(57)【要約】【課題】反射部の振れ角の揺らぎを簡単に除去、又は低減させること。【解決手段】開示の技術の一態様に係る光偏向装置は、反射面を有する反射部と、該反射部を支持する可動部と、を備え、該可動部は２つの被駆動手段を有し、前記反射面に入射された光を偏向する光偏向装置であって、前記２つの被駆動手段を駆動する駆動手段と、前記２つの被駆動手段を駆動する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記２つの駆動信号のそれぞれに対応する、前記可動部の振れ角の検出信号の２つの高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、前記２つの高周波成分の位相が互いに逆相になるように前記２つの駆動信号の少なくとも１つの位相を調整する位相調整手段と、を備える。【選択図】図２８
2020101590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する反射部と、該反射部を支持する可動部と、を備え、該可動部は２つの被駆動手段を有し、前記反射面に入射された光を偏向する光偏向装置であって、
前記２つの被駆動手段を駆動する駆動手段と、
前記２つの被駆動手段を駆動する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記２つの駆動信号のそれぞれに対応する、前記可動部の振れ角の検出信号の２つの高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、
前記２つの高周波成分の位相が互いに逆相になるように前記２つの駆動信号の少なくとも１つの位相を調整する位相調整手段と、を備える
光偏向装置。
【請求項２】
前記２つの高周波成分の位相を比較する位相比較部を備える
請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記２つの駆動信号の少なくとも１つの傾きを調整する傾き調整手段を備える
請求項１、又は２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記傾き調整手段は、前記２つの駆動信号の少なくとも１つのシンメトリを調整する
請求項３に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記高周波成分の振幅を比較する振幅比較部を備える
請求項３、又は４に記載の光偏向装置。
【請求項６】
前記高周波成分抽出手段は、前記検出信号の傾きの始期から終期までの期間における、前記検出信号の回帰直線と、前記検出信号と、の差から前記高周波成分を抽出する
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光偏向装置。
【請求項７】
前記高周波成分抽出手段は、前記検出信号の傾きの始期から終期までの期間の中間において特定された、前記高周波成分の１周期に該当する期間における前記検出信号の回帰直線と、前記検出信号と、の差から前記高周波成分を抽出する
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光偏向装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の光偏向装置を備える
画像投影装置。
【請求項９】
前記光偏向装置は、光源からの光の反射光を、光透過部材の表面で走査させる
請求項８に記載の画像投影装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７の何れか１項の光偏向装置、或いは請求項８又は９の画像投影装置を備える移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向装置、画像投影装置、及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等の反射部が含まれる可動部を、水平及び垂直方向に駆動させ、反射部に入射する光を偏向（走査）させる光偏向装置が知られている。また、このような光偏向装置による走査光を用いて、投影面に画像を投影する画像投影装置が知られている。
【０００３】
従来の光偏向装置では、可動部を駆動可能に支持する支持部での弾性振動等に起因して、回動中の反射部の振れ角に揺らぎが生じる場合があった。
【０００４】
これに対し、駆動中の可動部の振れ角の検出値に応じて、可動部を駆動させる駆動信号の振幅及び位相を調整することで、反射部の振れ角の揺らぎを除去、又は低減させる装置が開示されている（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の技術では、揺らぎが小さくなるように可動部の駆動信号の振幅及び位相の両方を調整するため、調整の処理が複雑になる場合があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、反射部の振れ角の揺らぎを簡単に低減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の技術の一態様に係る光偏向装置は、反射面を有する反射部と、該反射部を支持する可動部と、を備え、該可動部は２つの被駆動手段を有し、前記反射面に入射された光を偏向する光偏向装置であって、前記２つの被駆動手段を駆動する駆動手段と、前記２つの被駆動手段を駆動する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記２つの駆動信号のそれぞれに対応する、前記可動部の振れ角の検出信号の２つの高周波成分を抽出する高周波成分抽出手段と、前記２つの高周波成分の位相が互いに逆相になるように前記２つの駆動信号の少なくとも１つの位相を調整する位相調整手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、反射部の振れ角の揺らぎを簡単に除去、又は低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光走査システムの一例の概略図である。
【図２】光走査システムの一例のハードウェア構成図である。
【図３】制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図４】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５】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６】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７】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８】光書込装置の一例の概略図である。
【図９】ライダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図１０】ライダ装置の一例の概略図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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。
【図１５】可動装置の一例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。
【図１６】図１５に記載の可動装置のＰ−Ｐ'断面図である。
【図１７】図１５に記載の可動装置のＱ−Ｑ'断面図である。
【図１８】可動装置の駆動梁の変形を模式的に表した模式図である。
【図１９】（ａ）は、可動装置の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。（ｂ）は、可動装置の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例である。（ｃ）は、（ａ）の駆動電圧の波形と（ｂ）の駆動電圧の波形を重ね合わせた図である。
【図２０】振れ角の時間変化が線形である場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図であり、（ａ）は振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｂ）は（ａ）の走査光による投影画像を説明する図である。
【図２１】振れ角の時間変化に揺らぎがある場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図であり、（ａ）は振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｂ）は（ａ）の走査光による投影画像を説明する図である。
【図２２】第１の実施形態に係る可動装置の一例を＋Ｚ方向からみたときの平面図である。
【図２３】図２２に記載の可動装置のＲ−Ｒ'断面図である。
【図２４】第１の実施形態に係る光偏向装置の一例のハードウェア構成図である。
【図２５】駆動電圧Ａ及びＢと振れ角の時間変化の一例を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａ及びＢによる振れ角の時間変化を説明する図である。
【図２６】駆動電圧Ａ及びＢをそれぞれ単独で印加したときの振れ角の時間変化を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａによる振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｃ）は（ｂ）の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。（ｄ）は駆動電圧Ｂを説明する図であり、（ｅ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｆ）は（ｅ）の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。
【図２７】第１の実施形態に係る駆動電圧Ｂの傾きの調整方法の一例を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ｂの傾きを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図である。
【図２８】第１の実施形態に係る駆動電圧Ａ及びＢの位相の調整方法の一例を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢの位相を説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図であり、（ｃ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図であり、（ｄ）は調整後の駆動電圧Ａ及びＢによる振れ角の時間変化を説明する図である。
【図２９】第１の実施形態に係る制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図３０】第１の実施形態に係る光偏向装置による傾き及び位相調整の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３１】第１の実施形態に係る光偏向装置による光走査の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３２】第２の実施形態に係る制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図３３】第２の実施形態に係る高周波成分の１周期に該当する期間の抽出方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
［光走査システム］
まず、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１〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１には、光走査システムの一例の概略図が示されている。図１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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
光源装置１２は、入力した駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置１３は、入力し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。
【００１７】
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。
【００１８】
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２を用いて説明する。図２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２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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２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。
【００２９】
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３を用いて説明する。図３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。
【００３０】
図３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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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４を用いて説明する。図４は、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
［画像投影装置］
次に、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５および図６を用いて詳細に説明する。
【００４２】
図５は、画像投影装置の一例であるヘッドアップディスプレイ装置５００を搭載した自動車４００の実施形態に係る概略図である。また、図６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。
【００４３】
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。
【００４４】
図５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。
【００４５】
図６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。
【００４６】
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。ここで、フロントガラス４０１は「光透過部材」の一例である。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
［光書込装置］
次に、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７および図８を用いて詳細に説明する。
【００５２】
図７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８は、光書込装置の一例の概略図である。
【００５３】
図７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。
【００５４】
図８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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
［距離測定装置］
次に、上記実施形態の可動装置を適用した距離測定装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。
【００５８】
図９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１０はライダ装置の一例の概略図である。
【００５９】
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。
【００６０】
図９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の距離を測定する。
【００６１】
図１０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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
［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１１ を用いて説明する。図１１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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
［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１２〜１３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。
【００７３】
図１２は、ＨＭＤ６０の外観を例示する斜視図である。図１２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。
【００７４】
図１３は、ＨＭＤ６０の構成を部分的に例示する図である。なお、図１３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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
［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１４を用いて説明する。
【００８２】
図１４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。
【００８３】
図１４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。
【００８４】
以上に説明した光偏向システム、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される可動装置の詳細および本実施形態の制御装置による制御の詳細について、図１５〜図１９を用いて説明する。
【００８５】
［可動装置の詳細］
まず、可動装置について図１５〜図１７を用いて詳細に説明する。
【００８６】
図１５は、２軸方向に光偏向可能な片持ち支持タイプの可動装置の平面図である。図１６は、図１５のＰ−Ｐ'断面図である。図１７は図１５のＱ−Ｑ'断面図である。但し、ここでは片持ち支持タイプを用いて説明するが、両端支持タイプであってもよい。
【００８７】
図１５に示すように、可動装置１３は、入射した光を反射する反射部１０１と、反射部に接続され、反射部をＹ軸に平行な第１軸周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、反射部および第１駆動部を支持する第１支持部１２０と、第１支持部に接続され、反射部および第１支持部をＸ軸に平行な第２軸周りに駆動する第２駆動部１３０ａ、１３０ｂと、第２駆動部を支持する第２支持部１４０と、第１駆動部および第２駆動部およ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。
【００８８】
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圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、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。
【００８９】
ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層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。
【００９０】
シリコン活性層１６３は、Ｘ軸方向または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のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
【００９１】
なお、ＳＯＩ基板は、必ず平面状である必要はなく、曲率等を有していてもよい。また、エッチング処理等により一体的に成形でき、部分的に弾性を持たせることができる基板であれば可動装置１３の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。
【００９２】
反射部１０１は、例えば、円形状の反射部基体１０２と、反射部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とから構成される。反射部基体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、反射部１０１は、反射部基体１０２の−Ｚ側の面に反射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および酸化シリコン層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。
【００９３】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂは、反射部基体１０２に一端が接続し、第１軸方向にそれぞれ延びて反射部１０１を可動可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、一端がトーションバーに接続され、他端が第１支持部の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂとから構成される。
【００９４】
図１６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圧電駆動部１１２ａ、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および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。
【００９５】
図１５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、反射部１０１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
【００９６】
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆから構成されており、第２駆動部１３０ａ、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２駆動部１３０ａと第１支持部１２０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第１支持部１２０の接続箇所、さらに第２駆動部１３０ａと第２支持部１４０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第２支持部１４０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。
【００９７】
図１７に示されるように、第２駆動部１３０ａ、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および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。
【００９８】
図１５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、反射部１０１、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第１支持部１２０および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。
【００９９】
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圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆの各上部電極２０３および各下部電極２０１，および制御装置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または下部電極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。
【０１００】
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、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。
【０１０１】
また、反射部を第１軸周りまたは第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圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。
【０１０２】
さらに、第１駆動部１１０ａ、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２駆動部１３０ａ、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からなる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または下部電極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または絶縁層を形成しないことにより、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂおよび電極配線の設計自由度をあげ、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、反射防止材としていの機能も備える。
【０１０３】
［制御装置の制御の詳細］
次に、可動装置の第１駆動部および第２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。
【０１０４】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが有する圧電部２０２は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば、伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ，第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、上記の逆圧電効果を利用して反射部１０１を可動させる。
【０１０５】
このとき、反射部１０１の反射面１４がＸＹ平面に対して＋Ｚ方向または−Ｚ方向へ傾いたときのＸＹ平面と反射面１４により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、＋Ｚ方向を正の振れ角、−Ｚ方向を負の振れ角とする。
【０１０６】
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。
【０１０７】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが有する圧電部２０２に、上部電極２０３および下部電極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圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれを介して反射部１０１に第１軸周りの駆動力が作用し、反射部１０１が第１軸周りに可動する。第１駆動部１１０ａ、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。
【０１０８】
そこで、制御装置１１によって、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂが有する第１圧電駆動部１１２ａ、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、反射部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。
【０１０９】
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、反射部１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。
【０１１０】
次に、第２駆動部を駆動させる制御装置の制御について、図１８〜図１９を用いて説明する。
【０１１１】
図１８は、可動装置の第２駆動部１３０ｂの駆動を模式的に表した模式図である。点線で表されているのは反射部１０１等である。なお、紙面向かって右方向が＋Ｘ方向、紙面向かって上方向が＋Ｙ方向、紙面手前が＋Ｚ方向である。
【０１１２】
図１８（ａ）に示すように、第２駆動部１３０ｂに駆動電圧が印加されていない状態では、第２駆動部による振れ角はゼロである。
【０１１３】
第２駆動部１３０ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最も反射部に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆを圧電駆動部群Ａとする。また、さらに第２駆動部１３０ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最も反射部に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅを同様に圧電駆動部群Ａとする。圧電駆動部群Ａは、駆動電圧が並行に印加されると、図１８（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ａが同一方向に屈曲変形し、反射部１０１が−Ｚ方向に第２軸周りに可動する。
【０１１４】
また、第２駆動部１３０ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最も反射部に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、すなわち第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを圧電駆動部群Ｂとする。また、さらに第２駆動部１３０ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最も反射部に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、すなわち、１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは、駆動電圧が並行に印加されると、図１８（ｄ）に示すように、圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、反射部１０１が＋Ｚ方向に第２軸周りに可動する。
【０１１５】
図１８（ｂ）、（ｄ）に示すように、第２駆動部１３０ａまたは１３０ｂでは、圧電駆動部群Ａが有する複数の圧電部２０２または圧電駆動部群Ｂが有する複数の圧電部２０２を同時に屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、反射部１０１の第２軸周りの振れ角度を大きくすることができる。例えば、図１５に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが、第１支持部の中心点に対して第１支持部に点対称で接続されている。そのため、圧電駆動部群Ａに駆動電圧を印加すると、第２駆動部１３０ａでは第１支持部と第２駆動部１３０ａの接続部に＋Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、第２駆動部１３０ｂでは第１支持部と第２駆動部１３０ｂの接続部に−Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されて反射部１０１の第２軸周りの振れ角度を大きくすることができる。
【０１１６】
また、図１８（ｃ）に示すように、電圧印加による圧電駆動部群Ａによる反射部１０１の可動量と電圧印加による圧電駆動部群Ｂによる反射部１０１の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【０１１７】
図１８（ｂ）〜図１８（ｄ）を連続的に繰り返すように第２圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、反射部を第２軸周りに駆動させることができる。
【０１１８】
第２駆動部に印加される駆動電圧は、制御装置によって制御される。
【０１１９】
圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ａ）、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ｂ）について、図１９を用いて説明する。
【０１２０】
図１９（ａ）は、可動装置の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。図１９（ｂ）は、可動装置の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例である。図１９（ｃ）は、駆動電圧Ａの波形と駆動電圧Ｂの波形を重ね合わせた図である。
【０１２１】
図１９（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。また、駆動電圧Ａの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＡ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＡとしたとき、例えば、ＴｒＡ：ＴｆＡ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｒＡの比率を駆動電圧Ａのシンメトリという。
【０１２２】
図１９（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂは、例えば、ノコギリ波状の波形の駆動電圧であり、周波数は、例えば６０ＨＺである。また、駆動電圧Ｂの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＢ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＢとしたとき、例えば、ＴｆＢ：ＴｒＢ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｆＢの比率を駆動電圧Ｂのシンメトリという。また、図１９（ｃ）に示すように、例えば、駆動電圧Ａの波形の周期ＴＡと駆動電圧Ｂの波形の周期ＴＢは、同一となるように設定されている。
【０１２３】
なお、上記の駆動電圧Ａおよび駆動電圧Ｂのノコギリ波状の波形は、正弦波の重ね合わせによって生成される。また、本実施形態では、駆動電圧Ａ、Ｂとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らず、ノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧など、可動装置のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。
【０１２４】
［反射部の振れ角、駆動速度及び投影画像の関係］
ここで、上述の光走査システム１０をヘッドアップディスプレイ装置（図５〜６参照）に適用した場合の第２軸周りの駆動による反射部１０１の振れ角の時間変化（駆動速度）と、反射部１０１の走査光により投影される投影画像との関係を、図２０〜２１を参照して説明する。なお、反射部１０１の第２軸周りの駆動により、光は投影画像の副走査方向（Ｙ方向）に走査される。
【０１２５】
図２０は、反射部の第２軸周りの振れ角の時間変化が線形である場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図である。（ａ）は反射部の第２軸周りの振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｂ）は（ａ）の走査光による投影画像を説明する図である。
【０１２６】
図２０（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は反射部１０１の振れ角を示している。また、振れ角の時間変化３０１は反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化を示し、期間３０２はＹ方向への光の走査期間を示している。
【０１２７】
図２０（ｂ）において、横軸はＸ方向を示し、縦軸はＹ方向を示す。このＸ方向及びＹ方向は、図１５〜１７に示したＸ方向及びＹ方向に対応している。一点鎖線で示した矩形枠２０は、走査光のＸ方向及びＹ方向への走査範囲を示し、実線で示した矩形枠２１は、走査範囲のうち投影画像として使用される有効画像領域を示している。また、走査線２２は、反射部１０１による走査光の軌跡を示している。
【０１２８】
図２０（ａ）に示すように、期間３０２において振れ角の時間変化３０１は線形であるため、反射部１０１は第２軸周りに一定の駆動速度で駆動され、反射部１０１による走査光は、Ｙ方向に等速で走査される。その結果、図２０（ｂ）に示すように、走査線２２のＹ方向の走査線間隔は一定になる。
【０１２９】
一方、図２１は、反射部の第２軸周りの振れ角の時間変化に揺らぎがある場合の振れ角の時間変化と投影画像との関係を説明する図である。（ａ）は反射部の第２軸周りの振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｂ）は（ａ）の走査光による投影画像を説明する図である。図２１の見方は図２０と同様なので説明を省略する。
【０１３０】
図２１（ａ）において、振れ角の時間変化３０３は反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化を示し、期間３０４はＹ方向への光の走査期間を示している。期間３０４において振れ角の時間変化３０３は線形ではなく、振れ角が波状に変化している。換言すると、期間３０４において振れ角の時間変化３０３には揺らぎが含まれている。
【０１３１】
これにより、反射部１０１の第２軸周りの駆動速度は一定にならず、振れ角の揺らぎに対応して揺らぎを含む駆動速度となる。なお、このような揺らぎは、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂを支持する第２支持部１４０での弾性振動等に起因して生じると考えられる。
【０１３２】
反射部１０１の第２軸周りの駆動速度の揺らぎにより、Ｙ方向における走査線２３の走査線間隔に粗密が生じる。つまり、図２１（ｂ）に示すように、駆動速度が遅い部分では走査線間隔が狭く（密に）なり、駆動速度が速い部分では走査線間隔が広く（粗に）なる。図２１（ｂ）の斜線ハッチングで示した部分２４ａは走査線間隔が密な部分であり、梨地ハッチングで示した部分２４ｂは走査線間隔が粗な部分である。密な部分では画像がＹ方向に収縮したり、明るくなったりし、また、粗な部分では画像がＹ方向に膨張したり、暗くなったりして、投影画像は画像不良となる場合がある。
【０１３３】
そこで、第１の実施形態に係る光走査システム（光偏向装置）では、駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂの傾き及び位相を調整することで、反射部１０１の第２軸周りの駆動速度を一定にし、投影画像の画像不良を防止する。
【０１３４】
以下で、第１の実施形態に係る光偏向装置について説明する。
【０１３５】
［第１の実施形態］
先ず、第１の実施形態に係る光偏向装置の構成について、図２２〜２４を参照して説明する。なお、以下の説明において、既に説明したものと同一の構成部分についての説明は省略する場合がある。
【０１３６】
＜第１の実施形態に係る可動装置の構成＞
図２２は、本実施形態に係る可動装置の一例を＋Ｚ方向からみたときの平面図であり、図２３は、図２２に記載の可動装置のＲ−Ｒ'断面図である。
【０１３７】
図２２に示すように、可動装置１３ａは、検出部１４０ａ及び１４０ｂを有している。検出部１４０ａは圧電センサ１４１ａ〜１４１ｆから構成され、また、検出部１４０ｂは圧電センサ１４２ａ〜１４２ｆから構成されている。
【０１３８】
圧電センサ１４１ａは第２圧電駆動部１３１ａのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｂは第２圧電駆動部１３１ｂのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｃは第２圧電駆動部１３１ｃのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ１４１ｄは第２圧電駆動部１３１ｄのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｅは第２圧電駆動部１３１ｅのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４１ｆは第２圧電駆動部１３１ｆのシリコン活性層上に設けられている。
【０１３９】
同様に、圧電センサ１４２ａは第２圧電駆動部１３２ａのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｂは第２圧電駆動部１３２ｂのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｃは第２圧電駆動部１３２ｃのシリコン活性層上に設けられている。また、圧電センサ１４２ｄは第２圧電駆動部１３２ｄのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｅは第２圧電駆動部１３２ｅのシリコン活性層上に設けられ、圧電センサ１４２ｆは第２圧電駆動部１３２ｆのシリコン活性層上に設けられている。
【０１４０】
図２３に示すように、検出部１４０ａは、第２駆動部１３０ａと同様に、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および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。
【０１４１】
検出部１４０ａは、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆと比較して、Ｙ方向の長さはほぼ等しく、Ｘ方向の幅は狭く形成されている。また、検出部１４０ａの各圧電センサ１４１ａ〜１４１ｆは、第２駆動部１３０ａの各第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに接触しないように間隔を空けて、各第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに含まれるシリコン活性層の＋Ｚ側の面上に設けられている。検出部１４０ｂも検出部１４０ａと同様の構成である。
【０１４２】
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは駆動電圧の印加により圧電駆動部群Ａ、Ｂが屈曲変形して駆動される（可動する）。検出部１４０ａ、１４０ｂは、これとは反対に、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂによるシリコン活性層１６３の変形に応じて圧電部２０２で発生する電圧を検出し、制御装置１１ａに出力することができる。ここで、検出部１４０ａ、１４０ｂによる第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂ（可動部）の振れ角の検出信号は、反射部１０１の振れ角を表すため、以下では反射部１０１の振れ角と称する。
【０１４３】
第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂは、第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂと、第１支持部１２０とを介して反射部１０１を間接的に支持しており、「可動部」の一例である。また、圧電駆動部群Ａ及びＢは「２つの被駆動手段」の一例である。駆動電圧Ａ及びＢは「２つの駆動信号」の一例であり、駆動電圧Ａ及びＢの「傾き」は、駆動電圧Ａ及びＢの波形における時間に伴う電圧変化の傾きを意味する。
【０１４４】
＜第１の実施形態に係る光偏向装置のハードウェア構成＞
図２４は、本実施形態に係る光偏向装置の一例のハードウェア構成図である。
【０１４５】
光偏向装置１０ａは、制御装置１１ａと、光源装置１２と、可動装置１３ａとを有し、制御装置１１ａは、センサ電圧入力回路２７と、ＳＳＤ（Solid State Drive）２８とを有する。センサ電圧入力回路２７は、検出部１４０ａ、１４０ｂの圧電部２０２で発生する電圧を制御装置１１ａに入力するインタフェースとして機能する電気回路である。センサ電圧入力回路２７は、圧電部２０２で発生する電圧を増幅する増幅回路と、アナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路等から構成され、デジタル電圧信号をＣＰＵ等に出力することができる。
【０１４６】
ＳＳＤ２８は、プログラムやデータを格納している不揮発性の記憶装置である。ＳＳＤ２８の代わりにＨＤＤ（Hard Disk Drive）等が設けられてもよい。
【０１４７】
＜第１の実施形態に係る駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整方法＞
次に、光偏向装置１０ａによる駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整方法について、図２５〜２８を参照して説明する。
【０１４８】
図２５は、駆動電圧Ａ及びＢと反射部の第２軸周りの振れ角の時間変化の一例を説明する図である。（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａ及びＢによる振れ角の時間変化を説明する図である。
【０１４９】
図２５（ａ）において、実線で示す波形３１０ａは駆動電圧Ａの波形であり、破線で示す波形３１０ｂは駆動電圧Ｂの波形である。なお、図２５（ａ）では２周期分の駆動電圧Ａ及びＢが示されている。このような駆動電圧Ａ及びＢを可動装置１３ａの第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂに印加することで、反射部１０１を第２軸周りに駆動させることができる。
【０１５０】
図２５（ｂ）において、時間変化３０１は、反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化を示している。図２５（ｂ）では、２周期分の駆動電圧Ａ及びＢに対応して、２周期分の振れ角の時間変化が示されている。
【０１５１】
上述したように、反射部１０１の振れ角には、第２支持部１４０での弾性振動等に起因して揺らぎが生じる場合があり、時間変化３０１の期間３０２には、このような揺らぎに該当する高周波成分が含まれている。
【０１５２】
次に、図２６は、駆動電圧Ａ及びＢをそれぞれ単独で印加したときの反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化を説明する図である。（ａ）は駆動電圧Ａを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａによる振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｃ）は（ｂ）の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。また、（ｄ）は駆動電圧Ｂを説明する図であり、（ｅ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化を説明する図であり、（ｆ）は（ｅ）の振れ角の時間変化から抽出された高周波成分を説明する図である。
【０１５３】
なお、駆動電圧Ａ及びＢの両方を印加させたときの振れ角の時間変化は、駆動電圧Ａを単独で印加したときの振れ角の時間変化から、駆動電圧Ｂを単独で印加したときの振れ角の時間変化を引き算して得られるものに略一致する。
【０１５４】
可動装置１３ａに波形３１０ａの駆動電圧Ａが単独で印加されると、反射部１０１の振れ角は、時間変化３０３ａのようになる。図２６（ｂ）において、一点鎖線で示す回帰直線３７０ａは、時期ｔ１から時期ｔ２までの期間３０５において、検出部１４０ａにより検出された時間変化３０３ａの振れ角データを直線近似して得られる回帰直線である。なお、期間３０５は、反射部１０１によりＹ方向に光を走査させるために駆動電圧Ａを印加する期間である。また、期間３０５は「傾きの始期から終期までの期間」の一例であり、時期ｔ１は「始期」の一例であり、時期ｔ２は「終期」の一例である。
【０１５５】
時間毎で、時間変化３０３ａの振れ角データから回帰直線３７０ａに基づく振れ角データを差し引くと、時間変化３０３ａから線形の傾き成分が除去され、図２６（ｃ）に示すように、揺らぎに該当する高周波成分３８０ａを抽出することができる。振幅Ａａ０は、高周波成分３８０ａの振幅を示している。
【０１５６】
一方、可動装置１３ａに波形３１０ｂの駆動電圧Ｂが単独で印加されると、反射部１０１の振れ角は、時間変化３０３ｂのように変化する。図２６（ｅ）において、一点鎖線で示す回帰直線３７０ｂは、時期ｔ３から時期ｔ４までの期間３０６において、検出部１４０ｂにより検出された時間変化３０３ｂの振れ角データを直線近似して得られる回帰直線である。ここで、期間３０６は「傾き開始時期から傾き終了時期までの期間」の一例であり、時期ｔ３は「傾き開始時期」の一例であり、時期ｔ４は「傾き終了時期」の一例である。
【０１５７】
時間毎で、時間変化３０３ｂの振れ角データから回帰直線３７０ｂに基づく振れ角データを差し引くと、時間変化３０３ｂから線形の傾き成分が除去され、図２６（ｃ）に示すように、揺らぎに該当する高周波成分３８０ｂを抽出することができる。振幅Ａｂ０は、高周波成分３８０ｂの振幅を示している。
【０１５８】
ここで、高周波成分３８０ａ及び３８０ｂは「２つの高周波成分」の一例である。また、高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの周波数（周期）は、弾性振動等の共通の特性に起因して生じるものであるため、略等しくなる。
【０１５９】
本実施形態では、駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相を調整し、高周波成分３８０ａと高周波成分３８０ｂを相殺させることで、揺らぎに該当する高周波成分を除去、又は低減させる。
【０１６０】
次に、図２７は、本実施形態に係る駆動電圧Ｂの傾きの調整方法の一例を説明する図である。（ａ）は駆動電圧Ｂの傾きを説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図である。傾きの調整は、駆動電圧Ａ及びＢの相対的な傾きの調整であるため、駆動電圧Ａ及びＢの少なくとも一方を調整することで行うことができる。そのため、ここでは駆動電圧Ｂの傾きの調整について述べる。
【０１６１】
図２７（ａ）において、破線で示した波形３１０ｂは調整前の波形であり、一点鎖線で示した波形３１１ｂは、ノコギリ波の頂点位置を白抜き矢印の方向にシフト量Ｓだけシフトさせることで、シンメトリを調整した後の波形である。シンメトリの調整により、波形３１１ｂに含まれる負の傾きの部分は、波形３１０ｂに対し、傾きが小さくなる（緩やかになる）ように変化している。このシンメトリの調整は、ノコギリ波の頂点位置をシフトさせることのみで行うことができ、駆動電圧Ｂの振幅（最大電圧値）を変更する必要はない。
【０１６２】
駆動電圧の波形の傾きが小さくなると、駆動速度が減少し、第２支持部１４０での弾性振動等が低減される。そのため、波形３１１ｂの駆動電圧Ｂを印加することで、振幅Ａｂ０（図２６（ｆ）参照）に対して、高周波成分３８１ｂの振幅Ａｂ１を小さくすることができる。但し、駆動電圧の波形の傾きを大きくして駆動速度を増加させることで、振幅Ａｂ０を大きくすることも可能である。
【０１６３】
このように、シンメトリの調整により、駆動電圧Ｂの振幅を変更することなく、駆動電圧Ｂの波形の傾きを変化させ、高周波成分３８１ｂの振幅Ａｂ１を変化させることができる。本実施形態では、高周波成分３８１ａの振幅Ａａ１と、高周波成分３８１ｂの振幅Ａｂ１とが略一致するように、駆動電圧Ｂのシンメトリを調整する。但し、シンメトリの調整は一例であり、波形の傾きを調整できれば、他の調整方法であってもよい。
【０１６４】
次に、図２８は、本実施形態に係る駆動電圧Ａ及びＢの位相の調整方法の一例を説明する図である。（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢの位相を説明する図であり、（ｂ）は駆動電圧Ａによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図である。また、（ｃ）は駆動電圧Ｂによる振れ角の時間変化の高周波成分を説明する図であり、（ｄ）は調整後の駆動電圧Ａ及びＢによる振れ角の時間変化を説明する図である。
【０１６５】
図２８（ａ）において、波形３１１ａは駆動電圧Ａの波形であり、波形３１１ｂは上述のシンメトリ調整後の駆動電圧Ｂの波形である。位相差Ｈは駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂの位相差を示している。駆動電圧Ａ及びＢの少なくとも１つの位相の調整により、位相差Ｈを調整し、また、高周波成分３８０ａ（図２８（ｂ）参照）と高周波成分３８０ｂの位相差Ｊを変化させることができる。駆動電圧Ａ及びＢの位相の調整は、波形３１１ａ及び３１１ｂの少なくとも１つの始期の調整により行うことができる。
【０１６６】
本実施形態では、高周波成分３８０ａの位相と高周波成分３８０ｂの位相が逆相（逆位相）となるように、駆動電圧Ａの位相を調整する。つまり位相差Ｈが１８０度になるように駆動電圧Ａの位相を調整する。また、上述したように、シンメトリによる傾きの調整で高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの振幅は略一致させている。このように傾き及び位相を調整した高周波成分３８０ａと高周波成分３８０ｂを重ね合せることで、高周波成分が打ち消される。
【０１６７】
傾き及び位相差を調整した後の駆動電圧Ａ及びＢを可動装置１３ａに印加すると、高周波成分３８０ａ及び３８０ｂが重ね合され、図２８（ｄ）に示すように、高周波成分が除去、又は低減された反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化３１２を得ることができる。
【０１６８】
＜第１の実施形態に係る光偏向装置の機能構成＞
次に、駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整方法を実現するための光偏向装置の機能構成について説明する。
【０１６９】
図２９は、本実施形態に係る制御装置の一例の機能ブロック図である。
【０１７０】
制御装置１１ａは、光源駆動部３１ａと、圧電駆動部３１ｂと、波形記憶部３２と、駆動電圧生成部３３と、駆動電圧出力部３４と、振れ角検出部３５と、高周波成分抽出部３６と、波形調整部３７とを有する。
【０１７１】
ここで、圧電駆動部３１ｂは「駆動手段」の一例であり、駆動電圧生成部３３は「駆動信号生成手段」の一例である。また、高周波成分抽出部３６は「高周波成分抽出手段」の一例であり、シンメトリ調整部４１は「傾き調整手段」の一例である。位相調整部４３は「位相調整手段」の一例である。
【０１７２】
光源駆動部３１ａは、光源装置ドライバ２５等により実現され、制御部３０から入力された制御信号に基づいて光源装置１２に、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等の駆動信号を出力する。
【０１７３】
圧電駆動部３１ｂは、可動装置ドライバ２６等により実現され、駆動電圧出力部３４から入力された駆動電圧の波形に応じて、可動装置１３ａに、反射部１０１を回動させるタイミング及び回動範囲を制御する駆動信号を出力する。
【０１７４】
波形記憶部３２は、ＳＳＤ２８等により実現され、駆動電圧Ａ及びＢの波形を示すデータを記憶する。
【０１７５】
駆動電圧生成部３３は、波形記憶部３２を参照して波形を示すデータ（以下、単に波形という）を取得することで波形を生成し、制御部３０から入力された制御信号に応じて、生成した波形の駆動電圧を駆動電圧出力部３４に出力する。
【０１７６】
駆動電圧出力部３４は、入力した駆動電圧を圧電駆動部３１ｂに出力することができる。駆動電圧出力部３４は、駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂをそれぞれ単独で圧電駆動部３１ｂに出力することができ、また、両方を同時に出力することができる。
【０１７７】
振れ角検出部３５は、センサ電圧入力回路２７等により実現され、検出部１４０ａ、１４０ｂの圧電部２０２で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部１０１の振れ角の検出信号（振れ角データ）を、高周波成分抽出部３６に出力する機能を有する。
【０１７８】
高周波成分抽出部３６は、走査期間特定部３８と、回帰直線算出部３９とを有し、反射部１０１の振れ角データから高周波成分を抽出して、波形調整部３７に出力する機能を有する。走査期間特定部３８は、振れ角データが最小になる時期（傾きの始期）から最大になる時期（傾きの終期）までの期間を走査期間として特定し、走査期間を示すデータを回帰直線算出部３９に出力する機能を有する。
【０１７９】
回帰直線算出部３９は、走査期間における振れ角データを直線近似した回帰直線を算出することができる。高周波成分抽出部３６は、時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分を抽出することができる。高周波成分抽出部３６は抽出した高周波成分のデータを波形調整部３７に出力する。
【０１８０】
高周波成分抽出部３６は、駆動電圧Ａによる振れ角データから高周波成分３８０ａを抽出し、また、駆動電圧Ｂによる振れ角データから高周波成分３８０ｂを抽出し、２つの高周波成分のデータを波形調整部３７に出力する。
【０１８１】
波形調整部３７は、振幅比較部４０と、シンメトリ調整部４１と、位相比較部４２と、位相調整部４３とを有し、駆動電圧Ａ及びＢの傾き（シンメトリ）及び位相を調整する機能を有する。波形調整部３７は、高周波成分抽出部３６から２つの高周波成分のデータを入力し、波形記憶部３２から調整前の波形を入力する。
【０１８２】
振幅比較部４０は、２つの高周波成分の振幅を比較し、両者の差分である振幅差を示すデータをシンメトリ調整部４１に出力する。シンメトリ調整部４１は、振幅差を示すデータに基づき、２つの高周波成分の振幅が略一致するように、駆動電圧Ｂのシンメトリを調整する。但し、シンメトリ調整部４１は、駆動電圧Ａ及びＢの波形の少なくとも１つのシンメトリを調整してもよい。
【０１８３】
このシンメトリの調整は、駆動電圧のシンメトリと高周波成分の振幅との理論式を予め求めておき、入力した振幅差に基づき、理論式を参照して振幅差がゼロになるようなシンメトリを算出して行うことができる。また、駆動電圧のシンメトリと高周波成分の振幅との関係を予め実験やシミュレーションで求めてテーブルを作成し、入力した振幅差に基づき、テーブルを参照して振幅差がゼロになるようなシンメトリを取得してもよい。
【０１８４】
位相比較部４２は、２つの高周波成分の位相を比較し、両者の差分である位相差を示すデータを位相調整部４３に出力する。位相調整部４３は、位相差を示すデータに基づき、２つの高周波成分の位相が逆相になるように、駆動電圧Ａ及びＢの位相差を調整する。但し、位相調整部４３は、駆動電圧Ａ及びＢの少なくとも１つの位相を調整してもよい。
【０１８５】
波形調整部３７は、傾き及び位相が調整された駆動電圧Ａ及びＢの波形を波形記憶部３２に出力する。これにより、波形記憶部３２に記憶された駆動電圧Ａ及びＢの波形は更新される。
【０１８６】
＜第１の実施形態に係る光偏向装置の動作＞
上述した駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整は、光偏向装置１０ａによる光走査とは別に行うことができる。駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整を行う時期は、例えば、光偏向装置１０ａや光偏向装置１０ａを備える画像投影装置等の工場出荷時、又は点検時等である。点検は、所定の期間毎に行われる定期的な点検であってもよいし、光偏向装置１０ａの使用時毎に行う不定期の点検であってもよい。
【０１８７】
光偏向装置１０ａは、駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相の調整を行い、調整後の駆動電圧Ａ及びＢの波形を波形記憶部３２に記憶させる。そして光走査の際に、光偏向装置１０ａは、波形記憶部３２を参照して波形を取得し、取得した波形の駆動電圧Ａ及びＢを、可動装置１３ａに印加することができる。
【０１８８】
図３０は、本実施形態に係る光偏向装置による傾き及び位相調整の動作の一例を示すフローチャートである。
【０１８９】
先ず、ステップＳ３０１において、駆動電圧生成部３３は波形記憶部３２を参照して、調整前の波形を取得し、取得した波形の駆動電圧Ａを駆動電圧出力部３４に出力する。
【０１９０】
続いて、ステップＳ３０２において、駆動電圧出力部３４は圧電駆動部３１ｂに駆動電圧Ａを出力し、圧電駆動部３１ｂは駆動電圧Ａを可動装置１３ａに印加する。
【０１９１】
続いて、ステップＳ３０３において、振れ角検出部３５は、可動装置１３ａの検出部１４０ａの圧電部２０２で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部１０１の振れ角の時間変化３０３ａを高周波成分抽出部３６に出力する。高周波成分抽出部３６は時間変化３０３ａのデータをＲＡＭ２１等に一時保存する。
【０１９２】
続いて、ステップＳ３０４において、駆動電圧生成部３３は波形記憶部３２を参照して、調整前の波形を取得し、取得した波形の駆動電圧Ｂを駆動電圧出力部３４に出力する。
【０１９３】
続いて、ステップＳ３０５において、駆動電圧出力部３４は圧電駆動部３１ｂに駆動電圧Ｂを出力し、圧電駆動部３１ｂは駆動電圧Ｂを可動装置１３ａに印加する。
【０１９４】
続いて、ステップＳ３０６において、振れ角検出部３５は、可動装置１３ａの検出部１４０ｂの圧電部２０２で発生する電圧をデジタル電圧信号に変換し、反射部１０１の振れ角の時間変化３０３ｂを高周波成分抽出部３６に出力する。高周波成分抽出部３６は時間変化３０３ｂのデータをＲＡＭ２１等に一時保存する。
【０１９５】
なお、ステップＳ３０１〜３０３の処理と、ステップＳ３０４〜３０６の処理の順番は適宜変更可能である。
【０１９６】
続いて、ステップＳ３０７において、走査期間特定部３８は、時間変化３０３ａ及び３０３ｂのデータをＲＡＭ２１等から読み出し、時間変化３０３ａ及び３０３ｂにおける走査期間を特定し、それぞれの走査期間を示すデータを回帰直線算出部３９に出力する。
【０１９７】
続いて、ステップＳ３０８において、回帰直線算出部３９は、入力した走査期間における時間変化３０３ａを直線近似した回帰直線を算出し、また時間変化３０３ｂを直線近似した回帰直線を算出する。
【０１９８】
続いて、ステップＳ３０９において、高周波成分抽出部３６は、時間変化３０３ａの時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分３８０ａを抽出する。また、高周波成分抽出部３６は、時間変化３０３ｂの時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分３８０ｂを抽出する。高周波成分抽出部３６は、抽出した２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂのデータを波形調整部３７に出力する。
【０１９９】
続いて、ステップＳ３１０において、振幅比較部４０は、２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの振幅を比較し、両者の差分である振幅差を示すデータをシンメトリ調整部４１に出力する。
【０２００】
続いて、ステップＳ３１１において、シンメトリ調整部４１は、振幅差を示すデータに基づき、２つの高周波成分の振幅が略一致するように、駆動電圧Ｂのシンメトリを調整する。
【０２０１】
続いて、ステップＳ３１２において、位相比較部４２は、２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの位相を比較し、両者の差分である位相差を示すデータを位相調整部４３に出力する。
【０２０２】
続いて、ステップＳ３１３において、位相調整部４３は、位相差を示すデータに基づき、２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの位相が逆相になるように、駆動電圧Ａの位相を調整する。
【０２０３】
続いて、ステップＳ３１４において、波形調整部３７は、シンメトリ及び位相を調整後の駆動電圧Ａ及びＢの波形３１１ａ及び３１１ｂを波形記憶部３２に出力し、波形記憶部３２は入力した波形３１１ａ及び３１１ｂのデータを記憶する。
【０２０４】
このようにして、光偏向装置１０ａは傾き及び位相が調整された駆動電圧Ａ及びＢの波形３１１ａ及び３１１ｂを波形記憶部３２に記憶させることができる。
【０２０５】
次に、図３１は、本実施形態に係る光偏向装置による光走査の動作の一例を示すフローチャートである。
【０２０６】
先ず、ステップＳ３１１において、駆動電圧生成部３３は、波形記憶部３２を参照して波形３１１ａ及び３１１ｂを取得する。
【０２０７】
続いて、ステップＳ３１２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。
【０２０８】
続いて、ステップＳ３１３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、制御信号を光源駆動部３１ａ及び駆動電圧生成部３３に出力する。
【０２０９】
続いて、ステップＳ３１４において、光源駆動部３１ａ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に出力し、光源装置１２は、入力した駆動信号に基づいて光照射を行う。
【０２１０】
続いて、ステップＳ３１５において、駆動電圧出力部３４は、駆動電圧生成部３３から入力した駆動電圧Ａ及びＢを圧電駆動部３１ｂに出力する。
【０２１１】
続いて、ステップＳ３１６において、圧電駆動部３１ｂは駆動電圧Ａ及びＢを可動装置１３ａに出力する。
【０２１２】
続いて、ステップＳ３１７において、可動装置１３ａは、入力された駆動電圧Ａ及びＢに基づいて反射部１０１を駆動させる。光源装置１２及び可動装置１３ａの反射部１０１の回動により、反射部１０１の反射面１４に入射した光が任意の方向に偏向され、光走査（光偏向）が行われる。
【０２１３】
続いて、ステップＳ３１８において、制御部３０は、光走査情報等に基づいて光走査を終了するか否かを判定する。ステップＳ３１８において、終了すると判定された場合は（ステップＳ３１８、Ｙｅｓ）、光偏向装置１０ａは光走査を終了する。一方、ステップＳ３１８において、終了しないと判定された場合は（ステップＳ３１８、Ｎｏ）、ステップＳ３１１に戻り、ステップＳ３１１以降の処理が継続される。
【０２１４】
このようにして、光偏向装置１０ａは、傾き及び位相が調整された駆動電圧Ａ及びＢにより、反射部１０１の第２軸周りに駆動させることができる。
【０２１５】
＜効果＞
以上説明してきたように、本実施形態では、圧電駆動部群Ａ及びＢを駆動する圧電駆動部３１ｂと、圧電駆動部群Ａ及びＢを駆動する駆動電圧Ａ及びＢを生成する駆動電圧生成部３３と、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂの振れ角の検出信号の２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂを抽出する高周波成分抽出部３６と、２つの高周波成分３８０ａ及び３８０ｂの位相が互いに逆相になるように駆動電圧Ａ及びＢの位相を調整する位相調整部４３とを備える。
【０２１６】
そして、検出された第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂの振れ角データに応じて駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相を調整し、高周波成分３８０ａと高周波成分３８０ｂを相殺させることで、揺らぎに該当する高周波成分を除去、又は低減する。
【０２１７】
これにより、反射部１０１の第２軸周りの駆動速度を一定にし、投影画像の画像不良を防止することができる。
【０２１８】
また、本実施形態では、駆動電圧Ａ及びＢの傾き及び位相を調整するため、駆動電圧Ａ及びＢの振幅及び位相の両方を調整する必要がない。さらに、高周波成分３８０ａと高周波成分３８０ｂを小さくすることなく、両者を相殺させることで高周波成分を除去、又は低減するため、高周波成分を小さくするための駆動電圧Ａ及びＢの振幅及び位相の複雑な調整を行う必要がない。これにより、反射部１０１の振れ角の揺らぎを簡単に除去、又は低減させることができる。
【０２１９】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る光偏向装置について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する。
【０２２０】
図３２は、本実施形態に係る光偏向装置１０ｂの備える制御装置１１ｂの一例の機能ブロック図である。制御装置１１ｂは、高周波成分抽出部３６ｂを有する。
【０２２１】
高周波成分抽出部３６ｂは、周期期間特定部４４と、回帰直線算出部３９ｂとを有し、反射部１０１の振れ角データから高周波成分を抽出して、波形調整部３７に出力する機能を有する。
【０２２２】
周期期間特定部４４は、振れ角データの傾きの始期から終期までの期間の中間において、高周波成分の１周期に該当する期間を特定し、特定した期間を回帰直線算出部３９ｂに出力することができる。
【０２２３】
回帰直線算出部３９ｂは、高周波成分の１周期に該当する期間における振れ角データを直線近似した回帰直線を算出することができる。高周波成分抽出部３６ｂは、時間毎で、検出された振れ角データと回帰直線に基づく振れ角データの差分を算出し、検出された振れ角データから線形の傾き成分を除去した高周波成分を抽出することができる。また、高周波成分抽出部３６は抽出した高周波成分のデータを波形調整部３７に出力することができる。
【０２２４】
ここで、図３３は、本実施形態に係る高周波成分の１周期に該当する期間の抽出方法の一例を説明する図である。図３３において、時期ｔ３は傾きの始期、時期ｔ４は傾きの終期、時期ｔ５は始期と終期の中間となる時期をそれぞれ示している。
【０２２５】
周期期間特定部４４は、例えば、振れ角データが最小になる時期ｔ３から最大になる時期ｔ４までの期間の中間となる時期ｔ５を特定する。そして、時期ｔ５付近で振れ角データが極小値となる変曲点の時期から極大値となる変曲点の時期までの期間を求め、その２倍を１周期分の期間として特定する。変曲点は、振れ角データの微分値がゼロになる時期から特定することができる。図３３では、時期ｔ５が極小値となる変曲点の時期であり、時期ｔ６極大値となる変曲点の時期である。周期期間特定部４４は、特定した期間３０７を示すデータを回帰直線算出部３９に出力することができる。
【０２２６】
以上説明したように、本実施形態では、高周波成分抽出部３６ｂは、振れ角データの傾きの始期から終期までの期間の中間において特定された、高周波成分の１周期に該当する期間における振れ角データの回帰直線と、振れ角データとの差から高周波成分を抽出する。高周波成分の１周期に該当する期間は、第１の実施形態で説明した走査期間と比較して短いため、回帰直線の算出処理と、高周波成分の抽出処理を少ない振れ角データに対して実行することができる。これにより、第１の実施形態で説明した走査期間で回帰直線の算出処理と高周波成分の抽出処理を実行する場合と比較して、処理負荷を低減し、処理速度を向上させることができる。
【０２２７】
なお、上記以外の効果は、既に説明した実施形態で説明したものを同様である。
【０２２８】
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。
【０２２９】
なお、実施形態で説明した光偏向装置１０ａ、及び１０ｂは、光走査システム１０と同様に、図５〜１３で説明したヘッドアップディスプレイ、光書込装置、ライダ装置、レーザヘッドランプ、及びヘッドマウントディスプレイ等に適用することができる。
【符号の説明】
【０２３０】
１０                  光走査システム
１０ａ、１０ｂ        光偏向装置
１１、１１ａ、１１ｂ  制御装置
１２                  光源装置
１３、１３ａ          可動装置
１４                  反射面
１５                  被走査面
２７                  センサ電圧入力回路
２８                  ＳＳＤ
３０                  制御部
３１                  駆動信号出力部
３１ａ                光源駆動部
３１ｂ                圧電駆動部（駆動手段の一例）
３２                  波形記憶部
３３                  駆動電圧生成部（駆動信号生成手段の一例）
３４                  駆動電圧出力部
３５                  振れ角検出部
３６、３６ｂ          高周波成分抽出部（高周波成分抽出手段の一例）
３７                  波形調整部
３８                  走査期間特定部
３９、３９ｂ          回帰直線算出部
４０                  振幅比較部
４１                  シンメトリ調整部（傾き調整手段の一例）
４２                  位相比較部
４３                  位相調整部（位相調整手段の一例）
４４                  周期期間特定部
１０１                反射部
１０２                反射部基体
１１０ａ、１１０ｂ    第１駆動部ａ、ｂ
１１１ａ、１１１ｂ    トーションバーａ、ｂ
１１２ａ、１１２ｂ    第１圧電駆動部
１２０                第１支持部
１３０ａ、１３０ｂ    第２駆動部（可動部の一例）
１３１ａ〜１３１ｆ    第２圧電駆動部ａ
１３２ａ〜１３２ｆ    第２圧電駆動部ｂ
１４０                第２支持部
１４０ａ、１４０ｂ    検出部
１４１ａ〜１４１ｆ    圧電センサ
１４２ａ〜１４２ｆ    圧電センサ
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
３０１、３０１ａ、３０１ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、３１２      時間変化
３０２、３０４、３０５、３０６、３０７          期間
３１０ａ、３１０ｂ、３１１ａ、３１１ｂ  波形
３７０ａ、３７０ｂ    回帰直線
３８０ａ、３８０ｂ    傾き及び位相調整前の高周波成分
３８１ａ、３８１ｂ    傾き及び位相調整後の高周波成分
４００                自動車
５００                ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置の一例）
６００                光書込装置
６５０                レーザプリンタ
７００                ライダ装置
Ａ、Ｂ                    圧電駆動部群（２つの被駆動手段の一例）
Ａａ０、Ａｂ０、Ａｂ１  高周波成分の振幅
Ｈ                    駆動電圧Ａ及びＢの位相差
Ｊ                    高周波成分の位相差
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６  時期
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２３１】
【特許文献１】特許６３３２７３６号公報
【図１】
2020101590.tif 000003
【図２】
2020101590.tif 000004
【図３】
2020101590.tif 000005
【図４】
2020101590.tif 000006
【図５】
2020101590.tif 000007
【図６】
2020101590.tif 000008
【図７】
2020101590.tif 000009
【図８】
2020101590.tif 000010
【図９】
2020101590.tif 000011
【図１０】
2020101590.tif 000012
【図１１】
2020101590.tif 000013
【図１２】
2020101590.tif 000014
【図１３】
2020101590.tif 000015
【図１４】
2020101590.tif 000016
【図１５】
2020101590.tif 000017
【図１６】
2020101590.tif 000018
【図１７】
2020101590.tif 000019
【図１８】
2020101590.tif 000020
【図１９】
2020101590.tif 000021
【図２０】
2020101590.tif 000022
【図２１】
2020101590.tif 000023
【図２２】
2020101590.tif 000024
【図２３】
2020101590.tif 000025
【図２４】
2020101590.tif 000026
【図２５】
2020101590.tif 000027
【図２６】
2020101590.tif 000028
【図２７】
2020101590.tif 000029
【図２８】
2020101590.tif 000030
【図２９】
2020101590.tif 000031
【図３０】
2020101590.tif 000032
【図３１】
2020101590.tif 000033
【図３２】
2020101590.tif 000034
【図３３】
2020101590.tif 000035