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特許7459580可動装置、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、及び移動体
(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】2024-03-25
(45)【発行日】2024-04-02
(54)【発明の名称】可動装置、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、及び移動体
(51)【国際特許分類】
G02B 26/10 20060101AFI20240326BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20240326BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240326BHJP
G02B 27/01 20060101ALI20240326BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
G02B26/10 104Z
G02B26/08 E
B81B3/00
G02B27/01
G02B27/02
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2020045696
(22)【出願日】2020-03-16
(65)【公開番号】P2021148836
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2023-01-16
(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】新川 瑞季
【審査官】鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１２３１１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０１８０８１８１（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００２－１５６５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０４９１９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６７２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０８２６３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－００１２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１４８２６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９６１７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８０８７３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｇ０２Ｂ ２６／０８
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｇ０２Ｂ ２７／０１ － ２７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
可動部と、前記可動部を揺動させる第１のアクチュエータ部と、
前記第１のアクチュエータ部を固定する固定部と、を有する第１の部材と、
前記第１のアクチュエータ部とは別に設けられた前記可動部を揺動させる２つ以上の他のアクチュエータ部を有する第２の部材と、
を備える可動装置において、
前記第１のアクチュエータ部は、
一端が前記可動部と接続され前記可動部を支持する支持部と、
前記支持部の他端と接続され、前記支持部を変形させて前記可動部を揺動させる駆動部と、を有し、
平面視において前記駆動部を構成する複数の辺のうち、前記固定部から最も遠い辺が前記可動部側を向いており、前記可動部の中心上を通り前記第１のアクチュエータ部のみを駆動したときの前記可動部の回転軸と平行な仮想線により、前記駆動部が含まれる第１の領域と前記駆動部が含まれない第２の領域に２分したときに、
前記支持部と前記可動部は、前記第２の領域で接続される
ことを特徴とする可動装置。
【請求項2】
可動部と、前記可動部を揺動させる第１のアクチュエータ部と、
前記第１のアクチュエータ部を固定する固定部と、を有する第１の部材と、
前記第１のアクチュエータ部とは別に設けられた前記可動部を揺動させる２つ以上の他のアクチュエータ部を有する第２の部材と、
を備える可動装置において、
前記第１のアクチュエータ部は、
一端が前記可動部と接続され前記可動部を支持する支持部と、
前記支持部の他端と接続され、前記支持部を変形させて前記可動部を揺動させる駆動部と、を有し、
平面視において前記駆動部を構成する複数の辺のうち、前記固定部から最も遠い辺が前記可動部側を向いておらず、前記可動部の中心上を通り前記第１のアクチュエータ部のみを駆動したときの前記可動部の回転軸と垂直な仮想線により、前記駆動部が含まれる第１の領域と前記駆動部が含まれない第２の領域に２分したときに、
前記支持部と前記可動部は、前記第２の領域で接続される
ことを特徴とする可動装置。
【請求項3】
前記仮想線と前記可動部の中心上を通り前記仮想線に垂直な直線とによって仕切られた平面の四つの部分のうち、前記駆動部の側を向く部分を第１象限及び第２象限としたときに、前記支持部と前記可動部は、前記支持部の他端から最も遠い第４象限で接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可動装置。
【請求項4】
前記仮想線と前記可動部の中心上を通り前記仮想線に垂直な直線とによって仕切られた平面の四つの部分のうち、前記駆動部の側を向く部分を第１象限及び第２象限としたときに、前記支持部と前記可動部は、第１象限と前記支持部の他端から最も遠い第４象限を跨ぐ位置で接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可動装置。
【請求項5】
前記支持部の形状は、前記可動部の中心を中心とした円弧を含む形状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項6】
前記支持部の前記円弧を含む形状の最内周部と前記可動部の最外周部との間には、前記可動部の最外周部に沿った略一定幅の間隙が形成さ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】
前記支持部はミアンダ構造を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項8】
前記支持部の一部の幅が他部の幅よりも太いことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項9】
前記可動部は、可動部梁と、一端が前記可動部梁に接続され、他端がミラー部と接続された梁と、
を有し、
前記梁は、前記ミラー部を共振駆動可能な状態で支持していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項10】
一端が前記可動部に接続され、他端がミラー部と接続された２つのミアンダ構造を有し、前記２つのミアンダ構造は、前記ミラー部を共振駆動可能な状態で両側から支持していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項11】
前記駆動部はミアンダ構造であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の可動装置。
【請求項12】
請求項１乃至１１の何れか一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。
【請求項13】
前記光源は複数設けられており、前記複数の光源は、異なる波長の光を発するものであって、
前記複数の光源から発した前記異なる波長の光を合成する合成部を更に備え、
前記合成部において合成された光を偏向して投影することを特徴とする請求項１２に記載の画像投影装置。
【請求項14】
請求項１乃至１１の何れか一項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15】
請求項１乃至１１の何れか一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16】
請求項１乃至１１の何れか一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17】
請求項１乃至１１の何れか一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、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ことを特徴とする物体認識装置。
【請求項18】
請求項１４に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項１５に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項１７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可動装置、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、及び移動体に関する。
【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、例えば、可動部を互いに直交する第１の軸および第２の軸まわりにそれぞれ回動させて光を走査する光偏向器が知られている。この光偏向器は、可動部と、可動部を支持する支持部と、可動部および支持部を連結する４つの連結部とを有し、４つの連結部は、可動部の平面視にて、可動部の外周に周方向に沿って９０度間隔で設けられている（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】
しかしながら、上記に例示した光偏向器の構成では、可動部を揺動させた場合、可動部に接続されている一つの連結部の屈曲変形が、可動部に接続されている他の連結部の影響によって抑制される。そのため、可動部の可動範囲が制限され、その結果、光偏向器による光の走査角が抑制されてしまう懸念がある。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、大きな走査角を得ることができる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】
【0006】
開示の技術の一態様に係る可動装置は、可動部と、前記可動部を揺動させる第１のアクチュエータ部と、前記第１のアクチュエータ部を固定する固定部と、を有する第１の部材と、前記第１のアクチュエータ部とは別に設けられた前記可動部を揺動させる２つ以上の他のアクチュエータ部を有する第２の部材と、を備える可動装置において、前記第１のアクチュエータ部は、一端が前記可動部と接続され前記可動部を支持する支持部と、前記支持部の他端と接続され、前記支持部を変形させて前記可動部を揺動させる駆動部と、を有し、平面視において前記駆動部を構成する複数の辺のうち、前記固定部から最も遠い辺が前記可動部側を向いており、前記可動部の中心上を通り前記第１のアクチュエータ部のみを駆動したときの前記可動部の回転軸と平行な仮想線により、前記駆動部が含まれる第１の領域と前記駆動部が含まれない第２の領域に２分したときに、前記支持部と前記可動部は、前記第２の領域で接続される。
【発明の効果】
【0007】
開示の技術によれば、大きな走査角を得ることができる可動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図である。
【図2】駆動部の断面構造の一例である。
【図3】支持部と可動部との接続位置について説明する図（その１）である。
【図4】支持部と可動部との接続位置について説明する図（その２）である。
【図5】支持部と可動部との接続位置の変形例について説明する図（その１）である。
【図6】支持部と可動部との接続位置の変形例について説明する図（その２）である。
【図7】支持部と可動部との接続位置の変形例について説明する図（その３）である。
【図8】支持部と可動部との接続位置の変形例について説明する図（その４）である。
【図9】支持部に関する変形例について説明する図（その１）である。
【図10】支持部に関する変形例について説明する図（その２）である。
【図11】支持部に関する変形例について説明する図（その３）である。
【図12】支持部に関する変形例について説明する図（その４）である。
【図13】支持部に関する変形例について説明する図（その５）である。
【図14】支持部に関する変形例について説明する図（その６）である。
【図15】支持部に関する変形例について説明する図（その７）である。
【図16】支持部に関する変形例について説明する図（その８）である。
【図17】第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その１）である。
【図18】第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その２）である。
【図19】第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その３）である。
【図20】第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その４）である。
【図21】第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その５）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】光走査システムに係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】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】
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互いに直交する方向を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指す。
【0011】
〈第１実施形態〉
図１は、第１実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図である。図１に示す光偏向器１００は、可動部１０３と、第１のアクチュエータ部１０４ａと、第２のアクチュエータ部１０４ｂと、第３のアクチュエータ部１０４ｃとを有している。光偏向器１００は、可動部１０３を揺動させて、入射する光を多軸方向に偏向するベクタースキャンに対応可能な３相の光偏向器である。
図１は、第１実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図である。図１に示す光偏向器１００は、可動部１０３と、第１のアクチュエータ部１０４ａと、第２のアクチュエータ部１０４ｂと、第３のアクチュエータ部１０４ｃとを有している。光偏向器１００は、可動部１０３を揺動させて、入射する光を多軸方向に偏向するベクタースキャンに対応可能な３相の光偏向器である。
【0012】
可動部１０３は、例えば、円形状のミラー部１０１と、ミラー部１０１の基体の＋Ｚ側の面上に形成されたミラー反射面１０２等を有している。ミラー部１０１は、例えば、シリコン層から構成される。ミラー部１０１は、酸化材や無機材料、有機材料で構成されてもよいし、複数の材料または同じ材料の複数層で構成されてもよい。
【0013】
ミラー反射面１０２は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜で構成される。また、ミラー部１０１の基体の－Ｚ側の面にミラー部補強用のリブ構造が形成されていてもよい。リブ構造は、例えば、シリコン支持層及び酸化シリコン層から構成され、可動によって生じるミラー部１０１及びミラー反射面１０２の変形歪を抑制する。
【0014】
ミラー部１０１及びミラー反射面１０２を含む略円形状の可動部１０３は、第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃにより、回動可能な状態で支持されている。
【0015】
尚、ミラー部１０１及び可動部１０３は、楕円形状、または多角形状で形成されていてもよく、その他どのような形状で形成されていてもよい。
【0016】
第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃは、可動部１０３を揺動させる部分である。第１のアクチュエータ部１０４ａは、支持部１０５ａと、駆動部１０６ａとを有している。第２のアクチュエータ部１０４ｂは、支持部１０５ｂと、駆動部１０６ｂとを有している。第３のアクチュエータ部１０４ｃは、支持部１０５ｃと、駆動部１０６ｃとを有している。
【0017】
第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃは同様の構造である。そのため、以下では第１のアクチュエータ部１０４ａについて説明を行い、第２のアクチュエータ部１０４ｂ及び第３のアクチュエータ部１０４ｃの説明は省略する。
【0018】
第１のアクチュエータ部１０４ａにおいて、支持部１０５ａは、一端が可動部１０３と接続され、他端が駆動部１０６ａと接続され、可動部１０３を支持する。支持部１０５ａは、直線状ではなく、屈曲部を有する構造である。図１では、一例として、支持部１０５ａは略直角に屈曲する２つの屈曲部を有している。
【0019】
第１のアクチュエータ部１０４ａにおいて、駆動部１０６ａは、支持部１０５ａの他端と接続され、支持部１０５ａを変形させて可動部１０３を揺動させる。駆動部１０６ａの形状や構成は特に限定されず、例えば、ミアンダ構造等であってもよい。また、駆動部１０６ａに何らかのセンサが形成されていてもよい。センサは特に限定されないが、例えば、変形に応じて信号を出力する変位検出用センサ（圧電式、ひずみ抵抗式等）や温度センサ等が挙げられる。
【0020】
駆動部１０６ａによる支持部１０５ａの駆動方式は、例えば、圧電駆動であるが、電磁界を利用して支持部を変形させる電磁駆動や、支持部に櫛歯電極が形成される静電駆動であってもよい。また、支持部の上にコイルやマグネットアレイが形成されているものであってもよい。また、支持部の駆動方法は、共振駆動または非共振駆動のどちらであってもよい。
【0021】
これらの中でも、圧電駆動部を効果的に配置でき、光偏向器全体のサイズの大型化を抑制できる点では、圧電駆動が好ましい。例えば、静電駆動では駆動部の外周に櫛歯電極を配置するため、光偏向器全体のサイズが大きくなりやすい。また、電磁駆動では複数の駆動部それぞれへの配線レイアウトとそれぞれに磁界がかかるような磁石の配置が難しく、光偏向器全体のサイズが大きくなりやすい。
【0022】
駆動部１０６ａによる支持部１０５ａの駆動方式が圧電駆動である場合には、駆動部１０６ａの断面構造は、例えば、図２のようになる。
【0023】
図２に示すように、駆動部１０６ａは、厚み方向（Ｚ方向）に複数の層からなる。具体的には、駆動部１０６ａにおいて、弾性部となる基部がシリコン層１３０により形成されている。シリコン層１３０の厚みは、例えば、２０～６０μｍ程度である。シリコン層１３０により形成された基部は、剛性を有し、半導体プロセス処理に適用可能な材料であればよく、無機材料または有機材料、金属ガラス等により形成されていてもよく、また、複数の材料を多層化した多層構造であってもよい。
【0024】
駆動部１０６ａにおいて、弾性部となるシリコン層１３０の＋Ｚ側の面の上に、下部電極１３１、圧電層１３２、上部電極１３３が順に積層されている。下部電極１３１、圧電層１３２、及び上部電極１３３は、圧電駆動部となる。
【0025】
下部電極１３１及び上部電極１３３は、例えば、金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等により形成されている。圧電層１３２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等により形成されているが、その他の圧電材料であってもよく、種類は問わない。
【0026】
また、圧電駆動部は、圧電層が複数積層され、中間電極を含む構造のものであってもよい。圧電駆動部は、外部制御装置に電気的に接続されており、電圧を印加することで駆動する圧電アクチュエータである。また、圧電駆動部の＋Ｚ側は、酸化シリコン等により形成された不図示の絶縁膜で覆われており、その絶縁膜の＋Ｚ側の面の上に電気配線が形成されているものであってもよい。
【0027】
図３は、支持部と可動部との接続位置について説明する図であり、図１から可動部１０３及び第１のアクチュエータ部１０４ａを抜き出した部分平面図である。図３において、一点鎖線で示したＡは第１のアクチュエータ部１０４ａのみが可動部１０３に接続された場合の回転軸、矢印Ｂは駆動部１０６ａの伸長方向（図３ではＹ軸に平行な方向）、１０７ａは駆動部１０６ａの固定端（すなわち、駆動部１０６ａと固定部との接続箇所）を示す。図３では、固定端１０７ａはＸ軸に平行であり、固定端１０７ａの斜線側が固定部となる。
【0028】
固定部は、第１のアクチュエータ部１０４ａを固定する部分であり、例えば、シリコン支持層、酸化シリコン層、及びシリコン活性層から構成される。固定部には、例えば、電極接続部が形成される。電極接続部は、例えば、駆動部１０６ａの下部電極１３１及び上部電極１３３と、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。電極接続部は、例えば、光偏向器１００の外部に配置される制御装置等と電気的に接続される。
【0029】
尚、可動部１０３と、第１のアクチュエータ部１０４ａと、固定部とを有する部分を、第１の部材と称する場合がある。また、第１のアクチュエータ部１０４ａとは別に設けられた可動部１０３を揺動させる他のアクチュエータ部を有する部分を、第２の部材と称する場合がある。
【0030】
ここで、可動部１０３の中心上を通り可動部１０３の回転軸Ａと平行な仮想線Ｃを考える。なお、図３の例では、回転軸Ａが可動部１０３の中心上を通っているため、仮想線Ｃは回転軸Ａと一致しているが、回転軸Ａは可動部１０３の中心上を通らない場合もあり、その場合には仮想線Ｃは回転軸Ａと一致しない。
【0031】
上述のように可動部１０３は、略円形状や楕円形状、多角形状等の形状で構成されるが、本明細書及び特許請求の範囲において、可動部が何れの形状で構成される場合についても、可動部の中心とは、可動部を平面視したときの重心の位置である。
【0032】
可動部１０３及び第１のアクチュエータ部１０４ａは、仮想線Ｃにより、駆動部１０６ａが含まれる第１の領域Ｒ１と駆動部１０６ａが含まれない第２の領域Ｒ２に２分することができる。
【0033】
このとき、支持部１０５ａと可動部１０３は、少なくとも第２の領域Ｒ２で接続される。すなわち、支持部１０５ａと可動部１０３との接続箇所Ｄの少なくとも一部は、第２の領域Ｒ２内に入り込む。接続箇所Ｄの全部が、第２の領域Ｒ２内に配置されてもよい。図３の例では、接続箇所Ｄの全部が、第２の領域Ｒ２内に配置されている。
【0034】
このように、光偏向器１００では、第１のアクチュエータ部１０４ａの支持部１０５ａと可動部１０３との接続箇所Ｄの少なくとも一部が第２の領域Ｒ２内に入り込む。第２のアクチュエータ部１０４ｂを単体で見た場合の支持部１０５ｂと可動部１０３との接続箇所、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃを単体で見た場合の支持部１０５ｃと可動部１０３との接続箇所についても同様であることが好ましい。
【0035】
この構造により、従来のように支持部と可動部との接続箇所の全部が第１の領域Ｒ１内に配置される場合に比べて、支持部１０５ａ、１０５ｂ、及び１０５ｃを長尺化できる。その結果、支持部１０５ａ、１０５ｂ、及び１０５ｃが動きやすくなるため、光偏向器１００全体の機械的な振動耐性は維持したまま、可動部１０３の振れ角を増大させることが可能となり、共振周波数の低下抑制と走査角拡大を両立できる。
【0036】
特に、図１及び図３に示すように、各支持部が駆動部の伸長方向（図３では矢印Ｂ方向）と垂直な方向（図３ではＸ方向）に伸びる部分を有し、仮想線Ｃを挟んで可動部１０３の駆動部１０６ａと反対側に回り込んで可動部１０３と接続される場合、各支持部をより長尺化できる。その結果、一の駆動部による可動部の揺動を他の駆動部を有するアクチュエータ部が抑制しにくくなるため走査角を一層拡大できる。また、図１のように可動部の外周に駆動部を複数配置する場合でも、支持部の配置が干渉し合わないため、チップサイズ増大を抑制可能となり、光偏向器１００を小型化できる。
【0037】
尚、駆動部１０６ａの固定端１０７ａは図３の位置には限定されず、図４の位置であってもよい。すなわち、図３では平面視において可動部１０３の中心から視た駆動部１０６ａの先端側の辺が可動部１０３側を向く場合（言い換えれば、平面視において固定端１０７ａから視たとき、駆動部１０６ａの先端側の辺よりも可動部１０３の中心が固定端１０７ａから遠い場合）の例を示したが、図４のように、平面視において可動部１０３の中心から視た駆動部１０６ａの先端側の辺が可動部１０３側を向かない場合（言い換えれば、平面視において固定端１０７ａから視たとき、駆動部１０６ａの先端側の辺よりも可動部１０３の中心が固定端１０７ａに近い場合）にも、以下の要件を満たすことで、支持部１０５ａ、１０５ｂ、及び１０５ｃを長尺化できる。
【0038】
ここで、可動部１０３の中心から視た駆動部１０６ａの先端側の辺とは、駆動部１０６ａにおける矢印Ｂの先端側の辺、すなわち、駆動部１０６ａにおける固定端１０７ａとは反対側の辺である。なお、辺とは、必ずしも直線からなる辺である必要はなく、曲線からなる辺であってもよい。また、図３では駆動部１０６の形状を四角形で表したが多角形や曲線を含む形状であってもよい。このとき、先端側の辺とは、固定端１０７ａから最も遠い位置にある辺を意味し、固定端１０７ａから最も遠い位置に複数の辺があれば、その何れを先端側の辺としてもよい。
【0039】
図４では、固定端１０７ａはＹ軸に平行であり、固定端１０７ａの斜線側が固定部となる。また、矢印Ｂで示す駆動部１０６ａの伸長方向は、Ｘ軸に平行な方向となる。また、第１のアクチュエータ部１０４ａのみが可動部１０３に接続された場合の回転軸Ａは、Ｙ軸に平行な方向となる。
【0040】
ここで、可動部１０３の中心上を通り可動部１０３の回転軸Ａと垂直な仮想線Ｃを考える。可動部１０３及び第１のアクチュエータ部１０４ａは、仮想線Ｃにより、駆動部１０６ａが含まれる第１の領域Ｒ１と駆動部１０６ａが含まれない第２の領域Ｒ２に２分することができる。
【0041】
このとき、支持部１０５ａと可動部１０３は、少なくとも第２の領域Ｒ２で接続される。すなわち、支持部１０５ａと可動部１０３との接続箇所Ｄの少なくとも一部は、第２の領域Ｒ２内に入り込む。接続箇所Ｄの全部が、第２の領域Ｒ２内に配置されてもよい。図４の例では、接続箇所Ｄの全部が、第２の領域Ｒ２内に配置されている。図４の場合も、図３の場合と同様に支持部を長尺化できるため、図３の場合と同様の効果を奏する。
【0042】
すなわち、図３のように平面視において可動部１０３の中心から視た駆動部１０６ａの先端側の辺が可動部１０３側を向く場合（言い換えれば、平面視において固定端１０７ａから視たとき、駆動部１０６ａの先端側の辺よりも可動部１０３の中心が固定端１０７ａから遠い場合）は、可動部１０３の中心上を通り可動部１０３の回転軸Ａと平行な仮想線Ｃを引く。そして、仮想線Ｃにより、駆動部１０６ａが含まれる第１の領域Ｒ１と駆動部１０６ａが含まれない第２の領域Ｒ２に２分したときに、支持部１０５ａと可動部１０３との接続箇所Ｄの少なくとも一部が第２の領域Ｒ２内に入り込むようにする。これにより、前述のように、共振周波数の低下抑制と走査角拡大を両立できる。
【0043】
一方、図４のように平面視において可動部１０３の中心から視た駆動部１０６ａの先端側の辺が可動部１０３側を向かない場合（言い換えれば、平面視において固定端１０７ａから視たとき、駆動部１０６ａの先端側の辺よりも可動部１０３の中心が固定端１０７ａに近い場合）は、可動部１０３の中心上を通り可動部１０３の回転軸Ａと垂直な仮想線Ｃを引く。そして、仮想線Ｃにより、駆動部１０６ａが含まれる第１の領域Ｒ１と駆動部１０６ａが含まれない第２の領域Ｒ２に２分したときに、支持部１０５ａと可動部１０３との接続箇所Ｄの少なくとも一部が第２の領域Ｒ２内に入り込むようにする。これにより、前述のように、共振周波数の低下抑制と走査角拡大を両立できる。
【0044】
なお、図１に示す光偏向器１００は、平面視において点対称であることが好ましい。線対称の場合には、ミラー部１０１の中心に対して接続箇所Ｄが偏るため、安定した揺動を実現できないためである。以降の実施形態に係る光偏向器についても同様である。
【0045】
〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、支持部と可動部との接続箇所や支持部の形態等に関するバリエーションの例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第１実施形態の変形例では、支持部と可動部との接続箇所や支持部の形態等に関するバリエーションの例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0046】
図５～図８は、支持部と可動部との接続位置の変形例について説明する図である。図５～図８では、固定端１０７ａの位置が図４と同一の場合について説明するが、固定端１０７ａの位置が図３と同一の場合についても、支持部と可動部との接続箇所を図５～図８に示す位置にすることができる。
【0047】
図３及び図４では、接続箇所Ｄは第３象限と第４象限を跨ぐ位置に配置されていたが、図５のように、支持部１０５ａが略直角に屈曲する１つの屈曲部を有し、接続箇所Ｄが第２象限と第３象限を跨ぐ位置に配置されてもよい。
【0048】
ここで、象限とは、図３に代表して図示するように、仮想線Ｃと可動部１０３の中心上を通り仮想線Ｃに垂直な直線Ｅとによって仕切られた平面の四つの部分を指す。直線Ｅの右側で仮想線Ｃの上側が第１象限、直線Ｅの左側で仮想線Ｃの上側が第２象限、直線Ｅの左側で仮想線Ｃの下側が第３象限、直線Ｅの右側で仮想線Ｃの下側が第４象限である。なお、図４～図１６の場合、直線Ｅは回転軸Ａと一致する。つまり、図４～図１６では、回転軸Ａの右側で仮想線Ｃの上側が第１象限、回転軸Ａの左側で仮想線Ｃの上側が第２象限、回転軸Ａの左側で仮想線Ｃの下側が第３象限、回転軸Ａの右側で仮想線Ｃの下側が第４象限である。
【0049】
図６のように、支持部１０５ａが略直角に屈曲する１つの屈曲部を有し、接続箇所Ｄが第３象限に配置されてもよい。或いは、図７のように、支持部１０５ａが略直角に屈曲する２つの屈曲部を有し、接続箇所Ｄが第４象限に配置されてもよい。或いは、図８のように、支持部１０５ａが略直角に屈曲する３つの屈曲部を有し、接続箇所Ｄが第１象限と第４象限を跨ぐ位置に配置されてもよい。尚、図５及び図８は、接続箇所Ｄの一部が第２の領域Ｒ２内に入り込む例である。
【0050】
図７のように支持部１０５ａと可動部１０３が第４象限で接続される場合や、図８のように支持部１０５ａと可動部１０３が第１象限と第４象限を跨ぐ位置で接続される場合には、支持部１０５ａを長尺化できるため、走査角拡大に有利である。図８の場合には、支持部１０５ａを特に長尺化できるため、走査角拡大に一層有利である。
【0051】
図９～図１６は、支持部に関する変形例について説明する図である。図９～図１６では、固定端１０７ａの位置が図４と同一の場合について説明するが、固定端１０７ａの位置が図３と同一の場合についても、支持部を図９～図１６と同様に変形することができる。また、図９～図１６において、支持部と可動部との接続箇所を図５～図８に示す位置等に変更してもよい。
【0052】
図９のように、支持部１０５ａは、Ｘ方向またはＹ方向に対して斜めに伸びる部分を有してもよい。
【0053】
また、支持部１０５ａと駆動部１０６ａとの接続箇所については、図４のように駆動部１０６ａの固定端１０７ａと直交する辺の端部ではなく、図１０のように駆動部１０６ａの固定端１０７ａと直交する辺の端部以外としてもよい。或いは、図１１や図１２のように、支持部１０５ａと駆動部１０６ａとの接続箇所は、駆動部１０６ａの先端側の辺の端部や端部以外としてもよい。
【0054】
なお、支持部１０５ａと駆動部１０６ａとの接続箇所を駆動部１０６ａの先端側の辺とした場合、駆動部１０６ａの長さが伸びているのと同じになるため、共振周波数の低下が懸念される。これに対して、駆動部１０６ａの長さ方向（矢印Ｂ方向）よりも幅方向のほうが共振周波数の低下には影響しにくい。そのため、支持部１０５ａと駆動部１０６ａとの接続箇所は、駆動部１０６ａの固定端１０７ａと直交する辺の駆動部先端側とすることが特に好ましい。
【0055】
図１３のように、支持部１０５ａの幅は一定でなく、支持部１０５ａの一部の幅が支持部１０５ａの他部の幅よりも太くてもよい。特に強度の弱い部分において、支持部１０５ａの幅を太くすることで、第１のアクチュエータ部１０４ａの劣化や破損を抑制できる。特に強度の弱い部分とは、例えば、大きな応力がかかりやすい支持部１０５ａの駆動部１０６ａに近い根元側の部分である。
【0056】
図１４のように、支持部１０５ａはミアンダ構造１０９を含んでもよい。これにより、支持部１０５ａの剛性が下がり、走査角を一層拡大できる。
【0057】
図１５のように、支持部１０５ａは湾曲部を有してもよい。このとき、支持部１０５ａの形状は、可動部１０３の中心を中心とした円弧を含む形状であることが好ましい。図１５の例では、支持部１０５ａの円弧を含む形状の最内周部と可動部１０３の最外周部との間には、可動部１０３の最外周部に沿った略一定幅の間隙が形成されている。ここで、略一定幅とは、半導体プロセスにおける製造ばらつき程度の誤差は許容する趣旨である。このように、支持部１０５ａの形状を可動部１０３の中心を中心とした円弧を含む形状とすることで、デッドスペースを小さくできる。
【0058】
図１６のように、支持部１０５ａの円弧を含む形状の部分はミアンダ構造１０９を含んでもよい。これにより、支持部１０５ａの剛性が下がり、走査角を一層拡大できる。
【0059】
尚、可動部１０３のミラー反射面１０２の周辺に光を反射する物体が存在すると、その箇所での反射光が本来欲しい反射光にとっての迷光となりＳ／Ｎ比が低下する。つまり光偏向器１００を用いたモジュールの性能が低下する。例えば、画像投影装置であれば画質が劣化し、光検査装置であれば検出精度が低下する。
【0060】
そのため、可動部１０３のミラー反射面１０２の周辺は支持部１０５ａと駆動部１０６ａとの接続箇所の近傍を除いて何も存在しない間隙を有することが望ましい。すなわち、可動部１０３の最外周部と、支持部１０５ａの湾曲部の最内周部との間には、可動部１０３の最外周部に沿った一定幅の間隙が形成されていることが好ましい。また、迷光の回避のみではなく、製造プロセス誤差の低減という観点からも、両者の形成する間隙は、可動部１０３の最外周部に沿った一定幅であることが好ましい。
【0061】
〈第２実施形態〉
第２実施形態では、可動装置である光偏向器について第１実施形態とは異なる例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
第２実施形態では、可動装置である光偏向器について第１実施形態とは異なる例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【0062】
図１７は、第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その１）である。図１７に示す光偏向器１００Ａは、可動部１０３と、第１のアクチュエータ部１０４ａと、第２のアクチュエータ部１０４ｂと、第３のアクチュエータ部１０４ｃと、第４のアクチュエータ部１０４ｄとを有している。光偏向器１００は、可動部１０３を揺動させて、入射する光を多軸方向に偏向するベクタースキャンに対応可能な４相の光偏向器である。
【0063】
光偏向器１００Ａにおいて、可動部１０３は、第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、第３のアクチュエータ部１０４ｃ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｄにより、回動可能な状態で支持されている。
【0064】
第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｄは、可動部１０３を揺動させる部分である。第４のアクチュエータ部１０４ｄは、第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃと同様の構造であり、支持部１０５ｄと、駆動部１０６ｄとを有している。
【0065】
光偏向器１００Ａのように、アクチュエータ部を４つ備えてもよい。この場合にも、各支持部と可動部との接続箇所の位置が第１実施形態で説明した要件を満たすことで、共振周波数の低下抑制と走査角拡大を両立できる。なお、光偏向器１００Ａにおいて、各支持部と可動部との接続箇所や各支持部の形態等については、第１実施形態で説明したとおりに変形が可能である。
【0066】
図１８は、第２実施形態に係る可動装置である光偏向器を例示する平面図（その２）である。４相の光偏向器は、図１８に示す形態とすることもできる。図１８に示す光偏向器１００Ｂでは、ミラー部１０１及びミラー反射面１０２を含む可動部１５３は、第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、第３のアクチュエータ部１０４ｃ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｄにより、回動可能な状態で支持されている。
【0067】
枠状の可動部１５３の内側を橋渡しするように、ミラー部１０１を挟んで対向する可動部梁１５７ａ及び１５７ｂが接続されている。可動部梁１５７ａ及び１５７ｂの各々の略中央から略垂直方向（Ｘ方向）にトーション梁１５６ａ及び１５６ｂが伸び、ミラー部１０１を支持している。
【0068】
本実施形態においては、ミラー部１０１は、可動部梁１５７ａ及び１５７ｂにより共振駆動可能な状態で支持されている。例えば、トーション梁１５６ａ及び１５６ｂのねじれ共振周波数を約２０ｋＨｚに設定した場合、トーション梁１５６ａ及び１５６ｂに接続された可動部梁１５７ａ及び１５７ｂの＋Ｚ側の面に設けられた圧電駆動部に共振周波数近傍の駆動信号を入力する。
【0069】
これにより、可動部梁１５７ａ及び１５７ｂが振動し、この振動を受けてトーション梁１５６ａ及び１５６ｂの機械的共振のねじれが生じ、ミラー部１０１を可動部梁１５７ａ及び１５７ｂにより、Ｘ方向に平行な回転軸を中心に揺動させることができる。このＸ方向に平行な回転軸を中心とする揺動は、第１のアクチュエータ部１０４ａ、第２のアクチュエータ部１０４ｂ、及び第３のアクチュエータ部１０４ｃ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｄによる多軸方向の揺動と組み合わせることができる。
【0070】
図１９に示す光偏向器１００Ｃのように、可動部１５３において、ミラー部１０１は、可動部梁１５７ｃ及び１５７ｄを用いた片持ち構造により共振駆動可能な状態で支持されてもよい。
【0071】
図２０に示す光偏向器１００Ｄのように、可動部１５３において、ミラー部１０１は、ミアンダ構造１５８ａ及び１５８ｂにより支持されてもよい。光偏向器１００Ｄでは、一端が可動部１５３の内周側に接続され、他端がミラー部１０１の外周側と接続された２つのミアンダ構造１５８ａ及び１５８ｂを有している。そして、ミラー部１０１を挟んで対向する２つのミアンダ構造１５８ａ及び１５８ｂは、ミラー部１０１を共振駆動可能な状態で両側から支持している。
【0072】
図２１に示す光偏向器１００Ｅのように、各アクチュエータ部において、駆動部をミアンダ構造としてもよい。光偏向器１００Ｅにおいて、可動部１５３は、第１のアクチュエータ部１０４ｅ、第２のアクチュエータ部１０４ｆ、第３のアクチュエータ部１０４ｇ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｈにより、回動可能な状態で支持されている。
【0073】
第１のアクチュエータ部１０４ｅ、第２のアクチュエータ部１０４ｆ、第３のアクチュエータ部１０４ｇ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｈは、可動部１５３を揺動させる部分である。第１のアクチュエータ部１０４ｅは、支持部１０５ｅと、駆動部１０６ｅとを有している。第２のアクチュエータ部１０４ｆは、支持部１０５ｆと、駆動部１０６ｆとを有している。第３のアクチュエータ部１０４ｇは、支持部１０５ｇと、駆動部１０６ｇとを有している。第４のアクチュエータ部１０４ｈは、支持部１０５ｈと、駆動部１０６ｈとを有している。
【0074】
第１のアクチュエータ部１０４ｅ、第２のアクチュエータ部１０４ｆ、第３のアクチュエータ部１０４ｇ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｈは同様の構造である。そのため、以下では第１のアクチュエータ部１０４ｅについて説明を行い、第２のアクチュエータ部１０４ｆ、第３のアクチュエータ部１０４ｇ、及び第４のアクチュエータ部１０４ｈの説明は省略する。
【0075】
第１のアクチュエータ部１０４ｅにおいて、支持部１０５ｅは、一端が可動部１５３と接続され、他端が駆動部１０６ｅと接続され、可動部１５３を支持する。支持部１０５ｅは、直線状ではなく、屈曲部を有する構造である。図２１では、一例として、支持部１０５ｅは略直角に屈曲する２つの屈曲部を有している。
【0076】
第１のアクチュエータ部１０４ｅにおいて、駆動部１０６ｅは、一端が支持部１０５ｅの他端に接続され、他端が固定部１０８に接続され、支持部１０５ｅを介して可動部１５３を揺動させる。駆動部１０６ｅはミアンダ構造であり、図２１の例では、駆動部１０６ｅによる支持部１０５ｅの駆動方式は圧電駆動である。なお、図２１においては、固定部１０８は枠状に形成されているが、固定部１０８は枠状でなくてもよい。
【0077】
駆動部１０６ｅは、所定間隔をあけて並置された細長状の複数の梁部１１５と、隣り合う梁部１１５を接続する接続部１１６とを有している。隣り合う梁部１１５同士が接続部１１６により折り返すように交互に接続されてミアンダ構造を形成している。
【0078】
各々の梁部１１５の＋Ｚ側の面の上には、梁部１１５ごとに、交互に圧電駆動部郡１２５Ａと圧電駆動部郡１２５Ｂが設けられている。圧電駆動部郡１２５Ａと圧電駆動部郡１２５Ｂに電圧信号を印加することで、ミラー部１０１を含む可動部１５３を揺動させることができる。圧電駆動部郡１２５Ａと圧電駆動部郡１２５Ｂの断面構造は、例えば、前述の図２のようになる。
【0079】
図２１に示す光偏向器１００Ｅのように、各駆動部をミアンダ構造とすることで、複数の梁部の変位を効果的に累積可能となるため、走査角を一層拡大できる。
【0080】
なお、図１８～図２１に示す光偏向器において、可動部梁１５７ａ及び１５７ｂによるミラー部１０１の回転軸方向は、図示した方向には限定されない。例えば、可動部梁１５７ａ及び１５７ｂの長手方向をＸ軸に平行に配置することで、ミラー部１０１をＹ方向に平行な回転軸を中心に揺動させることができる。
【0081】
また、図１８～図２１に示す光偏向器において、各支持部と可動部との接続箇所の位置が第１実施形態で説明した要件を満たすことで、共振周波数の低下抑制と走査角拡大を両立できる。また、各支持部と可動部との接続箇所や各支持部の形態等については、第１実施形態で説明したとおりに変形可能である。
【0082】
以上に説明した本実施形態における光偏向器は、光走査システム、光偏向システム、画像投影装置、光書込装置、物体認識装置、レーザヘッドランプ、及びヘッドマウントディスプレイに使用することができる。それぞれについて、以下に順次説明する。
【0083】
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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、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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図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。
【0101】
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
このように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、走査角の大きい光走査システムを得ることが可能となる。
【0113】
【0114】
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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、合成部となる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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
また、画像投影装置は、車両や装着部材だけでなく、例えば、車両の他に航空機、船舶、移動式ロボット等を含む移動体、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。
【0123】
尚、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「移動体」の一例である。
【0124】
このように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、投影可能領域の大きい画像投影装置を得ることが可能となる。
【0125】
【0126】
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
このように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、書き込み可能領域の広い光書込装置を得ることが可能となる。
【0132】
【0133】
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。また、図３１はライダ装置の一例の概略図である。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【0138】
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。
【0139】
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。
【0140】
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。
【0141】
このように本実施形態に係る可動装置を、物体認識装置に用いることにより、認識可能範囲が広い物体認識装置を得ることが可能となる。
【0142】
［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。
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。
【0143】
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。
【0144】
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。
【0145】
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。
【0146】
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。
【0147】
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。
【0148】
このように本実施形態に係る可動装置を、レーザヘッドランプに用いることにより、照明可能な領域が広いレーザヘッドランプを得ることが可能となる。
【0149】
［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。
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。
【0150】
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。
【0151】
【0152】
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。
【0153】
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、合成部となる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。
【0154】
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。
【0155】
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。
【0156】
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。
【0157】
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。
【0158】
このように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、画像形成可能な領域が広いヘッドマウントディスプレイを得ることが可能となる。
【0159】
［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３５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３５を用いて説明する。
【0160】
図３５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。
【0161】
図３５に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０１の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材８０１の一部を透過部材８０３で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、可動装置１３の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。
【0162】
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0163】
例えば、上記の各実施形態では可動部がミラー部を有しているが、可動部はミラー部の代わりに回折格子、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）等を有してもよい。
【符号の説明】
【0164】
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
１００、１００Ａ～１００Ｅ 光偏向器
１０１ ミラー部
１０２ ミラー反射面
１０３、１５３ 可動部
１０４ａ 第１のアクチュエータ部
１０４ｂ 第２のアクチュエータ部
１０４ｃ 第３のアクチュエータ部
１０４ｄ 第４のアクチュエータ部
１０５ａ～１０５ｈ 支持部
１０６ａ～１０６ｈ 駆動部
１０７ａ 固定端
１０８ 固定部
１０９ ミアンダ構造
１１５ 梁部
１１６ 接続部
１２５Ａ、１２５Ｂ 圧電駆動部郡
１３０ シリコン層
１３１ 下部電極
１３２ 圧電層
１３３ 上部電極
１５６ａ、１５６ｂ トーション梁
１５７ａ、１５７ｂ 可動部梁
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
１００、１００Ａ～１００Ｅ 光偏向器
１０１ ミラー部
１０２ ミラー反射面
１０３、１５３ 可動部
１０４ａ 第１のアクチュエータ部
１０４ｂ 第２のアクチュエータ部
１０４ｃ 第３のアクチュエータ部
１０４ｄ 第４のアクチュエータ部
１０５ａ～１０５ｈ 支持部
１０６ａ～１０６ｈ 駆動部
１０７ａ 固定端
１０８ 固定部
１０９ ミアンダ構造
１１５ 梁部
１１６ 接続部
１２５Ａ、１２５Ｂ 圧電駆動部郡
１３０ シリコン層
１３１ 下部電極
１３２ 圧電層
１３３ 上部電極
１５６ａ、１５６ｂ トーション梁
１５７ａ、１５７ｂ 可動部梁
【先行技術文献】
【特許文献】
【0165】
【文献】特開２０１１－１７５０４５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】