(57)【要約】【課題】ミアンダ構造における不要共振によるミラー部の正規動作への悪影響を高精度に抑制することができ、画質向上に寄与する光偏向器を提供する。【解決手段】光偏向器１は、光を反射する反射面２を有するミラー部３と、ミラー部３を含む可動枠４と、可動枠４の外側を囲む支持枠５と、支持枠５と可動枠４との間において可動枠４の両側に配置され、可動枠４を回転可能に支持する第１の蛇行状梁部６及び第２の蛇行状梁部７とを有している。可動枠４には、一端がミラー部３に固定され、ミラー部３を蛇行状梁部の変形による振動方向と直交する方向に回転可能に支持する一対のトーションバー９、１０と、一端がトーションバー９、１０の他端側に固定された一対の駆動梁１１、１２とが設けられている。第１の蛇行状梁部６と第２の蛇行状梁部７の折返し部６ｄ、７ｄの裏面には、ミアンダ構造における不要共振によるミラー部の正規動作への悪影響を抑制するための突起部７ｅ、７ｅが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部を含む可動部と、
一端が前記ミラー部に固定され、前記ミラー部を回転可能に支持する一対の弾性支持部材と、
一端が前記弾性支持部材の他端側に固定され、他端が前記可動部に固定された一対の駆動梁と、
折り返し部を有し前記可動部を回転可能に支持する一対の蛇行状梁部と、
前記一対の駆動梁と前記一対の蛇行状梁部の各梁部にそれぞれ設けられた圧電部材と、
を備え、
電圧印加による前記一対の駆動梁の変形により前記ミラー部が所定の軸周りに回転運動し、
電圧印加による前記一対の蛇行状梁部の各梁部の変形の累積により前記可動部が前記ミラー部とは異なる方向に回転運動し、
前記蛇行状梁部は、前記折返し部の厚さが、前記圧電部材が設けられていない状態での前記折返し部以外の部分と異なる光偏光器。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏光器において、
前記蛇行状梁部で生じる複数の共振の共振周波数が、前記ミラー部の動作周波数と異なるように構成されている光偏光器。
【請求項３】
請求項２に記載の光偏光器において、
前記蛇行状梁部で生じる複数の共振の共振周波数が、前記ミラー部の動作周波数と１００Ｈｚ以上異なるように構成されている光偏光器。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の光偏光器において、
前記折返し部の厚み方向に突起部が形成されている光偏向器。
【請求項５】
請求項４に記載の光偏光器において、
前記突起部は、前記折返し部における前記梁部と梁部との間に位置する光偏向器。
【請求項６】
請求項４に記載の光偏光器において、
前記突起部は、前記折返し部を除いた前記梁部が延びる方向に、隣接する突起部と互いにずれた位置に配置されている光偏向器。
【請求項７】
請求項４に記載の光偏光器において、
前記突起部が複数形成されている光偏向器。
【請求項８】
請求項４に記載の光偏光器において、
前記突起部は、各折返し部において質量が前記折返し部を除いた前記梁部が延びる方向に分布するように形成されている光偏光器。
【請求項９】
光源と、
前記光源からの光出力を画像信号に応じて変調する変調器と、
前記光源からの発散光を略平行光とするコリメート光学系と、
前記コリメート光学系を通った光を投影面に偏向走査して画像を表示する請求項１〜８のいずれか１つに記載の光偏向器と、
を有する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ビームを偏向、走査する手段として、半導体製造技術を応用したマイクロマシニング技術による小型の光偏向器が開発されている。
この種の光偏向器は、シリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術により、基板上に反射面を有するミラー部や、該ミラー部を回転運動させる駆動梁を一体形成してなる。
駆動梁は、カンチレバーの表面に薄膜化した圧電部材を重ね合わせて形成されており、圧電部材がアクチュエータとして機能する。圧電部材の圧電特性から生じる面内方向の伸縮がカンチレバーに伝わり、カンチレバーを変形させることができる。
カンチレバーの変形動作によってミラー部が回転運動し、光偏向が可能となる。
【０００３】
上記圧電方式においては圧電部材の変形量が微小であるため、ミアンダ構造と呼ばれる、梁を折り返して蛇行させて形成された蛇行状梁で梁の変形を累積させてミラー部を回転運動させる構造が主流となっている。
２次元走査を行う場合の構成は、水平方向の光走査（主走査）に関しては共振駆動が使われる。
表示画像の高精細化、面内均一化を達成するためにはラスタ走査が必要となるため、垂直方向の光走査（副走査）には一般的に非共振駆動が使われる。
【０００４】
ミアンダ構造を用いた光偏光器では構造が複雑であることから、梁部分が振動する不要共振が非常に多く発生する。これらの不要共振が主走査の駆動共振周波数と重なる連成現象が生じることでミラー部が正規の動作をせずに画像が乱れるという問題が生じていた。
【０００５】
特許文献１には、ミラー部を挟んで対称位置にある一対の「梁の折返し部」を、ミラー部の領域を越えて延びる連結梁で連結し、捩れや非正規の固有振動モードの発生を抑制する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】
【０００６】
しかしながら、ミラー部を跨いで対称位置の折返し部を連結する構成では、ミアンダ構造における梁の振動特性を大まかに拘束するだけであるため、各梁単位で発生する不要共振を高精度に抑制することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、ミアンダ構造における不要共振によるミラー部の正規動作への悪影響を高精度に抑制することができ、画質向上に寄与する光偏向器の提供を、その主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光偏向器は、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を含む可動部と、一端が前記ミラー部に固定され、前記ミラー部を回転可能に支持する一対の弾性支持部材と、一端が前記弾性支持部材の他端側に固定され、他端が前記可動部に固定された一対の駆動梁と、折り返し部を有し前記可動部を回転可能に支持する一対の蛇行状梁部と、前記一対の駆動梁と前記一対の蛇行状梁部の各梁部にそれぞれ設けられた圧電部材と、を備え、電圧印加による前記一対の駆動梁の変形により前記ミラー部が所定の軸周りに回転運動し、電圧印加による前記一対の蛇行状梁部の各梁部の変形の累積により前記可動部が前記ミラー部とは異なる方向に回転運動し、前記蛇行状梁部は、前記折返し部の厚さが、前記圧電部材が設けられていない状態での前記折返し部以外の部分と異なる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ミアンダ構造における不要共振によるミラー部の正規動作への悪影響を高精度に抑制することができ、画質向上に寄与する光偏向器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光偏向器を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【図２】電圧印加の配線構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図３】突起部の有無による各振動モードでの違いを示す図で、（ａ）は突起部が無い場合の図、（ｂ）は突起部がある場合の図である。
【図４】突起部のサイズ変化による共振周波数変動率を示す図である。
【図５】ミアンダ構造における捻れモードを示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係る光偏向器を示す裏面図である。
【図７】第２の実施形態に係る光偏向器の変形例を示す裏面図である。
【図８】第３の実施形態に係る光偏向器を示す裏面図である。
【図９】第３の実施形態に係る光偏向器の変形例を示す裏面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る光偏向器を示す裏面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光偏向器の変形例を示す裏面図である。
【図１２】画像投影装置としてのヘッドアップディスプレイ装置への適用例を示す図である。
【図１３】ヘッドアップディスプレイ装置の詳細を示す構成ブロック図である。
【図１４】光書込装置への適用例を示す画像形成装置の斜視図である。
【図１５】光書込装置の詳細を示す斜視図である。
【図１６】物体認識装置としレーザレーダ装置への適用例を示す図である。
【図１７】レーザレーダ装置の詳細を示す構成ブロック図である。
【図１８】光偏光器のパッケージングの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図４に基づいて第１の実施形態を説明する。
図１（ａ）に示すように、光偏向器１は、光を反射する反射面２を有するミラー部３と、ミラー部３を含む可動部としての可動枠４と、可動枠４の外側を囲む固定ベースとしての支持枠５と、支持枠５と可動枠４との間において可動枠４の両側に配置され、可動枠４を回転可能に支持する第１の蛇行状梁部６及び第２の蛇行状梁部７と、を有している。
第１の蛇行状梁部６の基端６ａは支持枠５に固定され、先端６ｂは可動枠４に固定されている。同様に、第２の蛇行状梁部７の基端７ａは支持枠５に固定され、先端７ｂは可動枠４に固定されている。
【００１２】
第１の蛇行状梁部６は、Ｙ方向に延びる細長い梁部６ｃが折返し部６ｄを介してＸ方向に略平行に並んだミアンダ構造を有している。第２の蛇行状梁部７も同様に、Ｙ方向に延びる細長い梁部７ｃが折返し部７ｄを介してＸ方向に略平行に並んだミアンダ構造を有している。
第１の蛇行状梁部６と第２の蛇行状梁部７の各梁部６ｃ、７ｃには、折返し部６ｄ、７ｄを除いてドット表示で示す圧電部材８が膜状ないし層状に設けられており、蛇行形状における基端６ａ、７ａを始点とした往路側の梁部と復路側の梁部とを独立して駆動可能となっている。
【００１３】
往路側の梁部と復路側の梁部のそれぞれの圧電部材８に異なる電圧を印加すると、往路側の梁部と復路側の梁部とにそれぞれ反り（変形）が発生し、反るタイミングを電圧印加により調整することで隣り合う梁部が異なる方向に撓む。
この撓みが累積されて可動枠４に伝達され、非共振でのミラー部３の回転運動が所定の軸周りであるＸ軸周り（＝垂直方向）に生じ、光偏向器としての副走査方向の走査機能を持つことになる。
【００１４】
一方、可動枠４には、一端がミラー部３に固定され、ミラー部３を蛇行状梁部の変形による振動方向と直交する方向に回転可能に支持する一対の弾性支持部材としてのトーションバー９、１０と、一端がトーションバー９、１０の他端側に固定された一対の駆動梁１１、１２とが設けられている。
駆動梁１１、１２の他端は可動枠４に固定されている。すなわち、可動枠４から同一方向に突出した駆動梁１１、１２でミラー部３とトーションバー９、１０とを片持ち状態に支持した構成となっている。
ミラー部３、トーションバー９、１０、駆動梁１１、１２は、可動枠４に溝を形成することにより動作可能となっている。
駆動梁１１、１２の表面には、蛇行状梁部の梁部と同様に圧電部材１３が膜状ないし層状に設けられており、電圧を印加することにより変形する構成となっている。駆動梁１１、１２は平板短冊状で、ユニモルフ構造を有している。
【００１５】
駆動梁１１、１２を駆動することで、ミラー部３を支持するトーションバー９、１０に捻れが発生し、ミラー部３の回転運動がＹ軸周り（＝水平方向）に生じ、光偏向器としての主走査方向の走査機能を持つことになる。ミラー部３の回転は機械的共振を利用することになる。
本実施形態ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスによって加工することで、上記各構成を一体で形成している。ミラー部３はシリコン基板の表面にアルミニウムや銀などの金属の薄膜を形成することによって図１（ａ）にハッチング表示で示す反射面２を形成している。
【００１６】
図２に基づいて、圧電部材１３に電界を与えるための電気的な構成を説明する。
図２（ａ）は駆動梁１１、１２の固定端付近の配線パターンの様子を示すものである。図２（ｂ）、図２（ｃ）は図２（ａ）における矢印Ｂ及び矢印Ｃ方向から見た断面図であって、それぞれ、圧電部材１３の上部電極及び下部電極への配線部の断面を示している。
代表して駆動梁１１について説明すると、駆動梁１１の上に下部電極１４、圧電部材１３、上部電極１５の順でスパッタにより成膜して積層し、必要な部分だけが残るようにエッチング加工されている。最表面には絶縁層１６が設けられている。
接着層の材料はチタン（Ｔｉ）、上部電極１５及び下部電極１４は白金（Ｐｔ）、圧電部材１３はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが使用できる。
【００１７】
図２において、符号１７、１８はコンタクトホールを、１９、２０はアルミ配線（断面表示を省略）を示している。
ランド部から配線を引き出し、上部電極１５と下部電極１４との間に電圧を印加すると、圧電部材１３の電歪特性により体積が変化し、駆動梁１１の表面の面内方向に伸縮することで駆動梁１１全体が反って、曲げ変形するようになっている。
本実施形態では成膜プロセスによって製作した例を説明したが、圧電部材はバルクの材料を貼り付ける方法で製作しても良い。
【００１８】
構造体としては前述のシリコン基板は積層されたＳＯＩ（シリコンオン  インシュレータ）基板を利用しており、デバイス層２１ａと支持層２１ｂの２種類の厚みのシリコン基板で形成されている。
ミラー部３、トーションバー９、１０、駆動梁１１、１２はデバイス層２１ａで形成されており、可動枠４にける固定ベースとしての可動枠本体２１はデバイス層と支持層の両方で構成されている。
上記電圧印加による変形構成は、駆動梁１２、第１の蛇行状梁部６及び第２の蛇行状梁部７の梁部についても同様である。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、第１の蛇行状梁部６と第２の蛇行状梁部７の折返し部６ｄ、７ｄの裏面には、Ｘ方向に細長い形状の突起部６ｅ、７ｅが支持層２１ｂに一体に形成されている。これにより、折返し部６ｄ、７ｄの厚さは突起部の分だけ部分的に厚くなっており、圧電部材８が設けられていない状態での折返し部以外の部分と異なっている。
突起部６ｅ、７ｅの有無もしくはサイズの変化によって、ミアンダ構造の梁部（蛇行状梁部）の振動モードの共振周波数を、梁部単位で単独に変化させることができる。
【００２０】
以下の記載においては、ミラー部３の回転運動における共振を「主走査共振」、可動枠４の回転運動による共振を「副走査共振」又は「蛇行状梁部の共振」、主走査共振における駆動梁１１、１２に関するものを「カンチ曲げモード」、主走査共振におけるトーションバー９、１０に関するものを「トーション捻りモード」という。
【００２１】
図３に突起部の有無による主走査共振周波数付近の振動モードの違いを示す。
突起部無しの場合には、ｍｏｄｅ３５とｍｏｄｅ３６とから明らかなように、トーション捻りモードと蛇行状梁部の折返し部の振動モードとが連成してしまっている。
すなわち、蛇行状梁部の折返し部の振動モードによってミラー部３の共振が引き起こされている。
これに対し、突起有りでは、トーション捻りモードがｍｏｄｅ３６で単独で発生していることがわかる。これによって主走査共振周波数付近でミラー部３を駆動した時に蛇行状梁部における不要共振によるミラー部の正規動作（設計に沿った実動作）への悪影響を抑制することができる。
【００２２】
図４は、突起部のサイズを変化させたときの共振周波数の変動率を示したものである。実際には突起部の幅（図１（ｂ）におけるＹ方向の幅）を、２０μｍを基準として±１０μｍとしたときの元の共振周波数に対する変動率をプロットしている。
図４から明らかなように、主走査共振（トーション捻りモード；Mode36及びカンチ曲げモード；Mode33）がほとんど変化していないのに対し、それ以外のモードの共振は０．９７〜０．９９の間で変動しており、主走査共振とは独立して設計できることが分かる。
ミアンダ構造の寸法によっては最初から主走査共振と干渉しない場合もあるが、温度変動や製造ばらつきにより共振周波数が変わることを考慮して、折返し部の共振モードと主走査共振はできる限り離しておくことが望ましい。
【００２３】
具体的には、蛇行状梁部で生じる複数の共振の共振周波数が、ミラー部の共振周波数（≒駆動周波数又は動作周波数）と１００Ｈｚ以上離れているのが良い。
さらに好ましくは、１．５ＫＨｚ以上離れていると、温度等による共振周波数の変動や製造ばらつきによる共振周波数の変化をカバーできる。
【００２４】
本実施形態では、図４に示すように、ミラー部の共振周波数が、蛇行状梁部の共振モード３４、３５と、共振モード３７、３８の共振周波数の略中央になるように突起部６ｅ、７ｅのサイズが設定されている。
設計状態によっては蛇行状梁部の共振モード３２と共振モード３４との間の方が共振周波数が離れているのでこの間に駆動周波数がくるように設定してもよい。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、ミラー部３の裏面には可動枠４の厚み方向に突出する筒状のリブ２２が一体に形成されている。
特許文献１等に記載の構成において、光走査装置の性能を向上させるため、ミラー部の径を大きくしたり、ミラー部の振幅角（偏向角）を大きくしたり、共振周波数を増加（高速化）させる場合には、ミラー部の重心位置に対するトーションバーの位置ずれ量を大きくしてモーメントを大きくするように設計する必要がある。
しかしながら、位置ずれ量を大きくすると、ミラー部に対するトーションバーの非対称性が大きくなる。
ミラー部はミラー中心で回転するように設計するため、トーションバーの位置ずれ量が大きくなると、トーションバーの軸心とミラー部の回転中心とがずれてしまい、トーションバーにはその軸を中心とする捻り以外の変形（曲げ等）が生じるため、破損や故障を生じやすくなるという問題があった。
【００２６】
リブ２２は、ミラー部の重心位置に対するトーションバーの位置ずれ量を大きくすることなくミラー部の回転運動に係るモーメントを大きくすることができ、破損や故障の発生を抑制するために設けられている。
【００２７】
図５乃至図７に第２の実施形態を示す。上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
図５に示すように、ミアンダ構造の梁部が捻れるモードが存在する。このモード振幅が大きいと、Ｘ方向に隣接する梁部が干渉して正常な動作を妨げるため、画像の乱れが発生する場合がある。
【００２８】
この不具合を解消すべく、本実施形態では、図６に示すように、Ｙ方向に長い形状の突起部６ｅを折返し部６ｄにおける梁部６ｃと梁部６ｃとの間に位置するように配置されている。
換言すれば、突起部６ｅは折返し部６ｄにおけるＸ方向の中央部に配置されている。
このように、隣接する折返し部の突起部をＸ方向で離すことにより、梁部が捻れるモードでの突起部間の干渉を避けることができる。第２の蛇行状梁部７においても同様である。
【００２９】
図７に示すように、隣接する折返し部の突起部６ｅ、７ｅをＹ方向にずらす構成としてもよい。すなわち、突起部６ｅ、７ｅは、折返し部を除いた梁部６ｄ、７ｄが延びる方向において、隣接する突起部と互いにずれた位置に配置されている。第２の蛇行状梁部７においても同様である。この場合にも図６に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
図８及び図９に第３の実施形態を示す。
光偏光器を大量に生産した場合、製造ばらつきによってミラー部３の主走査共振周波数が変動するが、ミアンダ構造の折返し部（屈曲部）の振動共振周波数はそれ程大きく変動しないことが分かっている。
これは、ミアンダ構造の折返し部の共振周波数は活性層の厚さが支配的であるのに対して、主走査共振周波数はミラー部３の裏面のリブ２２のサイズばらつきによる影響が比較的大きいためである。
すなわち、支持層２１ｂのエッチングによる製造ばらつきが影響していることが原因と考えられる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、図８に示すように、第１の実施形態におけるミアンダ構造の折返し部における突起部６ｅをＹ方向に間隔をいて複数形成している。このようにすることによって、支持層２１ｂのエッチングによるサイズばらつきがそれぞれの共振周波数に与える影響の違いを緩和することができる。第２の蛇行状梁部７においても同様である。
図９に示すように、Ｙ方向に細長い形状の突起部６ｅを、Ｘ方向に間隔をおいて複数（ここでは２つ）配置する構成としても同様の機能を得ることができる。第２の蛇行状梁部７においても同様である。
【００３２】
図１０及び図１１に第４の実施形態を示す。
本発明の突起部の配置では、折返し部の振動モード共振を下げる方向になるが、実際に設計している複数存在する折返し部の振動モードを個別に設計したい場合がある。
このとき、図５に示した捻れモードの周波数変化を少なくしたい場合には、図１０に示すように、突起部６ｅ、７ｅは、各折返し部において質量が折返し部を除いた梁部が延びる方向（Ｙ方向）に分布するように形成される。
周波数変化を大きくしたい場合には、図１１に示すように形成することで、折返し部が面内で振動するモード共振周波数を個別に調整することができる。
【００３３】
［画像投影装置］
次に、本発明の光偏向器を適用した画像投影装置について、図１２及び図１３を用いて詳細に説明する。
図１２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。図１３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。
【００３４】
図１２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。
【００３５】
図１３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を有し、これらの光源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２を有する光偏向器１にて偏向走査される。
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、スクリーンとしてのフロントガラス４０１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。
【００３６】
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２を有する光偏向器１によって二次元走査される。光偏向器１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。
【００３７】
光偏光器１は、反射面２を２軸方向に往復可動させ、反射面２に入射する投射光Ｌを二次元走査する。この光偏光器１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。
図１３において、符号２３は光源ユニット５３０と光偏向器１を制御する制御装置を示している。制御装置２３は、光源からの光出力を画像信号に応じて変調する変調器としても機能する。
【００３８】
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２を有した光偏光器１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。
【００３９】
［光書込装置］
次に、本発明の光偏光器を適用した光書込装置について図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。
図１４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１５は、光書込装置の一例の概略図である。
図１４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２４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。
【００４０】
図１５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２５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２を有する光偏向器１により１軸方向または２軸方向に偏向される。
光偏向器１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２４（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２４にスポット状に光ビームを結像する。また、光源装置２５及び反射面２を有する光偏向器１は、制御装置２３の制御に基づき駆動される。
【００４１】
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。
上記光書込装置に適用される反射面２を有した光偏向器１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１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１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。
【００４２】
［物体認識装置］
次に、本発明の光偏向器を適用した物体認識装置について、図１６及び図１７を用いて詳細に説明する。
図１６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１７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１６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。
【００４３】
図１７に示すように、光源装置２５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２を有する光偏向器１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２５および光偏向器１は、制御装置２３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。
【００４４】
測距回路７１０は、光源装置２５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２を有する光偏向器１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。
【００４５】
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２を有した光偏向器１を制御装置２３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。
【００４６】
［パッケージング］
次に、本発明の光偏向器のパッケージングについて図１８を用いて説明する。
図１８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１８に示すように、光偏向器１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１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。
【００４７】
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】
【００４８】
１  光偏向器
２  反射面        
３ミラー部
４  可動部としての可動枠
６  蛇行状梁部としての第１の蛇行状梁部
６ｃ、７ｃ  梁部
６ｄ、７ｄ  折返し部
６ｅ、７ｅ  突起部
７  蛇行状梁部としての第２の蛇行状梁部
８、１３  圧電部材
９、１０  弾性支持部材としてのトーションバー
１１、１２  駆動梁
２３  変調器としての制御装置
４０１  投影面としてのフロントガラス
５００  画像投影装置としてのヘッドアップディスプレイ装置
５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ  光源としてのレーザ光源
５０２、５０３、５０４  コリメート光学系としてのコリメータレンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２０１４−１８２１８９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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