(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】可動装置、レーザレーダ装置、画像形成装置及び画像投影装置
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20231205BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20231205BHJP
G02B 27/01 20060101ALI20231205BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20231205BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
G02B26/10 F
G02B26/08 E
G02B27/01
G02B27/02 Z
G01S7/481 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019209074
(22)【出願日】2019-11-19
(65)【公開番号】P2021081593
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-09-14
(73)【特許権者】
【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】小西 淳一
【審査官】鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１７３４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０８２６３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０７５９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０９９７６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２４２５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１９８３６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国実用新案第２０８３１４３２８（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／０８ － ２６／１０
Ｂ８１Ｂ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
反射面を備える可動部を有し、前記可動部を所定の回動軸で回動可能な光偏向器と、前記光偏向器を固定する一対の固定部を有する台座と、
前記台座における前記光偏向器が固定されている側とは反対側で、前記台座に接合されている基板と、
を有し、
前記台座は、
前記可動部が回動していない状態での前記反射面とは反対側、且つ前記回動軸に沿う方向において前記反射面の少なくとも一部を挟む位置に設けられる、前記光偏向器を固定する一対の固定部と、
対向する前記一対の固定部同士を接続する接続部と、
前記可動部が回動していない状態での前記反射面に沿った平面方向において、前記可動部が回動したときに、前記反射面から前記回動軸と交差する方向に反射された光が通過する開放領域と、を備え、
前記基板には、前記一対の固定部の間の位置に貫通穴が設けられ、
前記接続部は、前記回動軸と直交する方向における幅が、前記固定部の前記回動軸と直交する方向における幅よりも狭い
ことを特徴とする可動装置。
【請求項2】
前記可動部をガルバノ回転させ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】
前記可動部は、前記可動部の両側に設けられた１対の支持部を有し、前記１対の支持部は、ミアンダ構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の可動装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１項に記載の可動装置を備えるレーザレーダ装置。
【請求項5】
請求項１から３のいずれか１項に記載の可動装置を備える画像形成装置。
【請求項6】
請求項１から３のいずれか１項に記載の可動装置と、光を発する光源と、
を備え、
前記光源から発せられた光を偏向して投影することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可動装置、レーザレーダ装置、画像形成装置及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
また、反射面で反射される光を可動部の回動により走査させる可動装置であって、可動部を囲んで可動部を回動可能に支持する支持枠を備え、支持枠を分離させた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】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されているものでは、可動装置における可動部を安定的に回動することができない場合があり、可動装置における可動部を安定的に回動することに改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態の一観点によれば、反射面を備える可動部を有し、前記可動部を所定の回動軸で回動可能な光偏向器と、前記光偏向器を固定する一対の固定部を有する台座と、前記台座における前記光偏向器が固定されている側とは反対側で、前記台座に接合されている基板と、を有し、前記台座は、前記可動部が回動していない状態での前記反射面とは反対側、且つ前記回動軸に沿う方向において前記反射面の少なくとも一部を挟む位置に設けられる、前記光偏向器を固定する一対の固定部と、対向する前記一対の固定部同士を接続する接続部と、前記可動部が回動していない状態での前記反射面に沿った平面方向において、前記可動部が回動したときに、前記反射面から前記回動軸と交差する方向に反射された光が通過する開放領域と、を備え、前記基板には、前記一対の固定部の間の位置に貫通穴が設けられ、前記接続部は、前記回動軸と直交する方向における幅が、前記固定部の前記回動軸と直交する方向における幅よりも狭いことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
開示の台座によれば、可動装置における可動部を安定的に回動することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】可動装置の斜視図である。
【図2】台座部の斜視図である。
【図3】可動部が回動した可動装置の斜視図である。
【図4】可動部が回動した可動装置の断面図である。
【図5】第１の実施形態における可動装置の斜視図である。
【図6】第１の実施形態における可動装置の可動部チップの上面図である。
【図7】第１の実施形態における可動装置の可動部チップの断面図である。
【図8】第１の実施形態における可動装置の実装基板の斜視図である。
【図9】第１の実施形態における可動装置の断面図である。
【図10】第１の実施形態における可動装置の製造方法の説明図である。
【図11】第２の実施形態における可動装置の斜視図である。
【図12】第２の実施形態における可動装置の説明図である。
【図13】第２の実施形態における可動装置の製造方法の製造工程図である。
【図14】第２の実施形態における可動装置の断面図である。
【図15】第２の実施形態における可動装置の変形例１の断面図である。
【図16】第２の実施形態における可動装置の変形例２の断面図である。
【図17】第２の実施形態における可動装置の変形例３の断面図である。
【図18】第２の実施形態における可動装置の変形例４の断面図である。
【図19】第２の実施形態における可動装置の変形例５の断面図である。
【図20】第３の実施形態における可動装置の斜視図である。
【図21】第３の実施形態における可動装置の説明図である。
【図22】第３の実施形態における可動装置の断面図である。
【図23】第４の実施形態における可動装置の斜視図である。
【図24】第４の実施形態における可動装置の変形例の斜視図である。
【図25】光走査システムの一例の概略図である。
【図26】光走査システムの一例のハードウェア構成図である。
【図27】制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図28】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29】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30】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31】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32】光書込装置の一例の概略図である。
【図33】ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図34】ライダ装置の一例の概略図である。
【図35】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36】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37】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38】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。
【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、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0010】
〔第１の実施形態〕
本願においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ方向及びＹ方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ方向及びＺ方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ方向及びＸ方向を含む面をＺＸ面と記載する。
本願においては、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を相互に直交する方向とする。また、Ｘ方向及びＹ方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ方向及びＺ方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ方向及びＸ方向を含む面をＺＸ面と記載する。
【0011】
最初に、図１に示される可動装置９１３について説明する。図１に示される可動装置９１３は、可動部チップ９３０と、可動部チップ９３０の支持部９４０の下に台座部９７０が設けられており、可動部チップ９３０の支持部９４０は台座部９７０に固定されている。
【0012】
図２に示されるように、台座部９７０は、側壁部９７１ａ及び９７１ｂと、底面基板９７２とを有している。側壁部９７１ａは、ＸＹ面に平行な断面がコの字型の形状の部材であり、コの字の開放側が＋Ｘ方向を向くようにして、板状の部材である底面基板９７２の＋Ｚ側の面に接着等で固定されている。側壁部９７１ｂも同様に、ＸＹ面に平行な断面がコの字の形状の部材であり、コの字の開放側が－Ｘ方向を向くようにして底面基板９７２の＋Ｚ側の面に接着等で固定されている。
【0013】
側壁部９７１ａ及び９７１ｂの＋Ｚ側の上面で、可動部チップ９３０の支持部９４０が固定されている。側壁部９７１ａと側壁部９７１ｂとはＸ方向に間隔を空けて配置されている。これにより、台座部９７０の－Ｙ側には開放領域９７３が形成され、台座部９７０の＋Ｙ側には開放領域９７４が形成される。開放領域９７３及び９７４は、それぞれ側壁部９７１ａ及び９７１ｂからなる側壁部の一部を開放する開放領域の一例である。
【0014】
図３は、可動装置９１３の可動部チップ９３０における可動部９２０が回動（駆動）した場合の様子の一例を説明する図である。図３において、可動部チップ９３０は、側壁部９７１ａ及び９７１ｂの＋Ｚ側の面に固定されている。可動部チップ９３０の可動部９２０は回動軸Ｒを中心に回動し、反射面９１４に太い実線の矢印９８１で示す方向に入射する光は、反射面９１４により太い破線の矢印９８２で示す方向に反射されている。
【0015】
台座部９７０の±Ｙ側に開放領域９７３及び９７４を設けることにより、図３に示すように、可動部９２０の±Ｙ側には、反射面９１４の反射光を遮るものが存在しない状態になる。これにより、反射面９１４の反射光を通過させる空間が確保されている。また、側壁部９７１ａ及び９７１ｂの＋Ｚ側の面に、可動部チップ９３０の支持部９４０を固定することにより、可動部９２０の－Ｚ側にも、所定の角度範囲で反射面９１４の反射光を通過させる空間が確保される。
【0016】
このように、開放領域９７３及び９７４は、可動部９２０が大きく回動した場合でも反射面９１４の反射光を通過させることができる。なお、反射面９１４の反射光を通過させるために、開放領域９７３及び９７４のＸ方向の幅は、反射面９１４のＸ方向の幅より広くすることが好ましい。
【0017】
【0018】
可動部９２０が回動軸Ｒを中心に回動すると、図４に示すように可動部９２０の一方の側（図４では右側）が台座部９７０の底面基板９７２に近づき、可動部９２０の他方の側（図４では左側）が底面基板９７２から遠ざかる。可動部９２０の一方の側が底面基板９７２に近づいた部分の近傍では、空気が圧縮され気圧が高くなり、可動部９２０の他方の側が底面基板９７２より遠ざかった部分の近傍では、空気が膨張して気圧が低くなる。このため、台座部９７０の底面基板９７２と可動部９２０との間の空間において、気圧差が生じ、気圧の高い領域から気圧の低い領域に流れる気流が発生する。更に、可動部９２０は、高速で回動しているため、図４に示す状態とは逆向きに可動部９２０が傾く場合があり、この場合には、上記とは逆方向に流れる気流が発生する。
【0019】
このように、可動部９２０が回動軸Ｒを中心に回動させることにより、底面基板９７２と可動部９２０との間の空間において、交互に流れる気流が発生し、可動部９２０が高速に回動軸Ｒを中心に回動させると、気流の流れる向きが高速で入れ替わるため乱気流が生じる。このような乱気流は、可動部９２０を下から押し上げたり、もしくは押し下げたりする方向に作用し、可動部９２０の回動に影響を与え、回動を阻害する場合がある。この場合、可動装置における可動部を安定的に回動させることに支障が生じる場合があり、このことは、可動部９２０が大きい場合や、可動部９２０の回動の周波数が高い場合に、特に顕著となる。
【0020】
（可動装置）
次に、第１の実施形態における可動装置について、図５に基づき説明する。第１の実施形態における可動装置１３は、実装基板１０１、台座部となる２つの固定部１０３ａ、１０３ｂ、可動部チップ１０４を有している。実装基板１０１には中央部分に貫通穴１０２が設けられており、実装基板１０１の上となる＋Ｚ側には、貫通穴１０２を挟むように設けられた２つの固定部１０３ａ、１０３ｂが接着により接合されている。更に、固定部１０３ａ、１０３ｂの上となる＋Ｚ側の上面には、可動部チップ１０４が接着されている。従って、台座となる２つの固定部１０３ａ、１０３ｂの＋Ｚ側の上面には、可動部チップ１０４が接合されており、可動部チップ１０４が接合されている側とは反対側の－Ｚ側の面には実装基板１０１が接合されている。本願においては、可動部チップを光偏向器と記載する場合がある。
次に、第１の実施形態における可動装置について、図５に基づき説明する。第１の実施形態における可動装置１３は、実装基板１０１、台座部となる２つの固定部１０３ａ、１０３ｂ、可動部チップ１０４を有している。実装基板１０１には中央部分に貫通穴１０２が設けられており、実装基板１０１の上となる＋Ｚ側には、貫通穴１０２を挟むように設けられた２つの固定部１０３ａ、１０３ｂが接着により接合されている。更に、固定部１０３ａ、１０３ｂの上となる＋Ｚ側の上面には、可動部チップ１０４が接着されている。従って、台座となる２つの固定部１０３ａ、１０３ｂの＋Ｚ側の上面には、可動部チップ１０４が接合されており、可動部チップ１０４が接合されている側とは反対側の－Ｚ側の面には実装基板１０１が接合されている。本願においては、可動部チップを光偏向器と記載する場合がある。
【0021】
固定部１０３ａ、１０３ｂは一対であり、実装基板１０１に接着された固定部１０３ａと固定部１０３ｂとの間は空間となる。この空間により、可動部１２０が回動軸Ｒを中心に回動させた場合に反射面１４において反射された光が通過する通過領域１０５ａ、１０５ｂが形成される。尚、反射面１４において反射された光は、回動軸Ｒに直交する方向の光である。
【0022】
【0023】
可動部チップ１０４は、可動部１２０と、可動部１２０をＸ軸に平行な回動軸Ｒを中心に回動させるための駆動梁１１０ａ、１１０ｂと、を有している。また、可動部１２０の面上であって反射面１４以外の領域と、駆動梁１１０ａ、１１０ｂの面上には、電極接続部１５０を介して印加される電流又は電圧信号を伝達する不図示の配線部が設けられている。ここで、駆動梁１１０ａ、１１０ｂは「１対の駆動梁」の一例であるが、２つ以上の駆動梁を有していてもよい。尚、図７に示されるように、支持部１４０は、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン層１６３等から構成され、可動部１２０および駆動梁１１０ａ、１１０ｂを挟む支持体である。
【0024】
可動部チップ１０４は、基体と、基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とを有している。基体は、シリコン層等から構成される。反射面１４は、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の補強用の不図示のリブが形成されていてもよい。なお、反射面１４は円形形状である例を示したが、楕円や矩形等の他の形状であってもよい。
【0025】
駆動梁１１０ａ、１１０ｂは、可動部１２０を回動可能な状態で支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、圧電駆動部１１２ａ及び１１３ａと、圧電駆動部１１２ｂ及び１１３ｂとを有している。２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂは、可動部１２０に一端が接続され、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向に各々延びており、可動部１２０を回動可能な状態で支持している。圧電駆動部１１２ａ及び１１３ａは、トーションバー１１１ａの他端に接続された基体の上に設けられており、圧電駆動部１１２ｂ及び１１３ｂは、トーションバー１１１ｂの他端に接続された基体の上に設けられている。
【0026】
トーションバー１１１ａ、１１１ｂは、図示はしないがシリコン層１６３等から構成される。また、圧電駆動部１１２ａ、１１３ａ、１１２ｂ、及び１１３ｂは、弾性部であるシリコン層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２６１、圧電部２６２、上部電極２６３の順に形成されて構成される。
【0027】
上部電極２６３および下部電極２６１は、金または白金等から構成される。圧電部２６２は、圧電材料であるＰＺＴ等から構成される。
【0028】
なお、本実施形態では、圧電部２６２が弾性部であるシリコン層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よい。
【0029】
また、可動部１２０を回動軸Ｒを中心に回動可能であれば、各部の形状等は上記の形状等に限定されない。トーションバー１１１ａ、１１１ｂや圧電駆動部１１２ａ、１１３ａ、１１２ｂ、及び１１３ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。
【0030】
尚、不図示のＧＮＤ配線は、圧電駆動部１１２ａ、１１３ａ、１１２ｂ、及び１１３ｂの各上部電極２６３に接続されている。また、電圧配線部は、圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂの下部電極２６１に接続されており、これらに正の駆動電圧または負の駆動電圧を印加することができる。
【0031】
この可動部チップ１０４は、可動部１２０に対し＋Ｙ方向及び－Ｙ方向に対応する部分には、支持部１４０が設けられておらず、開口しているため、可動部１２０の振れ角が大きくなっても、反射面１４の反射光が遮られることはない。これにより、可動部１２０の光の走査角度が制限されることはなく、大きな走査角度を得ることができる。
【0032】
図５に示されるように、固定部１０３ａは、ＸＹ面に平行な断面がコの字型の形状の部材であり、コの字の開放側が＋Ｘ方向を向くように板状の実装基板１０１の＋Ｚ側の面に接着等で固定されている。同様に、固定部１０３ｂは、ＸＹ面に平行な断面がコの字型の形状の部材であり、コの字の開放側が－Ｘ方向を向くように板状の実装基板１０１の＋Ｚ側の面に接着等で固定されている。
【0033】
固定部１０３ａ及び１０３ｂの＋Ｚ側の上面において、可動部チップ１０４の支持部１４０の一部が固定されている。固定部１０３ａと固定部１０３ｂは、Ｘ方向において間隔を空けて配置されている。固定部１０３ａ及び固定部１０３ｂは、セラミック、シリコン、金属、樹脂等の材料により形成されている。固定部１０３ａと固定部１０３ｂは、同じ材料により形成されていてもよく、また、異なる材料により形成されていてもよい。可動部チップ１０４と固定部１０３ａ、１０３ｂは一体構造となっていてもよい。
【0034】
図８に示されるように、実装基板１０１は略長方形の板状の部材であり、中心部分には略長方形の貫通穴１０２が設けられている。実装基板１０１は、例えば、プリント基板と呼ばれるようなものであり、具体的には、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、ガラスコンポジット、紙エポキシ等により形成されている。実装基板１０１は、＋Ｚ側の面において固定部１０３ａ及び固定部１０３ｂを接着により固定することができるものであればよく、ガラスや金属等により形成されていてもよい。また、貫通穴１０２の大きさ等は、特に制限はないが、可動部１２０が回動した際に衝突しない程度の大きさ以上であればよい。
【0035】
図９は、図５において、可動部チップ１０４の可動部１２０の中心を含むＹＺ面において切断した断面図である。本実施形態における可動装置では、可動部１２０の下方、即ち、－Ｚ側は、固定部１０３ａと固定部１０３ｂとが離れて設けられているため空間となっており、更に、下方には、実装基板１０１に設けられた貫通穴１０２が存在している。このため、可動部１２０が回動軸Ｒを中心に回動しても、生じた気流は貫通穴１０２に向かって流れるため、気圧差は生じにくく、乱気流の発生が抑制される。本実施形態においては、乱気流が抑制されるため、可動部１２０の回動に影響を与えることなく、所望の回動を得ることができ、可動部１２０の正確で安定した回動を得ることができる。
【0036】
尚、本実施形態における可動装置を画像形成装置に用いる場合には、可動部チップ１０４の反射面１４が設けられている可動部１２０をガルバノ回転させることにより、画像形成することができる。
【0037】
（可動装置の製造方法）
次に、本実施形態における可動装置の製造方法の一例について説明する。
次に、本実施形態における可動装置の製造方法の一例について説明する。
【0038】
最初に、図８に示されるような貫通穴１０２を有する実装基板１０１を準備する。
【0039】
次に、図１０に示されるように、実装基板１０１の＋Ｚ側の面の所定の位置に、固定部１０３ａ及び固定部１０３ｂを接着する。固定部１０３ａ及び固定部１０３ｂは、＋Ｚ側の面である上面１０３ａｓと上面１０３ｂｓとがＸＹ面と平行な同一平面となるように、平坦性よく加工されていることが好ましい。
【0040】
次に、固定部１０３ａの上面１０３ａｓ及び固定部１０３ｂの上面１０３ｂｓに、可動部チップ１０４を接着剤等により接着する。これにより、図５に示されるように、本実施形態における可動装置１３を製造することができる。
【0041】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態における可動装置について説明する。本実施形態における可動装置は、台座の底部の一部を削ることにより、２つの固定部を接続する接続部とした構造のものであり、全面に底部がある台座よりも、乱気流の影響を受けにくくした構造のものである。尚、第１の実施形態における可動装置では、可動部チップ１０４を支持している固定部１０３ａと固定部１０３ｂとの２つに分かれている。このため、固定部１０３ａの上面１０３ａｓと、固定部１０３ｂの上面１０３ｂｓとが同一平面となるように加工することは、技術的に困難である。固定部１０３ａの上面１０３ａｓと、固定部１０３ｂの上面１０３ｂｓとが同一平面に存在していない状態では、可動部１２０を両側から支える支持部１４０の固定されている部分がゆがんだ状態で固定される。このため、接続されている部分と可動部１２０との間の駆動梁１１０ａ、１１０ｂ等に外部応力がかかり可動部１２０の共振周波数に好ましくない影響を与える場合がある。
次に、第２の実施形態における可動装置について説明する。本実施形態における可動装置は、台座の底部の一部を削ることにより、２つの固定部を接続する接続部とした構造のものであり、全面に底部がある台座よりも、乱気流の影響を受けにくくした構造のものである。尚、第１の実施形態における可動装置では、可動部チップ１０４を支持している固定部１０３ａと固定部１０３ｂとの２つに分かれている。このため、固定部１０３ａの上面１０３ａｓと、固定部１０３ｂの上面１０３ｂｓとが同一平面となるように加工することは、技術的に困難である。固定部１０３ａの上面１０３ａｓと、固定部１０３ｂの上面１０３ｂｓとが同一平面に存在していない状態では、可動部１２０を両側から支える支持部１４０の固定されている部分がゆがんだ状態で固定される。このため、接続されている部分と可動部１２０との間の駆動梁１１０ａ、１１０ｂ等に外部応力がかかり可動部１２０の共振周波数に好ましくない影響を与える場合がある。
【0042】
本実施形態における可動装置は、２つの固定部の上面が、同一平面となるようにすることにより、可動部１２０の共振周波数に与える影響を抑制しつつ、可動部を安定して回動させるものである。
【0043】
図１１及び図１２に基づき、本実施形態における可動装置２１３について説明する。尚、図１１は、本実施形態における可動装置２１３の斜視図であり、図１２は、本実施形態における台座２０３と実装基板１０１とが接着されている状態を示す。
【0044】
本実施の形態においては、台座２０３は、固定部２０３ａ、２０３ｂと、固定部２０３ａと固定部２０３ｂとを略中央部分で接続する接続部２０３ｃにより形成されている。接続部２０３ｃの長手方向は、回動軸Ｒと同じ方向、即ちＸ方向に沿って形成されている。つまり、接続部２０３ｃの長手方向と、回動軸Ｒとは平行となっている。本実施形態における可動装置は、図１２に示されるように、実装基板１０１の＋Ｚ側の面に、台座２０３が接着されており、台座２０３の固定部２０３ａ、２０３ｂの＋Ｚ側の上面２０３ａｓ、２０３ｂｓには、可動部チップ１０４が接着されている。尚、接続部２０３ｃは、固定部２０３ａ、２０３ｂを所定の面に有する底部について、Ｙ方向における幅が固定部２０３ａまたは２０３ｂよりも狭くなるように、所定の面積分を削った構造である。即ち、接続部２０３ｃは、台座２０３の底部の一部を削ったものであり、全面に底部があるものよりも一部を削って接続部２０３ｃとしたものの方が乱気流の影響を受けにくくなる。
【0045】
従って、台座２０３は、固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃが一体に形成されているため、固定部２０３ａの＋Ｚ側の上面２０３ａｓと、固定部２０３ｂの＋Ｚ側の上面２０３ｂｓは、ＸＹ面に平行な同一平面となるように形成することができる。よって、固定部２０３ａ、２０３ｂの＋Ｚ側の上面２０３ａｓ、２０３ｂｓに、可動部チップ１０４を接着剤等により接着した場合であっても、接着部分においてゆがみ等が生じることはなく、可動部１２０の回動に影響を与えることを防ぐことができる。
【0046】
尚、固定部２０３ａ、２０３ｂは一対であり、実装基板１０１に接着された固定部２０３ａと固定部２０３ｂとの間は空間となる。この空間により、可動部１２０が回動軸Ｒを中心に回動した場合に反射面１４において反射された光が通過する通過領域２０５ａ、２０５ｂが形成される。この反射面１４において反射された光は、回動軸Ｒに直交する方向の光である。また、接続部２０３ｃのＹ方向における幅は、固定部２０３ａ及び２０３ｂのＹ方向における幅よりも狭くなっている。即ち、接続部２０３ｃの回動軸Ｒに直交する方向における幅は、固定部２０３ａ及び２０３ｂの回動軸Ｒに直交する方向における幅よりも狭くなっている。従って、固定部２０３ａと２０３ｂとが底部により接続される場合、即ち接続部２０３ｃの回動軸Ｒに直交する方向、即ち、Ｙ方向における幅が、固定部２０３ａ及び２０３ｂの回動軸Ｒに直交する方向、即ち、Ｙ方向における幅と同じ、もしくはそれより広い場合に比べて、本実施形態に係る台座２０３を用いた場合には、可動部１２０の動作時における、乱気流による回動動作の支障を抑制することができ、安定した可動部１２０の回動を実現することができる。
【0047】
台座２０３は、セラミック、シリコン、金属、樹脂等の材料により形成されており、固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃとは、同じ材料により形成してもよく、異なる材料により形成してもよい。固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃとを同じ材料により形成する方法としては、固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃとを個別に製造してから接着して台座２０３を製造する方法がある。また、一つの部材を切削加工することや、射出成型により製造する方法であってもよい。また、固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃとを異なる材料により形成する方法としては、固定部２０３ａ、２０３ｂと、接続部２０３ｃとを個別に製造してから接着して台座２０３を製造する方法がある。
【0048】
尚、台座２０３の製造工程の最終段階で、固定部２０３ａの上面２０３ａｓと、固定部２０３ｂの上面２０３ｂｓとを同時に研磨加工することにより、固定部２０３ａの上面２０３ａｓと、固定部２０３ｂの上面２０３ｂｓとを同一平面にすることができる。
【0049】
（可動装置の製造方法）
次に、本実施形態における可動装置の製造方法について、図１３に基づき説明する。
次に、本実施形態における可動装置の製造方法について、図１３に基づき説明する。
【0050】
最初に、図１３（ａ）に示されるように、台座２０３を準備する。
【0051】
次に、図１３（ｂ）に示されるように、台座２０３の固定部２０３ａ、２０３ｂの上面２０３ａｓ、２０３ｂｓに、可動部チップ１０４を接着剤等により接着する。
【0052】
次に、図１３（ｃ）に示されるように、台座２０３を実装基板１０１の上面の所定の位置に、接着剤等により接着する。これにより、本実施形態における可動装置を製造することができる。
【0053】
また、別の製造方法としては、最初に、図１３（ａ）に示されるように、台座２０３を準備する。
【0054】
次に、図１３（ｄ）に示されるように、台座２０３を実装基板１０１の上面の所定の位置に、接着剤等により接着する。
【0055】
次に、図１３（ｃ）に示されるように、台座２０３の固定部２０３ａ、２０３ｂの上面２０３ａｓ、２０３ｂｓに、可動部チップ１０４を接着剤等により接着する。これにより、本実施形態における可動装置を製造することができる。
【0056】
図１４は、図１１において、可動部チップ１０４の可動部１２０の中心が存在しているＹＺ面に平行な面において切断した断面図である。本実施形態における可動装置では、可動部１２０の下方、即ち、－Ｚ側には、台座２０３の接続部２０３ｃが存在しているが、Ｙ方向において、実装基板１０１に設けられた貫通穴１０２は、接続部２０３ｃに比べて十分に広い。このため、可動部１２０が回動軸Ｒを中心に回動しても、生じた気流は貫通穴１０２を通り流れるため、気圧差は生じにくく、乱気流の発生が抑制される。
【0057】
（変形例）
上記における説明では、台座２０３における接続部２０３ｃのＹＺ面に平行な断面が、四角形である場合について説明したが、接続部２０３ｃの断面形状は、図１５に示されるように、三角形であってもよく、図１６に示されるように、丸であってもよい。尚、図示はしないが、接続部２０３ｃの断面形状は、上底が下底よりも狭い台形等であってもよい。また、接続部２０３ｃの剛性を向上させるような断面形状、例えば、Ｈ字形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状、Ｘ字形状等が挙げられる。
上記における説明では、台座２０３における接続部２０３ｃのＹＺ面に平行な断面が、四角形である場合について説明したが、接続部２０３ｃの断面形状は、図１５に示されるように、三角形であってもよく、図１６に示されるように、丸であってもよい。尚、図示はしないが、接続部２０３ｃの断面形状は、上底が下底よりも狭い台形等であってもよい。また、接続部２０３ｃの剛性を向上させるような断面形状、例えば、Ｈ字形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状、Ｘ字形状等が挙げられる。
【0058】
また、本実施形態における駆動装置は、可動部１２０を回動駆動する駆動梁１１０ａ、１１０ｂに代えて、複数のカンチレバー部が接続されてミアンダ構造を形成している駆動梁が設けられているものであってもよい。
【0059】
具体的には、図１７に示されるように、可動部チップ２０４は、反射面１４を有する可動部２２０が略四角形で形成されており、可動部２２０を回動可能な状態で支持する駆動梁２１０が、Ｘ方向の両側に設けられている。駆動梁２１０は、複数のカンチレバー部が接続されたミアンダ構造となっており、カンチレバー部の上には圧電駆動部２１１が設けられている。駆動梁２１０の一方の端部は、可動部２２０に接続されており、駆動梁２１０の他方の端部は、支持部２４０に接続されている。支持部２４０は、＋Ｘ側と－Ｘ側に分離しており、＋Ｘ側の支持部２４０には、電極接続部１５０が設けられている。図１７に示す変形例では、台座２０３の固定部２０３ａの上面、及び、固定部２０３ｂの上面に、可動部チップ２０４の支持部２４０が接着されて固定されている。
【0060】
尚、本変形例では、可動部２２０の形状や大きさは、特に制限はない。例えば、図１８に示されるように、可動部２２０のＹ方向における長さが、可動部チップ２０４のＹ方向における長さと同じとなるように形成されていてもよい。更には、図示はしないが、可動部２２０のＹ方向における長さが、可動部チップ２０４のＹ方向における長さよりも長く形成されていてもよい。
【0061】
また、図１９に示されるように、可動部２２０の形状が八角形となるように形成してもよい。更には、図示はしないが、可動部２２０の形状は、円形、楕円形、六角形等の回転軸を中心に対称な形状であればよい。
【0062】
尚、上記以外の内容については、第１の実施形態と同様である。
【0063】
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態における可動装置について説明する。第２の実施形態における可動装置の台座部の接続部は１つであるのに対し、本実施形態における可動装置の台座部の接続部を２つ設け、剛性及び強度を向上させた構造のものである。
次に、第３の実施形態における可動装置について説明する。第２の実施形態における可動装置の台座部の接続部は１つであるのに対し、本実施形態における可動装置の台座部の接続部を２つ設け、剛性及び強度を向上させた構造のものである。
【0064】
図２０及び図２１に基づき、本実施形態における可動装置３１３について説明する。尚、図２０は、本実施形態における可動装置３１３の斜視図であり、図２１は、本実施形態における台座３０３と実装基板１０１とが接着され接合されている状態を示す。
【0065】
本実施形態における可動装置３１３は、実装基板１０１の＋Ｚ側の面に、台座３０３が接着されており、台座３０３の固定部３０３ａ、３０３ｂの＋Ｚ側の上面３０３ａｓ、３０３ｂｓには、可動部チップ１０４が接着されている。尚、固定部３０３ａ、３０３ｂは一対であり、実装基板１０１に接着された固定部３０３ａと固定部３０３ｂとの間は空間となり、可動部１２０が回動した場合に反射面１４において反射された光が通過する通過領域３０５ａ、３０５ｂとなる。
【0066】
台座３０３は、固定部３０３ａ、３０３ｂと、固定部３０３ａと固定部３０３ｂとを接続する接続部３０３ｃ、３０３ｄにより形成されている。このような台座３０３は、固定部３０３ａ、３０３ｂと、接続部３０３ｃ、３０３ｄが一体に形成されている。よって、固定部３０３ａの＋Ｚ側の上面３０３ａｓと、固定部３０３ｂの＋Ｚ側の上面３０３ｂｓは、ＸＹ面に平行な同一平面に存在するように形成することができる。これにより、固定部３０３ａの＋Ｚ側の上面３０３ａｓ及び固定部３０３ｂの＋Ｚ側の上面３０３ｂｓに、可動部チップ１０４を接着剤等により接着した場合、接着部分においてゆがみ等は生じないため、可動部１２０の共振周波数に与える影響が抑制される。
【0067】
固定部３０３ａと固定部３０３ｂとは、＋Ｙ側で接続部３０３ｃにより接続されており、－Ｙ側で接続部３０３ｄにより接続されている。このため、接続部が１つの場合と比較して、台座３０３の剛性や強度を高くすることができる。尚、接続部３０３ｃ及び３０３ｄのＹ方向における幅は、固定部３０３ａ及び３０３ｂのＹ方向における幅よりも狭くなっている。即ち、接続部３０３ｃ及び３０３ｄの回動軸Ｒに直交する方向における幅は、固定部３０３ａ及び３０３ｂの回動軸Ｒに直交する方向における幅よりも狭くなっている。
【0068】
台座３０３は、セラミック、シリコン、金属、樹脂等の材料により形成されており、固定部３０３ａ、３０３ｂと、接続部３０３ｃ、３０３ｄとは、同じ材料により形成してもよく、異なる材料により形成してもよい。
【0069】
尚、台座３０３の製造工程の最終段階で、固定部３０３ａの上面３０３ａｓと、固定部３０３ｂの上面３０３ｂｓとを同時に研磨加工することにより、固定部３０３ａの上面３０３ａｓと、固定部３０３ｂの上面３０３ｂｓとを同一平面にすることができる。
【0070】
図２２は、図２０において、可動部チップ１０４の可動部１２０の中心が存在しているＹＺ面に平行な面において切断した断面図である。本実施形態においては、可動部１２０の下方、即ち、－Ｚ側には、台座３０３の接続部３０３ｃ、３０３ｄが存在しており、実装基板１０１に設けられた貫通穴１０２の一部が遮られるが、開口は十分に確保されている。よって、可動部１２０が回動軸Ｒを中心に回動しても、生じた気流は貫通穴１０２を通り流れるため、気圧差は生じにくく、乱気流の発生が抑制される。このため、乱気流等による影響を受けることなく、所望の回動を得ることができ、可動部１２０の正確で安定した回動を得ることができる。
【0071】
尚、図２２では、台座３０３の接続部３０３ｃ、３０３ｄは、実装基板１０１の貫通穴１０２の＋Ｙ側、－Ｙ側の一部を塞いでいるが、この構成に限定されるものではない。例えば、実装基板１０１の貫通穴１０２を更に広くして、台座３０３の接続部３０３ｃ、３０３ｄが浮いているような構成であってもよい。また、台座３０３の接続部３０３ｃと接続部３０３ｄとの間隔が、実装基板１０１の貫通穴１０２よりも広くなるように形成されているものであってもよい。
【0072】
尚、上記以外の内容については、第２の実施形態と同様である。
【0073】
〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態における可動装置について説明する。本実施形態における可動装置は、台座部の一部に開放領域を設けた構造のものである。
次に、第４の実施形態における可動装置について説明する。本実施形態における可動装置は、台座部の一部に開放領域を設けた構造のものである。
【0074】
具体的には、図２３に示されるように、第３の実施形態の可動装置の台座３０３の接続部３０３ｃの上、即ち、＋Ｚ側に開放領域３０６ａが設けられており、接続部３０３ｄの上、即ち、＋Ｚ側に開放領域３０６ｂが設けられている構造の可動装置である。
【0075】
開放領域３０６ａ及び開放領域３０６ｂは、透過ガラスにより形成されており、光が透過する透過領域となるため、可動部１２０の反射面１４において反射した光を遮ることはない。また、台座３０３に接続部３０３ｃ及び接続部３０３ｄのみが設けられている場合と比べて、開放領域３０６ａ及び開放領域３０６ｂを設けることにより、固定部３０３ａと固定部３０３ｂとがより強固に接続されるため、剛性や強度が向上する。開放領域３０６ａ及び３０６ｂは、可動部１２０が回動した場合に、反射面１４による反射光を透過させる領域である。開放領域は、部材が存在しない空隙であってもよいし、空隙の少なくとも一部に、光を透過するガラス等の部材を含んで構成されていてもよい。なお、開放領域３０６ａ及び３０６ｂは、Ｅ軸から離れるにつれてＥ軸に沿った方向の幅が広くなるテーパ状に形成されていてもよい。
【0076】
また、本実施形態における可動装置は、図２４に示されるように、台座３０３に接続部３０３ｃ及び接続部３０３ｄを設けることなく、固定部３０３ａと固定部３０３ｂとを接続する開放領域３０７ａ及び開放領域３０７ｂを設けたものであってもよい。
【0077】
尚、上記以外の内容については、第３の実施形態と同様である。
【0078】
以上に説明した本実施形態の可動装置は、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することができる。
【0079】
【0080】
図２５には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図２５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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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２６を用いて説明する。図２６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２６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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２６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。
【0097】
【0098】
図２７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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
本実施形態に係る可動装置を光走査システムに用いることにより、可動部の安定した回動動作及び安定した光偏向が可能となり、高精度での光走査を行うことができる。
【0110】
【0111】
【0112】
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。
【0113】
図２９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、「車両」の一例である自動車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。
【0114】
図３０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トレンズ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、コリメートレンズ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。
【0115】
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。
【0116】
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、コリメートレンズ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。
【0117】
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。
【0118】
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に搭載され、装着部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。
【0119】
また、画像投影装置は、車両や装着部だけでなく、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。
【0120】
本実施形態に係る可動装置を画像投影装置に用いることにより、可動部の安定した回動動作及び安定した光偏向が可能となり、高画質での画像投影を行うことができる。
【0121】
【0122】
【0123】
図３１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。
【0124】
図３２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、コリメート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。
【0125】
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として使用することができる。
【0126】
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。
【0127】
本実施形態に係る可動装置を光書込装置に用いることにより、可動部の安定した回動動作及び安定した光偏向が可能となり、高精度での光書き込みを行うことができる。
【0128】
【0129】
図３３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３４はライダ装置の一例の概略図である。
【0130】
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。
【0131】
図３３に示すように、ライダ装置７００は、例えば「車両」の一例である自動車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。なお、車両以外にも、ドローンなどの移動体にライダ装置７００を搭載することができる。
【0132】
図３４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。
【0133】
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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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などにも同様に適用することができる。
【0137】
本実施形態に係る可動装置を距離測定装置に用いることにより、可動部の安定した回動動作及び安定した光偏向が可能となり、高精度での距離測定を行うことができる。
【0138】
［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３５ を用いて説明する。図３５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、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３５ を用いて説明する。図３５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。
【0139】
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。
【0140】
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。
【0141】
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。
【0142】
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。
【0143】
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。
【0144】
本実施形態に係る可動装置を距離測定装置に用いることにより、可動部の安定した回動動作、及び安定した光偏向が可能となり、安定した光照射を行うことができる。
【0145】
［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３６～１３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。
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３６～１３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。
【0146】
図３６は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図３６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。
【0147】
【0148】
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。
【0149】
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、コリメートレンズ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。
【0150】
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。
【0151】
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。
【0152】
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。
【0153】
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。
【0154】
本実施形態に係る可動装置をヘッドマウントディスプレイに用いることにより、可動部の安定した回動動作及び安定した光偏向が可能となり、高画質での画像形成を行うことができる。
【0155】
［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３８を用いて説明する。
次に、実施形態の可動装置のパッケージングについて図３８を用いて説明する。
【0156】
図３８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。
【0157】
図３８に示すように、可動装置１３は、パッケージ部８０１の内側に配置される取付部８０２に取り付けられ、パッケージ部８０１の一部を透過部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。
【0158】
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。
【符号の説明】
【0159】
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
１０１ 実装基板
１０２ 貫通穴
１０３ａ、１０３ｂ 固定部
１０４ 可動部チップ
１１０ａ、１１０ｂ 駆動梁（１対の駆動梁の一例）
１１１ａ、１１１ｂ トーションバー
１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ 圧電駆動部
１２０ 可動部
１４０ 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 シリコン層
２６１ 下部電極
２６２ 圧電部
２６３ 上部電極
４００ 自動車（車両の一例）
５００ ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例）
６５０ レーザプリンタ
７００ ライダ装置（距離測定装置の一例）
７０１ 自動車（車両の一例）
７０２ 被対象物
８０１ パッケージ部
８０２ 取付部
８０３ 透過部
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
１０１ 実装基板
１０２ 貫通穴
１０３ａ、１０３ｂ 固定部
１０４ 可動部チップ
１１０ａ、１１０ｂ 駆動梁（１対の駆動梁の一例）
１１１ａ、１１１ｂ トーションバー
１１２ａ、１１２ｂ、１１３ａ、１１３ｂ 圧電駆動部
１２０ 可動部
１４０ 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 シリコン層
２６１ 下部電極
２６２ 圧電部
２６３ 上部電極
４００ 自動車（車両の一例）
５００ ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例）
６５０ レーザプリンタ
７００ ライダ装置（距離測定装置の一例）
７０１ 自動車（車両の一例）
７０２ 被対象物
８０１ パッケージ部
８０２ 取付部
８０３ 透過部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0160】
【文献】特許３５５２６０１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】