JP5494388B2 - 2次元光走査装置、画像投影装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記問題を解決し、装置が大きくならず、製造が困難でない2次元光走査装置を提供することを目的とする。
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第1軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第1軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第1軸線と直交する第2軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第2軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第1配線と、
一端が前記第1配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第2配線とから構成され、
前記第1配線は前記第2配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
前記中継部は、前記第2軸上に有ることを特徴とする。
これにより、回動部の回動が第1配線や第2配線によって阻害されない。
前記中継部は、前記被取付部上に有ることを特徴とする。
これにより、第1配線の圧電素子に接続される位置と中継部との間隔が、可動部が揺動しても常に一定に保たれる。従って、可動部の回動による第1配線の断線が防止される。
前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする。
これにより、基板がグランド電位であっても第2配線と基板がショートすることが無い。このため、基板をグランド電位とすると、圧電素子に接続するグランド線を省略することが可能となり、低コスト化及び軽量化を実現することが可能となる。
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第1軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第1軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第1軸線と直交する第2軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第2軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第1軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第2軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、2次元走査させる2次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第1ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第2ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記2次元走査装置で2次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第1ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第1配線と、
一端が前記第1配線と中継部で接続され、他端が前記第1ドライバに接続された第2配線とから構成され、
前記第1配線は前記第2配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態(第1の実施形態)を示す。図1に示されるように、2次元光走査装置50は、回動駆動部20と、この回動駆動部20に回動可能に取り付けられた可動部10とから構成されている。可動部10は、ミラー11aに入射した光を第1軸線a回りに走査するものである。回動駆動部20は、可動部10を第1軸線aと直交する第2軸線b回りに回動させることにより、ミラー11aに入射した光を第2軸線b回りに走査するものである。
伝達部11cの接続部11eが形成されている辺と反対側の一端には、被取付部11dが接続されている。本実施形態では、被取付部11dは、長方形状となっている。本実施形態では、被取付部11dは、その長手方向の中心で、伝達部11cの一端と接続している。基板11は、ステンレスやチタン等の金属板材を、エッチング加工やプレス加工等の除去加工をすることにより、ミラー11a、支持梁11b、伝達部11c、被取付部11d、接続部11eが一体に形成されて製造される。
基板配置部22aの一端側には、基板配置部22aの底面よりも上方にある平面である取付部22bが形成されている。図3に示されるように、基板11の被取付部11dが、軸部材22の取付部22bに載置された状態で取り付けられ、基板11が基板配置部22aに配置されている。本実施形態では、被取付部11dはスポット溶接により取付部22bに取り付けられている。なお、接着剤による接着や、所定の治具を用いたクランピングなどによって、被取付部11dが取付部22bに取り付けられてもよい。図3に示されるように、基板11の被取付部11d以外は、基板配置部22aの底面から離間している。また、基板11の上面、特に、ミラー11aの上面は、軸部材22の回動中心である第2軸線bが通っている。図2に示されるように、基板11を含む可動部10は、第2軸線bを対称軸として、幅方向対称に形成されている。
図1〜図3、図4の(A)に示されるように、絶縁層35上には、第2配線32の一端が接着されている。このように、第2配線32は、絶縁層35を介して、支持部21b上に取り付けられているので、第2配線32と基台21とは絶縁されている。本実施形態では、第2配線32は、厚み12μm〜50μmのフィルム状の絶縁体(ベースフィルム)の上に接着層を形成し、さらにその上に厚み12μm〜50μm程度の導体箔を形成したフレキシブルプリント基板(FPC)である。前記絶縁体には、ポリイミド膜もしくはフォトソルダーレジスト膜が含まれる。また、前記導体箔には、銅箔、金泊、銀箔、アルミ箔が含まれる。このようなフレキシブルプリント基板は、繰り返し変形させることが可能であり、繰り返し変形により導体箔が断線すること無く、変形した場合であってもその電気的特性が維持される。
図1〜図3、図4(A)に示されるように、第2配線32の一端には、前記導体箔と電気的に接続する端子部32aが形成されている。
なお、第2配線32の他端側は、後述する第1ドライバ181(図7に示す)の出力側に接続している。
このため、圧電素子12の振動が阻害されない。第1配線31の線径が75μmよりも太い場合には、圧電素子12の振動が阻害され、ミラー11aに入射した光の第1軸線a回りの走査が阻害される。一方で、第1配線31の線径が25μmよりも細い場合には、圧電素子12の振動により、第1配線31が断線する恐れが有る。なお、第1配線31と圧電素子12との接続は、第1配線31の一端を、圧電素子12に押し付けつつ、熱と超音波振動を加えて、第1配線31と圧電素子12の接続部分を合金化させるワイヤーボンディングなどにより行われる。
図4(B)、図5、図6を用いて、第1の実施形態の2次元光走査装置50と異なる点について、以下、第2の実施形態の2次元走査装置60について説明する。第2の実施形態の2次元走査装置60は、中継部45が、基板11の被取付部11d上にある実施形態である。図4の(B)、図5、図6に示されるように、基板11の被取付部11d上には、中継部45を構成する絶縁層36が形成されている。絶縁層36上には、第2配線32の一端側が接着されている。このように、第2配線32は、絶縁層36を介して、被取付部11d上に取り付けられているので、第2配線32と基板11とは絶縁されている。これにより、基板11がグランド電位であっても第2配線32と基板11がショートすることが無い。
次に図7を用いて、画像投影装置200の説明をする。前記した第1の実施形態及び第2の実施形態における2次元光走査装置50、60は、画像を形成するために光を走査する構成として、画像投影装置200に用いることが可能である。図7は、画像投影装置200の全体構成について説明する図である。画像投影装置200は、観察者の瞳孔901に入射した光束を用いて網膜902上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
2次元光走査装置50のコイル24は、第2ドライバ182から供給される駆動電流によって、可動部10(軸部材22)を回動させ、ミラー11aに入射したレーザ光を水平方向に走査させる。
なお、水平方向は、例えば使用者に対して左右方向である。また、垂直方向は、例えば使用者に対して上下方向である。2次元光走査装置50のミラー11aに入射したレーザ光は、水平方向及び垂直方向に走査された2次元走査光に変換される。接眼光学系190は、単一或いは複数のレンズから構成されている。2次元走査光は、接眼光学系190を介して、観測者の瞳孔901に平行光線として入射する。即ち、画像が観測者に提示される。
なお、圧電素子12による垂直走査は高速であり、これと比較して、可動部10の回動による水平走査は低速である。
なお、網膜走査型ディスプレイの例で画像投影装置200を説明したが、壁面やスクリーンに画像を投影する画像投影装置200にも本発明の2次元光走査装置50、60を使用可能なことは言うまでもなく、この場合には、接眼光学系190の代わりに、2次元走査光を壁面やスクリーンに画像を結像させる結像光学系が使用される。
11 基板
11a ミラー
11b 支持梁
11c 伝達部
11d 被取付部
11e 接続部
12 圧電素子
20 回動駆動部
21 基台
22 回動軸
23 磁界発生部
24 コイル
25 軸受
26 軸受
31 第1配線
32 第2配線
35 絶縁層(第1の実施形態)
36 絶縁層(第2の実施形態)
40 中継部(第1の実施形態)
45 中継部(第2の実施形態)
50 2次元光走査装置(第1の実施形態)
60 2次元光走査装置(第2の実施形態)
200 画像投影装置
a 第1軸線
b 第2軸線
Claims (5)
- 光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第1軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第1軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第1軸線と直交する第2軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、駆動電流が供給されるコイルとを有し、前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界との相互作用により前記回動軸を第2軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第1配線と、
一端が前記第1配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第2配線とから構成され、
前記第1配線は前記第2配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする2次元光走査装置。 - 前記中継部は、前記第2軸上に有ることを特徴とする請求項1に記載の2次元光走査装置。
- 前記中継部は、前記被取付部上に有ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の2次元走査装置。
- 前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の2次元走査装置。 - 光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第1軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第1軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第1軸線と直交する第2軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第2軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第1軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第2軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、2次元走査させる2次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第1ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第2ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記2次元走査装置で2次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第1ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第1配線と、
一端が前記第1配線と中継部で接続され、他端が前記第1ドライバに接続された第2配線とから構成され、
前記第1配線は前記第2配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする画像投影装置。
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