(57)【要約】【課題】誤検知のリスクを抑えつつ故障を予見することが可能な光偏向システムおよび故障判定方法を提供する。【解決手段】本発明の光偏光システムは、光源からの光を反射する反射面を有するミラーと、ミラーを支持する可動枠と、可動枠を回転駆動するためのカンチレバーと、カンチレバーに設けられ、かつ、可動枠を回転駆動する駆動力を発生させるための複数の圧電部材と、複数の圧電部材に含まれる第１の圧電部材および第２の圧電部材の各々が共通に接続されるグランド配線を流れる電流を検知する電流検知部と、電流検知部により検知される電流の位相に基づいて、第１の圧電部材を流れる第１の電流と、第２の圧電部材を流れる第２の電流と、を識別し、第１の電流と第２の電流に基づいて、第１の圧電部材または第２の圧電部材の故障の発生を検知する故障検知部と、を備える。【選択図】図１７
2018146940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を反射する反射面を有するミラーと、
前記ミラーを支持する可動枠と、
前記可動枠を回転駆動するためのカンチレバーと、
前記カンチレバーに設けられ、かつ、前記可動枠を回転駆動する駆動力を発生させるための複数の圧電部材と、
前記複数の圧電部材に含まれる第１の圧電部材および第２の圧電部材の各々が共通に接続されるグランド配線を流れる電流を検知する電流検知部と、
前記電流検知部により検知される電流の位相に基づいて、前記第１の圧電部材を流れる第１の電流と、前記第２の圧電部材を流れる第２の電流と、を識別し、前記第１の電流と前記第２の電流に基づいて、前記第１の圧電部材または前記第２の圧電部材の故障の発生を検知する故障検知部と、を備える、
光偏向システム。
【請求項２】
前記第１の圧電部材および前記第２の圧電部材の各々に駆動電圧を印加するための駆動部をさらに備え、
前記第１の圧電素子に印加される第１駆動電圧、および、前記第２の圧電素子に印加される第２駆動電圧の各々の波形および位相は互いに異なる、
請求項１に記載の光偏向システム。
【請求項３】
前記故障検知部は、前記第１駆動電圧に対応する基準電流値から実際に流れた前記第１の電流の電流値の差分を示す第１のオフセットが閾値を超える場合は、前記第１の圧電部材の故障の発生を検知する、
請求項１または２に記載の光偏向システム。
【請求項４】
前記故障検知部は、前記第２駆動電圧に対応する基準電流値から実際に流れた前記第２の電流の電流値の差分を示す第２のオフセットが閾値を超える場合は、前記第２の圧電部材の故障の発生を検知する、
請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の光偏向システム。
【請求項５】
前記故障検知部は、前記第１の電流および前記第２の電流の履歴を記録するための記憶素子を有する、
請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の光偏向システム。
【請求項６】
光源からの光を反射する反射面を有するミラーと、
前記ミラーを支持する可動枠と、
前記可動枠を回転駆動するためのカンチレバーと、
前記カンチレバーに設けられ、かつ、前記可動枠を回転駆動する駆動力を発生させるための複数の圧電部材と、を備える光偏向システムによる故障判定方法であって、
前記複数の圧電部材に含まれる第１の圧電部材および第２の圧電部材の各々が共通に接続されるグランド配線を流れる電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流検出ステップにより検出される電流の位相に基づいて、前記第１の圧電部材を流れる第１の電流と、前記第２の圧電部材を流れる第２の電流と、を識別し、前記第１の電流と前記第２の電流に基づいて、前記第１の圧電部材または前記第２の圧電部材の故障の発生を検知する故障検知ステップと、を有する、
故障判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向システムおよび故障判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光制御素子としてのＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）の利用例としては反射ミラーを持つ二次元ＭＥＭＳスキャナが知られている。例えば車載ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、交通情報や目的地までの経路などの画像をフロントガラス方向に表示し運転者の運転を支援する装置である。作像において、レーザースキャナ方式は色再現性が他方式より優れ、次世代のＨＵＤ採用が期待されている。
【０００３】
ところでＭＥＭＳは耐久性に課題がありゼロ故障の実現が難しいため、故障したときに問題を引き起こさない安全システムの設計が求められる。安全性確保の観点からすると、故障の発生後に処置を施すのでは無く、事前に故障を予見することが望ましい。例えば特許文献１には、ＭＥＭＳデバイスの可動部の機械的応答性をモニタして故障の前駆現象を捉えるために、可動部に励振される微小振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段の出力に基づいて可動部の動特性を解析する手段を持つ構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された技術では、振動という外因の影響を受けやすい特性によって故障を予見することによる誤検知のリスクがある。つまり、従来においては、誤検知のリスクを抑えつつ故障を予見することができないという問題がある。
【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に、本発明は、光源からの光を反射する反射面を有するミラーと、前記ミラーを支持する可動枠と、前記可動枠を回転駆動するためのカンチレバーと、前記カンチレバーに設けられ、かつ、前記可動枠を回転駆動する駆動力を発生させるための複数の圧電部材と、前記複数の圧電部材に含まれる第１の圧電部材および第２の圧電部材の各々が共通に接続されるグランド配線を流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出される電流の位相に基づいて、前記第１の圧電部材を流れる第１の電流と、前記第２の圧電部材を流れる第２の電流と、を識別し、前記第１の電流と前記第２の電流に基づいて、前記第１の圧電部材または前記第２の圧電部材の故障の発生を検知する故障検知部と、を備える光偏向システムである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、誤検知のリスクを抑えつつ故障を予見することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、光走査システムの一例の概略図である。
【図２】図２は、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】図３は、駆動装置の一例の機能ブロック図である。
【図４】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。
【図５】図５は、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】図６は、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】図７は、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】図８は、光書込装置の一例の概略図である。
【図９】図９は、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】図１０は、レーザレーダ装置の一例の概略図である。
【図１１】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１２】図１２は、光偏向器の一例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す光偏向器のＰ−Ｐ’断面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示す光偏向器のＱ−Ｑ’断面図である。
【図１５】図１５は、光偏向器の第２駆動部の変形を模式的に表した模式図である。
【図１６】図１６（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の波形の一例を示すグラフである。図１６（ｂ）は、光偏向器の圧電駆動部群に印加される駆動電圧の波形の一例を示すグラフである。図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の駆動電圧の波形と図１６（ｂ）の駆動電圧の波形を重ね合わせた一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、光偏向システムの構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、圧電部と配線構造を模式的に示す図である。
【図１９】図１９は、第１駆動電圧および第２駆動電圧の各々の駆動波形を示す図である。
【図２０】図２０は、グランド配線で検知される電流の波形を示す図である。
【図２１】図２１は、第１の圧電部のリークによる電流が増大していることを表す図である。
【図２２】図２２は、第１駆動電圧と第２駆動電圧の同期の取り方を説明するための図である。
【図２３】図２３は、第１の電流および第２の電流の各々の経時的変化の履歴の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光偏向システムおよび故障判定方法の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
［駆動装置］
このうち、駆動装置１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）２１
、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２２、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
［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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
［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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
［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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
［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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、投射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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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。
【００５５】
図１１に示すように、光偏向器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の一部が透過部材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。
【００５６】
次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投影装置、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。
【００５７】
［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。図１２は、２軸方向に光偏向可能な両持ちタイプの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。
【００５８】
図１２に示すように、光偏向器１３は、入射した光を反射するミラー部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軸周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、ミラー部１０１および第１駆動部１１０を支持する第１支持部１２０と、第１支持部１２０に接続され、ミラー部１０１および第１支持部１１０をＸ軸に平行な第２軸周りに駆動する第２駆動部１３０ａ、１３０ｂと、第２駆動部１３０を支持する第２支持部１４０と、第１駆動部１１０および第２駆動部１３０および駆動装置１１に電気的に接続される電極接続部１５０と、を有する。
【００５９】
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等を形成することで、各構成部が一体的に形成されている。なお、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。
【００６０】
ＳＯＩ基板は、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層の上に酸化シリコン層１６２が設けられ、その酸化シリコン層の上にさらに単結晶シリコンからなる第２のシリコン層が設けられている基板である。以降、第１のシリコン層をシリコン支持層１６１、第２のシリコン層をシリコン活性層１６３とする。
【００６１】
シリコン活性層１６３は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層１６３のみで構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
【００６２】
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。
【００６３】
ミラー部１０１は、例えば、円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から構成される。反射面１４は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。また、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から構成され、可動によって生じる反射面１４の歪みを抑制することができる。
【００６４】
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１２０の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、から構成される。
【００６５】
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から構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。上部電極２０３および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。
【００６６】
図１２に戻り、第１支持部１２０は、例えば、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３から構成され、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。
【００６７】
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆから構成されており、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っている。
【００６８】
図１４に示すように、第２圧電駆動部１３０ａ、１３０ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。上部電極２０３および下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる。
【００６９】
図１２に戻り、第２支持部１４０は、例えば、シリコン支持層１６１、酸化シリコン層１６２、シリコン活性層１６３から構成され、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。
【００７０】
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の各上部電極２０３および各下部電極２０１，および駆動装置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または下部電極２０１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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
さらに、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いずれかに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。
【００７４】
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および電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。なお、絶縁層は絶縁性を有する部材であればよく、また、反射防止材としての機能を備えさせてもよい。
【００７５】
［駆動装置の制御の詳細］
次に、光偏向器の第１駆動部および第２駆動部を駆動させる駆動装置の制御の詳細について説明する。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
次に、図１５および図１６を参照して、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。
【００８３】
図１５は、光偏向器１３の第２駆動部１３０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。
【００８４】
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、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１５（ｉ）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軸周りに可動する。
【００８５】
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、第２圧電駆動部１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは、駆動電圧が並行に印加されると、図１５（ｉｉｉ）に示すように、圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、負の振れ角となるようにミラー部１０１が第２軸周りに可動する。
【００８６】
図１５（ｉ）、（ｉｉｉ）に示すように、第２駆動部１３０ａまたは１３０ｂでは、圧電駆動部群Ａが有する複数の圧電部２０２または圧電駆動部群Ｂが有する複数の圧電部２０２を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。
【００８７】
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軸周りの振れ角度を大きくすることができる。
【００８８】
また、図１５（ｉｉ）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の可動量が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【００８９】
図１５（ｉ）〜図１５（ｉｉｉ）を連続的に繰り返すように第２圧電駆動部に駆動電圧を印加することにより、ミラー部を第２軸周りに駆動させることができる。
【００９０】
［駆動電圧］
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂ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１６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または第１駆動電圧と称する場合がある）、圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧（以下、駆動電圧Ｂまたは第２駆動電圧と称する場合がある）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。
【００９１】
図１６（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１６（ｂ）は、光偏向器の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例である。図１６（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。
【００９２】
図１６（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。
【００９３】
図１６（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１６（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。
【００９４】
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。
【００９５】
ここで、図１７に示すように、本実施形態の光偏向器１３には、圧電部材の一例である圧電部２０２の故障を検知する機能を有する駆動装置１１が接続されている。ここでは、光偏向器１３と、駆動装置１１とを含んで本発明の光偏光システムの一例である光偏光システム２０００が構成される。
【００９６】
以下では、圧電駆動部群Ａに含まれる複数の圧電部２０２の各々を「第１の圧電部２０２Ａ（「第１の圧電部材」に相当）」と称し、圧電駆動部群Ｂに含まれる複数の圧電部２０２の各々を「第２の圧電部２０２Ｂ（「第２の圧電部材」に相当）」と称する。以下では両者を区別しない場合は、単に「圧電部２０２」と称する。本実施形態では、第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂの各々には、それぞれ独立した駆動電圧（第１駆動電圧、第２駆動電圧）が印加され、それぞれのグランド側は共通のグランド配線に接続されている。説明の便宜上、図１７では、第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂは１つずつ示されているが、実際には、それぞれが複数個ずつ存在する。
【００９７】
図１８は、圧電部２０２と配線構造を模式的に示す図である。副走査方向において第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂの各々へ給電するには、図に示すＡ−ＧＮＤの各端子からの配線が接続された第１の圧電部２０２Ａ、および、Ｂ−ＧＮＤの各端子からの配線が接続された第２の圧電部２０２Ｂの各々へ駆動電圧を印加する。ここでは、ＧＮＤの端子から配線されるグランド配線は、第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂに対して共通の配線となる。
【００９８】
圧電部２０２は誘電層であり、通常は高い抵抗値（絶縁抵抗）を有するが、経年劣化によって内部に欠陥が発生し圧電部がショートして動作不良を引き起こす可能性がある。これらの不良は高温環境で加速されることが知られており、１００℃以上を想定する車載環境においてとくに懸念される。
【００９９】
不良のモードとしては、圧電部２０２を構成する圧電材料内部のイオン移動や粒界抵抗の低下、電極と圧電部２０２の密着性が低下することで圧電部２０２にかかる応力が不均一になること、微小な初期不良クラックが存在し圧電部２０２が伸縮を繰り返すことでクラックが成長すること、分極の不均一性により動作時の内部応力が増大することなどが考えられる。また、配線と圧電部２０２への電極を通電している接合部は電流が集中するため発熱量が大きくなり配線をショートさせ動作停止につながる。
【０１００】
図１７の説明を続ける。前述したように、光偏光器１３は、光源装置１２（光源）からの光を反射する反射面１４を有するミラー部１０１（「ミラー」として機能）、ミラー部１０１を支持する第１支持部１２０（「可動枠」として機能）、第１支持部１２０を回転駆動するための第２駆動部１３０ａ、１３０ｂ（「カンチレバー」として機能）を備える。そして、第駆動部１３０ａ、１３０ｂには、第１支持部１２０を回転駆動する駆動力を発生させるための複数の圧電部２０２が設けられている。
【０１０１】
また、図１７の例では、駆動装置１１の構成として本発明に関する構成を主に例示しているが、実際には駆動装置１１は前述の光源装置ドライバ２５などを有している。
【０１０２】
図１７に示すように、駆動装置１１は、光偏向器ドライバ２６と、電流検知部１０１０と、故障検知部１０２０と、を備える。この例では、電流検知部１０１０および故障検知部１０２０の各々の機能は、ＣＰＵ２０やＦＰＧＡ２３等により実現される。なお、これらの機能は専用のハードウェア回路（例えば半導体集積回路等）で実現されてもよいし、ＣＰＵ２０がＲＯＭ２２等に格納されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。
【０１０３】
光偏光器ドライバ２６は、「駆動部」の一例であり、第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂの各々に駆動電圧を印加する。図１７の例では、光偏光器ドライバ２６は、第１駆動電圧を発生する第１駆動電圧発生装置２６０Ａと、第２駆動電圧を発生する第２駆動電圧発生装置２６０Ｂと、を含む。
【０１０４】
図１９は、第１駆動電圧および第２駆動電圧の各々の駆動波形を示す図である。ここでは、第１駆動電圧および第２駆動電圧の各々の波形および位相は互いに異なる。この例では、駆動波形の形状は鋸形であり、第１駆動電圧および第２駆動電圧は、位相差が１８０℃の逆位相の電圧である。また、図２０は、グランド配線で検知される電流の波形を示す図である。
【０１０５】
圧電部２０２である誘電層は、印加電圧Ｖに対してＩ＝Ｃ（ｄＶ／ｄｔ）＜Ｃ：静電容量＞の充放電電流を流すため、電流波形は正と負にピークを持つ。正方向の電流ピークが第１の圧電部２０２Ａに流れる電流（以下、「第１の電流Ａ」と称する）のピークであり、負方向の電流ピークが第２の圧電部２０２Ｂに流れる電流（以下、「第２の電流Ｂ」と称する）のピークである。図２０に示す電流は誘電層の静電容量Ｃによるものなので、故障とは関係がなく、正常な動作をしているときの電流波形である。
【０１０６】
一方、絶縁抵抗の低下があった場合はリーク電流が増加するため、電流波形はリーク電流分がオフセットされて表現される。図２０において、充放電電流が流れる期間に対応する領域に対して左側の領域は第１の圧電部２０２Ａへの駆動電圧（第１駆動電圧）が大きく、右側は第２の圧電部２０２Ｂへの駆動電圧（第２駆動電圧）が大きいので、左側の領域において、第１駆動電圧に対応する基準電流値から、実際に流れた第１の電流Ａの電流値の差分を示すオフセット（以下、「第１のオフセット」と称する）が大きい場合は、第１の圧電部２０２Ａのリークによる電流が増加していることを意味する。また、右側の領域において、第２駆動電圧に対応する基準電流値から、実際に流れた第２の電流Ｂの電流値の差分を示すオフセット（以下、「第２のオフセット」と称する）が大きい場合は、第２の圧電部２０２Ｂのリークによる電流が増加していることを意味する。つまり、電流の位相とオフセットを見ることで、第１の圧電部２０２Ａまたは第２の圧電部２０２Ｂのリークによる電流の状態を検知することができる。図２１は、第１の圧電部２０２Ａのリークによる電流が増大していることを表す図である。なお、オフセットとは、基準となる電流値から実際に流れた電流値の差分である。
【０１０７】
この例では、図２２に示すように、第１駆動電圧と第２駆動電圧は、電圧上昇部の中間点の位相差にて同期をとる。つまり、中間点から電圧のピークまでの位相差を駆動信号として制御する（駆動電圧を印加する制御を行う）。したがって、リーク電流を検知する位相範囲は、駆動信号の設定値に応じて決定することができる。駆動電圧の駆動周波数が５０Ｈｚ、デューティ比５０％の第１駆動電圧の電圧上昇部が８０％とすると、中間点からピーク電圧までの時間（位相差）は２０ｍｓｅｃ×（８０％／２）＝８ｍｓｅｃと算出できる。
【０１０８】
図１７に戻って説明を続ける。電流検知部１０１０は、第１の圧電部２０２Ａおよび第２の圧電部２０２Ｂの各々が共通に接続されるグランド配線を流れる電流を検知する。この例では、グランドに設けられたセンス抵抗を流れる電流値（グランド配線を流れる電流の値に相当）は電圧波形を読み取ることで検知できる。この例では、波形と位相から電流値を検知するので、電流検知部１０１０はデジタイジング測定を行う。サンプリングレートとしては２０μｓｅｃ程度が必要であり、これを処理する性能が、電流検知部１０１０の機能を実現するＣＰＵ２０またはＦＰＧＡ２３に要求される。例えば駆動電圧の駆動周波数を５０Ｈｚとした場合、一周期は０．０２ｓｅｃであり、この区間のデータ点数を１０００とすると、サンプリングレートは２０μｓｅｃとなる。
【０１０９】
故障検知部１０２０は、電流検知部１０１０により検知される電流の位相に基づいて、第１の圧電部２０２Ａを流れる第１の電流Ａと、第２の圧電部２０２Ｂを流れる第２の電流Ｂと、を識別し、第１の電流Ａと第２の電流Ｂに基づいて、第１の圧電部２０２Ａまたは第２の圧電部２０２Ｂの故障の発生を検知する。より具体的には、故障検知部１０２０は、第１のオフセットが閾値を超える場合は、第１の圧電部２０２Ａの故障の発生を検知する。また、故障検知部１０２０は、第２のオフセットが閾値を超える場合は、第２の圧電部２０２Ｂの故障の発生を検知する。また、故障検知部１０２０は、第１の電流Ａおよび第２の電流Ｂの履歴を記録するための記憶素子を有している。ここでは、故障検知部１０２０は、ＭＥＭＳスキャナである光走査システム１０を稼働しながら同時に故障検知を行うことができる。
【０１１０】
故障検知部１０２０は、以上のようにして故障を検知した場合、その旨（アラ―ト）を出力（映像出力でもよいし音声出力でもよい）する制御を行うことができる。また、故障検知部１０２０は、ＭＥＭＳスキャナである光走査システム１０の動作を停止させる制御を行うこともできるし、圧電部２０２への負荷を減らす低負荷モードへ移行するための制御（例えば駆動電圧を低減して走査角を小さくする制御など）を行うこともできる。
【０１１１】
図２３は、第１の電流Ａおよび第２の電流Ｂの各々の経時的変化の履歴の一例を示す図である。図２３の例では、「×」の時点で第１の圧電部２０２Ａの配線が断線して機能停止している。この例では、オフセットが１ｍＡ以上の場合は、いつ故障してもおかしくない状態であることが経験的に判明しているため、上記閾値として「１ｍＡ」が設定されている。なお、これに限らず、圧電部２０２の設計や圧電素子の材質によって故障を予見する判断値は変わってくるため、寿命評価の事前実験などによって電流値と故障の関係を明確にして閾値を設定することができる。また、例えば駆動電圧に応じて閾値を可変に設定することもできるし、温度センサによって検知された温度の変化に応じて閾値を可変に設定することもできる。要するに、閾値は設計条件等に応じて様々な値に設定可能である。
【０１１２】
以上に説明したように、本実施形態では、複数の圧電部２０２に含まれる第１の圧電部２０２Ａ（圧電駆動部群Ａに含まれる圧電部２０２）および第２の圧電部２０２Ｂ（圧電駆動部群Ｂに含まれる圧電部２０２）の各々が共通に接続されるグランド配線で検知される電流の位相に基づいて、第１の圧電部２０２Ａを流れる第１の電流Ａと、第２の圧電部２０２Ｂを流れる第２の電流Ｂと、を識別する。そして、第１の電流Ａと第２の電流Ｂに基づいて、第１の圧電部２０２Ａまたは第２の圧電部２０２Ｂの故障の発生を検知する。これにより、誤検知のリスクを抑えつつ故障を予見することができるという有利な効果を達成できる。
【０１１３】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態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構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、上述の実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【０１１４】
また、上述した実施形態の光走査システム１０で実行されるプログラム（ＣＰＵ２０が実行するプログラム）は、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよいし、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、各種プログラムを、ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１１      駆動装置
１３      光偏向光器
２６      光偏向器ドライバ
２０２Ａ  第１の圧電部
２０２Ｂ  第２の圧電部
１０１０  電流検知部
１０２０  故障検知部
２０００  光偏向システム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１６】
【特許文献１】特開２００６−２８４７４６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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