特許 7441714 光偏向装置

(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】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】光偏向装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240222BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240222BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 104Z

G02B26/10 C

G02B26/08 E

B81B3/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020076083

(22)【出願日】2020-04-22

(65)【公開番号】P2021173819

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-03-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】近岡 篤彦

【審査官】山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００６９４１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０２００９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１１６６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１０１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８５２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５００２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０３３０１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０，２６／０８

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０２Ｎ ２／００－２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ミラー部、第１軸の回りに前記ミラー部を共振で往復回動させる第１圧電アクチュエータ、及び前記第１軸に対して交差関係にある第２軸の回りに前記ミラー部を非共振で往復回動させる第２圧電アクチュエータを有する光偏向器と、
前記光偏向器の前記第１圧電アクチュエータ及び前記第２圧電アクチュエータにそれぞれ第１駆動電圧及び第２駆動電圧を供給する駆動部と、
前記第２駆動電圧の変動幅としての第２駆動電圧変動幅を検出する電圧変動幅検出部と、
前記第１軸の回りの前記ミラー部の振れ角の変動幅としての第１振れ角変動幅を検出する振れ角変動幅検出部と、
前記第２駆動電圧変動幅に対する前記第１振れ角変動幅の比率を感度相当値とし、前記第２駆動電圧変動幅の検出値と前記第１振れ角変動幅の検出値とに基づいて前記感度相当値を検出する感度相当値検出部と、
前記感度相当値の検出値に基づいて前記第２軸の回りの前記ミラー部の第２軸側振れ状態が正常であるかを判定する判定部と、
を備え、
前記判定部が判定の基礎にする前記感度相当値の検出値とは、前記第１駆動電圧の変動幅が一定に維持されている期間に検出した前記第２駆動電圧変動幅及び前記第１振れ角変動幅についての前記第２駆動電圧変動幅に対する前記第１振れ角変動幅の比率であることを特徴とする光偏向装置。

【請求項2】

請求項１記載の光偏向装置において、
前記判定部は、
前記第２駆動電圧変動幅と前記感度相当値の定格値との定格関係を定めたデータを保持するデータ保持部と、
前記定格関係に基づいて前記第２駆動電圧変動幅の検出値に対応する前記感度相当値の定格対応値を演算し、前記感度相当値の検出値と前記感度相当値の定格対応値との対比に基づいて前記第２軸側振れ状態を判定する演算判定部と、
を備えることを特徴とする光偏向装置。

【請求項3】

請求項２記載の光偏向装置において、
前記対比は、
前記第２駆動電圧変動幅が相互に異なるＶｗ１，Ｖｗ２で前記光偏向器を作動させる条件をそれぞれ第１条件及び第２条件とし、
前記第１条件時の感度相当値の検出値Ｓｄ１及びＶｗ１に対応する定格対応値Ｒｇ１と、前記第２条件時の検出値Ｓｄ２及びＶｗ２に対応する定格対応値Ｒｇ２とに対し、Ｓｄ１とＳｄ２との相対関係と、Ｒｇ１とＲｇ２との相対関係との対比とすることを特徴とする光偏向装置。

【請求項4】

請求項３記載の光偏向装置において、
前記相対関係とは、Ｓｄ１／Ｓｄ２の比率及びＲｇ１／Ｒｇ２の比率であることを特徴とする光偏向装置。

【請求項5】

請求項３記載の光偏向装置において、
前記相対関係とは、Ｓｄ１－Ｓｄ２の差分及びＲｇ１－Ｒｇ２の差分であることを特徴とする光偏向装置。

【請求項6】

請求項３～５のいずれか１項に記載の光偏向装置において、
前記第１条件時のＶｗ１は、前記光偏向器の起動時における非ユーザ設定の第２軸側電圧変動幅であり、
前記第２条件時のＶｗ２は、起動後の最初の変更で変更するユーザ設定の第２軸側電圧変動幅であることを特徴とする光偏向装置。

【請求項7】

請求項３～６のいずれか１項に記載の光偏向装置において、
前記第１条件時のＶｗ１及び前記第２条件時のＶｗ２は、前記第１駆動電圧の変動幅としての第１駆動電圧変動幅を維持しつつ、前記第２駆動電圧変動幅を変更するときの変更前及び変更後の第２駆動電圧変動幅であることを特徴とする光偏向装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の光偏向装置において、
前記判定部は、前記第２駆動電圧変動幅を一定にしている期間に前記感度相当値の検出値が所定の閾値を超えて変化したときは、前記振れ角変動幅検出部が故障状態であると判定することを特徴とする光偏向装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２軸走査型の光偏向器を装備する光偏向装置に関する。

【背景技術】

【0002】

２軸走査型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光偏向器を装備する光偏向装置では、光偏向器のミラー部を交差関係の各軸の回りに往復動させて、ミラー部から２軸で走査する走査光を出射している（例：特許文献１）。このような光偏向装置では、作動中、各軸回りのミラー部の往復回動の異常を監視する必要がある。

【0003】

特許文献１の光偏向装置は、各軸回りのミラー部の振れ角は、軸ごとに設けた振れ角センサで検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５９８７５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の光偏向装置では、軸の個数だけ振れ角センサが必要になる。したがって、光偏向装置は、その分、複雑化、大型化及びコスト高となる。

【0006】

本発明の目的は、一方の軸の回りのミラー部の振れ角で他方の軸の回りのミラー部の振れ状態の判定することができる光偏向装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の発明者は、光偏向器のミラー部を交差関係の共振軸と非共振軸の２軸の回りに往復回動させるときに、ミラー部の共振軸側の圧電アクチュエータの駆動電圧を一定に維持しているにもかかわらず、共振軸の回りのミラー部の振れ角の往復回動幅が非共振軸の回りの往復回動幅に応じて変化するという知見を得た。

【0008】

本発明の光偏向装置は、上記知見に基づいて、共振軸側の圧電アクチュエータの駆動電圧が一定に維持されている期間に、非共振軸側の圧電アクチュエータの駆動電圧の変動幅を検出し、検出した変動幅と、共振軸の回りのミラー部の振れ角の変動幅の検出値との関係に基づいて非共振軸の回りのミラー部の振れ状態を判断する。

【0009】

本発明の光偏向装置は、
ミラー部、第１軸の回りに前記ミラー部を共振で往復回動させる第１圧電アクチュエータ、及び前記第１軸に対して交差関係にある第２軸の回りに前記ミラー部を非共振で往復回動させる第２圧電アクチュエータを有する光偏向器と、
前記光偏向器の前記第１圧電アクチュエータ及び前記第２圧電アクチュエータにそれぞれ第１駆動電圧及び第２駆動電圧を供給する駆動部と、
前記第２駆動電圧の変動幅としての第２駆動電圧変動幅を検出する電圧変動幅検出部と、
前記第１軸の回りの前記ミラー部の振れ角の変動幅としての第１振れ角変動幅を検出する振れ角変動幅検出部と、
前記第２駆動電圧変動幅に対する前記第１振れ角変動幅の比率を感度相当値とし、前記第２駆動電圧変動幅の検出値と前記第１振れ角変動幅の検出値とに基づいて前記感度相当値を検出する感度相当値検出部と、
前記感度相当値の検出値に基づいて前記第２軸の回りの前記ミラー部の第２軸側振れ状態が正常であるかを判定する判定部と、
を備える。

【0010】

本発明によれば、第１軸側振れ角変動幅に基づいて演算される振れ角感度相当値の検出値に基づいて第２軸側振れ状態が正常であるかを判定する。これにより、第２軸側振れ角の検出を省略して、第２軸側振れ状態が正常であるかを判定することができる。

【0011】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記判定部は、
前記第２駆動電圧変動幅と前記感度相当値の定格値との定格関係を定めたデータを保持するデータ保持部と、
前記定格関係に基づいて前記第２駆動電圧変動幅の検出値に対応する前記感度相当値の定格対応値を演算し、前記感度相当値の検出値と前記感度相当値の定格対応値との対比に基づいて前記第２軸側振れ状態を判定する演算判定部と、
を備える。

【0012】

この構成によれば、感度相当値の定格対応値と検出値との対比に基づいて第２軸側振れ状態を的確に判定することができる。

【0013】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記対比は、
前記第２駆動電圧変動幅が相互に異なるＶｗ１，Ｖｗ２で前記光偏向器を作動させる条件をそれぞれ第１条件及び第２条件とし、
前記第１条件時の感度相当値の検出値Ｓｄ１及びＶｗ１に対応する定格対応値Ｒｇ１と、前記第２条件時の検出値Ｓｄ２及びＶｗ２に対応する定格対応値Ｒｇ２とに対し、Ｓｄ１とＳｄ２との相対関係と、Ｒｇ１とＲｇ２との相対関係との対比とする。

【0014】

この構成によれば、第１条件及び第２条件の２条件の感度相当値の定格対応値と検出値との対比に基づいて第２軸側振れ状態を的確に判定することができる。

【0015】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記相対関係とは、Ｓｄ１／Ｓｄ２の比率及びＲｇ１／Ｒｇ２の比率である。

【0016】

この構成によれば、相対関係を比率とすることにより、第２軸側振れ状態を的確に判定することができる。

【0017】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記相対関係とは、Ｓｄ１－Ｓｄ２の差分及びＲｇ１－Ｒｇ２の差分である。

【0018】

この構成によれば、相対関係を差分とすることにより、第２軸側振れ状態を円滑に判定することができる。

【0019】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記第１条件時のＶｗ１は、前記光偏向器の起動時における非ユーザ設定の第２軸側電圧変動幅であり、
前記第２条件時のＶｗ２は、起動後の最初の変更で変更するユーザ設定の第２軸側電圧変動幅である。

【0020】

この構成によれば、適切な第１条件及び第２条件を設定することにより、感度相当値の検出値と定格対応値との対比精度を向上することができる。

【0021】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記第１条件時のＶｗ１及び前記第２条件時のＶｗ２は、前記第１駆動電圧の変動幅としての第１駆動電圧変動幅を維持しつつ、前記第２駆動電圧変動幅を変更するときの変更前及び変更後の第２駆動電圧変動幅である。

【0022】

この構成によれば、適切な第１条件及び第２条件を設定することにより、感度相当値の検出値と定格対応値との対比精度を向上することができる。

【0023】

好ましくは、本発明の光偏向装置において、
前記判定部は、前記第２駆動電圧変動幅を一定にしている期間に前記感度相当値の検出値が所定の閾値を超えて変化したときは、前記振れ角変動幅検出部が故障状態であると判定する。

【0024】

この構成によれば、第２駆動電圧変動幅が一定に維持される期間において、感度相当値の検出値に基づいて第１軸回りのミラー部の振れ角を検出する振れ角変動幅検出部の故障状態を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】光偏向装置の全体の模式図である。

【図2】光偏向器の正面図である。

【図3】制御装置のブロック図である。

【図4】光偏向器及び制御装置の具体的な回路図である。

【図5】Ｈ駆動電圧、Ｖ駆動電圧及びＨセンサの出力の時間変化を示す図である。

【図6】Ｖ駆動電圧変動幅の検出値と感度相当値の検出値との関係を調べたグラフである。

【図7】所定のＨ駆動電圧においてＶ駆動電圧と感度相当値の定格値及び検出値との関係を示すグラフである。

【図8】光偏向装置の起動時におけるＶ振れ状態の異常判定方法のフローチャートである。

【図9】光偏向装置の作動中のＶ駆動電圧変動幅の変更時におけるＶ振れ状態の異常判定方法のフローチャートである。

【図10】感度相当値の検出値に基づいて光偏向装置の故障診断を行うときの説明図である。

【図11】Ｖ駆動電圧変動幅の不変化期間の故障診断方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の好ましい実施態様について説明する。本発明は、以下の実施態様に限定されないことは言うまでもない。本発明は、明細書に開示した技術的思想の範囲内で種々の態様で実施される。なお、図面において共通の構成要素は、同一の符号を付けている。

【0027】

（光偏向装置／全体）
図１は、光偏向装置１０の全体の模式図である。光偏向装置１０は、レーザ光源２０、光偏向器３０及び制御装置４５を備える。

【0028】

図１には、スクリーン９０が図示されているが、スクリーン９０は、光偏向装置１０を構成する要素から除外される。スクリーン９０は、光偏向装置１０が生成する走査光ビームＬｓによる走査軌跡Ｃｒを説明する便宜上、図示しているだけである。スクリーン９０は、光偏向装置１０が組み込まれる映像装置や車両用前照灯等の商品に応じて、映像スクリーンであったり、車両前方の照射領域であったりする。

【0029】

スクリーン９０の縦及び横は、それぞれ垂直（Ｖ）方向及び水平（Ｈ）方向に対応している。以下の実施形態において、要素名及び因子名にＶ又はＨがついている要素等は、それぞれ垂直方向及び水平方向に関連する要素であることを意味する。

【0030】

レーザ光源２０は、光偏向器３０のミラー部３１に向けて、レーザ光ビームＬｏを出射する。ミラー部３１は、レーザ光ビームＬｏを反射して生成した走査光ビームＬｓを出射する。

【0031】

ミラー部３１は、直交関係の第１軸（以下、適宜「共進軸」又は「Ｈ軸」という。）及び第２軸（以下、適宜「非共進軸」又は「Ｖ軸」という。）の２軸の回りにそれぞれ共振及び非共振で往復回動している。走査光ビームＬｓは、スクリーン９０上にラスタースキャンで走査軌跡Ｃｒを生成する。

【0032】

制御装置４５は、光偏向器３０のＨアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５（図２）の駆動電圧を制御する。制御装置４５は、さらに、レーザ光源２０の点灯及び消灯の切替や、レーザ光源２０の点灯時のレーザ光ビームＬｏの光度を制御することができる。

【0033】

（光偏向器）
図２は、光偏向器３０の正面図である。光偏向器３０の構成の説明の便宜上、３軸座標系を定義する。Ｘ軸及びＹ軸は、光偏向器３０の正面視で横方向及び縦方向に平行な軸とする。Ｚ軸は、ＭＥＭＳの光偏向器３０の厚さ方向に平行な軸とする。

【0034】

光偏向器３０は、ミラー部３１、トーションバー３２ａ，３２ｂ、Ｈアクチュエータ３３ａ，３３ｂ、可動枠３４、Ｖアクチュエータ３５ａ，３５ｂ及び固定枠３６を備えている。

【0035】

ミラー部３１は、円形であり、レーザ光ビームＬｏ（図１）は、ミラー部３１の中心Ｏに入射する。トーションバー３２ａ，３２ｂは、Ｙ軸方向に相互に反対側に光偏向器３０から延出し、先端において可動枠３４の内周に結合している。Ｈアクチュエータ３３ａ，３３ｂは、ミラー部３１に対してＸ軸方向の両側に位置し、Ｙ軸方向の両端においてトーションバー３２（トーションバー３２ａ，３２ｂの総称）の中間部に結合している。Ｈアクチュエータ３３（Ｈアクチュエータ３３ａ，３３ｂの総称）は、ミラー部３１の外周側でかつ可動枠３４の内周側に位置する。

【0036】

Ｈアクチュエータ３３ａ，３３ｂには、振幅及び周波数が同一であり、かつ位相が１８０°ずれているＨ駆動電圧（第１駆動電圧）が供給される。該周波数は、共振周波数（例：１．５ｋＨｚ）に設定されている。これにより、ミラー部３１は、トーションバー３２の中心軸（第１軸又は共振軸）の回りに共振で往復回動する。

【0037】

Ｖアクチュエータ３５ａ，３５ｂは、Ｘ軸方向に可動枠３４に対して両側に位置する。各Ｖアクチュエータ３５（Ｖアクチュエータ３５ａ，３５ｂの総称）は、可動枠３４の外周と固定枠３６の内周との間に介在する。各Ｖアクチュエータ３５は、Ｙ軸方向に平行にかつミアンダ配列で直列に結合する複数のカンチレバー３７を有している。

【0038】

各Ｖアクチュエータ３５における複数のカンチレバー３７に対して、Ｘ軸方向に外側（固定枠３６の内周側）から内側（可動枠３４の外周側）に順番に番号をつけると、奇数番号のカンチレバー３７と偶数番号のカンチレバー３７とは、振幅及び周波数が同一であり、かつ位相が１８０°ずれているＶ駆動電圧（第２駆動電圧）が供給される。

【0039】

Ｖ駆動電圧の周波数は、非共振周波数（例：６０Ｈｚ）に設定されており、第１軸の回りのミラー部３１の往復回動の共振周波数より大幅に低い値に設定されている。これにより、ミラー部３１は、第２軸（非共振軸）の回りに非共振で往復回動する。なお、第２軸は、Ｘ軸に平行でかつミラー部３１の中心Ｏを通る。

【0040】

（制御装置／構成）
図３は、制御装置４５のブロック図である。制御装置４５は、駆動部４９、電圧変動幅検出部５０、振れ角変動幅検出部５１、感度相当値検出部５２及び判定部５３を備えている。判定部５３は、さらに、データ保持部５８及び演算判定部５９を備えている。制御装置４５の詳細な作用については後述する。

【0041】

図４は、光偏向器３０及び制御装置４５の具体的な回路図である。光偏向器３０は、Ｈアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５の他に、Ｈセンサ３９を備える。Ｈセンサ３９は、光偏向器３０の製造時においてＨアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５に共通に成膜した圧電膜層の一部を利用して、例えばトーションバー３２とＶアクチュエータ３５との結合部に作成されている。すなわち、Ｈセンサ３９は、光偏向器３０に内蔵されている。

【0042】

制御装置４５は、ＭＥＭＳ駆動制御部６５、Ｈ駆動信号生成部６６、Ｖ駆動信号生成部６７、センサ処理部６８及び異常判定部７２を備える。異常判定部７２は、さらに、Ｈ異常検知部７３及びＶ異常検知部７４を備える。

【0043】

図３の各ブロックと図４の各ブロックとの対応関係は次のとおりである。
駆動部４９：ＭＥＭＳ駆動制御部６５、Ｈ駆動信号生成部６６及びＶ駆動信号生成部６７
電圧変動幅検出部５０、振れ角変動幅検出部５１、感度相当値検出部５２及び判定部５３：センサ処理部６８、異常判定部７２

【0044】

ＭＥＭＳ駆動制御部６５は、Ｈ駆動信号生成部６６、Ｖ駆動信号生成部６７及び異常判定部７２に制御信号を出力する。ＭＥＭＳ駆動制御部６５は、制御装置４５の外部から駆動条件（Ｈ駆動電圧及びＶ駆動電圧についての条件）を受ける。Ｈ駆動信号生成部６６及びＶ駆動信号生成部６７は、それぞれＨアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５にＨ駆動電圧（第１駆動電圧）及びＶ駆動電圧（第２駆動電圧）を出力する。

【0045】

センサ処理部６８は、Ｈセンサ３９及びＨ駆動信号生成部６６からの入力信号に基づいて感度相当値に係る信号を生成し、ＭＥＭＳ駆動制御部６５及び異常判定部７２に出力する。Ｈ異常検知部７３及びＶ異常検知部７４は、それぞれミラー部３１のＨ方向及びＶ方向の振れ角の異常を検知する。これらの異常は、異常通知として制御装置４５の外部のスピーカやディスプレーに出力される。

【0046】

（感度相当値）
図５は、Ｈ駆動電圧（Ｈアクチュエータ３３の駆動電圧）、Ｖ駆動電圧（Ｖアクチュエータ３５の駆動電圧）及びＨ振れ角の時間変化を示す図である。Ｈ振れ角は、Ｈセンサ３９が検出した第１軸の回りのミラー部３１の振れ角を示している。

【0047】

当業者の一般常識では、Ｈ駆動電圧の変動幅が一定であれば、Ｖ駆動電圧の変動幅に関係なくＨ振れ角の変動幅は、一定である。しかしながら、本発明者は、Ｈ駆動電圧の変動幅が不変であっても、Ｖ駆動電圧の変動幅が変化すれば、Ｈ振れ角の変動幅が変化するという知見を得た。

【0048】

この理由について本発明者は、次のように考える。
（ａ）カンチレバー３７のＶ駆動電圧変動幅が増大するほど、カンチレバー３７の剛性が増大し、その分、Ｈ駆動電圧の効率が低下する。
（ｂ）ミラー部３１のＶ振れ角が大きいときは、小さいときに比して、ミラー部３１の剛性が増大し、その分、Ｈ駆動電圧の効率が低下する。

【0049】

上記知見から、Ｈ駆動電圧の変動幅が一定であるときは、Ｈ振れ角変動幅からＶ振れ角変動幅を検出することができると考えられる。このことは、Ｈ振れ角変動幅から第２軸側振れ状態が正常か異常かを判定できることを意味している。

【0050】

なお、変動幅とは、値の最大値と最小値との差（peak to peak）である。振幅（正又は負の側の最大絶対値）とは異なる。この光偏向器３０では、Ｈアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５は、ユニポーラ型で駆動し、Ｈ駆動電圧及びＶ駆動電圧は、正及び負のいずれかを維持する。

【0051】

図５の実施形態では、ミラー部３１の駆動電圧は、正弦波形であり、Ｖアクチュエータ３５の駆動電圧は、のこぎり波形になっている。なお、Ｖ駆動電圧の波形の最小値は，０であるので、該波形の最大値は、変動幅を意味する。

【0052】

Ｈアクチュエータ３３のＨ駆動電圧変動幅は、不変になっている。これに対し、Ｖアクチュエータ３５のＶ駆動電圧変動幅は、時刻ｔ１においてＤｖ１からＤｖ２（＜Ｄｖ１）に変化している。Ｈ振れ角の変動幅は、Ｖ駆動電圧変動幅のＤｖ１からＤｖ２への変化に伴い、Ｓｏ１からＳｏ２（＞Ｓｏ１）に変化する。

【0053】

Ｄｖ１，Ｄｖ２は、Ｖアクチュエータ３５のＶ駆動電圧変動幅を意味する。Ｖ駆動電圧変動幅が増大するに連れて、ミラー部３１のＶ振れ角変動幅が増大する。

【0054】

図６は、Ｖ駆動電圧変動幅の検出値と感度相当値の検出値Ｓｄとの関係を調べたグラフである。Ｈアクチュエータ３３及びＶアクチュエータ３５は、ユニポーラであるので、Ｖ駆動電圧の最大値とＶ駆動電圧変動幅とは一致する。光偏向装置１０では、Ｖ駆動電圧の最小値は０であるので、Ｖ駆動電圧変動幅の検出値は、Ｖ駆動電圧の最大値でもある。

【0055】

実施形態に適用される感度相当値Ｓは、Ｈ駆動電圧変動幅が不変であるという条件下で、次の（式１）のように、Ｖ駆動電圧変動幅に対するＨ振れ角変動幅として定義される。
感度相当値Ｓ＝Ｈ振れ角変動幅／Ｖ駆動電圧変動幅・・・（式１）

【0056】

なお、感度相当値Ｓは、Ｈ駆動電圧変動幅が変わると、変化する。したがって、（式１）の感度相当値Ｓは、Ｈ駆動電圧の関数になる。Ｈ振れ角変動幅は、Ｈセンサ３９の出力から演算可能である。Ｖ駆動電圧変動幅は、Ｖ駆動信号生成部６７の出力から演算可能である。

【0057】

図７は、所定のＨ駆動電圧においてＶ駆動電圧変動幅と感度相当値Ｓの定格値Ｓｒ及び検出値Ｓｄとの関係を示すグラフである。設計者は、光偏向器３０について予めＶ駆動電圧変動幅と定格値Ｓｒとの関係を定格関係（正常時の関係）として設定しておく。定格関係に係るデータは、判定部５３のデータ保持部５８に保持され、判定部５３は、適宜参照可能になっている。

【0058】

一方、光偏向器３０では、種々の原因によりＶ軸回りのミラー部３１の振れ状態に異常が生じることがある。図７の破線は、そのような異常状態時の関係を一例として示したものであり、実線から大きくずれたものになっている。

【0059】

Ｓｒ１，Ｓｒ２は、それぞれＶ駆動電圧変動幅Ｄｖ＝Ｄｖ１，Ｄｖ２に対応する感度相当値Ｓの定格値Ｓｒである。Ｓｄ１，Ｓｄ２は、Ｖ駆動電圧変動幅の検出値とＨ振れ角変動幅の検出値とを（式１）に適用して求めた感度相当値Ｓである。Ｖ駆動電圧変動幅Ｄｖ＝Ｄｖ１，Ｄｖ２のときは、感度相当値Ｓは、Ｓｄ１，Ｓｄ２となる。

【0060】

（作用）
図８は、光偏向装置１０の起動時におけるＶ振れ状態の異常判定方法のフローチャートである。

【0061】

Ｓ１０１において、駆動部４９は、Ｈアクチュエータ３３の駆動を開始する。Ｓ１０２において、駆動部４９は、条件Ｕ１でＶアクチュエータ３５を駆動する。条件Ｕ１とは、光偏向器３０の起動時にＶアクチュエータ３５に最初に供給するＶ駆動電圧変動幅となる。該Ｖ駆動電圧変動幅は、設計者が設定した値、すなわち非ユーザ設定の値となる。

【0062】

Ｓ１０３において、振れ角変動幅検出部５１（Ｈセンサ３９及びセンサ処理部６８）は、Ｈ振れ角変動幅を検出する。

【0063】

Ｓ１０４において、駆動部４９は、条件Ｕ２でＶアクチュエータ３５を駆動する。条件Ｕ２は、条件Ｕ１とは異なるＶ駆動電圧変動幅が適用される。該Ｖ駆動電圧変動幅は、ユーザが設定する値である。

【0064】

条件Ｕ１，Ｕ２とは、例えば、図７の第１条件及び第２条件に相当する。条件Ｕ１，Ｕ２のＶ駆動電圧変動幅は、例えばＤｖ１，Ｄｖ２に相当する。

【0065】

Ｓ１０５において、振れ角変動幅検出部５１は、Ｓ１０３と同様に、Ｈ振れ角変動幅を検出する。

【0066】

Ｓ１０６では、感度相当値検出部５２は、感度相当値Ｓの検出値Ｓｄを演算する。検出値Ｓｄは、例えば図７のＳｄ１，Ｓｄ２に相当する。Ｓｄ１は、Ｓ１０２のＶ駆動電圧変動幅から把握できるＤｖ１と、Ｓ１０３で検出したＨ振れ角変動幅とを（式１）に代入して演算することができる。Ｓｄ２は、Ｓ１０４のＶ駆動電圧変動幅から把握できるＤｖ２と、Ｓ１０５で検出したＨ振れ角変動幅とを（式１）に代入して演算することができる。

【0067】

Ｓ１０７では、演算判定部５９は、条件Ｕ１，Ｕ２に対応する感度相当値Ｓの定格値Ｓｒを演算する。定格値Ｓｒは、例えば図７のＳｒ１，Ｓｒ２に相当する。

【0068】

演算判定部５９は、データ保持部５８に保持されている定格関係を規定するデータを参照して、Ｄｖ１，Ｄｖ２に対応する定格値Ｓｒとしての定格対応値Ｓｒ１，Ｓｒ２を演算する。この演算には、補間法が利用される。

【0069】

Ｓ１０８では、演算判定部５９は、検出値Ｓｄと定格値Ｓｒとを対比する。具体的には、定格対応値Ｓｒ１／定格対応値Ｓｒ２の比と検出値Ｓｄ１／検出値Ｓｄ２の比とを対比する。

【0070】

Ｓ１０９では、演算判定部５９は、Ｓ１０８の対比に基づいてミラー部３１のＶ振れ状態を判定する。具体的には、次の（式２）の条件を満たすときは、Ｖ振れ状態は正常であると判定し、満たさないときは、異常であると判定する。ただし、Ｃｔｈ１は、閾値として正の数であり、｜数値｜は該数値の絶対値を意味する。
｜Ｓｄ１／Ｓｄ２－Ｓｒ１／Ｓｒ２｜≦Ｃｔｈ１・・・（式２）

【0071】

図９は、光偏向装置１０の作動中のＶ駆動電圧変動幅の変更時におけるＶ振れ状態の異常判定方法のフローチャートである。

【0072】

Ｓ１１５において、駆動部４９は、現在の条件Ｗ１でＶアクチュエータ３５を駆動する。なお、Ｓ１１５の条件Ｗ１及びＳ１１９の条件Ｗ２は、Ｗ１≠Ｗ２にもかかわらず、現在の条件と記載しているが、現在とは、各処理の実行時を意味するものとして使用している。

【0073】

Ｓ１１６において、電圧変動幅検出部５０は、Ｖ駆動電圧変動幅を検出し、記憶する。Ｓ１１７において、振れ角変動幅検出部５１は、Ｈ振れ角変動幅を検出し、記憶する。

【0074】

Ｓ１１８において、駆動部４９は、条件Ｗ１から条件Ｗ１とは異なる条件Ｗ２への変更の有無を判定する。条件Ｗ１，Ｗ２とは、例えば、図７の第１条件及び第２条件に相当し、Ｖ駆動電圧変動幅は、それぞれ図７のＤｖ１，Ｄｖ２である。

【0075】

駆動部４９は、Ｓ１１８の判定において変更有りと判定したときは、処理をＳ１１９に進め、無しと判定したときは、処理を終了する。補足すると、変更有りとは、Ｖ駆動電圧変動幅が所定の閾値以上の変更があったことを意味する。

【0076】

Ｓ１１９では、作動期間の条件Ｗ２でＶアクチュエータ３５を駆動する。

【0077】

Ｓ１２０では、電圧変動幅検出部５０は、Ｓ１１６の時と同様に、Ｖ駆動電圧変動幅を検出し、記憶する。

【0078】

Ｓ１２１では、振れ角変動幅検出部５１は、Ｓ１１７の時と同様に、Ｈ振れ角変動幅を検出し、記憶する。

【0079】

Ｓ１２２では、条件Ｗ１，Ｗ２の定格値Ｓｒを演算する。具体的な計算は、図８のＳ１０７で説明したとおりである。

【0080】

演算判定部５９は、Ｓ１２４では、検出値Ｓｄと定格値Ｓｒとの対比を行い、Ｓ１２５では、Ｖ振れ状態の判定を行う。具体的な対比の仕方及び判定の仕方は、図８のＳ１０８，Ｓ１０９で説明したのと同一である。ただし、前述の（式２）の閾値Ｃｔｈ１とは異なる閾値Ｃｔｈ２（≠Ｃｔｈ１）を設定することもできる。

【0081】

図１０は、感度相当値Ｓの検出値Ｓｄに基づいて光偏向装置１０の故障診断を行うときの説明図である。図１０の場合、Ｖアクチュエータ３５のＶ駆動電圧変動幅Ｄｖは、変化がない期間が選定される。検出値Ｓｄについての図１０の上側の図の時間変化は、光偏向装置１０が正常に作動しているときのものである。これに対し、下側の時間変化は、光偏向装置１０に故障が生じた時のものである。

【0082】

故障診断は、一定時間ΔＴの経過ごとに実施されるので、故障診断は、時刻ｔａ１，ｔａ２，ｔａ３，ｔａ４で実施される。Ｈセンサ３９が正常に作動しているときは、図１０の上側の図のように、検出値Ｓｄは変化しない。

【0083】

これに対し、断線等の故障がＨセンサ３９に生じたときは、Ｖ駆動電圧変動幅及びＨ駆動電圧変動幅が変化しないにもかかわらず、検出値Ｓｄが変化する。図１０の下側の図では、検出値Ｓｄが時刻ｔｂ２－ｔｂ３間で所定の閾値以上変化している。こうして、検出値Ｓｄの定期的な監視によりＨセンサ３９の故障を診断することができる。

【0084】

図１１は、Ｖ駆動電圧変動幅Ｄｖの不変化期間の故障診断方法のフローチャートである。

【0085】

Ｓ１３０では、判定部５３は、前回の診断から所定時間ΔＴが経過したか否かを判定する。判定部５３は、該判定が肯定的であるときは、処理をＳ１３１に進め、否定的であるときは、処理を終了する。

【0086】

Ｓ１３１では、電圧変動幅検出部５０は、Ｖ駆動電圧変動幅Ｄｖを検出し、記憶する。Ｓ１３２では、振れ角変動幅検出部５１は、Ｈ振れ角変動幅を検出し、記憶する。

【0087】

Ｓ１３３は、判定部５３は、前回（現時刻より所定時間ΔＴだけ前の）と今回のＶ駆動電圧変動幅Ｄｖを対比する。判定部５３は、前回と今回とでＶ駆動電圧変動幅Ｄｖが変化無し（変化量が閾値未満）と判定したときは、処理をＳ１３４に進める。逆に、変化有り（変化量が閾値以上）と判定したときは、処理を終了する。

【0088】

Ｓ１３４では、演算判定部５９は、前回及び今回の検出値Ｓｄを演算する。Ｓ１３５では、演算判定部５９は、前回検出値Ｓｄｐと今回の検出値Ｓｄｎとを対比する。

【0089】

Ｓ１３６では、演算判定部５９は、Ｓ１３５の対比に基づいてＨセンサ３９の出力についての判定を行う。具体的には、次の（式３）を使用する。
｜検出値Ｓｄｐ－検出値Ｓｄｎ｜≦Ｃｔｈ３・・・（式３）
（式３）が満たされているときは、Ｈセンサ３９は故障無しと判定する。満たされていないときは、Ｈセンサ３９は故障していると判定する。

【0090】

（変形例）
実施形態の光偏向器３０では、ミラー部３１が往復回動する第１軸（共進軸）及び第２軸（非共進軸）がミラー部３１の中心Ｏにおいて直交関係で交差する。本発明の第１軸及び第２軸は、交差関係にあれば、直交関係に限定されない。

【0091】

実施形態では、Ｈセンサ３９は、ＭＥＭＳの光偏向器３０の圧電層を利用して光偏向器３０の内蔵センサとして設けられている。本発明において、第１軸側振れ角変動幅として検出する振れ角変動幅検出部は、光偏向器３０の外に配置したＰＤ（Photo Detector）等で構成することも可能である。その場合、ＰＤは、例えば、走査光ビームＬｓがその走査範囲の端付近に来た時、走査光ビームＬｓを受光してミラー部３１の最大又は最小の第１軸側振れ角及びそのタイミングを検出することになる。

【0092】

図５では、Ｖアクチュエータ３５のＶ駆動電圧は、のこぎり波形になっている。本発明のＶ駆動電圧は、のこぎり波形以外の波形（例：三角波及び正弦波）も採用することができる。

【0093】

実施形態のＳ１０８では、（式２）に基づいてＶ振れ状態の異常を判定している。本発明は、（式２）の比率に代えて、次の（式４）の差分に基づいてＶ振れ状態の異常を判定することもできる。ただし、Ｃｔｈ４は、正の所定の閾値である。
｜（検出値Ｓｄ１－検出値Ｓｄ２）－（定格値Ｓｒ１－定格値Ｓｒ２）｜≦Ｃｔｈ４・・・（式４）

【符号の説明】

【0094】

１０・・・光偏向装置、３０・・・光偏向器、３１・・・ミラー部、３３・・・Ｈアクチュエータ（第１圧電アクチュエータ）、３５・・・Ｖアクチュエータ（第２圧電アクチュエータ）、３９・・・Ｈセンサ、４５・・・制御装置、４９・・・駆動部、５０・・・電圧変動幅検出部、５１・・・振れ角変動幅検出部、５２・・・感度相当値検出部、５３・・・判定部、５８・・・データ保持部、５９・・・演算判定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】