(57)【要約】【課題】共振型の光走査装置において、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間を好適に短縮させる。【解決手段】既に共振状態にある振動板１１では、減衰力によって消費されるエネルギーが小さく、この消費分を補うために供給される駆動電圧を小さくしたところで、振動板１１の振幅が目標値に到達するまでの過渡振動を抑制することが困難である。これに対し、光走査装置では、振動板１１の共振状態において、第２駆動部３０を介して静電引力を付与することにより、可動部１５（対向面１５ａ）と振動板１１（側面１１ｄ）との隙間距離ｄを小さくすることで、振動板１１が受ける空気抵抗を増大させ、これにより、振動板１１の運動エネルギー損失を大きくする。よって、振動系におけるエネルギーを迅速に下げることが可能となり、過渡振動を抑制し、その結果、振幅低下時間を好適に短縮することができる。【選択図】図２
2014085483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを反射させる走査ミラーを有する振動板と、
前記振動板の重心を通る同一直線上に配置されて捻り振動する一対の捻り振動部と、
前記捻り振動部を介在して前記振動板を支持する支持部と、
前記一対の捻り振動部を回転軸として前記振動板を共振させるために予め設定された加振力を発生させる第１駆動手段と、
前記振動板の側面に対向する対向面を有する可動部と、
前記対向面と前記振動板の側面との距離を隙間距離として、該隙間距離が変化する方向に少なくとも前記対向面を含む前記可動部の一部を変位させるために予め設定された作用力を発生させる第２駆動手段と、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記振動板の共振状態における振幅を目標値に維持させる場合、該目標値に応じた前記加振力を設定し、前記振幅を低下させる際に該振幅が目標値に到達するまでの時間を短縮させる場合、前記隙間距離が小さくなるように前記作用力を設定することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記振動板の側面は、前記回転軸との距離が最も大きい面であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記可動部は、前記対向面が中央部に配置されると共に、両端部が前記支持部に固定され、該中央部と両端部との間における部位を中間部とし、該中間部および両端部のうち少なくとも一方が弾性体によって構成されており、
前記第２駆動手段は、前記可動部の中央部が前記振動板の側面に向かって変位するように前記弾性体を変形させるアクチュエータ機構を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ機構は、前記可動部の中間部および中央部の少なくとも一方に設けられた可動側電極部と、該可動側電極部に所定間隔を空けて前記支持部および前記振動板の少なくとも一方に設けられた固定側電極部とによって構成され、
前記第２駆動手段は、前記可動側電極部と前記固定側電極部との間に電圧を印加することにより、前記作用力として前記可動側電極部と前記固定側電極部との間に静電引力を発生させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記可動側電極部は、前記可動部の中間部にそれぞれ設けられ、
前記固定側電極部は、前記支持部に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記可動側電極部は、前記可動部の中央部に設けられ、
前記固定側電極部は、前記振動板の側面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ機構は、前記可動部の中間部と前記支持部とを連結し、印加電圧に応じて自身の歪みが大きくなる圧電アクチュエータであって、
前記第２駆動手段は、前記圧電アクチュエータに電圧を印加することにより、前記作用力として前記可動部の中央部に対する引張力を前記圧電アクチュエータに発生させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ機構は、前記弾性体として前記可動部の中間部を構成し、環境温度の上昇に応じて前記振動板の回転軸に向かって変形する熱アクチュエータであって、
前記第２駆動手段は、環境温度を上昇させるためにヒータを加熱することにより、前記作用力として前記可動部の中央部に対する推進力を前記熱アクチュエータに発生させることを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記振動板の側面および前記可動部の対向面は、互いに一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
車両に搭載されて光ビームを走査する光走査装置を有し、該光走査装置から出射された映像光からなる画像を、該車両の乗員に虚像として視認させるように表示するヘッドアップディスプレイ装置と、
前記ヘッドアップディスプレイ装置における画像表示制御を行う車載制御装置と、
を備え、
前記車載制御装置は、前記ヘッドアップディスプレイ装置を介して前記車両の走行に係る警告表示を行う場合、表示画像領域を縮小させるための縮小指令を出力し、
前記光走査装置は、
光ビームを反射させる走査ミラーを有する振動板と、
前記振動板の重心を通る同一直線上に配置されて捻り振動する一対の捻り振動部と、
前記捻り振動部を介在して前記振動板を支持する支持部と、
前記一対の捻り振動部を回転軸として前記振動板を共振させるために予め設定された加振力を発生させる第１駆動手段と、
前記振動板の側面に対向する対向面を有する可動部と、
前記対向面と前記振動板の側面との距離を隙間距離として、該隙間距離が変化する方向に少なくとも前記対向面を含む前記可動部の一部を変位させるために予め設定された作用力を発生させる第２駆動手段と、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記振動板の共振状態における振幅を目標値に維持させる場合、該目標値に応じた前記加振力を設定し、前記車載制御装置からの縮小指令を入力することにより、前記振幅を低下させる際に該振幅が目標値に到達するまでの時間を短縮させる場合、前記隙間距離が小さくなるように前記作用力を設定することを特徴とする警告表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査する光走査装置、およびこの装置を適用する警告表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
これに対して本願出願人は、光ビームを反射させる走査ミラーを有する振動板と、振動板の重心を通る同一直線上に配置されて捻り振動する一対の捻り振動部と、捻り振動部を介在して振動板を支持する支持部とを備え、固有の周期的加振力を付与することにより振動板を共振状態にできる共振型の光走査装置を提案している。
【０００３】
このような共振型の光走査装置は、様々な分野において適用することが可能であり、車両分野に適用する場合、例えば車両の周辺の障害物を検知するためのレーダ光の照射に用いられたり、フロントガラスに画像を表示するための映像光の照射に用いられたりする。
【０００４】
例えばこのような車両分野では、レーダ光の照射範囲を狭めたり、表示画像のサイズを小さくしたりする際にその応答性を高めたいニーズがある。これを実現しようとすると、光走査装置では、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅が目標値に到達するまでの時間（以下「振幅低下時間」という）を短縮させる必要がある。
【０００５】
ここで、特許文献１には、振動板の回転駆動に用いられる駆動装置への印加電圧と走査ミラーの角度（ミラー角）とが一対一に対応する強制変位型の光走査装置において、ミラー角、慣性モーメント、減衰力、ばね定数および電気容量等のパラメータを有する所定の関係式によって得られた駆動波形に従って印加電圧を低下させることで、あるミラー角Ａから目標角Ｂ（但しＡ＜Ｂ）に到達するまでの時間を短縮させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術を共振型の光走査装置に採用しても、既に共振状態にある振動板では、減衰力によって消費されるエネルギーが小さく、この消費分を補うために供給される電圧を小さくしたところで、振動板の振幅が目標値に到達するまでの過渡振動を抑制することが困難であるという問題があった。
【０００８】
つまり、共振型の光走査装置において、特許文献１記載のような強制変位型の光走査装置の技術を採用しても、過渡振動を抑制し難いことから、振幅低下時間を短縮させることが困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、共振型の光走査装置において、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間を好適に短縮させる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明は、いわゆる共振型の光走査装置であって、光ビームを反射させる走査ミラーを有する振動板と、振動板の重心を通る同一直線上に配置されて捻り振動する一対の捻り振動部と、捻り振動部を介在して振動板を支持する支持部と、一対の捻り振動板を回転軸として振動板を共振させるために予め設定された加振力を発生させる第１駆動手段とを備える。
【００１１】
このような構成において、本発明では、振動板の側面に対向する対向面を有する可動部と、この対向面と振動板の側面との距離を隙間距離として、この隙間距離が変化する方向に少なくとも対向面を含む可動部の一部を変位させるために予め設定された作用力を発生させる第２駆動手段とを備えた。
【００１２】
そして、本発明の光走査装置では、制御手段が、第１駆動手段および第２駆動手段を制御するにあたって、振動板の共振状態における振幅を目標値に維持させる場合、その目標値に応じた上記加振力を設定し、振幅を低下させる際にその振幅が目標値に到達するまでの時間（つまり振幅低下時間）を短縮させる場合、前述の隙間距離が小さくなるように上記作用力を設定するように構成した。
【００１３】
このような構成では、振動板の共振状態において、第１駆動手段を介して加振力を付与することにより、振動板の運動エネルギーと弾性エネルギーが供給され、減衰力によって消費されるエネルギーがつり合うことで、振動系におけるエネルギーが一定に保たれる。
【００１４】
なお、前述のように、既に共振状態にある振動板では、減衰力によって消費されるエネルギーが小さく、加振力を小さくしたところで、振動板の振幅が目標値に到達するまでの過渡振動を抑制することが困難である。
【００１５】
これに対し、本発明では、振動板の共振状態において、第２駆動手段を介して作用力を付与することにより、可動部（対向面）と振動板（側面）との隙間距離を小さくすることで、振動板が受ける空気抵抗を増大させ、減衰力による振動板の運動エネルギー損失を大きくする構成を採用した。
【００１６】
このような構成によれば、振動系におけるエネルギーを迅速に下げることが可能となり、過渡振動を抑制することができる。したがって、本発明によれば、共振型の光走査装置において、振動板の共振状態における振幅を低下させる際に振幅低下時間を好適に短縮させることができる。
【００１７】
なお、振動板の側面は、回転軸との距離が最も大きい面（以下「回転軸距離最大面」という）であることが好ましい。つまり、振幅を低下させる際にその振幅低下時間を短縮させる場合、可動部の対向面と振動板における回転軸との距離が最も大きい面との隙間距離を小さくする構成を採用するのが望ましい。
【００１８】
このような構成によれば、振動板における回転軸距離最大面が、振動板において最も速度が大きい面（つまり速度最大面）であり、振動板が受ける空気抵抗のうちのせん断力が速度に比例して隙間距離に反比例することから、振動板が受けるせん断力を最大化でき、ひいては振動板が受ける空気抵抗をより増大させることができる。これにより、共振型の光走査装置において、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をより短縮させることができる。
【００１９】
また、本発明において、可動部は、特に材質が限定されるものではないが、例えば、弾性素材を有して構成されると、第２駆動手段は、その弾性変形を利用して、上記対向面を含む可動部の一部を変位させることが可能となる。
【００２０】
具体的には、可動部は、上記対向面が中央部に配置されると共に、両端部が上記支持部に固定され、これら中央部と両端部との間における部位を中間部とし、その中間部および両端部のうち少なくとも一方が弾性体によって構成され、第２駆動手段は、可動部の中央部が振動板の側面に向かって変位するように上記弾性体を変形させるアクチュエータ機構を有してもよい。
【００２１】
また、本発明において、アクチュエータ機構は、特に配置が限定されるものではないが、例えば、可動部や支持部、振動板等の構成品に設けられたり、これら構成品の間に設けられたりすると、当該光走査装置を大型化させずに済む点で有利である。
【００２２】
この場合、例えば、アクチュエータ機構は、可動部の中間部および中央部の少なくとも一方に設けられた可動側電極部と、可動側電極部に所定間隔を空けて支持部および振動板の少なくとも一方に設けられた固定側電極部とによって構成され、第２駆動手段は、可動側電極部と固定側電極部との間に電圧を印加することにより、上記作用力として可動側電極部と固定側電極部との間に静電引力を発生させる構成を採用してもよい。
【００２３】
このような構成では、アクチュエータ機構に電圧を印加すると、可動部の中間部および中央部の少なくとも一方に設けられた可動側電極部と、支持部および振動板の少なくとも一方に設けられた固定側電極部との間に発生する静電引力により、可動部の中間部および両端部のうち少なくとも一方を構成する弾性体が振動板の回転軸方向に変形することから、可動部の中央部（対向面）を振動板の側面に向かって好適に変位させることができる。
【００２４】
なお、可動側電極部および固定側電極部の配置は、例えば、可動側電極部が可動部の中間部にそれぞれ設けられる場合には、固定側電極部が支持部に固定され、可動側電極部が可動部の中央部に設けられる場合には、固定側電極部が振動板の側面に設けられる態様が採用され得る。
【００２５】
また例えば、アクチュエータ機構は、可動部の中間部と支持部とを連結し、印加電圧に応じて自身の歪みが大きくなる圧電アクチュエータであって、第２駆動手段は、この圧電アクチュエータに電圧を印加することにより、上記作用力として前記可動部の中央部に対する引張力を圧電アクチュエータに発生させる構成を採用してもよい。
【００２６】
このような構成では、アクチュエータ機構に電圧を印加すると、可動部の中間部と支持部とを連結する圧電アクチュエータに生じる歪みにより、可動部の中間部および両端部のうち少なくとも一方を構成する弾性体が振動板の回転軸方向に引き寄せられるように変形することから、可動部の中央部（対向面）を振動板の側面に向かって好適に変位させることができる。
【００２７】
また例えば、アクチュエータ機構は、前述の弾性体として可動部の中間部を構成し、環境温度の上昇に応じて振動板の回転軸に向かって変形する熱アクチュエータであって、第２駆動手段は、環境温度を上昇させるためにヒータを加熱することにより、上記作用力として前記可動部の中央部に対する推進力を熱アクチュエータに発生させる構成を採用してもよい。
【００２８】
このような構成では、アクチュエータ機構付近にてヒータを加熱すると、弾性体として可動部の中間部を構成する熱アクチュエータが振動板の回転軸に向かって変形することにより、可動部の中央部（対向面）を振動板の側面に向かって好適に変位させることができる。また、温度上昇によって振動板が受ける空気抵抗をさらに増大させることができるので、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をさらに短縮させることができる。
【００２９】
ところで、本発明において、振動板の側面および可動部の対向面は、互いに一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成されていると、互いに対向する表面積を大きくすることで振動板が受ける空気抵抗をさらに増大させることができるので、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をさらに短縮させることができる。
【００３０】
なお、以上説明した光走査装置は、例えば車両用の警告表示システムに好適に組み込むことができる。
具体的には、本発明の警告表示システムは、車両に搭載されて光ビームを走査する光走査装置を有し、この光走査装置から出射された映像光からなる画像を、車両の乗員に虚像として視認させるように表示するヘッドアップディスプレイ装置と、ヘッドアップディスプレイ装置における画像表示制御を行う車載制御装置とによって構成される。
【００３１】
このうち、車載制御装置は、ヘッドアップディスプレイ装置を介して車両の走行に係る警告表示を行う場合、表示画像領域を縮小させるための縮小指令を出力し、光走査装置の制御手段は、車載制御装置からの縮小指令を入力すると、前述のように隙間距離を小さくするように構成される。
【００３２】
このように構成された警告表示システムでは、前述のように、共振型の光走査装置において、振動板の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間を好適に短縮させることができるため、ヘッドアップディスプレイ装置における表示画像領域を縮小する際の応答性を高め、これにより、車両の走行に係る警告表示を行う場合に、車両の乗員に迅速に注意喚起を行うことができる。
【００３３】
また、本発明の警告表示システムによれば、表示画像領域を縮小することにより表示画像の輝度が高くなることから、車両の走行に係る警告表示を行う場合に、輝度の変化によって車両の乗員に判り易い態様で注意喚起を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】光走査装置１０の基本構成を示す概略図である。
【図２】光走査装置１０の特徴的な構成を示す概略図である。
【図３】光走査装置１０の電気的構成および警告表示システム１の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ヘッドアップディスプレイ装置２の概略構成を示すイメージ図である。
【図５】振動系における過渡振動を示す説明図である。
【図６】振動系への供給エネルギー（駆動電圧）を小さくすることで振動板１１の振幅を低下させるパターンを示す説明図である。
【図７】（ａ）は、振動系の運動エネルギー損失を大きくすることで振動板１１の振幅を低下させるパターンを示す説明図であり、（ｂ）は、さらに振動系への供給エネルギー（駆動電圧）を小さくすることで振動板１１の振幅を低下させるパターンを示す説明図である。
【図８】警告表示システム１における警告表示時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】他の実施形態におけるアクチュエータ機構３１の構成を示す概略図である。
【図１０】変形例１における可動部１５およびアクチュエータ機構３１の構成を示す概略図である。
【図１１】変形例１における弾性体１５ｂを説明するための概略図である。
【図１２】変形例２における可動部１５およびアクチュエータ機構３１の構成を示す第１の概略図である。
【図１３】変形例２におけるアクチュエータ機構３１を説明するための第１の概略図である。
【図１４】変形例２におけるアクチュエータ機構３１を説明するための第２の概略図である。
【図１５】変形例２における可動部１５およびアクチュエータ機構３１の構成を示す第２の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜光走査装置の基本構成＞
まず、本発明の実施形態としての光走査装置１０の基本構成を説明する。
【００３６】
基本的には、光走査装置１０は、光ビームを反射させる走査ミラー１０ａを有する振動板１１と、振動板１１の重心ＪＳを通る同一直線上に配置されて捻り振動する一対の捻り振動部１２と、捻り振動部１２を介在して振動板１１を支持する支持部１３とを備えて構成される。
【００３７】
具体的には、図１に示すように、本実施形態の光走査装置１０は、３自由度捻り振動子を構成しており、振動板１１として、光反射部１１ａ、内ジンバル１１ｂ、および外ジンバル１１ｃを備える。また、一対の捻り振動部として、光反射部１１ａと内ジンバル１１ｂとを連結する第１捻り弾性部材１２ａ、内ジンバル１１ｂと外ジンバル１１ｃとを連結する第２捻り弾性部材１２ｂ、および外ジンバル１１ｃと光走査装置１０の固定端１３ｃとを連結する第３捻り弾性部材１２ｃを備える。
【００３８】
また、本実施形態の光走査装置１０において、内ジンバル１１ｂの固定端１３ａは第１捻り弾性部材１２ａを介在して光反射部１１ａを支持し、外ジンバル１１ｃの固定端１３ｂは第２捻り弾性部材１２ｂを介在して内ジンバル１１ｂを支持し、光走査装置１０の固定端１３ｃは第３捻り弾性部材１２ｃを介在して外ジンバル１１ｃを支持するように構成されている。つまり、内ジンバル１１ｂの固定端１３ａは光反射部１１ａに対する支持部１３として機能し、外ジンバル１１ｃの固定端１３ｂは内ジンバル１１ｂに対する支持部１３として機能し、光走査装置１０の固定端１３ｃは外ジンバル１１ｃに対する支持部１３として機能するようになっている。
【００３９】
光反射部１１ａは、走査ミラー１０ａとミラー固定枠１４とから構成される。走査ミラー１０ａは、円形状であり、アルミ薄膜の鏡面部が表面に形成されている。またミラー固定枠１４は、例えば外側が六角形状等の矩形状であり、内側が円形状であり、その枠内に走査ミラー１０ａを固定するものである。
【００４０】
また、前述のように、本実施形態の光走査装置１０において、内ジンバル１１ｂは矩形枠内に光反射部１１ａを支持するものであり、外ジンバル１１ｃは矩形枠内に内ジンバル１１ｂを支持するものである。なお、図１では、内ジンバル１１ｂおよび外ジンバル１１ｃが四角形状に図示されているが、例えば六角形状等その他の矩形状であってもよい。
【００４１】
また、第１捻り弾性部材１２ａ、第２捻り弾性部材１２ｂ、および第３捻り弾性部材１２ｃは、弾性変形可能な材料で構成されている。このうち、第１捻り弾性部材１２ａは、光反射部１１ａの重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、光反射部１１ａの回転軸ｈとなる。これにより光反射部１１ａは回転軸ｈを中心に捻り振動可能に構成される。また第２捻り弾性部材１２ｂは、光反射部１１ａおよび内ジンバル１１ｂの重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、回転軸ｈと直交する回転軸ｉとなる。これにより内ジンバル１１ｂは回転軸ｉを中心に捻り振動可能に構成される。また第３捻り弾性部材１２ｃは、光反射部１１ａ、内ジンバル１１ｂ、および外ジンバル１１ｃの重心ＪＳを通る同一直線上に配置されており、回転軸ｈおよび回転軸ｉと４５°をなして交差する回転軸ｊとなる。これにより外ジンバル１１ｃは回転軸ｊを中心に捻り振動可能に構成される。
【００４２】
また光走査装置１０は、これらの回転軸ｈ，ｉ，ｊを中心に、光反射部１１ａ、内ジンバル１１ｂ、および外ジンバル１１ｃを共振させるための第１駆動部２０を備えている。
この第１駆動部２０は、外ジンバル１１ｃの左右の外側面に沿って回転軸ｊと平行に配置されたいわゆる段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１と、段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１に電圧を印加する第１電圧印加部２２（図３参照）とによって構成される。
【００４３】
段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１は、外ジンバル１１ｃの左右の外側面に形成された可動櫛歯２１ａと、可動櫛歯２１ａと一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成され、可動櫛歯２１ａと段差を設けて配置された固定櫛歯２１ｂとからなり、電圧が印加されると、可動櫛歯２１ａと固定櫛歯２１ｂとの間に静電引力が発生する周知のものである。
【００４４】
ここで、本実施形態の光走査装置１０の動作原理を簡単に説明する。なお、詳細については、例えば特開２００８−１２９０６９号公報を参考にされたい。
本実施形態の光走査装置１０は、前述したように、回転軸ｈ，ｉ，ｊを中心に捻り自由度を有する３自由度捻り振動子になっている。
【００４５】
３自由度捻り振動子は、理論上、３つの振動子を持つ。即ち、３つの振動モードはそれぞれ異なる共振周波数を持ち、各共振周波数に対する各フレームの捻り振動の角度振幅（以下、単に「振幅」という）の比はそれぞれ異なる（これは振動モードと呼ばれる）。
【００４６】
例えば、外ジンバル１１ｃが１周期振動する間に可動櫛歯２１ａは固定櫛歯２１ｂに２回最接近する。このため、共振周波数の２倍に近い周期的静電引力が加われば、３自由度捻り振動子を共振状態にできる（以下、共振状態にするために加える周期的静電引力を「周期的加振力」という）。また、可動櫛歯２１ａが固定櫛歯２１ｂに接近する毎に、周期的加振力を作用させることができる。
【００４７】
そして、互いに異なる振動モードＡ、振動モードＢ、振動モードＣ、…の各々に対応した周波数の周期的加振力を与えれば、それぞれの振動モードを励振できる。また、複数の周波数の周期的加振力を重畳して与えれば、複数の振動モードを同時に励振できる。
【００４８】
このため、例えば、光反射部１１ａの走査ミラー１０ａでレーザ光を反射させるとともに、振動モードＡを主走査方向、振動モードＢを副走査方向として、振動モードＡおよび振動モードＢを同時に励振することにより、走査ミラー１０ａが振動して２次元的にレーザ光を走査することができる。
【００４９】
具体的には、段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１に駆動電圧が印加されて周期的静電引力が可動櫛歯２１ａと固定櫛歯２１ｂとの間に発生すると、第３捻り弾性部材１２ｃが弾性変形して捻れることにより、外ジンバル１１ｃが第３捻り弾性部材１２ｃを回転軸ｊとして往復振動する。
【００５０】
ここで、第１電圧印加部２２（図３参照）は、光反射部１１ａの振幅が、内ジンバル１１ｂおよび外ジンバル１１ｃよりも大きい振動モードの共振周波数の２倍の周波数の駆動電圧信号を出力するようになっており、これにより、振動板１１と捻り振動部１２とからなる振動系が共振し、振動板１１が共振周波数で往復振動する。
【００５１】
なお、外ジンバル１１ｃが往復振動すると、その動力によって、第２捻り弾性部材１２ｂが弾性変形して捻れることにより、外ジンバル１１ｃおよび内ジンバル１１ｂが第２捻り弾性部材１２ｂを回転軸ｉとして往復振動するとともに、第１捻り弾性部材１２ａが弾性変形して捻れることにより、内ジンバル１１ｂおよび光反射部１１ａが第１捻り弾性部材１２ａを回転軸ｈとして往復振動する。
【００５２】
そして、この状態で光反射部１１ａに後述するレーザ光源３（図４参照）から光ビームが照射されると、その光ビームが走査ミラー１０ａの鏡面で反射されることにより出射されるとともに、光反射部１１ａの往復振動に伴い、光反射部１１ａの回転角度に応じた方向に走査される。
【００５３】
一方、外ジンバル１１ｃの往復振動に伴い、可動櫛歯２１ａと固定櫛歯２１ｂと距離も周期的に変化する。これにより、可動櫛歯２１ａと固定櫛歯２１ｂとの間の静電容量が、外ジンバル１１ｃの回転角度に応じて変化する。これらの静電容量に基づき、外ジンバル１１ｃの回転角度を検出することができる。なお、３自由度捻り振動子の共振状態においては、理論上、各フレーム間の位相角は０度または１８０度であるため、外ジンバル１１ｃの回転角度を検出することにより、光反射部１１ａの回転角度を検出することができる。本実施形態の光走査装置１０は、このようにして光反射部１１ａの回転角度に基づく振幅を検出する振幅センサ４０を備えている。
【００５４】
＜光走査装置の特徴的構成＞
次に、本実施形態の光走査装置１０の特徴的な構成を説明する。
本実施形態の光走査装置１０は、上記基本構成に加えて、振動板１１の側面１１ｄに対向する対向面１５ａを有する可動部１５と、この可動部１５の対向面１５ａと振動板１１の側面１１ｄとの距離（以下「隙間距離ｄ」という）が変化する方向に少なくとも対向面１５ａを含む可動部１５の一部を変位させる第２駆動部３０とを備えている。
【００５５】
具体的には図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施形態の可動部１５は、捻り振動部１２に平行となり、対向面１５ａが中央部に配置されると共に、両端部が支持部１３に固定され、中央部と両端部との間における部位（以下「中間部」という）が弾性変形可能な材料で構成されている。以下、このように可動部１５における弾性変形可能な部位を弾性体１５ｂという。また可動部１５は、振動板１１と段差がなく同一平面状に配置されている。
【００５６】
なお、ここでの振動板１１とは、光反射部１１ａ、内ジンバル１１ｂ、および外ジンバル１１ｃのいずれかを指し、支持部１３とは、振動板１１が光反射部１１ａを指す場合には内ジンバル１１ｂの固定端１３ａを意味し、振動板１１が内ジンバル１１ｂを指す場合には外ジンバル１１ｃの固定端１３ｂを意味し、振動板１１が外ジンバル１１ｃを指す場合には前述の固定端１３ｃを意味する。また、ここでの捻り振動部１２とは、振動板１１が光反射部１１ａを指す場合には第１捻り弾性部材１２ａを意味し、振動板１１が内ジンバル１１ｂを指す場合には第２捻り弾性部材１２ｂを意味し、振動板１１が外ジンバル１１ｃを指す場合には第３捻り弾性部材１２ｃを意味する。また、以下での回転軸ｋとは、振動板１１が光反射部１１ａを指す場合には回転軸ｈを意味し、振動板１１が内ジンバル１１ｂを指す場合には回転軸ｉを意味し、振動板１１が外ジンバル１１ｃを指す場合には回転軸ｊを意味する。
【００５７】
一方、第２駆動部３０は、可動部１５の中央部（つまり対向面１５ａ）が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位するように弾性体１５ｂを変形させるアクチュエータ機構３１と、アクチュエータ機構３１に所定の作用力を発生させる第２電圧印加部３２（図３参照）とによって構成される。
【００５８】
本実施形態のアクチュエータ機構３１は、可動部１５の中間部において捻り振動部１２に向かって突設された可動側電極部３２ａと、支持部１３に固定されて可動側電極部３２ａに所定間隔を空けて配置された固定側電極部３２ｂとが、振動板１１と同一平面上に配置された櫛歯型静電アクチュエータによって構成され、電圧が印加されると、可動側電極部３２ａと固定側電極部３２ｂとの間に静電引力が発生するものである。なお、可動側電極部３２ａは弾性体１５ｂの略中心となる部位に接続されており、固定側電極部３２ｂは捻り振動部１２と平行に配置されている。
【００５９】
以上説明した可動部１５およびアクチュエータ機構３１は、３自由度捻り振動子の共振状態における光反射部１１ａの振幅を低下させる際にその振幅が目標値に到達するまでの時間（振幅低下時間）を短縮させるために、少なくとも一つの振動板１１に対して設けられたものである。
【００６０】
詳しく言うと、３自由度捻り振動子の共振状態においては、振動板１１の減衰力によって消費されるエネルギーが小さく、この消費分を前述の第１電圧印加部２２（図３参照）による駆動電圧で補うことにより、光反射部１１ａの振幅が所定の一定値に維持されているため、駆動電圧だけを小さくしたところで、振動板１１の過渡振動を抑制することが困難となる。
【００６１】
なお、ここでの過渡振動とは、図５に示すように、振動板１１の振幅をある振幅Ａから目標値となる振幅Ｂ（但しＡ＞Ｂ）にしようと駆動電圧を小さくしても、振幅が駆動電圧に応じた値にはすぐにはならず、時間を費やして少しずつ減少する様子をいう。
【００６２】
これに対し、本実施形態の光走査装置１０では、３自由度捻り振動子の共振状態において、第２駆動部３０を介してある作用力を付与することにより、可動部１５と振動板１１との隙間距離ｄを小さくすることで、振動板１１が受ける空気抵抗を増大させ、これにより、振動板１１の運動エネルギー損失を大きくするようにした。
【００６３】
具体的には、本実施形態の第２電圧印加部３２（図３参照）は、通常駆動時には、アクチュエータ機構３１に駆動電圧を印加しないようになっている。これにより、図２（ａ）に示すように、可動側電極部３２ａと固定側電極部３２ｂとの間に静電引力が作用しないことから、弾性体１５ｂが捻り振動部１２と平行になるように直線状をなすため、隙間距離ｄをデフォルトの距離に維持する。
【００６４】
一方、過度振動時には、アクチュエータ機構３１に駆動電圧を印加するようになっている。これにより、図２（ｂ）に示すように、可動側電極部３２ａと固定側電極部３２ｂとの間に発生する静電引力によって、可動側電極部３２ａが固定側電極部３２ｂに向かって変位し、これに引っ張られるかたちで弾性体１５ｂが回転軸ｋの方向に変形することにより、可動部１５の中央部（つまり対向面１５ａ）が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位し、隙間距離ｄが小さくなる。
【００６５】
なお、ここでの振動板１１の側面１１ｄとは、捻り振動部１２が構成する回転軸との距離が最も大きい面（以下「回転軸距離最大面」という）をいう。つまり、回転軸距離最大面は振動板１１において最も速度が大きい面であり、振動板１１が受ける空気抵抗のうちのせん断力が速度に比例して隙間距離ｄに反比例することから、振動板１１が受けるせん断力を効率的に大きくすることができる。
【００６６】
よって、隙間距離ｄを小さくすることで、振動板１１が受けるせん断力、つまり振動板１１が受ける空気抵抗、ひいては振動板１１の運動エネルギー損失を大きくすることができる。そして、振動板１１の運動エネルギー損失を大きくすることにより、振動板１１の過渡振動を抑制することができ、ひいては振幅低下時間を短くすることができる。なお、せん断力の関係式については、R. Byron Birdその他著「TRANSPORT PHENOMENA」（WILEY INTERNATIONAL EDITION）P3-5を参照されたい。
【００６７】
＜光走査装置の電気的構成＞
次に、本実施形態の光走査装置１０の電気的な構成を説明する。
本実施形態の光走査装置１０は、図３に示すように、前述した第１電圧印加部２２、振幅センサ４０、および第２電圧印加部３２に加えて、振幅センサ４０から入力される振動板１１の振幅を示す情報（振幅情報）に基づいて、第１電圧印加部２２を制御するための第１駆動指令信号を出力する振幅制御回路５０と、振幅制御回路５０からの減衰力調整開始指令および振幅センサ４０からの振幅情報に基づいて、第２電圧印加部３２を制御するための第２駆動指令信号を出力する減衰力調整回路６０とを備えて構成される。
【００６８】
このうち、振幅制御回路５０は、前述のとおり、３自由度捻り振動子を励振させたり、共振状態における振動板１１の減衰力によって消費されるエネルギー（以下「振動系の消費エネルギー」ともいう）を補うための駆動電圧を段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１に印加することにより、振動板１１の振幅を目標値に維持させたりするための周期的加振力を設定し、この設定した周期的加振力を示す情報を含む第１駆動指令信号を第１電圧印加部２２に出力する。
【００６９】
また、振幅制御回路５０は、後述するＨＵＤ装置２の制御回路７０からの振幅縮小指令を入力すると、図６に示すように、振幅の目標値に応じた駆動電圧を小さくする（換言すれば、振動系への供給エネルギーを小さくする）ことで振動板１１の振幅を低下させるための第１駆動指令信号を第１電圧印加部２２に出力するとともに、減衰力調整開始指令を振幅制御回路５０に出力するようになっている。なお、振動系の共振状態における振幅、振動系の消費エネルギー、および振動系への供給エネルギーの関係についての詳細は、例えば、斎藤秀雄著「工業基礎振動学」養賢堂、P55-57を参照されたい。
【００７０】
一方、減衰力調整回路６０は、振幅制御回路５０から減衰力調整開始指令を入力すると、アクチュエータ機構３１に駆動電圧を印加することにより、振動板１１の振幅を低下させるための静電引力を設定し、この設定した静電引力を示す情報を含む第２駆動指令信号を第２電圧印加部３２に出力する。これにより、可動部１５と振動板１１との隙間距離ｄが小さくなり、振動板１１が受ける空気抵抗が増大することで、振動系の運動エネルギー損失が大きくなる。
【００７１】
つまり、減衰力調整回路６０は、振動系の運動エネルギー損失を大きくすることによって、図７（ａ）に示すように、振動系の消費エネルギーと振幅との相関を示す曲線（消費エネルギー曲線）の傾きを一時的に大きくすることにより、振動板１１の振幅がより早く目標値に到達するように減衰力を調整する役割を果たしている。
【００７２】
なお、このように振幅低下時間をより短縮させるためには、振動系への供給エネルギーと振幅との相関を示す曲線（供給エネルギー曲線）と消費エネルギー曲線との交点を示す振幅Ｘを一時的に小さくするのが有利である。
【００７３】
よって、振幅制御回路５０は、振幅の目標値に応じた駆動電圧よりもさらに小さい駆動電圧を段差付き静電櫛歯アクチュエータ２１に印加させることで、図７（ｂ）に示すように、供給エネルギー曲線の傾きを一時的に小さくすることにより、振動板１１の振幅がさらに早く目標値に到達するように減衰力を調整することができる。
【００７４】
＜ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成＞
次に、本実施形態の光走査装置１０が搭載されたヘッドアップディスプレイ装置（以下「ＨＵＤ装置」という）２の概略構成を説明する。なお、本実施形態のＨＵＤ装置２は、車室内に設置され、光走査装置１０によって走査された映像光からなる画像を車両の乗員に虚像として視認させるものである。具体的には、乗員には、虚像が、車両の前景の表示像３ａの位置に存在するように視認される。
【００７５】
ＨＵＤ装置２は、図４（ａ）に示すように、走査型の画像表示装置に用いられる周知のレーザ光源３と、レーザ光源３から照射されるレーザ光（映像光）を走査する光走査装置１０と、光走査装置１０から出射された映像光からなるスクリーン画像を拡大かつ反射するレンズ等からなる遠方拡大光学系４とを備えて構成される。なお、遠方拡大光学系４から出射された映像光は、フロントガラス５にて反射して、車両の乗員のアイレンジ６に到達する。これにより、乗員には、映像光の虚像が、フロントガラス５を挟んで乗員とは反対側の表示像３ａの位置に存在するように視認される。
【００７６】
本実施形態のＨＵＤ装置２は、図３に示すように、車両に構築された車載ネットワークシステム内の電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）７に接続されており、ＥＣＵ７から送られてくる各種情報や各種指令に基づいて画像を表示するように構成されている。なお、本実施形態のＥＣＵ７は、後述するように車両の周辺に位置する物標との距離（例えば車間距離）に基づいて、車両がその物標に衝突しないように前もってある程度危険であると判定した場合に、車両の走行に係る警告情報や、表示画像領域を縮小させるための画像縮小指令）を送信することによって、ＨＵＤ装置２における画像表示制御の一部を行うようになっている。つまり、表示画像領域を縮小することにより表示画像の輝度が高くなることから、図４（ｂ）に示すように警告表示時に表示画像領域を通常表示時よりも縮小することで、輝度の変化によって車両の乗員に判り易い態様で注意喚起を行うことを可能にしている。
【００７７】
＜警告表示システムの構成＞
次に、本実施形態のＨＵＤ装置２が適用された警告表示システム１の構成を説明する。
本実施形態の警告表示システム１は、図３に示すように、車両前端中央付近に設置され、レーダ波（レーザ光，電波，超音波等）を照射し、その反射波を受信することにより、予め設定された探査領域（ひいては、照射範囲）内に存在する物標を検知する物標探査器８と、車載ネットワークシステム内のＥＣＵ７と、車室内に設置されたＨＵＤ装置２とを備えて構成される。
【００７８】
物標探査器８は、予め設定された探査周期（レーダ波の照射周期）毎に、車両の周囲の探査領域に存在する物標の検出を行い、検出した各物標について、「物標が検知された探査領域」「物標までの距離」「物標との相対速度」を少なくとも含んだ物標情報を生成して、ＥＣＵ７に供給するように構成されている。
【００７９】
例えば、物標探査器８は、レーダ波となるレーザ光を発生させる光源と、レーザ光を受光する受光部と、光源から出射されたレーザ光を走査する走査部とを備えて構成され、光源から走査部を介して照射されたレーダ波が物標に反射して受光部に到達するまでのレーダ波の往復時間に基づいて物標までの距離を計測することができる。
【００８０】
ＥＣＵ７は、１ないし複数の電子制御装置によって構成されており、通常表示時には、例えば車両を目的地まで案内するための標識や右左折のタイミング、車速といった車両の走行に係る画像を表示させるための各種情報をＨＵＤ装置２に送信する。
【００８１】
また、ＥＣＵ７は、物標探査器８から入力された物標情報に基づいて、物標との距離（例えば車間距離）が予め設定された閾値距離を下回ると判断した場合、車両の乗員に注意喚起を促すための警告情報と共に、図８に示すように、表示画像領域を縮小させるための画像縮小指令をＨＵＤ装置２に送信する。そして、例えば車間距離が閾値距離を再度上回ると判断した場合、警告情報に基づく画像表示を解除するとともに、表示画像領域を通常時のサイズに戻すための解除指令をＨＵＤ装置２に送信するように構成されている。
【００８２】
ＨＵＤ装置２は、前述のように、ＥＣＵ７から送られてくる各種情報や各種指令に基づいて画像を表示する制御回路７０を備える。また、この制御回路７０は、ＥＣＵ７から画像縮小指令を受信すると、光走査装置１０の振幅制御回路５０に振幅縮小指令を出力し、ＥＣＵ７から解除指令を受信すると、光走査装置１０の振幅制御回路５０に通常駆動指令を出力する。
【００８３】
これにより、ＨＵＤ装置２では、図８に示すように、振幅制御回路５０が、制御回路７０からの振幅縮小指令（換言すればＥＣＵ７からの画像縮小指令）を入力すると、制御回路７０からの通常駆動指令（換言すればＥＣＵ７からの解除指令）を入力するまでの間、駆動電圧を小さくする設定を行うと共に、減衰力調整回路６０が、駆動電圧を印加することにより減衰力を発生させる。その結果、ＨＵＤ装置２による警告表示時に振動板１１の振幅がより早く低下して目標値に到達することになる。その後、ＥＣＵ７から解除指令を受信することにより、振動板１１の振幅が所定の振動モードに応じた値にゆるやかに復帰する。
【００８４】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の警告表示システム１では、共振型の光走査装置１０において、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間を好適に短縮させることができるため、ＨＵＤ装置２における表示画像領域を縮小する際の応答性を高め、これにより、車両の走行に係る警告表示を行う場合に、車両の乗員に迅速に注意喚起を行うことができる。また、このような警告表示システム１によれば、表示画像領域を縮小することにより表示画像の輝度が高くなることから、車両の走行に係る警告表示を行う場合に、輝度の変化によって車両の乗員に判り易い態様で注意喚起を行うことができる。
【００８５】
また、既に共振状態にある振動板１１では、減衰力によって消費されるエネルギーが小さく、この消費分を補うために供給される駆動電圧を小さくしたところで、振動板１１の振幅が目標値に到達するまでの過渡振動を抑制することが困難である。これに対し、本実施形態の光走査装置１０では、振動板１１の共振状態において、第２駆動部３０を介して静電引力を付与することにより、可動部１５（対向面１５ａ）と振動板１１（側面１１ｄ）との隙間距離ｄを小さくすることで、振動板１１が受ける空気抵抗を増大させ、これにより、振動板１１の運動エネルギー損失を大きくする。よって、振動系におけるエネルギーを迅速に下げることが可能となり、過渡振動を抑制することができる。したがって、共振型の光走査装置１０において、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際に振幅低下時間を好適に短縮させることができる。
【００８６】
また、光走査装置１０では、振動板１１の側面１１ｄが、回転軸との距離が最も大きい面（回転軸距離最大面）において可動部１５の対向面１５ａと対向するように配置されている。つまり、振動板１１における回転軸距離最大面が振動板１１において最も速度が大きい面（速度最大面）であり、振動板１１が受ける空気抵抗のうちのせん断力が速度に比例して隙間距離ｄに反比例することから、振動板１１が受けるせん断力を効果的に大きくすることができる。これにより、振動板１１が受ける空気抵抗をより増大させることに繋がり、共振型の光走査装置１０において、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をより短縮させることができる。
【００８７】
また、光走査装置１０において、可動部１５は、対向面１５ａが中央部に配置されると共に、両端部が支持部１３に固定され、中間部が弾性体１５ｂによって構成されている。そして、第２駆動部３０は、可動部１５の中央部が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位するように弾性体１５ｂを変形させるアクチュエータ機構３１を有している。
【００８８】
具体的には、アクチュエータ機構３１は、可動部１５の中間部に設けられた可動側電極部３２ａと、可動側電極部３２ａに所定間隔を空けて支持部１３に設けられた固定側電極部３２ｂとによって構成され、これらの間に電圧が印加されることで静電引力が発生し、これにより、可動部１５の中間部（弾性体１５ｂ）が振動板１１の回転軸ｋ方向に変形させ、可動部１５の中央部（対向面１５ａ）を振動板１１の側面１１ｄに向かって好適に変位させることができる。
【００８９】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９０】
例えば、上記実施形態のアクチュエータ機構３１では、可動側電極部３２ａが可動部１５の中間部に設けられ、固定側電極部３２ｂが支持部１３に設けられているが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、例えば、可動側電極部３２ａが可動部１５の中央部に設けられ、固定側電極部３２ｂが振動板１１の側面１１ｄに設けられてもよい。
【００９１】
またこの場合、図９に示すように、振動板１１の側面１１ｄおよび可動部１５の対向面１５ａは、互いに一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成されることになる。つまり、振動板１１が受ける空気抵抗のうちのせん断力がその表面積に比例することから、振動板１１が受けるせん断力をより効果的に大きくすることができる。これにより、振動板１１が受ける空気抵抗をより増大させることに繋がり、共振型の光走査装置１０において、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をより短縮させることが可能となる。
【００９２】
また、上記実施形態のアクチュエータ機構３１および第２電圧印加部３２を備える第２駆動部３０、ならびに可動部１５は、以下の変形例で説明するように各種の態様を採用することができる。なお、第２駆動部３０は、以下の変形例に限定されるものではなく、例えばモータ等によって可動部１５を変位させるように構成されてもよい。
【００９３】
＜変形例１＞
次に、本実施形態の変形例１としての第２駆動部３０および可動部１５を説明する。
本変形例１の第２駆動部３０では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、アクチュエータ機構３１が、振動板１１と同一平面上に配置されて、可動部１５の中間部と支持部１３とを連結し、可動部１５の中間部および中央部（対向面１５ａを含む）が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位するように、可動部１５の両端部に設けられた弾性体１５ｂを変形させる機構である。
【００９４】
なお、本変形例１の弾性体１５ｂは、可動部１５の両端部において、可動部１５の中間部と支持部１３とを連結する弾性リンク部として構成されている。具体的には、捻り振動部１２が回転軸ｋを中心に捻り変形するのに対し、弾性リンク部としての弾性体１５ｂは、図１１に示すように、１自由度で略直線動作するように構成されている。本変形例１では、弾性リンク部としての弾性体１５ｂが、振動板１１との同一平面上で回転軸ｋ方向に略直線動作するように配置される。
【００９５】
一方、本変形例１のアクチュエータ機構３１は、弾性部材に多数の圧電素子を重ねて棒状にしたもので、印加電圧に応じて厚み方向に自身の歪みが大きくなる周知の圧電アクチュエータとして構成されている。
【００９６】
本変形例の第２電圧印加部３２（図３参照）は、通常駆動時には、アクチュエータ機構３１に駆動電圧を印加しないようになっている。これにより、圧電アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１が変形しないことから、図１０（ａ）に示すように、隙間距離ｄをデフォルトの距離に維持する。
【００９７】
一方、過度振動時には、アクチュエータ機構３１に駆動電圧を印加するようになっている。これにより、圧電アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１が厚み方向に変形することで、図１０（ｂ）に示すように、弾性リンク部としての可動部１５が回転軸ｋに向かって略直線動作し、これにより、可動部１５の中間部および中央部（対向面１５ａを含む）が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位し、隙間距離ｄを小さくすることができる。なお、本変形例１のアクチュエータ機構３１は、圧電アクチュエータの代わりに、以下の変形例２で述べる熱アクチュエータを用いてもよい。
【００９８】
＜変形例２＞
次に、本実施形態の変形例２としての第２駆動部３０および可動部１５を説明する。
本変形例２の第２駆動部３０では、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、アクチュエータ機構３１が、弾性体１５ｂとして可動部１５の中間部を構成し、環境温度の上昇に応じて振動板１１の回転軸ｋ方向に変形する熱アクチュエータとして構成されている。なお、本変形例２のアクチュエータ機構３１にはヒータ５５が設けられている。
【００９９】
また、本変形例２のアクチュエータ機構３１は、図１３（ａ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第１棒状部材５１と、酸化シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２とが、その長手方向に直交する方向（以下、積層方向Ｄ１という）に沿って積層されて構成されている。またアクチュエータ機構３１は、温度が室温である状況下で、第１棒状部材５１および第２棒状部材５２が初期形状として例えば直線状となるように形成されている。なお、アクチュエータ機構３１の初期形状はこれに限るものではない。
【０１００】
なお、シリコンおよび酸化シリコンの熱膨張率はそれぞれ、（２．６×１０-6）および（０．５×１０-6）である。このため、温度が室温より低い状況下では、図１３（ｂ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく収縮する（矢印Ｄ２を参照）。これにより、アクチュエータ機構３１は、温度が室温より低くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第２棒状部材５２（酸化シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１０１】
一方、温度が室温より高い状況下では、図１３（ｃ）に示すように、シリコンは、酸化シリコンよりも大きく膨張する（矢印Ｄ３を参照）。これにより、アクチュエータ機構３１は、温度が室温より高くなると、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように撓む。
【０１０２】
そして、本変形例２において、熱アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１は、振動板１１との同一平面上で積層方向Ｄ１が回転軸ｋを向くように配置され、且つ、第２棒状部材５２が捻り振動部１２に近い側、第１棒状部材５１が捻り振動部１２に遠い側となるように配置される。
【０１０３】
なお、上記例では、第１棒状部材５１がシリコンを材料とする部材であり、第２棒状部材５２が例えばシリコンを熱酸化することにより形成される酸化シリコンを材料とする部材である構成について説明したが、例えば、以下のような熱アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１の構成も考えられる。
【０１０４】
具体的には、熱アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１は、図１４（ａ）−（ｃ）に示すように、シリコンを材料として棒状に形成された第２棒状部材５２としてのシリコン部材５２ａと、第２棒状部材５２の表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された第１棒状部材５１としての圧電体部材５１ａとから構成される。
【０１０５】
圧電体部材５１ａは、絶縁体からなる薄膜圧電素子と、薄膜圧電素子の表面に積層方向Ｄ１に沿って積層された２つの電極とを有している。なお、これらの電極は、薄膜圧電素子に比べてさらに厚みが小さく形成されている。また、圧電体部材５１ａでは、２つの電極のうち、シリコン部材５２ａの上面と薄膜圧電素子の下面とに接する方の電極として白金（Ｐｔ）が用いられ、薄膜圧電素子の上面に接する方の電極として金（Ａｕ）が用いられる。そして、Ａｕの電極を正極、Ｐｔの電極を負極（ＧＮＤ）として、一定電圧が印加されるように構成される。
【０１０６】
このように構成された圧電体部材５１ａでは、例えば温度が室温である状況下において、一対の電極間に一定電圧が印加されると、薄膜圧電素子が膨張する。この印加電圧を調整することにより、図１４（ｂ）に示すように、室温状況下における圧電体部材５１ａの歪みの大きさを初期値として決めることができる。
【０１０７】
一方、このように外部から応力を受けない状態で一定電圧を印加したときに生じる歪みの大きさを表す場合の係数として、圧電ｄ定数（圧電歪定数）が定義されている。特に、この圧電歪定数のうち、ｄ３１定数は、薄膜圧電素子の長さが変化する割合を表し、温度が高くなるほど大きくなることが知られている（例えば「塩嵜忠著『圧電材料とその応用』シーエムシー出版，２００２年」参照）。
【０１０８】
つまり、ｄ３１定数は、一定値ではなく、温度依存性を有している。このため、温度が室温より高い状況下では、図１４（ａ）に示すように、薄膜圧電素子を室温時の状態から膨張させることができる（矢印Ｄ４を参照）。これにより、アクチュエータ機構３１では、温度が室温よりも高くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも大きく凸になるように撓む。
【０１０９】
一方、温度が室温より低い状況下では、図１４（ｃ）に示すように、薄膜圧電素子を室温時の状態から収縮させることができる（矢印Ｄ５を参照）。これにより、アクチュエータ機構３１では、温度が室温よりも低くなると、圧電体部材５１ａとシリコン部材５２ａとの接合面を挟んで圧電体部材５１ａの外側面が初期値よりも小さく凸になるように撓む。
【０１１０】
なお、以下では、説明の重複を避けるため、アクチュエータ機構３１が第１棒状部材５１および第２棒状部材５２を有する構成を前提に説明し、第１棒状部材５１を圧電体部材５１ａ、第２棒状部材５２をシリコン部材５２ａにそれぞれ置き換え可能であるものとする。
【０１１１】
ここで、本変形例の第２電圧印加部３２（図３参照）は、通常駆動時には、ヒータ５５に駆動電圧を印加しないようになっている。これにより、環境温度は室温に近い温度となり、熱アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１が変形しないことから、図１２（ａ）に示すように、隙間距離ｄをデフォルトの距離に維持する。
【０１１２】
一方、過度振動時には、ヒータ５５に駆動電圧を印加することにより、環境温度を上昇させるようになっている。これにより、高温時には、熱アクチュエータとしてのアクチュエータ機構３１において、第１棒状部材５１と第２棒状部材５２との接合面を挟んで第１棒状部材５１（シリコン）の外側面が凸になるように変形することで、図１２（ｂ）に示すように、可動部１５の中央部（対向面１５ａを含む）が振動板１１の側面１１ｄに向かって変位し、隙間距離ｄを小さくすることができる。
【０１１３】
また、このようにヒータ５５によって環境温度を上昇させる構成では、温度上昇によって粘性が大きくなることから、振動板１１の側面１１ｄが受ける空気抵抗をさらに増大させることができるので、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅停会時間をさらに短縮させることができる。
【０１１４】
なお、本変形例２では、例えば、図１５に示すように、振動板１１の側面１１ｄおよび可動部１５の対向面１５ａが、互いに一定間隔を空けて噛み合う櫛歯状に形成されてもよい。この場合、振動板１１が受ける空気抵抗のうちのせん断力がその表面積に比例することから、振動板１１が受けるせん断力をより効果的に大きくすることができる。これにより、振動板１１が受ける空気抵抗をより増大させることに繋がり、共振型の光走査装置１０において、振動板１１の共振状態における振幅を低下させる際にその振幅低下時間をさらに短縮させることが可能となる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…警告表示システム、２…ＨＵＤ装置、３…レーザ光源、４…遠方拡大光学系、８…物標探査器、１０…光走査装置、１０ａ…走査ミラー、１１…振動板、１１ａ…光反射部、１１ｂ…内ジンバル、１１ｃ…外ジンバル、１１ｄ…側面、１２…捻り振動部、１２ａ…第１捻り弾性部材、１２ｂ…第２捻り弾性部材、１２ｃ…第３捻り弾性部材、１３…支持部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…固定端、１４…ミラー固定枠、１５…可動部、１５ａ…対向面、１５ｂ…弾性体、２０…第１駆動部、２１…段差付き静電櫛歯アクチュエータ、２１ａ…可動櫛歯、２１ｂ…固定櫛歯、２２…第１電圧印加部、３０…第２駆動部、３１…アクチュエータ機構、３２…第２電圧印加部、３２ａ…可動側電極部、３２ｂ…固定側電極部、４０…振幅センサ、５０…振幅制御回路、５１…第１棒状部材、５１ｂ…薄膜圧電素子、５２…第２棒状部材、５２ａ…シリコン部材、５５…ヒータ、６０…減衰力調整回路、７０…制御回路、ＪＳ…重心、ｄ…隙間距離、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ…回転軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１３】
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