JP6834227B2 - 光偏向器、画像表示装置、画像投影装置、光書き込み装置、物体認識装置、車両 - Google Patents
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Description
このような光偏向器においては、圧電材料を電極で挟持して電圧を印加し、圧電材料の伸縮によって可動部を回転させる構成が知られている。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
このうち、駆動装置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を備えている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。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。
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。
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。
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。
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。
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。
次に、以上に説明した光偏向システム、光走査システム、画像投射装置、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。
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別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。図12に示すように、光偏向器13は、入射した光束L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O1周りに駆動する第1駆動部110a、110bと、を有している。
光偏向器13はまた、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を有している。
光偏向器13はまた、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O2周りに駆動する第2駆動部130a、130bと、第2駆動部130a、130bを支持する枠体部たる第2支持部140と、を有している。
なお、本実施形態における第1駆動部110a、110bと、ミラー部101と、第1支持部120とは、第2軸O2を中心に回転する可動部を構成している。また、第2駆動部130a、130bは、かかる可動部を第2支持部140に対して支持する。
光偏向器13は、第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bおよび駆動装置に電気的に接続される電極接続部150と、電極接続部150から第1駆動部110a、110bまで延びた通電路たる電極配線151と、を有している。
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。
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。
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)等を用いて構成される。
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)を用いた圧電膜で構成される。
以降の説明では、特に必要のある場合には下部電極201と、圧電部202と、上部電極203とをまとまりとして圧電駆動部との文言を用いる。
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。
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、電極同士を接続して間接的に接続されていてもよい。
絶縁層153は、上部電極203と、下部電極201との間の絶縁を保つように形成された保護膜たる層関絶縁層であり、例えばSiO2等を用いて構成される。
絶縁層153には、図15に示して後述するように電極配線151を接続するための開口部154が形成されている。
なお以降の説明では例として特に第2圧電駆動部131aと第2圧電駆動部131bとを接続する場合について述べるが、第2圧電駆動部131a〜131f及び第2圧電駆動部132a〜132fについて同様の構成を有している。
開口部154は、絶縁層153にエッチングなどの手法を用いて開けられた開口である。なお、かかる開口部154を設けるために、下部電極201は、圧電部202よりも大きく、圧電部202は上部電極203よりも大きくなるように、それぞれの幅と長さとが調整されることが望ましい。
開口部154は、+Z方向側から見たときに上部電極203と、圧電部202とが重なった部分と、重なっていない部分と、を含む位置に形成されている。言い換えると開口部154は、上部電極203の+Z方向側の一部と、圧電部202の+Z方向側の一部とを覆うように、上部電極203のX方向の端部に形成されている。
次に、光偏向器の第1駆動部110a、110bおよび第2駆動部130a、130bを駆動させる駆動装置11の制御の詳細について説明する。
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O1周りの駆動力が作用し、ミラー部101が第1軸O1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。
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(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O2周りに可動する。
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、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(b)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O2周りに可動する。
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)、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。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。
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。
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18(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。
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。
なお、以降の説明においても、圧電駆動部のうち特に第2圧電駆動部131aについて説明するが、かかる構成に限定されるものではなく、光偏向器13において圧電材料を用いた部分については同様の構成を有している。
図19(a)に示すように、基板材料としてシリコン支持層161と、酸化シリコン層162と、シリコン活性層163と、が積層されたSOI基板上に、下部電極材料1904と、圧電材料1905と、上部電極材料1906と、を層状に形成する。
次に図19(b)に示すように、ドライエッチングによって上部電極材料1906のパターニングと、圧電材料1905のパターニングと、下部電極材料1904のパターニングとを行い、圧電駆動部131aの圧電部材の形状を形成する。
さらに、図19(c)のように、全面に絶縁材料1908としてSiO2をCVD法により形成する。
絶縁材料1908が成膜されると、図19(d)に示すように、コンタクトホールとして絶縁材料1908に開口部154をドライエッチングによって形成する。このとき開口部154は、上部電極材料1906と圧電材料1905とがZ方向からみて重複して形成された部分と、圧電材料1905が形成されて上部電極材料1906が存在しない部分と、を含むように形成されている。
配線部材1910によって配線パターンが形成された後、図19(f)に示すように基板全体にパッシベーション膜1911を形成する。パッシベーション膜としては例えばSiNをCVD法により成膜することで形成する。
かかるパッシベーション膜1911は、外界からのガス、水分などからパターニングされた基板を保護するための保護膜としての機能を有している。
このように、シリコン活性層163がエッチングにより除去されている領域においてシリコン支持層161の加工を行うと、シリコン支持層161が除去されて所謂抜き部分が形成される。同様に、シリコン活性層163が残された部分においてシリコン支持層161の加工を行うことで、シリコン活性層163が残って第2圧電駆動部131aが電圧印加によって伸縮するときの変形が容易に行える。
梁状部材1700は、上部電極1703を覆うように形成された絶縁膜1707と、絶縁膜1707の一部に開けられた開口たるコンタクトホール1705と、コンタクトホール1705を介して上部電極1704と当接する配線1706と、を有している。
このような変形が繰り返し行われることによって、コンタクトホール1705の付近には、繰り返し応力が生じて、配線1706と上部電極1704との間の剥離やクラックなどの故障が生じるおそれがあった。特に、図24に示すように、従来の光偏向器においては、コンタクトホール1705を囲う周囲全てで圧電膜が伸縮するため、配線1706と上部電極1704との間の剥離やクラックが生じやすかった。
このような剥離やクラックを生じにくくさせるためには、コンタクトホール1705の周囲で圧電膜の伸縮を低減させる、または、上部電極1704と配線1706との間の密着力を向上させることが望ましい。こうした密着力は一般に、接触面積と、接触面の粗さによって大きく変動することが知られている。
また第2圧電駆動部131a、131bは、下部電極201と、圧電部202と、上部電極203と、が積層されており、電極配線151は、第2圧電駆動部131aの上部電極203および圧電部202に当接する。
すでに述べたように、圧電部202の変形は、上部電極203と下部電極201との間に電圧が印加されて生じる。しかしながら、本実施形態では、開口部154が上部電極203の両端部に設けられている。さらに言うと、開口部154は、上部電極203の±X方向の端部に重複するように、形成されている。
このように、開口部154が上部電極203が形成されない部分にも形成されることとすれば、図19の拡大図において一点破線で示す部分には、上部電極203がないので圧電部202の変形が生じない。すなわちコンタクトホールたる開口部154の周囲で圧電膜の伸縮を低減することができる。
かかる構成により、上部電極203と電極配線151との間の剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
また、電極配線151が上部電極203の側面203bと圧電部202の上面202aとに囲繞された態様で固定されるから、剥離方向に働く力が分散してより密着力が向上する。
かかる構成により、第2圧電駆動部131a、131bの変形が生じにくい折り返し部133に電極配線151が配置されるから、第2圧電駆動部131a、131bの変形による剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
なお、以降の変形例においては、第1の実施形態と同様の構成については同一の付番をして説明は適宜省略する。
本変形例では、開口部154は、第2圧電駆動部131a〜131fのY方向の端部に配置されている。また、図20に示すように、第2圧電駆動部131a、131bの変形が生じにくい折り返し部133に電極配線151が配置されている。
さらに折り返し部133の幅W1と、折り返し部133の+Y方向側の端部から開口部154の−Y方向側までの幅W2とは、W2<2W1/3、の関係を満たす。
折り返し部133においては、+Y方向あるいは−Y方向の何れかの外側にあった方が、第2圧電駆動部の変位の影響が小さくなる。したがって、開口部154の位置は、+Y方向あるいは−Y方向の何れかの外側にあった方がより好ましい。
かかる構成によれば、上部電極203と電極配線151との間における密着性に最も寄与する、上部電極203の側面203bとの接触面積を向上させることができるから、第2圧電駆動部131a、131bの変形による剥離やクラックの進行を抑制して、故障の発生が低減される。
例えば、上記実施形態およびその変形例では、駆動装置11は圧電部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、圧電部に駆動電圧が印加されて圧電部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、駆動装置11は、圧電部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。
また、コンタクトホールの形状は、電極配線が上部電極及び圧電部に当接できるような形状であれば、どのような形であっても良い。
上記実施形態およびその変形例では、光偏向器13は図12に示すように、トーションバー111a、111bから+X方向に向かって第一圧電駆動部112a、112bが延びる片持ちタイプの光偏向器を用いているが、電圧印加された圧電部により反射面14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第一圧電駆動部212a、212bおよび−X方向に向かって延びる第一圧電駆動部212c、212dを有するタイプの光偏向器を用いてもよい。また、1軸方向のみに反射面を可動させる場合は、図23に示すように、可動部220に反射面14を設ける構成としてもよい。このとき、反射面14は可動部220全面に設けてもよい。
Claims (12)
- 反射面を有するミラー部と、
複数の弾性部が蛇行状に連続して形成され、ミラー部を支持する支持部と、
前記弾性部に個別に設けられた複数の圧電駆動部と、
前記圧電駆動部を少なくとも部分的に覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部を介して少なくとも2つの圧電駆動部を接続する接続部
と、を有し、
前記圧電駆動部は、下部電極と、圧電部と、上部電極と、が積層されており、
前記接続部と前記圧電駆動部の前記上部電極とが当接する面は、前記上部電極の前記積層された方向に沿った面で当接し、前記接続部と前記圧電駆動部の前記圧電部とが当接する面は、前記積層された方向に沿った前記面とは異なる方向に沿った、前記積層された方向に沿った前記面に隣接する面で当接する光偏向器。 - 請求項1に記載の光偏向器において、
前記上部電極と前記圧電部とは前記圧電部の上面が前記上部電極に接するように積層され、
前記接続部と前記圧電駆動部の前記上部電極とは、前記上部電極の前記積層された方向における側面の当接位置で当接し、
前記接続部と前記圧電駆動部の前記圧電部とは、前記積層された方向において前記側面とは異なる上面の当接位置で当接することを特徴とする光偏向器。 - 請求項1または2に記載の光偏向器において、
前記開口部は、前記圧電駆動部の両端にそれぞれ形成され、
前記接続部は、前記蛇行状に形成された前記弾性部の折り返し部分に、隣り合う前記圧電部を接続するように配置されたことを特徴とする光偏向器。 - 請求項1乃至3の何れか1つに記載の光偏向器において、
前記接続部は、2層以上の配線部材が積層して形成されていることを特徴とする光偏向
器。 - 請求項4に記載の光偏向器において、
前記配線部材のうち、最も下層に形成された配線部材は、バリア層であることを特徴と
する光偏向器。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載の光偏向器において、
前記ミラー部は、所定の第1軸を中心として回動するとともに、前記第1軸に直交する第2軸を中心として回動可能に支持されることを特徴とする光偏向器。 - 請求項6に記載の光偏向器において、
前記ミラー部に一端が接続され、前記第1軸の方向に延びる支持梁と、
前記支持梁の他端に接続され、前記第2軸の方向に延びた弾性部と、
を有することを特徴とする光偏向器。 - 請求項6または7に記載の光偏向器と、
前記ミラー部に向けて複数の異なる波長の光を照射する光源と、
前記光の光路を1つに合成する光路合成手段と、
前記合成された前記光を前記光偏向器に照射して前記反射面で反射させることで走査し、投影面に画像を描画することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項1乃至7の何れか1つに記載の光偏向器を有し、
前記ミラー部を駆動することで前記ミラー部に照射された光を走査する画像投影装置。 - 請求項1乃至7の何れか1つに記載の光偏向器を有する光書き込み装置。
- 請求項1乃至7の何れか1つに記載の光偏向器を有する物体認識装置。
- 請求項9に記載の画像投影装置または請求項11に記載の物体認識装置を有する車両。
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