JP2016014725A - 光学デバイスおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路の安定性が高い光学デバイス、および、かかる光学デバイスを備え、画質の高い表示が可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】 本発明の光学デバイス２は、板状体で構成され、光が入射する光入射面を有する光学部２０２と、光学部２０２が配置される凹状の配置部２７を有する支持部２０４と、支持部２０４を揺動可能に支持する第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂと、を備え、配置部２７の側面２７１は、光学部２０２と第１の軸部２１０ａとの間および光学部２０２と第２の軸部２１０ｂとの間において、光学部２０２と離間していることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、光学デバイスおよび画像表示装置に関するものである。

近年、プロジェクター等の画像表示装置として、複数の画素を備える画像をレンズ等の光学系で拡大して表示する装置が知られている。

このような画像表示装置においては、一般的に、解像度を向上させるために、各画素を縮小し、画素数を増やすことで、画素密度を増やす方法がとられている。しかしながら、より小さな画素を構成することは難しく、この方法では、歩留まりの低下や製造コストの上昇等の問題があった。

このような問題を鑑み、特許文献１には、画像形成素子によって生成された画像の投影位置をシフトさせる光学デバイス、いわゆる画像ずらしデバイス（画像シフター）を備えた画像表示装置が開示されている。これにより、画素密度を増やさなくとも、表示された画像の高解像度化を図ることができる
この特許文献１に記載された光学デバイスは、光の光路を変更するガラス板と、ガラス板を保持する保持部材と、保持部材を支持する２つの板バネとを有しており、保持部材に固定されたガラス板を２つの板バネを揺動軸として揺動させることで、ガラス板を透過した光の光路をシフトさせることができる。このように光路をシフトさせることで、生成された画像の投影位置をシフトさせることができる。

特開２０１１−１５８５８９号公報

しかしながら、このような特許文献１に記載されている光学デバイスでは、ガラス板を所定の寸法に形成することが困難であるため、ガラス板の側面全体を保持部材に均一に当接させることが難しかった。そのため、２つの板バネ間における剛性が異なり、ガラス板の揺動が不均一になってしまうことがあった。これにより、光路の安定性が低下し、よって、表示された画像の品質が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、光路の安定性が高い光学デバイス、および、かかる光学デバイスを備え、画質の高い表示が可能な画像表示装置を提供することにある。

このような目的は、下記の適用例により達成される。
（１）
本発明の光学デバイスは、板状体で構成され、光が入射する光入射面を有する光学部と、
前記光学部が配置される凹状の配置部を有する支持部と、
前記支持部を揺動可能に支持する第１の軸部および第２の軸部と、を備え、
前記配置部の側面は、前記光学部と前記第１の軸部との間および前記光学部と前記第２の軸部との間において、前記光学部と離間していることを特徴とする。

これにより、第１の軸部および第２の軸部間における剛性を同程度にすることができ、光学部を安定して揺動させることができる。そのため、光路の安定に優れた光学デバイスを提供することができる。

（２）
本発明の光学デバイスでは、前記離間している部分には、接着剤が配置されていることが好ましい。

これにより、光学部と第１の軸部との間および光学部と第２の軸部との間において、配置部の側面と光学部とが接着剤を介して対向するため、第１の軸部および第２の軸部間における剛性を同程度にすることができる。そのため光学部をより安定して揺動させることができ、光路の安定により優れた光学デバイスを提供することができる。

（３）
本発明の光学デバイスでは、さらに、前記支持部は、前記光学部と前記第１の軸部との間に切り欠き部を有しており、
前記切り欠き部の内面が、前記配置部の前記側面の一部を構成していることが好ましい。

これにより、光学部と第１の軸部との間および光学部と第２の軸部との間において、配置部の側面は光学部とより確実に離間し、第１の軸部および第２の軸部間における剛性を同程度にすることができる。そのため、光学部をより安定して揺動させることができ、光路の安定により優れた光学デバイスを提供することができる。

（４）
本発明の光学デバイスでは、前記切り欠き部には、接着剤が配置されていることが好ましい。

これにより、光学部と第１の軸部との間および光学部と第２の軸部との間において、配置部の側面と光学部とを接着剤を介して対向させることができ、第１の軸部および第２の軸部間における剛性を同程度にすることができる。そのため、光学部をより安定して揺動させることができ、光路の安定により優れた光学デバイスを提供することができる。

（５）
本発明の光学デバイスでは、前記配置部の平面視形状は、前記光学部の平面視形状よりも大きいことが好ましい。

これにより、光学部と第１の軸部との間および光学部と第２の軸部との間において、配置部の側面と光学部とを、より確実に離間させることができ、よって、第１の軸部および第２の軸部間における剛性を同程度にすることができる。

（６）
本発明の光学デバイスでは、前記配置部の側面は、前記光学部の側面が当接する当接部を有していることが好ましい。

これにより、当接部に突き当てるようにして光学部を配置部に配置することができ、光学部の配置をより確実に行うことできる。

（７）
本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、前記当接部に当接することにより、前記配置部に対して位置決めされることが好ましい。
これにより、光学部の配置をより確実に行うことができる。

（８）
本発明の光学デバイスでは、前記支持部は、前記光学部を構成する材料よりも弾性率が小さい材料で構成されていることが好ましい。

これにより、光学部が揺動することで、その姿勢を変更する際、光学部に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴って光学部に発生する不要な振動を小さく抑えることができる。

（９）
本発明の光学デバイスでは、前記支持部は、樹脂を主成分とする材料で構成されていることが好ましい。

これにより、支持部の弾性を、光学部の弾性率よりも十分に小さくすることができ、光学部が揺動することで、その姿勢を変更する際、光学部に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴って光学部に発生する不要な振動を小さく抑えることができる。

（１０）
本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、光を透過することが好ましい。

これにより、光学部に入射する光の入射角度が目的とする角度になるように光学部の姿勢を変化させることにより、透過光の偏向方向や偏向量を制御することができる。

（１１）
本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、光を反射することが好ましい。

これにより、光学部に反射する光の入射角度が目的とする角度になるように光学部の姿勢を変化させることにより、反射光の偏向方向や偏向量を制御することができる。

（１２）
本発明の画像表示装置は、本発明の光学デバイスを備えることを特徴とする。

これにより、光学デバイスにおいて光学部を安定して揺動させることができるので、その結果、画質の高い表示が可能な画像表示装置を提供することができる。

（１３）
本発明の画像表示装置では、前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることが好ましい。

これにより、光学デバイスにおける光路の安定性が高く、例えば表示される画像の高解像度化が図られ、かつ、光学デバイスの不要振動に伴う画像の精細度の低下が抑えられた画像表示装置が得られる。

（１４）
本発明の画像表示装置では、前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光を走査して画像を形成することが好ましい。

これにより、光学デバイスにおける光路の安定性が高いことで、光学デバイスによって走査される光の走査位置を厳密に制御することができるので、優れた描画特性を有する画像表示装置が得られる。

本発明の画像表示装置の第１実施形態を適用したプロジェクターの光学的な構成を示す図である。 図１に示すプロジェクターの電気的な構成を示すブロック図である。 図１に示す光路偏向素子（本発明の光学デバイスの第１実施形態）の構成を示す斜視図である。 図３に示す光路偏向素子の平面図である。 図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図４のＣ−Ｃ線断面図である。 図５（ａ）および図６に示す光路偏向素子の作動の様子を示す図である。 図７に示す光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図である。 図７に示す光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図である。 図３に示す支持部および光学部を裏面側から見た分解斜視図である。 図３に示す光路偏向素子を裏面側から見た平面図である。 本発明の光学デバイスの第２実施形態を適用した光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図である。 本発明の画像表示装置の第３実施形態を適用したプロジェクターの光学的な構成を示す図である。 本発明の画像表示装置の第４実施形態を適用したヘッドマウンドディスプレイの光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、本発明の光学デバイスの第１実施形態を適用した光路偏向素子、および、本発明の画像表示装置の第１実施形態を適用したプロジェクターについて説明する。

図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態を適用したプロジェクターの光学的な構成を示す図であり、図２は、図１に示すプロジェクターの電気的な構成を示すブロック図であり、図３は、図１に示す光路偏向素子（本発明の光学デバイスの第１実施形態）の構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す光路偏向素子の平面図であり、図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｂ）は、図４のＢ−Ｂ線断面図であり、図６は、図４のＣ−Ｃ線断面図であり、図７は、図５（ａ）および図６に示す光路偏向素子の作動の様子を示す図であり、図８は、図７に示す光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図であり、図９は、図７に示す光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図であり、図１０は、図３に示す支持部および光学部を裏面側から見た分解斜視図であり、図１１は、図３に示す光路偏向素子を裏面側から見た平面図である。

なお、本明細書では、説明の便宜上、図５〜８中の上方を「上」、下方を「下」として説明する。

図１に示すプロジェクター１は、液晶表示素子に表示された画像を拡大投射する投射方式のプロジェクターである。

本実施形態に係るプロジェクター１は、図１に示すように、光源１０２と、３枚のミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと、２枚のダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、３枚の液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０と、光路偏向素子２と、投射レンズ系１１２と、リレーレンズ１１４と、を備えている。以下、各部の構成について詳述する。

まず、プロジェクター１の光学的な構成について説明する。
光源１０２としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。また、この光源１０２としては、白色光を出射するものが用いられる。

３枚のミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、それぞれ反射によりプロジェクター１内における光路を変換する機能を有する。

一方、２枚のダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂは、それぞれ光源１０２から出射した白色光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に分離し、互いに異なる液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂにそれぞれ分離した光を導く機能を有する。

例えば、ダイクロイックミラー１０６ａは、白色光のうち、Ｒの波長域の光を透過し、Ｇ、Ｂの波長域の光を反射する機能を有する。これに対し、ダイクロイックミラー１０６ｂは、ダイクロイックミラー１０６ａで反射したＧ、Ｂの波長域の光のうち、Ｂの波長域の光を透過し、Ｇの波長域の光を反射する機能を有する。

なお、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂによる反射等により、Ｂの波長域の光の光路長は、他の光の光路長に比べて長くなる。そこで、Ｂの波長域の光路の途中にリレーレンズ１１４を設けることにより、光路長のずれを補正している。

液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれ空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備えている。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。

また、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂには、各画素に対応して走査線およびデータ線が設けられている（図示せず）。さらに、走査線とデータ線とが交差する位置に対応して画素電極とこれに対向して配置された共通電極との間には液晶が配置されている（図示せず）。

これらに加え、各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂには、図示しない偏光板が設けられている。そして、走査線の選択によってデータ線の電圧が画素電極に印加されると、液晶分子が配向し、透過光を偏光させる。このような液晶分子による偏光と偏光板の配置とを適宜設定することにより、画素ごとに透過光の光量を調整することができる。

液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム１１０に対し３方向から入射する。入射した光のうち、Ｒ、Ｂの波長域の光は、９０°屈折して出射する。一方、Ｇの波長域の光は、直進して出射する。その結果、ダイクロイックプリズム１１０から出射する光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各原色からなる画像が合成されたフルカラーの画像を含むものとなり、これが光路偏向素子２に入射する。

光路偏向素子２については、後に詳述するが、ガラス板２０２（光学部）を有しており、このガラス板２０２に入射させた光を偏向（シフト）させるか否かを適宜選択することが可能である。
このような偏向を受けた光は、投射レンズ系１１２に入射する。

投射レンズ系１１２は、複数のレンズが組み合わされた複合レンズ系である。この投射レンズ系１１２において合成された画像が拡大され、スクリーン８に投射される。

次に、プロジェクター１の電気的な構成について説明する。
本実施形態に係るプロジェクター１は、図２に示すように、前述した光路偏向素子２や各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに加え、制御回路１２０と画像信号処理回路１２２とを備えている。

制御回路１２０は、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに対するデータ信号の書き込み動作、光路偏向素子２における光路偏向動作、画像信号処理回路１２２におけるデータ信号の発生動作等を制御する。

画像信号処理回路１２２は、図示しない外部装置から供給される画像信号Ｖｉｄを、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色ごとに分離するとともに、それぞれの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの動作に適したデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖに変換する機能を有する。変換されたデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖは、それぞれ液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに供給され、それに基づいて液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂが動作する。

以下に、光路偏向素子２について詳述する。
［光路偏向素子］
図３および図４に示すように、光路偏向素子（光学デバイス）２は、ベース２４０と、ベース２４０上に設けられた機能部２００および駆動部２２０と、を有している。なお、機能部２００は、スペーサー２５０を介してベース２４０上に配置されている。

また、機能部２００は、光を偏向させるガラス板（光学部）２０２と、ガラス板２０２の側面を囲う支持部２０４と、支持部２０４から離間し、支持部２０４の側面を囲う枠状の保持部材２０８と、支持部２０４と保持部材２０８とを連結するように設けられた第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂと、を備えている。

以下、これらの各部について順次説明する。
＜ベース＞
ベース２４０は、平板状をなしており、機能部２００を支持するとともに、光路偏向素子２の機械的強度を確保する。

このベース２４０は、平面視で機能部２００より大きい矩形状をなしており、ベース２４０の外縁が機能部２００の外縁からはみ出すように構成されている。

また、図４に示すように、ベース２４０には、ガラス板２０２の位置に対応して、厚さ方向に貫通する貫通孔２２１が形成されている。この貫通孔２２１を設けることにより、光路偏向素子２においてガラス板２０２に入射した光（画像）を透過させることができる。

なお、ベース２４０の平面視形状は、四角形であるが、ベース２４０の平面視形状は機能部２００を支持し得る形状であれば、特に限定されず、四角形以外の多角形、円形、楕円形等であってもよい。

また、ベース２４０の構成材料としては、例えば、ガラス、シリコン、金属、セラミックスのような無機材料、樹脂のような有機材料等が挙げられる。

＜スペーサー＞
図３に示すように、ベース２４０上にはスペーサー２５０が設けられている。

スペーサー２５０は、枠状をなしており、機能部２００とベース２４０との間に介挿されている。このスペーサー２５０は、その平面視形状がベース２４０よりも小さく、平面視でベース２４０に包含されている。

また、図５および図６に示すように、スペーサー２５０の内壁とベース２４０の上面と機能部２００の下面とによって空間２５１が形成されている。この空間２５１は、支持部２０４およびガラス板２０２の揺動を許容するための空間として機能する。

なお、本実施形態では、スペーサー２５０の全体形状は、前述したように矩形の枠状をであるが、スペーサー２５０の全体形状は、ガラス板２０２の揺動を許容するための空間を形成し得る形状であれば特に限定されない。

スペーサー２５０の構成材料としては、例えばガラス、シリコン、金属、セラミックスのような無機材料、樹脂のような有機材料等が挙げられる。

また、スペーサー２５０は、ベース２４０と一体に形成されていてもよく、ベース２４０の構成によっては省略してもよい。さらに、スペーサー２５０は、機能部２００と一体に形成されていてもよい。

＜機能部＞
図３に示すように、スペーサー２５０を介してベース２４０によって機能部２００が支持されている。

この機能部２００は、前述したように、保持部材２０８と、支持部２０４と、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂと、ガラス板（光学部）２０２と、を有している。

以下、これらの各部について順次説明する。
（保持部材）
図３、図６に示すように、保持部材２０８は、スペーサー２５０上に設けられ、その形状がスペーサー２５０に対応した矩形の枠状をなしている。なお、本実施形態では、保持部材２０８は、矩形の枠状をなしているが、保持部材２０８の形状はこれに限定されず、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂをベース２４０に保持し得る形状であればいかなる形状であってもよい。また、保持部材２０８とスペーサー２５０とが一体に形成されていてもよい。

（支持部）
図３および図４に示すように、保持部材２０８の内側には、空隙２０６を介して支持部２０４が設けられている。

支持部２０４は、平面視にて矩形状をなしており、ガラス板２０２を配置する配置部２７と、厚さ方向に貫通する２つの貫通孔２２１とを有している。

貫通孔２２１は、支持部２０４の短辺に対応する位置に形成された細長い開口を有する孔であり、その長軸が支持部２０４の短辺と平行になるように形成されている。貫通孔２２１の開口は、図４では矩形状（長方形）をなしているが、その形状は、特に限定されるものではない。また、貫通孔２２１には、後述する駆動部２２０のコア２２３が挿通される。
なお、この支持部２０４の具体的な構成については後に詳述する。

（第１の軸部および第２の軸部）
図３および図４に示すように、このような支持部２０４は、２つ（一対）の第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂによって保持部材２０８に接続されている。

第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂは、それぞれ、空隙２０６を跨ぐように設けられており、支持部２０４の２つの長辺のうち、互いに異なる長辺に対応する位置に設けられている。また、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂは、双方の軸線が、図４に示すＸ軸とＹ軸の双方に対して斜めに位置し、双方の軸線が互いに同一の直線状に位置するように配置されている。したがって、第１の軸部２１０ａの軸線および第２の軸部２１０ｂの軸線が通る直線Ｌは、図４のＸ軸とＹ軸の双方に対して斜めに傾いている。そして、この直線Ｌは、ガラス板２０２の揺動軸となる。このため、２つの第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂのみによって保持部材２０８に支持されている支持部２０４（およびガラス板２０２）は、直線Ｌを揺動軸として揺動可能になる。第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂを揺動軸として、支持部２０４が揺動されることで、支持部２０４に支持されたガラス板２０２の姿勢が変化する。

また、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂは、ガラス板２０２の平面視における中心に対して点対称の関係を満足する位置に配置されているのが好ましい。これにより、揺動のバランスが良好になり、ガラス板２０２を安定的に揺動させることができる。これにより、画像の偏向挙動が安定し、よって、解像度の高い画像を安定的に投射することができる。

また、上述した保持部材２０８、支持部２０４および軸部２１０ａ、２１０ｂは、それぞれ別体のものが接着されることで形成されていてもよいが、一体に形成されていることが好ましい。これにより、保持部材２０８と軸部２１０ａ、２１０ｂとの境界部や、支持部２０４と軸部２１０ａ、２１０ｂとの境界部の耐衝撃性や長期耐久性を高くすることができる。

（光学部）
図３および図４に示すように、ガラス板２０２は、光透過性を有する板状体であり、その平面視形状が矩形状（長方形）をなしている。このガラス板２０２は、支持部２０４の配置部２７に配置されている。

このようなガラス板２０２に入射した光は、その入射角度に応じて、ガラス板２０２を直進しつつ透過したり、あるいは、屈折しつつ透過する（空間変調する）。したがって、目的とする入射角度になるようにガラス板２０２を揺動させてガラス板２０２の姿勢を変化させることにより、透過光の偏光方向や偏向量を制御することができる。これにより、ダイクロイックプリズム１１０で合成されたフルカラーの画像を、任意の方向に偏向させることができる。

このガラス板２０２の構成材料としては、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのような各種ガラス材料が挙げられる。なお、本実施形態では、光学部としてガラス板２０２を用いたが、光学部は、光透過性を有する材料で構成されたものであれば特に限定されず、例えば、水晶、サファイアのような各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂のような各種樹脂材料等で構成されたものであってもよい。しかしながら、光学部は、平坦性を有する（平坦性の高い）各種ガラス材料で構成されたものであることが好ましい。各種ガラス材料で構成された光学部であると、弾性率が大きく、剛性を大きくすることができ、光学部において偏向される光（画像）の偏向ムラを抑制することができる。

また、ガラス板２０２の平面視における大きさは、ダイクロイックプリズム１１０から出射する光線を透過させ得るように適宜設定される。なお、図４では、ガラス板２０２の長軸と平行な方向をＸ軸方向とし、短軸と平行な方向をＹ軸方向としている。

このような構成のガラス板２０２によって偏向を受ける画像を構成する画素群は、通常、Ｘ軸に平行して配列した画素の列がＹ軸に沿って並んでできる画素の集合体である。すなわち、この画素群は、ＸＹ平面に行列状に配置されている。この画素数は、特に限定されないが、例えばＸ軸方向に１９２０列、Ｙ軸方向に１０８０列とされる。

このように画素が行列状に配置されてなる画像（画素群）は、ガラス板２０２を透過する際に偏向を受けるが、上述したようにガラス板２０２の揺動軸がＸ軸とＹ軸の双方に対して斜めに傾いていると、画像の偏向方向もＸ軸とＹ軸の双方に対して斜め方向に沿うこととなる。これにより、例えばスクリーン８に投射される画像が矩形状である場合、その画像を、縦と横の双方に対して斜めにずらすことができる。その結果、画像の縦と横の解像度を、それぞれ疑似的に増やすことができ、投射される画像の高解像度化を図ることができる。

＜駆動部＞
図３に示すように、光路偏向素子２は、ガラス板２０２を揺動させるように駆動する一対（２つ）の駆動部２２０を備えている。この駆動部２２０によって生じる駆動力により、ガラス板２０２が揺動する。

駆動部２２０は、支持部２０４の貫通孔２２１を囲うように支持部２０４上に載置された環状のコイル２２２と、貫通孔２２１内に挿通され、ベース２４０の上面に載置されているコア２２３と、コア２２３に隣接して設けられた磁石２２４と、を備えている。

コイル２２２は、支持部２０４の上面に接着されている。このコイル２２２は、環状をなしており、本実施形態では、その環の内側と貫通孔２２１の開口とがほぼ一致するように構成されている。

このコイル２２２には、図示しない電圧印加手段に接続されている。この電圧印加手段によってコイル２２２に電圧が印加される。

また、コア２２３は、部分的に折り曲げられた板状の磁心である。このコア２２３は、図６に示すように、ベース２４０の上面から立設する２本の脚部２２３１、２２３２と、２本の脚部２２３１、２２３２の端部同士を繋ぐ桁部２２３３とに分けられる。このうち、脚部２２３１は、貫通孔２２１を挿通するように配置されており、脚部２２３２は、枠状の保持部材２０８の内側に配置されている。

また、脚部２２３１は、その外面が貫通孔２２１の内面が接触しないよう設けられている。特に、ガラス板２０２が揺動する過程で常に、貫通孔２２１とコア２２３との間に隙間が生じるよう貫通孔２２１に挿通されていることが好ましい。

また、脚部２２３２には、隣接して磁石２２４が配置されている。磁石２２４は、脚部２２３２（コア２２３）と、支持部２０４との間に設けられている。

このようなコア２２３は、例えば、純鉄、ソフトフェライト、パーマロイ等の軟磁性材料で構成される。

また、磁石２２４は、例えば永久磁石で構成される。脚部２２３２に隣接して磁石２２４を配置することにより、コイル２２２を横切る磁路を形成し、コイル２２２が電圧印加により生じる磁界との間にローレンツ力（駆動力）を発生することとなる。なお、永久磁石としては、例えば、ネオジウム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等が挙げられる。

このような構成の駆動部２２０は、コイル２２２に電圧が印加されると、その印加方向と磁石２２４から発生する磁界の方向とによって、コイル２２２に、図６の上方または下方に駆動する磁力が発生する。この磁力によって前述した支持部２０４およびガラス板２０２を上方または下方に駆動することができる。

なお、上述した磁力を用いた駆動部２２０は、支持部２０４およびガラス板２０２を駆動する他の手段で代替可能である。他の手段としては、例えば、圧電駆動等が挙げられる。
また、駆動部２２０が設けられる位置や数も、図示のものに限定されない。

次に、光路偏向素子２の作動について説明する。
コイル２２２に電圧を印加していないとき、光路偏向素子２では、図５および図６に示すように、ガラス板２０２は揺動しないので、図８に破線で示すように、ガラス板２０２に入射された光８１は、入射角が直角になるため、屈折することなく直進する光８２となって出射する。

一方、図７に示すように、コイル２２２に所定の電圧を印加すると、ガラス板２０２は、その一端側がベース２４０に近づき、その他端側がベース２４０から離れるように傾く。すなわち、各駆動部２２０がこのような挙動を示すように、各コイル２２２に印加する電圧の印加方向を設定する。これにより、ガラス板２０２は、図８中の実線で示すように傾く。この状態にあるガラス板２０２に入射された光８１は、ガラス板２０２を透過する際に屈折し、光８３となって出射する。この光８３は、空間上で光８２とずれているため、光８３で形成される画像は、光８２で形成される画像からずれた状態でスクリーン８に投射されることとなる。

なお、光路偏向素子２は、前述したように、２つの駆動部２２０を備えており、これらがそれぞれ、支持部２０４の短辺に対応して配置されている。したがって、２つの駆動部２２０が駆動する方向を互いに異ならせることにより、支持部２０４およびガラス板２０２は、円滑に揺動することができる。すなわち、ある時間帯では、一方の駆動部２２０において支持部２０４を上方に駆動しているとき、他方の駆動部２２０では支持部２０４を下方に駆動するようにし、別の時間帯では、一方の駆動部２２０において支持部２０４を下方に駆動しているとき、他方の駆動部２２０では支持部２０４を上方に駆動するようにし、さらに別の時間帯では、コイル２２２に電圧を印加しないで、支持部２０４およびガラス板２０２を揺動させないようにすればよい。そして、これらの時間帯を適宜選択するように、コイル２２２に対する電圧の印加方法を制御することにより、光路偏向素子２の挙動を意図したように制御することができる。

図９は、縦４行、横４列の行列状に画素を配置した画像８４および画像８５を示している。画像８４は、図８に示す光８２により形成された画素８４１の集合体であり、一方、画像８５は、図８に示す光８３により形成された画素８５１の集合体である。

図９では、ガラス板２０２の揺動により、画像８４を画像８５へとずらした例である。この際のずらし量は、画素８４１のピッチの半分になっている。この結果、スクリーン８に投射された画像８５の画素数は、画像８４の画素数の２倍になり、画像の高解像度化が図られることとなる。

また、前述したように、画像８５は、画素８４１の配列方向に対して斜めにずらされている。このため、画像８５の画素数は、縦も横も実質的に２倍になっている。

なお、光路偏向素子２による画像のずらし量は、画素のピッチの半分に限定されず、例えば４分の１や８分の１等であってもよい。

以上、光路偏向素子２の構成および作動について簡単に説明したが、本実施形態の光路偏向素子２は、ガラス板２０２を収容する支持部２０４の構成に特徴を有しているため、以下に、このことについて詳述する。

図１０は、光路偏向素子２の裏面側を示す分解斜視図であり、図１１は、光路偏向素子２の裏面側を示す平面図である。なお、図１０および図１１では、光路偏向素子２のうちベース２４０、スペーサー２５０および駆動部２２０の図示を省略している。

前述したように、支持部２０４は、ガラス板２０２が配置される配置部２７を有している。

図１０および図１１に示すように、配置部２７は、支持部２０４の厚さ方向に凹没した凹状をなし、その外縁部を除く中央部において支持部２０４の厚さ方向に貫通した貫通孔２７３を有している。

また、配置部２７は、底部２７２と、底部２７２から立設した側面部（側面）２７１とを有している。また、側面部２７１は、支持部２０４の長手方向に延在し、互いに対向配置された側面２７１ａおよび側面２７１ｂと、側面２７１ａおよび側面２７１ｂの両端を繋ぐ側面２７１ｃおよび側面２７１ｄとを有している。

このような配置部２７の平面視形状は、ガラス板２０２の平面視形状と相似形であり、ガラス板２０２よりも若干大きい形状をなしている。また、貫通孔２７３の平面視形状は、ガラス板２０２が配置部２７から離脱しないよう、ガラス板２０２の平面視形状よりも若干小さい形状をなしている。

また、図１０に示すように、支持部２０４の第１の軸部２１０ａとガラス板２０２の間には、凹部（切り欠き部）２６が設けられている。この凹部２６は、前記直線Ｌ（揺動軸）上に位置している。また、凹部２６は、側面２７１ａから外側に向かって凹没しており、その内面が、配置部２７の側面（支持部２０４の内側面）２７１ａの一部を担っている。すなわち、側面２７１ａは、その途中（またはその端部）に他の部分よりも支持部２０４の外側に退避した部分を有している。

なお、凹部２６の平面視形状は、本実施形態では矩形（長方形）であるが、凹部２６の平面視形状をこれに限定されない。また、凹部２６の数は、本実施形態では１つであるが、凹部２６の数は、１つに限定されず、２つ以上であってもよい。

また、配置部２７に配置されたガラス板２０２は、その上面（図１０中下側の面）の縁部が配置部２７の底部２７２に当接している。また、ガラス板２０２は、その上面の中央部が貫通孔２７３に対向しているため、対向している領域において光（画像）を透過することができる。

また、ガラス板２０２は、その外周面２８１の一部が配置部２７の側面部２７１に当接している。具体的には、図１１に示すように、ガラス板２０２の側面２８１ａが側面２７１ａに対して当接している。また、ガラス板２０２の側面２８１ｃが側面２７１ｃに対して当接している。これに対し、ガラス板２０２の側面２８１ｂが側面２７１ｂに対して離間している。また、ガラス板２０２の側面２８１ｄが側面２７１ｄに対して離間している。

ガラス板２０２が配置部２７に対して上記のような配置となっているため、第１の軸部２１０ａ付近では、凹部２６の存在によって、ガラス板２０２の側面２８１ａと配置部２７の側面２７１ａとは離間している。一方、第２の軸部２１０ｂ付近も、前述したように、ガラス板２０２の側面２８１ｂと配置部２７の側面２７１ｂとは離間している。

また、凹部２６には、接着剤２９ａが充填（配置）されている。また同様に、ガラス板２０２と配置部２７の側面２７１ｂ、２７１ｄとの間（隙間）には、接着剤２９ｂが充填（配置）されている。この接着剤２９ａ、２９ｂによって、ガラス板２０２が支持部２０４に固着されている。これにより、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂを揺動軸として、支持部２０４が揺動されることで、支持部２０４に支持（固着）されたガラス板２０２の姿勢が変化する。

また、第１の軸部２１０ａ付近および第２の軸部２１０ｂ付近において、ガラス板２０２の外周面２８１が配置部２７の側面部２７１に対して接着剤２９ａ、２９ｂを介して対向していることで、第１の軸部２１０ａ付近および第２の軸部２１０ｂ付近における支持部２０４の剛性を同程度にすることができる。そのため、ガラス板２０２を安定して揺動させることができ、よって、ガラス板２０２を透過する光の光路の安定性を向上させることができる。

なお、接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤等が挙げられる。

また、配置部２７にガラス板２０２を配置するには、まず、ガラス板２０２を配置部２７内に入れ、ガラス板２０２の１つの角部２８５を配置部２７の第１の軸部２１０ａ側に位置する角部２７５に突き当てる（当接する）。すなわち、ガラス板２０２の側面２８１ａを配置部２７の側面２７１ａに、ガラス板２０２の側面２８１ｃを配置部２７の側面２７１ｃに、それぞれ当接させるようにガラス板２０２を配置部２７内でずらす。そして、凹部２６、および、配置部２７の側面２７１ｂ、２７１ｄとガラス板２０２との間（隙間）に接着剤２９ａ、２９ｂを充填する。このようにして、図１１に示すように配置部２７にガラス板２０２が配置される。なお、ガラス板２０２を配置部２７内に入れる前に、接着剤２９ａ、２９ｂを予め塗布してもよい。

このように配置部２７にガラス板２０２を配置する際に、角部２７５および側面２７１ａ、２７１ｃをガラス板２０２が当接する当接部として機能させることで、ガラス板２０２の配置部２７に対する位置決めをより確実に行うことできる。

なお、本実施形態では、凹部２６、および、配置部２７の側面２７１ｂ、２７１ｄとガラス板２０２との間（隙間）に接着剤２９ａ、２９ｂが配置（充填）されている構成としたが、配置部２７の側面部２７１（および底部２７２）の全面に接着剤が配置されていてもよい。すなわち、ガラス板２０２の外周面２８１は、その全面において、接着剤を介して配置部２７の側面部２７１に当接していてもよい。

また、凹部２６、および、配置部２７の側面２７１ｂ、２７１ｄとガラス板２０２との間（隙間）には、接着剤２９ａ、２９ｂが充填されていなくてもよい。すなわち、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂ付近において、ガラス板２０２の外周面２８１は、配置部２７の側面部２７１に対し、凹部２６、および、配置部２７の側面２７１ｂ、２７１ｄとガラス板２０２との隙間で形成された空気層を介して対向していてもよい。このような場合においても、第１の軸部２１０ａ付近および第２の軸部２１０ｂ付近における支持部２０４の剛性を同程度にすることができ、よって、ガラス板２０２を透過する光の光路の安定性を向上させることができる。

また、本実施形態では、ガラス板２０２の平面視形状は、配置部２７の平面視形状よりも若干小さい形状としたが、ガラス板２０２の平面視形状は、配置部２７の平面視形状とほぼ等しい形状であってもよい。その場合には、支持部２０４の第２の軸部２１０ｂ付近にも、凹部２６と同様の凹部（切り欠き部）を設ければよい。

また、上記のような構成の支持部２０４は、ガラス板２０２の構成材料よりも弾性率が小さい材料で構成されていることが好ましい。これにより、ガラス板２０２が揺動して、その姿勢を変更する際に、ガラス板２０２に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴ってガラス板２０２に発生する不要な振動を吸収し、小さく抑えることができる。その結果、ガラス板２０２によって偏向される画像が、意図しない方向に偏向されてしまうのを防止することができる。

支持部２０４の構成材料としては、具体的には、樹脂を含むことが好ましく、樹脂を主成分とする材料であることがより好ましい。樹脂を含む材料であれば、ガラス板２０２の構成材料よりも十分に弾性率を小さくすることができるので、支持部２０４がもたらす上述したような効果がより顕著になる。

かかる樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種を含むものが用いられる。

また、第１の軸部２１０ａおよび第２の軸部２１０ｂの構成材料は、前述した支持部２０４を構成する弾性材料と同じ材料が用いることが好ましい。

また、保持部材２０８の構成材料は、特に限定されず、各種樹脂材料や各種無機材料が挙げられるが、中でも、各種樹脂材料であることが好ましい。そして、支持部２０４や軸部２１０ａ、２１０ｂと一体に形成されている場合には、前述した支持部２０４を構成する弾性材料と同じ材料が用いられる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の光学デバイスの第２実施形態を適用した光路偏向素子について説明する。

図１２は、本発明の光学デバイスの第２実施形態を適用した光路偏向素子が光を偏向させる原理を説明するための図である。なお、図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態に係る光路偏向素子２は、光学部において光を偏向させる原理が異なる以外、第１実施形態に係る光路偏向素子２と同様である。

すなわち、本実施形態に係るガラス板２０２Ａは、光反射性を有しており、光透過性を有している第１実施形態とこの点で相違する。

このガラス板２０２Ａは、第１実施形態に係るガラス板２０２に反射膜を付けることにより得ることができる。

コイル２２２に電圧を印加していないとき、光路偏向素子２では、ガラス板２０２Ａは揺動しないので、図１２に破線で示すように、ガラス板２０２Ａに入射された光８１は、破線で示す光８２として反射する（空間変調する）。

一方、コイル２２２に所定の電圧を印加すると、ガラス板２０２Ａは、図１２に実線で示すように傾く。換言すれば、各駆動部２２０がこのような挙動を示すように、各コイル２２２に印加する電圧の印加方向を設定する。ガラス板２０２Ａが傾くと、ガラス板２０２Ａに入射する光８１の入射角も変化するため、光８１は実線で示す光８３として反射する。したがって、目的とする入射角度になるようにガラス板２０２Ａの姿勢を変化させることによって、光８３（反射光）の偏向方向や偏向量を制御することができる。この光８３は、空間上で光８２とずれているため、光８３で形成される画像は、光８２で形成される画像からずれた状態でスクリーン８に投射されることとなる。その結果、かかる光路偏向素子２を備えるプロジェクターは、第１実施形態に係るプロジェクターと同様の効果を奏するものとなる。

なお、本実施形態に係るガラス板２０２Ａは、第１実施形態に係るガラス板２０２に反射膜を付けた構成であるが、ガラス板２０２Ａは、光反射性を有するものであれば特に限定されず、例えば、シリコン、金属のような光沢を有する材料を用いて形成されたものであってもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。

≪第３実施形態≫
次に、本発明の光学デバイスの第３実施形態を適用した光スキャナー、および、本発明の画像表示装置の第３実施形態を適用したプロジェクターについて説明する。

図１３は、本発明の画像表示装置の第３実施形態を適用したプロジェクターの光学的な構成を示す図である。なお、図１３において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態に係るプロジェクター９は、光を走査することにより画像を形成する走査方式のプロジェクターであり、本発明の光学デバイスの第３実施形態を適用した光スキャナー９４を備えている以外、第１実施形態に係るプロジェクター１と同様である。

すなわち、本実施形態に係るプロジェクター９は、レーザー等の光を出射する光源装置９１と、クロスダイクロイックプリズム９２と、主走査を担う光スキャナー９３と、副走査を担う光スキャナー９４（本発明の光学デバイスの第３実施形態）と、固定ミラー９５と、を有している。

図１３に示す光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。

クロスダイクロイックプリズム９２は、４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。

かかるプロジェクター９では、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２および緑色光源装置９１３のそれぞれから、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて光が照出され、この光をクロスダイクロイックプリズム９２で合成し、この合成された光が、光スキャナー９３、９４によって走査され、さらに固定ミラー９５によって反射され、スクリーン８上にカラー画像を形成するように構成されている。

ここで、光スキャナー９３、９４の光走査について具体的に説明する。
まず、クロスダイクロイックプリズム９２で合成された光は、光スキャナー９３によって横方向に走査される（主走査）。そして、この横方向に走査された光は、光スキャナー９４によってさらに縦方向に走査される（副走査）。これにより、２次元カラー画像をスクリーン８上に形成することができる。このような光スキャナー９４として本発明の光学デバイスを用いることで、優れた描画特性を発揮することができる。

光スキャナー９４では、ガラス板２０２において光を反射しつつ光路を偏向させることができる。前述したように、本発明によれば、ガラス板２０２における不要振動を効果的に抑制することができるので、光スキャナー９４によって走査される光の走査位置を厳密に制御することができる。その結果、優れた描画特性を得ることができる。

ただし、プロジェクター９としては、光スキャナー９３、９４により光を走査し、対象物に画像を形成するように構成されていれば、これに限定されず、例えば、固定ミラー９５を省略してもよい。
また、光スキャナー９３にも、本発明の光学デバイスが適用されていてもよい。

≪第４実施形態≫
次に、本発明の画像表示装置の第４実施形態を適用したヘッドマウントディスプレイについて説明する。

図１４は、本発明の画像表示装置の第４実施形態を適用したヘッドマウントディスプレイの光学的な構成を示す図である。なお、図１４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１４に示すヘッドマウントディスプレイ３００は、眼鏡３１０と、眼鏡３１０に搭載された映像出力部９０と、を有している。この映像出力部９０は、第４実施形態に係るプロジェクター９と同様の構成を有している。そして、映像出力部９０により、眼鏡３１０の本来レンズである部位に設けられた表示部３２０に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。

表示部３２０は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部３２０が透明な場合は、現実世界からの情報に映像出力部９０からの情報を重ねて使用することができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つの映像出力部９０を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部に表示するようにしてもよい。

以上、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、本発明の光学デバイスは、光路偏向素子の他に、光スイッチ、光アッテネーター等にも適用可能である。

また、本発明の画像表示装置は、プロジェクターの他に、プリンター、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等にも適用可能である。

１……プロジェクター
１０２……光源
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ……ミラー
１０６ａ、１０６ｂ……ダイクロイックミラー
１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂ……液晶表示素子
１１０……ダイクロイックプリズム
１１２……投射レンズ系
１１４……リレーレンズ
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
８……スクリーン
２……光路偏向素子（光学デバイス）
２００……機能部
２０２、２０２Ａ……ガラス板（光学部）
２８１……外周面
２８１ａ、２８１ｂ、２８１ｃ、２８１ｄ……側面
２８５……角部
２０４……支持部
２６……凹部
２７……配置部
２７１……側面部（側面）
２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃ、２７１ｄ……側面
２７２……底部
２７３……貫通孔
２７５……角部
２９ａ、２９ｂ……接着剤
２０６……空隙
２０８……保持部材
２１０ａ……第１の軸部（軸部）
２１０ｂ……第２の軸部（軸部）
２２０……駆動部
２２１……貫通孔
２２２……コイル
２２３……コア
２２３１……脚部
２２３２……脚部
２２３３……桁部
２２４……磁石
２４０……ベース
２４１……貫通孔
２５０……スペーサー
２５１……空間
８１、８２、８３……光
８４、８５……画像
８４１、８５１……画素
３００……ヘッドマウントディスプレイ
３１０……眼鏡
３２０……表示部
９……プロジェクター
９０……映像出力部
９１……光源装置
９２……クロスダイクロイックプリズム
９３、９４……光スキャナー
９５……固定ミラー
９１１……赤色光源装置
９１２……青色光源装置
９１３……緑色光源装置
Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ……データ信号
Ｖｉｄ……画像信号

Claims (14)

1. 板状体で構成され、光が入射する光入射面を有する光学部と、
   前記光学部が配置される凹状の配置部を有する支持部と、
   前記支持部を揺動可能に支持する第１の軸部および第２の軸部と、を備え、
   前記配置部の側面は、前記光学部と前記第１の軸部との間および前記光学部と前記第２の軸部との間において、前記光学部と離間していることを特徴とする光学デバイス。
2. 前記離間している部分には、接着剤が配置されている請求項１に記載の光学デバイス。
3. さらに、前記支持部は、前記光学部と前記第１の軸部との間に切り欠き部を有しており、
   前記切り欠き部の内面が、前記配置部の前記側面の一部を構成している請求項１または２に記載の光学デバイス。
4. 前記切り欠き部には、接着剤が配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
5. 前記配置部の平面視形状は、前記光学部の平面視形状よりも大きい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
6. 前記配置部の側面は、前記光学部の側面が当接する当接部を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
7. 前記光学部は、前記当接部に当接することにより、前記配置部に対して位置決めされる請求項６に記載の光学デバイス。
8. 前記支持部は、前記光学部を構成する材料よりも弾性率が小さい材料で構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光学デバイス。
9. 前記支持部は、樹脂を主成分とする材料で構成されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学デバイス。
10. 前記光学部は、光を透過する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学デバイス。
11. 前記光学部は、光を反射する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学デバイス。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光学デバイスを備えることを特徴とする画像表示装置。
13. 前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されている請求項１２に記載の画像表示装置。
14. 前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光を走査して画像を形成する請求項１３に記載の画像表示装置。

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