(57)【要約】【課題】リブにかかる応力を分散することにより走査角を拡大できるようにする。【解決手段】光走査装置１は、光ビームを走査する装置であって、反射部１１と、支持梁１２と、圧電体１３と、を備える。反射部１１は、光ビームを反射させる反射面を有する。支持梁１２は、反射部１１を揺動可能に支持する板状の梁であって、直線状に延びる少なくとも１つの変形部２１と、変形部２１の端部に連結する少なくとも１つの連結部２２と、連結部２２において突出するリブ２３と、を有する。圧電体１３は、支持梁１２における少なくとも変形部２１に固定され、電圧が印加されることにより屈曲して変形部２１を変形させる。リブ２３は、変形部２１をその長手方向に延長した位置に設けられ、その両端部が、変形部２１の長手方向に直交する直交方向において、変形部２１における連結部２２と接続する接続部の外縁よりも外側に位置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを走査する光走査装置（１）であって、
光ビームを反射させる反射面を有する反射部（１１）と、
前記反射部を揺動可能に支持する板状の梁であって、直線状に延びる少なくとも１つの変形部（２１，２１ａ〜２１ｄ，４１）と、前記変形部の端部に連結する少なくとも１つの連結部（２２）と、前記連結部において突出するリブ（２３，３３）と、を有する支持梁（１２）と、
前記支持梁における少なくとも前記変形部に固定され、電圧が印加されることにより屈曲して前記変形部を変形させる圧電体（１３，４３）と、
を備え、
前記リブは、前記変形部をその長手方向に延長した位置に設けられ、その両端部が、前記長手方向に直交する直交方向において、前記変形部における前記連結部と接続する部分である接続部（２５）の外縁よりも外側に位置する、光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置であって、
前記リブは、前記リブの両端部が前記変形部側を向くように湾曲した形状である、光走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光走査装置であって、
前記連結部には、前記直交方向において前記圧電体を挟む両側に、前記リブの両端部のそれぞれと前記圧電体とを前記直交方向において離間させるスリット（３５）が設けられる、光走査装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光走査装置であって、
前記圧電体は、前記接続部における前記圧電体の前記直交方向に沿った幅が、前記変形部の中央部における前記圧電体の前記直交方向に沿った幅よりも狭い、光走査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光走査装置であって、
前記変形部は、前記接続部の前記直交方向に沿った幅が、前記変形部の中央部の前記直交方向に沿った幅よりも狭い、光走査装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光走査装置であって、
前記支持梁は、前記直交方向に間隔を空けて並設された複数の前記変形部と、互いに隣り合う２つの前記変形部の端部同士を連結し、２つの前記変形部に対応する２つの前記リブを有する少なくとも１つの前記連結部と、前記連結部において前記リブとは別に突出する連結リブ（２４，３４）と、を有し、
前記連結リブは、前記リブよりもばね定数が低く、２つの前記リブ同士を連結する形状である、光走査装置。
【請求項７】
車両に搭載されるレーダ装置（１００）であって、
光ビームを照射する照射部（１０１）と、
前記照射部により照射された光ビームを走査する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光走査装置と、
前記光走査装置により走査された光ビームの反射光を受光する受光部（１０２）と、
を備える、レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から入射する光ビームを走査する圧電駆動型の光走査装置、いわゆる光偏向器が知られている。引用文献１には、光ビームを反射させる反射部と、反射部を所定の軸周りに揺動させるミアンダ形状のアクチュエータと、を備える光偏向器が開示されている。アクチュエータは、支持体と、圧電体と、連結部と、リブと、を備える。支持体は、直線状に延びる薄い平板部であって、その長手方向に直交する方向に間隔を空けて複数並設される。圧電体は、支持体のほぼ全面に形成され、電圧が印加されることにより屈曲して支持体を変形させる。連結部は、隣り合う支持体の端部同士を連結する半円状の平板部である。リブは、連結部の剛性を向上させるため、連結部の一方の面において突出するように設けられている。リブは、支持体の長手方向に直交する方向に沿って連結部の一方の端部から他方の端部まで延びる平板状である。換言すると、圧電体の長手方向の延長線上付近にリブの端部が位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３５２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような光走査装置には、活性層、ＢＯＸ層及び支持層が積層された積層構造を有するＳＯＩ基板が材料として用いられる。ＳＯＩ基板は、圧電駆動しやすいように部分的に薄化されている。具体的には、厚さの制御性を上げるために、薄化する部分、例えばリブ以外の部分は活性層からなる膜構成とされ、リブについては活性層、ＢＯＸ層及び支持層の膜構成とされることが一般的である。このように加工された基板に、圧電駆動のための圧電膜が形成される。
【０００５】
ところで、反射部による光ビームの走査角は、圧電膜に印加される電位差を大きくすることで拡大することができる。ただし、ＢＯＸ層は、他の層と比較して破壊応力が小さく、また、他の層と貼り合わせで形成されているため密着性が低い。したがって、大きな応力がかかると、リブのＢＯＸ層で構造破壊が生じることが懸念される。
【０００６】
具体的には、発明者の詳細な検討の結果、圧電体の長手方向に沿った外縁又はその延長線と、リブと、の交差部付近には特に応力が集中しやすいという課題が見出された。例えば上述した光偏向器の場合、圧電体が屈曲すると、支持体の中央部においては、支持体の長手方向に沿った曲げ応力がかかるのみであるのに対し、リブの端部においては、支持体の長手方向に沿った曲げ応力と、長手方向に直交する方向に反る力と、が同時にかかる。このため、圧電体の長手方向に沿った外縁の延長線と、リブと、が交差する交差部に応力が集中しやすくなる。このため、上述した光偏光器では、圧電膜に印加する電位差を大きくすると、リブの端部におけるＢＯＸ層に応力が集中し、リブが破壊してしまうことが懸念される。
【０００７】
なお、リブの破壊を生じにくくしつつ走査角を拡大させる方法として、支持体の長さを長くすること、又は、ミアンダ形状を構成する支持体の本数を増やすことが考えられる。しかし、このような方法で反射部の走査角を拡大しようとすると、支持体の共振周波数が
低下し、外部振動に対して共振し破壊しやすい構造となってしまう。
【０００８】
本開示の一局面は、リブにかかる応力を分散することにより走査角を拡大できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、光ビームを走査する光走査装置（１）であって、反射部（１１）と、支持梁（１２）と、圧電体（１３，４３）と、を備える。反射部は、光ビームを反射させる反射面を有する。支持梁は、反射部を揺動可能に支持する板状の梁であって、直線状に延びる少なくとも１つの変形部（２１，２１ａ〜２１ｄ,４１）と、変形部の端部に連結する少なくとも１つの連結部（２２）と、連結部において突出するリブ（２３，３３）と、を有する。圧電体は、支持梁における少なくとも変形部に固定され、電圧が印加されることにより屈曲して変形部を変形させる。リブは、変形部をその長手方向に延長した位置に設けられ、その両端部が、長手方向に直交する直交方向において、変形部における連結部と接続する接続部の外縁よりも外側に位置する。
【００１０】
このような構成によれば、リブの両端部が交差部から離れるため、リブにかかる応力が分散される。このため、交差部にかかる応力が緩和され、リブが破壊されにくくなる。したがって、リブにかかる応力を分散することにより走査角を拡大することができる。
【００１１】
本開示の一態様は、車両に搭載されるレーダ装置であって、照射部と、上述した光走査装置と、受光部と、を備える。照射部は、光ビームを照射する。光走査装置は、照射部により照射された光ビームを走査する。受光部は、光走査装置により走査された光ビームの反射光を受光する。
【００１２】
このような構成によれば、リブにおける破壊が生じにくい光走査装置を用いて走査角を拡大することのできるレーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】光走査装置が搭載されるレーダ装置の構成図である。
【図２】第１実施形態の光走査装置の構成を示す全体図である。
【図３】第１実施形態の支持梁の一部を示す拡大図である。
【図４】第１実施形態における距離Ｌ１に対するリブのＢＯＸ層にかかる応力比を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の光走査装置の構成を示す全体図である。
【図６】第２実施形態の支持梁の一部を示す拡大図である。
【図７】第２実施形態における距離Ｌ２に対するリブのＢＯＸ層にかかる応力比を示すグラフである。
【図８】第３実施形態の光走査装置の構成を示す全体図である。
【図９】第３実施形態の支持梁の一部を示す拡大図である。
【図１０】第３実施形態における接続部の幅Ｂ１に対する一定の共振周波数での走査角比率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示すレーダ装置１００は、車両に搭載され、照射部１０１と、光走査装置１と、駆動部１０２と、受光部１０３と、制御部１０４と、を備える。
【００１５】
照射部１０１は、光ビームを照射する。
光走査装置１は、照射部１０１により照射された光ビームを走査する。
駆動部１０２は、光走査装置１を駆動させる駆動信号を発信する。
【００１６】
受光部１０２は、光走査装置１により走査された光ビームの反射光を受光する。
制御部１０４は、照射部１０１により照射された光ビームに基づいて、光ビームを反射した物標との相対関係を示す相対値を測定する。
【００１７】
図２に示すように、光走査装置１は、反射部１１と、支持梁１２と、圧電体１３と、を備える。反射部１１及び支持梁１２には、活性層、ＢＯＸ層及び支持層が積層された積層構造を有するＳＯＩ基板が材料として用いられる。
【００１８】
反射部１１は、光ビームを反射させる円形の反射面を有する。反射部１１は、光走査装置１において中央に配置されるように、反射部１１の一部において左右対称に支持梁１２と連結している。
【００１９】
支持梁１２は、反射部１１を揺動可能に支持する板状の梁である。支持梁１２は、変形部２１と、連結部２２と、リブ２３と、連結リブ２４と、を有する。支持梁１２における変形部２１、連結部２２、リブ２３及び連結リブ２４は、ＳＯＩ基板を形状加工することにより一体的に形成されている。
【００２０】
変形部２１は、直線状に延びる長方形状の薄い平板部であり、ＳＯＩ基板において活性層からなる膜構成とされる。変形部２１は、変形部２１の長手方向に直交する直交方向に間隔を空けて複数並設されている。以下の説明では、変形部２１の長手方向に直交する直交方向を方向Ｘとし、変形部２１の長手方向を方向Ｙとする。本実施形態においては、変形部２１は、方向Ｘにおいて反射部１１の左右両側に各４つ並設されている。以下の説明では、変形部２１をそれぞれ反射部１１に近い側から変形部２１ａ〜２１ｄとする。
【００２１】
連結部２２は、薄い平板部であり、ＳＯＩ基板において活性層からなる膜構成とされる。連結部２２は、変形部２１の端部に連結しており、互いに隣り合う２つの変形部２１の端部同士を連結することで、ミアンダ形状を形成する。具体的には、連結部２２は、例えば変形部２１ｂの一方の端部と、隣り合う変形部２１のうち一方の変形部２１ａの当該一方の端部と同じ側の端部と、を連結し、変形部２１ｂの他方の端部と、隣り合う変形部２１のうち他方の変形部２１ｃの当該他方の端部と同じ側の端部と、を連結する。このように連結部２２は、方向Ｙにおける変形部２１の両端部のそれぞれを左右に隣り合う異なる変形部２１の端部と連結する。
【００２２】
リブ２３は、連結部２２において連結部２２の一方の面から垂直に突出する板厚が厚い部分であり、ＳＯＩ基板において活性層、ＢＯＸ層及び支持層の膜構成とされる。リブ２３は、変形部２１を方向Ｙに延長した位置に設けられ、方向Ｘに沿って直線状に延びる。図３に示すように、リブ２３は、その両端部が、方向Ｘにおいて、変形部２１における連結部２２と接続する部分である接続部２５の外縁よりも外側に位置する。
【００２３】
連結リブ２４は、連結部２２においてリブ２３とは別にリブ２３と同じ面に突出する板厚が厚い部分であり、ＳＯＩ基板においてリブ２３と同様に活性層、ＢＯＸ層及び支持層の膜構成とされる。連結リブ２４は、連結部２２の面に直交する方向から見て連結リブ２４の両端部が変形部２１側を向くように湾曲した形状であり、連結部２２に設けられる２つの変形部２１に対応する２つのリブ２３同士を連結する。具体的には、２つのリブ２３の対向する一方の端部がそれぞれ連結リブ２４の両端部に連結される。連結リブ２４は、リブ２３よりも細く形成されているため、リブ２３よりもばね定数が低い。なお、連結部
２２の面に直交する方向とは、方向Ｘ及び方向Ｙに直交する方向である。
【００２４】
圧電体１３は、変形部２１と同様、方向Ｙに沿って直線状に延びる長方形状の薄膜であり、支持梁１２においてリブ２３が設けられる面とは反対側の面に固定される。圧電体１３は、上部電極、圧電膜及び下部電極の３層から構成される。本実施形態では、圧電体１３は、方向Ｘにおいて変形部２１の外縁から少し余白を残して、支持梁１２における余白を除く変形部２１の全面及び連結部２２の一部を覆うように設けられる。連結部２２の一部において圧電体１３は、圧電体１３とは反対面に設けられるリブ２３に重なる位置まで延びている。圧電体１３の材料としては、例えば、上部電極には白金又は金が用いられ、圧電膜にはチタン酸ジルコン酸鉛が用いられ、下部電極には２層となるようにチタン及び白金が用いられる。圧電体１３は、電圧が印加されることにより屈曲して変形部２１を変形させる。これにより、反射部１１が揺動する。
【００２５】
［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態では、リブ２３は、変形部２１を方向Ｙに延長した位置に設けられ、その両端部が、方向Ｘにおいて、接続部２５の外縁よりも外側に位置する。このため、方向Ｙに沿った圧電体１３の外縁の延長線と、リブ２３と、が交差する交差部２６からリブ２３の両端部が離れるので、電圧が印加されることによって圧電体１３が屈曲する際にリブ２３にかかる応力が分散され、リブ２３が破壊されにくくなる。したがって、リブ２３にかかる応力を分散することにより走査角を拡大することができる。図４は、リブ２３の端部と交差部２６との間の距離Ｌ１に対するリブ２３におけるＢＯＸ層にかかる応力比を示すグラフである。ここで、距離Ｌ１が１３５ｕｍの場合、距離Ｌ１が０ｕｍの場合と比較して、リブ２３のＢＯＸ層にかかる応力比が約５０％となるので、走査角を２倍に拡大してもリブ２３が破壊されにくくなる。
【００２６】
（１ｂ）本実施形態では、支持梁１２は、リブ２３よりもばね定数が低く、連結部２２に設けられる２つのリブ２３同士を連結する連結リブ２４を有する。これにより、電圧が印加されることによって圧電体１３が屈曲する際に連結リブ２４が撓むことによりリブ２３にかかる応力が連結リブ２４にも分散される。したがって、連結リブ２４を有しない構成と比較して、更にリブ２３にかかる応力を緩和することができる。
【００２７】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図５及び図６に示すように、第２実施形態では、リブ３３及び連結リブ３４の形状が第１実施形態のリブ２３及び連結リブ２４の形状と異なる。また、第２実施形態では、連結部２２にスリット３５が設けられる点で第１実施形態の構成と異なる。その他、基本的な構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と共通する構成については、同一符号を用いて説明を省略する。
【００２８】
第２実施形態のリブ３３は、連結部２２の面に直交する方向から見て、リブ３３の両端部が変形部２１側を向くように湾曲した形状である。
第２実施形態の連結リブ３４は、連結部２２の面に直交する方向から見て、連結リブ３４の両端部が変形部２１側を向くようにＵ字状であり、２つのリブ３３同士を連結する。具体的には、隣り合う２つのリブ３３の中央部にそれぞれ連結リブ２４の両端部が連結される。
【００２９】
第２実施形態の連結部２２には、方向Ｘにおいて圧電体１３を挟む両側に、リブ３３の両端部のそれぞれと圧電体１３とを方向Ｘにおいて離間させるスリット３５が設けられる。
【００３０】
［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第２実施形態では、リブ３３は湾曲した形状である。このため、第１実施形態の構成と比較して、方向Ｘにおけるリブ３３の外形寸法を小さくすることができる。また、第２実施形態では、連結部２２にスリット３５が設けられている。このため、電圧が印加されることによって圧電体１３が屈曲する際にリブ３３にかかる応力をスリット３５に集中させ、湾曲した形状のリブ３３で比較的均一に応力を受け止めることができる。したがって、第１実施形態の構成と比較して、方向Ｘにおける外形寸法を小さくしつつリブ３３にかかる応力を緩和することができる。図７は、リブ３３の端部における湾曲した形状の内側の内縁と、スリット３５のリブ３３側の外縁と、の間の距離Ｌ２に対する、リブ３３におけるＢＯＸ層にかかる応力比を示すグラフである。ここで、距離Ｌ２が１０ｕｍの場合、距離Ｌ２が０ｕｍの場合と比較して、リブ３３のＢＯＸ層にかかる応力比を約５０％まで下げることができる。
【００３１】
［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図８及び図９に示すように、第３実施形態では、変形部４１及び圧電体４３の形状が第２実施形態の変形部２１及び圧電体１３の形状と異なる。その他、基本的な構成は第２実施形態と同様であり、第２実施形態と共通する構成については、同一符号を用いて説明を省略する。
【００３２】
第３実施形態の変形部４１は、接続部２５の方向Ｘに沿った幅Ｂ１については、第２実施形態の接続部２５の方向Ｘに沿った幅と同じである。それに対して、変形部４１の中央部の方向Ｘに沿った幅Ｂ２は、第２実施形態の変形部２１の中央部の方向Ｘに沿った幅よりも広い。換言すると、変形部４１は、接続部２５の方向Ｘに沿った幅Ｂ１が、変形部４１の中央部の方向Ｘに沿った幅Ｂ２よりも狭く形成されている。
【００３３】
第３実施形態の圧電体４３は、接続部２５における圧電体４３の方向Ｘに沿った幅Ｂ３については、第２実施形態の接続部２５における圧電体１３の方向Ｘに沿った幅と同じである。それに対して、変形部４１の中央部における圧電体４３の方向Ｘに沿った幅Ｂ４は、第２実施形態の変形部２１の中央部における圧電体１３の方向Ｘに沿った幅よりも広い。換言すると、圧電体４３は、接続部２５における圧電体４３の方向Ｘに沿った幅Ｂ３が、変形部４１の中央部における圧電体４３の方向Ｘに沿った幅Ｂ４よりも狭く形成されている。
【００３４】
［３−２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）第３実施形態では、幅Ｂ１よりも幅Ｂ２が広く形成されており、幅Ｂ３よりも幅Ｂ４が広く形成されている。また、第３実施形態でも第２実施形態と同様に変形部４１の外縁から少し余白を残して圧電体４３が設けられる。このため、第３実施形態の余白の方向Ｘにおける幅が第２実施形態と同じ場合、変形部４１の方向Ｘに沿った幅に対する圧電体４３の方向Ｘに沿った幅の比率を高くすることができる。したがって、第２実施形態の構成と比較して、低電圧で大きい走査角を得ることができる。図１０は、接続部２５の幅Ｂ１に対する、一定の共振周波数での走査角比率を示すグラフである。ここで、幅Ｂ１が一定である場合、幅Ｂ２が幅Ｂ１よりも広い構成は、幅Ｂ２が幅Ｂ１と同じ構成と比較して、一定の共振周波数での走査角比率を上げることができる。また、共振周波数の狙い値が同じ場合、図１０に示すように、例えば、幅Ｂ２が幅Ｂ１と同じ構成においては幅Ｂ１が約５５０ｕｍで１００％の走査角比率を得ることができるのに対して、幅Ｂ２が幅Ｂ１よりも広い構成においては幅Ｂ１が約４００ｕｍで同等の走査角比率を得ることができ
る。つまり、第２実施形態の構成と比較して、方向Ｘにおける連結部２２の外形寸法を小さくしても第２実施形態の構成と同等の走査角が得られる。このように、方向Ｘにおける連結部２２の外形寸法が小さくなることにより、方向Ｘにおける支持梁１２の外形寸法を小さくすることができる。したがって、光走査装置１のサイズを低減することができる。
【００３５】
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００３６】
（４ａ）上記各実施形態では、圧電体１３，４３が、連結部２２において、圧電体１３，４３とは反対面に設けられるリブ２３，３３に重なる位置まで延びる構成を例示したが、例えば、圧電体１３，４３の方向Ｙに沿った端部がリブ２３，３３と重ならない構成であってもよい。
【００３７】
（４ｂ）上記各実施形態では、連結リブ２４，３４は、リブ２３，３３よりも細く形成される構成を例示したが、リブ２３，３３よりもばね定数を低くする方法はこれに限定されるものではない。例えば、連結リブ２４，３４を波状に形成し、連結リブ２４，３４を直線に形成した場合よりも長くすることで、リブ２３，３３よりもばね定数を低くするようにしてもよい。
【００３８】
（４ｃ）上記第３実施形態では、幅Ｂ１よりも幅Ｂ２が広く、また幅Ｂ３よりも幅Ｂ４が広く形成される構成を例示したが、変形部４１及び圧電体４３の形状はこれに限定されるものではない。例えば、上記第１実施形態又は第２実施形態のように変形部４１における幅Ｂ２が幅Ｂ１と同じ構成において、圧電体４３のみ幅Ｂ４が幅Ｂ３よりも広く形成される構成であってもよい。また例えば、上記第１実施形態又は第２実施形態のように圧電体４３における幅Ｂ４が幅Ｂ３と同じ構成において、変形部４１のみ幅Ｂ２が幅Ｂ１よりも広く形成される構成であってもよい。
【００３９】
（４ｄ）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４０】
１…光走査装置、１１…反射部、１２…支持梁、１３，４３…圧電体、２１，２１ａ〜２１ｄ,４１…変形部、２２…連結部、２３，３３…リブ、２４，３４…連結リブ、２５…接続部、２６…交差部、３５…スリット、１００…レーダ装置、１０１…照射部、１０２…駆動部、１０３…受光部、１０４…制御部。
【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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