(57)【要約】【課題】反射部の可動速度に重畳される高調波を抑制すること。【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、前記反射部を支持する可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部に設けられ、駆動電圧の波形に応答して前記反射部を駆動させる圧電駆動部と、前記圧電駆動部に異なる２つの駆動電圧を出力する駆動電圧出力部と、を有し、前記異なる２つの駆動電圧の波形のそれぞれは、１周期内に、電圧が上昇する昇圧期間と、電圧が降下する降圧期間と、前記昇圧期間後で、かつ前記降圧期間前に、電圧が一定である第１定電圧期間と、前記昇圧期間前で、かつ前記降圧期間後に、電圧が一定である第２定電圧期間と、を含み、前記異なる２つの駆動電圧の波形のうちの少なくとも一方における前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合は、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合と異なる。【選択図】図２８
2020190620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する反射部と、
前記反射部を支持する可動部と、
前記可動部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられ、駆動電圧の波形に応答して前記反射部を駆動させる圧電駆動部と、
前記圧電駆動部に異なる２つの駆動電圧を出力する駆動電圧出力部と、を有し、
前記異なる２つの駆動電圧の波形のそれぞれは、１周期内に、
電圧が上昇する昇圧期間と、
電圧が降下する降圧期間と、
前記昇圧期間後で、かつ前記降圧期間前に、電圧が一定である第１定電圧期間と、
前記昇圧期間前で、かつ前記降圧期間後に、電圧が一定である第２定電圧期間と、を含み、
前記異なる２つの駆動電圧の波形のうちの少なくとも一方における前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合は、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合と異なる
光偏向装置。
【請求項２】
前記１周期内での前記第１定電圧期間と前記第２定電圧期間の和は、前記１周期の１０％以下である
請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記昇圧期間、及び前記降圧期間のそれぞれにおける電圧の時間変化は一定である
請求項１、又は２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合と、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合の差は５％以下である
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光偏向装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の光偏向装置を有する画像投影装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像投影装置を有する車両。
【請求項７】
反射面を有する反射部と、
前記反射部を支持する可動部と、
前記可動部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられ、駆動電圧の波形に応答して前記反射部を駆動させる圧電駆動部と、
前記圧電駆動部に異なる２つの駆動電圧を出力する駆動電圧出力部と、を有する光偏向装置で用いられる調整方法であって、
前記異なる２つの駆動電圧の波形のそれぞれは、１周期内に、
電圧が上昇する昇圧期間と、
電圧が降下する降圧期間と、
前記昇圧期間後で、かつ前記降圧期間前に、電圧が一定である第１定電圧期間と、
前記昇圧期間前で、かつ前記降圧期間後に、電圧が一定である第２定電圧期間と、を含み、
前記異なる２つの駆動電圧の波形のうちの少なくとも一方における前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合を、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合と異ならせる
調整方法。
【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、車両、及び調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等の反射部を圧電素子により水平及び垂直方向に回動させ、反射部に入射する光を偏向させる光偏向装置が知られている。
【０００３】
また、位相を１８０度ずらした略同一波形の２つの台形波を含む駆動電圧を、圧電素子に印加する光偏向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】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光偏向装置では、反射部の可動速度に高調波が重畳される場合があった。
【０００５】
開示の技術は、反射部の可動速度に重畳される高調波を抑制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光偏向装置は、反射面を有する反射部と、前記反射部を支持する可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部に設けられ、駆動電圧の波形に応答して前記反射部を駆動させる圧電駆動部と、前記圧電駆動部に異なる２つの駆動電圧を出力する駆動電圧出力部と、を有し、前記異なる２つの駆動電圧の波形のそれぞれは、１周期内に、電圧が上昇する昇圧期間と、電圧が降下する降圧期間と、前記昇圧期間後で、かつ前記降圧期間前に、電圧が一定である第１定電圧期間と、前記昇圧期間前で、かつ前記降圧期間後に、電圧が一定である第２定電圧期間と、を含み、前記異なる２つの駆動電圧の波形のうちの少なくとも一方における前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合は、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合と異なる。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、反射部の可動速度に重畳される高調波を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光偏向装置の一例の概略図である。
【図２】光偏向装置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】光偏向装置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】パッケージングされた可動装置の他の例を示す概略図である。
【図１６】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１７】図１６のＰ−Ｐ'断面図である。
【図１８】図１６のＱ−Ｑ'断面図である。
【図１９】可動装置の第２駆動部の駆動の一例を模式的に表した模式図である。
【図２０】可動装置に印加される駆動電圧の波形を示す図であり、（ａ）は圧電駆動部群Ａに印加される波形を示す図、（ｂ）は圧電駆動部群Ｂに印加される波形を示す図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の波形を重ね合わせた図である。
【図２１】可動速度が一定の場合の反射部の振れ角の時間変化を示す図である。
【図２２】可動速度が一定の場合の走査線を示す図である。
【図２３】可動速度が変動する場合の反射部の振れ角の時間変化を示す図である。
【図２４】可動速度が変動する場合の走査線を示す図である。
【図２５】反射部の振れ角を説明する図であり、（ａ）は波形を示す図、（ｂ）は（ａ）による反射部の振れ角の時間変化を示す図、（ｃ）は（ｂ）の高調波成分を示す図、（ｄ）は波形を示す図、（ｅ）は（ｄ）による反射部の振れ角の時間変化を示す図、（ｆ）は（ｅ）の高調波成分を示す図である。
【図２６】昇圧期間の高調波成分の除去例を説明する図であり、（ａ）は波形を示す図、（ｂ）は振れ角の時間変化を示す図、（ｃ）は高調波成分を示す図である。
【図２７】降圧期間の高調波成分の除去例を説明する図であり、（ａ）は波形を示す図、（ｂ）は振れ角の時間変化を示す図、（ｃ）は高調波成分を示す図である。
【図２８】実施形態に係る高調波成分の除去方法の一例を説明する図である。
【図２９】第１定電圧期間が０秒になった場合の駆動電圧を示す図であり、（ａ）は波形を示す図、（ｂ）は（ａ）による高調波成分を示す図である。
【図３０】第１の実施形態に係る制御装置の機能構成例を説明するブロック図である。
【図３１】第１の実施形態に係る制御装置による処理例を示すフローチャートである。
【図３２】インターレス方式による画像のちらつきの抑制例を説明する図である。
【図３３】投影される画像の輝度の向上例を説明する図である。
【図３４】第２の実施形態に係る可動装置の平面図である。
【図３５】図３４のＲ−Ｒ'断面図である。
【図３６】第２の実施形態に係る制御装置のハードウェア構成例を説明する図である。
【図３７】第２の実施形態に係る制御装置の機能構成例を説明する図である。
【図３８】第２の実施形態に係る制御装置による処理例を示すフローチャートである。
【図３９】第１変形例に係る可動装置の平面図である。
【図４０】第２変形例に係る可動装置の平面図である。
【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】
［光偏向装置］
まず、可動装置を適用した光偏向装置について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１には、実施形態に係る光偏向装置の一例の概略図が示されている。図１に示すように、光偏向装置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を光走査する装置である。
【００１２】
光偏向装置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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
次に、光偏向装置１０の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、光偏向装置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、光偏向装置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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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が光偏向装置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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、光偏向装置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、光偏向装置の制御装置の一例の機能ブロック図である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
次に、光偏向装置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、光偏向装置に係る処理の一例のフローチャートである。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ステップＳ１４において、光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の可動を行う。光源装置１２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。
【００３８】
なお、上記光偏向装置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。
【００３９】
また、上記光偏向装置１０では、１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、上記光偏向装置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。
【００４０】
［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。
【００４１】
図５は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、「車両」の一例としての自動車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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
［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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
［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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図９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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
［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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
［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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
［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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
図１５は、パッケージングされた可動装置の他の例として、透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させた場合を示している。この例では、透過部材８０３をパッケージ部材８０１に対して傾斜して取り付けることで、パッケージ部材８０１に配置された可動装置１３に対して透過部材８０３を傾斜させている。傾斜角度は、可動装置１３に含まれる反射面１４と透過部材８０３との間で多重反射された光がパッケージ部材８０１の外に出ないような角度に設定されている。このような構成により、多重反射光による画像ノイズ等が防止される。
【００８４】
以上に説明した光偏向装置、画像投影装置、光書込装置、距離測定装置、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される実施形態に係る可動装置の詳細について、以下で図面を参照しながら説明する。なお、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。
【００８５】
＜第１の実施形態＞
［第１の実施形態に係る可動装置の構成］
まず、第１の実施形態に係る可動装置の構成について、図１６〜図１８を用いて説明する。
【００８６】
図１６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１７は、図１６のＰ−Ｐ'断面図であり、図１８は、図１６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、両持ち支持タイプ（両端支持タイプ）であってもよい。
【００８７】
図１６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及び１１０ｂと、反射部および第１駆動部を支持する第１支持部１２０とを有する。また、可動装置１３は、第１支持部１２０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及び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。ここで、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂは「可動部」の一例であり、第２支持部１４０は「支持部」の一例である。
【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及び１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び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。ここで、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び１３２ａ〜１３２ｆは、それぞれ「圧電駆動部」の一例である。
【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有する。
【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及び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及び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及び１１２ｂとから構成される。
【００９４】
図１７に示されるように、トーションバー１１１ａ及び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及び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１６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及び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及び１３２ａ〜１３２ｆから構成されており、第２駆動部１３０ａ及び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１８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１６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と、第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂと、第１支持部１２０と、第２駆動部１３０ａ及び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及び１１２ｂと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆの各上部電極２０３及び各下部電極２０１と、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、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及び１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ及び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及び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及び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及び１１０ｂと、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂと、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、反射防止材としての機能も有する。
【０１０３】
［実施形態に係る可動装置の駆動］
次に、可動装置１３の第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂと、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂの制御装置１１による駆動について説明する。
【０１０４】
第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂと、第２駆動部１３０ａ及び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及び１１０ｂと、第２駆動部１３０ａ及び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】
第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂが有する圧電部２０２に、上部電極２０３及び下部電極２０１を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部２０２が変形する。この圧電部２０２の変形による作用により、第１圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー１１１ａ及び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及び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。
【０１０７】
そこで、制御装置１１によって、第１駆動部１１０ａ及び１１０ｂが有する第１圧電駆動部１１２ａ及び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。
【０１０８】
特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー１１１ａ及び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及び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。
【０１０９】
図１９は、可動装置１３の第２駆動部１３０ｂの駆動の一例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、紙面向かって右斜め下方向が＋Ｘ方向、紙面向かって右斜め上方向が＋Ｙ方向、紙面向かって上方向が＋Ｚ方向である。
【０１１０】
図１９（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。
【０１１１】
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１９（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。
【０１１２】
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、第２圧電駆動部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１９（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。
【０１１３】
図１９（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１６に示すように、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂが、第１支持部１２０の中心点に対して第１支持部１２０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１２０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１２０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。
【０１１４】
また、図１９（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。
【０１１５】
図１９（ｂ）〜図１９（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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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２０を用いて説明する。
【０１１８】
図２０は、可動装置の圧電駆動部群に印加される駆動電圧の波形の一例を示す図であり、（ａ）は、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形２０Ａの一例を示す図、（ｂ）は、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形２０Ｂの一例を示す図、（ｃ）は、駆動電圧Ａの波形２０Ａと駆動電圧Ｂの波形２０Ｂを重ね合わせた図である。ここで、駆動電圧Ａ及びＢは、「異なる２つの駆動電圧」の一例である。
【０１１９】
図２０（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、台形波状の波形２０Ａを含み、周波数は６０ＨＺ等である。波形２０Ａは、電圧値が極小値から次の極大値まで上昇していく昇圧期間ｔＡ１と、電圧値が極大値で一定となる第１定電圧期間ｔＡ２と、電圧値が極大値から次の極小値まで降下していく降圧期間ｔＡ３と、電圧値が極小値で一定となる第２定電圧期間ｔＡ４とを含んでいる。
【０１２０】
また、図２０（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、台形波状の波形２０Ｂを含み、周波数は６０ＨＺ等である。また、波形２０Ｂは、波形２０Ａと同様に、電圧値が極小値から次の極大値まで上昇していく昇圧期間ｔＢ１と、電圧値が極大値で一定となる第１定電圧期間ｔＢ２と、電圧値が極大値から次の極小値まで下降していく降圧期間ｔＢ３と、電圧値が極小値で一定となる第２定電圧期間ｔＢ４とを含んでいる。
【０１２１】
図２０（ｃ）において、波形２０Ａの周期と波形２０Ｂの周期は、同一の周期Ｔになるように設定されている。なお、上記の駆動電圧Ａ及び駆動電圧Ｂの波形は、正弦波の重ね合わせによって生成される。
【０１２２】
［駆動電圧と反射部の振れ角の関係］
ここで、上述の可動装置１３に駆動電圧を印加したときの反射部１０１の振れ角について、図２１〜２４を用いて説明する。
【０１２３】
図２１は、反射部１０１の第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合に、波形２０Ａの駆動電圧を印加したときの、反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化２１Ａを示す図である。図２１の横軸は時間を示し、縦軸は反射部１０１の振れ角を示している。縦軸の上方向は正方向で、下方向は負方向である。図２１に示すように、振れ角の時間変化２１Ａは、波形２０Ａに対応して、昇圧期間ｔＡ１では振れ角が正方向に増大し、降圧期間ｔＡ３では振れ角が負方向に増大する。
【０１２４】
また、図２２は、反射部１０１の第１軸及び第２軸周りの可動速度が一定（均一）である場合の、被走査面１５（図１参照）における走査線の一例を示す図である。
【０１２５】
図２２において、横軸は第１軸方向を示し、縦軸は第２軸方向を示している。また、一点鎖線で囲った領域２２１は、反射部１０１による光の最大走査領域を示し、実線で囲った領域２２２は被走査面１５の有効領域を示している。被走査面１５の有効領域は、光偏向装置１０により投影される画像の有効画像領域等に該当する。
【０１２６】
曲線２２３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。可動装置１３は、領域２２１内で光を往復走査して、領域２２２内に画像を投影することができる。
【０１２７】
第２軸周りの可動速度が一定であるため、領域２２２内で振れ角は直線的に変化し、第２軸方向における走査線間隔は一定となる。その結果、輝度ムラや歪み等のない適切な画像が領域２２２に投影される。
【０１２８】
なお、駆動電圧Ａ及びＢの１周期は、反射部１０１による光走査の往復期間に該当し、図２１における昇圧期間ｔＡ１は光走査の往路期間に、降圧期間ｔＡ３は光走査の復路期間にそれぞれ該当する。そのため、以下では、昇圧期間ｔＡ１を往路期間、降圧期間ｔＡ３を復路期間と称する場合がある。
【０１２９】
ここで、反射部１０１が第２軸周りに可動する場合、第２支持部１４０が第２駆動部１３０a及び１３０ｂを支持する弾性部分で生じる弾性振動に起因して、振れ角の可動速度が変動し、可動速度に高調波成分が重畳する場合がある。なお、高調波は、「ひずみ波交流の中に含まれている、基本波の整数倍の周波数をもつ正弦波」と一般に定義されるが、実施形態の説明では、便宜上、（整数＋１／２）倍等の整数倍以外の周波数の正弦波も高調波に含まれるものとする。
【０１３０】
図２３は、反射部１０１の第２軸周りの可動速度が変動する場合に、波形２０Ａの駆動電圧を印加したときの、反射部１０１の第２軸周りの振れ角の時間変化２２Ａの一例を示す図である。図の見方は図２１と同様であるため、説明を省略する。図２３に示すように、可動速度の変動により、振れ角の時間変化２２Ａは、昇圧期間ｔＡ１及び降圧期間ｔＡ３において直線的に変化していない。
【０１３１】
図２４は、反射部１０１の第１軸及び第２軸周りの可動速度が変動する場合の、被走査面１５（図１参照）における走査線の一例を示す図である。図の見方は図２２と同様であるため、説明を省略する。第２軸周りの可動速度の変動により、領域２２２内で振れ角が直線的に変化していない。その結果、第２軸方向における走査線間隔に、間隔が密になる部分（斜線ハッチング２２４）と、間隔が疎になる部分（格子ハッチング２２５）が生じ、領域２２２に投影される画像には、輝度ムラや歪み等による画質劣化が生じる。
【０１３２】
［駆動電圧による高調波成分の除去］
次に、可動速度の変動（高調波成分）の除去方法について説明する。
【０１３３】
図２５は、駆動電圧Ａ及びＢのそれぞれを印加したときの反射部１０１の振れ角の一例を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａの波形２０Ａの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の駆動電圧による反射部１０１の振れ角の時間変化２２Ａの一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）の高調波成分２３Ａのみを示す図である。また、（ｄ）は駆動電圧Ｂの波形２０Ｂの一例を示す図、（ｅ）は（ｄ）の駆動電圧による反射部１０１の振れ角２２Ｂの時間変化の一例を示す図、（ｆ）は（ｅ）の高調波成分２３Ｂのみを示す図である。
【０１３４】
可動装置１３の構成では、駆動電圧Ａ及びＢを並行して印加したときの反射部１０１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２２Ａから、駆動電圧Ｂを単独で印加したときの振れ角２２Ｂを差し引いたものと略等しくなる。また、駆動電圧Ａ及びＢの両方において、昇圧期間ｔＡ１と降圧期間ｔＡ３における振れ角の変化量の絶対値が等しい場合、駆動電圧Ａにより生じる高調波成分の振幅２６ａと、駆動電圧Ｂにより生じる高調波成分の振幅２６ｂは略等しくなる。
【０１３５】
従って、高調波成分２３Ａと高調波成分２３Ｂを相殺させて、可動速度における高調波成分を除去するために、高調波成分２３Ａと高調波成分２３Ｂとが逆位相になるように、駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂの波形の位相差を設定することも考えられる。
【０１３６】
しかし、実際には、圧電部２０２の特性ばらつき等に起因して、駆動電圧Ａの昇圧期間における高調波成分と駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分の位相差と、駆動電圧Ａの降圧期間における高調波成分と駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分の位相差とが等しくならない場合がある。そのため、単純に駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂの波形の位相差を設定するだけでは、高調波成分２３Ａと高調波成分２３Ｂとが逆位相にならず、必ずしも両者を相殺させることができない。
【０１３７】
図２６〜２７を参照して、より具体的に説明する。図２６は、駆動電圧Ａの昇圧期間ｔＡ１における高調波成分を駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分で相殺する場合を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢの波形を示す図、（ｂ）は駆動電圧Ａ及びＢの印加による振れ角の時間変化を示す図、（ｃ）は駆動電圧Ａによる高調波成分２３Ａ及び駆動電圧Ｂによる高調波成分２３Ｂを示す図である。
【０１３８】
図２６（ａ）に示すように、駆動電圧Ａの昇圧期間ｔＡ１における高調波成分と駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分が逆位相になるように、駆動電圧Ａ及びＢの波形の位相差を設定すると、図２６（ｃ）に示すように、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分を、駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分で相殺できる。しかし、降圧期間ｔＡ３における高調波成分と駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分は逆位相にならず、両者を相殺できない場合がある。その結果、図２６（ｂ）に示すように、振れ角の時間変化（可動速度）２２の降圧期間ｔＡ３において高調波成分が残存し、高調波成分を除去できなくなる。
【０１３９】
一方、図２７は、駆動電圧Ａの降圧期間ｔＡ３における高調波成分を駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分で相殺する場合を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａ及びＢの波形を示す図、（ｂ）は駆動電圧Ａ及びＢの印加による振れ角の時間変化を示す図、（ｃ）は駆動電圧Ａによる高調波成分２３Ａ及び駆動電圧Ｂによる高調波成分２３Ｂを示す図である。
【０１４０】
図２７に示すように、駆動電圧Ａの降圧期間ｔＡ３における高調波成分と駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分が逆位相になるように、駆動電圧Ａと駆動電圧Ｂの波形の位相差を設定すると、図２７（ｃ）に示すように、降圧期間ｔＡ３における高調波成分を、駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分で相殺できる。しかし、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分と駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分は逆位相にならず、両者を相殺できない場合がある。その結果、図２７（ｂ）に示すように、振れ角の時間変化２２の昇圧期間ｔＡ１において高調波成分が残存し、高調波成分を除去できなくなる。
【０１４１】
これに対し、実施形態では、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分が駆動電圧Ｂの降圧期間における高調波成分で相殺されるように、駆動電圧Ａ及びＢの波形の位相差を設定するとともに、降圧期間ｔＡ３における高調波成分が駆動電圧Ｂの昇圧期間における高調波成分で相殺されるように、駆動電圧Ｂの昇圧開始のタイミングを設定する。
【０１４２】
図２８は、実施形態に係る駆動電圧Ａ及びＢによる高調波成分の除去方法の一例を説明する図であり、（ａ）は駆動電圧Ａの波形２０Ａ及び駆動電圧Ｂの波形２０Ｂ'の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の駆動電圧による反射部１０１の振れ角の時間変化の一例を示す図、（ｃ）は（ｂ）の高調波成分のみを示す図である。
【０１４３】
図２８（ａ）において、実線で示されている波形２０Ａは、周期Ｔ内に、昇圧期間ｔＡ１と、降圧期間ｔＡ３とを含んでいる。また、波形２０Ａは、昇圧期間ｔＡ１の後で且つ降圧期間ｔＡ３の前に、電圧が一定である第１定電圧期間ｔＡ２を含み、さらに昇圧期間ｔＡ１の前で且つ降圧期間ｔＡ３の後に、電圧が一定である第２定電圧期間ｔＡ４を含んでいる。
【０１４４】
一方、破線で示されている波形２０Ｂ'は、周期Ｔ内に、昇圧期間ｔＢ１'と、降圧期間ｔＢ３'とを含んでいる。また、波形２０Ｂ'は、昇圧期間ｔＢ１'の後で且つ降圧期間ｔＢ３'の前に、電圧が一定である第１定電圧期間ｔＢ２'を含み、さらに昇圧期間ｔＢ１'の前で且つ降圧期間ｔＢ３'の後に、電圧が一定である第２定電圧期間ｔＢ４'を含んでいる。そして、波形２０Ｂ'における第１定電圧期間ｔＢ２'の周期Ｔ内での割合は、第２定電圧期間ｔＢ４'の周期Ｔ内での割合と異なっている。
【０１４５】
波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を設定することで、図２８（ｃ）に示すように、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分２３Ａ１に対して、降圧期間ｔＢ３'における高調波成分２３Ｂ３'を逆位相にできる。これにより、高調波成分２３Ａ１が高調波成分２３Ｂ３'により相殺される。
【０１４６】
また、波形２０Ｂ'における昇圧開始のタイミングを設定することで、図２８（ｃ）に示すように、降圧期間ｔＡ３における高調波成分２３Ａ３に対して、昇圧期間ｔＢ１'における高調波成分２３Ｂ１'を逆位相にできる。これにより、高調波成分２３Ａ３が高調波成分２３Ｂ１'により相殺される。波形２０Ｂ'における昇圧開始のタイミングは、第２定電圧期間ｔＢ４'を変化させることで任意に設定することができる。また、第２定電圧期間ｔＢ４'の期間変化分Δｔを第１定電圧期間ｔＢ２'から差し引くことで、駆動電圧Ａの周期に対する駆動電圧Ｂの周期のずれをなくすことができる。このような設定の結果、第１定電圧期間ｔＢ２'の周期Ｔ内での割合は、第２定電圧期間ｔＢ４'の周期Ｔ内での割合と異なっている。
【０１４７】
図２８（ａ）において、点線で示されている比較例に係る波形２０Ｂは、第１定電圧期間ｔＢ２の周期Ｔ内での割合が、第２定電圧期間ｔＢ４の周期Ｔ内での割合と等しい点のみが、波形２０Ｂ'と異なっている。波形２０Ｂを用いると、波形２０Ａと波形２０Ｂの位相差の設定しか行えないため、上述したように、高調波成分２３Ａ１と高調波成分２３Ｂ３'の位相差と、高調波成分２３Ａ３と高調波成分２３Ｂ１'の位相差が等しくない場合に、高調波成分２３Ａと高調波成分２３Ｂを相殺することができなくなる。
【０１４８】
図２８（ｂ）において、点線で示されている振れ角の時間変化２２は、駆動電圧Ａと比較例に係る駆動電圧Ｂを印加したときのものであり、降圧期間ｔＡ３において高調波成分が残存している。一方、実線で示されている振れ角の時間変化２２'は、駆動電圧Ａと実施形態に係る駆動電圧Ｂ'を印加したときのものであり、点線で示されている振れ角の時間変化２２と比べると、高調波成分が除去されている。
【０１４９】
なお、上述したように昇圧開始のタイミングを設定した結果、第２定電圧期間ｔＢ４'が０秒になっても良い。図２９は、第２定電圧期間ｔＢ４'が０秒になった場合の駆動電圧の一例を示す図であり、（ａ）は波形２０Ａ及び２０Ｂの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）の高調波成分の一例を示す図である。
【０１５０】
図２９（ａ）に示すように、第２定電圧期間ｔＢ４'は０秒になっている。この場合でも、図２９（ｂ）に示すように、高調波成分２３Ａ１を高調波成分２３Ｂ３'で相殺でき、高調波成分を除去することができる。
【０１５１】
［第１の実施形態に係る制御装置の機能構成及び処理］
次に、第１の実施形態に係る光偏向装置１０ａの備える制御装置１１ａの機能構成について説明する。図３０は、制御装置１１ａの機能構成の一例を説明するブロック図である。図３０に示すように、制御装置１１ａは、制御部３０ａと、駆動信号出力部３１ａと、波形記憶部３２と、駆動電圧出力部３３とを有する。波形記憶部３２は、図２のＲＯＭ２２等の記憶装置により実現され、駆動電圧出力部３３は図２のＣＰＵ２０が所定のプログラムを実行することにより実現される。
【０１５２】
制御部３０ａは、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報から制御信号を生成する。そして、光源装置１２の制御信号を駆動信号出力部３１に出力し、可動装置１３の制御信号を駆動電圧出力部３３に出力する。
【０１５３】
駆動信号出力部３１ａは、入力された制御信号に基づいて光源装置１２に駆動信号を出力する。
【０１５４】
波形記憶部３２は、実験、又はシミュレーションにより予め設計された波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を記憶する。波形２０Ｂ'は、波形２０Ａに対して所定の位相差になるように設計され、また、第２定電圧期間ｔＢ４'が所定の期間になるように設計されている。
【０１５５】
駆動電圧出力部３３は、波形記憶部３２に記憶された波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を読み出す。そして、制御部３０からの制御信号に応答して、可動装置１３に設けられた第１圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び１３２ａ〜１３２ｆのそれぞれに駆動電圧Ａ及びＢを出力する。
【０１５６】
次に、図３１は、制御装置１１ａによる処理の一例を示すフローチャートである。
【０１５７】
まず、ステップＳ３１１において、駆動電圧出力部３３は、波形記憶部３２に記憶された波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を読み出す。
【０１５８】
続いて、ステップＳ３１２において、制御部３０ａは、外部装置等から光走査情報を取得する。
【０１５９】
続いて、ステップＳ３１３において、制御部３０ａは、取得した光走査情報から制御信号を生成する。そして、光源装置１２の制御信号を駆動信号出力部３１ａに出力し、可動装置１３の制御信号を駆動電圧出力部３３に出力する。
【０１６０】
続いて、ステップＳ３１４において、駆動信号出力部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に出力する。
【０１６１】
続いて、ステップＳ３１５において、駆動電圧出力部３３は、入力された制御信号に基づいて、駆動電圧Ａ及びＢを可動装置１３に出力する。
【０１６２】
続いて、ステップＳ３１６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、入力された駆動電圧に基づいて反射部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。
【０１６３】
続いて、ステップＳ３１７において、制御部３０ａは、光走査を終了するか否かを判定する。
【０１６４】
ステップＳ３１７において、光走査を終了すると判定された場合（ステップＳ３１７、Ｙｅｓ）、制御装置１１ａは処理を終了する。一方、光走査を終了しないと判定された場合（ステップＳ３１７、Ｎｏ）、ステップＳ３１２に戻り、制御装置１１ａはステップＳ３１２以降の処理を再度実行する。
【０１６５】
このようにして、制御装置１１ａは、光走査を行うことができる。
【０１６６】
［作用効果］
以上説明してきたように、本実施形態では、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分２３Ａ１が降圧期間ｔＢ３'における高調波成分２３Ｂ３'で相殺されるように、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を設定するとともに、降圧期間ｔＡ３における高調波成分２３Ａ３が昇圧期間ｔＢ１'における高調波成分２３Ｂ１'で相殺されるように、波形２０Ｂ'における昇圧開始のタイミングを設定する。換言すると、降圧期間ｔＡ３における高調波成分２３Ａ３が昇圧期間ｔＢ１'における高調波成分２３Ｂ１'で相殺されるように、波形２０Ｂ'における第２定電圧期間ｔＢ４'を設定する。
【０１６７】
これにより、圧電部２０２の特性ばらつき等の影響を受けずに、高調波成分２３Ａと高調波成分２３Ｂを相殺させ、反射部１０１の可動速度の高調波成分を除去することができる。その結果、投影される画像における輝度ムラや歪み等の画質劣化を抑制することができる。
【０１６８】
なお、降圧期間ｔＡ３における高調波成分２３Ａ３が昇圧期間ｔＢ１'における高調波成分２３Ｂ１'で相殺されるように、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を設定するとともに、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分２３Ａ１が降圧期間ｔＢ３'における高調波成分２３Ｂ３'で相殺されるように、波形２０Ｂ'における昇圧開始のタイミングを設定しても良い。換言すると、昇圧期間ｔＡ１における高調波成分２３Ａ１が降圧期間ｔＢ３'における高調波成分２３Ｂ３'で相殺されるように、波形２０Ｂ'における第１定電圧期間ｔＢ２'を設定しても良い。
【０１６９】
また、上述した例では波形２０Ａを固定し、波形２０Ｂ'を変化させる例を示したが、波形２０Ｂ'を固定し、波形２０Ａを変化させても良い。また、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の両方を変化させても良い。
【０１７０】
換言すると、波形２０Ａにおいて、第１定電圧期間ｔＡ２の周期Ｔ内での割合を、第２定電圧期間ｔＡ４の周期Ｔ内での割合と異ならせても良いし、また、波形２０Ａ及び２０Ｂ'の両方において、第１定電圧期間の周期Ｔ内での割合を、第２定電圧期間の周期Ｔ内での割合と異ならせても良い。
【０１７１】
また、往路又は復路の何れか一方のみで高調波成分を除去する場合には、高調波成分を除去した往路又は復路の何れか一方の走査光しか画像の投影に用いることができない。これに対し、実施形態では、往路及び復路の両方で高調波成分を除去するため、往路及び復路の両方の走査光を画像の投影に用いることができる。これにより、画像の投影に使用可能な光の走査線を増やすことができ、最大走査領域を拡大することができる。
【０１７２】
また、図３２に示すように、往路で画像の第２軸方向における奇数走査線を投影し、復路で画像の第２軸方向における偶数走査線を投影するインターレス方式によって、画像のちらつきを抑えることも可能である。
【０１７３】
さらに、図３３に示すように、往路と復路で画像の第２軸方向の同一走査線を投影することで、投影される画像の輝度を上げることもできる。
【０１７４】
（定電圧期間の好適範囲について）
ここで、第２定電圧期間ｔＢ４'等の定電圧期間の取り得る好適な範囲について述べる。
【０１７５】
反射部１０１による光走査の往路期間において、高調波成分２３Ａ１と高調波成分２３Ｂ３'が相殺されるときの駆動電圧Ａの昇圧開始タイミングと駆動電圧Ｂの降圧開始タイミングのずれを、位相差φ１（ｄｅｇ）とする。また、反射部１０１による光走査の復路期間において、高調波成分２３Ａ３と高調波成分２３Ｂ１'が相殺されるときの駆動電圧Ａの降圧開始タイミングと駆動電圧Ｂの昇圧開始タイミングのずれを、位相差φ２（ｄｅｇ）とする。検討の結果、位相差φ１と位相差φ２の差の好適な範囲は１０ｄｅｇ以下であり、周期Ｔの２．７８％（＝１０／３６０）以下であることが分かった。
【０１７６】
従って、波形２０Ｂ'における第１定電圧期間ｔＢ２'と第２定電圧期間ｔＢ４'の和を周期Ｔの１０％以下にすることで、往路期間及び復路期間を十分に確保しながら、往路期間、又は復路期間における高調波成分を除去することができ、より好適である。また、位相差φ１と位相差φ２の差を周期Ｔの５％以下にすると、さらに好適である。
【０１７７】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
【０１７８】
第１の実施形態では、波形２０Ｂ'を予め設計し、昇圧期間ｔＡ１及び降圧期間ｔＡ３のそれぞれにおける可動速度の高調波成分が除去されるように、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差と、波形２０Ｂ'における第２定電圧期間ｔＢ４'を設定する例を説明した。
【０１７９】
これに対し、本実施形態に係る光偏向装置１０ｂでは、可動装置１３ｂに設けられた検出部１４０ａ及び１４０ｂにより反射部１０１の振れ角を検出する。そして、検出結果に基づいて、昇圧期間ｔＡ１及び降圧期間ｔＡ３のそれぞれにおける可動速度の高調波成分が除去されるように、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差、及び波形２０Ｂ'の第２定電圧期間ｔＢ４'を調整する。
【０１８０】
［第２の実施形態に係る光偏向装置の構成］
まず、第２の実施形態に係る光偏向装置１０ｂについて説明する。
【０１８１】
図３４は、本実施形態に係る光偏向装置１０ｂの有する可動装置１３ｂを＋Ｚ方向からみたときの平面図であり、図３５は、図３４の可動装置１３ｂのＲ−Ｒ'断面図である。
【０１８２】
図３４に示すように、可動装置１３ｂは、検出部１４０ａ及び１４０ｂを有する。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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
図３５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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂは駆動電圧の印加により圧電駆動部群Ａ、Ｂが屈曲変形して可動する。検出部１４０ａ及び１４０ｂは、これとは反対に、第２駆動部１３０ａ及び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、反射部１０１の振れ角を示す信号として検出し、制御装置１１ｂに出力することができる。
【０１８８】
図３６は、光偏向装置１０ｂの備える制御装置１１ｂのハードウェア構成の一例を説明する図である。図３６に示すように、制御装置１１ｂはＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換回路２７を有する。
【０１８９】
Ａ／Ｄ変換回路２７は、圧電部２０２で発生するアナログ電圧信号を入力して増幅した後、デジタル電圧信号に変換して出力する電気回路である。
【０１９０】
図３７は、制御装置１１ｂの機能構成の一例を説明するブロック図である。図３７に示すように、制御装置１１ｂは、駆動電圧出力部３３ａと、振れ角取得部３４と、直線性判定部３５と、位相差調整部３６と、定電圧期間調整部３７とを有する。振れ角取得部３４は、Ａ／Ｄ変換回路２７等により実現される。また、駆動電圧出力部３３ａ、直線性判定部３５、位相差調整部３６、及び定電圧期間調整部３７は、図３６のＣＰＵ２０が所定のプログラムを実行することにより実現される。
【０１９１】
駆動電圧出力部３３ａは、定電圧期間調整部３７から波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を入力する。そして、制御部３０ａからの制御信号に応答して、可動装置１３ｂに設けられた第１圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び１３２ａ〜１３２ｆのそれぞれに駆動電圧Ａ及びＢを出力する。
【０１９２】
振れ角取得部３４は、可動装置１３ｂの検出部１４０ａ及び１４０ｂで発生するアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換して反射部１０１の振れ角の検出データを取得する。そして、取得した振れ角の検出データを直線性判定部３５に出力する。
【０１９３】
直線性判定部３５は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整するか否かを判定し、また、波形２０Ｂ'における第２定電圧期間ｔＢ４'を調整するか否かを判定する。そして、判定結果を位相差調整部３６及び定電圧期間調整部３７のそれぞれに出力する。
【０１９４】
より詳しくは、直線性判定部３５は、昇圧期間ｔＡ１における振れ角の検出データを直線近似して回帰直線を算出し、振れ角の検出データと回帰直線との差が予め定めた閾値以上である場合に、位相差の調整が必要であると判定する。また、直線性判定部３５は、降圧期間ｔＡ３における振れ角の検出データを直線近似して回帰直線を算出し、振れ角の検出データと回帰直線との差が予め定めた閾値以上である場合に、波形２０Ｂ'における第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要であると判定する。
【０１９５】
位相差調整部３６は、波形記憶部３２に記憶された波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を読み出し、また、直線性判定部３５から位相差調整の要否の判定結果を入力する。
【０１９６】
位相差の調整が必要であると判定された場合、位相差調整部３６は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整し、調整後の波形２０Ａと波形２０Ｂ'を定電圧期間調整部３７に出力する。一方、位相差の調整が必要でないと判定された場合、位相差調整部３６は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整せず、波形２０Ａと波形２０Ｂ'を定電圧期間調整部３７に出力する。
【０１９７】
定電圧期間調整部３７は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'を位相差調整部３６から入力し、また、直線性判定部３５から定電圧期間の調整の要否の判定結果を入力する。
【０１９８】
第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要であると判定された場合、定電圧期間調整部３７は、波形２０Ｂ'の昇圧開始のタイミングを調整して第２定電圧期間ｔＢ４'を調整し、調整後の波形２０Ａと波形２０Ｂ'を駆動電圧出力部３３ａに出力する。一方、第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要でないと判定された場合、定電圧期間調整部３７は、第２定電圧期間ｔＢ４'を調整せず、波形２０Ａと波形２０Ｂ'を駆動電圧出力部３３ａに出力する。
【０１９９】
駆動電圧出力部３３ａは、定電圧期間調整部３７から波形２０Ａと波形２０Ｂ'を入力し、制御部３０ａからの制御信号に応答して、可動装置１３ｂに設けられた第１圧電駆動部１１２ａ及び１１２ｂと、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ及び１３２ａ〜１３２ｆのそれぞれに駆動電圧Ａ及びＢを出力する。
【０２００】
ここで、位相差調整部３６による位相差の調整は、調整前の波形２０Ｂ'の位相を正方向、又は負方向に予め定めた量だけずらすことで行われる。その後、位相差の調整後の昇圧期間ｔＡ１における振れ角の検出データと回帰直線との差が、閾値以上であるか否かが、直線性判定部３５により判定される。そして、上記の差が閾値以上で位相差の調整が必要であると判定された場合には、位相差調整部３６は、再度、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整する。昇圧期間ｔＡ１における振れ角の検出データと回帰直線との差が閾値より小さくなるまで、位相差の調整が行われる。
【０２０１】
また、定電圧期間調整部３７による第２定電圧期間ｔＢ４'の調整は、調整前の波形２０Ｂ'における昇圧開始のタイミングを正方向、又は負方向に予め定めた量だけずらすことで行われる。その後、第２定電圧期間ｔＢ４'の調整後の降圧期間ｔＡ３における振れ角の検出データと回帰直線との差が閾値以上であるか否かが、直線性判定部３５により判定される。そして、上記の差が閾値以上で第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要であると判定された場合には、定電圧期間調整部３７は、再度、波形２０Ｂ'の昇圧開始のタイミングを調整して第２定電圧期間ｔＢ４'を調整する。降圧期間ｔＡ３における振れ角の検出データと回帰直線との差が閾値より小さくなるまで、第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が行われる。
【０２０２】
［第２の実施形態に係る制御装置による処理］
次に、制御装置１１ｂによる処理について説明する。図３８は、制御装置１１ｂによる処理の一例を示すフローチャートである。
【０２０３】
まず、ステップＳ３８１において、位相差調整部３６は、波形記憶部３２に記憶された波形２０Ａ及び波形２０Ｂ'を読み出す。
【０２０４】
続いて、ステップＳ３８２において、制御部３０ａは、外部装置等から光走査情報を取得する。
【０２０５】
続いて、ステップＳ３８３において、制御部３０ａは、取得した光走査情報から制御信号を生成する。そして、光源装置１２の制御信号を駆動信号出力部３１ａに出力し、可動装置１３ｂの制御信号を駆動電圧出力部３３に出力する。
【０２０６】
続いて、ステップＳ３８４において、駆動信号出力部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に出力する。
【０２０７】
続いて、ステップＳ３８５において、駆動電圧出力部３３は、入力された制御信号に基づいて、駆動電圧Ａ及びＢを可動装置１３ｂに出力する。
【０２０８】
続いて、ステップＳ３８７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１３ｂは、入力された駆動電圧に基づいて反射部１０１を駆動させる。光源装置１２および可動装置１３ｂの駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。
【０２０９】
続いて、ステップＳ３８８において、振れ角取得部３４は、可動装置１３ｂの検出部１４０ａ及び１４０ｂで発生するアナログ電圧信号をデジタル電圧信号に変換して反射部１０１の振れ角の検出データを取得する。そして、取得した振れ角の検出データを直線性判定部３５に出力する。
【０２１０】
続いて、ステップＳ３８９において、直線性判定部３５は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整するか否かを判定し、判定結果を位相差調整部３６に出力する。また、直線性判定部３５は、波形２０Ｂ'における第２定電圧期間ｔＢ４'を調整するか否かを判定し、判定結果を定電圧期間調整部３７に出力する。
【０２１１】
続いて、ステップＳ３９０において、位相差調整部３６は、直線性判定部３５から入力した判定結果に基づき、位相差の調整が必要であるか否かを判定する。
【０２１２】
ステップＳ３９０で位相差の調整が必要であると判定された場合は（ステップＳ３９０、Ｙｅｓ）、ステップＳ３９１に移行し、位相差調整部３６は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整し、調整後の波形２０Ａと波形２０Ｂ'を定電圧期間調整部３７に出力する。一方、ステップＳ３９０で位相差の調整が必要でないと判定された場合は（ステップＳ３９０、Ｎｏ）、位相差調整部３６は、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差を調整せず、波形２０Ａと波形２０Ｂ'を定電圧期間調整部３７に出力する。その後、ステップＳ３９２に移行する。
【０２１３】
続いて、ステップＳ３９２において、定電圧期間調整部３７は、直線性判定部３５から入力した判定結果に基づき、第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要であるか否かを判定する。
【０２１４】
ステップＳ３９２で、第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要であると判定された場合は（ステップＳ３９２、Ｙｅｓ）、ステップＳ３９４に移行し、定電圧期間調整部３７は、第２定電圧期間ｔＢ４'を調整し、調整後の波形２０Ａと波形２０Ｂ'を駆動電圧出力部３３ａに出力する。一方、ステップＳ３９２で第２定電圧期間ｔＢ４'の調整が必要でないと判定された場合は（ステップＳ３９２、Ｎｏ）、定電圧期間調整部３７は、第２定電圧期間ｔＢ４'を調整せず、波形２０Ａと波形２０Ｂ'を駆動電圧出力部３３ａに出力する。その後、ステップＳ３９４に移行する。
【０２１５】
続いて、ステップＳ３９４において、制御部３０ａは、光走査を終了するか否かを判定する。
【０２１６】
ステップＳ３９４において、光走査を終了すると判定された場合（ステップＳ３９４、Ｙｅｓ）、制御装置１１ｂは処理を終了する。一方、光走査を終了しないと判定された場合（ステップＳ３９４、Ｎｏ）、ステップＳ３８２に戻り、制御装置１１ｂはステップＳ３８２以降の処理を再度実行する。
【０２１７】
このようにして、制御装置１１ｂは、光走査処理を実行することができる。
【０２１８】
［作用効果］
以上説明してきたように、本実施形態に係る光偏向装置１０ｂでは、可動装置１３ｂに設けられた検出部１４０ａ及び１４０ｂにより反射部１０１の振れ角を検出する。そして、検出結果に基づいて、昇圧期間ｔＡ１及び降圧期間ｔＡ３のそれぞれにおける高調波成分が相殺されるように、波形２０Ａと波形２０Ｂ'の位相差、及び波形２０Ｂ'の第２定電圧期間ｔＢ４'を調整する。
【０２１９】
可動装置１３ｂの可動中に検出された反射部１０１の振れ角データに基づき、位相差及び第２定電圧期間ｔＢ４'を調整するため、反射部１０１の振れ角が経時変化しても、経時変化後の反射部１０１の振れ角に応答して位相差及び第２定電圧期間ｔＢ４'を調整することができる。その結果、反射部１０１の振れ角の経時変化に依らずに、可動速度の高調波成分を除去することができる。
【０２２０】
なお、上述した例では、定電圧期間として第２定電圧期間ｔＢ４'を調整する例を示したが、第１定電圧期間ｔＢ２'、第１定電圧期間ｔＡ２、または第２定電圧期間ｔＡ４を調整しても良い。
【０２２１】
また、上述したもの以外の効果や変形例は、第１の実施形態で説明したものと同様である。
【０２２２】
［実施形態の変形例］
以上説明した実施形態では、２軸方向に光偏向可能な片持ち支持タイプの可動装置１３（図１６）及び可動装置１３ｂ（図３４）を説明したが、可動装置の構成はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に、変形例について説明する。
【０２２３】
＜第１変形例＞
図３９は、第１変形例に係る可動装置１３ｃの構成の一例を説明する図である。可動装置１３ｃは、２軸方向に光偏向可能な両持ち支持タイプ（両端支持梁）の可動装置である。
【０２２４】
図３９に示すように、可動装置１３ｃは、第１駆動部１１０ｃ及び１１０ｄを有する。第１駆動部１１０ｃは、反射部基体１０２に一端が接続し、Ｙ方向（第１軸方向）に延びて反射部１０１を可動可能に支持するトーションバー１１１ａと、一端がトーションバー１１１ａに接続され、他端が第１支持部１２０の内周部に接続される第１圧電駆動部２１２ａ及び２１２ｃとから構成される。また、第１駆動部１１０ｄは、反射部基体１０２に一端が接続し、Ｙ方向に延びて反射部１０１を可動可能に支持するトーションバー１１１ｂと、一端がトーションバー１１１ｂに接続され、他端が第１支持部１２０の内周部に接続される第１圧電駆動部２１２ｂ及び２１２ｄとから構成される。第１駆動部１１０ｃ及び１１０ｄによる反射部１０１の駆動は、可動装置１３と同様である。
【０２２５】
このような２軸方向に光偏向可能な両持ち支持タイプの可動装置１３ｃに対しても、実施形態を適用することができる。
【０２２６】
＜第２変形例＞
図４０は、第２変形例に係る可動装置１３ｄの構成の一例を説明する図である。可動装置１３ｄは、１軸方向に光偏向可能な両持ちタイプの可動装置の平面図である。
【０２２７】
図４０に示すように、可動装置１３ｄは、入射した光を反射する反射面１４ｄと、反射面１４ｄが形成された反射部基体１０２ｄとから構成される反射部１０１ｄを有する。反射部１０１ｄは、第２駆動部１３０ａ及び１３０ｂに接続され、Ｘ軸に平行な軸周りに駆動される。
【０２２８】
このような１軸方向に光偏向可能な両持ち支持タイプの可動装置１３ｄに対しても、実施形態を適用することができる。
【０２２９】
以上、本発明の実施形態の例及び変形例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態及び変形例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。
【０２３０】
また、実施形態は、調整方法も含む。例えば、調整方法は、反射面を有する反射部と、前記反射部を支持する可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部に設けられ、駆動電圧の波形に応答して前記反射部を駆動させる圧電駆動部と、前記圧電駆動部に異なる２つの駆動電圧を出力する駆動電圧出力部と、を有する光偏向装置で用いられる調整方法であって、前記異なる２つの駆動電圧の波形のそれぞれは、１周期内に、電圧が上昇する昇圧期間と、電圧が降下する降圧期間と、前記昇圧期間後で、かつ前記降圧期間前に、電圧が一定である第１定電圧期間と、前記昇圧期間前で、かつ前記降圧期間後に、電圧が一定である第２定電圧期間と、を含み、前記異なる２つの駆動電圧の波形のうちの少なくとも一方における前記第１定電圧期間の前記１周期内での割合を、前記第２定電圧期間の前記１周期内での割合と異ならせる。このような調整方法により、上述した光偏向装置と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０２３１】
１０                光偏向装置
１１                制御装置
１２                光源装置
１３                可動装置
１４                反射面
１５                被走査面
３０                制御部
１０１              反射部
１１０ａ、１１０ｂ  第１駆動部
１１１ａ、１１１ｂ  トーションバー
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、１３２ａ〜１３２ｆ  第２圧電駆動部（圧電駆動部の一例）
１４０              第２支持部（支持部の一例）
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
２０４              層間絶縁膜
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）
Ａ、Ｂ              駆動電圧
２０Ａ、２０Ｂ      波形
Ｔ                  周期
ｔＡ１、ｔＢ１      昇圧期間
ｔＡ２、ｔＢ２'    第１定電圧期間
ｔＡ３、ｔＢ３      降圧期間
ｔＡ４、ｔＢ４'    第２定電圧期間
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２３２】
【特許文献１】特開２０１６−０９０６６５号公報
【図１】
2020190620.tif 000003
【図２】
2020190620.tif 000004
【図３】
2020190620.tif 000005
【図４】
2020190620.tif 000006
【図５】
2020190620.tif 000007
【図６】
2020190620.tif 000008
【図７】
2020190620.tif 000009
【図８】
2020190620.tif 000010
【図９】
2020190620.tif 000011
【図１０】
2020190620.tif 000012
【図１１】
2020190620.tif 000013
【図１２】
2020190620.tif 000014
【図１３】
2020190620.tif 000015
【図１４】
2020190620.tif 000016
【図１５】
2020190620.tif 000017
【図１６】
2020190620.tif 000018
【図１７】
2020190620.tif 000019
【図１８】
2020190620.tif 000020
【図１９】
2020190620.tif 000021
【図２０】
2020190620.tif 000022
【図２１】
2020190620.tif 000023
【図２２】
2020190620.tif 000024
【図２３】
2020190620.tif 000025
【図２４】
2020190620.tif 000026
【図２５】
2020190620.tif 000027
【図２６】
2020190620.tif 000028
【図２７】
2020190620.tif 000029
【図２８】
2020190620.tif 000030
【図２９】
2020190620.tif 000031
【図３０】
2020190620.tif 000032
【図３１】
2020190620.tif 000033
【図３２】
2020190620.tif 000034
【図３３】
2020190620.tif 000035
【図３４】
2020190620.tif 000036
【図３５】
2020190620.tif 000037
【図３６】
2020190620.tif 000038
【図３７】
2020190620.tif 000039
【図３８】
2020190620.tif 000040
【図３９】
2020190620.tif 000041
【図４０】
2020190620.tif 000042