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技術 回動装置、光走査装置及び画像表示装置

出願人 株式会社リコー
発明者 新川瑞季橋口強
出願日 2016年12月16日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2017-558095
公開日 2018年10月4日 (2ヶ月経過) 公開番号 WO2017-110694
状態 未査定
技術分野 機械的光走査系 機械的光制御・光スイッチ その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 マイクロマシン 計器板
主要キーワード 共通グラウンド 略中心点 始端付近 弾性変形部材 線対称形状 配線パターン作成 電圧印加用電極 非移動体
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重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

折り返し弾性変形部における第一弾性変形部12を変形させる第一圧電素子20と、第二弾性変形部13を変形させる第二圧電素子21と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号Va及び第二駆動信号Vbを印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、可動部を所定の回動軸回り回動させる回動装置において、前記第一圧電素子における、前記第一駆動電圧信号の信号線111と前記第一圧電素子との接続位置113と、前記第二圧電素子における、前記第二駆動電圧信号Vbの信号線115と前記第二圧電素子との接続位置116との関係が、前記折り返し構造の全体にわたって相対的に同一又は対称の関係である。

概要

背景

従来、回動装置としては、例えば、光出力手段から出力される光を走査するためのミラー等の光学部材回動させる光走査装置に用いられるものが知られている。

例えば、特許文献1には、3つ以上の振動板(第一弾性変形部又は第二弾性変形部)が2以上のターン部で折り返されるように連結したミアンダ形状振動子(折り返し弾性変形部)を有する光反射素子(光走査装置)が開示されている。この光反射素子は、2つの振動子がミラー部(可動部)を挟み込むように配置され、各振動子の一端(終端)でミラー部の両側それぞれを支持している。この光反射素子は、各振動板圧電素子駆動信号印加することにより、各振動子の振動板を湾曲変形させ、これによりミラー部を所定の回動軸の回りで回動させる。

概要

折り返し弾性変形部における第一弾性変形部12を変形させる第一圧電素子20と、第二弾性変形部13を変形させる第二圧電素子21と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号Va及び第二駆動信号Vbを印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、可動部を所定の回動軸回りで回動させる回動装置において、前記第一圧電素子における、前記第一駆動電圧信号の信号線111と前記第一圧電素子との接続位置113と、前記第二圧電素子における、前記第二駆動電圧信号Vbの信号線115と前記第二圧電素子との接続位置116との関係が、前記折り返し構造の全体にわたって相対的に同一又は対称の関係である。

目的

本実施形態2の画像形成装置600において、感光体ドラム630は、光書込みユニット610による光走査対象としての被走査面を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

一以上の第一弾性変形部と一以上の第二弾性変形部を含み、最初の前記第一弾性変形部の終端と、最初の前記第二弾性変形部の始端とが最初の折り返し部で連結され、最初の前記第二弾性変形部の終端と次の前記第一弾性変形部の始端とが次の折り返し部で連結される折り返し構造を一回以上繰り返して構成される折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、前記第一弾性変形部に設けられ、該第一弾性変形部を変形させる第一圧電素子と、前記第二弾性変形部に設けられ、該第二弾性変形部を変形させる第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧及び第二駆動電圧を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、前記可動部を所定の回動軸回り回動させる圧電素子駆動手段と、前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、を備え、前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層共通電位電極を含み、前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、前記第一圧電素子における、前記第一信号線と前記第一圧電素子の前記第一電圧印加用電極とが接続する第一接続位置は、前記第二圧電素子における、前記第二信号線と前記第二圧電素子の前記第二電圧印加用電極とが接続する第二接続位置に対して、相対的に同一、または対称の関係となるように設けられていることを特徴とする回動装置

請求項2

請求項1に記載の回動装置において、前記第一圧電素子は、前記第一弾性変形部上に前記第一電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第一下部電極層、前記第一圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第一電圧印加用電極に対応する第一上部電極層が積層された構成を有し、前記第二圧電素子は、前記第二弾性変形部上に前記第二電圧印加用電極又は前記共通電位用電極に対応する第二下部電極層、前記第二圧電体層及び、前記共通電位用電極又は前記第二電圧印加用電極に対応する第二上部電極層が積層された構成を有し、前記第一下部電極層に接続される第一下部電極配線及び前記第一上部電極層に接続される第一上部電極配線のいずれか一方が、前記第一駆動電圧を印加するための前記第一信号線であり、他方が共通電位線であり、前記第二下部電極層に接続される第二下部電極配線及び前記第二上部電極層に接続される第二上部電極配線のいずれか一方が、前記第二駆動電圧を印加するための前記第二信号線であり、他方が前記共通電位線であり、前記折り返し弾性変形部の各折り返し部で、前記第一および第二下部電極配線が前記第一および第二上部電極配線に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする回動装置。

請求項3

請求項2に記載の回動装置において、前記第一下部電極配線の前記第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二下部電極配線の前記第二圧電素子に対する接続位置は、前記弾性変形部の各折り返し部で、前記第一上部電極配線の該第一圧電素子に対する接続位置及び前記第二上部電極配線の該第二圧電素子に対する接続位置に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする回動装置。

請求項4

請求項2又は3に記載の回動装置において、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、いずれも矩形状であり、前記第一下部電極配線、前記第二下部電極配線及び前記第一上部電極配線、前記第二上部電極配線は、いずれも、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子上のいずれかの隅に寄った位置で接続されていることを特徴とする回動装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回動装置において、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、互いに同一形状であり、かつ、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部に対してそれぞれ設けられる位置は、相対的に同一であることを特徴とする回動装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれか1項に記載の回動装置において、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部は、前記折り返し構造の全体にわたって、同一形状であることを特徴とする回動装置。

請求項7

請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回動装置において、前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を繰り返し回動させる可動部回動手段を有することを特徴とする回動装置。

請求項8

光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置において、前記走査手段は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材光反射面で光を走査することを特徴とする光走査装置。

請求項9

画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する画像表示装置において、前記走査手段は、請求項7に記載の回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査するものであり、前記可動部を前記所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、前記可動部を前記第二回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする画像表示装置。

技術分野

0001

本発明は、回動装置光走査装置及び画像表示装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、回動装置としては、例えば、光出力手段から出力される光を走査するためのミラー等の光学部材回動させる光走査装置に用いられるものが知られている。

0003

例えば、特許文献1には、3つ以上の振動板(第一弾性変形部又は第二弾性変形部)が2以上のターン部で折り返されるように連結したミアンダ形状振動子(折り返し弾性変形部)を有する光反射素子(光走査装置)が開示されている。この光反射素子は、2つの振動子がミラー部(可動部)を挟み込むように配置され、各振動子の一端(終端)でミラー部の両側それぞれを支持している。この光反射素子は、各振動板圧電素子駆動信号印加することにより、各振動子の振動板を湾曲変形させ、これによりミラー部を所定の回動軸の回りで回動させる。

先行技術

0004

特許第5640974号公報

0005

本発明は、一以上の第一弾性変形部と一以上の第二弾性変形部を含み、最初の前記第一弾性変形部の終端と、最初の前記第二弾性変形部の始端とが最初の折り返し部で連結され、最初の前記第二弾性変形部の終端と次の前記第一弾性変形部の始端とが次の折り返し部で連結される折り返し構造を一回以上繰り返して構成される折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部と、前記第一弾性変形部に設けられ、該第一弾性変形部を変形させる第一圧電素子と、前記第二弾性変形部に設けられ、該第二弾性変形部を変形させる第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧及び第二駆動電圧を印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を変形させ、前記可動部を所定の回動軸回りで回動させる圧電素子駆動手段と、前記第一圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第一信号線と、前記第二圧電素子を前記圧電素子駆動手段に接続する第二信号線と、を備え、前記第一圧電素子は、第一電圧印加用電極、第一圧電体層共通電位電極を含み、前記第二圧電素子は、第二電圧印加用電極、第二圧電体層、前記共通電位用電極を含み、前記第一圧電素子における、前記第一信号線と前記第一圧電素子の前記第一電圧印加用電極とが接続する第一接続位置は、前記第二圧電素子における、前記第二信号線と前記第二圧電素子の前記第二電圧印加用電極とが接続する第二接続位置に対して、相対的に同一、または対称の関係となるように設けられていることを特徴とする回動装置であることを特徴とする。

発明の効果

0006

本発明によれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間の変形を均一化することが容易になり、可動部を所望の回動動作で回動させることが可能となるという効果が奏される。

図面の簡単な説明

0007

実施形態1における自動車用HUD装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。
同自動車用HUD装置の内部構成を模式的に表した模式図である。
同自動車用HUD装置によって表示される画像例を示す説明図である。
実施形態1に係るアクチュエータ駆動デバイスフレーム基板を示す平面図である。
フレーム基板上の副走査用圧電素子に印加される副走査駆動信号を示す波形図である。
第一副走査駆動部における第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びにこれらの折り返し部における信号線の配線の従来例を示す説明図である。
図6中の符号A−Aの断面図である。
図6中の符号B−Bの断面図である。
図6中の符号C−Cの断面図である。
副走査方向の回動角度理想時間変化を示すグラフである。
副走査方向の回動角度の時間変化に共振周波数振動成分が含まれる例を示すグラフである。
第一弾性変形部の変形動作中における共振周波数振動成分と第二弾性変形部の変形動作中における共振周波数振動成分とが互いに打ち消し合う例を示すグラフである。
ラスタスキャンにより画像を表示するときの説明図である。
垂直走査(副走査)の光走査速度が不均一であるときに画像のムラが発生する説明図である。
実施形態1における第一副走査駆動部の第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びにこれらの折り返し部における信号線の配線を示す説明図である。
実施形態1において、第五弾性変形部の一端を可動部枠で片持ち支持する変形例のアクチュエータ駆動デバイスを示す平面図である。
実施形態1において、一次元走査用のアクチュエータ駆動デバイスの変形例を示す平面図である。
実施形態2における画像形成装置光書込ユニットの一例を表す構成図である。
同画像形成装置の一例を示す説明図である。
実施形態3における物体認識装置概要を示す説明図である。
同物体認識装置の主要部を示すブロック図である。
圧電素子における電極の接続位置を示す図である。
圧電素子における電極の接続位置を示す図である。
副走査駆動部における信号線と圧電素子の接続位置を示す図である。
副走査駆動部における信号線と圧電素子の接続位置を示す図である。

実施例

0008

〔実施形態1〕
以下、本発明に係る回動装置を、画像表示装置であるヘッドアップディスプレイ(HUD)装置の光走査装置に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態1」という。)について説明する。

0009

動体である自動車に搭載 されるHUD装置の一例であるが、これに限らず、車両、船舶航空機移動式ロボットなどの移動体、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る画像表示装置の光走査装置としても適用できる。

0010

図1は、本実施形態1における自動車用HUD装置を搭載した自動車の構成を模式的に表した模式図である。

0011

図2は、本実施形態1における自動車用HUD装置の内部構成を模式的に表した模式図である。

0012

本実施形態1における自動車用HUD装置200は、例えば、自動車301のダッシュボード内に設置される。ダッシュボード内の自動車用HUD装置200から発せられる画像光である投射光Lがフロントガラス302で反射され、ユーザーである観察者運転者300)に向かう。これにより、運転者300は、例えば、図3に示すようなナビゲーション画像虚像として視認することができる。なお、フロントガラス302の内壁面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ようにしてもよい。

0013

図3に示すナビゲーション画像には、第一表示領域220Aに、自動車301の速度(図示の例では「60km/h」という画像)が表示されている。また、第二表示領域220Bには、カーナビゲーション装置によるナビゲーション画像が表示されている。図示の例では、次の曲がり角で曲がる方向を示す右折指示画像と、次の曲がり角までの距離を示す「あと46m」という画像が、ナビゲーション画像として表示されている。また、第三表示領域220Cには、カーナビゲーション装置による地図画像自車両周囲の地図画像)が表示されている。

0014

自動車用HUD装置200は、赤色、緑色、青色のレーザー光源201R,201G,201Bと、各レーザー光源に対して設けられるコリメータレンズ202,203,204と、2つのダイクロイックミラー205,206と、光量調整部207と、光走査装置208と、自由曲面ミラー209と、スクリーン210と、投射ミラー211と、制御部250とから構成されている。そして、本実施形態1における光出力手段としての光源ユニット230は、レーザー光源201R,201G,201B、コリメータレンズ202,203,204、ダイクロイックミラー205,206が、光学ハウジングによってユニット化されている。

0015

本実施形態1の自動車用HUD装置200は、スクリーン210に表示される中間像を自動車301のフロントガラス302に投射することで、その中間像を運転者300に虚像として視認させる。レーザー光源201R,201G,201Bから発せられる各色レーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ202,203,204で略平行光とされ、2つのダイクロイックミラー205,206により合成される。合成されたレーザー光は、光量調整部207で光量が調整された後、光走査装置208によって二次元走査される。光走査装置208で二次元走査された投射光Lは、自由曲面ミラー209で反されて歪みを補正された後、スクリーン210に集光され、中間像を表示する。スクリーン210は、マイクロレンズ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、スクリーン210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。

0016

光走査装置208は、制御部250により、後述するアクチュエータ駆動デバイスでミラーを主走査方向及び副走査方向に往復回動動作させ、ミラーに入射する投射光Lを二次元走査(ラスタスキャン)する。このアクチュエータ駆動デバイスの駆動制御は、制御部250により、レーザー光源201R,201G,201Bの発光タイミングに同期して行われる。

0017

本実施形態1においては、自動車用HUD装置200により表示される虚像の周囲の明るさを測定するための照度計が、ダッシュボード等に配置されている。この照度計の測定結果に応じて、制御部は光量調整部207を制御する。具体的には、虚像周囲が明るいほど当該光量調整部207を透過する投射光の光量が多くなるように制御し、虚像周囲が暗いほど当該光量調整部207を透過する投射光の光量が少なくなるように制御する。このような光量調整制御を行うことで、虚像周囲(自車両前方)が明るくても高い輝度の画像を表示して画像の視認性を確保できる。また、虚像周囲(自車両前方)が暗い場合、画像の輝度が高いと画像が眩しくて自車両前方の視認性を落とすことになるが、前記のような光量調整制御を行うことで、虚像周囲(自車両前方)が暗い場合の自車両前方の視認性も確保することができる。

0018

次に、光走査装置208を構成するアクチュエータ駆動デバイスの構成及び動作について説明する。

0019

図4は、本実施形態1のアクチュエータ駆動デバイスのフレーム基板10を示す平面図である。

0020

本実施形態1におけるアクチュエータ駆動デバイスは、X方向(主走査方向に対応)及びY方向(副走査方向に対応)の二方向に光を走査(スキャン)するMEMSスキャナである。本実施形態1のフレーム基板10は、外周囲に位置する支持部としての支持フレーム11と、この支持フレーム11内の複数の切込K1〜K6によって形成された弾性変形部12〜15,16A,16Bと、可動部枠18と、トーションバー19A,19Bと、可動部17とを有している。本実施形態1におけるアクチュエータ駆動デバイスは、可動部17を主走査方向に回動させる第一可動部回動手段としての主走査駆動部31と、可動部17を副走査方向に回動させる第二可動部回動手段としての副走査駆動部32A,32Bとに大別できる。

0021

第一副走査駆動部32Aにおいて、第一弾性変形部12は、一端(始端)が支持フレーム11に固定され、その他端が第二弾性変形部13の後部に固定されている。第一弾性変形部12と第二弾性変形部13とは切込K1,K2,K7によって3回の折り返し構造(ミアンダ構造)となっている。そして、最後の折り返し構造の第二弾性変形部13の先端部(終端)には、可動部枠18の図中右上角部が固定されている。

0022

同様に、第二副走査駆動部32Bにおいて、第三弾性変形部14(第二副走査駆動部32Bにおける第一弾性変形部)は、他端(始端)が支持フレーム11に固定され、その一端が第四弾性変形部15(第二副走査駆動部32Bにおける第二弾性変形部)の後部に固定されている。第三弾性変形部14と第四弾性変形部15とは切込K1,K2,K8によって3回の折り返し構造となっている。そして、最後の折り返し構造の第四弾性変形部15の先端部(終端)には、可動部枠18の図中左下角部が固定されている。

0023

また、主走査駆動部31において、可動部枠18の内部には、切込K3〜K6が形成され、図中左右方向に延びる2つの第五弾性変形部16A,16Bが可動部枠18の図中左右枠部の間を連結するように形成されている。また、2つの第五弾性変形部16A,16Bの図中左右方向中央部には、それぞれ、トーションバー19A,19Bの一端が固定されており、これらのトーションバー19A,19Bの各他端で可動部17の図中上下端をそれぞれ保持している。可動部17の表面には光学部材としてのミラー17Mが形成されている。

0024

弾性変形部12〜15の表面には、弾性変形部12〜15が弾性変形するための駆動力を付与する駆動手段としての副走査用圧電素子20〜23が取り付けられている。また、第五弾性変形部16A,16Bの表面には、第五弾性変形部16A,16Bが弾性変形するための駆動力を付与する第二駆動手段としての主走査用圧電素子24が取り付けられている。

0025

可動部17は、副走査駆動部32A,32Bにおける弾性変形部12〜15の弾性変形により、可動部枠18並びにその内部の第五弾性変形部16A,16B、トーションバー19A,19B及び可動部17が一体となって、X方向に平行な回動軸(可動部17上のミラー17Mの略中心点を通るX方向軸)の回りの回転トルクが与えられて往復回動動作する。すなわち、副走査駆動部32A,32Bは、主走査駆動部31の全体をX軸回りに回動させることで、可動部17の副走査方向への回動動作を実現する。

0026

詳しくは、第一副走査駆動部32Aにおける第一圧電素子である第一副走査用圧電素子20及び第二副走査駆動部32Bにおける第二圧電素子である第四副走査用圧電素子23には、図5中符号Vaで示す第一副走査駆動信号が印加される。一方、第一副走査駆動部32Aにおける第二圧電素子である第二副走査用圧電素子21及び第二副走査駆動部32Bにおける第一圧電素子である第三副走査用圧電素子22には、図5中符号Vbで示す第二副走査駆動信号が印加される。このような副走査駆動信号Va,Vbが印加されると、その電圧値に応じて各副走査用圧電素子20〜23が伸縮し、この伸縮により各弾性変形部12〜15がそれぞれ反り返るように湾曲変形する。具体的には、例えば、支持フレーム11に対して可動部枠18の図中上端側が図中紙面奥側へ変位する一方、図中下端側が図中紙面手前側へ変位する。このような変位により、可動部枠18内の可動部17の支持フレーム11に対する傾斜角度が変化し、可動部17上のミラー17Mがそのミラー17Mの略中心点を通るX方向軸の回りを往復回動動作する。

0027

本実施形態1における副走査方向用の駆動信号の周波数は、例えば数十Hz程度に設定される。一般的な画像あるいは映像を表示する画像表示装置の画像垂直方向への光走査に利用する場合、60〜70Hz程度の周波数に設定される。また、本実施形態1における副走査駆動信号はのこぎり波状の駆動信号であるが、これに限られるものではない。

0028

一方、主走査駆動部31は、可動部17上のミラー17MにおけるY方向軸回り(主走査方向)の往復回動動作を実現する。主走査駆動部31において、可動部17は、第五弾性変形部16A,16Bの弾性変形によりY方向に平行な回動軸(可動部17上のミラー17Mの略中心点を通るY方向軸)の回りの回転トルクが与えられて回動動作する。本実施形態1においては、上述した副走査方向の回動動作1回に対して、主走査方向への回動動作を複数回(例えば525回)行うラスタスキャン動作を行う。そのため、主走査方向への回動動作は可能な限り少ないエネルギーで大きな回動動作を実現することが望まれる。そこで、本実施形態1では、主走査方向用の駆動信号としては、第五弾性変形部16A,16Bの弾性変形に対して共振動作できる共振周波数に設定されている。

0029

主走査駆動信号が印加されると、その電圧値に応じて主走査用圧電素子24が伸縮し、この伸縮により各第五弾性変形部16A,16Bが反り返って湾曲変形する。これにより、第五弾性変形部16A,16Bに固定されているトーションバー19A,19Bにその長手方向回り捩れが生じ、支持フレーム11に対する可動部17の傾斜角度が変化して、可動部17上のミラー17MがY方向軸回り(主走査方向)へ往復回動動作する。

0030

本実施形態1において、主走査方向については共振を利用して回動動作を行うため、安定して大きな回動動作が実現しやすいが、これにより、副走査方向については共振を利用して回動動作を行うことが困難となる。そのため、本実施形態1において、副走査方向については非共振の回動動作となっている。非共振の回動動作では、一の副走査用圧電素子によって実現できる弾性変形量が少ないため、本実施形態1では、上述したとおり、弾性変形部12〜15に3回の折り返し構造を設けるとともに、第一及び第四の副走査用圧電素子20,23と第二及び第三の副走査用圧電素子21,22という2組の圧電素子グループ並列動作させることで、可動部17の大きな回動動作を実現している。

0031

しかも、本実施形態1では、可動部17を挟み込むように配置される2つの副走査駆動部32A,32Bの折り返し構造(ミアンダ構造)が、可動部17に対して点対称形状となっている。そのため、各副走査駆動部32A,32Bの弾性変形部12〜15の終端は、可動部枠18におけるY方向の互いに反対側の端部(図中上端と図中下端)をそれぞれ支持している。そして、本実施形態1では、上述したとおり、支持フレーム11に対して可動部枠18の図中上端側を図中紙面奥側へ変位させ、図中下端側を図中紙面手前側へ変位させるように、各副走査駆動部32A,32Bの各副走査用圧電素子20〜23に副走査駆動信号Va,Vbを印加する。このような構成のため、可動部17を挟み込むように配置される2つの副走査駆動部32A,32Bの折り返し構造(ミアンダ構造)が、可動部17を通るY方向軸に対して線対称形状である構成よりも、可動部17の大きな回動動作を実現できる。

0032

本実施形態1は、副走査用圧電素子20〜23を、フレーム基板10の一方の面のみに形成している。また、本実施形態1のフレーム基板10は、詳しくは後述するが、シリコンウエハ(Si)を加工したシリコン基板から作成される。また、主走査用圧電素子24、副走査用圧電素子20〜23及びこれらの電極の形成は、半導体プロセスに準じて行うことができ、大量生産によるコストダウンを図ることが容易である。特に、本実施形態1では、圧電素子20〜24が取り付けされる弾性変形部12〜15,16A,16B及び可動部枠18が、同じ基板であるフレーム基板10という単一部材から構成された単一の構造体である。しかも、弾性変形部12〜15,16A,16Bを部分的に変位させる(湾曲変形させる)駆動力あるいは変位力を付与する駆動手段として、いずれも圧電素子20〜24を用いている。よって、これらの圧電素子20〜24やその信号線などの配線を一括して形成することが可能となり、製造プロセスを簡単化できる。各圧電素子20〜24としては、チタン酸ジルコン酸鉛PZT)を用いているが、他の圧電素子材料であってもよい。

0033

ここで、本実施形態1において、第一副走査駆動部32Aは、第一弾性変形部12に設けられる第一副走査用圧電素子20には、第一駆動電圧信号用信号線が接続され、その第一駆動電圧信号用信号線から第一駆動電圧信号としての第一副走査駆動信号Vaが印加される。同様に、第二弾性変形部13に設けられる第二副走査用圧電素子21には、第二駆動電圧信号用信号線が接続され、その第二駆動電圧信号用信号線から第二駆動電圧信号としての第二副走査駆動信号Vbが印加される。このように、折り返し構造をなす弾性変形部上の第一弾性変形部12と第二弾性変形部13という異なる部分に対して、互いに異なる駆動電圧信号Va,Vbを印加してそれぞれを湾曲変形させる場合、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で、湾曲変形の状態が不均一となりやすい。そのため、第一弾性変形部12の形状と第二弾性変形部13の形状とを高精度に同一としたり、これらの上に設けられる第一副走査用圧電素子20の形状と第二副走査用圧電素子21の形状とを高精度に同一としたりしても、可動部17を所望の回動動作で回動させることが難しい。

0034

本発明者らは、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態が不均一となることの要因の1つに、第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間における信号線の接続位置の関係が同一でもなく対称でもないことが影響していることを見出した。以下、これについて詳しく説明する。なお、ここでは、第一副走査駆動部32Aについて述べるが、第二副走査駆動部32Bについても同様である。

0035

図6は、第一副走査駆動部32Aにおける第一弾性変形部12及び第二弾性変形部13並びにこれらの折り返し部における信号線の配線の従来例を示す説明図である。

0036

図7は、図6中の符号A−Aの断面図である。

0037

図8は、図6中の符号B−Bの断面図である。

0038

図9は、図6中の符号C−Cの断面図である。

0039

副走査用圧電素子20,21は、弾性変形部12,13上に下部電極層20b,21b、圧電体層20a,21a及び上部電極層20c,21cが積層され、その周囲を絶縁層114によって覆った構成となっている。本実施形態1における副走査用圧電素子20,21は、いずれも、下部電極層20b,21bに対し、グランドに落とす(アースする)グランド信号線112が接続される。一方、第一副走査用圧電素子20の上部電極層20cには、第一副走査駆動信号Vaの信号線111が、絶縁層114に設けられた接続箇所としてのコンタクトホール113を通じて接続される。他方、第二副走査用圧電素子21の上部電極層21cには、第二副走査駆動信号Vbの信号線115が、絶縁層114に設けられた接続箇所としてのコンタクトホール116を通じて接続される。

0040

副走査用圧電素子20,21は、折り返し構造をなす弾性変形部材の始端から終端にかけて交互に配置されるため、第一副走査駆動信号Vaの信号線111及び第二副走査駆動信号Vbの信号線115は、それぞれ、一つおきの副走査用圧電素子20,21間を直列で接続するように配線される。これらの信号線111,115及びグランド信号線112は、これらを同一の配線パターン作成工程で作成する等の目的で、互いに交差しないように、弾性変形部材上の互いに異なる位置を通るように配線される。そして、配線効率や製造の簡素化などの観点を考慮すると、例えば、図6に示すように、第一副走査駆動信号Vaの信号線111の第一副走査用圧電素子20に対する接続位置(第一副走査用圧電素子20に対するコンタクトホール113の位置)と、第二副走査駆動信号Vbの信号線115の第二副走査用圧電素子21に対する接続位置(第二副走査用圧電素子21に対するコンタクトホール116の位置)とが、同一の関係にも、対称の関係にもならないことがある。

0041

具体的には、図6に示す従来例においては、コンタクトホール113の位置は、第一副走査用圧電素子20(矩形状の上部電極層20c)の一隅に寄った位置に形成されているのに対し、コンタクトホール116の位置は、第二副走査用圧電素子21(矩形状の上部電極層21c)の短手方向中央の位置に形成されている。一般に、圧電素子に対する信号線の接続位置が異なると、同じ駆動電圧信号を印加したとしても、その駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布電界)が異なり、圧電素子の変形状態も異なる。そのため、信号線の接続位置が一隅(短手方向一端部)に寄っている第一副走査用圧電素子20と、信号線の接続位置が短手方向中央部である第二副走査用圧電素子21とでは、第一弾性変形部12及び第二弾性変形部13をそれぞれ変形させる変形力の大きさや変形方向に違いが生じ、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態に不均一が生じる。このように、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態に不均一が生じると、可動部17を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが困難となる。

0042

特に、本実施形態1においては、可動部17の重量、支持フレーム11の剛性などに応じた固有の共振周波数を有する。副走査方向への可動部17の回動動作は、本来、図10に示すように、その回動角度が直線的に時間変化することが望まれるが、実際には、図11に示すように共振周波数の振動成分が乗ってしまい、副走査方向における回動角度が直線的に時間変化する回動動作を実現できないことがある。そこで、本実施形態1においては、図12に示すように、第一弾性変形部12の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号Aで示す波形)と第二弾性変形部13の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号B0で示す波形)とが互いに打ち消し合うように、第一副走査用圧電素子20に印加される第一副走査駆動信号Vaと、第二副走査用圧電素子21に印加される第二副走査駆動信号Vbとがそれぞれ設定されている。

0043

しかしながら、上述したように、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態に不均一が生じていると、第一弾性変形部12の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号Aで示す波形)と第二弾性変形部13の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号B0で示す波形)とが互いに打ち消し合うように、第一副走査駆動信号Vaと第二副走査駆動信号Vbとを調整することが困難となる。そのため、共振周波数の振動成分が影響して、可動部17を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが困難となる。

0044

本実施形態1において、可動部17のミラーに入射する投射光Lを図13に示すように二次元走査(ラスタスキャン)することにより画像を表示する場合、X軸方向に対応する水平走査(主走査)は、主走査駆動部31による機械的な共振駆動を利用した回動動作によって実現し、Y軸方向に対応する垂直走査(副走査)は、副走査駆動部32A,32Bによる非共振の回動動作によって実現する。この垂直走査(副走査)において共振周波数の振動成分が乗ってしまうと、可動部17の回動速度(副走査方向における走査速度)が不均一になり、表示される画像上においては、図14に示すように垂直方向(Y軸方向)における投射光Lの強度ムラ、つまり画像のムラとなって現れる。

0045

図15は、本実施形態1における第一副走査駆動部32Aの第一弾性変形部12及び第二弾性変形部13並びにこれらの折り返し部における信号線の配線を示す説明図である。

0046

本実施形態1においては、第一副走査用圧電素子20における、第一駆動電圧信号Vaの信号線111の第一副走査用圧電素子20に対する接続位置(コンタクトホール113の位置)と、第二副走査用圧電素子21における、第二駆動電圧信号Vbの信号線115の第二副走査用圧電素子21に対する接続位置(コンタクトホール116の位置)との関係が、折り返し構造の全体にわたって相対的に同一、又は対称の関係になるように構成している。具体的には、コンタクトホール113の位置は、第一副走査用圧電素子20(矩形状の上部電極層20c)の一隅に寄った位置に形成されているのに対し、コンタクトホール116の位置も、第二副走査用圧電素子21(矩形状の上部電極層21c)の一隅に寄った位置に形成されている。このような構成により、第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間で、駆動電圧信号Va,Vbの印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布(電界)の違いが抑制される。その結果、第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間で、その変形状態を均一化しやすくなり、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態を均一化することが容易になる。よって、可動部17を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが容易になる。

0047

しかも、このような構成により、第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間でその変形状態を均一化しやすくなる結果、第一弾性変形部12の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号Aで示す波形)と第二弾性変形部13の変形動作中における共振周波数振動成分(図12中符号B0で示す波形)とが互いに打ち消し合うように、第一副走査駆動信号Vaと第二副走査駆動信号Vbとを調整しやすくなる。したがって、副走査方向の回動動作中の共振周波数の振動成分の影響を抑制して、可動部17を所望の回動動作で副走査方向へ回動させることが容易となる。

0048

本実施形態1のように、第一副走査用圧電素子20における、第一駆動電圧信号Vaの信号線111の第一副走査用圧電素子20に対する接続位置(コンタクトホール113の位置)と、第二副走査用圧電素子21における、第二駆動電圧信号Vbの信号線115の第二副走査用圧電素子21に対する接続位置(コンタクトホール116の位置)との関係を相対的に同一、又は対称の関係にする上では、下部電極層20b,21bに接続される信号線(本実施形態1ではグランド信号線112)が、他の信号線111,115よりも、すべての折り返し部で常に折り返し外周側を通るように配線するのが好ましい。本実施形態1における圧電素子20,21のように、弾性変形部12,13上に下部電極層20b,21b、圧電体層20a,21a及び上部電極層20c,21cを積層した構成においては、通常、下部電極層20b,21bは、上部電極層20c,21cよりも外側に延出した部分を有し、その延出した部分に信号線112が接続される。そのため、上部電極層20c,21cに接続される信号線111,115の接続位置(コンタクトホール113,116の位置)よりも、下部電極層20b,21bに接続される信号線112の接続位置(コンタクトホール117の位置)の方が、圧電素子20,21の外縁側に位置させやすい。このような下部電極層20b,21bに接続される信号線112が常に折り返し外周側を通るように配線すれば、この信号線112に邪魔されることなく、上部電極層20c,21cに接続される信号線111,115の配線位置を決定できるため、第一副走査用圧電素子20における、第一駆動電圧信号Vaの信号線111の第一副走査用圧電素子20に対する接続位置(コンタクトホール113の位置)と、第二副走査用圧電素子21における、第二駆動電圧信号Vbの信号線115の第二副走査用圧電素子21に対する接続位置(コンタクトホール116の位置)との関係が相対的に同一、又は対称の関係になるように配線することが容易になる。

0049

また、本実施形態1においては、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態に不均一が生じにくいように、第一副走査駆動部32Aにおける第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との形状寸法が略同一となるようにしている。これにより、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間における湾曲変形の同一性あるいは対称性がより得られる。

0050

また、本実施形態1においては、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間で湾曲変形の状態に不均一が生じにくいように、第一副走査駆動部32Aにおける第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21の形状寸法や、第一弾性変形部12及び第二弾性変形部13に対する形成位置が、略同一となるようにしている。これにより、第一弾性変形部12と第二弾性変形部13との間における湾曲変形の同一性あるいは対称性がより得られる。

0051

なお、本実施形態1におけるアクチュエータ駆動デバイスは、可動部17に接続されるトーションバー19A,19Bを保持する第五弾性変形部16A,16Bの両端を可動部枠18で支持する両持ち構成となっているが、図16に示すように、第五弾性変形部16A,16Bの一端を可動部枠18で支持する片持ち構成としてもよい。また、第一駆動電圧信号Vaの信号線111、112の第一副走査用圧電素子20に対する接続位置(コンタクトホール113、117の位置)と、第二駆動電圧信号Vbの信号線115、112の第二副走査用圧電素子21に対する接続位置(コンタクトホール116、117の位置)との関係が相対的に同一、又は対称の関係にするのは、上部電極、下部電極、双方で行われることが好ましいが、電圧印加側の電極(上記実施例では上部電極)、共通電位側の電極(上記実施例では下部電極)のうち、電圧印加側の電極のみ接続位置の関係が相対的に同一、又は対称の関係となってもよい。これは、電圧印加側のみ上記の接続位置の関係とした場合でも、上記実施形態1における効果を得られるためである。これは、電圧印加側の電極が圧電素子内に生じる電位分布への寄与が大きいためと考えられる。なお、電圧印加側の電極を下部電極、共通電位となる電極を上部電極となるように構成してもよい。

0052

また、図22に示すように、下部電極が電圧印加側の電極、上部電極が共通電位側の電極となるように構成し、さらに、折り返し部に対して、第一圧電素子と第二圧電素子の設けられる位置が異なっている配置としても良い。図22において、上部電極は共通電位(共通グラウンド)であるため、隣同士の圧電素子で接続されており、下部電極は、一つ置いて隣の圧電素子の下部電極と接続されている。絶縁膜は省略されている。図22の拡大図Aを参照すると、折り返し部において、第一圧電素子である第三副走査圧電素子22の設けられている位置は、第二圧電素子である第四副走査圧電素子23の設けられている位置よりも折り返し部の外周側に寄っている。このとき、電圧印加側の電極である下部電極において、第一圧電素子である第三副走査圧電素子22における、第一圧電素子の下部電極の信号線との接続位置と、第二圧電素子である第四副走査圧電素子23における、第二圧電素子の下部電極の信号線との接続位置とが相対的に同一、または対称となるように設けている。例えば、図22の拡大図Aおよび拡大図Bを参照すると、第三副走査圧電素子22の下部電極のコンタクトホールの位置と第四走査圧電素子23のコンタクトホールの位置とが、コンタクトホールの中心点に対して点対称となっている。また、図23の拡大図Cを参照すると、一番外側と一番内側が下部電極用配線、真ん中が上部電極用配線、上部電極用配線と下部電極用配線との間にある2本が主走査用配線である。拡大図Cにおいて、圧電素子における下部電極のコンタクトホールの位置は、いずれも圧電素子の左上隅となっており、相対的に同一の関係となっている。

0053

また、共通電位側の電極となる上部電極、第一駆動電圧信号が印加される下部電極、第二駆動電圧信号が印加される下部電極を、それぞれ電気的に並列となるように接続してもよい。例えば、図23に示すように、各信号線が副走査駆動部において始端から終端の圧電素子まで紙面手前側から見ると互いに交わらない一本線となるように配線し、かつ、この一本線を複数の電極にコンタクトホールを介して接続することで、電気的に並列に接続されるように配線することができる。これにより、電気的に直列接続することによって副走査駆動部の始端付近の圧電素子と終端付近の圧電素子とでわずかに生じていた電圧降下を抑制することが可能となる。したがって、コンタクトホールの配置場所によって圧電素子の動きが異なることが抑制され、安定した回動装置の駆動が可能となる。

0054

なお、上記実施例において副走査駆動部32A、32Bの全ての圧電素子に対して上記の信号線との接続位置の関係を保たなくても良い。すなわち、図23に示すように、副走査駆動部の始端または終端の少なくとも一方において上記の信号線との接続位置の関係を有していれば良い。
また、副走査駆動部の始端、または終端の接続位置が副走査駆動部のY方向の中心線に対して非対称である場合、図24に示すように、副走査駆動部32Aと副走査駆動部32Bにおける信号線との接続位置が、可動部に対して点対称となるように構成するのが好ましい。すなわち、図24に示すように副走査駆動部32Aと副走査駆動部32BにおいてS領域とT領域の信号線と圧電素子の接続位置がY方向の中心線に対して非対称である場合、副走査駆動部32Aと副走査駆動部32BのS領域とT領域において、可動部に対して信号線と圧電素子の接続位置が点対称となるように設けられる。
なお、図24では支持フレームと副走査駆動部との連結部分が可動部に対して点対称となっていることにより、該連結部分がY方向の中心線に対して線対称である場合(図25参照)に比べて、副走査駆動部32Aと32Bの重量的および電気的なバランスが良くなり、不要振動が生じにくくなる。
第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間における信号線の接続位置の関係が同一であるとは、少なくとも1つの折り返し部周辺において、第一副走査用圧電素子20において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置(例えば、コンタクトホールの位置)と、第二副走査用圧電素子21において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置とが、相対的に同一である状態である。また、第一副走査用圧電素子20と第二副走査用圧電素子21との間における信号線の接続位置の関係が対称であるとは、少なくとも1つの折り返し部周辺において、第一副走査用圧電素子20において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置(例えば、コンタクトホールの位置)と、第二副走査用圧電素子21において、電圧印加用の電極に信号線が接続される位置とが、折り返し部の中心線H(図15参照)に対して線対称である状態、または、図22のように、コンタクトホールの中心点に対して点対称となっている状態である。

0055

また、本実施形態1におけるアクチュエータ駆動デバイスは、副走査駆動部32A,32Bによって可動部17を副走査方向へ回動させるだけでなく、主走査駆動部31によって可動部17を主走査方向へも回動させる二次元走査するものであるが、図17に示すように、主走査駆動部31を設けず、副走査駆動部32A,32Bによって可動部17を副走査方向へ回動させるだけの一次元走査するものであってもよい。

0056

また、上述した実施形態1において、アクチュエータ駆動デバイスは、一方向から入射してくる入射光を反射するミラー17Mを往復回動動作させて光を走査する光走査装置として利用しているが、これに限らず、例えば、複数方向から入射してくる入射光を反射するミラー17Mを回動動作させて、特定箇所に配置されている受光部へ案内するような受光装置としても利用することが可能である。

0057

更に、本実施形態1のアクチュエータ駆動デバイスを適用可能な装置は、光走査装置にも限られない。

0058

また、上述した実施形態1では、本実施形態1のアクチュエータ駆動デバイスを適用した光走査装置が採用される画像形成装置の一例として、HUD装置を挙げたが、観測者の頭部に装着して使用されるヘッドマウントディスプレイや、スクリーン上に画像を投射して表示するプロジェクタなどの画像投射装置等にも、同様に適用することができる。
〔実施形態2〕
次に、本発明に係る回動装置を、プリンタ複写機などの画像形成装置における光書込ユニット610の光走査装置に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態2」という。)について説明する。

0059

図18は、本実施形態2における画像形成装置の光書込ユニット610の一例を表す構成図である。

0060

本実施形態2における光書込ユニット610では、レーザ素子などの光源部601からのレーザ光が、コリメータレンズなどの結像光学系602を介して光走査装置620により偏向される。この光走査装置620のアクチュエータ駆動デバイスには、上述した実施形態1の光走査装置208に用いられているアクチュエータ駆動デバイスが用いられる。ただし、本実施形態2においては、一次元光走査を実現できればよいので、図17に示したように、主走査駆動部31を設けず、副走査駆動部32A,32Bによって可動部17を副走査方向へ回動させるだけの一次元走査するものでよい。光走査装置620で偏向されたレーザ光は、その後、第一レンズ603と第二レンズ604、反射ミラー部605を経て、被走査面である感光体ドラム630の表面に照射される。これにより、感光体ドラム630の表面にはスポット状に光ビーム結像される。

0061

図19は、本実施形態2における画像形成装置600の一例を示す説明図である。

0062

本実施形態2の画像形成装置600において、感光体ドラム630は、光書込みユニット610による光走査対象としての被走査面を提供する像担持体である。光書込みユニット610は、記録信号によって変調された1本又は複数本レーザビームで被走査面である感光体ドラム630の表面を感光体ドラム630の軸方向に走査する。感光体ドラム630が回転駆動すると、その表面が帯電手段により帯電された後、光書込みユニット610により光走査されることによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段でトナー像に現像され、このトナー像は転写手段によって記録紙に転写される。転写されたトナー像は、定着手段によって記録紙に定着される。転写手段を通過した感光体ドラム630の表面部分クリーニング手段によって残留トナーが除去される。感光体ドラム630に代えて、ベルト状の感光体を用いる構成も可能である。また、トナー像を中間転写体上に一旦転写した後、中間転写体からトナー像を記録紙に転写する中間転写方式とすることも可能である。

0063

なお、光走査装置620を二次元走査可能な構成とすれば、レーザ光をサーマルメディア上に二次元走査して加熱することにより印字するレーザラベル装置等の画像形成装置にも適用可能である。
〔実施形態3〕
次に、本発明に係る回動装置を、レーザ走査型の物体認識装置における光偏向器に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態3」という。)について説明する。

0064

本実施形態3における物体認識装置は、光偏向器を用いて認識対象物が存在するエリアを光走査し、そのエリア内に存在する認識対象物からの反射光を受光することによって認識対象物を認識するものである。

0065

図20は、本実施形態3における物体認識装置の概要を示す説明図である。

0066

図21は、本実施形態3における物体認識装置の主要部を示すブロック図である。

0067

本実施形態3における物体認識装置700は、例えば、自動車301の室内に設置され、車両前方監視して前方方向の障害物(認識対象物730)の有無を認識することができる。レーザ光源701から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ等の光学系を経て、光偏向器720で一次元走査又は二次元走査に走査され、車両前方エリアに向けて照射される。光検出器705は、認識対象物730で反射されて集光レンズ等の光学系を経たレーザ光を受光し、検出信号を出力する。レーザ光源701は、レーザ制御部703によって制御され、光偏向器720は、光偏向器制御部721によって制御される。

0068

コントローラ704は、レーザ制御部703及び光偏向器制御部721を制御し、光検出器705から出力された検出信号を処理する。詳しくは、コントローラ704は、レーザ光を発光したタイミングと、光検出器705でレーザ光を受光したタイミングとのズレによって、認識対象物730との距離を算出する。光偏向器720でレーザ光を走査することで、一次元もしくは二次元の範囲にわたるエリア内の認識対象物730に対する距離が得られる。また、光検出器705が受光した反射光の光強度や反射による波長の変化等から、認識対象物730の材質や形状などを認識する構成としてもよい。

0069

本実施形態3の物体認識装置は、車両前方の障害物を認識するためのものであるが、これに限らず、例えば、手や顔を光走査することで得た情報を記録と参照することで対象人物の認証を行う生体認証装置や、所定の監視エリアに対して光走査を行って侵入者を認識するセキュリティセンサや、光走査により得た距離情報から物体の形状を認識して3次元データとして出力する3次元スキャナなどにも同様に適用することができる。

0070

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
第一弾性変形部12や第三弾性変形部14等の第一弾性変形部の終端と第二弾性変形部13や第四弾性変形部15等の第二弾性変形部の始端とを折り返し部で連結した折り返し構造を所定回数繰り返して構成される副走査駆動部32A,32B等の折り返し弾性変形部と、前記折り返し弾性変形部の始端側を支持する支持フレーム11等の支持部と、前記折り返し弾性変形部の終端側に取り付けられる可動部17と、前記第一弾性変形部を湾曲変形させる第一副走査用圧電素子20や第三副走査用圧電素子22等の第一圧電素子と、前記第二弾性変形部を湾曲変形させる第二副走査用圧電素子21や第四副走査用圧電素子23等の第二圧電素子と、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対して互いに異なる第一駆動電圧信号Va及び第二駆動信号Vbを印加することにより前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部を湾曲変形させ、前記可動部をX軸等の所定の回動軸回りで回動させる制御部250等の圧電素子駆動手段とを有するアクチュエータ駆動デバイス等の回動装置において、前記第一駆動電圧信号Vaの信号線111の前記第一圧電素子に対する接続位置(コンタクトホール113の位置)と、前記第二駆動電圧信号Vbの信号線115の前記第二圧電素子に対する接続位置(コンタクトホール116の位置)との関係が、前記折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係であることを特徴とする。

0071

本態様において、折り返し弾性変形部の第一弾性変形部に設けられる第一圧電素子には、第一駆動電圧信号用信号線が接続され、その第一駆動電圧信号用信号線から第一駆動電圧信号が印加される。同様に、折り返し弾性変形部の第二弾性変形部に設けられる第二圧電素子には、第二駆動電圧信号用信号線が接続され、その第二駆動電圧信号用信号線から、前記第一駆動電圧信号とは異なる第二駆動電圧信号が印加される。このように、第一弾性変形部と第二弾性変形部という異なる部分に対して互いに異なる駆動電圧信号を印加してそれぞれを湾曲変形させる場合、その変形の積み重ねにより可動部の変位量を大きくして可動部の広い回動範囲を確保できる一方、その第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態が不均一となりやすく、可動部を所望の回動動作で回動させることが難しい。

0072

従来、例えば、第一弾性変形部の形状と第二弾性変形部の形状とを高精度に同一としたり、第一圧電素子の形状と第二圧電素子の形状とを高精度に同一としたりして、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間における湾曲変形の状態が不均一にならないようにしているが、いまだ第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態に不均一が生じ得る。そして、本発明者らは、いまだに生じ得る湾曲変形の状態が不均一になることの要因の1つに、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、それぞれの圧電素子に対する信号線の接続位置の関係が同一の関係ではなく、また、対称の関係でもないことが影響していることを見出した。

0073

詳しく説明すると、折り返し弾性変形部における第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びに折り返し部上には、第一圧電素子及び第二圧電素子をそれぞれ駆動するための第一駆動電圧信号及び第二駆動電圧信号の各信号線が配線される。第一圧電素子及び第二圧電素子は、折り返し構造をなす弾性変形部材の始端から終端にかけて交互に位置する第一弾性変形部及び第二弾性変形部それぞれに設けられるため、第一駆動電圧信号用信号線及び第二駆動電圧信号用信号線は、それぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を含む各圧電素子を一つおきに接続するように配線される。

0074

これらの信号線は、配線効率や製造の簡素化などの観点を考慮すると、通常、第一弾性変形部及び第二弾性変形部並びに折り返し部上において互いに交差しないように配線される。そして、このような配線を実現しようとすると、第一駆動電圧信号用信号線が接続される第一圧電素子上の接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線が接続される第二圧電素子上の接続位置とが、それぞれの圧電素子に対して、同一の関係にもならなければ、対称の関係にもならないことがある。一般に、圧電素子に対する信号線の接続位置が異なると、同じ駆動電圧信号を印加したとしても、その駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布(電界)が異なり、圧電素子の変形状態も異なる。そのため、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、信号線の圧電素子に対する接続位置が同一の関係でも対称の関係でもない場合、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、第一弾性変形部及び第二弾性変形部をそれぞれ変形させる変形力の大きさや変形方向に違いが生じ、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態に不均一が生じる。

0075

そこで、本態様においては、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係が、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係になるように構成している。このような構成により、第一圧電素子と第二圧電素子との間で、駆動電圧信号の印加地点の違いによって圧電素子内に生じる電位分布(電界)の違いが抑制され、圧電素子の変形状態を均一化しやすくなる。その結果、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが容易になる。
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、前記弾性変形部材上に下部電極層20b,21b、圧電体層20a,21a及び上部電極層20c,21cが積層された構成を有し、前記下部電極層に接続されるグランド信号線112等の下部電極配線及び前記上部電極層に接続される信号線111,115等の上部電極配線のいずれか一方が、前記第一駆動電圧信号Va及び前記第二駆動電圧信号Vbの信号線であり、他方がグランド線であり、前記弾性変形部材の各折り返し部で、前記下部電極配線が前記上部電極配線に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする。

0076

これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
(態様C)
前記態様Bにおいて、前記下部電極配線の前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に対する接続位置(コンタクトホール117の位置)は、前記弾性変形部材の各折り返し部で、前記上部電極信号線の該第一圧電素子及び該第二圧電素子に対する接続位置に対して折り返し外周側に位置することを特徴とする。

0077

これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
(態様D)
前記態様B又はCにおいて、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、いずれも矩形状であり、前記下部電極配線及び前記上部電極配線は、いずれも、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子上のいずれかの隅に寄った位置で接続されていることを特徴とする。

0078

これによれば、第一駆動電圧信号用信号線の第一圧電素子に対する接続位置と、第二駆動電圧信号用信号線の第二圧電素子に対する接続位置との関係を、折り返し構造の全体にわたって同一又は対称の関係にすることが容易である。
(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子は、互いに同一形状であり、かつ、前記第一弾性変形部及び第二弾性変形部に対してそれぞれ設けられる位置も同一であることを特徴とする。

0079

これによれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが更に容易になる。
(態様F)
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記第一弾性変形部及び前記第二弾性変形部は、前記折り返し構造の全体にわたって、同一形状であることを特徴とする。

0080

これによれば、第一弾性変形部と第二弾性変形部との間で湾曲変形の状態を均一化することが更に容易になる。
(態様G)
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、前記所定の回動軸に対して略直交する第二回動軸回りで前記可動部を繰り返し回動させる可動部回動手段を有することを特徴とする。

0081

これによれば、二次元方向への回動が可能となり、二次元の光走査装置などの実現が可能となる。
(態様H)
光源ユニット230等の光出力手段から出力される光を走査する走査手段を有する光走査装置208,620、光偏向器720等の光走査装置において、前記走査手段は、前記態様A〜Gのいずれかの態様に係る回動装置を用い、該回動装置の可動部17に設けたミラー17M等の光学部材の光反射面で光を走査することを特徴とする。

0082

これによれば、所望の光走査動作が可能な光走査装置を実現できる。
(態様I)
画像情報に基づく画像走査光を出力する画像走査光出力手段と、前記画像走査光出力手段から出力される画像走査光を二次元走査する走査手段とを有する自動車用HUD装置200等の画像表示装置において、前記走査手段は、前記態様Gに係る回動装置を用い、該回動装置の可動部に設けた光学部材の光反射面で光を走査するものであり、前記可動部を前記所定の回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの一方の方向に画像走査光を走査するとともに、前記可動部を前記第二回動軸回りで繰り返し回動させることにより画像水平方向及び画像垂直方向のうちの他方の方向に画像走査光を走査することを特徴とする。

0083

これによれば、画像ムラの少ない高画質な画像を表示することができる。

0084

国際特許出願は2015年12月22日に出願した日本国特許出願第2015−249828号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2015−249828号の全内容を本願に援用する。

0085

10フレーム基板
11支持フレーム
12〜15,16A,16B弾性変形部
17可動部
17Mミラー
18 可動部枠
19A,19Bトーションバー
20〜23副走査用圧電素子
20a,21a圧電体層
20b,21b 下部電極層
20c,21c 上部電極層
24主走査用圧電素子
31主走査駆動部
32A,32B副走査駆動部
111,115信号線
112グランド信号線
113,116,117コンタクトホール
114絶縁層
200自動車用HUD装置
208光走査装置
230光源ユニット
250 制御部
300運転者
301自動車
302フロントガラス
600画像形成装置
610光書込ユニット
620 光走査装置
630感光体ドラム
700物体認識装置
720光偏向器
730 認識対象物

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