JP6579241B2 - 光スキャナーおよびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Description
本適用例にかかる光スキャナーであって、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第1の軸まわりに揺動可能に支持する第1ねじり棒ばね部と、前記第1ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第1の軸と交差する第2の軸まわりに揺動可能に支持する第2ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第1の軸及び前記第2の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第2ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記ダンパー部は前記第2ねじり棒ばね部に近い場所の厚みより離れた場所の厚みが厚いことを特徴とする。
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記変位部は前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第2ねじり棒ばね部が延在する方向に延びる薄板構造部を備え、前記第2ねじり棒ばね部と前記薄板構造部との接続部は円弧状になっていることを特徴とする。
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記光反射部は反射板と前記反射板を支持する支柱部とを備え、前記反射板は前記変位部と前記反射板の厚み方向に間隔を空けて設置され、前記反射板の厚み方向から見た平面視において前記反射板の一部は前記変位部と重なることを特徴とする。
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記ダンパー部の前記厚みが厚い場所は前記変位部に対して前記永久磁石が設置された側と反対側に突出することを特徴とする。
本適用例にかかる画像表示装置であって、光を射出する光源と、光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第1の軸まわりに揺動可能に支持する第1ねじり棒ばね部と、前記第1ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第1の軸と交差する第2の軸まわりに揺動可能に支持する第2ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第1の軸及び前記第2の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第2ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。
本適用例にかかるヘッドマウントディスプレイは、観察者の頭部に装着されるフレームと、光を射出する光源と、前記フレームに設けられた光スキャナーとを備えたヘッドマウントディスプレイであって、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第1の軸まわりに揺動可能に支持する第1ねじり棒ばね部と、前記第1ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第1の軸と交差する第2の軸まわりに揺動可能に支持する第2ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第1の軸及び前記第2の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第2ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。
本適用例にかかるヘッドアップディスプレイは、自動車のフロントガラスに光を照射するヘッドアップディスプレイであって、光を射出する光源と、光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第1の軸まわりに揺動可能に支持する第1ねじり棒ばね部と、前記第1ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第1の軸と交差する第2の軸まわりに揺動可能に支持する第2ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第1の軸及び前記第2の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第2ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。
これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第2の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、ヘッドアップディスプレイは振動性能の良い光スキャナーを備えた装置とすることができる。
(第1の実施形態)
<画像表示装置>
画像表示装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、画像表示装置の構成を示す概略斜視図である。図1に示す画像表示装置1は、スクリーンや壁面等のスクリーン2に光としての描画用レーザー光3を2次元的に走査することにより画像を表示する装置である。画像表示装置1は、描画用レーザー光3を射出する描画用光源ユニット4と、描画用レーザー光3を走査する光スキャナー5と、光スキャナー5で走査した描画用レーザー光3を反射させるミラー6と、描画用光源ユニット4及び光スキャナー5の作動を制御する制御部7とを有している。尚、ミラー6は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
(1)本実施形態によれば、変位部25は枠部25b及び第1薄板構造部25aを備えている。枠部25bは第1軸部29及び第2軸部30と第3軸部23及び第4軸部24との相対位置を維持する。第1薄板構造部25aは第3軸部23及び第4軸部24が延在する方向と直交する向きに延在する。変位部25が水平軸11まわりに揺動するとき、第1薄板構造部25aは周囲に気流41を発生させてダンパーとして機能する。これにより、変位部25を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、変位部25が水平軸11の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、反射面5aの振動性能を向上させることができる。
さらに、第3軸部23及び第4軸部24と第2薄板構造部26aとが接続する接続部26bは円弧状になっている。従って、第3軸部23及び第4軸部24がねじれるときに変位部25は接続部26bに応力集中を生じ難くすることができる。
従って、変位部25が総て枠部25bの厚みで構成されているときに比べて、変位部25の慣性モーメントを小さくすることができる。その結果、少ないエネルギーで変位部25を揺動させることができる為、コイル15が消費する電力を少なくすることができる。
次に、光スキャナーの一実施形態について図8(a)の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図8(b)の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、図2及び図3に示した反射体33の形状が異なる点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(1)本実施形態によれば、反射板61と変位部53とはZ方向に間隔を空けて設置されている。そして、反射板61のZ方向から見た平面視において反射板61の一部は変位部53と重なっている。この構成は、反射板61と変位部53とが同一平面上に位置するときに比べて変位部53を短くすることができる。従って、変位部53が短くなる為、高い周波数の駆動に対して可動板58及び光反射部59の応答性を良くすることができる。
次に、光スキャナーの一実施形態について図9(a)の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図9(b)の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、変位部25の両端に錘が設置された点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、光スキャナーの一実施形態について図10(a)の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図10(b)の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第3の実施形態と異なるところは、錘部67が設置された変位部25の面が異なる点にある。尚、第3の実施形態と同じ点については説明を省略する。
錘部72の寸法は特に限定されないが、本実施形態では例えば、錘部72のY方向の長さは50μm〜100μmとなっている。
次に、光スキャナーを活用したヘッドアップディスプレイの一実施形態について図11を用いて説明する。本実施形態のヘッドアップディスプレイには第1の実施形態における画像表示装置1が活用されている。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
次に、光スキャナーを活用したヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図12を用いて説明する。本実施形態のヘッドマウントディスプレイには第1の実施形態における画像表示装置1が活用されている。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
前記第1の実施形態では、可動板31はZ方向からみた平面視にて円形をなしているが、可動板31の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、三角形、四角形等の多角形であってもよい。製造し易い形状にしても良い。
前記第1の実施形態では、第1軸部29及び第2軸部30が延在する方向と第3軸部23及び第4軸部24が延在する方向とは直交していた。第1軸部29及び第2軸部30が延在する方向と第3軸部23及び第4軸部24が延在する方向とは斜めに交差しても良い。このときにも、反射面5aを揺動して描画用レーザー光3を用いて2次元の画像を描画することができる。
前記第3の実施形態では、変位部25のZ側に錘部67が設置された。前記第4の実施形態では、変位部25の−Z側に錘部72が設置された。変位部25のZ側と−Z側の両方に錘部を設置しても良い。変位部25の動作に合わせて調整しても良い。
前記第5の実施形態及び前記第6の実施形態では、画像表示装置1に光スキャナー5が用いられた。光スキャナー5の代わりに、光スキャナー49、光スキャナー65または光スキャナー70を用いてもよい。このときにも品質の良い画像を描画することができる。
Claims (7)
- 光反射部を備える可動板と、
前記可動板を第1軸まわりに揺動可能に支持する第1ねじり棒ばね部と、
前記第1ねじり棒ばね部に接続された変位部と、
前記変位部を前記第1軸と交差する第2軸まわりに揺動可能に支持する第2ねじり棒ばね部と、
一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第1軸及び前記第2軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、
前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、
前記変位部は、前記変位部の辺のうち、前記第1軸と交差する一方端側の辺と、前記一方端側とは反対側に位置する他方端側の辺と、の各々にダンパー部を備え、
前記可動板が揺動する周波数は、前記変位部が揺動する周波数よりも高いことを特徴とする光スキャナー。 - 請求項1に記載の光スキャナーにおいて、
前記可動板及び前記第1ねじり棒ばね部は、第1振動系を構成し、
前記可動板、前記第1ねじり棒ばね部、前記変位部、前記第2ねじり棒ばね部及び前記永久磁石は、第2振動系を構成し、
前記第1振動系の共振周波数は、前記第2振動系の共振周波数よりも高いことを特徴とする光スキャナー。 - 請求項1又は2に記載の光スキャナーにおいて、
前記コイルに電気的に接続された電圧印加部をさらに備え、
前記電圧印加部は、第1電圧波形と、前記第1電圧波形よりも周波数の低い第2電圧波形と、を重畳して前記コイルに印加することを特徴とする光スキャナー。 - 請求項3に記載の光スキャナーにおいて、
前記第1電圧波形は、10kHzから40kHzの間の周波数であることを特徴とする光スキャナー。 - 請求項3又は4に記載の光スキャナーにおいて、
前記第2電圧波形は、30Hzから120Hzの間の周波数であることを特徴とする光スキャナー。 - 請求項3乃至5の何れか一項に記載の光スキャナーにおいて、
前記電圧印加部は、前記第1電圧波形を発生させる第1電圧発生部と、前記第2電圧波形を発生させる第2電圧発生部と、を備えることを特徴とする光スキャナー。 - 請求項1乃至6の何れか一項に記載の光スキャナーと、観察者の頭部に装着されるフレームと、を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
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