(57)【要約】【課題】圧電部材が短絡しても圧電アクチュエータ全体としては動作を継続可能な圧電アクチュエータの提供。【解決手段】複数の圧電駆動部が折り返し部２０５で連結されることで形成された蛇行状梁部１３０ａ、ｂと、圧電駆動部のそれぞれに配置された圧電部２０２と、圧電部２０２を挟み込むように形成された上部電極２０３と下部電極２０１と、上部電極２０３あるいは下部電極２０１の少なくとも何れか一方に接続される配線部１５１と、を有し、配線部１５１は、圧電駆動部のうち互いに隣り合う２つの圧電駆動部に、それぞれ電圧を印加するための互いに独立した配線パターンである第１パターン１５１ａと第２パターン１５１ｂと、を少なくとも有し、第１パターン１５１ａと第２パターン１５１ｂとは、いずれも中途部１５８ａ、ｂにおいて分岐する分岐部１５５ａ、ｂと、分岐部１５５ａ、ｂによって分岐されて上部電極２０３または下部電極２０１の何れか一方に接続される電極接続部１５６ａ、ｂと、を備える圧電アクチュエータ１３。【選択図】図１２
2018025744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電駆動部が折り返し部で連結されることで形成された蛇行状梁部と、
前記圧電駆動部のそれぞれに配置された圧電部と、
前記圧電部を挟み込むように形成された上部電極と下部電極と、
前記上部電極あるいは前記下部電極の少なくとも何れか一方に接続される配線部と、を有し、
前記配線部は、前記圧電駆動部のうち互いに隣り合う２つの圧電駆動部に、それぞれ電圧を印加するための互いに独立した配線パターンである第１パターンと第２パターンと、を少なくとも有し、
前記第１パターンと前記第２パターンとは、いずれも中途部において分岐する分岐部と、前記分岐部によって分岐されて前記上部電極または前記下部電極の何れか一方に接続される電極接続部と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記配線部は、前記第１パターンと前記第２パターンとが接続された前記上部電極あるいは前記下部電極を一方の電極としたとき、前記一方の電極とは異なる他方の電極側に接続される第３パターンを備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記蛇行状梁部によって回転可能に支持された小枠部と、
前記小枠部の内側に配置され圧電部と上部電極と下部電極とを備えた第１駆動部と、を有し、
前記配線部は前記第１駆動部に電圧を印加するための第４パターンを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記配線部のうち、少なくとも前記第１パターンと前記第２パターンとは同一平面上に配置されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記分岐部によって分岐されて、前記圧電部と平行に伸びた延伸部を備え、
前記第１パターンの延伸部と前記第２パターンの延伸部とが互いに当該圧電部を挟んで逆側に配置されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記中途部は、前記折り返し部に位置し、または、前記圧電部の側部に対向することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記第１パターンと前記第２パターンとは、１つの前記圧電部に対して前記分岐部を複数備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記下部電極と前記圧電部と前記上部電極とが積層して圧電素子を形成し、
前記圧電素子は、少なくとも前記上部電極において複数に分割されており、
複数の前記分岐部によって分岐された複数の前記電極接続部はそれぞれ、分割された前記圧電素子のそれぞれに接続されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記中途部が前記折り返し部に位置するときは、前記圧電素子は長手方向に沿って分割され、前記中途部が前記圧電部の側部に対向するときは、前記圧電素子は長手方向に交差するように分割されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つに記載の圧電アクチュエータと、
光を反射する反射面を備え、前記圧電アクチュエータによって駆動されるミラー部と、を有する光偏向器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光偏向器を用いて前記光を走査させる光走査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光走査装置と、
前記光走査装置へ向けて光を投射する光源と、を有し、
前記光走査装置を用いて表示面に画像を投影する画像投影装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像投影装置を備えた移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、光偏向器、光走査装置、画像投影装置および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン技術を用いた圧電アクチュエータとして、圧電部材を上部電極と下部電極とで挟み込み、上下電極間に電圧を印加することでミラー部を振動させる構成が知られている。また、圧電部材を複数段にわたって蛇行したミアンダ形状として、圧電材料に印加する電圧のパターンを１つおきの２組にして互いに異なる電圧を印加することで振動時の振れ角を大きくする技術が知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の構成においては、圧電部材と配線とが直列に連続した態様で配線されており、特に動作の大きい部分である圧電部材が短絡してしまうと、圧電アクチュエータ全体の動作が停止してしまうという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、圧電部材が短絡しても圧電アクチュエータ全体としては動作を継続可能な圧電アクチュエータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明における圧電アクチュエータは、複数の圧電駆動部が折り返し部で連結されることで形成された蛇行状梁部と、前記圧電駆動部のそれぞれに配置された圧電部と、前記圧電部を挟み込むように形成された上部電極と下部電極と、前記上部電極あるいは前記下部電極の少なくとも何れか一方に接続される配線部と、を有し、前記配線部は、前記圧電駆動部のうち互いに隣り合う２つの圧電駆動部に、それぞれ電圧を印加するための互いに独立した配線パターンである第１パターンと第２パターンと、を少なくとも有し、前記第１パターンと前記第２パターンとは、いずれも中途部において分岐する分岐部と、前記分岐部によって分岐されて前記上部電極または前記下部電極の何れか一方に接続される電極接続部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧電部材が短絡しても圧電アクチュエータ全体としては動作を継続可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【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】光偏向器の配線部の階層構造を示す図である。
【図１６】図１５に示す配線部の回路構造を示す図である。
【図１７】配線部の接続部分を示す図である。
【図１８】光偏向器の動作の一例を示す図である。
【図１９】光偏向器の動作時における印加電圧の波形の一例を示すグラフ図である。
【図２０】光偏向器の配線部の他の構成例を示す図である。
【図２１】光偏向器の圧電部材及び配線部の他の構成例を示す図である。
【図２２】図２１に示す圧電部材の断面図である。
【図２３】光偏向器の他の構成の一例を示す図である。
【図２４】光偏向器の他の構成の変形例を示す図である。
【図２５】光偏向器の従来の配線の構成の一例を示す図である。
【図２６】図２５で示した配線の回路構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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］
まず、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システムについて詳細に説明する。
図１に、光走査システムの一例の概略図を示す。
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。
【０００９】
光走査システム１０は、駆動装置１１、光源装置１２、反射面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）および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。
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および光偏向器１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２および光偏向器１３に駆動信号を出力する。
【００１０】
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。光偏向器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。
【００１１】
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、光偏向器の詳細および本実施形態の駆動装置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および光偏向器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の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
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およ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、外部装置ごとに外部Ｉ／Ｆ２４が用意されてもよい。
【００１４】
光源装置ドライバ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。
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。
本実施形態に係る駆動装置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。
【００１５】
［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、光走査システムの駆動装置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。
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ごと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、光偏向器１３においては、光偏向器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。なお、駆動装置は、光源装置１２や受光装置等の外部装置から光源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。
【００１６】
［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および光偏向器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面１４の可動を行う。光源装置１２および光偏向器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。
【００１７】
なお、上記光走査システム１０では、１つの駆動装置１１が光源装置１２および光偏向器１３を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の駆動装置および光偏向器用の駆動装置と、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および光偏向器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、反射面１４を有した光偏向器１３と駆動装置１１により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。
【００１８】
［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を搭載した移動体たる自動車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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
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。
【００２１】
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。
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などの非移動体に搭載されてもよい。
【００２２】
［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、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。
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を有する光偏向器１３は、駆動装置１１の制御に基づき駆動する。
【００２３】
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。
上記光書込装置に適用される反射面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いため、光書込装置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
【００２４】
［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。
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および光偏向器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。
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。
反射面１４を有する光偏向器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。
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、反射面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などにも同様に適用することができる。
【００２５】
［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圧電アクチュエータの一例た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、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、光書込装置、物体認識装置に使用される光偏向器の詳細およ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。
【００２６】
［光偏向器の詳細］
まず、図１２〜図１４を参照して、光偏向器について詳細に説明する。
【００２７】
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’断面図である。図１４は図１２のＱ−Ｑ’断面図である。
以降の説明では反射面１４が後述するように第１軸Ｏ１周りに駆動したとき、反射面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、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、かかる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良い。
【００２８】
光偏向器１３は、入射した光Ｌを反射する反射面を備えるミラー部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および第１駆動部１１０ａ、１１０ｂを支持する支持部材たる第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および第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を支持する枠体部たる第２支持部１４０と、を有している。
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、かかる可動部を第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および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂおよび駆動装置に電気的に接続される電極接続部１５０と、電極接続部１５０から第１駆動部１１０ａ、１１０ｂまで延びた通電路１５１と、を有している。
【００２９】
光偏向器１３は、図１３に示すように、１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面１４や第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ、電極接続部１５０等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。
【００３０】
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のシリコン層たるシリコン支持層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のシリコン層たるシリコン活性層１６３と、を有するシリコン基板である。
【００３１】
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。
例えば、本実施形態においては、図１３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、かかるシリコン活性層１６３を基材としており、弾性部としての機能を有している。
【００３２】
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。
【００３３】
ミラー部１０１は、例えば、円板形状のミラー部基体１０２と、ミラー部基体の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４とから構成される。ミラー部基体１０２は、例えば、シリコン活性層１６３を用いて構成される。
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、ミラー部１０１は、ミラー部基体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および酸化シリコン層１６２を用いて構成され、ミラー部１０１の動作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。
【００３４】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂは、ミラー部基体１０２に一端が接続し、第１軸方向にそれぞれ延びてミラー部１０１を可動可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、一端がトーションバーに接続され、他端が第１支持部の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、を有している。
【００３５】
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）を用いて構成されている。
【００３６】
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の上に絶縁層（例えば、酸化シリコン層）を有する構成としてもよい。
【００３７】
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、それぞれの第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ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、かかる構成により、「複数の圧電駆動部が折り返し部で連結される」ことで形成された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ることが望ましい。
【００３８】
図１４に示すように、第２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。また、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂには、シリコン活性層１６３の上部であって、下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の±Ｘ方向側に形成された通電路１５１を有している。
通電路１５１は、図１５（ａ）〜（ｃ）に示して後述するように、第１通電路１５１ａ、第２通電路１５１ｂ、第３通電路１５１ｃ、第４通電路１５１ｄ、の独立した各線で構成されている。
【００３９】
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および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。
【００４０】
電極パッド部１５０は、例えば、第２支持部１４０の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆの各上部電極２０３および各下部電極２０１、および図１で示した駆動装置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と下部電極２０１とは、それぞれが図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線部たる通電路１５１によって電極パッド部１５０と直接接続されている。
なお、ここでは図面の見やすさを重視して、図１５（ａ）で上部電極２０３と接続される第３通電路１５１ｃを、図１５（ｂ）、（ｃ）で下部電極２０１と接続される第１通電路１５１ａ、第２通電路１５１ｂを、それぞれ記載している。しかしながら通電路１５１は、実際には積層構造であり、図１４で断面として示したように、複数層に分かれて形成されている。
本実施形態では特に、通電路１５１は、それぞれの接続先によって、互いに独立した１つながりの配線パターンとして、第１パターンである第１通電路１５１ａと、第２パターンである第２通電路１５１ｂと、第３パターンたる第３通電路１５１ｃと、を有している。
通電路１５１はまた、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂに接続される第４パターンである第４通電路１５１ｄを有している。
本実施形態では、第３通電路１５１ｃが上部電極２０３と電極パッド部１５０とを接続し、第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂとが下部電極２０１と接続されている。
さらに言うと、第１通電路１５１ａは、第２圧電駆動部１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆ、のそれぞれの下部電極２０１に接続され、第２通電路１５１ｂは、第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅのそれぞれの下部電極２０１に接続されている。
すなわち、第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂとは、互いに交互に、隣り合う２つの圧電駆動部に接続されている。かかる構成を模式的に回路図としたものが図１６である。
【００４１】
また、第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂとは、折り返し部２０５上に位置し、または、圧電部２０２の側部に対向する中途部１５８ａ、ｂにおいて分岐する分岐部１５５ａ、ｂと、分岐部１５５ａ、ｂから分岐して第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆへと接続される電極接続部１５６ａ、ｂと、を有している。
中途部１５８ａ、ｂは、図１５（ｂ）に示すように、折り返し部２０５上の、圧電部２０２の端部に対向する位置にあってもよいし、図１５（ｃ）に示すように、圧電部２０２の側部に対向する位置にあってもよい。また、本実施形態では、中途部１５８ａ、ｂは、圧電部２０２の端部または側部の略中央に対向しているが、圧電部２０２の端部または側部に対向する範囲で位置を変更可能である。
第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂはまた、電極接続部１５６ａ、ｂと反対側の分岐であり、第２圧電駆動部１３１ａ上にそれぞれ延伸された延伸部１５７ａ、ｂを有している。電極接続部１５６ａ、ｂは、一方の端部が分岐部１５５ａ、ｂと接続され、他方の端部が下部電極２０１と図１７に示すように開口部１５４を介して接続されている。
延伸部１５７ａ、ｂは、圧電部２０２と平行に伸びて、互いに圧電部２０２を挟んで逆側になる位置に配置されている。
【００４２】
第４パターン１５１ｄは、第１通電路１５１ａ、第２通電路１５１ｂとは独立して、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ上を通って第１駆動部１１０ａ、１１０ｂの下部電極２０１へと接続されている。
このとき第１支持部１２０は、蛇行状梁部たる第２駆動部１３０ａ、１３０ｂによって回転可能に支持された小枠部としての機能を有している。
なお、本実施形態では、上部電極２０３側が共通電極である場合について示すが、下部電極２０１側を共通電極としても良い。
【００４３】
第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆは、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および下部電極２０１に挟まれた圧電部２０２と、絶縁層１５３と、を有している。
【００４４】
上部電極２０３は、図１５で示すように、圧電部２０２の＋Ｚ側の面に共通電極として形成されている。
上部電極２０３は、図１４にその断面を示すように、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのそれぞれの上部に設けられており、下部電極２０１とは圧電部２０２と絶縁層１５３とによって絶縁されている。すなわち下部電極２０１と圧電部２０２と、上部電極２０３とが積層して形成されている。このように、下部電極２０１と圧電部２０２と上部電極２０３とが積層して圧電素子２００を形成している。
なお、図１４では、第２圧電駆動部１３１ａのみを特に抜き出して記載しているが、その他の第２圧電駆動部１３１ｂ〜１３１ｆも同様の構成であるため説明を適宜省略する。
【００４５】
また、上部電極２０３は、チタン（Ｔｉ）を下地としてプラチナ（Ｐｔ）を用いた電極である。かかる構成により、上部電極２０３はＰｔの延性によって高温での動作時にも、界面に剥離を生じることなく圧電部２０２に追従する。なお、かかる構成以外にも、例えばＰｔの代わりにＩｒＯ２やＳｒＲｕＯ３などの導電性酸化物やＡｕ等を用いる構成であってもよい。
【００４６】
下部電極２０１は、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのそれぞれに設けられており、それぞれの第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆに対応する第１通電路１５１ａ、第２通電路１５１ｂが配置されている。
下部電極２０１は、すでに述べたように絶縁層１５３に形成された接続孔１５４を介して通電路１５１と接続されている。
接続孔１５４は、上部電極２０３のＸ方向の端部よりも外側にあって、上部電極２０３及び圧電部２０２とは絶縁層１５３によって絶縁される態様で形成されている。なお、接続孔１５４の構成は、かかる構成に限るものではなく、通電路１５１と、下部電極２０１とを接続し、かつ上部電極２０３と絶縁を保つような構成であれば良い。
【００４７】
かかる構成により、上部電極２０３と下部電極２０１との短絡が抑制されている。
【００４８】
上部電極２０３は、互いに隣り合う上部電極２０３同士が連続して接続され、共通電極として複数の圧電部２０２に電圧を印加する。
【００４９】
なお、本実施形態では、圧電部２０２が弾性部であるシリコン活性層１６３の一面（＋Ｚ側の面）のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面（例えば−Ｚ側の面）に設けても良いし、弾性部の一面および他面の双方に設けても良い。
【００５０】
また、ミラー部１０１を第１軸周りまたは第２軸周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー１１１ａ、１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが曲率を有した形状を有していてもよい。
【００５１】
［制御装置の制御の詳細］
次に、可動装置の第１駆動部および第２駆動部を駆動させる駆動装置１１の制御の詳細について説明する。
【００５２】
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を可動させる。
【００５３】
このとき、ミラー部１０１の反射面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。
【００５４】
まず、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および下部電極２０１を介して駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部２０２が変形する。この圧電部２０２の変形による作用により、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが屈曲変形する。その結果、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれを介してミラー部１０１に第１軸周りの駆動力が作用し、ミラー部１０１が第１軸周りに可動する。第１駆動部１１０ａ、１１０ｂに印加される駆動電圧は、駆動装置１１によって制御される。
【００５５】
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可動させることができる。
【００５６】
特に、例えば、正弦波形電圧の周波数がトーションバー１１１ａ、１１１ｂの共振周波数と同程度である約２０ｋＨｚに設定された場合、トーションバー１１１ａ、１１１ｂのねじれによる機械的共振が生じるのを利用して、ミラー部１０１を約２０ｋＨｚで共振振動させることができる。
【００５７】
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。
【００５８】
図１８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。
【００５９】
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１８（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａが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。
【００６０】
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、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１８（ｂ）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。
【００６１】
図１８（ａ）、（ｂ）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軸周りの振れ角を大きくすることができる。
このとき、すでに述べたように、圧電駆動部群Ａを構成する第２圧電駆動部に接続されるのが第１通電路１５１ａであり、圧電駆動部群Ｂを構成する第２圧電駆動部に接続されるのが第２通電路１５１ｂである。
【００６２】
例えば、図１２に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが、第１支持部の中心点に対して第１支持部に点対称で接続されている。そのため、圧電駆動部群Ａに駆動電圧を印加すると、第２駆動部１３０ａでは第１支持部と第２駆動部１３０ａの接続部に＋Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、第２駆動部１３０ｂでは第１支持部と第２駆動部１３０ｂの接続部に−Ｚ方向に動かす駆動力が生じ、可動量が累積されてミラー部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。
【００６３】
また、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の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【００６４】
図１８（ａ）〜図１８（ｂ）を連続的に繰り返すように、図１９に示すように第２圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、ミラー部を第２軸Ｏ２周りに駆動させることができる。
【００６５】
［駆動電圧］
第２駆動部に印加される駆動電圧は、駆動装置によって制御される。
図１９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。
【００６６】
図１９（ａ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａの波形の一例である。図１９（ｂ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧の波形Ｂの一例である。図１９（ｃ）は、駆動電圧Ａの波形と駆動電圧Ｂの波形を重ね合わせた図である。
【００６７】
図１９（ａ）に示すように、圧電駆動部群Ａに印加される駆動電圧Ａ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となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｒＡの比率を駆動電圧Ａのシンメトリという。
【００６８】
図１９（ｂ）に示すように、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂ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となる比率があらかじめ設定されている。このとき、一周期に対するＴｆＢの比率を駆動電圧Ｂのシンメトリという。
また、図１９（ｃ）に示すように、例えば、駆動電圧Ａの波形の周期ＴＡと駆動電圧Ｂの波形の周期ＴＢは、同一となるように設定されている。
【００６９】
なお、上記の駆動電圧Ａおよび駆動電圧Ｂのノコギリ波状の波形は、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など、光偏向器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、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。
【００７０】
さて、従来の光偏向器１３’においては、図２５に例示するように、配線部１５１’は配線に要するスペースを抑制することを目的としてそれぞれの圧電駆動部１３１’上に配置された上部電極２０３’や下部電極２０１’を直列に結ぶように形成されていた。
なお、本従来例において、すでに述べた実施形態と同様の構成については、従来例であることを示すため同一の符号に「’」の記号を付けて示している。
かかる従来構成を回路図として模式的に示すと、図２６のように表される。
【００７１】
このような構成の光偏向器１３’においては、圧電駆動部１３１’の上部電極２０３’または下部電極２０１’が短絡するなどした場合に、短絡箇所Ｐから先には電圧が印加されない。
さらに、それぞれの圧電駆動部１３１’と配線部１５１’とが接続される開口部１５４’等において、一般には接触部分の微小な抵抗成分などに由来する電圧降下が生じるため、ミラー部１０１に近づいていくほど、電位が下がっていく恐れがある。
理想的には、圧電駆動部群Ａ、Ｂのそれぞれには、指定した電圧が等電位でかかることが望ましい。
【００７２】
そこで、本実施形態における通電路１５１は、中途部１５８ａ、ｂにおいて分岐する分岐部１５５ａ、１５５ｂと、分岐部１５５ａ、ｂのそれぞれから下部電極２０１へと接続する電極接続部１５６ａ、ｂと、を有している。なお、図１５（ａ）に示すように、第３通電路１５１ｃも分岐部１５５ｃを有している。
かかる構成により、かりに圧電駆動部１３１の上部電極２０３または下部電極２０１が短絡しても光偏向器１３全体としては動作が継続される。
さらに、このように圧電部２０２と回路的に並列に伸びた延伸部１５７を有するから、延伸部１５７がすべて等電位となって、接触抵抗によって生じる電圧降下の影響を最小化することができる。
【００７３】
本実施形態では、通電路１５１は、第１駆動部１１０ａ、ｂに電圧を印加するために、第１通電路１５１ａ、第２通電路１５１ｂ、第３通電路１５１ｃと独立して形成された一つらなりの通電路である第４通電路１５１ｄを有している。
かかる構成によれば、第１〜第３通電路において短絡が生じてしまったときにも、第１駆動部１１０ａ、ｂに電圧を印加して、第１軸Ｏ１を中心として回動させることができる。
【００７４】
さらに本実施形態では、通電路１５１のうち、第１通電路１５１ａと、第２通電路１５１ｂとは同一平面上に形成されている。
かかる構成により、パターニングによる加工工程の一部が省略されて、複数の配線を通す際にもコストの増加が抑えられる。
また本実施形態では、第１通電路１５１ａの延伸部１５７ａと第２通電路１５１ｂの延伸部１５７ｂとが互いに圧電部２０２を挟んで逆側に配置される。
かかる構成により、配線に必要なスペースが、圧電部２０２の左右で均等になるため、圧電部２０２の左右で重量差が生じることを抑制して、駆動時の安定性が向上する。
【００７５】
次に、本発明の他の構成例について説明する。なお、既に説明した構成と同様の構成には同じ符号を付して、説明を適宜省略する。また、以下の構成例では、下部電極２０１側が共通電極である場合について示す。
上述の例においては、１つの圧電部２０２に対して分岐部１５５ａ、ｂが１つ備えられていたが、図２０に示す構成例においては、１つの圧電部２０２に対して分岐部１５５ａ、ｂが複数備えられている。
【００７６】
図２０（ａ）に示す構成例では、第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂとは、折り返し部２０５上の、圧電部２０２の端部に対向する位置において分岐する分岐部１５５ａ１〜ａ３、１５５ｂ１〜ｂ３を有している。また、分岐部１５５ａ１〜ａ３、１５５ｂ１〜ｂ３によって分岐された電極接続部１５６ａ１〜ａ３、１５６ｂ１〜ｂ３はそれぞれ、上部電極２０３に接続されている。
図２０（ｂ）に示す構成例では、第１通電路１５１ａと第２通電路１５１ｂとは、圧電部２０２の側部に対向する位置において分岐する分岐部１５５ａ１〜ａ５、１５５ｂ１〜ｂ５を有している。また、分岐部１５５ａ１〜ａ５、１５５ｂ１〜ｂ５によって分岐された電極接続部１５６ａ１〜ａ５、１５６ｂ１〜ｂ５はそれぞれ、上部電極２０３に接続されている。
なお、本例においては、分岐部１５５ａ、ｂの数を３つまたは５つとしているが、これに限られない。
【００７７】
本例においては、複数の電極接続部１５６ａ、ｂが上部電極２０３に接続されているため、圧電素子２００の一部に短絡が生じてしまったときに、圧電素子２００の、短絡が生じた部分以外の部分に電圧が印加される。つまり、圧電素子２００の、短絡が生じた部分以外の部分については駆動させることが可能であるため、振れ角を維持するための電圧上昇分が上述の例よりも抑えられ、光偏向器１３の寿命が向上するという利点が得られる。
なお、図２０（ａ）に示す構成例よりも図２０（ｂ）に示す構成例の方が、光偏向器１３の長寿命化に有利である。その理由としては、圧電素子２００はＸ方向よりもＹ方向に長いため、図２０（ｂ）に示す構成例の方が電極接続部１５６ａ、ｂを分散して設けることが可能であることなどが挙げられる。
【００７８】
図２１に示す構成例においては、図２０に示す構成例においてさらに、圧電素子２００が複数に分割されている。
例えば、図２１（ａ）に示すように、分岐部１５５ａ、ｂが、圧電素子２００の端部に対向する位置にあるときには、圧電素子２００は、長手方向であるＹ方向に沿って分割され、圧電素子２００ａ〜ｃが形成される。また、電極接続部１５６ａ１〜ａ３、１５６ｂ１〜ｂ３はそれぞれ、圧電素子２００ａ〜ｃのそれぞれに接続されている。
図２１（ｂ）に示すように、分岐部１５５ａ、ｂが、圧電素子２００の側部に対向する位置にあるときには、圧電素子２００は、長手方向と交差する方向であるＸ方向に沿って分割され、圧電素子２００ａ〜ｅが形成される。また、電極接続部１５６ａ１〜ａ５、１５６ｂ１〜ｂ５はそれぞれ、圧電素子２００ａ〜ｅのそれぞれに接続されている。
なお、本例においては、圧電素子２００の分割の数を３分割または５分割としているが、これに限られない。また、分岐部１５５ａ、ｂの数と圧電素子２００の分割の数とは対応している。
【００７９】
本例においては、複数の電極接続部１５６ａ、ｂがそれぞれ、分割された圧電素子２００のそれぞれに接続されているため、圧電素子２００の一部が短絡したとしても、その影響は分割された圧電素子２００のうちの一片のみに限定される。つまり、分割された圧電素子２００のうち、短絡が生じた部分を有する一片以外のその他の圧電素子２００については駆動させることが可能であるため、振れ角を維持するための電圧上昇分が抑えられ、光偏向器１３の寿命が向上するという利点が得られる。
なお、安全性の観点からは、図２０に示す構成例よりも本例の方が有利である。
【００８０】
本例においては、図２２（ｃ）に示すように、圧電素子２００は、上部電極２０３から下部電極２０１まですべて分割されているが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、図２２（ａ）に示すように、上部電極２０３のみを分割する構成であってもよいし、図２２（ｂ）に示すように、上部電極２０３と圧電部２０２とを分割する構成であってもよい。この場合、図２２（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に安全性が高くなっていく。
【００８１】
以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、上述した実施形態およびその変形例は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態およびその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。
例えば、上記実施形態およびその変形例では、駆動装置１１は圧電部に常に正の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加しているが、圧電部に駆動電圧が印加されて圧電部の変形が生じる構成であれば、これに限られない。例として、駆動装置１１は、圧電部に常に負の電圧値を有する波形の駆動電圧を印加してもよいし、正の電圧値と負の電圧値を交互に印加してもよい。
【００８２】
上記実施形態およびその変形例では、光偏向器１３は図１２に示すように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂから＋Ｘ方向に向かって第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが延びる片持ちタイプの光偏向器を用いているが、電圧印加された圧電部により反射面１４を可動させる構成であれば、これに限られない。
例えば、図２３に示すような両もち梁構成であっても良いし、図２４に示すように、ミアンダ構造の蛇行状梁部に直接ミラー部が形成されていても良い。
【００８３】
上記実施形態およびその変形例では、単一の光源装置１２を用いた光偏向装置３００についてのみ説明したが、複数の光源装置を用いて複数の色で走査を行う光偏向装置としてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…光走査システム、１１…駆動装置、１２…光源装置、１３…光偏向器、１４…反射面、１５…被走査面、３０…制御部（制御手段の一例）、３１…駆動信号出力部（印加手段の一例）、１０１…可動部（ミラー部）、１０２…ミラー基体、１１０ａ、１１０ｂ…第１駆動部ａ、ｂ、１１１ａ、ｂ…トーションバーａ、ｂ、１１２ａ、１１２ｂ…第１圧電駆動部、１２０…第１支持部、１３０ａ、１３０ｂ…第２駆動部、１３１ａ〜１３１ｆ…第２圧電駆動部ａ、１３２ａ〜１３２ｆ…第２圧電駆動部ｂ、１４０…第２支持部、１５１…配線部（通電路）、１５１ａ…第１パターン（第１通電路）、１５１ｂ…第２パターン（第２通電路）、１５１ｃ…第３パターン（第３通電路）、１５１ｄ…第４パターン（第４通電路）、１５３…絶縁膜（絶縁層）、１５４…接続孔、１５５ａ、ｂ、ｃ…分岐部、１５６ａ、ｂ、ｃ…電極接続部、１５７ａ、ｂ、ｃ…延伸部、１５８ａ、ｂ…中途部、１６１…シリコン支持層、１６２…酸化シリコン層、１６３…シリコン活性層、２００…圧電素子、２０１…下部電極、２０２…圧電部材（圧電部）、２０３…上部電極、３００…光偏向装置、４００…移動体（自動車）、５００…ヘッドアップディスプレイ装置（画像投影装置）、６００…光走査装置、６５０…レーザプリンタ（画像形成装置）、７００…レーザレーダ装置（物体認識装置）、８０２…筐体部（パッケージ）、Ｌ…光
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２０１４−１２６７１５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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【図２５】
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【図２６】
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