JP7059713B2

JP7059713B2 - 光走査装置、画像表示装置、および移動体

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Publication number: JP7059713B2
Application number: JP2018047348A
Authority: JP
Inventors: 貴行蔀
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: JP2019159162A

Description

本発明は、光走査装置、画像表示装置、および移動体に関する。

従来より、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを駆動する駆動電圧について最適な印加方法が検討されている。

例えば、駆動電圧の印加方法として、ＭＥＭＳミラーの各圧電部材に印加する電圧の駆動波形の位相を逆相にする技術を開示したものがある（特許文献１参照）。

しかし、従来の駆動電圧の印加技術では、ＭＥＭＳミラーなどのような光偏向器に駆動電圧を印加する配線において電流のピーク値が増加するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光偏向器に駆動電圧を印加する配線における電流のピーク値の増加を防止する光走査装置、画像表示装置、および移動体を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一実施の形態の光走査装置は、光偏向器と該光偏向器の駆動を制御する制御部とを有し、前記光偏向器は、ミラー面を有するミラー部と、該ミラー部を回転可能に支持するミアンダ形状のカンチレバーと、前記カンチレバーの反り変形を発生させる第１の圧電部材と第２の圧電部材と、前記第１の圧電部材および前記第２の圧電部材の一端側の電極に接続された共通配線と、を有し、前記制御部は、前記第１の圧電部材に印加する第１の駆動電圧及び前記第２の圧電部材を印加する第２の駆動電圧は所定時間刻みで段階的に変化し、前記第１の圧電部材に印加する第１の駆動電圧を前記所定時間刻みで変化させるタイミングと前記第２の圧電部材を印加する第２の駆動電圧を前記所定時間刻みで変化させるタイミングとが相対的にずれている、ことを特徴とする。

本発明によれば、光偏向器に駆動電圧を印加する配線における電流のピーク値の増加を防止するという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す図である。図２は、光偏向器の概略上面図である。図３は、ミラー枠部材の上面を抜粋した図である。図４は、図３に示したＬ－Ｌ’断面図である。図５は、図３に示したＭ－Ｍ’断面図である。図６は、図３に示したＮ－Ｎ’断面図である。図７は、光偏向器のＸ－Ｘ’（図２参照）断面図である。図８は、カンチレバー群を変位させるための電気配線の概略図である。図９は、図８に示す電気配線を施した圧電部材群の等価回路を示す図である。図１０は、駆動波形の詳細説明図である。図１１は、駆動波形の領域によりピーク電流値が異なることについて説明する図である。図１２は、カンチレバー群の１ペアのみを切り出した等価回路を示す図である。図１３は、２つの駆動波形を同一のタイミングで形成する場合の各領域（第１領域、第２領域、第３領域）におけるピーク電流値の関係の一例を示す図である。図１４は、２つの駆動波形を別のタイミングで形成する場合の各領域（第１領域、第２領域、第３領域）におけるピーク電流値の関係の一例を示す図である。図１５は、光走査装置を有するヘッドアップディスプレイを説明する図である。

以下に添付図面を参照して、光走査装置、画像表示装置、および移動体の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光走査装置の一例を示す図である。図１の光走査装置１は、光偏向器１００と駆動制御部（「制御部」に相当）５００とを含み、駆動制御部５００からの駆動信号により、光偏向器１００がミラーを回転させて、光走査する。

なお、光偏向器１１には、ミアンダ形状のカンチレバーを用いて１軸方向に光走査する構成が含まれていればよい。ここでは、一例として、主走査方向と副走査方向との２軸方向に光走査する構成を示すが、これに限定するものではない。また、ここでは主に光偏向器１００と駆動制御部５００との構成を示すが、光走査装置１には、光走査する光源や、光源の光をミラーに導く光学系などを含めてもよい。

光偏向器１００は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーである。駆動制御部５００は、光偏向器１００に駆動信号として駆動電圧を印加する制御回路である。図１には、制御回路の一例として、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）５１０とドライバ５２０（Ｄ／Ａ５２１およびオペアンプ５２２）との構成を示している。ＦＰＧＡ５１０は、光偏向器１００のミラーを主走査方向や副走査方向に回転させる駆動電圧信号をＤ／Ａ５２１に出力する。Ｄ／Ａ５２１は、駆動電圧信号をデジタルからアナログに変換してオペアンプ５２２に出力する。オペアンプは、Ｄ／Ａ５２１から出力されたアナログの駆動電圧信号を所定の利得で増幅して光偏向器１００に印加する。

本実施の形態において、光偏向器１００はミラーを回転させるアクチュエータとしてミアンダ形状のカンチレバーと異なる圧電部材（第１の圧電部材と第２の圧電部材）を有する。圧電部材は互いに異なる変形によりカンチレバーを反り変形してミラーを１軸方向に回転させる。圧電部材の一端側の電極は共通配線で接続されている。本実施の形態では、第１の圧電部材に印加する第１の駆動電圧を変化させるタイミングまたは第２の圧電部材を印加する第２の駆動電圧を変化させるタイミングを相対的にずらしたものについて説明する。ここでは一例として、駆動制御部５００が第１の駆動電圧と第２の駆動電圧とを所定時間刻みで段階的に変化させるものについて、第１の駆動電圧を変化させるタイミングと第２の駆動電圧を変化させるタイミングとを相対的にずらすことにより、共通配線に流れる電流のピーク値を軽減させる。なお、相対的なずらしはＤ／Ａ５２１が行う。ずらす量は予めＤ／Ａ５２１に設定しておいてもよいし、ＦＰＧＡ５１０からＤ／Ａ５２１に設定してもよい。

図２は、光偏向器１００の概略上面図である。図２に示すように、光偏向器１００には、主走査方向に相当する１軸方向（第１軸）のミラーの回転と、副走査方向に相当するもう一つの軸方向（第２軸）のミラーの回転とを可能にするカンチレバー構造が構成されている。具体的には、主走査方向のミラーの回転は、基板１０１（ＳＯＩ基板：ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）と、ミラー面を有するミラー部１０３と、ミラー部１０３を支持するトーションバー（ミラー支持部）１１０と、カンチレバー１０９と、カンチレバー１０９において反り変形を発生させる圧電部材１０４とにより可能にされている。これらは「カンチレバー構成部」としてミラー枠部材３０１に含まれている。ミラー枠部材３０１は、複数本の梁により構成されるミアンダ形状のカンチレバー（以下では、これをカンチレバー群と呼ぶ）３０２の一端に接続される。ミアンダ形状のカンチレバー群３０２のもう一方の一端は、外周の基板１０１と接続される。ミアンダ形状のカンチレバー群３０２上には、複数本の梁上に反り変形を発生させる手段として圧電部材群３０３が存在する。これにより、ミラー枠部材３０１を第２軸方向へ回転可能に支持する。

ミラー枠部材３０１は、圧電部材群３０３の反り変形に起因して、第２軸方向（副走査方向）に回転する。すなわち、光偏向器１００は、ミラーが２軸方向（第１軸方向および第２軸方向）に回転することにより、入射する光の反射光方向を２軸方向に走査しながら偏向する。光偏向器１００は、２軸方向への光偏向によって、例えば、投影面に画像を投影する。電圧供給部２０１は、各構成部材に印加する電圧を供給するためのパッドであり、基板上に構成された配線により各構成部材に接続されている。なお、配線については、後述する。

主走査方向に相当する１軸方向のミラーの回転を起こすための圧電部材１０４に印加される電圧は、圧電部材１０４の上下に位置する電極間に印加され、画像のフレームレートから決定される駆動周波数でサイン波電圧が印加される。例えば、駆動周波数は、２０ｋＨｚ等の比較的高い周波数となる。駆動周波数を、ミラー部１０３の重量と、トーションバー１１０のばね定数とから決定される共振周波数に近い周波数とすることにより、共振させてミラーを回転させることができるため、比較的低い電圧で、ミラーの高い振れ角を発生させることができる。

圧電部材群３０３は、カンチレバー群３０２の各梁の１本おきに２種類の駆動電圧源に接続されている。図２には、駆動電圧源の違いにより、カンチレバー群３０２をカンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とで示し、上記圧電部材群３０３を、接続される駆動電圧源別に圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とで示している。図２に駆動電圧源が同じ圧電部材群について同じ模様で示すように、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７は、それぞれカンチレバー群３０２の各梁の１本おきに交互に設けられている。圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とは、詳しくは後述するが共に群毎に並列に電圧が印加されるように接続されている。ミラー枠部材３０１は、圧電部材群３０３のそれぞれ（圧電部材群３０６と圧電部材群３０７）の反り変形に起因して１軸方向とは異なるもう一つの軸方向（副走査方向）に回転する。なお、図２に示すミラー部１０３の両端である「ａ」及び「ｂ」と、「Ｘ－Ｘ’断面」とについては後述する。

ここで、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７は、それぞれ、「第１の圧電部材」と「第２の圧電部材」または、「第２の圧電部材」と「第１の圧電部材」に対応する。

図３は、ミラー枠部材３０１の上面を抜粋した図である。図４は、図３に示したＬ－Ｌ’断面図である。図５は、図３に示したＭ－Ｍ’断面図である。図６は、図３に示したＮ－Ｎ’断面図である。Ｌ－Ｌ’断面図（図４参照）及びＭ－Ｍ’断面図（図５参照）では、主に、ミラーを回転させる駆動力を発生するカンチレバー１０９、すなわち圧電部材１０４を表している。Ｎ－Ｎ’断面図（図６参照）では、ミラー部１０３を表している。以下に、図３～図６を用いて、シリコン基板（基板１０１）上に構成させる光偏向器１００の基本的な製造方法を説明する。なお、ここでは、一例としてミラー枠部材３０１回りの図を示すが、それ以外、ミアンダ形状のカンチレバー群３０２や外周の基板１０１などの製造方法も基本的に同様であり、図７において、ミラー枠部材３０１回りと対応する部分に同一の番号を付している。

シリコン基板（基板１０１）には、ＳＯＩ基板が使用される。ＳＯＩ基板である基板１０１は、活性層側のシリコン１０２と、埋め込み酸化膜層１１６と、基材層側のシリコン１０５とから構成される。埋め込み酸化膜層１１６は、「ＢＯＸ層」と呼ばれる場合がある。まず、ＳＯＩ表面にシリコン酸化膜１０７が成膜され、続いて、下部電極材料１２０（適宜、「下部電極１２０」と呼ぶ場合がある）、圧電材料１２１、上部電極材料１２２（適宜、「上部電極１２２」と呼ぶ場合がある）が順に成膜される。その後、上部電極材料１２２、圧電材料１２１、下部電極材料１２０が、それぞれ異なるパターンでパターン化される。このとき、それぞれのパターンは、光偏向器１００に要求される性能等に応じて任意の形でパターン化され、シリコン酸化膜１０７は、下部電極材料１２０と同一のパターンでエッチングされる。

そして、絶縁膜１０８が成膜され、接続孔１１２を開口して、引出し配線材料１１１が成膜されパターン化される。続いて、パッシベーション膜１１３とミラー膜（ミラー部１０３）とが成膜され、順次パターン化される。その後、活性層１０２（活性層側のシリコン）と、基材層１０５（基材層側のシリコン）と、埋め込み酸化膜層１１６とを順次パターン化及びエッチングすることで、光偏向器１００が完成する。ウェハ上からチップに個片化する方法は、ブレードによるダイシング技術や、レーザダイシング技術や、ドライエッチング技術等により実現されれば良い。下部電極材料１２０と上部電極材料１２２との間に、サイン波の駆動電圧を印加することにより、圧電材料１２１が平面方向に伸縮し、圧電部材１０４の反りを発生させ、トーションバー１１０のねじりを起こし、ミラー部１０３の共振振動を誘発させて、ミラー部１０３の主走査方向の回転を起こす（図６参照）。

次に、図７及び図８を用いて、１軸方向の回転とは異なるもう一つの軸方向（副走査方向）への回転を発生させる構造を説明する。図７は、光偏向器１００のＸ－Ｘ’（図２参照）断面図である。図８は、カンチレバー群３０２を変位させるための電気配線の概略図である。

図７に示すように、複数の本数により構成される左右二組のミアンダ形状のカンチレバー群３０２は、左右二組とも、一端が、ミラー部１０３を有するミラー枠部材３０１に接続され、他の一端が、基板１０１に接続されている。ミアンダ形状の二組のカンチレバー群３０２は、共に１本おきに（つまりカンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とに）、梁に反り変形を発生させる手段となる圧電部材群３０３（それぞれ、圧電部材群３０６、圧電部材群３０７）を有する。左右二組のカンチレバー群３０２において、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とには異なる波形の駆動電圧（第１の駆動電圧と第２の駆動電圧、または第２の駆動電圧と第１の駆動電圧）が個別に印加される。この圧電部材群３０３の反り変形に起因し、カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５とが異なる動きをして、ミラー枠部材３０１が１軸方向とは異なるもう一つの軸方向に回転する。

図８は、左右二組のカンチレバー群３０２の圧電部材群３０６と圧電部材群３０７との電気配線の一例を示す図である。図８に示すように、左右二組のカンチレバー群３０２において、圧電部材群３０６ｂ（３０６）についての上部電極１２２および下部電極１２０と、圧電部材群３０７ｂ（３０７）についての上部電極１２２および下部電極１２０とは、別の配線になっている。つまり、隣接するカンチレバー（カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５）は別々に駆動することができる。図８において、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とは並列に接続されており、圧電部材群３０６および圧電部材群３０７のいずれの上部電極１２２も共に共通線の配線（共通配線）で接地されている。圧電部材群３０６ｂおよび圧電部材群３０７ｂの下部電極１２０については。それぞれの共通線により個別に電圧供給部２０１（図２参照）の各パッドに接続されている。図８には、一例として、圧電部材群３０６ｂの下部電極１２０に電圧を印加するパッドを下部電極Ａ（３０６ｃ）と示し、圧電部材群３０７ｂの下部電極１２０に電圧を印加するパッドを下部電極Ｂ（３０７ｃ）と示している。

圧電部材群３０６と圧電部材群３０７とに駆動電圧の印加がなされることにより、カンチレバー群３０４とカンチレバー群３０５において基板１０１に接続する部位から徐々に変位が大きくなり、ミラー枠部材３０１に接する箇所の変位が最大となる。これにより、主走査方向のミラーの回転とは異なり、共振振動に寄らずに比較的大きな回転を発生させることができる。なお、電気配線については、図８に示したものに限られるわけではない。

図９は、図８に示す電気配線を施した圧電部材群３０６と圧電部材群３０７の等価回路を示す図である。図９には、図８に示す左右二組のカンチレバー群３０２のうちの一組（ここでは、左側のカンチレバー群３０２－１）について、光偏向器１００を駆動するドライバの駆動電圧源が電圧供給部２０１（図２参照）のパッドを通じて接続されたときの等価回路を示している。なお、以下において説明は省略するが、左側のカンチレバー群３０２―１で説明することは右側のカンチレバー群３０２－２においても同様のことが言えるものとする。

図９には、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７を簡易的にコンデンサＣへ置き換えた等価回路を示している。なお、図９に示す上部電極１２２と下部電極１２０の上下の配置は、図８を上下反転したため図８とは反対になっている。

図９において、駆動電圧源１０Ａのプラス側は圧電部材群３０６の下部電極１２０へ接続されている。また、駆動電圧源１０Ａのマイナス側は圧電部材群３０６および圧電部材群３０７の上部電極１２２へ接続され接地されている。駆動電圧源１０Ａは、下部電極Ａ（図８参照）を通じて駆動波形１１Ａの鋸波の電圧を回路に印加する。

他方の駆動電圧源１０Ｂのプラス側は圧電部材群３０７の下部電極１２０へ接続されている。また、駆動電圧源１０Ｂのマイナス側は圧電部材群３０６および圧電部材群３０７の上部電極１２２へ接続され接地されている。駆動電圧源１０Ｂは、下部電極Ｂ（図８参照）に接続され、駆動波形１１Ｂの鋸波の電圧を回路に印加する。駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂは、時間軸方向において互いに左右対称の形状となる鋸波である。

図９において、圧電部材群３０６の下部電極１２０への配線に流れる電流をＩ_Ａ、圧電部材群３０７の下部電極１２０への配線に流れる電流をＩ_Ｂとする。この場合、電流Ｉ_Ａは、圧電部材群３０６に対応する各コンデンサＣに分岐電流（電流Ｉ_Ａ１、電流Ｉ_Ａ２、電流Ｉ_Ａ３、電流Ｉ_Ａ４）として流れ込む。また、電流Ｉ_Ｂは、圧電部材群３０７に対応する各コンデンサＣに分岐電流（電流Ｉ_Ｂ１、電流Ｉ_Ｂ２、電流Ｉ_Ｂ３、電流Ｉ_Ｂ４）として流れ込む。従って、圧電部材群３０６および圧電部材群３０７の各上部電極１２２を接続する共通配線には、圧電部材群３０６と圧電部材群３０７に流れ込む電流が共に電流Ｉ_Ｃ（＝電流Ｉ_Ａ＋電流Ｉ_Ｂ）として流れ出ることになる。つまり、当該共通配線には、圧電部材群３０６に印加される駆動波形１１Ａと圧電部材群３０７に印加される駆動波形１１Ｂの重なりにより、１種類の駆動波形のときよりもピーク電流が高くなる。本実施の形態では、このピーク電流を低減させる。これについて、以下に更に詳しく説明する。

図１０は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとの詳細説明図である。図１０には、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとを時間軸上に重ねて示している。駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとは異なる形状の鋸波であり、図１０に示すように時間軸に沿って共に変化する。各駆動波形１１Ａ、１１Ｂは、ある時間間隔Ｔ（「所定時間刻みで変化させる時間間隔」）で電圧値を段階的に変化させることで形成されたものである。

本実施の形態では、駆動波形１１Ａの電圧値が変化するタイミングｔ１から駆動波形１１Ｂの電圧値が変化するタイミングｔ２までを時間Ｔｓａとし、駆動波形１１Ｂの電圧値が変化するタイミングｔ３から駆動波形１１Ａの電圧値が変化するタイミングｔ４までを時間Ｔｓｂとする。そして、Ｄ／Ａ５２１（図１参照）に時間Ｔｓａと時間Ｔｓｂとがピーク電流値を低減させる最適な組み合わせとなるように設定する。ピーク電流値は、時間軸上の同じ時間帯（以下領域とする）における駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂの各信号変化パターンの違いに応じて異なる。

図１１は、駆動波形の領域によりピーク電流値が異なることについて説明する図である。図１１では、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとの傾きに注目し、傾きの組合せにより領域を分け、各領域により上記共通配線に流れる電流の向きが異なることについて説明する。

第１領域は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂの電圧が共に上昇する時間帯である。このため、駆動電圧源１０Ａおよび駆動電圧源１０Ｂからは共にプラス方向の電流が流れ、接地されている共通配線には、それらの電流の和がプラス方向に流れる。

第２領域は、駆動波形１１Ａは上昇する時間帯で、駆動波形１１Ｂは下降する時間帯である。このため、駆動電圧源１０Ａからはプラス方向の電流が流れ、駆動電圧源１０Ｂからはマイナス方向の電流が流れ、接地されている共通配線には、駆動電圧源１０Ａの電流から駆動電圧源１０Ｂの電流を差し引いた電流が流れる。

第３領域は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂの電圧は共に下降する時間帯である。このため、駆動電圧源１０Ａおよび駆動電圧源１０Ｂからは共にマイナス方向の電流が流れ、接地されている共通配線には、それらの電流の和がマイナス方向に流れる。

続いて、時間Ｔｓａと時間Ｔｓｂの最適な値の組み合わせについて説明する。なお、以下では、説明を分かり易くするため、図９に示す等価回路において、カンチレバー群３０２－１の内の１ペアのみを切り出した等価回路、つまり圧電部材群３０６と圧電部材群３０７の内の１ペアのみを切り出した等価回路を用いて説明する。

図１２は、カンチレバー群の１ペアのみを切り出した等価回路を示す図である。図１３は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとを同一のタイミングで形成する場合の各領域（第１領域、第２領域、第３領域）におけるピーク電流値の関係の一例を示す図である。図１４は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとを別のタイミングで形成する場合の各領域（第１領域、第２領域、第３領域）におけるピーク電流値の関係の一例を示す図である。ここで図１３は、本実施の形態にかかる光走査装置について示す図１４の比較図として使用している。図１３および図１４について図１２の等価回路に基づいて説明する。

図１３には、時間Ｔｓａ＝０、時間Ｔｓｂ＝Ｔとした場合における各領域（第１領域、第２領域、第３領域）の駆動電圧波形（駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂ）と電流波形とを並べて示している。図１３に示すように第１領域と第３領域は、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとが共に上昇する時間帯と下降する時間帯になっている。このため、電流Ｉ_Ａ１（図１２参照）と電流Ｉ_Ｂ２（図１２参照）とが同時に同じ方向に流れ、電流Ｉ_Ｃ（図１２参照）に流れる電流ピーク値が、図１３に示すように電流Ｉ_Ａ１のピーク電流値であるＩＰｅａｋ（Ａ１）と電流Ｉ_Ｂ１のピーク電流値であるＩＰｅａｋ（Ｂ１）とを足し合わせたものとなり、ピーク電流が最大化してしまう。

図１４には、時間Ｔｓａ＞Ｋ１、時間Ｔｓｂ＞Ｋ２とした場合における各領域（第１領域、第２領域、第３領域）の駆動電圧波形（駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂ）と電流波形とを並べて示している。ただし、Ｋ１は、電流Ｉ_Ａ１がＩＰｅａｋ（Ａ１）の１／２以下になるまでの時間であり、Ｋ２は、電流Ｉ_Ｂ１がＩＰｅａｋ（Ｂ１）の１／２以下になるまでの時間であるものとする。

図１４では、各電流（電流Ｉ_Ａ１と電流Ｉ_Ａ２）がピーク値から半分以下になってから電圧値のステップが切り替わるように、駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとの電圧値を切り替えるタイミングを相対的にずらしている。この例では、駆動波形１１Ａの電圧値の切り替えの度に、電流Ｉ_Ａ１がピーク値から半分以下に低下した期間内に駆動波形１１Ｂの電圧値を切り替える。また、駆動波形１１Ｂの電圧値の切り替えの度に、電流Ｉ_Ｂ１がピーク値から半分以下に低下した期間内に駆動波形１１Ａの電圧値を切り替える。このため、電流Ｉ_Ａ１と電流Ｉ_Ｂ１がそれぞれ迎える電流値のピークのタイミングがずれ、この例の場合には最大でも電流Ｉ_Ａ１のピーク値の１／２と電流Ｉ_Ｂ１のピーク値の１／２との足し合わせが共通配線に流れる電流Ｉ_Ｃ１のピーク値となる。つまり、共通配線に流れる電流Ｉ_Ｃ１のピーク値が電流Ｉ_Ａ１のピーク値以上になることや、電流Ｉ_Ｂ１のピーク値以上になることが、共に抑止される。

なお、電圧値を段階的に変化させる時間間隔Ｔが短く、時間Ｔｓａと時間Ｔｓｂとして各電流（電流Ｉ_Ａ１と電流Ｉ_Ｂ１）がピーク値の半分になる時間を確保することができない場合は、Ｔｓａ＝Ｔｓｂ＝１／２Ｔとする。この場合でも、共通配線に流れる電流Ｉ_Ｃ１のピーク値を軽減させる効果はある。

以上のように、本実施の形態では、異なる圧電部材群へ印加する駆動波形１１Ａと駆動波形１１Ｂとの電圧値を変化させるタイミングを相対的にずらすことにより、各圧電部材群の共通配線に流れる電流Ｉ_Ｃ１のピーク値を低減させることが可能になる。従って、ＭＥＭＳミラーなどのような光偏向器の配線における電流のピーク値の増加が抑止され、配線の発熱が軽減するため、熱破損の防止にもなり、さらに、配線密度アップや、配線をさらに狭くするなどの設計自由度も向上する。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では光走査装置について説明した。第２の実施の形態では、第１の実施の形態の光走査装置を備えた画像表示装置について説明する。なお、ここでは、画像表示装置としてレーザ走査型画像表示装置であるヘッドアップディスプレイへの適用例を示す。

図１５は、光走査装置を有するヘッドアップディスプレイを説明する図である。ヘッドアップディスプレイは、例えば、車両や航空機、船舶、移動式ロボット等の移動体、また、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等の非移動体に搭載される画像表示装置としても適用できる。ここでは、ヘッドアップディスプレイを自動車に搭載した例を示す。なお、自動車は、「移動手段」として、モータやエンジンなどの動力源や、バッテリなどの電力源を有し、モータやエンジンの始動後に、電力源からの電力により後述する画像をフロントガラスに表示する。そして、自動車は、動力源から駆動力を得て走行し、走行中における画像の表示も選択に可能である。

図１５に示すように、ヘッドアップディスプレイ１９０１は、光走査装置１９０２と、「表示装置」として、走査ミラー１９０３と、被走査面であるスクリーン１９０４と、凹面ミラー１９０６とを備え、フロントガラス（フロントウィンドシールド）１９０５に対して光を照射する。フロントガラス１９０５は、入射された光の一部を透過させ、残部の少なくとも一部を反射させる透過反射部材としても機能する。このため、運転手Ｈの視点から虚像Ｉが視認される。光走査装置１９０２は、単数又は複数の発光点を有する複数の光源素子６００を備える。例えば、光源素子６００は、赤色と青色と緑色の半導体レーザで、各光源素子から時分割に出射される赤色と青色と緑色の３色の偏向光は、光学系６０１を通じ、光偏向器１００の反射面（ミラー）に混合光として導かれる。混合光は光偏向器１００のミラーにより偏向され、走査ミラー１９０３で折り返されてスクリーン１９０４に２次元像（中間像）を描画する。

スクリーン１９０４は、レーザ光を所望の発散角で発散させる機能を有し、マイクロレンズアレイ構造とすることが好ましい。スクリーン１９０４から射出された光束は、単一の凹面ミラー１９０６及びフロントガラス１９０５を介することにより虚像Ｉが拡大表示される。単一の凹面ミラー１９０６は、フロントガラス１９０５の影響で中間像の水平線が上又は下に凸形状となる光学歪み要素を補正するように、設計・配置されている。なお、フロントガラス１９０５と同一の機能（部分反射）を持つ別途の部分反射鏡（コンバイナ）を有する構成であっても良い。ヘッドアップディスプレイ１９０１は、高画質を維持しつつ、任意の限定された方向への高輝度な画像投影が可能となり、例えば、自動車の操縦のためのナビゲーション情報（速度や走行距離等の情報）を、視認性を向上させるために高輝度に表示することができる。光走査装置１９０２を用いて光走査を行なうことで画像を投影する装置であれば、例えば、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した装着部材が有する反射透過部材等のスクリーンに画像を投影するヘッドマウントディスプレイ等にも、同様に適用することができる。

第２の実施の形態においても、第１の実施の形態の光走査装置を使用するため第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

１光走査装置
１００光偏向器
５００駆動制御部
５１０ＦＰＧＡ
５２０ドライバ
５２１Ｄ／Ａ
５２２オペアンプ

特開２０１７－１３８３７５号公報

Claims

光偏向器と該光偏向器の駆動を制御する制御部とを有し、
前記光偏向器は、
ミラー面を有するミラー部と、該ミラー部を回転可能に支持するミアンダ形状のカンチレバーと、
前記カンチレバーの反り変形を発生させる第１の圧電部材と第２の圧電部材と、
前記第１の圧電部材および前記第２の圧電部材の一端側の電極に接続された共通配線と、
を有し、
前記制御部は、
前記第１の圧電部材に印加する第１の駆動電圧及び前記第２の圧電部材を印加する第２の駆動電圧は所定時間刻みで段階的に変化し、
前記第１の圧電部材に印加する第１の駆動電圧を前記所定時間刻みで変化させるタイミングと前記第２の圧電部材を印加する第２の駆動電圧を前記所定時間刻みで変化させるタイミングとが相対的にずれている、
ことを特徴とする光走査装置。
前記第１の駆動電圧の駆動電圧波形および前記第２の駆動電圧の駆動電圧波形は電圧が上昇する時間帯と下降する時間帯とが重なる
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記第１の駆動電圧を変化させるタイミングに対する前記第２の駆動電圧を変化させるタイミングは、
前記第１の駆動電圧を変化させたときに前記共通配線に流れる電流値がピーク値の半分以下に低下する時間以上とする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
前記第１の駆動電圧を変化させるタイミングに対する前記第２の駆動電圧を変化させるタイミングは、前記第１の駆動電圧を所定時間刻みで変化させる時間間隔の半分である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
前記光偏向器は、
前記ミアンダ形状のカンチレバーにより前記ミラー部が回転可能に支持される回転軸とは異なる方向の回転軸周りに前記ミラー部を回転させるカンチレバー構成部を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の光走査装置。
前記ミアンダ形状のカンチレバーは、
前記第１の圧電部材と前記第２の圧電部材とを前記カンチレバーの１本の梁おきに交互に有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射された光を画像として表示する表示装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射された光を画像として表示する表示装置と、
前記画像を表示しながら移動する移動手段と
を備えることを特徴とする移動体。