(57)【要約】【課題】単一のＰＤにより往復画像のズレを抑制することができる制御装置、画像投影装置、および制御方法を提供する。【解決手段】光源装置および光偏向器により走査されるレーザ光を受光する受光面を有する光検出部から出力される出力電圧を取得する取得部と、受光面に対応する出力電圧に基づいて、レーザ光の走査方向の往路および復路での基準タイミングをそれぞれ検出するタイミング検出部と、光源装置および光偏向器に、往路の基準タイミングに第１補正時間を加えた時間から往路画像を被走査面に描画させ、かつ、復路の基準タイミングに第２補正時間を加えた時間から復路画像を被走査面に描画させるための制御信号を生成する制御部と、制御信号に基づいて、光偏向器を駆動してレーザ光を走査させ、かつ、そのレーザ光の走査の動作に同期して光源装置の照射動作を駆動して、往路画像および復路画像を描画する駆動部と、を備える。【選択図】図３
2017227868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置および光偏向器により走査されるレーザ光を受光する受光面を有する光検出部から出力される出力電圧を取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記受光面に対応する前記出力電圧に基づいて、前記レーザ光の走査方向の往路および復路での基準タイミングをそれぞれ検出するタイミング検出部と、
前記光源装置および前記光偏向器に、前記往路の基準タイミングに第１補正時間を加えた時間から往路画像を被走査面に描画させ、かつ、前記復路の基準タイミングに第２補正時間を加えた時間から復路画像を前記被走査面に描画させるための制御信号を生成する制御部と、
前記制御信号に基づいて、前記光偏向器を駆動して前記レーザ光を走査させ、かつ、該レーザ光の走査の動作に同期して前記光源装置の照射動作を駆動して、前記往路画像および前記復路画像を描画する駆動部と、
を備えた制御装置。
【請求項２】
前記取得部は、前記レーザ光を複数の受光面を有する前記光検出部から出力される前記出力電圧を取得し、
前記タイミング検出部は、前記取得部により取得された前記複数の受光面それぞれに対応する前記出力電圧に基づいて、前記レーザ光の走査方向の往路および復路での基準タイミングをそれぞれ検出する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記取得部は、前記レーザ光の走査方向に沿って配置される２つの受光面である第１受光面、および前記第１受光面よりも面積が大きい第２受光面を有する前記光検出部から、前記出力電圧を取得する請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記取得部は、前記光検出部によって、前記第１受光面が前記レーザ光を受光する場合に出力される第１出力電圧、および前記第２受光面が前記レーザ光を受光する場合に出力される第２出力電圧を、それぞれ取得し、
前記タイミング検出部は、前記レーザ光が前記第１受光面から前記第２受光面へ走査される経路を前記往路とした場合、前記第１受光面で前記レーザ光が検出されてから、前記第１出力電圧が前記第２出力電圧以下になったときを前記往路の基準タイミングとして検出し、前記第２受光面で前記レーザ光が検出されてから、前記第２出力電圧が前記第１出力電圧以下になったときを前記復路の基準タイミングとして検出する請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記取得部は、前記光検出部が前記レーザ光を受光していない場合、取得する前記出力電圧のうち、前記第２受光面の前記第２出力電圧を、前記第１受光面の前記第１出力電圧よりも小さい電圧として取得する請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記光源装置から照射される前記レーザ光が前記光検出部によって受光される場合、該光源装置が照射可能な前記レーザ光のうち短波長側のレーザ光を照射させるための前記制御信号を生成し、
前記駆動部は、前記制御信号に従って、前記光源装置に、前記光検出部に対して前記短波長側のレーザ光を照射させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記駆動部による前記光偏向器に対する駆動周波数の変化に基づいて、前記第１補正時間および前記第２補正時間のうち少なくとも一方を補正する補正部を、さらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記光検出部の温度の変化に基づいて、前記第１補正時間および前記第２補正時間のうち少なくとも一方を補正する補正部を、さらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記光源装置が照射する前記レーザ光の光量の変化に基づいて、前記第１補正時間および前記第２補正時間のうち少なくとも一方を補正する補正部を、さらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記光源装置と、
前記光偏向器と、
前記光検出部と、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えた画像投影装置。
【請求項１１】
前記光偏向器により偏向された前記光源装置からの前記レーザ光により描画される画像を虚像として投影する投射ミラーと、
前記投射ミラーに前記虚像として投影させるコンバイナと、
をさらに備えた請求項１０に記載の画像投影装置。
【請求項１２】
光源装置および光偏向器により走査されるレーザ光を受光する受光面を有する光検出部から出力される出力電圧を取得する取得ステップと、
取得した前記受光面に対応する前記出力電圧に基づいて、前記レーザ光の走査方向の往路および復路での基準タイミングをそれぞれ検出するタイミング検出ステップと、
前記光源装置および前記光偏向器に、前記往路の基準タイミングに第１補正時間を加えた時間から往路画像を被走査面に描画させ、かつ、前記復路の基準タイミングに第２補正時間を加えた時間から復路画像を前記被走査面に描画させるための制御信号を生成する生成ステップと、
前記制御信号に基づいて、前記光偏向器を駆動して前記レーザ光を走査させ、かつ、該レーザ光の走査の動作に同期して前記光源装置の照射動作を駆動して、前記往路画像および前記復路画像を描画する駆動ステップと、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、画像投影装置、および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ビームを偏向および走査する手段として、半導体製造技術を応用したシリコンおよびガラス等を微細加工するマイクロマシニング技術を用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスとして、基板上に反射面を設けた可動部および弾性梁部を一体形成した小型の光偏向ミラーが開発されている。このような光偏向ミラーとして、ミラーの駆動用の梁状弾性部材に薄膜化した圧電材料を重ね合わせて圧電アクチュエータとした圧電型光偏向ミラーがある。さらに、水平走査および垂直走査という２次元の光走査が可能な構成にすることによって、２次元のレーザ走査装置の小型化、および低コスト化が可能になる。
【０００３】
また、２次元のレーザ走査装置として、ミラーの回転によって光束を２次元に走査することによってスクリーン上に画像を形成する画像投影装置では、スクリーン上の画像の位置およびサイズを適切に保つ必要がある。また、レーザ走査の往路と復路とで１つの画像を形成する場合、往路と復路とで形成される画像位置は、一致していなければならない。そこで、画像描画領域の周辺に設置されたＰＤ（フォトダイオード）に光束が受光されるように走査範囲を広げ、ＰＤの受光タイミングに基づいて、ミラー回転角および発光タイミングを制御することにより、画像位置およびサイズを一定にする技術が既に知られている。
【０００４】
このような、ＰＤの受光タイミングを用いて、往復画像を一致させる技術として、基準タイミングをとるＰＤとは別のＰＤを用いて、基準タイミングと発光開始タイミングとを補正することによって、複数のＰＤを用いて往復画像のズレを解消する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、往復画像のズレを補正するために、複数のＰＤを設置しているため、複数のＰＤを設置する光学レイアウトが必要となり、画像投影装置の光学エンジン部分の容積が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単一のＰＤにより往復画像のズレを抑制することができる制御装置、画像投影装置、および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源装置および光偏向器により走査されるレーザ光を受光する受光面を有する光検出部から出力される出力電圧を取得する取得部と、取得部により取得された受光面に対応する出力電圧に基づいて、レーザ光の走査方向の往路および復路での基準タイミングをそれぞれ検出するタイミング検出部と、光源装置および光偏向器に、往路の基準タイミングに第１補正時間を加えた時間から往路画像を被走査面に描画させ、かつ、復路の基準タイミングに第２補正時間を加えた時間から復路画像を被走査面に描画させるための制御信号を生成する制御部と、制御信号に基づいて、光偏向器を駆動してレーザ光を走査させ、かつ、そのレーザ光の走査の動作に同期して光源装置の照射動作を駆動して、往路画像および復路画像を描画する駆動部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、単一のＰＤにより往復画像のズレを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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、制御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、光走査システムのレーザ走査動作を説明する図である。
【図６】図６は、光走査システムのＰＤの構成、およびレーザの往復の走査光を説明する図である。
【図７】図７は、主走査方向に走査する場合の反射面の振れ角と、往路画像および復路画像の投影タイミングとを説明する図である。
【図８】図８は、往復画像のズレを説明する図である。
【図９】図９は、ＰＤが往路のレーザ走査光を受光した場合の出力電圧の一例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ＰＤが復路のレーザ走査光を受光した場合の出力電圧の一例を示すグラフである。
【図１１−１】図１１−１は、環境変化（駆動周波数）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。
【図１１−２】図１１−２は、環境変化（温度）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。
【図１１−３】図１１−３は、環境変化（レーザ光量）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、光走査システムの往復画像の補正動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７は、図１６に示す光偏向器のＰ−Ｐ’断面図である。
【図１８】図１８は、図１６に示す光偏向器のＱ−Ｑ’断面図である。
【図１９】図１９は、光偏向器の第２駆動部の変形を模式的に表した図である。
【図２０】図２０は、（ａ）が、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図であり、（ｂ）が、光偏向器の圧電駆動部群Ｂに印加される駆動電圧Ｂの波形の一例を示すグラフ図であり、（ｃ）が、（ａ）の駆動電圧の波形と（ｂ）の駆動電圧の波形を重ね合わせた一例を示すグラフ図である。
【図２１】図２１は、光偏向器の変形例を＋Ｚ方向から見たときの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
［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制御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。
【００１２】
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、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。光走査システム１０は、制御装置１１、光源装置１２、反射面１４を有する光偏向器１３、ＰＤ１６（光検出部）、温度センサ１７、および光量センサ１８、を備えている。
【００１３】
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。
【００１４】
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デバイスである。
【００１５】
光源装置１２は、例えば被走査面１５に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。
【００１６】
ＰＤ１６は、光源装置１２によって走査されるレーザの受光を検出するフォトダイオードである。ＰＤ１６は、レーザの受光量に応じた電圧を出力する。
【００１７】
温度センサ１７は、ＰＤ１６の温度を検出するために、ＰＤ１６付近に設置されたセンサである。光量センサ１８は、光源装置１２から照射されるレーザの光量（光強度）を検出するセンサである。
【００１８】
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。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を第１軸周りまたは第２軸周りの少なくともいずれかに回転させる。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制御装置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つの軸周りにそれぞれ回転させ、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１３の詳細および本実施形態の制御装置１１による制御の詳細については後述する。
【００１９】
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、制御装置１１、光源装置１２、光偏向器１３、ＰＤ１６、温度センサ１７、および光量センサ１８を備え、それぞれが電気的に接続されている。
【００２０】
［制御装置］
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、光偏向器ドライバ２６、第１センサＩ／Ｆ２７、第２センサＩ／Ｆ２８、および第３センサＩ／Ｆ２９を備えている。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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ーフェースである。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。
【００２４】
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。
【００２５】
第１センサＩ／Ｆ２７は、ＰＤ１６を接続するためのインターフェースである。第１センサＩ／Ｆ２７は、ＰＤ１６がレーザの受光を検出した場合に出力する電圧を受信する。
【００２６】
第２センサＩ／Ｆ２８は、温度センサ１７を接続するためのインターフェースである。第２センサＩ／Ｆ２８は、温度センサ１７が検出した温度に応じた物理量（例えば、電流または電圧）を受信する。
【００２７】
第３センサＩ／Ｆ２９は、光量センサ１８を接続するためのインターフェースである。第３センサＩ／Ｆ２９は、光量センサ１８が検出した光源装置１２からのレーザの光量に応じた物理量（例えば、電流または電圧）を受信する。
【００２８】
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。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。
【００２９】
［制御装置の機能構成］
次に、図３を参照して、光走査システム１０の制御装置１１の機能構成について説明する。図３は、光走査システムの制御装置の一例の機能ブロック図である。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（駆動部）と、出力電圧取得部３２（取得部）と、基準タイミング検出部３３（タイミング検出部）と、温度取得部３４と、光量取得部３５と、補正部３６と、を有する。
【００３０】
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。
【００３１】
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を回転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、制御装置１１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。
【００３２】
出力電圧取得部３２は、例えば第１センサＩ／Ｆ２７、ＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、ＰＤ１６によって光源装置１２から照射されたレーザの受光が検出された場合に、その受光量に応じて出力された出力電圧を取得する。
【００３３】
基準タイミング検出部３３は、例えばＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、出力電圧取得部３２により取得されたＰＤ１６の出力電圧に基づいて、ＰＤ１６によりレーザが受光されたタイミングである基準タイミングを検出する。基準タイミングの取り方は、図９および図１０で後述する。
【００３４】
温度取得部３４は、例えば第２センサＩ／Ｆ２８、ＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、温度センサ１７によって検出されたＰＤ１６の温度に応じた物理量（例えば、電流または電圧）を取得する。
【００３５】
光量取得部３５は、例えば第３センサＩ／Ｆ２９、ＣＰＵ２０、ＦＰＧＡ２３等により実現され、光量センサ１８によって検出された光源装置１２からのレーザの光量に応じた物理量（例えば、電流または電圧）を取得する。
【００３６】
補正部３６は、基準タイミング検出部３３によって検出された基準タイミングが、環境変化に伴って変動した場合、基準タイミングに対する補正時間を、環境変化（例えば、光偏向器１３の共振周波数、ＰＤ１６の温度、および光源装置１２が照射するレーザの光量等の変動）に応じて変動させる。補正部３６による補正時間の変動の方法については、図１１−１〜図１１−３で後述する。
【００３７】
なお、図３に示す制御装置１１の制御部３０、駆動信号出力部３１、出力電圧取得部３２、基準タイミング検出部３３、温度取得部３４、光量取得部３５、および補正部３６は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。例えば、図３に示す制御装置１１で独立した機能部として図示した複数の機能部を、１つの機能部として構成してもよい。一方、図３に示す制御装置１１で１つの機能部が有する機能を複数に分割し、複数の機能部として構成するものとしてもよい。
【００３８】
［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（光走査処理）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。
【００３９】
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。また、制御部３０は、基準タイミング検出部３３により検出されたＰＤ１６の基準タイミング、および補正部３６により求められた補正時間に基づいて、制御信号を生成する。
【００４０】
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の回転駆動を行う。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。
【００４１】
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、光源装置用の制御装置および光偏向器用の制御装置と、別体に設けてもよい。
【００４２】
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を有した光偏向器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。
【００４３】
次に、図５を参照して、光走査システム１０が被走査面１５を光走査する具体的な動作を説明する。図５は、光走査システムのレーザ走査動作を説明する図である。光走査システム１０では、制御装置１１は、ＰＤ１６により検出されるレーザのタイミング（基準タイミング）によって、光源装置１２および光偏向器１３によるレーザ走査を制御している。図５に示すように、例えば、光走査システム１０によるレーザ走査は、図５の紙面視左から右へ向かう往路のレーザ走査、および右から左へ向かう復路のレーザ走査を交互に繰り返しながら、上から下へ走査位置をシフトしていくことによって実現される。光走査システム１０により、被走査面１５においてレーザ走査される走査領域５０は、図５に示すように、描画領域５０ａと非描画領域５０ｂとに分けられる。ＰＤ１６は、非描画領域５０ｂに設置されている。光走査システム１０は、非描画領域５０ｂでは、不要な光が画像ノイズとして現れないように、ＰＤ１６が設置された部分のみ受光用画像５１を形成するレーザを照射させるようにする。光走査システム１０によるレーザ走査の動作は、光偏向器１３の反射面１４の振れ角と等価であり、光走査システム１０は、ＰＤ１６によりレーザの受光が検出される基準タイミングを基準として、光源装置１２によるレーザの発光タイミングを制御することによって、スクリーン等である被走査面１５上に精細な画像を形成（投影）している。
【００４４】
なお、光源である光源装置１２が複数の色のレーザを照射する構成の場合、ＰＤ１６が設置された部分に形成させる受光用画像５１は、最も短波長側の色のレーザで描写可能な画像であることが好ましい。例えば、光源装置１２がＲＧＢレーザ光源である場合、受光用画像５１は、Ｂ（青）のみで描写される画像であることが好ましい。これによって、短波長側の光はユーザーにとって視認しにくいため、ＰＤ１６にレーザが照射されることによる乱反射等による不要光をユーザーが視認しにくくすることができる。
【００４５】
［画像投影の基準タイミング］
次に、図６〜図１０を参照して、光走査システム１０のＰＤ１６の構成および動作、ならびに基準タイミングの検出方法について説明する。
【００４６】
まず、図６を参照して、ＰＤ１６の構成、およびレーザ走査光の検出動作について説明する。図６は、光走査システムのＰＤの構成、およびレーザの往復の走査光を説明する図である。図６はＰＤ１６の正面図を示しており、光偏向器１３から反射される光源装置１２からのレーザ光が被走査面１５の水平方向に走査する方向を主走査方向とし、左から右に走査する場合を往路、右から左に走査する場合を復路とする。以下、主走査方向に沿って走査されるレーザ光を「レーザ走査光」と称する場合がある。また、図６に示すように、ＰＤ１６は、受光面が２分割されており、図６の紙面視左側の受光面を第１受光面１６ａとし、右側の受光面を第２受光面１６ｂとする。第２受光面１６ｂの面積は、図６に示すように、第１受光面１６ａの面積よりも大きくなるように構成されている。
【００４７】
レーザ走査光が往路で走査された場合、第１受光面１６ａで先にレーザ走査光が検出され、その後、第２受光面１６ｂで検出される。一方、レーザ走査光が復路で走査された場合、第２受光面１６ｂで先にレーザ走査光が検出され、その後、第１受光面１６ａで検出される。このようなＰＤ１６のように、受光面を２分割し、第１受光面１６ａおよび第２受光面１６ｂの面積がそれぞれ異なるように構成することによって、レーザ走査光の方向を判別することができ、複数のＰＤを配置する必要がなく、単一のＰＤ（ＰＤ１６）で往路および復路でそれぞれ投影される往復画像のズレを解消することができる。さらに、単一のＰＤを備えればよいので、複数のＰＤを設置するための光学レイアウトを構成する必要もなく、光走査システム１０を搭載する画像投影装置等を小型化することが可能になる。
【００４８】
次に、図７および図８を参照して、ＰＤ１６の基準タイミング、および往復画像の描画（投影）タイミングについて説明する。図７は、主走査方向に走査する場合の反射面の振れ角と、往路画像および復路画像の投影タイミングとを説明する図である。図８は、往復画像のズレを説明する図である。
【００４９】
図７に示したグラフは、光偏向器１３の駆動時間に対する主走査方向の振れ角を示したグラフである。光偏向器１３は、後述するように、主走査方向に共振振動で反射面１４を正弦波駆動しており、これによって、レーザ走査光がスクリーン等である被走査面１５に対して主走査方向に往復走査されている。レーザ走査光が往路でＰＤ１６を通過する（検出される）振れ角（ＰＤ受光角度）となるタイミング（基準タイミング）の時間をｔ１、復路でＰＤ１６を通過する（検出される）振れ角（ＰＤ受光角度）となるタイミング（基準タイミング）の時間をｔ２とする。往路において、レーザ走査光がＰＤ１６により検出された基準タイミングに対して、画像（往路画像）を描画（投影）するまでの時間を往路補正時間Δｔ１（第１補正時間）とし、復路において、レーザ走査光がＰＤ１６により検出された基準タイミングに対して、画像（復路画像）を描画（投影）するまでの時間を復路補正時間Δｔ２（第２補正時間）とする。この場合、往路画像の描画が開始される時間は、ｔ１＋Δｔ１と表され、復路画像の描画が開始される時間は、ｔ２＋Δｔ２と表される。また、往路補正時間Δｔ１、および復路補正時間Δｔ２のそれぞれの初期値は、予めＲＯＭ２２等の記憶装置に記憶されている。
【００５０】
基準タイミングの時間ｔ１、ｔ２に対して、往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２が適切に設定されていれば、往路画像および復路画像は、図７に示す振れ角についての画像描画範囲で一致する。この場合、図８（ａ）に示すように、被走査面１５に投影される往路画像および復路画像は、描画タイミングが一致して重なり合う。このように、往路画像および復路画像を重ね合せることによって、いずれかのみを投影させる場合の２倍の輝度で投影させることができる。一方、図８（ｂ）に、描画タイミングがずれた場合の往路画像および復路画像を示す。
【００５１】
次に、図９および図１０を参照して、ＰＤ１６による基準タイミングの検出方法について説明する。図９は、ＰＤが往路のレーザ走査光を受光した場合の出力電圧の一例を示すグラフである。図１０は、ＰＤが復路のレーザ走査光を受光した場合の出力電圧の一例を示すグラフである。
【００５２】
図９および図１０に示すように、ＰＤ１６がレーザ光を検出していない場合、第１受光面１６ａおよび第２受光面１６ｂのそれぞれの出力電圧についてのバイアス電圧に差を設けている。すなわち、出力電圧取得部３２によって取得される第１受光面１６ａに対応する出力電圧をＶ１（第１出力電圧）、第２受光面１６ｂに対応する出力電圧をＶ２（第２出力電圧）とした場合、それぞれの受光面がレーザ光を検出していない場合のバイアス電圧の関係を、Ｖ１＞Ｖ２としている。このように、受光面積が第１受光面１６ａより大きい第２受光面１６ｂの出力電圧のレンジ（受光レンジ）を広くとれるように、第２受光面１６ｂのバイアス電圧を下げておくことによって、太陽光等の外乱ノイズによる影響のマージンを広くとることができ、その影響を抑制することができる。
【００５３】
また、出力電圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ時間に関する値であるものとして、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）と表すと、基準タイミング検出部３３は、往路の基準タイミングの時間ｔ１を、Ｖ１（ｔ）≧Ｖ２（ｔ）からＶ１（ｔ）≦Ｖ２（ｔ）に反転する時間として検出する。また、基準タイミング検出部３３は、復路の基準タイミングの時間ｔ２を、Ｖ１（ｔ）≦Ｖ２（ｔ）からＶ１（ｔ）≧Ｖ２（ｔ）に反転する時間として検出する。このように、第１受光面１６ａおよび第２受光面１６ｂのそれぞれの出力電圧の大小関係が反転する時間を基準タイミングとすることによって、例えば、レーザ光の光量が変動した場合でも、往路および復路の基準タイミングの生成時間のズレを発生しづらくすることができ、光量変動に対するロバスト性を向上させることができる。
【００５４】
［基準タイミングに対する補正時間の変動処理］
次に、図１１−１〜図１１−３を参照して、環境変化が起きた場合の補正時間の変動動作について説明する。図１１−１は、環境変化（駆動周波数）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。図１１−２は、環境変化（温度）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。図１１−３は、環境変化（レーザ光量）により変動させる補正時間の一例を示すグラフである。
【００５５】
上述のように、往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２（以下、双方をまとめて「補正時間」と称する場合がある）のそれぞれの初期値は、予めＲＯＭ２２等の記憶装置に記憶されている。光偏向器１３の反射面１４の主走査方向の正弦波駆動について、可動部の重さ、および支持梁部の剛性等により固有の共振周波数がある。そのため、光偏向器１３の使用環境の温度変化に応じて部材の物性が変わると、反射面１４の共振周波数がシフトする。また、光偏向器１３の圧電性薄膜材料の性能についても温度依存性があり、使用環境の温度変化に応じて共振周波数がシフトする。反射面１４の主走査方向の共振振動について、一定画像を投影し続ける際には、この共振振動の共振周波数が一定で、かつ、同じ駆動条件で一定のレーザ光の走査を行うのが望ましいが、上述のように、温度による物性の変動により共振周波数のシフトが発現するため、制御部３０および駆動信号出力部３１は、その共振周波数のシフトに応じて、光偏向器１３の駆動周波数を追従させる必要がある。ただし、光偏向器１３の駆動周波数を変化させた場合、往路および復路のＰＤ１６のレーザ光の検出のタイミング、すなわち基準タイミングが、相対的にずれるため、図１１−１に示すように、補正部３６は、変化した光偏向器１３の駆動周波数に基づいて、往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２のうち少なくとも一方を変動させる。これによって、往復画像のズレをさらに抑制することができる。
【００５６】
また、補正時間は、ＰＤ１６の温度によってＰＤ１６の応答速度が変化する。この場合も、往路および復路の基準タイミングが、相対的にずれるため、図１１−２に示すように、補正部３６は、温度取得部３４により取得された温度センサ１７で検出された温度（ＰＤ１６自体またはＰＤ１６周辺の温度）に基づいて、往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２のうち少なくとも一方を変動させる。これによって、往復画像のズレをさらに抑制することができる。
【００５７】
さらに、補正時間は、光源装置１２が照射するレーザの光量に応じて、ＰＤ１６の応答速度、または、ＰＤ１６に照射するレーザプロファイルの強度分布もしくはビーム径が変化する。この場合も、往路および復路の基準タイミングが、相対的にずれるため、図１１−３に示すように、補正部３６は、光量取得部３５によって取得された光量センサ１８で検出されたレーザの光量に基づいて、往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２のうち少なくとも一方を変動させる。これによって、往復画像のズレをさらに抑制することができる。
【００５８】
なお、図１１−１〜図１１−３に示す補正時間の変動は、それぞれ、駆動周波数、ＰＤ１６の温度、およびレーザ光の光量に対して線形変化として示されているが、補正時間の変動の一例を示したものであり、これに限定されるものではなく、光走査システム１０の特性に応じて補正時間の変動を決定するものとすればよい。
【００５９】
［往復画像の補正動作］
次に、図１２を参照して、光走査システム１０による往復画像のズレを補正する動作について説明する。図１２は、光走査システムの往復画像の補正動作の一例を示すフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ２１において、出力電圧取得部３２は、ＰＤ１６によって受光された光源装置１２からのレーザの受光量に応じて出力された出力電圧を取得する。そして、基準タイミング検出部３３は、出力電圧取得部３２により取得されたＰＤ１６の出力電圧に基づいて、往路の基準タイミングの時間ｔ１、および復路の基準タイミングの時間ｔ２を検出する。
【００６１】
ステップＳ２２において、温度取得部３４は、温度センサ１７によって検出されたＰＤ１６の温度に応じた電流または電圧等の物理量を取得する。ステップＳ２３において、光量取得部３５は、光量センサ１８によって検出された光源装置１２からのレーザの光量に応じた電流または電圧等の物理量を取得する。なお、図１２に示すように、ステップＳ２２およびＳ２３の処理は、並列で行うものとすればよい。
【００６２】
ステップＳ２４において、補正部３６は、環境変化に基づいて、すなわち、光偏向器１３の駆動周波数、温度取得部３４により取得されたＰＤ１６の温度に応じた物理量、および、光量取得部３５により取得された光源装置１２のレーザの光量に応じた物理量のうち少なくともいずれか１つの変化に基づいて、補正時間（往路補正時間Δｔ１および復路補正時間Δｔ２）を求める。
【００６３】
なお、図１２に示すように、ステップＳ２１の処理と、ステップＳ２２〜Ｓ２４の処理とは、並列で行うものとすればよい。
【００６４】
ステップＳ２５において、制御部３０は、補正部３６により求められた補正時間の情報を取得し、光走査情報および補正時間に基づいて制御信号を生成する。駆動信号出力部３１は、入力された制御信号に従って、往路画像が時間ｔ１＋Δ１に描画され、復路画像が時間ｔ２＋Δｔ２に描画されるような駆動信号を、光源装置１２に出力する。
【００６５】
ステップＳ２６において、光源装置１２は、駆動信号出力部３１から出力された駆動信号により、往復画像を描画する。
【００６６】
［画像投影装置］
次に、図１３および図１４を参照して、本実施形態の制御装置１１を適用した画像投影装置について詳細に説明する。図１３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１４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。
【００６７】
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１３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。
【００６８】
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。
【００６９】
図１４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、を含む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、を含む投射光学系を経て、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、および、ダイクロイックミラー５０５、５０６は、図２等に示す光源装置１２に相当する光源ユニット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。
【００７０】
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のレーザ光は、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。また、光源ユニット５３０から出射されるレーザ光は、中間スクリーン５１０の端側に設置されたＰＤ１６によって検出される。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
［パッケージング］
次に、図１５を参照して、本実施形態の制御装置１１により制御される光偏向器１３のパッケージングについて説明する。図１５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。
【００７４】
図１５に示すように、光偏向器１３は、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。
【００７５】
次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム１０、および画像投射装置等に使用される光偏向器１３の詳細および本実施形態の制御装置１１による制御の詳細について説明する。
【００７６】
［光偏向器の詳細］
まず、図１６〜図１８を参照して、光偏向器１３について詳細に説明する。図１６は、２軸方向に光偏向可能な片持ちタイプの光偏向器の平面図である。図１７は、図１６のＰ−Ｐ’断面図である。図１８は、図１６のＱ−Ｑ’断面図である。
【００７７】
図１６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１１０ａ、１１０ｂ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１２０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１３０ａ、１３０ｂを支持する第２支持部１４０と、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂおよび第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを制御装置１１に電気的に接続させる電極接続部１５０と、を有する。
【００７８】
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、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ、および電極接続部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。
【００７９】
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１６２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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１０２の＋Ｚ側の面上に形成された反射面１４と、を含む。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、回転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。
【００８３】
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を回転可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、一端がトーションバー１１１ａ、１１１ｂそれぞれに接続され、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、を含む。
【００８４】
図１７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）から構成される。
【００８５】
図１６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、およびシリコン活性層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。
【００８６】
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との接続箇所、および第２駆動部１３０ｂと第１支持部１２０との接続箇所、さらに第２駆動部１３０ａと第２支持部１４０との接続箇所、および第２駆動部１３０ｂと第２支持部１４０との接続箇所は、それぞれ反射面１４の中心に対して点対称となっている。
【００８７】
図１８に示すように、第２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）から構成される。
【００８８】
図１６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。
【００８９】
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、１３２ａ〜１３２ｆの各上部電極２０３および各下部電極２０１、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。
【００９０】
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）に設けてもよいし、弾性部の一面および他面の双方に設けてもよい。
【００９１】
また、ミラー部１０１を第１軸周りまたは第２軸周りに回転駆動可能であれば、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。
【００９２】
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。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。
【００９３】
［制御装置の制御の詳細］
次に、光偏向器１３の第１駆動部１１０ａ、１１０ｂおよび第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを駆動させる制御装置１１の制御の詳細について説明する。
【００９４】
第１駆動部１１０ａ、１１０ｂ、および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂがそれぞれ有する圧電部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、および第２駆動部１３０ａ、１３０ｂは、上述の逆圧電効果を利用してミラー部１０１を回転駆動させる。
【００９５】
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。
【００９６】
まず、第１駆動部１１０ａ、１１０ｂを駆動させる制御装置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軸周りの回転駆動力が作用し、ミラー部１０１が第１軸周りに回転する。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。
【００９７】
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回転させることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
次に、図１９および図２０を参照して、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂを駆動させる制御装置１１の制御について説明する。
【０１００】
図１９は、光偏向器１３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。
【０１０１】
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１９（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軸周りに回転する。
【０１０２】
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１０１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１０１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１９（ｃ）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軸周りに回転する。
【０１０３】
図１９（ａ）、（ｃ）に示すように、第２駆動部１３０ａまたは第２駆動部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、屈曲変形による回転量を累積させ、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。
【０１０４】
例えば、図１６に示すように、第２駆動部１３０ａ、１３０ｂが、第１支持部１２０の中心点に対して第１支持部１２０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１２０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１２０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。
【０１０５】
また、図１９（ｂ）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の回転力と電圧印加による圧電駆動群Ｂによるミラー部１０１の回転力が釣り合っている時は、振れ角はゼロとなる。
【０１０６】
図１９（ａ）〜図１９（ｃ）を連続的に繰り返すように第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆに駆動電圧を印加することにより、ミラー部１０１を第２軸周りに回転させることができる。
【０１０７】
［駆動電圧］
第２駆動部１３０ａ、１３０ｂ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。図２０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。
【０１０８】
図２０（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２０（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２０（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。
【０１０９】
図２０（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となる比率が予め設定されている。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。
【０１１０】
図２０（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となる比率が予め設定されている。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。
【０１１１】
また、図２０（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とは、同一となるように設定されている。
【０１１２】
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１３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、および立ち下がり時間のうち、どちらを基準にするかは、任意に設定してもよい。
【０１１３】
［変形例］
上記実施形態では、光偏向器１３は図１６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１３を用いているが、電圧印加された圧電部２０２により反射面１４を回転させる構成であれば、これに限られない。例えば、図２１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第１圧電駆動部２１２ａ、２１２ｂおよび−Ｘ方向に向かって延びる第１圧電駆動部２１２ｃ、２１２ｄを有する両持ちタイプの光偏向器を用いてもよい。
【０１１４】
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、制御装置１１は圧電部２０２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２０２に駆動電圧が印加されて圧電部２０２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、制御装置１１は、圧電部２０２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。
【０１１５】
なお、上述の実施形態および変形例において、制御装置１１の各機能部の少なくともいずれかがプログラムの実行によって実現される場合、そのプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、上述の実施形態および変形例に係る制御装置１１で実行されるプログラムは、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（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）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。また、上述の実施形態および変形例の制御装置１１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および変形例の制御装置１１で実行されるプログラムを、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、上述の実施形態および変形例の制御装置１１で実行されるプログラムは、上述した各機能部のうち少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ２０が上述の記憶装置（例えば、ＲＯＭ２２等）からプログラムを読み出して実行することにより、上述の各機能部が主記憶装置（例えば、ＲＡＭ２１等）上にロードされて生成されるようになっている。
【符号の説明】
【０１１６】
１０  光走査システム
１１  制御装置
１２  光源装置
１３  光偏向器
１４  反射面
１５  被走査面
１６  ＰＤ（フォトダイオード）
１６ａ  第１受光面
１６ｂ  第２受光面
１７  温度センサ
１８  光量センサ
２０  ＣＰＵ
２１  ＲＡＭ
２２  ＲＯＭ
２３  ＦＰＧＡ
２４  外部Ｉ／Ｆ
２５  光源装置ドライバ
２６  光偏向器ドライバ
２７  第１センサＩ／Ｆ
２８  第２センサＩ／Ｆ
２９  第３センサＩ／Ｆ
３０  制御部
３１  駆動信号出力部
３２  出力電圧取得部
３３  基準タイミング検出部
３４  温度取得部
３５  光量取得部
３６  補正部
５０  走査領域
５０ａ  描画領域
５０ｂ  非描画領域
５１  受光用画像
１０１  ミラー部
１０２  ミラー部基体
１１０ａ、１１０ｂ  第１駆動部
１１１ａ、１１１ｂ  トーションバー
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
１３２ａ〜１３２ｆ  第２圧電駆動部
１４０  第２支持部
１５０  電極接続部
１６１  シリコン支持層
１６２  酸化シリコン層
１６３  シリコン活性層
２０１  下部電極
２０２  圧電部
２０３  上部電極
２１１ａ、２１１ｂ  トーションバー
２１２ａ〜２１２ｄ  第１圧電駆動部
４００  自動車
４０１  フロントガラス
４０２  運転者
５００  ヘッドアップディスプレイ装置
５０１Ｒ、５０１Ｇ、５０１Ｂ  レーザ光源
５０２〜５０４  コリメータレンズ
５０５、５０６  ダイクロイックミラー
５０７  光量調整部
５０９  自由曲面ミラー
５１０  中間スクリーン
５１１  投射ミラー
５３０  光源ユニット
８０１  取付部材
８０２  パッケージ部材
８０３  透過部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１７】
【特許文献１】特開２０１０−７９１９８号公報
【図１】
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【図２】
2017227868.tif 000004
【図３】
2017227868.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017227868.tif 000007
【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１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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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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