支持層１２４は、第１接合部１２３、及び酸化シリコン層１２６（第2接合部と称することもある）によって可動部３と接続している。言い換えると、本実施形態における支持層１２４は、可動部３とミラー部１０１を、ミラー部１０１の反射面と交差する方向に連結する連結部８８８としての機能を有する。支持層１２４は、選択性のドライエッチングによって任意形状に一体的に形成され、平面状の可動部３から下方（－Ｚ方向）に突き出している。支持層１２４は、第１のＳＯＩ基板から、例えばシリコン支持層１６１と共に形成される。

【0040】

第1接合部１０３は、例えば、接着性樹脂などの接着剤である。第１接合部１２３の直径は、支持層１２４の直径に対し大きくなるように構成している。これにより、支持層１２４の接合面の全域が確実に第１接合部１０３と接触できるため、ミラー部１０１との連結をより強固にすることができる。

【0041】

ミラー部１０１は、ミラー部基体１０２の下面に反射面１０６が形成されている。ミラー部基体１０２は、例えば、シリコン活性層３０３、酸化シリコン層３０２、及びシリコン支持層３０１で構成される第２のＳＯＩ基板から、シリコン活性層３０３によって構成される。

【0042】

ピラー１２２（凸部と称することもある）は、例えば、第２のＳＯＩ基板のシリコン支持層３０１から形成される。ピラー１２２は、支持層１２４の近傍において支持層１２４を囲うよう、筒状に形成されている。ピラー１２２を設けることにより、第１接合部１２３として機能する接着剤の濡れ広がりを抑制することができる。また、第１接合部１２３とピラー１２２の内壁の少なくとも一部が接触することで、第２のＳＯＩ基板によって形成された部材と接着剤との接触面をより大きくすることができる。これにより、支持層１２４とミラー部１０１との連結をより強固にすることができる。このように、本実施形態におけるピラー１２２は、支持層１２４とミラー部１０１との連結を補強する補強部９９９としての機能を有する。

【0043】

リブ１４１は、例えば、第２のＳＯＩ基板のシリコン支持層３０１から形成される。リブ１４１は、支持層１２４を囲うよう、ミラー部１０１の縁部に筒状に形成されている。

【0044】

ピラー１２２およびリブ１４１は、ＳＯＩ基板の同一のシリコン支持層によって形成される。厚さが数十ミクロンの薄いシリコン活性層のミラー部基体１０２に対し、シリコン支持層３０１は厚さ数１００ミクロンあり、ミラー部基体１０２の骨格となっている。リブ１４１とピラー１２２が一体となってミラー部基体１０２の構造を強化することが可能となる。特に、ミラー部１０１の応力が集中する第１接合部１２３の近傍に、リブ１４１を配置し、ピラー１２２と強固に接合することで、効率的に強度を高めている。シリコン支持層３０１は数１００ミクロンの厚さがあり、ピラー１２２の内壁の高さを確保することも可能となる。

【0045】

第２のＳＯＩ基板でリブ１４１を形成することで、ミラー部１０１の強度を向上することができる。そのため、シリコン活性層３０３の薄い層で、ミラーの大部分を占めるミラー部基体１０２を構成することができ、軽量化が図れている。リブ機能による機械強度の維持により、ミラー部１０１を軽量化でき、慣性モーメントを低減できる。これにより、ミラー部１０１をより高速に揺動できる他、同じ駆動力に対するミラー部１０１の最大振れ角を増大させることができる。

【0046】

ピラー１２２は、ミラー部基体１０２に備わっている第２のＳＯＩ基板によって形成されている。

【0047】

円筒状のピラー１２２の直径２１３は、可動部３の直径２１２よりも小さく構成される。ピラー１２２の内部に配置させる支持層１２４も可動部よりも小さい。これにより、可動部３は大きな直径を有していることにより可動部のトルクを確保することができる。また可動部３の直径２１２に合わせてトーションバー１１１ｂ、及び１１１ｄの幅を調節可能であるため、機械強度の向上と、同じ駆動力に対するミラー部１０１の最大振れ角の増大を両立できる。同時にピラー１２２が細いことで慣性モーメント低減の低減を実現できている。これにより振り幅が大きい可動装置を実現できる。

【0048】

ピラー１２２と支持層１２４の高さの大小関係について、以下に述べる。基準位置はミラー部基体１０２の上面であり、第２のＳＯＩ基板である酸化シリコン層３０２の上面とする。ピラー１２２の高さは基準位置２２２からピラー１２２の上面２２１までの距離となる。また、支持層１２４の高さは、基準位置２２２から酸化シリコン層１２６との接合面２２０までの距離である。酸化シリコン層１２６との接合面２２０は、第１のＳＯＩ基板の酸化シリコン層の下面に当たる。支持層１２４の高さには、第１接合部１２３の厚さを含まない。このように比較したピラー１２２の高さと支持層１２４の高さは、支持層１２４の方が高いことが望ましい。この状態であれば、ミラー部基体１０２の強度を維持するピラーが強固な構造体となると同時に、支持層１２４の回動の障害になることを防止できる。これにより、慣性モーメントが小さく、かつミラー部１０１の振れ幅を大きくとることが可能となる。

【0049】

ピラー１２２と同様の目的で、リブ１４１をミラー部基体１０２の周辺に形成している。リブ１４１は第２のＳＯＩ基板のシリコン支持層３０１によって構成されている。このリブ１４１の高さも、先のピラー１２２の高さと同様に基準位置２２２とピラー１２２の上面２２１によって決まる。リブ１４１の高さも、支持層１２４の高さよりも低く設計する。これにより、ミラー部１０１が回動する際、リブ１４１とトーションバー１１１ｂ又は１１１ｄ等との接触による破損を抑制できる。リブ１４１によりミラー部基体１０２は軽量であるが強固な反射面１０６を形成することが可能となる。軽量であるため慣性モーメントを小さくできる。

【0050】

図９は、第１接合部１２３（接着性樹脂）の周辺を拡大した断面図である。第１接合部１２３には接着性樹脂が備わっており、第１接合部１２３を接着性樹脂と呼ぶことがある。本実施形態ではピラー１２２は円筒状であり、支持層１２４に対し、数十ミクロン程度、内径が大きく形成される。つまり、支持層１２４およびピラー１２２の間には、数十ミクロンの隙間を設けている。この隙間を介して、支持層１２４の側壁とピラー１２２の内壁が対向している。支持層１２４は弾性体である第１接合部１２３によって、ミラー部基体１０２に固定され、ピラー１２２はミラー部基体１０２とは強固な共有結合である酸化シリコン層３０２を介して固定されている。

【0051】

支持層１２４とピラー１２２とに働く異なる方向の力によって、相対的に移動する可能性がある。相対的な移動を抑制することで、接合部の長期的な安定性が高まる。支持層１２４の側壁とピラー１２２の内壁が適切に対向することで、支持層１２４が移動しても、ピラー１２２が対抗することで、支持層がそれ以上は移動することがない。この対向状態を最適に形成することで、機械強度の強い接合を得ることができる。これにより駆動部材１１０ａ～１１０ｄに接続されている支持層１２４とミラー部基体１０２とが強固に固定される。

【0052】

支持層１２４とピラー１２２の隙間が適切に設計されることで、ミラー部１０１を実装する際のクリアランスを取ることが可能となる。この隙間は、ミラー部１０１を実装するダイボンダーの性能上、少なくとも１ミクロン以上あることが望ましい。これはダイボンダーに備わっている焦点深度の深い実体顕微鏡の回折限界に依存している。

【0053】

支持層１２４の先端（下面）によって、第１接合部１２３の上部から押圧することで、第１接合部１２３を変形させ、熱などによって硬化させる。支持層１２４とミラー部基体１０２との間に挟まれる第１接合部１２３の厚さは、１０ナノメートル以上が望ましい。接着性樹脂は弾性体であり、外部からの衝撃を吸収し、界面の剥離などを起こさないが、１０ナノメートル以下では、この衝撃を吸収するだけの弾性変形を起こすことができなくなる。

【0054】

支持層１２４の下面は第１接合部１２３によってミラー部基体１０２と接合されている。第１接合部１２３は、熱硬化性の樹脂が望ましく、エポキシやシリコン樹脂などの一般的な接着剤でよい。第１接合部１２３の引張弾性率は、２０Ｎ／ｍｍ＾２以下とすることが望ましい。これにより外部からの振動などの衝撃を吸収し、界面での剥離を抑制し、接合部の長期的な安定性を図れる。

【0055】

支持層１２４の先端（下面）によって、第１接合部１２３の上部から押圧することで、第１接合部１２３を変形させ、その変形した状態を維持しながら熱によって硬化する。支持層１２４は濡れ性が高いため、変形した第１接合部１２３は支持層１２４の側面にも這い上がる。支持層１２４の側面およびピラー１２２の内壁にも第１接合部１２３が接触した状態で硬化する。これにより支持層１２４はピラー１２２の内壁からも固定されることになる。支持層１２４の側面は、Ｚ方向に延伸しており、接合面に垂直に延伸する面の一例である。

【0056】

第１接合部１２３はピラー１２２内壁と支持層１２４の外壁（側面）の間にも挟まれている。挟まれることで、ピラーに１２２に対し相対的な支持層１２４の移動を抑制する。つまりは、支持層１２４の移動を誘発する外部からの衝撃を吸収し、移動を抑制する。

【0057】

第１接合部１２３の引張弾性率は、０．００１Ｎ／ｍｍ＾２以上とすることで、支持層１２４とピラー１２２に挟まれた第１接合部１２３が外部抗力に耐えうることができ、相対的な移動を抑制でき、支持層１２４とピラー１２２の距離を一定に保つことができる。

【0058】

上記に記した支持層１２４の外壁（側面）とピラー１２２の内壁との固定は、支持層１２４が底面だけで固定されている場合に比べはるかに機械強度を増す。特に、ミラー部基体１０２の水平方向にかかるＸＹ平面上の衝撃的な振動には、それに対抗するＺ方向に延伸する側面での固定が大きな役割を果たす。底辺だけの固定では、ＸＹ平面に平行な方向のせん断応力であるのに対し、Ｚ方向に延伸する側面での固定では、第１接合部１２３のヤング率によって変化する量で対抗する力になる。

【0059】

支持層１２４とピラー１２２との隙間が大きいと、支持層１２４がピラーの内壁から距離が大きくなりすぎる。第１接合部１２３の這い上がりを考慮すると、隙間は１００ミクロン以下であることが望まれる。ただし、本実施形態で用いる接着性樹脂の粘性などによって影響するため、この限りではない。なお、図９では、第１接合部１２３によって支持層１２４とミラー部基体１０２が隔離している様子を示しているが、隔離していなくても良い。例えば、支持層１２４とミラー部基体１０２の一部又は全部が接触し、支持層１２４とピラー１２２との間を第１接合部１２３で接着する構成としても良い。

【0060】

第１接合部１２３は接合方法の一例である。接合方法は、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕなどの積層構造を用いて、ＡｕとＡｕの金属接合を利用することで、さらなる強固な接合方法を採用してもよい。また、ウエハ接合の場合、金属拡散接合、共晶接合、接着剤接合、陽極酸化接合、ガラスフリット接合によるいずれかが望ましい。またＳｉとＳｉなどの接合などもでもよい。

【0061】

駆動部１１２ａ～１１２ｄの形状は、アクチュエータにより反射面を回動させる構成であれば、これに限られない。第１支持部１２０には駆動部１１２ａ～１１２ｄ以外にも、例えば変位の検出部や、ヒーター、電気配線等を有していてもよい。

【0062】

印可電圧の信号波形は実施形態例に限られず、Ｓｉｎ波や矩形波、鋸波のような周期的な波形であってもよいし、より複雑な周期波形であってもよい。ＤＣ駆動であってもよい。また、構造固有の共振周波数に駆動波形の周波数を近づけ、リサージュ走査してもよい。

【0063】

駆動部１１２ａ～１１２ｄの駆動方法は、圧電駆動、静電駆動、電磁駆動、熱電駆動などがあるが、低電圧化・集積化の観点で相性のよい圧電駆動が望ましい。

【0064】

図１０は、図７のＡ－Ａ'断面と対応する方向から見た、第１の変形例の断面図である。図７で示した実施形態に対し、ピラー１２２と支持層１２４の位置が異なり、支持層１２４が円筒状となり、ピラー１２２を囲う形態である。本変形例における支持層１２４は、可動部３とミラー部１０１を、ミラー部１０１の反射面と交差する方向に連結する連結部８８８としての機能を有する。また本変形例におけるピラー１２２は、支持層１２４とミラー部１０１との連結、すなわち可動部３とミラー部１０１との連結を補強する補強部９９９としての機能を有する。

【0065】

可動部３はトーションバー１１１ｂ、１１１ｄと接続しており、駆動部１１２ａ～１１２ｄからの動力によって回動する。可動部３は、第１のＳＯＩ基板のシリコン活性層１２８と酸化シリコン層１２６により形成される。可動部３の酸化シリコン層１２６から、下方に支持層１２４が円筒状に突出している。支持層１２４は、第１のＳＯＩ基板から形成され、シリコンの共有結合により可動部３と強固に一体化している。支持層１２４は、第１接合部１２３によって、第２のＳＯＩ基板から形成されるミラー部基体１０２と接合している。

【0066】

第２のＳＯＩ基板は、ミラー部基体１０２とミラーの端部に形成されたリブ１４１およびピラー１２２を備えている。ピラー１２２は円筒状の支持層１２４の内側に挿入されている。

【0067】

ピラー１２２がミラー部１０１の中央に位置していることで、円筒状の支持層１２４を実装するときに、ガイドとして利用することができ、実装工程が容易となる。ピラー１２２に比べ支持層１２４の方を高く設計することで、ピラー１２２が可動部３に干渉することがない。

【0068】

図１１は、第１接合部１２３の周辺を拡大した断面図である。第１の変形例では支持層１２４は円筒状であり、ピラー１２２を囲う形態となっている。ビア１４４はピラー１２２に対し、数十ミクロン程度大きい内径で形成される。つまり、ピラー１２２外壁の側面と支持層１２４の内壁の間には、数十ミクロンの隙間を設けている。この隙間をおいて、支持層１２４の内壁とピラー１２２の側面が対向している。この対向状態を最適に形成することで、機械強度の強い接合を得ることができる。これにより駆動部材１１０ａ～１１０ｄに接続されている支持層１２４とミラー部基体１０２が強固に固定される。

【0069】

支持層１２４は第１接合部１２３を介して、ミラー部基体１０２に接続されている。ミラー部１０１の中心および可動部３の中心にピラー１２２を形成する。ピラー１２２を中心に支持層１２４が囲むように配置されている。第１接合部１２３は、支持層１２４の内壁および、ピラー１２２の側面に這い上がるように配置されている。製造工程において、弾性のあるペースト状の第１接合部１２３が支持層１２４に押圧されることで、適切に変形し、その後の硬化工程で硬化されている。第１接合部１２３は、支持層１２４とピラー１２２との間にも挟まれている。これにより、第１接合部１２３の接着領域を増やすことや支持層１２４の相対的な移動を抑制することが可能となる。接合部の接合強度を強化することができる理由は、本実施形態と同様である。本変形例では、円柱状のピラー１２２の同心円上に、支持層１２４を円筒状に配置し、第１接合部１２３の変形する際には点対称に変形するようにした。これにより接着性樹脂の重心の点対称性が向上し、回動の安定化が図れる。回動の安定性は、高速化および、耐振動の向上性が期待できる。

【0070】

図１２は、図７のＡ－Ａ'断面と対応する方向から見た、第２の変形例の断面図である。図７で説明した実施形態に対し、ピラー１２２と支持層１２４の位置が異なる。可動部３の酸化シリコン層１２６と接続した支持層１２４が円筒状に突出した形態で一体的に成形されている。支持層１２４の内壁に挿入するように、第２のＳＯＩ基板によって形成されている円柱状のピラー１２２が配置されている。ピラー１２２は支持層１２４によって囲われている。ピラー１２２は接着性材料１２５を介して、可動部３の酸化シリコン層１２６に接合されている。支持層１２４は補強部の一例である。ピラー１２２は連結部の一例である。本変形例におけるピラー１２２は、可動部３とミラー部１０１を、ミラー部１０１の反射面と交差する方向に連結する連結部８８８としての機能を有する。また本変形例における支持層１２４は、支持層１２４とミラー部１０１との連結、すなわち可動部３とミラー部１０１との連結を補強する補強部９９９としての機能を有する。

【0071】

図１３は、第１接合部１２３の周辺を拡大した断面図である。第２の変形例では支持層１２４は円筒状であり、ピラー１２２に対し、数十ミクロン程度大きい内径が形成されている。つまり、支持層１２４およびピラー１２２の間には、数十ミクロンの隙間を設けている。この隙間をおいて、支持層１２４の側壁とピラー１２２の内壁が対向している。この対向状態を最適に形成することで、機械強度の強い接合を得ることができる。

【0072】

ピラー１２２は接着性材料１２５（例えば接着性樹脂）によって、可動部３の酸化シリコン層１２６に固定されている。また、接着性材料１２５はピラー１２２の側面および支持層１２４の内壁にまで這い上がるように配置されている。円柱上のピラー１２２を中心に円筒状の支持層１２４が囲むように配置されている。また、その内部では、接着性材料１２５がピラー１２２と支持層１２４の間を埋めるように配置されている。接着性材料１２５はピラー１２２の側面および支持層１２４の内壁によって挟まれている。これにより、接着性材料１２５の接着領域を増やし、かつ、相対的な移動を抑制している。これにより、ミラー部基体１０２に接続されているピラー１２２と可動部３の酸化シリコン層１２６とが強固に固定される。

【0073】

図１４は第３の変形例である。中央部にミラー部１０１があり、トーションバー１１１ａによって支持されている。トーションバー１１１ａと駆動部１１２ａを含む駆動部材１１０ａは第１支持部１２０に固定されている。ミラー部１０１は駆動部材（１１０ａ～１１０ｄ）によって、４か所から支持されている。それぞれの４つの駆動部材（１１０ａ～１１０ｄ）は平面視においてミラー部１０１を中心にした点対称に配置されている。それぞれの駆動部材（１１０ａ～１１０ｄ）は、ミラー部１０１を２次元の＋の振れ角、－の振れ角に回動する。なお、上述した平面視とは、図１４において＋Z方向からＸＹ平面を見ることを言う。換言すると、回動していないときのミラー部１０１の法線方向から見ることを言う。

【0074】

図１５は、図７のＡ－Ａ'断面と対応する方向から見た、第３の変形例の断面図である。第１のＳＯＩ基板から形成されたミラー部１０１が、ピラー１２２によって可動部３に接続している。ミラー部１０１は、シリコン活性層１６３と、酸化シリコン層１６２と、反射面１４で構成されている。ピラー１２２は、同じ第１のＳＯＩ基板のシリコン支持層１６１から、半導体プロセスによって一体的に成形されている。ピラー１２２とミラーの酸化シリコン層１６２との界面は、非常に強硬な結合をしている。

【0075】

可動部３には、支持層１２４および可動部３のビア１４４が形成されている。ビア１４４は、第２のＳＯＩ基板のシリコン活性層３０３において、シリコン活性層３０３を選択性のドライエッチングによって、窪み１４６と共に形成される。窪み１４６、は底面を第２のＳＯＩ基板の酸化シリコン層で構成され、その周辺を可動部のビア１４４によって囲むように形成される。窪み１４６の内壁であるビア１４４の側面とピラー１２２の外壁は対向している。ピラー１２２は連結部の一例であり、ビア１４４は補強部の一例である。本変形例におけるピラー１２２は、本実施形態における支持層１２４は、可動部３とミラー部１０１を、ミラー部１０１の反射面と交差する方向に連結する連結部８８８としての機能を有する。また本変形例におけるビア１４４は、支持層１２４とミラー部１０１との連結、すなわち可動部３とミラー部１０１との連結を補強する補強部９９９としての機能を有する。

【0076】

－Ｚ方向を法線としたピラー１２２の下面と可動部３は、接着性材料１２５を介して接合している。これによりミラー部１０１と可動部３とが接合している。窪み１４６の底面は酸化シリコン層３０２に限定されず、第２のＳＯＩ基板のシリコン支持層３０１によって形成された支持層１２４が担っても構わない。接着性材料１２５は、ピラー１２２側面および、ビア１４４の内壁にも接触している。ビア１４４の側面とピラー１２２の側面の間に接着性材料１２５が挟まれている。これにより、ピラー１２２を側面方向からも固定している。これにより、水平方向の衝撃に対し、機械強度を増している。

【0077】

支持層１２４は第２のＳＯＩ基板のシリコン支持層３０１によって構成されている。支持層１２４はビア１４４の内径よりも小さく設計している。適切な大きさに設計することで、可動部３の強度やトルクの大きさ、軽量化などを適切に配分することが可能となる。本変形例では、支持層１２４の直径よりも、ピラー１２２の直径を小さくしている。これによって、ミラー部１０１および可動部３およびピラー１２２を含めて可動する要素の重量を低減して、慣性モーメントを低減することが可能である。

【0078】

接着性材料１２５は塗布段階では粘性を設計しコントロールした液体を、設計された滴下量をディスペンサーによって、設計された位置に塗布される。塗布した後に、ミラーを実装し、ピラー１２２の先端で接着性材料１２５を押圧し変形させる。接着性材料１２５を塗布する工程もしくは押圧変形させる工程において、塗布した接着剤が可動部３やトーションバー１１ｂ、１１１ｄにはみ出す可能性がある。

【0079】

本変形例では、シリコン活性層３０３に窪み１４６を設けている。この窪み１４６によって、液性の接着性材料１２５がはみ出してしまうことを抑制することが可能となる。はみ出した先がトーションバー１１１ｂ、１１１ｄとなった場合、硬化した接着性材料１２５は、トーションバーのばね定数を悪化させるため、安定した可動ができなくなる。窪み１４６によって可動部内に接着性材料１２５を適切な位置に配置することが可能となり、可動部の支持層の揺動が安定し、ミラー部１０１を高速に回動することが可能になる。

【0080】

シリコン活性層３０３によってトーションバー１１１ａ～１１１ｄも形成されているため、トーションバー１１１ａ～１１１ｄと窪み１４６である補強部が共有結合の結晶構造でつながっている。トーションバー１１１ａ～１１１ｄは、駆動部１１２ａ～１１２ｄからの運動をそのばね機能によって増強し補強部９９９に直接伝達する。駆動部１１２ａ～１１２ｄ、トーションバー１１１ａ～１１１ｄ、補強部９９９のすべての動力伝達経路がすべて同一の共有結合の結晶構造であり、界面が存在しないため強固な構造体である。このため、剥離などの破断を防ぐことができる。

【0081】

本変形例では、反射面１４と電極接続部１５０の面が同一面となる。これにより、裏面から電極を取るための３次元的な実装手法を採用する必要がなくなる。同一面であるために、一般的なワイヤーボンディング方法などによる電気的な実装が可能となる。低コストの実装が可能となる。

【0082】

図１６は第４の変形例を示す。図１６はピラー１２２の形状について説明する図である。図１６（ａ）は第１のＳＯＩ基板で形成されたミラー部１０１と第２のＳＯＩ基板で形成された可動部３の周辺部分に着目した断面図である。可動部３に繋がるトーションバーや駆動部は図示していない。図１６（ｂ）はピラー１２２の断面図（Ｂ－Ｂ'）である。断面図には、理解しやすいように断面（Ｂ－Ｂ'）よりも下部にある可動部３のシリコン活性層１２８の形状も同じ図面上に示している。図１６（ｂ）では、ピラー１２２の断面が、円形であることが示されている。

【0083】

ピラー１２２の断面形状が円形であると点対称となる。第１接合部１２３の塗布工程および押圧変形する際に、第１接合部１２３が対称性よく変形する。第１接合部１２３を対称性良く配置することが可能となる。２次元に回動する際に、重量のバランスがよく、安定した回動が可能となる。

【0084】

図１６（ｃ）には他の例を記している。図１６（ｃ）のようにピラー１２２の断面形状が矩形であると、第１接合部１２３のピラー１２２の側面での塗布面積を増やし、接着強度を強めることが可能となる。

【0085】

図１６（ｄ）に示すように、可動部３とピラー１２２の断面形状は相似ではなく、異なっていてもよい。

【0086】

図１７は、第１支持部１２０の構成を変えた変形例を示す断面図である。図１７（ａ）は、図８に示す変形態と同じであり、第２のＳＯＩ基板で形成される第１支持部１２０はシリコン支持層３０１によって形成されている。図１７（ｂ）は第５の変形例である。第１支持部１２０にのみ、Ｓｉ基板を接合し、シリコン支持層３０４を第１支持部１２０に加えている。図１７（ｃ）は第６の変形例である。第１支持部１２０にのみ、アルミやセラミックなどの材料で加工された、支持部（セラミックまたはアルミなど）３０６を接着層３０５によって接合している。第１支持部１２０を硬度の高い材料で構成することで、可動装置全体の強度を向上することができる。

【0087】

図１８（ａ）は、第７の変形例を示す断面図である。可動部３に、２つの支持層１２４ａ、１２４ｂが形成される形態である。この２つの支持層１２４ａ，１２４ｂがミラー部基体１０２の酸化シリコン層３０２と接合されている。

【0088】

図１８（ｂ）は第８の変形例を図７のＡ－Ａ'断面と対応する方向から見た、第８の変形例の断面図である。本変形例は、図７で示した実施形態に対し、第１のＳＯＩ基板で形成されたミラー部基体１０２のシリコン支持層１６１がピラー１２２ａ、１２２ｂとなっている。ピラーは１２２ａおよび１２２ｂと示すように２本のピラーで構成されている。ピラー１２２ａ、１２２ｂは、可動部３のシリコン活性層１２８に接着性材料１２５を介して接合している。可動部３のシリコン活性層および酸化シリコン層３０２は２か所の窪みを形成して、その窪みに合わせてピラー１２２ａおよび１２２ｂが配置されている。

【0089】

第７の変形例および第８の変形例ともに、２つのピラーもしくは２つの支持部によって、ミラー部基体１０２と可動部３が接合されている。

【0090】

図１９には、第７の変形例のＣ－Ｃ'断面の例を示す。図１９（ａ）は、支持層１２４ａと支持層１２４ｂの２つの支持層が並列して配置している。その間に、ピラー１２２が３本並列している形態である。

【0091】

図１９（ｂ）には、同心円状に配置した２本のピラーを配置した例を示している。円柱状の第１のピラー１２２および支持層１２４ａ、その外側に第２のピラー１２２を示している。２本のピラーは、２本を並列にしてもよいし、円筒状の第２のピラー内部に、円柱状の第１のピラーを並べてもよい。その間には第１接合部１２３が存在し、それぞれを強固に固定している。

【0092】

このように複数の面で接合することで接合強度が増し、大きな画角を得ることが可能になる。本変形例では２つの支持層１２４ａ、１２４ｂまたは第１及び第２のピラー１２２での例を示したが、支持層・ピラーの数や形状は実施形態の形状に限定されない。複数本の支持層またはピラーで連結部を構成することで強度が向上する。

【0093】

図２０は、第９の変形例を示す平面図である。図２０は支持部に複数の梁部が折り返すように接続されたミアンダ構造を有する可動装置である。

【0094】

第１支持部１２０や駆動部１１２ａ～１１２ｂの形状や詳細は実施形態例に限定されないが、駆動部１１２ａ～１１２ｂの支持体をミアンダ構造とすることで、第１のＳＯＩ基板である駆動部材１１０ａ～１１０ｄ周辺の大きさや重さが増えることによる構造非線形性の増加を抑えることができ、大きな画角を得ることができる。また、各々の梁部の＋Ｚ側の面の上に、梁部ごとに、交互に圧電駆動部郡Ａ１１３ａと圧電駆動部郡Ｂ１１３ｂが設けられた場合、Ａのみを駆動、またはＢのみを駆動とすることで、負電圧を使わずともミラーの振れ角を＋側、あるいは－側と制御することが可能である。さらに、前記圧電駆動体Ａと前記圧電駆動体Ｂに逆位相の電圧を与え、印可する信号の電圧や時間領域での切り替えを行う際、前記圧電駆動体Ａと前記圧電駆動体Ｂとで信号の切り替えに時間差を与え、発生する機械的な振動がＡとＢとで逆相するようにして振動のリンギングを打ち消すことも可能である。

【0095】

リンキングのような高周波の細動は、接合面などの悪影響を及ぼす可能性があり、このリンキングを抑制することで剥離を抑制できる。

【0096】

図２１は、第１０の変形例を示す平面図である。第１のＳＯＩ基板に、駆動部１１２ａ～１１２ｄとトーションバー１１１ａ～１１１ｄを有する駆動部材（１１０ａ～１１０ｄ）を設けている。駆動部材１１０ａには開口部７７７が形成されており、トーションバー１１１ａは２本から構成されている。また、駆動部１１２ａは開口部７７７が中央付近まで伸びている。このように駆動部材１１０ａに開口部７７７を有することで、トーションバー１１１ａの弾性が増し、可動部の振れ角を増大することが可能となる。また、同じ、第１のＳＯＩ基板に回折素子等の光学機能素子１０８が設けられている可動装置である。光学機能素子１０８は、本実施形態のミラー部に入れ替える形で、他の要素は本実施形態と同じであってよい。光学機能素子の詳細は本実施形態に限定されない。光学機能素子はミラーなどの反射機能だけに留まらず、波長分散を起こすような機能やレンズのような集光機能を有していてもよい。光学機能素子は反射部の一例である。

【0097】

以下、本発明の可動装置を応用した実施形態について詳細に説明する。

【0098】

［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２２～図２５に基づいて詳細に説明する。

【0099】

図２２には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図２２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。

【0100】

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。

【0101】

制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及び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。

【0102】

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及び可動装置１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２及び可動装置１３に駆動信号を出力する。

【0103】

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軸方向又は２軸方向の少なくともいずれかに可動させる。

【0104】

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、図２２では、一例としてラスタ走査により画像を投影する際の概略図を示しているが、本実施形態の可動装置によれば、リサージュ走査、又はベクトル走査によって画像を投影することもできる。本実施形態の可動装置の詳細及び制御装置による制御の詳細については後述する。

【0105】

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２３を用いて説明する。図２３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及び可動装置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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

ＦＰＧＡ２３は、ＣＰＵ２０の処理に従って、光源装置ドライバ２５及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。

【0110】

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、外部装置との接続又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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令及び図２３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。

【0116】

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２４を用いて説明する。図２４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。

【0117】

図２４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。

【0118】

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又は可動装置１３に駆動信号を出力する。

【0119】

駆動信号は、光源装置１２又は可動装置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及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及び可動範囲を制御する駆動電圧である。

【0120】

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２５を用いて説明する。図２５は、光走査システムにかかる処理の一例のフローチャートである。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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及び可動装置１３に出力する。

【0124】

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及び可動装置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。

【0125】

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及び可動装置１３を制御する装置及び機能を有しているが、光源装置用の制御装置及び可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。

【0126】

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及び可動装置１３の制御部３０の機能及び駆動信号出力部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。

【0127】

［画像投影装置］
次に、本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２６及び図２７を用
いて詳細に説明する。

【0128】

図２６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の実施形態にかかる概略図である。また、図２７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。

【0129】

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。

【0130】

図２６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。

【0131】

図２７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。

【0132】

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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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、又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。

【0136】

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。

【0137】

なお、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、特許請求の範囲に記載の「ヘッドアップディスプレイ」の一例である。また自動車４００は、特許請求の範囲に記載の「車両」の一例である。

【0138】

［光書込装置］
次に、本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２８及び図２９を用いて詳細に説明する。

【0139】

図２８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２９は、光書込装置の一例の概略図である。

【0140】

図２８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本又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。

【0141】

図２９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軸方向又は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（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及び反射面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。

【0142】

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。

【0143】

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。

【0144】

［物体認識装置］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用した物体認識装置について、図３０及び図３１を用いて詳細に説明する。

【0145】

図３０は、物体認識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。ライダ装置を自動車の前照灯を搭載する灯部ユニットに搭載した自動車の概略図である。また、図３１はライダ装置の一例の概略図である。

【0146】

物体認識装置は、対象方向の物体を認識する装置であり、例えばライダ装置である。

【0147】

図３０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を認識する。

【0148】

図３１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及び可動装置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。

【0149】

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、又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。

【0150】

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認識することができる。

【0151】

上記物体認識装置では、一例としてのライダ装置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。

【0152】

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。

【0153】

［レーザヘッドランプ］
次に、上記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３２を用いて説明する。図３２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。

【0154】

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。

【0155】

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。

【0156】

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。

【0157】

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。

【0158】

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。

【0159】

［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３３～３４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。

【0160】

図３３は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図３３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。

【0161】

図３４は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図３４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。

【0162】

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。

【0163】

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。

【0164】

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。

【0165】

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。

【0166】

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。あるいは、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。

【0167】

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。

【0168】

［眼球の傾き位置検知装置（瞳孔又は角膜の位置検知装置）］
次に、上述した可動装置を、眼球の傾き位置検知装置として適用した場合について説明する。本実施形態における「眼球の傾き位置」は、眼球の瞳孔や角膜の位置等、又は使用者の視線方向である。以下では「眼球の傾き位置」を瞳孔又は角膜の位置とし、「眼球の傾き位置検知装置」を「瞳孔又は角膜位置検知装置」として説明する。また、以下で説明する瞳孔又は角膜位置検知装置は、連続的に、又は時間間隔を設けて使用者の視線方向を検知、又は追跡する、視線方向追跡装置（アイトラッキング装置）と同義である。

【0169】

図３５は、画像表示機能を備えた瞳孔又は角膜の位置検知装置８０を示す概略図である。図中に示されている矢印は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示しており、本図面は、要部を上方（＋Ｙ方向）から見た図である。図３５に示す瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、光源８２と、第１光偏向部８３と、光走査部８４と、第２光偏向部８５と、受光部８６と、を有する。

【0170】

光源８２は、例えば、赤色、緑色、青色のレーザ光を射出するレーザ光源（８２ｒ、８２ｇ、８２ｂ）と、赤外線レーザ光を射出する赤外線レーザ光源８２ｉｒと、を有する。レーザ光源８２ｒ、８２ｇ、８２ｂは、何れか１つ又は２つの組み合わせであっても良く、可動装置１３によって画像を描画するための光を射出する。

【0171】

赤外線レーザ光源８２ｉｒは、瞳孔又は角膜位置を検出するための光を射出する。なお、瞳孔又は角膜位置を検出するための光は、赤外線に限定されず、可視光であっても良い。ただし、描画された画像の視認性向上の観点から、不可視光が好ましい。

【0172】

第１光偏向部８３は、例えばダイクロイックミラーであり、光源８２から射出された光を合成しながら、可動装置１３の反射面１４に向けて偏向する。第１光偏向部８３は、光源８２が備えるレーザ光源（８２ｒ、８２ｇ、８２ｂ）及び赤外線レーザ光源８２ｉｒの数に応じて複数有していても良い。図３５に示す実施形態では、第１光偏向部８３は、第１光偏向部８３－１，８３－２，８３－３，８３－４，８３－５を用いてそれぞれの光を合成しながら偏向する。

【0173】

可動装置１３は、第１又は第２の実施形態として説明した可動装置の何れかである。可動装置１３は、反射面１４を備え、第１光偏向部８３で偏向された光を、第２光偏向部８５に向けて２次元方向に走査する。このとき、可動装置１３は、例えばラスタ走査によって第１光偏向部８３で偏向された光を走査し、画像を形成する。なお、本図では可動装置１３が１つである場合を示しているが、２以上の可動装置１３を設けた構成であっても良い。

【0174】

第２光偏向部８５は、例えばホログラフィック光学素子であり、可動装置１３で走査された光Ｌ１を、使用者の眼球８７に向けて偏向する。第２光偏向部８５で偏向された光Ｌ２の少なくとも一部は、表示画像光として使用者の眼球８７に入射する。また第２光偏向部８５は、複数の光偏向部材を備えた構成としても良い。例えば、光源８２から射出された光のうち特定の光を反射する光偏向部材を複数種類用いて、光源８２から射出された光ごとに反射面が異なる構成としても良い。具体例としては、眼球８７に近い順に、レーザ光源（８２ｒ、８２ｇ、８２ｂ）で射出された光を反射する光偏向部材、赤外線レーザ光源８２ｉｒから射出された光を反射する光偏向部材を積層した構成とした構成が挙げられる。

【0175】

受光部８６は、第２光偏向部８５で偏向された光Ｌ２のうち使用者の眼球８７で反射した光Ｌ３を受光し、受光した光に応じた検出信号ＳＤを出力する（図３６参照）。受光部８６は、例えば赤外線を検出可能な撮像素子である。また、受光部８６は、使用者の眼球８７で反射した光Ｌ３を受光可能な位置に、複数個設けられていても良い。受光部８６が受光する光は、眼球（瞳孔、角膜等）の位置変化、すなわち視線方向の変化に依存して光強度が変化する。そこで、本実施形態における瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、受光部８６が受光する光の強度に基づいて、瞳孔又は角膜位置を検知、又は推定する。また受光部８６は、第２光偏向部８５で偏向された光Ｌ２が照射された眼球８７を撮像する構成としても良い。この場合、瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、撮像した画像（検出信号ＳＤ）に含まれる瞳孔又は角膜の位置と、眼球８７において第２光偏向部８５で偏向された光Ｌ２が反射する位置と、に基づいて眼球の傾き位置を検知、又は推定する。

【0176】

上述した通り、本実施形態に係る瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、可動装置１３で画像を形成しつつ、瞳孔又は角膜の位置を検知することができる。また可動装置１３は、より効率的に光を走査可能な構成であるため、より低電力で画像形成、及び瞳孔又は角膜の位置の検知を実現することができる。

【0177】

また、瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、例えば、視線方向追跡（アイトラッキング）装置としてヘッドマウントディスプレイに搭載し、使用者の視線方向を検知、又は追跡することもできる。この場合、例えば、使用者の視線方向付近の領域に表示する画像に対し、その他の領域で表示する画像の解像度を下げること（中心窩レンダリング）により、全域に高解像度の画像を表示する場合に比べ画像処理を高速化することができる。

【0178】

図３６は、図３５で説明した瞳孔又は角膜の位置検知装置を、ヘッドマウントディスプレイに搭載したときの構成を示す図である。図３６に示す瞳孔又は角膜の位置検知装置８０は、光源８２と、第１光偏向部８３―１～４と、レンズ９２と、レンズ９３と、走査ミラー９４と、偏向ミラー９５と、第２光偏向部８５と受光部８６と、制御部９６と、を備える。光源８２、第１光偏向部８３―１～４、第２光偏向部８５、及び受光部８６は、図３５で説明した構成と同様であるため、重複する特徴を省略することがある。レンズ９２は、光源８２により射出された光を略平行光に変換する光学系である。レンズ９３は、レンズ９２で略平行光に変換された光を、所望のレーザビーム状態へと成形する光学系である。本実施形態では、レンズ９２と、レンズ９３とを有する構成を示しているが、レンズ９２及びレンズ９３を必ずしも設けなくてもよい。

【0179】

レンズ９２及びレンズ９３で形成された光は、走査ミラー９４（可動装置１３）に入射する。走査ミラー９４は、入射した光を走査し画像光を形成する。形成された画像光は、偏向ミラー９５に入射し、第２光偏向部８５に向かう方向に反射される。偏向ミラー９５は、図３５で説明する第１光偏向部８３－５に対応するが、可動装置１３を備えた光を走査可能な構成であることが好ましい。偏向ミラー９５を光走査可能な構成とすることによって、より広範囲に画像を投影することができる。

【0180】

なお図３６では、偏向ミラー９５が走査ミラー９４と第２光偏向部８５との間に配置された構成を例示しているが、これに限定されるものではない。偏向ミラー９５と第２光偏向部８５の間に走査ミラー９４を配置して、偏向ミラー９５で反射された光を走査ミラー９４で２軸方向に走査し、第２光偏向部８５へと入射させても良い。

【0181】

制御部９６は、受光部８６が出力する検出信号ＳＤに基づき使用者の瞳孔又は角膜の位置を検知し、視線方向を示す情報を取得する。また制御部９６は、網膜３２に投影する画像を形成するため、光源８２に形成駆動信号ＳＬ１を与えて光源８２の発光及び光強度を制御し、走査ミラー９４に走査駆動信号ＳＳを与えて走査ミラー９４を駆動させる。また、偏向ミラー９５が光走査可能な構成である場合、制御部９６は、取得された視線情報に応じて画像の投影位置を制御するため、偏向ミラー９５に偏向駆動信号ＳＴを与え偏向ミラー９５を駆動させる。

【0182】

以上説明したように、本発明の態様の一例は以下の通りである。
＜１＞
本実施形態にかかる可動装置は、可動部と、前記可動部と接続され前記可動部を駆動させる駆動部と、光を反射する反射部と、前記可動部および前記反射部を前記反射部の反射面と交差する方向に連結する連結部と、備え、前記反射部から前記可動部側に延伸、又は前記可動部から前記反射部側に延伸する補強部を有することを特徴とする。
これにより、補強部が可動部もしくは反射部の変形を抑制することで、連結部と反射部もしくは可動部との接合面に起きる応力の集中を抑制し、強固な連結部を実現できる。これにより強固な接合面を有した安定した回動ができる可動装置を提供できる。
＜２＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記補強部は、前記可動部もしくは前記反射部と前記連結部とを接合する接合面に対し、略垂直方向に延伸する面を備えることを特徴とする＜１＞に記載の可動装置である。
これにより、連結部の接合部が最も応力が集中し、接合面での滑り現象を生成させるせん断応力のベクトル方向に、最も効率的に対抗することができる垂直方向の面が抑制力として働き、強固な連結部、強固で安定した可動装置を得ることができる。
＜３＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記補強部と前記連結部は、一方が他方を囲うように配置することを特徴とする＜１＞～＜２＞に記載の可動装置である。
これにより、最も応力が集中する接合面のせん断応力のベクトル方向のすべてである３６０度をもれなく抑制することができる。
＜４＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記補強部は、柱状の補強部と、前記柱状の補強部を囲うように配置された筒状の補強部と、を含み、前記連結部は、前記柱状の補強部を囲み、かつ前記筒状の補強部に囲まれるように配置されることを特徴とする＜１＞～＜３＞の何れか１つに記載の可動装置である。
これにより、連結部は、内部側面および外部側面からも３６０度方向もれなく補強されることになり、さらなる強固な連結部を得られ、安定した可動が実現できる可動装置を提供できる。
＜５＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記可動部と前記連結部又は前記反射部と前記連結部を接着する接着剤を有し、前記補強部は、前記可動部又は前記反射部のうち、前記接着剤を有する側から延伸することを特徴とする＜１＞～＜４＞の何れか１つに記載の可動装置である。
これにより、接合面を含んだ領域を補強部によって補強される。さらなる強固な連結部を得られ、安定した可動が実現できる可動装置を提供できる。
＜６＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記連結部と前記補強部との間に接着剤が挟まれていることを特徴とする＜１＞～＜５＞の何れか１つに記載の可動装置である。
これにより、衝撃による慣性力を連結部の側面において、略平行にある補強部材の抗力で抑制することで、接合面にかかるせん断応力を効率的に低減できる。特に、連結部の側面において最も接合面に近い接合面の端部において抑制することが、せん断応力低減には効果的である。また、連結部と前記補強部との距離を一定に保つことが可能となり、効果的に接合面にかかるせん断応力を低減できる。また、反射部を回動する際に、連結部が補強部に衝突してお互いに傷つけることを抑制できる。
＜７＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記接着性剤は、前記連結部の接合面と前記可動部または前記反射部の接合面との間に挟まれ、前記連結部と前記補強部とが非接触であることを特徴とする＜６＞に記載の可動装置である。
これにより、金属による接合のように硬い界面では、衝撃に対してクラックなどが発生する可能性があるが、弾性体である樹脂による接合によってその可能性を低減できる。連結部、可動部、反射部、補強部はシリコンや酸化シリコンで形成され、硬度が高い。外部衝撃によってお互いが衝突する可能性がある。それぞれを非接触にすることで衝撃を緩和できる。
＜８＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記連結部が複数から構成される＜１＞～＜７＞の何れか１つに記載の可動装置である。これにより、連結部の強度を向上することができ、強固で安定した可動装置を提供できる。
＜９＞
本実施形態にかかる可動装置は、前記駆動部がミアンダ構造であることを特徴とした＜１＞～＜８＞の何れか１つに記載の可動装置である。これにより、ミアンダ構造によりリンキングを抑制でき、リンキングによる接合面への高周波刺激を緩和することで、長期的に安定した可動装置を提供できる。

【符号の説明】

【0183】

１ 第１の回転軸
２ 第２の回転軸
３ 可動部
４ 始点終点
１０ 光走査システム
１１ 制御装置
１２ 光源装置
１３ 可動装置
１４ ミラー（反射面）
１５ 被走査面
２０ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２１ ＲＡＭ
２３ ＦＰＧＡ
２５ 光源装置ドライバ
２６ 可動装置ドライバ
２４ 外部Ｉ／Ｆ
３１ 駆動信号出力部
３０ 制御部
５０ レーザヘッドランプ
５１ ミラー
５２ 透明板
６０ ＨＭＤ
６０ａ フロント
６０ｂ テンプル
６１ 導光板
６３ 装着者
６２ ハーフミラー
１０１ ミラー部
１０２ ミラー部基体
１０３ 第１接合部
１０４ 駆動部
１０５ 支持部
１０６ 反射面
１０８ 光学機能素子
１１０ａ 第１駆動部（駆動部とトーションバー）
１１０ｂ 第２駆動部（駆動部とトーションバー）
１１０ｃ 第３駆動部（駆動部とトーションバー）
１１０ｄ 第４駆動部（駆動部とトーションバー）
１１１ａ 第１接続部（トーションバー）
１１１ｂ 第２接続部（トーションバー）
１１１ｃ 第３接続部（トーションバー）
１１１ｄ 第４接続部（トーションバー）
１１２ａ 第１駆動部
１１２ｂ 第２駆動部
１１３ａ 圧電駆動部群Ａ（駆動部の一例）
１１３ｂ 圧電駆動部群Ｂ（駆動部の一例）
１２０ 第１支持部
１２２ ピラー
１２３ 第１接合部（支持層とミラーの間）
１２４ 支持層
１２５ 接着性材料（ピラーと支持層（酸化シリコン層））
１２６ 酸化シリコン層（第２接合部）
１２８ 可動部（シリコン活性層）
１３０ａ 第３駆動部
１３０ｂ 第４駆動部
１３１ａ～１３１ｆ 第３駆動部
１３２ａ～１３２ｆ 第４駆動部
１４０ 第２支持部
１４１ ミラー部基体のリブ
１４４ ビア
１４６ シリコン活性層の窪み
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
２１２ 可動部の直径
２１３ ピラー（支持層）の直径
２２０ 接合面（支持層の高さを示すライン）
２２１ 上面（ピラーの高さを示すライン）
２２２ 基準位置（基準を示すライン）
３０１ シリコン支持層（第２の基板）
３０２ 酸化シリコン層（第２の基板）
３０３ シリコン活性層（第２の基板）
３０４ シリコン支持層（第３の基板）
３０５ 接着層
３０６ セラミックまたはアルミ
４００ 自動車
４０２ 運転者
４０１ フロントガラス
５００ ヘッドアップディスプレイ装置
５０９ 自由曲面ミラー
５１０ 中間スクリーン
５１１ 投射ミラー
５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ レーザ光源
５０２、５０３、５０４ コリメータレンズ
５０５、５０６ ダイクロイックミラー
６００ 光書込装置
６０２ 走査光学系
６０２ａ 第一レンズ
６０２ｂ 第二レンズ
６０２ｃ 反射ミラー部（可動部）
６５０ レーザプリンタ
７００ ライダ装置
７０１ 自動車
７０２ 被対象物
７０３ コリメートレンズ
７０４ 平面ミラー
７０５ 投光レンズ
７０６ 集光レンズ
７０７ 撮像素子
７０８ 信号処理回路
７０９ 光検出器
７１０ 測距回路
７７７ 開口部
８８８ 連結部
９９９ 補強部

【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】