(57)【要約】【課題】  装置の機械的構造部（構造体）の故障を検知することができる。【解決手段】  光偏向装置は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続されたカンチレバーとを含む構造体と、該カンチレバーに設けられた圧電部２２０と、構造体の故障を検知する故障検知装置１０００と、を備え、該故障検知装置１０００は、圧電部に周期的に変化する電圧を印加する、該電圧（印加信号）の周波数を可変な信号発生器１１００と、印加信号の周波数変化に対する圧電部２２０に流れる電流の変化を検出する電流検出回路１２００と、を含む。この場合、装置の機械的構造部（構造体）の故障を検知することが可能な光偏向装置を提供できる。【選択図】図１６
2018004667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、該ミラー部に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続されたカンチレバーとを含む構造体と、
前記カンチレバーに設けられた圧電体と、
前記構造体の故障を検知する故障検知装置と、を備え、
前記故障検知装置は、
前記圧電体に周期的に変化する電圧を印加する、該電圧の周波数を可変な印加手段と、
前記電圧の周波数変化に対する前記圧電体に流れる電流の変化を検出する検出手段と、を含む光偏向装置。
【請求項２】
前記故障検知装置は、前記電流の変化に基づいて前記構造体の故障の有無を判定する判定手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記印加手段は、前記電圧の周波数を前記カンチレバーの共振周波数を含む所定の周波数範囲で変化させることを特徴とする請求項２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記印加手段は、前記電圧の周波数を変化させるとき前記周波数範囲を周波数掃引することを特徴とする請求項３に記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記電流の変化が前記周波数範囲で極小値をとらないときに前記構造体に故障有りと判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の光偏向装置。
【請求項６】
前記ミラー部と前記トーションバーと前記カンチレバーは、一体成形されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項７】
前記構造体は、前記カンチレバーを支持する支持部を更に含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光偏向装置。
【請求項８】
光により被走査面を走査する光走査装置であって、
光源装置と、
前記光源装置からの光を偏向する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光偏向装置と、を備える光走査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光走査装置と、
前記光走査装置からの光が照射され画像が形成されるスクリーンと、
前記スクリーンを介した画像を形成する光を投射する光学系と、を備える画像投影装置。
【請求項１０】
反射面を有するミラー部と、該ミラー部に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続され圧電体が設けられたカンチレバーとを含む構造体の故障を検知する故障検知方法であって、
前記圧電体に周期的に変化する電圧を、周波数を変化させながら印加する工程と、
前記電圧の周波数変化に対する前記圧電体に流れる電流の変化を検出する工程と、を含む故障検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向装置、光走査装置、画像投影装置及び故障検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、装置の故障や不具合を検知する技術の開発が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、装置内の配線の不具合を検知する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、装置の機械的構造部の故障を検知することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、反射面を有するミラー部と、該ミラー部に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続されたカンチレバーとを含む構造体と、前記カンチレバーに設けられた圧電体と、前記構造体の故障を検知する故障検知装置と、を備え、前記故障検知装置は、前記圧電体に周期的に変化する電圧を印加する、該電圧の周波数を可変な印加手段と、前記電圧の周波数変化に対する前記圧電体に流れる電流の変化を検出する検出手段と、を含む光偏向装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、装置の機械的構造部（構造体）の故障を検知することができる。
【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】制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図４】光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
【図５】ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の一例の概略図である。
【図６】ヘッドアップディスプレイ装置の一例の概略図である。
【図７】光書込装置を搭載した画像形成装置の一例の概略図である。
【図８】光書込装置の一例の概略図である。
【図９】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可動装置の一例の概略図である。
【図１２】可動装置の一例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。
【図１３】図１２のＰ−Ｐ’断面図である。
【図１４】図１２のＱ−Ｑ’断面図である。
【図１５】図１２のＲ−Ｒ’断面図である。
【図１６】故障検知装置の一例のハードウェア構成図である。
【図１７】故障検知処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】圧電駆動と電流検出の配線レイアウトを示す図である。
【図１９】図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は、それぞれミラー部を含む構造体の故障モード１〜３を説明するための図である。
【図２０】圧電体の電気的特性（電流値／印加信号周波数）を示す図である。
【図２１】構造体の故障検知の実施例を説明するための図である。
【図２２】可動装置の変形例（その１）を説明するための図である。
【図２３】可動装置の変形例（その２）を説明するための図である。
【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。
【０００９】
［光走査システム］
まず、本実施形態の制御装置を適用した光走査システムについて、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１には、光走査システムの一例の概略図が示されている。
図１に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１の制御に従って光源装置１２から照射された光を可動装置１３の有する反射面１４により偏向して被走査面１５を光走査するシステムである。
【００１０】
光走査システム１０は、制御装置１１，光源装置１２、反射面１４を有する可動装置１３により構成される。
【００１１】
制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を備えた電子回路ユニットである。可動装置１３は、例えば反射面１４を有し、反射面１４を可動可能なＭＥＭＳ（Micro Electromechanical Systems）デバイスである。光源装置１２は、例えばレーザを照射するレーザ装置である。なお、被走査面１５は、例えばスクリーンである。
【００１２】
制御装置１１は、取得した光走査情報に基づいて光源装置１２および可動装置１３の制御命令を生成し、制御命令に基づいて光源装置１２および可動装置１３に駆動信号を出力する。
光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光源の照射を行う。可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４を１軸方向または２軸方向の少なくともいずれかに可動させる。
【００１３】
これにより、例えば、光走査情報の一例である画像情報に基づいた制御装置１１の制御によって、可動装置１３の反射面１４を所定の範囲で２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する光源装置１２からの照射光をある１軸周りに偏向して光走査することにより、被走査面１５に任意の画像を投影することができる。
なお、可動装置の詳細および本実施形態の制御装置による制御の詳細については後述する。
【００１４】
次に、光走査システム１０一例のハードウェア構成について図２を用いて説明する。
図２は、光走査システム１０の一例のハードウェア構成図である。
図２に示すように、光走査システム１０は、制御装置１１、光源装置１２および可動装置１３を備え、それぞれが電気的に接続されている。
このうち、制御装置１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ２１（Random Access Memory）、ＲＯＭ２２（Read Only Memory）、ＦＰＧＡ２３、外部Ｉ／Ｆ２４、光源装置ドライバ２５、可動装置ドライバ２６を備えている。
【００１５】
ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２１上に読み出し、処理を実行して、制御装置１１の全体の制御や機能を実現する演算装置である。
【００１６】
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。
【００１７】
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および可動装置ドライバ２６に適した制御信号を出力する回路である。
【００１９】
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。
【００２０】
光源装置トライバは、入力された制御信号に従って光源装置１２に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
【００２１】
可動装置ドライバ２６は、入力された制御信号に従って可動装置１３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。
【００２２】
制御装置１１において、ＣＰＵ２０は、外部Ｉ／Ｆ２４を介して外部装置やネットワークから光走査情報を取得する。なお、ＣＰＵ２０が光走査情報を取得することができる構成であればよく、制御装置１１内のＲＯＭ２２やＦＰＧＡ２３に光走査情報を格納する構成としてもよいし、制御装置１１内に新たにＳＳＤ等の記憶装置を設けて、その記憶装置に光走査情報を格納する構成としてもよい。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態に係る制御装置１１は、ＣＰＵ２０の命令および図２に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。
【００２５】
次に、光走査システム１０の制御装置１１の機能構成について図３を用いて説明する。図３は、光走査システムの制御装置の一例の機能ブロック図である。
【００２６】
図３に示すように、制御装置１１は、機能として制御部３０と駆動信号出力部３１とを有する。
【００２７】
制御部３０は、例えばＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、外部装置から光走査情報を取得し、光走査情報を制御信号に変換して駆動信号出力部３１に出力する。例えば、制御部３０は、外部装置等から画像データを光走査情報として取得し、所定の処理により画像データから制御信号を生成して駆動信号出力部３１に出力する。
駆動信号出力部３１は、光源装置１２ドライバ２５、可動装置１３ドライバ２６等により実現され、入力された制御信号に基づいて光源装置１２または可動装置１３に駆動信号を出力する。
【００２８】
駆動信号は、光源装置１２または可動装置１３の駆動を制御するための信号である。例えば、光源装置１２においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えば、可動装置１３においては、可動装置１３の有する反射面１４を可動させるタイミングおよび可動範囲を制御する駆動電圧である。
【００２９】
次に、光走査システム１０が被走査面１５を光走査する処理について図４を用いて説明する。図４は、光走査システムに係る処理の一例のフローチャートである。
【００３０】
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および可動装置１３に出力する。
ステップ１４において、光源装置１２は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行う。また、可動装置１３は、入力された駆動信号に基づいて反射面１４の可動を行う。光源装置１２および可動装置１３の駆動により、任意の方向に光が偏向され、光走査される。
【００３１】
なお、上記光走査システム１０では、１つの制御装置１１が光源装置１２および可動装置１３を制御する装置および機能を有しているが、光源装置用の制御装置および可動装置用の制御装置と、別体に設けてもよい。
【００３２】
また、上記光走査システム１０では、一つの制御装置１１に光源装置１２および可動装置１３の制御部３０の機能および駆動信号出力部３１の機能を設けているが、これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部３０を有した制御装置１１とは別に駆動信号出力部３１を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。なお、上記光走査システム１０のうち、反射面１４を有した可動装置１３と制御装置１１により、光偏向を行う光偏向システムを構成してもよい。
【００３３】
［画像投影装置］
次に、本実施形態の制御装置を適用した画像投影装置について、図５および図６を用いて詳細に説明する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図６に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５００は、赤色、緑色、青色のレーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂからレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、各レーザ光源に対して設けられるコリメータレンズ５０２，５０３，５０４と、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６と、光量調整部５０７と、から構成される入射光学系を経た後、反射面１４を有する可動装置１３にて偏向される。そして、偏向されたレーザ光は、自由曲面ミラー５０９と、中間スクリーン５１０と、投射ミラー５１１とから構成される投射光学系を経て、スクリーンに投影される。なお、上記ヘッドアップディスプレイ装置５００では、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂ、コリメータレンズ５０２，５０３，５０４、ダイクロイックミラー５０５，５０６は、光源ユニット５３０として光学ハウジングによってユニット化されている。
【００３８】
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。
【００３９】
レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂから発せられる各色レーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ５０２，５０３，５０４で略平行光とされ、２つのダイクロイックミラー５０５，５０６により合成される。合成されたレーザ光は、光量調整部５０７で光量が調整された後、反射面１４を有する可動装置１３によって二次元走査される。可動装置１３で二次元走査された投射光Ｌは、自由曲面ミラー５０９で反射されて歪みを補正された後、中間スクリーン５１０に集光され、中間像を表示する。中間スクリーン５１０は、マイクロレンズが二次元配置されたマイクロレンズアレイで構成されており、中間スクリーン５１０に入射してくる投射光Ｌをマイクロレンズ単位で拡大する。
【００４０】
可動装置１３は、反射面１４を２軸方向に往復可動させ、反射面１４に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この可動装置１３の駆動制御は、レーザ光源５０１Ｒ，５０１Ｇ，５０１Ｂの発光タイミングに同期して行われる。
【００４１】
以上、画像投影装置の一例としてのヘッドアップディスプレイ装置５００の説明をしたが、画像投影装置は、反射面１４を有した可動装置１３により光走査を行うことで画像を投影する装置であればよい。例えば、机等に置かれ、表示スクリーン上に画像を投影するプロジェクタや、観測者の頭部等に装着される装着部材に搭載され、装着部材が有する反射透過スクリーンに投影、または眼球をスクリーンとして画像を投影するヘッドマウントディスプレイ装置等にも、同様に適用することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
［光書込装置］
次に、本実施形態の制御装置１１を適用した光走査装置としての光書込装置について図７および図８を用いて詳細に説明する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図８に示すように、光書込装置６００において、レーザ素子などの光源装置１２からのレーザ光は、コリメータレンズなどの結像光学系６０１を経た後、反射面１４を有する可動装置１３により１軸方向または２軸方向に偏向される。そして、可動装置１３で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ６０２ａと第二レンズ６０２ｂ、反射ミラー部６０２ｃからなる走査光学系６０２を経て、被走査面１５（例えば感光体ドラムや感光紙）に照射し、光書込みを行う。走査光学系６０２は、被走査面１５にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置１２および反射面１４を有する可動装置１３は、制御装置１１の制御に基づき駆動する。
【００４７】
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。
【００４８】
上記光書込装置に適用される反射面１４を有した可動装置１３は、ポリゴンミラー等を用いた回転多面鏡に比べ駆動のための消費電力が小さいため、光書込装置の省電力化に有利である。また、可動装置１３の振動時における風切り音は回転多面鏡に比べ小さいため、光書込装置の静粛性の改善に有利である。光書込装置は回転多面鏡に比べ設置スペースが圧倒的に少なくて済み、また可動装置１３の発熱量もわずかであるため、小型化が容易であり、よって画像形成装置の小型化に有利である。
【００４９】
［物体認識装置］
次に、上記本実施形態の制御装置を適用した物体認識装置について、図９および図１０を用いて詳細に説明する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１０に示すように、光源装置１２から出射されたレーザ光は、発散光を略平行光とする光学系であるコリメートレンズ７０３と、平面ミラー７０４とから構成される入射光学系を経て、反射面１４を有する可動装置１３で１軸もしくは２軸方向に走査される。そして、投光光学系である投光レンズ７０５等を経て装置前方の被対象物７０２に照射される。光源装置１２および可動装置１３は、制御装置１１により駆動を制御される。被対象物７０２で反射された反射光は、光検出器７０９により光検出される。すなわち、反射光は入射光検出受光光学系である集光レンズ７０６等を経て撮像素子７０７により受光され、撮像素子７０７は検出信号を信号処理装置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。
【００５４】
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。
【００５５】
反射面１４を有する可動装置１３は多面鏡に比べて破損しづらく、小型であるため、耐久性の高い小型のレーダ装置を提供することができる。このようなレーダレーダ装置は、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。
【００５６】
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を有した可動装置１３を制御装置１１で制御することにより光走査を行い、光検出器により反射光を受光することで被対象物７０２を認識する装置であればよく、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５７】
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。
【００５８】
［パッケージング］
次に、本実施形態の制御装置により制御される可動装置のパッケージングについて図１１を用いて説明する。
【００５９】
図１１は、パッケージングされた可動装置の一例の概略図である。
【００６０】
図１１に示すように、可動装置１３は、パッケージ部材８０２の内側に配置される取付部材８０２に取り付けられ、パッケージ部材の一部を透過部材８０３で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。さらに、パッケージ内は窒素等の不活性ガスが密封されている。これにより、可動装置１３の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。
【００６１】
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可動装置の詳細および本実施形態の詳細について、図１２〜図２１を用いて説明する。
【００６２】
［可動装置の詳細］
まず、可動装置について図１２〜図１５を用いて詳細に説明する。
【００６３】
図１２は、２軸方向に光偏向可能な片持ちタイプの可動装置の平面図である。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。図１５は、図１２のＲ−Ｒ´断面図である。
【００６４】
図１２に示すように、可動装置１３は、入射した光を反射するミラー部１０１と、ミラー部に接続され、ミラー部をＹ軸に平行な第１軸周りに駆動する第１駆動部１１０ａ、１１０ｂと、ミラー部および第１駆動部を支持する第１支持部１２０と、第１支持部に接続され、ミラー部および第１支持部を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駆動部を支持する第２支持部１５０と、第１駆動部および第２駆動部および制御装置に電気的に接続される電極接続部１６０と、を有する。
【００６５】
可動装置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１６０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。
【００６６】
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１７２が設けられ、その酸化シリコン層１７２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１７１、第２のシリコン層をシリコン活性層１７３とする。
【００６７】
シリコン活性層１７３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１７３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。
【００６８】
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可動装置１３の形成に用いられる部材はＳＯＩ基板に限られない。
【００６９】
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１７３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。
【００７０】
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、１１２ｂ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。
【００７１】
図１３に示されるように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂはシリコン活性層１７３から構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、カンチレバーとして機能する弾性部であるシリコン活性層１７３の＋Ｚ側の面上に下部電極２１０、圧電部２２０、上部電極２３０の順に形成されて構成される。上部電極２３０および下部電極２１０は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ＩｒＯ２（二酸化イリジウム）、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ３：ストロンチウムルテニウムオキサイド）等から構成される。圧電部２２０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。
【００７２】
図１２に戻り、第１支持部１２０は、例えば、シリコン支持層１７１、酸化シリコン層１７２、シリコン活性層１７３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。
【００７３】
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１５０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１５０の接続箇所および第２駆動部１３０ｂと第２支持部１５０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。
【００７４】
図１４に示されるように、第２圧電駆動部１３０ａ、１３０ｂは、カンチレバーとして機能する弾性部であるシリコン活性層１７３の＋Ｚ側の面上に下部電極２１０、圧電部２２０、上部電極２３０の順に形成されて構成される。上部電極２３０および下部電極２１０は、例えば金（Ａｕ）または白金（Ｐｔ）等から構成される。圧電部２２０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。
【００７５】
第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆを折り返し状に接続する連結部１４１ａｂ〜１４１ｅｆ、１４２ａｂ〜１４２ｅｆは、図１５に示されるように、例えばシリコン活性層１７３で形成される。なお、シリコン支持層、酸化シリコン層により構成されていてもよい。
【００７６】
図１２に戻り、第２支持部１５０は、例えば、シリコン支持層１７１、酸化シリコン層１７２、シリコン活性層１７３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。
【００７７】
電極接続部１６０は、例えば、第２支持部１５０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２３０および各下部電極２１０，および制御装置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２３０または下部電極２１０は、それぞれが電極接続部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。
【００７８】
なお、本実施形態では、圧電部２２０が弾性部であるシリコン活性層１７３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。
【００７９】
また、ミラー部を第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。
【００８０】
さらに、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂの上部電極２３０の＋Ｚ側の面上、第１支持部の＋Ｚ側の面上、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂの上部電極２３０の＋Ｚ側の面上、第２支持部の＋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。このとき、絶縁層の上に電極配線を設け、また、上部電極２３０または下部電極２１０と電極配線とが接続される接続スポットのみ、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。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としていの機能も備える。
【００８１】
［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制御装置の制御の詳細について説明する。
【００８２】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが有する圧電部２２０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。
【００８３】
このとき、ミラー部１０１の反射面１４がＸＹ平面に対して＋Ｚ方向または−Ｚ方向へ傾いたときのＸＹ平面と反射面１４により成す角度を、振れ角とよぶ。このとき、＋Ｚ方向を正の振れ角、−Ｚ方向を負の振れ角とする。
【００８４】
まず、第１駆動部を駆動させる制御装置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２２０に、上部電極２３０および下部電極２１０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２２０が変形する。この圧電部２２０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、制御装置１１によって制御される。
【００８５】
そこで、制御装置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。
【００８６】
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。
【００８７】
ここで、本実施形態の光偏向器としての可動装置１３には、図１６に示されるように、ミラー部１０１と第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ（但し圧電部２２０を除く）とを含んで構成される機械的構造部である構造体９００（以下では適宜「デバイス」や「ＭＥＭＳデバイス」とも呼ぶ）の故障を検知する故障検知装置１０００が接続されている。
【００８８】
そこで、可動装置１３と故障検知装置１０００を含んで、本発明の光偏向装置の一例である光偏向装置２０００が構成される。
【００８９】
故障検知装置１０００は、第１圧電駆動部１１２ａに電圧信号を印加する信号発生器１１００と、第１圧電駆動部１１２ａの圧電部２２０（以下では「第１圧電部」とも呼ぶ）に流れる電流の電流値を検出する電流検出回路１２００と、故障有無判定部１３００と、を有する。
【００９０】
ここでは、第１圧電駆動部１１２ａに対して故障検知装置１０００が接続されているが、第１圧電駆動部１１２ｂにも故障検知装置１０００と同様の故障検知装置を接続しても良い。
【００９１】
故障検知装置１０００は、可動装置１３が稼動していないとき（例えばヘッドアップディスプレイ装置の場合には車両がアイドリングモードになり、ＨＵＤ表示がＯＦＦになったとき、要は制御装置１１からの駆動信号が可動装置１３に入力されないとき）に故障検知動作を行う。
【００９２】
図１７には、故障検知装置１０００によって実施される故障検知処理のフローチャートが示されている。以下、このフローチャートを参照して説明する。
【００９３】
信号発生器１１００は、第１圧電部へ印加する電圧信号（以下では「印加信号」や「故障検知用信号」とも呼ぶ）として例えば正弦波を、デバイス固有に設定された所定の周波数範囲内で周波数を変化させながら印加する（ステップＳ２１）。この周波数範囲には、第１圧電駆動部１１２ａのカンチレバーの共振周波数が含まれる。
【００９４】
電流検出回路１２００は、印加信号の周波数毎に第１圧電部に流れる電流を実効値（またはピーク値）で定量的に検出し（ステップＳ２２）、印加信号の周波数（以下では「印加信号周波数」とも呼ぶ）と第１圧電部を流れる電流の電流値の対応関係、すなわち周波数変化に対する電流変化を故障有無判定部１３００に出力する。
【００９５】
故障有無判定部１３００は、電流検出回路１２００の出力と、予めデバイスの故障が無いことが確認された状態で測定され記憶媒体（例えばメモリやハードディスク）に保存されたデバイス固有の周波数変化に対する電流変化とを比較し（ステップＳ２３）、両者が一致する場合に「故障無し」と判定し（ステップＳ２４）、一致しない場合に「故障有り」と判定する（ステップＳ２５）。
【００９６】
より詳細には、故障検知装置１０００は、第１圧電駆動部１１２ａのカンチレバーの共振周波数を含む所定の周波数範囲で周波数を変化させながら（周波数掃引して）電圧を第１圧電部に印加して電流検出を行い、電流値が上記周波数範囲で極小値をとらなかった場合、デバイスが故障していると判定する。ここで、上記周波数範囲は、共振周波数±（該共振周波数の１％〜数％）とすることができ、デバイスの設計によって、例えば共振周波数±（該共振周波数の２％）や共振周波数±（該共振周波数の１％）とすることができる。
【００９７】
なお、故障有無判定部１３００を設けずに、電流検出回路１２００に故障有無判定部の機能を持たせても良い。
【００９８】
次に、故障検知装置１０００における故障検知の仕組みについて説明する。
【００９９】
上述したように、光偏向器としての可動装置１３は、図１２のような２軸走査のための駆動系を持ち、Ｓｉ層（構造材）とＰＺＴ層（圧電体）と金属層（電極）を含んで構成される。
【０１００】
ミラー部１０１は主走査方向に対応する第１軸周りの回転を与えるトーションバー１１１ａ、１１１ｂによって保持され、トーションバーがミラー部１０１の共振周波数で駆動するときに最大の回転角を得る。
【０１０１】
トーションバーはカンチレバー上に配置された主走査駆動用の第１圧電部の変位によってトルクを得て捻転動作を行う。
【０１０２】
ここで、圧電体は、該圧電体が配置された部材を含む構造の共振振動によって変位が決定されるので、圧電体の変位に伴う圧電体の電気的特性は、該圧電体が配置された部材を含む構造の機械的特性（特に共振特性）によって決まる。
【０１０３】
すなわち、圧電体が配置された部材の剛性などの機械的特性が、該圧電体の電気的特性に影響することから、この電気的特性を随時計測することにより、該部材の機械的特性が本来の正常な（故障の無い）特性であるか否かを判定できる。
【０１０４】
そこで、本実施形態の構造体９００のように、圧電体が配置されているカンチレバーにミラー部やトーションバーが連続した構造体では、いずれかに機械的故障が発生した場合にもカンチレバーの機械的特性が変化して、圧電体に流れる電流の特性が変化する。
【０１０５】
そこで、取得した圧電体の電流特性と、構造体の機械的特性が正常な（故障の無い）場合の電流特性を比較すれば、構造体の故障の有無がわかる。
【０１０６】
図１８には、圧電駆動と電流検出の配線レイアウトが示されている。
【０１０７】
図１８において、２つの電極接続部１６０にそれぞれ一端が接続された２本の配線は、それぞれ両側の、複数の第２圧電駆動部を含む蛇行部に沿って這い回され、中央部にある第１圧電駆動部１１２ａに他端が接続される。
【０１０８】
図１８において一方の配線（実線）は、一端がグランド接続用の電極接続部１６０に接続され、他端が第１圧電駆動部１１２ａの上部電極２３０に接続されている。
【０１０９】
図１８において他方の配線（破線）は、信号発生器１１００からの故障検知用信号及び可動装置ドライバ２６からの駆動信号の一方が例えばスイッチ装置を介して選択的に入力される電極接続部１６０に一端が接続され、他端が下部電極２１０に接続されている。ここでは、故障検知用信号と駆動信号を同一の配線を用いて選択的に伝送することにしているが、故障検知用信号及び駆動信号をそれぞれ伝送するための２本の配線を用意しても良い。
【０１１０】
ここでは、第１圧電駆動部１１２ａの圧電部２２０（第１圧電部）に流れる電流を検出するために、グランド接続用の電極接続部１６０にセンス抵抗を直列に接続し、該センス抵抗にかかる電圧を測定する。
【０１１１】
センス抵抗は第１圧電部と比べて十分に低抵抗とする（例えば第１圧電部の抵抗が１００ｋΩのとき、センス抵抗は１ｋΩ程度とする）。
【０１１２】
図１８において、第１圧電駆動部１１２ｂへの配線は、第１圧電駆動部１１２ａと共通の配線であっても良いし、異なる配線であっても良い。
【０１１３】
配線を共通とした場合、電流検出は共通のグランド配線で行なうので第１圧電駆動部の１１２ａ、１１２ｂの圧電部２２０のどちらが故障したかは判別できないが、それぞれが独立した配線の場合、どちらの圧電部が故障したかを判別できる。
【０１１４】
また、独立した配線の場合は、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂの圧電部２２０に流れる電流の差分によって圧電部２２０の故障をモニタすることができる。
【０１１５】
ところで、ＭＥＭＳデバイスである構造体９００はＳｉを構造材としており、破壊応力以上の外部応力が生じた場合や、製造時の加工損で十分な強度がない場合には使用の途中で折れ等の故障を生じる可能性がある。
【０１１６】
図１９を用いて、構造体９００の機械的特性が正常な状態から変化した異常な状態である故障モード１〜３について説明する。故障モード１〜３は、故障検知装置１０００によって検知されることが想定される構造体９００の故障の具体例である。
【０１１７】
図１９（ａ）には、故障モード１としてカンチレバーの折れが示されている。図１９（ｂ）には、故障モード２としてトーションバーの折れが示されている。図１９（ｃ）には、故障モード３としてミラー部の割れが示されている。
【０１１８】
このような故障が生じた場合、カンチレバーに関わる剛性や支持量が変化するため、カンチレバーが固有にもつ共振周波数が変化する。または、故障の予兆となる構造材の力学的な特性変化が、該共振周波数に影響する。
【０１１９】
図２０には、圧電体の電気的特性（電流値［a.u.］／印加信号周波数［Hz］）がグラフにて示されている。
【０１２０】
図２０のグラフは、故障がないことが確認されているＭＥＭＳスキャナを用いて、主走査駆動用の圧電体に正弦波を周波数掃引して印加したときに該圧電体に流れる電流値を検出してプロットしたものである。
【０１２１】
ここでは、１７．６ｋＨｚを中心に前後３５２Ｈｚほど周波数を掃引して電流値を検出している。
【０１２２】
１７．５６ｋＨｚ付近で電流値が小さくなっており、この周波数はカンチレバーの共振周波数（設計値）である。
【０１２３】
カンチレバー上の圧電体の変位により、圧電体の電気的特性は変化する。
【０１２４】
電気的特性の変化の原因は圧電体の上下電極間距離が長くなること、圧電体の歪み量が最大になることなどである。
【０１２５】
カンチレバーの共振周波数は、カンチレバーとその接続部の機械的構成に固有であり、カンチレバーと該カンチレバーに接続されているトーションバー、トーションバーに支持されているミラー部によって決定される。
【０１２６】
これらの構成部材が破損や機械的に劣化した場合、カンチレバーの共振周波数は変化する。
【０１２７】
圧電体の変位はカンチレバーの共振によるものなので、カンチレバーの共振特性が変われば図２０にプロットされたような圧電体の電気的特性は失われる。
【０１２８】
電流検出回路１２００が、周波数を掃引する周波数範囲は、ＭＥＭＳデバイスである構造体９００の使用環境によって異なる。
【０１２９】
構造体９００が故障していなくても通常使用における環境（温度変動や経時劣化等）の影響でカンチレバーの共振周波数は設計値から変動するため、該変動が想定される周波数範囲、特にカンチレバーの共振周波数の設計値を含む周波数領域を掃引する必要がある。
【０１３０】
周波数範囲を設定する基準となるのは、温度変動や経時劣化による構造体（主にシリコン）のヤング率変化や付着物などによる重量変化で変動する共振周波数である。
【０１３１】
例えば車載環境における−４０℃〜１５０℃という温度環境でシリコンの温度特性を考えたとき、共振周波数の変動は１００〜１５０Ｈｚ程度である。
【０１３２】
封止パッケージ内でデバイスを使用した場合、付着物などによる重量変化はほぼなしと想定される。
【０１３３】
このため、圧電体が成膜されている部位（カンチレバー）の共振特性を計測することによって、構造体９００の故障を検知することができる。
【０１３４】
以上の説明から分かるように、圧電体の電気特性の周波数依存性を検知することで、構造材が製造時に有する共振特性（設計時の共振特性）を維持しているか否か、すなわち機械的な故障の有無を確認できる。
【０１３５】
次に、本実施形態の実施例について図２１を用いて説明する。なお、図２１のグラフは、図２０のグラフを縮小したものである。
【０１３６】
構造体９００の故障検知は、第１圧電駆動部に駆動信号とは異なる電圧信号である故障検知用信号を印加する必要があり、可動装置１３の稼働と同時には実施できないため、可動装置１３の非稼動時に行われる。
【０１３７】
例えば可動装置１３がＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）に用いられる場合において車両から電源供給を受ける場合は、車両がアイドリング時などＨＵＤの投影がＯＦＦになるタイミングに故障検知装置１０００による故障検知を行うことができる。
【０１３８】
例えば、運転者がエンジンをかけるタイミングで故障検知すれば、スタートアップとして数秒の時間をとってもユーザにストレスがかからないし、構造体９００に故障がないことを確認してからレーザ光源を点灯することで運転者の安全性を確保することができる。
【０１３９】
また、可動装置１３が独自に電源を持っている場合は、駐車中や夜間の定時に検知を行うなど定期的に故障の有無を判定できる。この判定は、故障有無判定部としての判定回路によって行うことができる。
【０１４０】
故障があった場合は、別の表示パネルでアラートを出して運転者に知らせること、リモートの保守サービス拠点に通信して故障を知らせるなどの対応を行なうことが考えられる。
【０１４１】
電流検出のための印加信号（故障検知用信号）は、例えば正弦波の３Ｖ（実効電圧又はピーク電圧）、周波数を掃引する際の周波数分解能は例えば１Ｈｚである。
【０１４２】
デバイス固有の共振周波数（カンチレバーの共振周波数）の設計値が１７．５６ｋＨｚのとき、例えば１７．４６〜１７．６６ｋＨｚの周波数範囲（設計値±１００Ｈｚ）で印加信号を掃引する。
【０１４３】
印加電圧、周波数分解能、周波数掃引範囲はデバイス固有の特徴によるので、適切な数値を任意に設定する。
【０１４４】
電流検出回路はＲＭＳコンバータを用いるか、波形を読み取りピーク値を検出できるようにする。
【０１４５】
電流値は主に圧電体の静電容量に依存するので、電流検出回路を設計する際に参考にできる。
【０１４６】
電気特性の変動特性を学習して市場データを蓄積することにより、故障前に故障を予知する取り組みを構築することも可能である。
【０１４７】
以上説明したように、ＭＥＭＳスキャナとしての可動装置１３は、反射面１４を有するミラー部１０１と、該ミラー部１０１に接続されたトーションバーと、該トーションバーに自由端が接続されたカンチレバーと、該カンチレバーに設けられた圧電体と、カンチレバーの固定端を支持する第１支持部１２０と、を備え、反射面１４に入射された光を偏向する光偏向器である。
【０１４８】
可動装置１３では、カンチレバー上の圧電体が変位することでカンチレバーが振動し、この振動がトーションバーを介してミラー部に伝達されることで、ミラー部が往復回転（振動）する。
【０１４９】
カンチレバーの振動の周波数がミラー部の共振周波数に一致したとき、ミラー部の回転角が最大になり、エネルギー効率的にもっとも優位にミラー部の回転角が得られる。そこで、実使用ではミラー部の共振周波数が圧電体に印加される駆動信号の周波数として用いられることが多い。
【０１５０】
一方、カンチレバーはミラー部とは異なる帯域に共振周波数を持ち、圧電体への印加信号の周波数が該カンチレバーの共振周波数に一致したとき、圧電体の変位は最大になる。
【０１５１】
ところで、圧電体は誘電体であり、変位をして形状が変われば結晶構造や内部ひずみ量の変化から電気的特性が変化する。
【０１５２】
また、誘電体である圧電体が上下を２枚の極板（金属電極）ではさまれた構造は平行板コンデンサであり、静電容量∝（極板面積／極板間距離）であることが知られており、変位が大きくなれば極板間距離が長くなり静電容量が小さくなるため平行板コンデンサから放出される電流値が小さくなる。すなわち、圧電体の変位が最大のとき、該圧電体に流れる電流値が極小（最小）となる。
【０１５３】
すなわち、デバイスに何ら故障が生じていなければ、カンチレバーの振動の周波数が該カンチレバーの共振周波数に一致したとき、すなわち圧電体への印加信号の周波数がカンチレバーの共振周波数に一致したときに圧電体に流れる電流値が極小（最小）となる。
【０１５４】
カンチレバーやトーションバーが折れて形状が変わったり、クラックが入るなどして剛性が変化するなどしてデバイスに故障が生じた場合、カンチレバーの共振周波数が変化するため、デバイス固有の共振周波数での上記特徴的な挙動が起こらない。
【０１５５】
そこで、カンチレバーの共振周波数±（数十〜数百Ｈｚ）の周波数範囲で周波数を変えながら電圧を印加し、周波数毎の電流検知を行い、電流値が上記周波数範囲で極小値をとらなかった場合、デバイスが故障していることがわかる。
【０１５６】
以上説明した本実施形態の光偏向装置２０００は、反射面１４を有するミラー部１０１と、該ミラー部１０１に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続されたカンチレバーとを含む構造体９００と、該カンチレバーに設けられた圧電部２２０（圧電体）と、構造体９００の故障を検知する故障検知装置１０００と、を備え、該故障検知装置１０００は、圧電部２２０に周期的に変化する電圧を印加する、該電圧（印加信号）の周波数を可変な信号発生器１１００（印加手段）と、印加電圧の周波数変化に対する圧電部２２０に流れる電流の変化を検出する電流検出回路１２００（検出手段）と、を含む。なお、「周期的に変化する電圧」としては、例えば正弦波、矩形波、鋸波、台形波、三角波等の電圧を用いることができる。
この場合、電流検出回路１２００の出力に基づいて構造体９００の故障の有無を判定できる。
すなわち、装置の機械的構造部（構造体９００）の故障を検知することができる。
【０１５７】
また、故障検知装置１０００は、圧電部２２０に流れる電流の変化に基づいて構造体９００の故障の有無を判定する故障有無判定部１３００（判定手段）を更に含むことが好ましい。
【０１５８】
また、信号発生器１１００は、印加信号の周波数をカンチレバーの共振周波数を含む所定の周波数範囲で変化させることが好ましい。
この場合、光偏向装置２０００の使用環境の変化によって変動するカンチレバーの共振周波数の変動領域をカバーすることができる。
【０１５９】
さらに、信号発生器１１００は、印加信号の周波数を変化させるとき上記周波数範囲を周波数掃引することが好ましい。
この場合、周波数掃引に対する連続的な電流値変動により、機械特性の変化を確実に検知できる。
【０１６０】
なお、信号発生器１１００は、上記周波数範囲を周波数掃引せずに、例えば上記周波数範囲において所定の周波数間隔で周波数を変化させながら電圧を印加しても良い。この場合、少なくともカンチレバーの共振周波数の設計値の電圧を印加することが好ましい。
【０１６１】
また、故障有無判定部１３００は、圧電部２２０に流れる電流の変化がカンチレバーの上記周波数範囲で極小値をとらないときに構造体９００に故障有りと判定することが好ましい。
【０１６２】
また、ミラー部１０１とトーションバーとカンチレバーは、一体成形されていることが好ましい。
【０１６３】
この場合、ミラー部１０１とトーションバーとカンチレバーのいずれに故障が生じた場合でも、カンチレバーの機械的特性（特に共振特性）にダイレクトに変化が生じるため、その変化を捉えることで、故障を簡単に検知できる。
【０１６４】
また、構造体９００は、カンチレバーを支持する支持部１２０を更に含んでいても良い。支持部１２０に故障が生じた場合にも、カンチレバーの機械的特性（特に共振特性）が変化するため、支持部１２０を故障検知対象に加えることも可能である。
【０１６５】
また、構造体９００をトーションバーの軸に直交する軸周りに駆動する、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを含む駆動系を更に備えることが好ましい。
【０１６６】
また、本実施形態の故障検知方法は、反射面を有するミラー部１０１と、該ミラー部１０１に接続されたトーションバーと、該トーションバーに接続され圧電部２２０（圧電体）が設けられたカンチレバーとを含む構造体９００の故障を検知する故障検知方法であって、圧電部２２０に周期的に変化する電圧（印加電圧）を、周波数を変化させながら印加する工程と、印加電圧の周波数変化に対する圧電部２２０に流れる電流の変化を検出する工程と、を含む。
この場合、検出する工程での検出結果に基づいて構造体９００の故障の有無を判定できる。
すなわち、装置の機械的構造部（構造体９００）の故障を検知することができる。
【０１６７】
また、本実施形態の故障検知方法は、圧電部２２０に流れる電流の変化に基づいて構造体９００の故障の有無を判定する工程を更に含むことが好ましい。
【０１６８】
また、本実施形態の光走査装置（例えば光書込装置６００）は、光により対象物を走査する光走査装置であって、光源装置１２と、該光源装置１２からの光を偏向する可動装置１３と、を備えている。
【０１６９】
また、本実施形態の画像形成装置としてのレーザプリンタ６５０は、感光体ドラム（像担持体）と、該感光体ドラムの表面である被走査面１５を光により走査する光書込装置６００と、を備えている。
【０１７０】
なお、上記光書込装置６００は、感光体ドラムを複数備えるカラープリンタやカラー複写機等の画像形成装置にも適用可能である。このようなカラー対応の画像形成装置には、例えば複数の感光体ドラムに対応して複数の可動装置１３を設けても良い。
【０１７１】
また、本実施形態の画像投影装置としてのヘッドアップディスプレイ装置５００は、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光が照射され画像が形成される中間スクリーン５１０と、該中間スクリーン５１０を介した画像を形成する光を投射する投射ミラー５１１（光学系）と、を備えている。
【０１７２】
また、本実施形態の物体認識装置（レーザレーダ装置）は、光源装置１２及び可動装置１３を有する光走査装置を含む投光系と、該投光系から投光され被対象物７０２（物体）で反射もしくは散乱された光を受光する受光系と、を備えている。
【０１７３】
また、本実施形態の画像投影装置及び物体認識装置の少なくとも一方と、該少なくとも一方が搭載される移動体と、を備える移動体装置を実現することもできる。
【０１７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態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。
【０１７５】
例えば、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光を熱可逆記録媒体（例えばリライタブルラベル）に照射することにより該熱可逆記録媒体を光走査して画像の記録及び消去の少なくとも一方を行っても良い。
【０１７６】
このような画像の記録や消去を行う装置は、熱可逆記録媒体を対象物とする画像書換装置や画像記録装置や画像消去装置として用いることができる。
この場合、熱可逆記録媒体に対して安定して精度良く画像の記録や消去を行うことができる。
【０１７７】
また、光源装置１２及び可動装置１３を含む光走査装置からの光を眼底に照射することにより該眼底を光走査し、該眼底で反射もしくは散乱された光を解析手段で解析しても良い。
【０１７８】
このように眼底に光（例えば弱い赤外線）を照射し戻ってきた光を解析することで、網膜の断層を描き出すことができる。このような装置は「光干渉断層計」と呼ばれ、加齢黄斑変性症や黄斑浮腫、黄斑円孔の診断や、緑内障における視神経繊維の状態を調べる際に用いられる。
【０１７９】
また、上記実施形態では、光偏向器としての可動装置１３は図１２に示されるように、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可動装置を用いているが、電圧印加された圧電部を可動させる構成であれば、これに限られない。例えば図２２に示すように、トーションバー２１１ａ、２１１ｂから＋Ｘ方向に向かって延びる駆動部２４１ａ、２４１ｂおよび−Ｘ方向に向かって延びる駆動部２４１ｃ、２４１ｄを有する両持ちタイプの可動装置を用いてもよい。また、図２３に示すように、ミラー部１０１、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、支持部１２０によって１軸方向のみに反射面１４を可動させる構成の可動装置を用いても良い。
【０１８０】
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１７１および酸化シリコン層１７２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。
【０１８１】
以下に、発明者が上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。
【０１８２】
例えば、車載ヘッドアップディスプレイ（以下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ドライバ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。この方式では、反射ミラーを持つ二次元MEMSスキャナがRGB三色のLD光を走査し画像を作像する。
【０１８３】
前述のMEMSスキャナが故障し動作を停止した場合、MEMSスキャナは入射したレーザ光を静止したミラーで反射して出光してしまう可能性がある。レーザ光は照射面積が小さい上、100mW程度の強度を持つのでユーザーに直接到達すると人体へ悪影響を及ぼす危険性がある。
【０１８４】
そこで、MEMSスキャナが停止した際の安全手段として、故障を検知した場合にレーザ光を遮光する装置が作動するなどの構成が考えられ既に知られている。
【０１８５】
二軸のスキャナでは長軸方向の走査機構と短軸方向の走査機構が異なる場合があり、それぞれ故障のモードが異なることがある。故障をモニタする手段は電流検知（配線のオープンショート）があるが、配線と関係ない部位の故障である構造材の折れ（例えばミラー部を支持するトーションバー等の折れ）は検知できないという問題があった。
【０１８６】
また、特許文献１（特開２０１１−０９５１０４号公報）には、加速度センサに用いられる静電容量式センサについて通常使用する駆動信号ではない故障検知用の診断信号を印加して構成が開示されている。
【０１８７】
しかし、特許文献１では、構造材の折れなどの機械的な故障を検知することはできなかった。
【０１８８】
そこで、発明者は、配線の電流検知（オープンショート）で判定できないＭＥＭＳスキャナの故障モードである構造材の折れ等の破損を検出することを目的として、上記実施形態を発案した。
【符号の説明】
【０１８９】
１２…光源装置、１３…可動装置（光偏向装置の一部）、１０１…ミラー部、１１１ａ、１１１ｂ…トーションバー、１２０…第１支持部（支持部）、１３０ａ、１３０ｂ…第２駆動部（駆動系）、２２０…圧電部（圧電体）、５００…ヘッドアップディスプレイ装置（画像投射装置）、６００…光書込装置、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）、９００…構造体、１０００…故障検知装置、１１００…信号発生器（印加手段）、１２００…電流検出回路（検出手段）、１３００…故障有無判定部（判定手段）、２０００…光偏向装置。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１９０】
【特許文献１】特開２０１１−０９５１０４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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