(57)【要約】【課題】反射膜の剥がれやトーションバーの破断を抑制しつつ、高品質の光走査性能を実現することが可能な光偏向器を提供する。【解決手段】光を反射する反射部材１４を有し軸線Ｏ１周りに変位可能なミラー部１０１と、一端がミラー部１０１と接続しミラー部１０１を支持する一対のトーションバー１１１ａ，１１１ｂと、トーションバー１１１ａ，１１１ｂの他端と接続しトーションバー１１１ａ，１１１ｂを変位可能に支持する一対の駆動梁１１２ａ，１１２ｂと、各駆動梁１１２ａ，１１２ｂが接続する支持枠１２０とを有し、反射部材１４は本体部１４ｃと本体部１４ｃから軸線Ｏ１方向に突出形成された突出部１４ａ，１４ｂとを有することを特徴とする光偏向器１３。【選択図】図１８
2018136403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射部材を有し軸線周りに変位可能なミラー部と、
一端が前記ミラー部と接続し前記ミラー部を支持する一対のトーションバーと、
前記トーションバーの他端と接続し前記トーションバーを変位可能に支持する一対の駆動梁と、
前記各駆動梁が接続する支持枠とを有し、
前記反射部材は本体部と該本体部から前記軸線方向に突出形成された突出部とを有することを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向器において、
前記反射部材はその外周縁が前記ミラー部の外周縁よりも所定の幅を持って内側に位置するように形成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項３】
請求項１または２記載の光偏向器において、
前記ミラー部及び前記本体部は共に円形状であり、前記突出部は前記本体部に対して曲線的に接続することを特徴とする光偏向器。
【請求項４】
請求項１または２記載の光偏向器において、
前記ミラー部及び前記本体部は共に前記軸線方向に長軸を有する楕円形状であり、前記突出部は前記本体部に対して曲線的に接続することを特徴とする光偏向器。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一つに記載の光偏向器において、
前記各トーションバーは前記ミラー部から遠ざかるに連れて幅が徐々に狭まるよう形成されたテーパ領域をそれぞれの一端に有し、前記突出部は前記テーパ領域上に形成されることを特徴とする光偏向器。
【請求項６】
請求項５記載の光偏向器において、
前記本体部または前記突出部または前記テーパ領域は前記軸線に対して非対称な非対称部を有することを特徴とする光偏向器。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一つに記載の光偏向器を備えた光走査装置であって、
光を発する光源と、前記光源から発せられ前記光偏向器で偏向された前記光を所定の方向に照射する照射手段とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置を備えた画像投影装置であって、
前記光偏向器は前記光を偏向して投影することを特徴とする画像投影装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像投影装置において、
前記光源を複数有し、前記各光源から発せられた複数の光を合成する合成手段とを有し、前記光偏向器は前記合成手段により合成された前記各光を偏向して投影することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１０】
請求項１ないし６の何れか一つに記載の光偏向器を備えた物体認識装置であって、
光を発する光源と、被対象物の有無及び被対象物との距離を算出する測距回路とを有す
ることを特徴とする物体認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器及び光走査装置及び画像投影装置及び物体認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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おり、その一つとして基板上に反射面を設けた可動部や弾性梁部を一体形成して光ビームを偏向及び走査する小型の光偏向器が開発されている。
この光偏向器の一つとして、梁状弾性部材に薄膜化した圧電材料を重ね合わせた圧電アクチュエータ方式を採用した圧電型光偏向器が知られており、これは圧電体の伸縮が梁である支持体に伝達され、梁を上下に振動させることによって反射面を変位させている。また、互いに直交する第１軸と第２軸との２軸に対して個別の駆動用圧電体を設けることにより、２軸間において互いに異なる速度及び異なる駆動特性を持たせることができる。
【０００３】
上述した圧電型光偏向器は、水平走査の駆動は機械的共振を利用しており、梁の一端を枠部に固定支持して他端を圧電駆動によって振動させている。そして、この梁部の振動によって発生するトルクを梁の他端に接続された弾性梁であるトーションバーに伝達し、トーションバーに接続されたミラー部材を変位させることにより光走査を行っている。ミラー部材上には、一般的に反射膜が積層されている。
今までの光偏向器では、高速性向上や走査角度の拡大に伴いトーションバー及び反射ミラー周辺における応力集中が増大し、反射膜の剥がれやトーションバーの破断リスクが高まるため、反射ミラーのサイズは性能向上に対してトレードオフの関係にあり、光偏向器の走査性能を向上させる場合には光走査時における画像輝度低下や照射ビーム品質が劣化し易くなるという問題点があった。
【０００４】
そこで、ミラー部に加わる応力を緩和し、破損や材料疲労を低減させることが可能な光走査装置を提供すべく、ミラー部の基板形状とその最適化を図った光偏向器を提供する技術が開示されている（例えば「特許文献１」参照）。
この技術では、ミラー反射面を有するミラー部を外部から支持する可動枠を両側から支持すると共に、ミラー部を所定の軸周りに揺動させる水平駆動梁を備え、可動枠の所定領域を肉抜きすることによりミラー部に加わる応力を緩和させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上述の技術では、可動部材そのものに肉抜き箇所を複数形成すると結果的に可動部材の幅が狭くなる箇所が同時に形成されるため、この幅が狭くなる箇所において応力集中が発生して反射領域サイズの拡大に伴う部材の破損リスクが増加してしまうという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解消し、反射膜の剥がれやトーションバーの破断を抑制しつつ、高品質の光走査性能を実現することが可能な光偏向器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光を反射する反射部材を有し軸線周りに変位可能なミラー部と、一端が前記ミラー部と接続し前記ミラー部を支持する一対のトーションバーと、前記トーションバーの他端と接続し前記トーションバーを変位可能に支持する一対の駆動梁と、前記各駆動梁が接続する支持枠とを有し、前記反射部材は本体部と該本体部から前記軸線方向に突出形成された突出部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、反射部材が軸線方向に突出形成された突出部を有することにより、反射部材の面積を拡大してシリコン活性層との膜密着性を向上して反射部材が剥がれることを防止し、高品質の光走査性能を実現することが可能な光偏向器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】駆動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】レーザレーダ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図１０】レーザレーダ装置の一例の概略図である。
【図１１】パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
【図１２】光偏向器の構成の一例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示す光偏向器のＰ−Ｐ断面図である。
【図１４】図１２に示す光偏向器のＱ−Ｑ断面図である。
【図１５】（ａ）従来のミラー部（ｂ）本発明のミラー部を示す概略図である
【図１６】図１５に示す（ａ）Ａ−Ａ断面図（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１７】（ａ）ミラー部の変位状態を示す概略図（ｂ）ミラー部とトーションバーとの接続部を説明する概略図である。
【図１８】ミラー部の構成及び形状を説明する概略図である。
【図１９】光偏向器の第２駆動部の駆動を示す模式図である。
【図２０】光偏向器の圧電駆動部群Ａ，Ｂに印加される駆動電圧を説明する概略図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態に用いられるミラー部の（ａ）概略構造図（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図（ｃ）変形例を示すミラー部の概略構成図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態に用いられるミラー部の概略構成図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態に用いられるミラー部の概略構成図である。
【図２４】本発明が適用可能な他の光偏向器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】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
［光走査システム］
先ず、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置を適用した光走査装置としての光走査システムについて詳細に説明する。
図１は、光走査システムの一例を示す概略図である。図１に示すように光走査システム１０は、駆動装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を光偏向器１３の有する反射部材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。
【００１０】
光走査システム１０は、駆動装置１１、光源装置１２、反射部材１４を有する光偏向器１３により構成される。
駆動装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。光偏向器１３は、例えば反射部材１４を有し、反射部材１４を変位可能な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。
駆動装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２及び光偏向器１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２及び光偏向器１３に駆動信号を出力する。
【００１１】
光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光の照射を行う。光偏向器１３は、入力された駆動信号に基づいて反射部材１４を１軸方向または２軸方向の少なくとも何れかに変位させる。
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駆動装置１１の制御によって、光偏向器１３の反射部材１４を所定の範囲で２軸方向に往復動させ、反射部材１４に入射する光源装置１２からの照射光を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、光偏向器１３の詳細及び本実施形態の駆動装置１１による制御の詳細については後述する。
【００１２】
次に、図２を参照して光走査システム１０の一例のハードウェア構成について説明する。
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は駆動装置１１、光源装置１２及び光偏向器１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。
【００１３】
［駆動装置］
このうち駆動装置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、光偏向器ドライバ２６を備えている。
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、処理を実行して駆動装置１１の全体制御や機能を実現する演算装置である。
【００１４】
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。
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。
ＦＰＧＡ２３は、ＣＰＵ２０の処理に従って光源装置ドライバ２５及び光偏向器ドライバ２６に適した制御信号を出力する回路である。
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、外部装置毎に外部Ｉ／Ｆ２４が用意されてもよい。
【００１５】
光源装置トライバ２５は、入力された制御信号に従って光源装置１２に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
光偏向器ドライバ２６は、入力された制御信号に従って光偏向器１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
駆動装置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、駆動装置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、駆動装置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。
【００１６】
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、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き込みを行う場合は、光走査情報は書き込み順や書き込み箇所を示した書き込みデータである。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。
本実施形態に係る駆動装置１１は、ＣＰＵ２０の命令及び図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。
【００１７】
［駆動装置の機能構成］
次に、図３を参照して光走査システム１０の駆動装置１１の機能構成について説明する。図３は、光走査システム１０の駆動装置１１の一例の機能ブロック図である。
図３に示すように、駆動装置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。
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は制御手段を構成し、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。
【００１８】
駆動信号出力部３１は印加手段を構成し、光源装置ドライバ２５、光偏向器ドライバ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または光偏向器１３に駆動信号を出力する。駆動信号出力部３１（印加手段）は、例えば駆動信号を出力する対象毎に設けられてもよい。
駆動信号は、光源装置１２または光偏向器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、光の照射タイミング及び照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば光偏向器１３においては、光偏向器１３の有する反射部材１４を可動させるタイミング及び可動範囲を制御する駆動電圧である。なお駆動装置１１は、光源装置１２や受光装置等の外部装置から光の照射タイミングや受光タイミングを取得し、これらを光偏向器１３の駆動に同期するようにしてもよい。
【００１９】
［光走査処理］
次に、図４を参照して光走査システム１０が被走査面１５を光走査する処理について説明する。図４は、光走査システム１０に係る処理の一例のフローチャートである。
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。
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。
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及び光偏向器１３に出力する。
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。また光偏向器１３は、入力された駆動信号に基づいて反射部材１４の可動を行う。光源装置１２及び光偏向器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。
【００２０】
なお、上記光走査システム１０では、一つの駆動装置１１が光源装置１２及び光偏向器１３を制御する装置及び機能を有しているが、光源装置１２用の駆動装置及び光偏向器１３用の駆動装置と駆動装置を別体に設けてもよい。
また、上記光走査システム１０では、一つの駆動装置１１に光源装置１２及び光偏向器１３の制御部３０の機能及び駆動信号出力部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を有した駆動装置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、反射部材１４を有した光偏向器１３と駆動装置１１により光偏向を行う照射手段としての光偏向システムを構成してもよい。
【００２１】
［画像投影装置］
次に、図５及び図６を参照して本実施形態の駆動装置１１を適用した画像投影装置について詳細に説明する。
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。
【００２２】
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。
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に虚像を視認させる構成にしてもよい。
【００２３】
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、合成手段としての光量調整部５０７とから構成される入射光学系を経た後、反射部材１４を有する光偏向器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。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
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でほぼ平行光とされ、二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、反射部材１４を有する光偏向器１３によって二次元走査される。光偏向器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。
光偏向器１３は、反射部材１４を２軸方向に往復移動させ、反射部材１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この光偏向器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。
【００２６】
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部材１４を有した光偏向器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。
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等の非移動体に搭載されてもよい。
【００２７】
［光書込装置］
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態の駆動装置１１を適用した光書込装置について詳細に説明する。
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。
図７に示すように、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き込みを行う。
【００２８】
図８に示すように、光書込装置６００においてレーザ素子等の光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズ等の結像光学系６０１を経た後、反射部材１４を有する光偏向器１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。
そして光偏向器１３で偏向されたレーザ光は、その後、第１レンズ６０２ａ、第２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）に照射されて光書込みを行う。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及び反射部材１４を有する光偏向器１３は、駆動装置１１の制御に基づき駆動する。
【００２９】
このように光書込装置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。
光書込装置６００に適用される反射部材１４を有した光偏向器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く、光書込装置６００の省電力化に有利である。
また、光偏向器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６００の静粛性の改善に有利である。光書込装置６００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、また光偏向器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
【００３０】
［物体認識装置］
次に、図９及び図１０を参照して上記本実施形態の駆動装置を適用した物体認識装置について詳細に説明する。
図９は、物体認識装置の一例であるレーザレーダ装置を搭載した自動車の概略図である。また、図１０はレーザレーダ装置の一例の概略図である。物体認識装置は対象方向の物体を認識する装置であり、例えばレーザレーダ装置である。
【００３１】
図９に示すように、レーザレーダ装置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。
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、発散光をほぼ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、反射部材１４を有する光偏向器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及び光偏向器１３は、駆動装置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。
【００３２】
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の画素毎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。
反射部材１４を有する光偏向器１３は回転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。
このようなレーザレーダ装置は、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。
【００３３】
上記物体認識装置では、一例としてのレーザレーダ装置７００の説明をしたが、物体認識装置は反射部材１４を有した光偏向器１３を駆動装置１１で制御することにより光走査を行い、光検出器７０９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。
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等にも同様に適用することができる。
【００３４】
［パッケージング］
次に、図１１を参照して本実施形態の駆動装置により制御される光偏向器のパッケージングについて説明する。
図１１は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
図１１に示すように、光偏向器１３は筐体部たるパッケージ部材８０２の内側に配置される取付部材８０１に取り付けられ、パッケージ部材８０２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。これにより光偏向器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。
次に、以上説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、光書込装置、物体認識装置に使用される光偏向器の詳細及び本実施形態の駆動装置による制御の詳細について説明する。
【００３５】
［光偏向器の詳細］
まず、図１２を参照して、光偏向器について詳細に説明する。
図１２は、主走査方向たるＸ方向と副走査方向たるＹ方向との２軸方向に光偏向可能な光偏向器の平面図である。図１３は図１２のＰ−Ｐ断面図、図１４は図１２のＱ−Ｑ断面図をそれぞれ示す。
以降の説明では、反射面を構成する反射部材１４が後述するように第１軸Ｏ１周りに駆動したときに反射部材１４によって反射された光束Ｌが移動する方向を主走査方向とし、反射部材１４が第２軸Ｏ２周りに駆動したときの光束Ｌの移動する方向を副走査方向とする。なお、このような構成に限定されるものではなく、主走査方向と副走査方向とは構成に応じて適宜変えてもよい。
【００３６】
光偏向器１３は、入射した光Ｌを反射する反射部材１４を有するミラー部１０１と、ミラー部１０１に接続されミラー部１０１をＹ軸に平行な第１軸Ｏ１周りに駆動する第１駆動部１１０ａ，１１０ｂとを有している。
光偏向器１３はまた、ミラー部１０１及び第１駆動部１１０ａ，１１０ｂを支持する支持枠としての第１支持部１２０を有している。
光偏向器１３はまた、第１支持部１２０に接続されミラー部１０１及び第１支持部１２０をＸ軸に平行な第２軸Ｏ２周りに駆動する第２駆動部１３０ａ，１３０ｂと、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂを支持する第２支持部１４０とを有している。
【００３７】
なお、本実施形態における第１駆動部１１０ａ，１１０ｂとミラー部１０１と第１支持部１２０とは、第２軸Ｏ２を中心に回転する可動部を構成している。また第２駆動部１３０ａ，１３０ｂは、上記可動部を第２支持部１４０に対して支持する。
光偏向器１３は、第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ及び第２駆動部１３０ａ，１３０ｂ及び駆動装置に電気的に接続される電極接続部１５０を有している。
【００３８】
光偏向器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部材１４や第１駆動部１１０ａ，１１０ｂを構成する駆動梁としての第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂ、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂを構成する第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ，１３２ａ〜１３２ｆ、電極接続部１５０等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。
【００３９】
ＳＯＩ基板は、図１３、図１４に示すように、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層であるシリコン支持層１６１と、シリコン支持層１６１の上部に形成された酸化シリコン層１６２と、酸化シリコン層１６２の上に形成された第２のシリコン層であるシリコン活性層１６３とを有するシリコン基板である。
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で構成された部材は弾性を有する弾性部としての機能を備える。本実施形態においては、各図に示すように、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂと第１駆動部１１０ａ，１１０ｂとは何れもシリコン活性層１６３を基材としており、弾性部としての機能を有している。
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、光偏向器１３の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。
【００４０】
ミラー部１０１は、例えば円形状の板部材からなるミラー部基体１０２と、ミラー部基体１０２の＋Ｚ側の面上に形成された反射部材１４とから構成される。なお、ミラー部１０１については後述する。
第１駆動部１１０ａ，１１０ｂは、ミラー部基体１０２に一端が接続され第１軸Ｏ１方向にそれぞれ延びてミラー部１０１を変位可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ，１１１ｂと、一端がトーションバー１１１ａ，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１１２ａ，１１２ｂとを有している。
【００４１】
図１３に示すように、トーションバー１１１ａ，１１１ｂはシリコン活性層１６３を用いて構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂは、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がこの順に形成されることにより構成される。
上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。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）を用いて構成される。
第１支持部１２０は、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３を用いて構成され、ミラー部１０１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。なお、下部電極との電気的接続を避けるため、シリコン活性層１６３の上に例えば酸化シリコン層からなる絶縁層を有する構成としてもよい。
【００４２】
第２駆動部１３０ａ，１３０ｂは、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ，１３２ａ〜１３２ｆと、各第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ同士及び各第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆ同士を連結する折り返し部２０５とを有している。第２駆動部１３０ａ，１３０ｂは、この構成、すなわち複数の圧電駆動部が折り返し部で連結されることにより、蛇行状梁部としての機能を有している。
第２駆動部１３０ａ，１３０ｂの一端は第１支持部１２０の外周部に接続され、他端は第２支持部１４０の内周部に接続されている。このとき、第２駆動部１３０ａと第１支持部１２０との接続箇所及び第２駆動部１３０ｂと第１支持部１２０との接続箇所、さらに第２駆動部１３０ａと第２支持部１４０との接続箇所及び第２駆動部１３０ｂと第２支持部１４０との接続箇所は、反射部材１４の中心に対して点対称となることが望ましい。
【００４３】
図１４に示すように第２圧電駆動部１３０ａ，１３０ｂは、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がこの順に形成されることにより構成される。上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。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）が用いられた圧電部材である。
【００４４】
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を用いて構成され、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ、第１支持部１２０及び第２駆動部１３０ａ，１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。
【００４５】
電極接続部１５０は、例えば第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ，１３２ａ〜１３２ｆの各上部電極２０３及び各下部電極２０１、及び図１で示した駆動装置１１にアルミニウム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と下部電極２０１とは、それぞれが電極接続部１５０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。
【００４６】
第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆは、図１４に示すように、それぞれ電圧を印可して撓みを生じさせる一対の電極である上部電極２０３と、下部電極２０１と、上部電極２０３及び下部電極２０１に挟まれた圧電部２０２と、シリコン活性層１６３とを有している。なお、第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆも同様に構成されている。
【００４７】
次に、本発明の特徴部である光偏向器１３のミラー部１０１について説明する。
図１５において、（ａ）は従来の光偏向器に用いられるミラー部１０１Ａを、（ｂ）は本発明の光偏向器１３に用いられるミラー部１０１をそれぞれ示しており、各ミラー部１０１Ａ，１０１は所定の軸方向に揺動可能な両持ちタイプの光偏向ミラーである。
ミラー部１０１Ａ，１０１は、例えば、円板形状のミラー部基体１０２Ａ，１０２と、ミラー部基体１０２Ａ，１０２の＋Ｚ側の面上に設けられ反射面を形成する反射部材１４Ａ，１４とから構成される。ミラー部基体１０２Ａ，１０２は、例えば、シリコン活性層１６３を用いて構成される。
【００４８】
反射部材１４Ａ，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。またミラー部１０１Ａ，１０１は、ミラー部基体１０２Ａ，１０２の−Ｚ側の面にミラー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及び酸化シリコン層１６２を用いて構成され、ミラー部１０１Ａ，１０１の変位によって生じる反射部材１４Ａ，１４の歪みを抑制することができる。
【００４９】
従来の光偏向器と本発明の光偏向器１３は、一端がミラー部基体１０２Ａ，１０２と接続し第１軸Ｏ１方向にそれぞれ延びてミラー部１０１Ａ，１０１を挟み込む形で変位可能に支持する一定幅のトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡ，１１１ａ，１１１ｂを有している。この構成より、例えばトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡ，１１１ａ，１１１ｂの振動周波数を共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定した場合、トーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡ，１１１ａ，１１１ｂの捩れによる機械的共振が生じることを利用して、ミラー部１０１Ａ，１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。
【００５０】
従来の光偏向器は、トーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡがそれぞれ同じ幅で形成されるが、本発明の光偏向器１３では、トーションバー１１１ａ，１１１ｂはミラー部１０１から遠ざかるに連れて幅が徐々に狭まるよう形成されたテーパ領域１０３ａ，１０３ｂをそれぞれの一端に有している。
また、従来の光偏向器では反射部材１４Ａが円形であるのに対し、本発明の光偏向器１３が有する反射部材１４は、円形である本体部１４ｃと、本体部１４ｃから各テーパ領域１０３ａ，１０３ｂ方向、すなわちミラー部１０１の変位可能な軸線である第１軸Ｏ１方向に突出形成された突出部１４ａ，１４ｂとを有している。
【００５１】
図１６（ａ）は図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ断面を、図１６（ｂ）は図１５（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面をそれぞれ示している。図１６（ａ）に示すようにミラー部基体１０２は、弾性部材であるシリコン活性層１６３から主に構成されている。
なお、ミラー部基体１０２はシリコン活性層１６３に代えてシリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２によって構成されていてもよい。また、シリコン活性層１６３はＳＯＩ基板をエッチング処理等により形成されてもよい。
【００５２】
反射部材１４は、光を反射する役割を果たす反射膜４１と層間膜４２とによって構成されている。層間膜４２は、製造工程上必要とされるかまたは層間の密着度を上げる目的で用いられる。反射部材１４は、シリコン活性層１６３の＋Ｚ方向に層間膜４２、反射膜４１の順で積層されることによって形成される。
層間膜４２は例えば酸化シリコン等によって構成され、反射膜４１は例えばアルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜によって構成される。ミラー部基体１０２の外周縁と反射部材１４の外周縁とは、エッチング処理等の製造工程上、０以上の距離である所定の幅４３を有するようにそれぞれ形成される。
この構成により、エッチング幅を一定として加工精度を高めることができると共に、反射部材１４がミラー部基体１０２の外側にはみ出してこのはみ出た部分からの膜剥がれによって反射部材１４が破損することを防止することができる。
【００５３】
図１７（ａ）は反射部材１４Ａを有するミラー部１０１Ａとトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡとが共振振動している際の模式図を、図１７（ｂ）はその際のミラー部１０１Ａとトーションバー１１１ａＡとの接続部における拡大図をそれぞれ示している。機械固有の共振周波数にほぼ等しい振動成分が与えられたとき、ミラー部１０１Ａはトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡが支持する第１軸Ｏ１の周りに揺動する。このとき、ミラー部１０１Ａとトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡとの接続部において捩れによる応力集中が発生し、この応力集中が鋭角であればあるほど増大してシリコン活性層１６３の破断要因となる。
【００５４】
反射部材１４Ａを構成する反射膜及び層間膜はミラー部１０１Ａを構成するシリコン活性層の＋Ｚ方向に積層されるため、歪みの増大により反射膜及び層間膜が剥がれる膜剥がれが発生する虞がある。
また、ミラー部１０１Ａとトーションバー１１１ａＡ，１１１ｂＡとの接続部における第２軸Ｏ２方向への接線と、反射部材１４Ａの第１軸Ｏ１方向における端点での第２軸Ｏ２方向の接線とが等しい場合、反射部材１４Ａの第１軸Ｏ１方向端点を起点として反射膜及び層間膜が剥がれる虞がある。
【００５５】
そこで本発明においては、図１５（ｂ）に示すように、トーションバー１１１ａ，１１１ｂがテーパ領域１０３ａ，１０３ｂを有することによって応力集中を抑制し、反射部材１４の反射膜４１及び層間膜４２が剥がれることを防止している。ミラー部１０１の回転軸である第１軸Ｏ１方向は回転モーメントによる影響が小さく、この方向に拡大形成された突出部１４ａ，１４ｂを設けることにより、反射部材１４の反射膜４１及び層間膜４２が剥がれることを防止している。
また、反射部材１４がテーパ領域１０３ａ，１０３ｂすなわち第１軸Ｏ１方向に突出形成された突出部１４ａ，１４ｂを有することにより、反射部材１４の面積を拡大してシリコン活性層１６３との膜密着性を向上し、反射部材１４の反射膜４１及び層間膜４２が剥がれることを防止している。
さらに、第１軸Ｏ１方向における反射部材１４の端点を応力集中箇所から離すことにより、端点から反射膜４１及び層間膜４２が剥がれることを防止している。さらに反射部材１４の面積が増加することにより照射された光の反射効率が向上し、同時に光が反射されないことによるビーム径歪みの発生を低減することができる。
【００５６】
ミラー部１０１とトーションバー１１１ａ，１１１ｂとの捩れによる応力集中は、鋭角部分により強く生じる。本発明の光偏向器１３では、図１８に示すようにミラー部１０１、トーションバー１１１ａ，１１１ｂ、テーパ領域１０３ａ，１０３ｂの接続部はそれぞれ曲線的に形成されているため、応力集中を抑制して反射部材１４の反射膜４１及び層間膜４２が剥がれることを防止している。
また反射部材１４は、本体部１４ｃと各突出部１４ａ，１４ｂとの接続部において鋭角箇所が形成されないように曲線的に接続形成されている。この構成により、光偏向器１３を共振振動させる際に生じるトーションバー１１１ａ，１１１ｂの破断及び反射部材１４の反射膜４１及び層間膜４２が剥がれの発生を低減し、高品質な光走査を継続して実現することが可能な光偏向器１３を提供することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では圧電部２０２が弾性部であるシリコン活性層１６３の一面（＋Ｚ側の面）のみに形成された場合を一例として説明したが、圧電部２０２は弾性部の他の面（例えば−Ｚ側の面）に設けてもよいし、弾性部の一面及び他面の双方に設けても良い。
また、ミラー部１０１を第１軸Ｏ１周りまたは第２軸Ｏ２周りに変位可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー１１１ａ，１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂが曲率を有した形状であってもよい。
【００５８】
また、第１駆動部１１０ａ，１１０ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第１支持部１２０の＋Ｚ側の面上、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上の少なくとも一つに、酸化シリコン膜からなる絶縁層を形成してもよい。
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に、開口部として部分的に絶縁層を除去または絶縁層を形成しないことにより、第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂ及び電極配線の設計自由度を上げ、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。なお、絶縁層は絶縁性を有する部材であればよく、また反射防止部材としての機能を備えさせてもよい。
【００５９】
［駆動装置の制御の詳細］
次に、可動装置である第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ及び第２駆動部１３０ａ，１３０ｂを駆動させる駆動装置１１の制御の詳細について説明する。
第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂが有する圧電部２０２は、分極方向に正または負の電圧が印加されると印加電圧の電位に比例した変形（例えば伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第１駆動部１１０ａ，１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部１０１を変位させる。
このとき、反射部材１４に入射した光束が偏向される角度を振れ角とよぶ。圧電部２０２に電圧を印加していないときの振れ角をゼロとし、その角度よりも偏向角度が大きい場合を正の振れ角、小さい場合を負の振れ角とする。
【００６０】
先ず、第１駆動部１１０ａ，１１０ｂを駆動させる駆動装置１１の制御について説明する。
第１駆動部１１０ａ，１１０ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂが有する圧電部２０２に上部電極２０３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，１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー１１１ａ，１１１ｂの捩れを介してミラー部１０１に第１軸Ｏ１周りの駆動力が作用し、ミラー部１０１が第１軸Ｏ１周りに変位する。第１駆動部１１０ａ，１１０ｂに印加される駆動電圧は、駆動装置１１によって制御される。
【００６１】
そこで、駆動装置１１によって第１駆動部１１０ａ，１１０ｂが有する第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂに所定の正弦波形の駆動電圧を並行して印加することで、ミラー部１０１を第１軸Ｏ１周りに所定の正弦波形の駆動電圧の周期で変位させることができる。
特に、例えば正弦波形電圧の周波数がトーションバー１１１ａ，１１１ｂの共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定された場合、トーションバー１１１ａ，１１１ｂの捩れによる機械的共振が生じることを利用して、ミラー部１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。
【００６２】
次に、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂを駆動させる駆動装置１１の制御について説明する。
図１９は、光偏向器の第２駆動部１３０ａ、１３０ｂの駆動を模式的に表した模式図である。斜線で表されている領域がミラー部１０１等である。
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、最もミラー部１０１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、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、最もミラー部１０１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（ａ）に示すようにそれぞれ同一方向に屈曲変形し、正の振れ角となるようにミラー部１０１が第２軸Ｏ２周りに可動する。
【００６３】
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、最もミラー部に距離が近い第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、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、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、すなわち１３２ｂ，１３２ｄ，１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは駆動電圧が並行に印加されると圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、図１９（ｃ）に示すように、負の振れ角となるようにミラー部１０１が第２軸Ｏ２周りに可動する。
【００６４】
図１９（ａ）、（ｃ）に示すように、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂ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、ミラー部１０１の第２軸Ｏ２周りの振れ角を大きくすることができる。
図１２に示すように、第２駆動部１３０ａ，１３０ｂは第１支持部１２０の中心点を中心として第１支持部１２０に対してそれぞれ点対称となるように接続されている。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との接続部に第１支持部１２０を＋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との接続部に第１支持部１２０を−Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されてミラー部１０１の第２軸Ｏ２周りの振れ角度を大きくすることができる。
【００６５】
また、図１９（ｂ）に示すように、電圧が印加されていないまたは電圧印加による圧電駆動部群Ａによるミラー部１０１の可動量と電圧印加による圧電駆動群Ｂによるミラー部１０１の可動量とが釣り合っているときは、振れ角はゼロとなる。
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）を連続的に繰り返すように第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ，１３２ａ〜１３２ｆに駆動電圧を印加することにより、ミラー部１０１を第２軸Ｏ２周りに駆動させることができる。
【００６６】
［駆動電圧］
第２駆動部に印加される駆動電圧は、駆動装置１１によって制御される。
図２０を参照して、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）について説明する。また、駆動電圧Ａ（第１駆動電圧）を印加する印加手段を第１印加手段、駆動電圧Ｂ（第２駆動電圧）を印加する印加手段を第２印加手段とする。
【００６７】
図２０（ａ）は光偏向器１３の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例を、図２０（ｂ）は光偏向器１３の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例を、図２０（ｃ）は駆動電圧Ａの波形と駆動電圧Ｂの波形とを重ね合わせた波形をそれぞれ示している。
【００６８】
図２０（ａ）に示すように、駆動電圧Ａの波形は例えばノコギリ波状の波形であり、周波数は例えば６０ＨＺである。
また、駆動電圧Ａの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＡ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＡとしたとき、例えばＴｒＡ：ＴｆＡ＝９：１となる比率が予め設定されている。このとき一周期に対するＴｒＡの比率を駆動電圧Ａのシンメトリという。
【００６９】
図２０（ｂ）に示すように、駆動電圧Ｂの波形は例えばノコギリ波状の波形であり、周波数は例えば６０ＨＺである。
また、駆動電圧Ｂの波形は、電圧値が極小値から次の極大値まで増加していく立ち上がり期間の時間幅をＴｒＢ、電圧値が極大値から次の極小値まで減少していく立ち下がり期間の時間幅をＴｆＢとしたとき、例えばＴｆＢ：ＴｒＢ＝９：１となる比率が予め設定されている。このとき一周期に対するＴｆＢの比率を駆動電圧Ｂのシンメトリという。
また図２０（ｃ）に示すように、例えば駆動電圧Ａの波形の周期ＴＡと駆動電圧Ｂの波形の周期ＴＢとは、互いに同一となるように設定されている。
【００７０】
上述した駆動電圧Ａ及び駆動電圧Ｂのノコギリ波状の波形は、例えば正弦波の重ね合わせによって生成される。
また本実施形態では、駆動電圧Ａ，Ｂとしてノコギリ波状の波形の駆動電圧を用いているが、これに限らずノコギリ波状の波形の頂点を丸くした波形の駆動電圧や、ノコギリ波状の波形の直線領域を曲線とした波形の駆動電圧等、光偏向器１３のデバイス特性に応じて波形を変えることも可能である。この場合のシンメトリは、一周期に対する立ち上がり時間の比率、または一周期に対する立ち下がり時間の比率となる。このとき、立ち上がり時間、立ち下がり時間のどちらを基準にするかは、任意に設定してもよい。
【００７１】
図２１は、本発明の第２の実施形態に用いられるミラー部１０４を示している。このミラー部１０４は、上述したミラー部１０１と比較すると、反射部材１４に代えて反射面を構成する反射部材１６を有する点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
反射部材１６は、図２１（ａ）に示すように、円形である本体部１６ｃと、本体部１６ｃから各テーパ領域１０３ａ，１０３ｂ方向、すなわちミラー部１０４の変位可能な軸線である第１軸Ｏ１方向に突出形成された突出部１６ａ，１６ｂとを有している。
また反射部材１６は、図２１（ｂ）に示すように、反射部材１４と同様、層間膜４２の上面に反射膜４１を積層させて構成されている。
【００７２】
各突出部１６ａ，１６ｂには、各突出部１６ａ，１６ｂを形成する際において部分的に層間膜４２がくり抜かれることにより形成された分断穴４４が、所定の間隔をおいて複数形成されている。各分断穴４４は、反射膜４１をシリコン活性層１６３にスタンプする態様でそれぞれ形成されているが、形成される個数や大きさは限定されない。
この構成により、シリコン活性層１６３と反射膜４１との密着度を向上することができ、反射部材１４よりも剥がれにくい反射部材１６を提供することができる。
なお、穴形状である分断穴４４に代えて、図２１（ｃ）に示す溝形状の分断溝４５を形成しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００７３】
図２２は、本発明の第３の実施形態に用いられるミラー部１０５を示している。このミラー部１０５は、上述したミラー部１０１と比較すると、反射部材１４に代えて反射面を構成する反射部材１７を有する点、ミラー部基体１０２に代えてミラー部基体５０を用いる点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
ミラー部基体５０はその外形が楕円形状を呈しており、各トーションバー１１１ａ，１１１ｂとはそれぞれのテーパ領域１０３ａ，１０３ｂにおいて曲線的に接続されている。
反射部材１７は、楕円形である本体部１７ｃと、本体部１７ｃから各テーパ領域１０３ａ，１０３ｂ方向、すなわちミラー部１０５の変位可能な軸線である第１軸Ｏ１方向に突出形成された突出部１７ａ，１７ｂとを有している。
この構成により、軸線方向は回転モーメントの影響による膜剥がれの影響が小さいことから、膜剥がれを抑制しつつ反射領域を拡大することが可能なミラー部を提供することができる。
【００７４】
図２３は、本発明の第４の実施形態に用いられるミラー部１０６を示している。このミラー部１０６は、上述したミラー部１０１と比較すると、ミラー部基体１０２の第１軸Ｏ１方向における中心線Ｓ０と、反射部材１４の同方向における中心線Ｓ１とをずらして配置した点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
この構成により、ミラー部１０１に比して反射部材１４の回転量を増大させることができる。なお、上記構成ではミラー部１０６の変位中心線をＳ０としたが、ミラー部１０６の変位中心線をＳ１としてもよい。
【００７５】
上述した各実施形態では、各ミラー部１０１，１０４，１０５，１０６が適用可能な光偏向器として、図１２に示す光偏向器１３を示した。この光偏向器１３は、駆動梁である第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂが第１軸Ｏ１を中心として＋Ｘ側にのみ設けられた、いわゆる片持ち梁構造である。しかし本発明が適用可能な光偏向器はこれに限られず、例えば図２４に示すように、第１圧電駆動部１１２ａ，１１２ｂの他に、これ等と第１軸Ｏ１を対象とした位置に設けられた第１圧電駆動部１１２ｃ，１１２ｄを有する、いわゆる両持ち構造の光偏向器１９にも、本発明は適用可能である。
【００７６】
上述した実施形態では、主走査方向に可動部を変位させる（可動部）駆動手段、副走査方向に可動部を変位させる（第２可動部）駆動手段が、何れも同じ駆動方式を採用しているが、これ等は互いに異なる駆動方式を採用してもよい。また、駆動方式も圧電素子を用いた圧電駆動方式には限定されず、例えば静電力を利用して駆動する静電駆動方式や、電磁力を利用して駆動する電磁駆動方式を採用してもよい。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１０  光走査装置（光走査システム）
１２  光源装置
１３，１９  光偏向器
１４，１６，１７  反射部材
１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ  突出部
１４ｃ，１６ｃ，１７ｃ  本体部
４３  所定の幅
１０１，１０４，１０５，１０６  ミラー部
１０３ａ，１０３ｂ  テーパ領域
１１１ａ，１１１ｂ  トーションバー
１１２ａ，１１２ｂ  駆動梁（第１圧電駆動部）
１２０  支持枠（第１支持部）
５００  画像投影装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂ  レーザ光源
５０７  合成手段（光量調整部）
７００  物体認識装置（レーザレーダ装置）
７１０  測距回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２０１６−４０６３３号公報
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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