(57)【要約】【課題】可動装置を低コスト化すること。【解決手段】開示の技術の一態様に係る可動装置は、反射面を備える可動部と、前記可動部にそれぞれの一端が接続され、前記可動部を挟んで、前記可動部を回動可能に支持する１対の駆動梁と、前記１対の駆動梁のそれぞれの他端に接続され、前記１対の駆動梁を固定する固定部と、を有し、前記可動部は、支持層と、前記支持層の積層方向に設けられた可動層と、を含み、前記固定部は、前記支持層と同じ材料で構成された固定支持層を含み、前記支持層の厚みをｔ１とし、前記可動層の厚みをｔ２とし、前記固定支持層の厚みをｔ３とした場合に、ｔ１≧ｔ２であり、かつｔ１＜ｔ３である。【選択図】図１６
2020086316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を備える可動部と、
前記可動部にそれぞれの一端が接続され、前記可動部を挟んで、前記可動部を回動可能に支持する１対の駆動梁と、
前記１対の駆動梁のそれぞれの他端に接続され、前記１対の駆動梁を固定する固定部と、を有し、
前記可動部は、支持層と、前記支持層の積層方向に設けられた可動層と、を含み、
前記固定部は、前記支持層と同じ材料で構成された固定支持層を含み、
前記支持層の厚みをｔ１とし、前記可動層の厚みをｔ２とし、前記固定支持層の厚みをｔ３とした場合に、ｔ１≧ｔ２であり、かつｔ１＜ｔ３である
可動装置。
【請求項２】
ｔ１≧ｔ２であり、かつｔ１≦５×ｔ２である
請求項１に記載の可動装置。
【請求項３】
前記固定部は、前記可動部及び前記１対の駆動梁を囲み、それぞれに前記固定支持層が含まれる４つの枠辺を備え、前記枠辺毎に前記固定支持層の厚みが異なる
請求項１、又は２に記載の可動装置。
【請求項４】
前記固定部は、前記積層方向に対して傾斜した面を備える
請求項１乃至３の何れか１項に記載の可動装置。
【請求項５】
前記固定部は、前記可動部及び前記１対の駆動梁を囲み、それぞれに前記固定支持層が含まれる長方形状の４つの枠辺を備え、前記４つの枠辺のうちの長い方の枠辺は、短い方の枠辺に対し、前記固定支持層の厚みが薄い
請求項１乃至４の何れか１項に記載の可動装置。
【請求項６】
前記固定支持層は、部分的に厚みが異なる凹部を有する
請求項１乃至５の何れか１項に記載の可動装置。
【請求項７】
透過部材を備え、前記可動装置を収容する筐体を備える
請求項１乃至６の何れか１項に記載の可動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の可動装置を有する画像投影装置。
【請求項９】
請求項１乃至７の何れか１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１０】
請求項１乃至７の何れか１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１１】
請求項１乃至７の何れか１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１２】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の可動装置を備える物体認識装置。
【請求項１３】
請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ、請求項１０に記載のレーザヘッドランプ、及び請求項１２に記載の物体認識装置の少なくとも１つを有する車両。
【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、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術の発達に伴い、シリコンやガラスを微細加工して製造されるＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスの開発が進んでいる。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスとして、反射面を設けた可動部と弾性梁とをウエハ上に一体に形成し、弾性梁に薄膜化した圧電材料を重ね合わせて構成した駆動梁で、可動部を駆動（回動）させる可動装置が知られている。
【０００４】
このような可動装置では、可動部の下側に、可動部を駆動させるための空間を確保する必要があり、可動装置を収容するパッケージの構造が複雑化する場合があった。これに対し、可動部を収容しつつ、可動部の駆動を許容する内部空間を固定支持層により形成した可動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の装置では、固定支持層をウエハ状態で接合されたガラスウエハにより形成する必要があり、材料の異なる複数のウエハを用いるため、製造工程が複雑化し、可動装置のコストが増大する場合があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、可動装置を低コスト化す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可動装置は、反射面を備える可動部と、前記可動部にそれぞれの一端が接続され、前記可動部を挟んで、前記可動部を回動可能に支持する１対の駆動梁と、前記１対の駆動梁のそれぞれの他端に接続され、前記１対の駆動梁を固定する固定部と、を有し、前記可動部は、支持層と、前記支持層の積層方向に設けられた可動層と、を含み、前記固定部は、前記支持層と同じ材料で構成された固定支持層を含み、前記支持層の厚みをｔ１とし、前記可動層の厚みをｔ２とし、前記固定支持層の厚みをｔ３とした場合に、ｔ１≧ｔ２であり、かつｔ１＜ｔ３である。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、可動装置を低コスト化することができる。
【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】第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。
【図１６】第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１７】比較例の可動装置の構成を示す断面図である。
【図１８】可動層と支持層の厚みの比と、可動部の重心位置との関係の一例を示す図である。
【図１９】第１の実施形態のパッケージングされた可動装置を示す概略図である。
【図２０】第２の実施形態の可動装置の一例を示す断面図である。
【図２１】比較例のパッケージングされた可動装置を示す概略図である。
【図２２】第２の実施形態のパッケージングされた可動装置を示す概略図である。
【図２３】第２の実施形態の可動装置の変形例の構成の一例を示す断面図である。
【図２４】第３の実施形態の可動装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図２５】第４の実施形態の可動装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２６】第５の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。
【図２７】第５の実施形態の可動装置の変形例の構成の一例を示す平面図である。
【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、本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。
【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、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。
【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。
【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。
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。
【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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
［画像投影装置］
次に、本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。
【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、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。
【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。
【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】
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「車両」の一例である。
【００５１】
［光書込装置］
次に、本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】
［物体認識装置］
次に、上記本実施形態の可動装置を適用した物体認識装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。
【００５８】
図９は、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１０はライダ装置の一例の概略図である。
【００５９】
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。
【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を認識する。
【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認識することができる。
【００６４】
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。
【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、本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される本実施形態の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】
実施形態の説明では、第１軸を回動の中心とした光走査を副走査とし、第２軸を回動の中心とした光走査を主走査とする。また実施形態の用語における回動、揺動、可動は同義であるとする。さらに、矢印により示した方向のうち、Ｘ方向は第１軸と平行な方向、Ｙ方向は第２軸と平行な方向、Ｚ方向はＸＹ平面と直交する方向とする。なお、Ｚ方向は「積層方向」の一例である。
【００８６】
［第１の実施形態］
＜可動装置の構成＞
図１５は、第１の実施形態の可動装置の構成の一例を示す平面図である。可動装置１３は、第１軸、及び第２軸回りに回動可能な両持ちタイプ（両端支持梁）の可動装置である。
【００８７】
図１５に示すように、可動装置１３は、可動部１１０と、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂと、固定部１３０と、電極端子１４０とを有する。また可動部１１０は、反射面１４を含む反射部１１２と、支持部１１３と、接続部１１４ａ及び１１４ｂと、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂと、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂとを有する。
【００８８】
反射部１１２は、シリコン活性層等から形成される。但しこれに限定されるものではなく、酸化材料や無機材料、有機材料等で構成してもよい。反射面１４は、反射部１１２の正のＺ方向の面上に形成される。反射面１４は、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜やその多層膜を用いて、図示されているように、円形状に形成される。
【００８９】
反射部１１２の負のＺ方向の面には、反射部１１２を補強するためのリブが設けられている。リブは、シリコン支持層及び酸化シリコン層等で形成され、リブを設けることで、可動時に生じる反射部１１２及び反射面１４の変形歪が抑制されている。
【００９０】
トーションバー１１５ａ及び１１５ｂは、Ｙ方向に延在し、Ｙ方向において反射部１１２を挟み込むように形成される。トーションバー１１５ａの一端は反射部１１２に接続され、トーションバー１１５ｂの一端は反射部１１２に接続されている。反射部１１２は、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂにより支持されている。
【００９１】
トーションバー１１５ａの他端は、第２駆動梁１１６ａに接続され、トーションバー１１５ｂの他端は、第２駆動梁１１６ｂに接続されている。第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂには、弾性梁の正のＺ方向の面に圧電部が設けられている。第２駆動梁１１６ａは、電極端子１４０からレイアウトされる電気配線を通して駆動電圧が印加されると、屈曲変形してトーションバー１１５ａにねじれを生じさせる。
【００９２】
同様に、第２駆動梁１１６ｂは、電極端子１４０からレイアウトされる電気配線を通して駆動電圧が印加されると、屈曲変形してトーションバー１１５ｂにねじれを生じさせる。
【００９３】
このようなトーションバー１１５ａ及び１１５ｂのねじれが回動力となり、反射部１１２は、第２軸回りに回動する。
【００９４】
一方、支持部１１３は、反射部１１２と、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂと、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂとを四方から囲むように形成されている。支持部１１３は、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂに接続され、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを支持拘束する。また支持部１１３は、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを介して、間接的に反射部１１２と、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂとを支持している。
【００９５】
支持部１１３の図中の右上角には接続部１１４ａが形成され、支持部１１３は、接続部１１４ａを介して第１駆動梁１２０ａに接続している。接続部１１４ａは、第１駆動梁１２０ａとの接続箇所から負のＸ方向に延在して、第１駆動梁１２０ａと支持部１１３とを接続している。
【００９６】
また支持部１１３の図中の左下角には接続部１１４ｂが形成され、支持部１１３は、接続部１１４ｂを介して第１駆動梁１２０ｂに接続している。接続部１１４ｂは、第１駆動梁１２０ｂとの接続箇所から正のＸ方向に延在して、第１駆動梁１２０ｂと支持部１１３とを接続している。
【００９７】
第１駆動梁１２０ａと第１駆動梁１２０ｂは、Ｘ方向の両側から支持部１１３を挟み込むようにして支持する。
【００９８】
第１駆動梁１２０ａは、３つの折り返し部と３つの連結部とを有し、複数の弾性梁が連結されたミアンダ構造を含んでいる。複数の弾性梁の正のＺ方向の面には、それぞれ圧電部が設けられている。第１駆動梁１２０ａの接続部１１４ａと接続していない側の端部は、固定部１３０に接続され、固定部１３０は第１駆動梁１２０ａを固定（支持拘束）する。
【００９９】
同様に第１駆動梁１２０ｂは、３つの折り返し部と３つの連結部とを有し、複数の弾性梁が連結されたミアンダ構造を含む。複数の弾性梁の正のＺ側の面には、それぞれ圧電部が設けられている。第１駆動梁１２０ｂの接続部１１４ｂと接続していない側の端部は、固定部１３０に接続され、固定部１３０は第１駆動梁１２０ｂを固定（支持拘束）する。尚、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂは、「１対の駆動梁」の一例である。
【０１００】
図１５に示すように、固定部１３０は、４つの枠辺を有する長方形状の枠構造をしており、４つの枠辺により、可動部１１０、並びに第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂを四方から囲んでいる。
【０１０１】
一方、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂに設けられた圧電部には、電極端子１４０からレイアウトされる電気配線を通して駆動電圧が印加される。
【０１０２】
ここで、第１駆動梁１２０ａが有する複数の弾性梁うち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて奇数番目の弾性梁に設けられた圧電部を圧電駆動部群１５０Ａとする。また第１駆動梁１２０ｂが有する複数の弾性梁のうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて偶数番目の弾性梁に設けられた圧電部を同様に圧電駆動部群１５０Ａとする。圧電駆動部群１５０Ａは、駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、可動部１１０が第１軸回りに回動する。
【０１０３】
また、第１駆動梁１２０ａが有する弾性梁のうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて偶数番目の弾性梁に設けられた圧電部を圧電駆動部群１５０Ｂとする。また第１駆動梁１２０ｂが有する弾性梁のうち、最も反射部１１２に距離が近いものから数えて奇数番目の弾性梁を同様に圧電駆動部群１５０Ｂとする。圧電駆動部群１５０Ｂは、駆動電圧が各圧電部に対して同時に印加されると、同一方向に屈曲変形する。この変形を回動力として、可動部１１０が、圧電駆動部群１５０Ａによる回動とは逆方向に第１軸回りに回動する。
【０１０４】
第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂでは、圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂが有する複数の圧電部を同時に屈曲変形させることで、屈曲変形による回動量を累積させ、可動部１１０の第１軸回りの振れ角度を大きくすることができる。電圧を印加された時の圧電駆動部群１５０Ａによる可動部１１０の回動量と、電圧を印加された時の圧電駆動部群１５０Ｂによる可動部１１０の回動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【０１０５】
ここで、可動装置１３を形成する基板（ウエハ）には、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板等の半導体を用いることができる。半導体製造技術で加工することで、可動装置１３の各構成要素を一体的に形成することができる。なお、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂ、並びに第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂの形成は、ＳＯＩ基板を成形した後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。
【０１０６】
＜可動装置の駆動方法＞
次に、可動装置１３の駆動方法の一例を、図１５を参照して説明する。第２軸回りの回動のために、反射部１１２と、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂと、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂからなる一体構造の共振周波数で、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂに駆動電圧が印加される。共振周波数は、２０ｋＨｚ等である。
【０１０７】
トーションバー１１５ａの一端が接続された第２駆動梁１１６ａの圧電部は、上部電極、及び下部電極を通じて駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第２駆動梁１１６ａは屈曲変形し、トーションバー１１５ａがねじれる。
【０１０８】
同様に、トーションバー１１５ｂの一端が接続された第２駆動梁１１６ｂの圧電部は、上部電極、及び下部電極を通じて駆動電圧が印加されると変形する。圧電部の変形により、第２駆動梁１１６ｂは屈曲変形し、トーションバー１１５ｂがねじれる。
【０１０９】
トーションバー１１５ａ及び１１５ｂのねじれが回動力となり、反射部１１２は第２軸回りに往復回動する。第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂに印加される駆動電圧の波形は、正弦波等である。反射部１１２は、正弦波の駆動電圧波形の周期で共振駆動し、往復回動する。
【０１１０】
第１軸回りの回動においては、圧電駆動部群１５０Ａに印加される駆動電圧の波形は、例えばノコギリ波状の波形を含む。また駆動電圧の周波数は、６０ＨＺ等である。駆動電圧の波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加する立ち上がり期間の時間幅をＴｒ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少する立ち下がり期間の時間幅をＴｆとすると、例えば、Ｔｒ：Ｔｆ＝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Ｔｒの比率を駆動電圧のシンメトリという。
【０１１１】
圧電駆動部群１５０Ｂに印加される駆動電圧の波形は、同様に、ノコギリ波状等の波形を含む。また駆動電圧の周波数は、６０ＨＺ等である。駆動電圧の波形は、例えば、Ｔｆ：Ｔｒ＝９：１となる比率があらかじめ設定されている。
【０１１２】
また、圧電駆動部群１５０Ａに印加される駆動電圧の波形の周期と、圧電駆動部群１５０Ｂに印加される駆動電圧の波形の周期は、同一となるように設定されている。
【０１１３】
上記の駆動電圧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。ここで本実施形態では、駆動電圧の波形としてノコギリ波状の波形を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。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等、可動装置のデバイス特性に応じて波形を変えてもよい。
【０１１４】
駆動電圧を印加された場合の第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂの動作は上述の通りで、圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂの屈曲変形により、可動部１１０が第１軸回りに往復回動する。
【０１１５】
＜可動装置の断面形状＞
次に、可動装置１３の断面形状を、図１６を参照して説明する。図１６は、図１５において破線で示されているＡＡ断面の断面図である。
【０１１６】
図１６は、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂ、可動部１１０、並びに固定部１３０の断面構造を示している。
【０１１７】
第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂは、活性層３０３と、活性層３０３の正のＺ方向側の面上に形成された圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂとを有している。
【０１１８】
活性層３０３は、圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂの変形に応じて変形する弾性体であり、ＳＯＩ基板のシリコン活性層で構成される。
【０１１９】
圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂは、活性層３０３の正のＺ方向の面上に順に形成された下部電極２０１と、圧電材料２０２と、上部電極２０３とを含んでいる。下部電極２０１及び上部電極２０３は、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等の金属薄膜で構成され、圧電材料２０２は、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等から構成される。
【０１２０】
圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０Ｂに含まれる各圧電駆動部は、何れも上記と同様の層構成を含んでいる。なお、圧電駆動部群１５０Ａ及び１５０ＢをＳｉＯ２（酸化シリコン）のような絶縁層で覆い、その正のＺ方向に電気配線を施してもよい。
【０１２１】
次に、可動部１１０は、支持層３５１と、支持層３５１の正のＺ方向の面に積層された層間膜３５２と、層間膜３５２の正のＺ方向の面に積層された可動層３５３とを有している。
【０１２２】
支持層３５１は、ＳＯＩ基板の単結晶シリコンや、或いは無機材料、有機材料等で構成され、層間膜３５２は、酸化シリコン等で構成される。また可動層３５３は、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂの変形に応じて変形する弾性体であり、ＳＯＩ基板のシリコン活性層等で構成される。ここで、支持層３５１には、図１６に示すように、反射面１４の負のＺ方向側にある反射面支持層３５１ａと、支持部１１３の負のＺ方向側にある支持部支持層３５１ｂとが含まれている。
【０１２３】
次に、固定部１３０は、固定支持層３６１と、固定支持層３６１の正のＺ方向の面に積層された層間膜３６２と、層間膜３６２の正のＺ方向の面に積層された活性層３６３とを有する。
【０１２４】
固定支持層３６１は、ＳＯＩ基板の単結晶シリコンや、或いは無機材料、有機材料等で構成され、層間膜３６２は、酸化シリコン等で構成される。また活性層３６３は、ＳＯＩ基板のシリコン活性層で構成される。
【０１２５】
なお、上記の活性層３０３及び３６３と、可動層３５３は、ＳＯＩ基板のシリコン活性層に限定されるものではなく、酸化剤や無機材料、有機材料等で構成されてもよい。また支持層３５１及び固定支持層３６１は、無機材料、有機材料等で構成されてもよい。
【０１２６】
ところで、可動部１１０における第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂ（図１５参照）は、梁状部材と、該梁状部材に上部電極、圧電部材、下部電極を有し、少なくとも上部電極、圧電部材、下部電極が絶縁層で覆われている。また、絶縁層は駆動梁が駆動すると圧電部材と共に伸縮する。
【０１２７】
さらに、第２駆動梁１１６ａの一端はトーションバー１１５ａと接続されており、第２駆動梁１１６ａの他端は、可動枠（支持部１１３）に接続されており、上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極の第２駆動梁１１６ａの一端の側の先端の角が面取形状（例えば円弧形状やテーパ形状）になっている。
【０１２８】
同様に、第２駆動梁１１６ｂの一端はトーションバー１１５ｂと接続されており、第２駆動梁１１６ｂの他端は、可動枠（支持部１１３）に接続されており、上部電極と下部電極の少なくとも一方の電極の第２駆動梁１１６ｂの一端の側の先端の角が面取形状（例えば円弧形状やテーパ形状）になっている。
【０１２９】
なお、本実施形態では、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを、それぞれの両端が支持部１１３に接続する両持ち梁構造とする例を示したが、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂを片持ち梁構造としてもよい。片持ち梁構造においては、第２駆動梁１１６ａの一端は支持部１１３に接続し、他端はトーションバー１１５ａに接続する。また第２駆動梁１１６ｂの一端は支持部１１３に接続し、他端はトーションバー１１５ｂに接続する。
【０１３０】
片持ち梁構造とした場合には、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂに設けられた上部電極と下部電極の少なくとも一方は、トーションバーに接続している側の先端の角部が円弧形状またはテーパ形状に形成される。より好ましくは、上部電極と下部電極の両方が同じく円弧形状またはテーパ形状に形成される。
【０１３１】
以上の構成により、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂの駆動に伴う絶縁耐力の低下が発生しても、沿面放電を抑制する事が可能となり、可動装置１３の耐久性の向上が図られる。
【０１３２】
図１６に戻り、本実施形態では可動装置１３では、可動部１１０の支持層３５１の厚みをｔ１とし、可動部１１０の可動層３５３の厚みをｔ２とし、固定部１３０の固定支持層３６１の厚みをｔ３とした場合、次の数式（１）及び数式（２）の関係を満たすように、各部が形成されている。
【０１３３】
ｔ１  ≧  ｔ２        ・・・（１）
ｔ１  ＜  ｔ３        ・・・（２）
また本実施形態では、シリコン活性層と層間膜とシリコン支持層からなる多層構造のＳＯＩ基板（ウエハ）等から半導体製造技術により可動装置１３を形成している。支持層３５１と固定支持層３６１を同じシリコン支持層から形成するため、支持層３５１と固定支持層３６１は同じ材料で構成されることになる。なお、層間膜３５２及び３６２も、同じ層から形成するため、同じ材料となり、また可動層３５３と活性層３０３及び３６３も、同じシリコン支持層で形成するため、同じ材料となる。
【０１３４】
図１７に、比較例の可動装置１３Ｇの断面図を示すが、可動装置１３Ｇでは、厚みｔ１と厚みｔ３が等しくなっている。これに対し、図１６に示す本実施形態の可動装置１３では、厚みｔ１より厚みｔ３が大きく（厚く）なっており、その結果、可動部１１０の負のＺ方向側に空隙部が形成されている。
【０１３５】
ところで、可動部１１０の可動層３５３の厚みｔ２が、支持層３５１の厚みｔ１より大きくなると、可動部１１０の重量が増えることで、可動部１１０の共振周波数が低下したり、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂ、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂの梁の破損リスクが高くなったりする場合がある。
【０１３６】
また、可動部１１０の重心位置が可動層３５３の負のＺ方向側の面よりも低い状態になると、可動部１１０等がＺ方向に並進しやすくなって、外乱に対する耐性や走査の均一性が低下する場合がある。
【０１３７】
本実施形態によれば、数式（１）の関係を満たすことで、可動部１１０の重心位置を可動層３５３の負のＺ方向側の面に対して高い状態を維持することができる。これにより上記の共振周波数の低下や梁の破損リスク、外乱に対する耐性の低下、走査の均一性の低下等を回避することができる。
【０１３８】
ここで、図１８は、可動部１１０における支持層３５１の厚みｔ１と可動層３５３の厚みｔ２の比と、可動部１１０の重心位置との関係の一例を示す図である。図１８の横軸は厚みｔ１と厚みｔ２の比ｔ１／ｔ２を示し、縦軸は可動部の重心位置を示している。重心位置が可動層３５３の負のＺ方向側の面上にある状態を、重心位置がゼロの状態としている。
【０１３９】
図１８に示すように、比ｔ１／ｔ２が５より大きくなると、可動部１１０の重心位置が可動層３５３の負のＺ方向側の面より低くなる。従って厚みｔ１を厚みｔ２の５倍以下とすることで、可動部１１０の重心位置を可動層３５３の負のＺ方向側の面に対して高い状態を維持することができ、好適である。つまり、ｔ１≧ｔ２であり、かつｔ１≦５×ｔ２となるように可動部１１０を形成することが好適である。
【０１４０】
図１６に戻り、数式（２）の関係を満たすことで、固定部１３０の固定支持層３６１が厚くなるため、固定部１３０の剛性が上がる。これにより、固定部１３０は第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂを安定して固定することができる。また固定部１３０の剛性が上がることで、可動装置１３のハンドリング時の破損を抑制することができ、さらにダイボンド時の安定性を確保することができる。
【０１４１】
また可動装置１３をパッケージング部材にパッケージングする場合、可動部１１０の負のＺ方向側に空間が確保されていないと、回動時に、可動部１１０がパッケージング部材内の底部に衝突する場合がある。そのため可動部１１０の負のＺ方向側に空間を確保するために、パッケージング部材内の底部に座繰り孔を設けたり、スペーサ部材を設けたりしなければならない場合があった。
【０１４２】
本実施形態では、数式（２）の関係を満たすことで、可動部１１０の負のＺ方向側に空隙部を形成できるため、可動部１１０が回動するための空間を確保することができる。座繰り孔やスペーサ部材等を設ける必要がないため、パッケージングされた可動装置１３を低コスト化することができる。
【０１４３】
図１９は、可動装置１３を筐体にパッケージングした場合の構成の一例を示す図であり、図１３と比較して、スペーサ部材として機能する取付部材８０２を設けることなく、可動部１１０の負のＺ方向側に、可動部１１０が回動するための空間が確保されている。
【０１４４】
尚、パッケージング部材８０１は「筐体」の一例であり、パッケージングは「収容」の一例である。
【０１４５】
一方、半導体基板とガラス基板等の異なる基板を組み合わせて可動装置を構成し、可動部１１０の負のＺ方向側に空隙部を形成することも考えられるが、このようにすると材料の異なる複数のウエハを用いるため、製造工程が複雑化して可動装置のコストが増大する場合がある。
【０１４６】
本実施形態では、シリコン活性層と層間膜とシリコン支持層からなる多層構造のＳＯＩ基板（ウエハ）等から半導体製造技術により可動装置１３を形成し、支持層３５１と固定支持層３６１を同じ材料で構成する。そのため、製造工程を複雑化することなく可動装置１３を製造でき、可動装置１３を低コスト化することができる。
【０１４７】
なお、上述では、圧電材料を活性層３０３の正のＺ方向の面に形成する例を説明したが、活性層３０３の負のＺ方向の面に設けてもよいし、活性層３０３の両面に設けてもよい。
【０１４８】
また反射部１１２を第１軸回り、又は第２軸回りに回動させられるのであれば、各構成要素の形状は本実施形態で説明した形状に限定されない。例えば、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂ、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂ、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂ等は、平面形状でなく曲率を有する形状にしても構わない。
【０１４９】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の可動装置を、図２０を参照して説明する。なお、第２の実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する場合がある。
【０１５０】
図１４を用いて上述したように、透過部材８０３を含むパッケージ部材８０１の内部に可動装置１３をパッケージングし、透過部材８０３を介して可動装置１３により光を走査させる場合がある。この場合、透過部材８０３で多重反射される光がパッケージ部材８０１の外に出ないように、透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させて、可動装置１３をパッケージ部材８０１に配置する場合がある。
【０１５１】
図２１は、比較例として、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。
【０１５２】
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。しかしながら、透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させるための部材が必要となるため、パッケージングされた可動装置１３のコストが増大する場合があった。
【０１５３】
そこで、本実施形態の可動装置１３Ａでは、固定部１３０Ａは可動部１１０及び第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂを囲み、それぞれに固定支持層が含まれる４つの枠辺を備え、枠辺毎に固定支持層の厚みが異ならせている。
【０１５４】
図２０は、本実施形態の可動装置１３Ａの構成の一例を示す断面図である。可動装置１３Ａの平面図は図１５で示したものと同様であり、図２０は図１５におけるＡＡ断面を示す断面図である。
【０１５５】
可動装置１３Ａは固定部１３０Ａを備えている。固定部１３０Ａは、固定部１３０と同様に４つの枠辺を有する長方形状の枠構造をしており、４つの枠辺により、可動部１１０、並びに第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂを囲んでいる（図１５参照）。
【０１５６】
４つの枠辺のうち、Ｘ方向において対向する２つの枠辺の一方の枠辺の固定支持層３６１ａと、他方の枠辺の固定支持層３６１ｂは、図２０に示すように厚みが異なっている。
【０１５７】
一方、図２２は、可動装置１３Ａを、透過部材８０３を含むパッケージ部材８０１の内部にパッケージングした場合の構成の一例を示す図である。
【０１５８】
固定部１３０Ａの固定支持層３６１ａと固定支持層３６１ｂとで厚みを異ならせているため、可動装置１３Ａをパッケージ部材８０１内の底部に配置すると、図２２に示すように、透過部材８０３に対して可動装置１３Ａは傾斜する。
【０１５９】
これにより、透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させることができ、多重反射光を抑制することができる。透過部材８０３と可動装置１３とを相対的に傾斜させるための部材を設けないため、パッケージングされた可動装置１３Ａを低コスト化することができる。
【０１６０】
さらに図２３は、第２の実施形態の可動装置の変形例である可動装置１３Ｂの構成の一例を示す断面図である。可動装置１３Ｂの固定部１３０Ｂは、固定支持層３６１ｃ及び３６１ｄの負のＺ方向側の面が活性層３６３等の積層方向（厚み方向）に対して傾斜している。
【０１６１】
これにより、透過部材８０３を含むパッケージ部材８０１の内部に可動装置１３Ｂを配置し、可動装置１３Ｂをパッケージングした場合に、透過部材８０３に対して可動装置１３Ｂを傾斜させることができ、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
尚、固定支持層３６１ｃ及び３６１ｄの負のＺ方向側の面は、「積層方向に対して傾斜した面」の一例である。
【０１６３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の可動装置を、図２４を参照して説明する。
【０１６４】
可動装置１３ＣによりＹ方向（図１５参照）に光を走査する場合、Ｙ方向では反射面１４と枠辺までの距離が短いため、走査角が大きくなると、固定部１３０Ｃの枠辺により光が遮光される場合がある。
【０１６５】
そこで、本実施形態では、固定部１３０Ｃの備える４つの枠辺のうち、長い方の枠辺の固定支持層の厚みを、短い方の枠辺の固定支持層の厚みに対して薄くしている。
【０１６６】
図２４は、第３の実施形態の可動装置１３Ｃの構成の一例を示す斜視図である。
【０１６７】
図２４に示すように、長い方の枠辺の固定支持層の厚みが、短い方の枠辺の固定支持層の厚みに対して薄くなっている。短い方の枠辺に対して長い方の枠辺が反射面１４に近い。また枠辺の厚みを薄くすることで、反射面の高さに対して枠辺の遮光部の高さを近づけることができる。
【０１６８】
これにより、長い方の枠辺の固定支持層の厚みを、短い方の枠辺の固定支持層の厚みに対して薄くすることで、走査光の枠辺による遮光を抑制し、走査光の光量の減少を抑制することができる。
【０１６９】
なお、長い方の枠辺の固定支持層の厚みを部分的に薄くしてもよい。
【０１７０】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態の可動装置を、図２５を参照して説明する。
【０１７１】
パッケージングされた可動装置１３において、固定部１３０はパッケージ部材８０１の底部に接着される。この場合、固定部１３０の底面（固定支持層３６１の負のＺ方向側の面）全体がパッケージ部材８０１に接触すると、固定部１３０と第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂとの接続部１０９ａ及び１０９ｂ（図１５参照）が、パッケージ部材８０１に加わる振動や電気的な外乱ノイズの影響を直接的に受ける場合がある。これにより可動部１１０が適切に回動しなくなる場合がある。
【０１７２】
そこで、本実施形態の可動装置１３Ｄでは、固定部１３０Ｄの厚みを部分的に変え、パッケージ部材８０１の底部から接続部１０９ａ及び１０９ｂ（図１５参照）までのノイズの伝達経路を長く（遠回りに）している。
【０１７３】
図２５は、図１５におけるＢＢ断面の一例を示す断面図である。
【０１７４】
図２５に示すように、固定部１３０Ｄの固定支持層３６１Ｄに凹部３６１Ｄａが設けられ、固定支持層３６１Ｄの厚みｔ３が、部分的に厚みｔ３Ｄになっている。尚、凹部３６１Ｄａは固定支持層５０１ＤをＹ方向に貫通する溝である。但し、これに限定されるものではなく、窪みであってもよい。
【０１７５】
このように構成することで、パッケージ部材８０１の底部から接続部１０９ａ及び１０９ｂ（図１５参照）までのノイズの伝達経路を長く（遠回りに）し、パッケージ部材８０１に加わる振動や電気的な外乱ノイズの影響を抑制することができる。
【０１７６】
なお、部分的に厚みを変えるための凹部３６１Ｄａを設ける箇所は、１箇所に限定されるものではなく、複数設けてもよい。また、可動装置１３Ｄを製造後に、ポストプロセスにより凹部３６１Ｄａを設けてもよい。
【０１７７】
［第５の実施形態］
図２６は、第５の実施形態の可動装置１３Ｅの構成の一例を示す平面図である。
【０１７８】
可動装置１３Ｅは、第１駆動梁１２０ａ及び１２０ｂと、反射面１４を備える可動部１１０Ｅとを有し、Ｘ軸回りにのみ回動が可能な１軸の可動装置である。
【０１７９】
また図２７は第５の実施形態の可動装置１３Ｅの変形例である可動装置１３Ｆの構成の一例を示す平面図である。
【０１８０】
可動装置１３Ｆは、トーションバー１１５ａ及び１１５ｂと、第２駆動梁１１６ａ及び１１６ｂと、反射面１４を備える可動部１１０Ｆとを有し、Ｙ軸回りにのみ回動が可能な１軸の可動装置である。
【０１８１】
このような１軸の可動装置１３Ｅ及び１３Ｆにおいても、上述の実施形態を適用し、上述の効果を得ることができる。
【０１８２】
以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８３】
１０  光走査システム
１１  制御装置
１２、１２ｂ  光源装置
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ  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
１１０  可動部
１１２  反射部
１１３  支持部
１１４ａ、１１４ｂ  接続部
１１５ａ、１１５ｂ  トーションバー
１１６ａ、１１６ｂ  第２駆動梁
１２０ａ、１２０ｂ  第１駆動梁
１３０  固定部
１４０  電極端子
１５０Ａ、１５０Ｂ  圧電駆動部群
２０１  下部電極
２０２  圧電材料
２０３  上部電極
３０３  活性層
３５１  支持層
３５１ａ  反射面支持層
３５１ｂ  支持部支持層
３５２  層間膜
３５３  可動層
３６１、３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃ、３６１ｄ  固定支持層
３６２  層間膜
３６３  活性層
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、ヘッドアップディスプレイの一例）
６５０  レーザプリンタ
７００  ライダ装置（物体認識装置の一例）
７０２  被対象物
８０１  パッケージ部材
８０２  取付部材
８０３  透過部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８４】
【特許文献１】特許６０９２５９０号公報
【図１】
2020086316.tif 000003
【図２】
2020086316.tif 000004
【図３】
2020086316.tif 000005
【図４】
2020086316.tif 000006
【図５】
2020086316.tif 000007
【図６】
2020086316.tif 000008
【図７】
2020086316.tif 000009
【図８】
2020086316.tif 000010
【図９】
2020086316.tif 000011
【図１０】
2020086316.tif 000012
【図１１】
2020086316.tif 000013
【図１２】
2020086316.tif 000014
【図１３】
2020086316.tif 000015
【図１４】
2020086316.tif 000016
【図１５】
2020086316.tif 000017
【図１６】
2020086316.tif 000018
【図１７】
2020086316.tif 000019
【図１８】
2020086316.tif 000020
【図１９】
2020086316.tif 000021
【図２０】
2020086316.tif 000022
【図２１】
2020086316.tif 000023
【図２２】
2020086316.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2020086316.tif 000028
【図２７】
2020086316.tif 000029