JP6880625B2 - 光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイに関するものである。

例えば、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ等に用いられ、光を走査する光スキャナーが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１に記載の光スキャナーは、枠状の駆動部材と、駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように支持する１対の第１の軸部材と、駆動部材の内側に設けられ、光反射部を備える可動板と、可動板を駆動部材に対してＸ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように支持する１対の第２の軸部材と、駆動部材に設けられた永久磁石と、永久磁石に対向するように設けられたコイルと、を有する。そして、互いに周波数（駆動周波数）の異なる第１の電圧と第２の電圧とを重畳してコイルに印加することにより、可動板を、第１の電圧の周波数でＸ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数でＹ軸まわりに回動させる。これにより、可動板の光反射部で反射した光を２次元的に走査することができる。

また、特許文献２に記載の光スキャナーは、板状のミラーと、このミラーの周囲に配置されている枠状のフレームと、ミラーとフレームとを連結している１対の梁部と、を有する。特許文献２では、このような光スキャナーを２つ用いることで、光を２次元的に走査しており、一方の光スキャナーを共振により駆動し、他方の光スキャナーを非共振で駆動している。ここで、非共振で駆動する光スキャナーでは、ミラーをホルダとカバーにより気密状態に保持している。これにより、ミラーの空気抵抗を大きくし、精度良い低周波の非共振駆動を行うことができる。

特開２００８−２１６９２０号公報 特開２０１２−１４５７５３号公報

しかし、前述した特許文献２に記載の技術は、仮に前述した特許文献１に記載の光スキャナーに適用した場合、非共振駆動させる駆動部材の空気抵抗を大きくするだけでなく、共振駆動させる可動板の空気抵抗も大きくなってしまい、消費電力の増大を招くという問題がある。

本発明の目的は、光走査特性を優れたものとしつつ、消費電力を低減することができる光スキャナーを提供すること、また、この光スキャナーを備える画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光スキャナーは、光を反射する光反射部を有する可動部と、
枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を第１揺動軸まわりに揺動可能に支持している第１軸部と、
支持部と、
前記枠体部と前記支持部とを接続し、前記枠体部を前記第１揺動軸と交差する第２揺動軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部と、を備え、
前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第２揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離をＬ１とし、前記第１揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をＬ３としたとき、
１＜Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たすことを特徴とする。

このような光スキャナーによれば、１＜Ｌ１／Ｌ３なる関係を満たすことで、可動部が第１揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくするとともに、枠体部が第２揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。そのため、可動部の第１揺動軸まわりの揺動（振動）のＱ値を大きくするとともに、枠体部の第２揺動軸まわりの揺動（振動）のＱ値を小さくすることができる。そして、可動部の振動のＱ値を大きくすることで、消費電力を低減することができる。また、枠体部の振動のＱ値を小さくすることで、枠体部を非共振で揺動させる際、枠体部の共振による不本意な振動を低減することができ、その結果、光走査特性を向上させることができる。しかも、Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たすことで、枠体部の大型化を防止することができ、それにより、光スキャナーの消費電力を効果的に低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記第２軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第２軸部の側面との間の距離をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たすことが好ましい。

平面視で支持部の内周縁が第２軸部の側面に沿って延びている部分を有することで、第２軸部の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たすことで、距離Ｌ２と距離Ｌ３とを等しくすることができ、それにより、枠体部の外形を第２軸部の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記枠体部の外周縁に沿って延びている部分を有することが好ましい。
これにより、枠体部の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。

本発明の光スキャナーでは、２＜Ｌ１／Ｌ３なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、光走査特性をより優れたものとしたり、光スキャナーの消費電力をより低減したりすることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記枠体部の内周縁は、前記第１軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第１軸部の側面との間の距離をＬ４としたとき、
Ｌ１＞Ｌ４なる関係を満たすことが好ましい。

平面視で枠体部の内周縁が第１軸部の側面に沿って延びている部分を有することで、第１軸部の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、Ｌ１＞Ｌ４なる関係を満たすことで、距離Ｌ３と距離Ｌ４とを等しくすることができ、それにより、枠体部の外形を第１軸部の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記枠体部に対して離間し、前記平面視で前記枠体部に重なって配置され、前記枠体部との間に空間を形成している空間形成部材を備えることが好ましい。

これにより、枠体部が第２揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。その結果、光走査特性をより向上させることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記空間形成部材は、前記平面視で前記可動部の少なくとも一部に重ならないことが好ましい。

これにより、光反射部への光の入射および光反射部からの光の出射を可能とするとともに、可動部が第１揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記可動部が前記第１揺動軸まわりに共振で揺動し、
前記枠体部が前記第２揺動軸まわりに非共振で揺動することが好ましい。

これにより、枠体部に駆動力を与えて、可動部および枠体部を第２揺動軸まわりに非共振で揺動させるとともに、可動部を第１揺動軸まわりに共振で効率的に揺動させることができる。このように、可動部を共振で揺動させるとともに枠体部を非共振で揺動させる場合、枠体部の振動のＱ値が高いと、枠体部の共振による不本意な振動が生じ、光走査特性に悪影響をもたらす。したがって、このような場合に、枠体部のＱ値を低減することは、優れた光走査特性を実現する上で特に有効である。

本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを備えることを特徴とする。
このような画像表示装置によれば、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、画像表示装置の消費電力を低減することができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、本発明の光スキャナーを備えることを特徴とする。

このようなヘッドマウントディスプレイによれば、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、ヘッドマウントディスプレイの消費電力を低減することができる。

本発明のヘッドアップディスプレイは、本発明の光スキャナーを備えることを特徴とする。

このようなヘッドアップディスプレイによれば、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、ヘッドアップディスプレイの消費電力を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す光スキャナーにおける可動部の第１揺動軸まわりの偏角と消費電力との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。 図５中のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。 本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。 本発明の画像表示装置の応用例１（携帯用画像表示装置）を示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の応用例２（ヘッドアップディスプレイ）を示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の応用例３（ヘッドマウントディスプレイ）を示す斜視図である。

以下、本発明の光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

（光スキャナー）
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す光スキャナーにおける可動部の第１揺動軸まわりの偏角と消費電力との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１および図２に示す光スキャナー１は、振動系を有する構造体１０と、構造体１０の下部に接合されている永久磁石２０と、永久磁石２０に対して構造体１０とは反対側に対向配置されているコイル３０と、コイル３０に電気的に接続されている電圧印加部４０と、を備える。

構造体１０は、図１に示すように、可動部２と、第１軸部３と、枠体部４と、第２軸部５と、支持部６と、を備える。構造体１０の平面視での形状は、軸線Ｘに対して線対称であるとともに軸線Ｙに対して線対称である。よって、後述する距離Ｌ２および距離Ｌ３は、軸線Ｘに対して対称な位置でそれぞれ等しく、後述する距離Ｌ１および距離Ｌ４は、軸線Ｙに対して対称な位置でそれぞれ等しい。

このような構造体１０において、可動部２および第１軸部３は、可動部２を「第１質量」とし、第１軸部３を軸線Ｙ（第１揺動軸）まわりに捩れ変形する「第１バネ」とする捩り振動系である第１振動系を構成している。また、可動部２、第１軸部３、枠体部４、第２軸部５および永久磁石２０は、可動部２、第１軸部３、枠体部４および永久磁石２０を一体とした「第２質量」とし、第２軸部５を軸線Ｘ（第２揺動軸）まわりに捩れ変形する「第２バネ」とする捩り振動系である第２振動系を構成している。そして、永久磁石２０、コイル３０および電圧印加部４０は、永久磁石２０およびコイル３０の磁界の相互作用により、前述した第１振動系および第２振動系を互いに異なる周波数で振動させて、可動部２を軸線Ｘおよび軸線Ｙまわりに揺動（往復回動）させる「駆動部」を構成している。以下、まず、光スキャナー１の各部について順次簡単に説明する。

図２に示すように、可動部２（可動板）は、板状をなし、その上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部２１１が設けられている。この光反射部２１１は、可動部２の上面自体であってもよいが、必要に応じて、例えば、アルミニウム等の金属膜で構成してもよい。本実施形態では、可動部２は、可動部２または枠体部４の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」という）で、円形をなしている。なお、可動部２の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形、六角形、八角形等の多角形であってもよい。

このような可動部２は、図１に示すように、平面視で、その全体（一部でもよい）が枠状の枠体部４に囲まれている。そして、可動部２は、第１軸部３を介して枠体部４に軸線Ｙまわりに揺動可能に支持されている。また、枠体部４は、第２軸部５を介して支持部６に軸線Ｙに直交する軸線Ｘまわりに揺動可能に支持されている。このように、平面視で外側から内側に向かって支持部６、枠体部４および可動部２の順に配置されている。

枠体部４は、平面視で、可動部２との間の隙間が枠体部４と支持部６との間の隙間よりも大きくなるような形状をなしている。これにより、可動部２が軸線Ｙまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくし、光スキャナー１の消費電力を低減することができる。また、枠体部４が軸線Ｘまわりに回動するときに受ける空気抵抗を大きくし、光スキャナー１の光走査特性を向上させることができる。なお、この点については、後に詳述する。

また、枠体部４は、図２に示すように、本体部４１と、本体部４１の下面に接合されているリブ４２と、を有する。リブ４２は、本体部４１から第１軸部３および第２軸部５よりも下側に突出している。これにより、枠体部４の剛性を高めることができる。また、このリブ４２は、可動部２が永久磁石２０に接触するのを抑制する機能（スペーサーとしての機能）も有する。

第１軸部３は、可動部２の軸線Ｙに沿った方向での両端部から軸線Ｙに沿った方向に沿って延出している１対の第１軸部３ａ、３ｂで構成されている。この１対の第１軸部３ａ、３ｂは、互いに同軸的に設けられ、枠体部４に対する可動部２の軸線Ｙまわりの揺動に伴って捩り変形するトーションバーとして機能する。一方、第２軸部５は、枠体部４の本体部４１の軸線Ｘに沿った方向での両端部から軸線Ｘに沿って延出している１対の第２軸部５ａ、５ｂで構成されている。この１対の第２軸部５ａ、５ｂは、互いに同軸的に設けられ、支持部６に対する枠体部４の軸線Ｘまわりの揺動に伴って捩り変形するトーションバーとして機能する。なお、図示では、第１軸部３ａ、３ｂおよび第２軸部５ａ、５ｂは、それぞれ、直線状に延びている形状（棒状）をなしているが、図示の形状に限定されず、例えば、途中の少なくとも１箇所に、屈曲または湾曲した部分、分岐した部分、幅の異なる部分を有していてもよい。

支持部６は、平面視で、前述した可動部２、第１軸部３、枠体部４および第２軸部５からなる構造体全体（一部でもよい）を囲むように設けられている。本実施形態では、支持部６は、平面視で、枠体部４および第２軸部５の外形に沿った形状をなしている。特に、支持部６は、平面視で枠体部４および第２軸部５との間の隙間が一定となるような形状をなしている。これにより、枠体部４および第２軸部５をエッチングにより簡単かつ高精度に形成することができる。なお、支持部６の平面視形状は、図示の形状に限定されず、例えば、平面視で枠体部４および第２軸部５との間の隙間が異なる部分を有していてもよい。

また、支持部６は、図２に示すように、本体部６１と、本体部６１の下面に接合されている補強部６２と、を有する。補強部６２は、本体部６１から第２軸部５よりも下側に突出している。これにより、支持部６の剛性を高めることができる。

以上説明したような可動部２と、第１軸部３と、枠体部４の本体部４１と、第２軸部５と、支持部６の本体部６１とは、互いに厚さが等しく、また、シリコンで一体的に形成されている。また、枠体部４のリブ４２と支持部６の補強部６２とは、互いに厚さが等しく、それぞれシリコンで構成されている。このような可動部２、第１軸部３と、枠体部４、第２軸部５および支持部６は、シリコンで構成されているデバイス層と、シリコン酸化膜で構成されているボックス層と、シリコンで構成されているハンドル層とがこの順に積層したＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、小型で寸法精度の優れた可動部２、第１軸部３と、枠体部４、第２軸部５および支持部６を比較的簡単に形成することができる。

ここで、可動部２、第１軸部３、本体部４１、第２軸部５および本体部６１は、ＳＯＩ基板のデバイス層で構成されている。また、リブ４２および補強部６２は、ＳＯＩ基板のハンドル層で構成されている。また、図示を省略しているが、枠体部４の本体部４１とリブ４２との間、および、支持部６の本体部６１と補強部６２との間には、それぞれ、ＳＯＩ基板のボックス層で構成されている接合層が介在している。なお、前述した可動部２、第１軸部３と、枠体部４、第２軸部５および支持部６の構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、１枚のシリコン基板をエッチングすることにより、可動部２、第１軸部３と、枠体部４、第２軸部５および支持部６を形成してもよい。

以上のような構造体１０が有する枠体部４の下面（光反射部２１１とは反対側の面）、すなわちリブ４２の先端面には、永久磁石２０が接合されている。この接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。

永久磁石２０は、平面視にて、軸線Ｘおよび軸線Ｙに対して傾斜する方向に磁化されている。本実施形態では、永久磁石２０は、軸線Ｘおよび軸線Ｙに対して傾斜する方向に延在する長手形状（棒状）をなす。そして、永久磁石２０は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石２０は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。このような永久磁石２０としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。

また、平面視にて軸線Ｘに対する永久磁石２０の磁化の方向（延在方向）の傾斜角度θは、特に限定されないが、３０°以上６０°以下であるのが好ましい。このように永久磁石２０を設けることで、円滑かつ確実に可動部２を軸線Ｘおよび軸線Ｙまわりに回動させることができる。

永久磁石２０の直下には、コイル３０が設けられている。すなわち、枠体部４の下面に対向するように、コイル３０が設けられている。このコイル３０は、電圧印加部４０に電気的に接続されている。そして、電圧印加部４０によりコイル３０に電圧が印加されることで、コイル３０から軸線Ｘおよび軸線Ｙに直交する方向の磁界が発生する。

電圧印加部４０は、図示しないが、可動部２を軸線Ｙまわりに回動させるための第１電圧（水平走査駆動信号）を発生させる第１駆動回路と、可動部２を軸線Ｘまわりに回動させるための第２電圧（垂直走査駆動信号）を発生させる第２駆動回路と、第１電圧と第２電圧とを重畳する加算器と、を備える。そして、電圧印加部４０は、第１電圧および第２電圧を重畳した電圧をコイル３０に入力する。ここで、第１電圧および第２電圧は、それぞれ、互いに異なる周期で電圧が変化する信号である。より具体的には、例えば、第１電圧の周波数は、前述した第１振動系の捩り共振周波数と等しく設定されており、第２電圧の周波数は、第２振動系の捩り共振周波数と異なる値に、かつ、第１電圧の周波数よりも小さくなるように設定されている。例えば、第１電圧の周波数が１０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下程度、第２電圧の周波数が３０Ｈｚ以上１２０Ｈｚ以下程度に設定されている。

このような第１電圧および第２電圧を重畳した電圧がコイル３０に入力されると、コイル３０から磁界が発生し、当該磁界内にある永久磁石２０に電磁力が作用し、可動部２が第１電圧の周波数で軸線Ｙまわりに揺動するとともに第２電圧の周波数で軸線Ｘまわりに揺動する。このとき、可動部２は、軸線Ｙまわり共振で揺動し、一方、枠体部４は、軸線Ｘまわりに非共振で揺動する。なお、ここで、「共振」とは、共振周波数に完全に一致する周波数で揺動（振動）する場合だけでなく、共振周波数から若干ずれた周波数で揺動（振動）する場合も含む。

以上、光スキャナー１の各部を簡単に説明した。以下、光スキャナー１における空気抵抗について詳述する。

前述した光スキャナー１は、光を反射する光反射部２１１を有する可動部２と、可動部２を厚さ方向から見た平面視で可動部２の少なくとも一部を囲んで設けられている枠体部４と、可動部２と枠体部４とを接続し、可動部２を「第１揺動軸」である軸線Ｙまわりに揺動可能に支持している第１軸部３と、平面視で枠体部４の少なくとも一部を囲んで設けられている支持部６と、枠体部４と支持部６とを接続し、枠体部４を軸線Ｙと交差（図示では直交）する「第２揺動軸」である軸線Ｘまわりに揺動可能に支持している第２軸部５と、を備える。

ここで、前述したように、電圧印加部４０がコイル３０に駆動信号を入力することで、永久磁石２０およびコイル３０からの磁界の相互作用により、可動部２は、軸線Ｙまわりに共振で揺動し、一方、枠体部４は、軸線Ｘまわりに非共振で揺動する。これにより、枠体部４に駆動力を与えて、可動部２および枠体部４を軸線Ｘまわりに非共振で揺動させるとともに、可動部２を軸線Ｙまわりに共振で効率的に揺動させることができる。このように、可動部２を共振で揺動させるとともに枠体部４を非共振で揺動させる場合、枠体部４の振動のＱ値が高いと、枠体部４の共振による不本意な振動が生じ、光走査特性に悪影響をもたらす。これは、例えば、前述した駆動信号に含まれている様々な周波数成分のうちのいずれかが枠体部４の共振周波数に一致することによるものと考えられる。また、枠体部４に永久磁石２０が取り付けられているため、慣性モーメントが大きくなり、Ｑ値が大きくなりやすい。したがって、このような場合に、枠体部４のＱ値を低減することは、優れた光走査特性を実現する上で特に有効である。

そこで、前述したように、枠体部４は、平面視で、可動部２との間の隙間が枠体部４と支持部６との間の隙間よりも大きくなるような形状をなしている。すなわち、平面視で、軸線Ｘに沿った方向における可動部２の端部と枠体部４との間の距離をＬ１とし、軸線Ｙに沿った方向における枠体部４の端部と支持部６との間の距離をＬ３としたとき、１＜Ｌ１／Ｌ３なる関係を満たす。これにより、可動部２と枠体部４との間で空気を逃げやすくし、可動部２が軸線Ｙまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくするとともに、枠体部４と支持部６との間で空気を逃げ難くし、枠体部４が軸線Ｘまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。そのため、可動部２の軸線Ｙまわりの揺動（振動）のＱ値を大きくするとともに、枠体部４の軸線Ｘまわりの揺動（振動）のＱ値を小さくすることができる。そして、可動部２の振動のＱ値を大きくすることで、消費電力を低減することができる。また、枠体部４の振動のＱ値を小さくすることで、枠体部４を非共振で揺動させる際、枠体部４の共振による不本意な振動を低減することができ、その結果、光走査特性を向上させることができる。

図３に示すように、Ｌ１／Ｌ３が大きくなるほど、光スキャナー１の消費電力が小さくなる傾向を示す。この傾向は、可動部２の軸線Ｙまわりの偏角（揺動角）が大きくなるほど、顕著となる。しかし、Ｌ１／Ｌ３が５以上となると、光スキャナー１の消費電力を小さくする効果はそれ以上大きくならず、そればかりか、枠体部４の寸法（特に軸線Ｘに沿った方向での長さ）を大きくする必要がある。枠体部４の寸法が大きくなると、光スキャナー１全体の大型化を招くだけでなく、枠体部４を軸線Ｘまわりに揺動させるのに必要な駆動力が大きくなり、それに伴って、光スキャナー１の消費電力も増大してしまう。

そこで、光スキャナー１は、Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たす。これにより、枠体部４の大型化を防止することができ、それにより、光スキャナー１の消費電力を効果的に低減することができる。

このように、１＜Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たすことで、光スキャナー１の光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー１の消費電力を低減することができる。

ここで、Ｌ１およびＬ３は、１＜Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たせばよいが、２＜Ｌ１／Ｌ３なる関係を満たすことが好ましい。これにより、光走査特性をより優れたものとしたり、光スキャナー１の消費電力をより低減したりすることができる。

本実施形態では、平面視で、枠体部４の内周縁４３は、枠体部４の外周縁４４に沿った形状（図示では、矩形の各角部を丸めた形状）をなしている。これにより、平面視で可動部２、第１軸部３および枠体部４で囲まれる空間の面積を大きくすることができる。そのため、可動部２が軸線Ｙまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を十分に小さくすることができる。また、平面視で枠体部４の内周縁４３が枠体部４の外周縁４４に沿った形状をなしていると、エッチングを用いた枠体部４の形成が容易となるという利点もある。なお、平面視での枠体部４の内周縁４３および外周縁４４の形状は、それぞれ、図示の形状に限定されず、例えば、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等であってもよい。また、平面視での枠体部４の内周縁４３の形状は、可動部２の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

距離Ｌ１は、図示では、第１軸部３（各第１軸部３ａ、３ｂ）の長さよりも長くなっているが、第１軸部３の長さに対して、０．３倍以上１．５倍以下であることが好ましく、０．４倍以上１．２倍以下であることがより好ましい。これにより、第１軸部３の設計が容易となるとともに、枠体部４の大型化を防止することができる。なお、平面視での可動部２と枠体部４との間の距離は、図示では可動部２または枠体部４の周方向での位置によって異なるが、周方向での位置によらず一定となる部分を有していてもよい。

また、前述したように、支持部６は、平面視で枠体部４および第２軸部５との間の隙間が一定となるような形状をなしている。すなわち、平面視で、枠体部４の外周縁４４は、支持部６の内周縁６３および第２軸部５の側面に沿った形状をなしている。これにより、枠体部４および第２軸部５をエッチングにより簡単かつ高精度に形成することができる。また、平面視での枠体部４と支持部６との間の隙間を一定とすることで、枠体部４が軸線Ｘまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を容易に大きくすることができる。

このように、平面視で、支持部６の内周縁６３は、第２軸部５の側面に沿って延びている部分６３２を有する。これにより、第２軸部５の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、当該部分６３２と第２軸部５の側面との間の距離をＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たす。これにより、距離Ｌ２と距離Ｌ３とを等しくすることができ、それにより、枠体部４の外形を第２軸部５の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。すなわち、枠体部４の外形を第２軸部５の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離Ｌ２と距離Ｌ３とが互いに等しいことが好ましい。

ここで、平面視で、支持部６の内周縁６３は、枠体部４の外周縁４４に沿って延びている部分６３１を有する。これにより、枠体部４の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。なお、平面視での支持部６の内周縁６３の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、枠体部４の外周縁４４の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。

以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態の光スキャナーは、平面視での枠体部の内周縁の形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図４において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

図４に示す光スキャナー１Ａは、前述した第１実施形態の構造体１０に代えて、構造体１０Ａを備える。この構造体１０Ａは、前述した構造体１０が有する枠体部４に代えて、枠体部４Ａを有する。

枠体部４Ａの内周縁４３Ａは、平面視で、可動部２に対して軸線Ｘに沿った方向での両側に位置している部分４３１と、第１軸部３に対して軸線Ｘ方向での両側に位置している部分４３２と、を有する。部分４３１は、可動部２に対して離れる方向に拡がっており、これにより、距離Ｌ１が距離Ｌ３よりも大きくなっている。また、部分４３２は、第１軸部３の側面に沿って延びており、これにより、第１軸部３と枠体部４との間に形成されている隙間が小さくなっている。なお、平面視での枠体部４Ａの内周縁４３Ａの形状は、図示の形状に限定されず、例えば、四角形、六角形等の多角形等であってもよい。また、平面視での枠体部４Ａの内周縁４３Ａの形状は、可動部２の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

このように、平面視で、枠体部４Ａの内周縁４３Ａは、第１軸部３の側面に沿って延びている部分４３２を有する。これにより、第１軸部３の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、当該部分４３２と第１軸部３の側面との間の距離をＬ４としたとき、Ｌ１＞Ｌ４なる関係を満たす。これにより、距離Ｌ３と距離Ｌ４とを等しくすることができ、それにより、枠体部４Ａの外形を第１軸部３の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。すなわち、枠体部４Ａの外形を第１軸部３の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離Ｌ３と距離Ｌ４とが互いに等しいことが好ましい。同様に、第２軸部５の外形を第１軸部３の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離Ｌ２と距離Ｌ４とが互いに等しいことが好ましい。また、第１軸部３の側面に沿って延びている部分４３２によって枠体部４Ａの面積を大きくすることができ、枠体部４Ａが軸線Ｘまわりに回動するときに受ける空気抵抗を大きくし、光スキャナー１Ａの光走査特性を向上させることができる。

以上説明したような第２実施形態によっても、光スキャナー１Ａの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー１Ａの消費電力を低減することができる。

＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図６は、図５中のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態の光スキャナーは、平面視での枠体部の内周縁の形状が異なるとともに、空間形成部材を追加した以外は、前述した第１実施形態と同様である。また、本実施形態の光スキャナーは、空間形成部材を追加した以外は、前述した第２実施形態と同様である。なお、図５および図６において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

図５に示す光スキャナー１Ｂは、前述した第２実施形態と同様の構造体１０Ａと、構造体１０Ａ上に配置されている空間形成部材７と、を備える。空間形成部材７は、板状の本体７１と、本体７１を構造体１０Ａに対して支持する複数の支持部７２と、を有する。本体７１には、平面視で、可動部２を含む領域に、厚さ方向に貫通する開口部７１１が設けられている。また、複数の支持部７２は、本体７１の下面および支持部６の上面のそれぞれに例えば接着剤（図示せず）により接合されている。この支持部７２は、本体７１と構造体１０Ａとの間に空間を形成するためのスペーサーとしての機能を有する。

このような本体７１および支持部７２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン材料、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられるが、少なくとも本体７１の構成材料としては、本体７１が遮光性を有するような材料を用いることが好ましい。これにより、迷光を防止することができる。なお、本体７１の上面に、反射防止膜を設けてもよい。また、各支持部７２は、図示では、軸線Ｘに沿った方向に沿って延びているが、図示の形状に限定されない。

このように、光スキャナー１Ｂは、枠体部４Ａに対して離間し、平面視で枠体部４Ａに重なって配置され、枠体部４Ａとの間に空間を形成している空間形成部材７を備える。これにより、枠体部４Ａが軸線Ｘまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。その結果、光走査特性をより向上させることができる。なお、枠体部４Ａは、図６に示すように、前述した第１実施形態の本体部４１とは平面視形状の異なる本体部４１Ａと、本体部４１Ａの下面に接合されているリブ４２と、を有する。

また、空間形成部材７は、平面視で可動部２の少なくとも一部に重ならない。これにより、光反射部２１１への光の入射および光反射部２１１からの光の出射を可能とするとともに、可動部２が軸線Ｙまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を低減することができる。

以上説明したような第３実施形態によっても、光スキャナー１Ｂの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー１Ｂの消費電力を低減することができる。

＜第４実施形態＞
図７は、本発明の第４実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。

以下、本実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態の光スキャナーは、空間形成部材の構成が異なる以外は、前述した第３実施形態と同様である。なお、図７において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

図７に示す光スキャナー１Ｃは、前述した第２実施形態と同様の構造体１０Ａと、構造体１０Ａ上に配置されている空間形成部材７Ｃと、を備える。空間形成部材７Ｃは、板状の本体７１と、本体７１を構造体１０Ａに対して支持する複数の支持部７２と、本体７１の開口部７１１から構造体１０Ａ側（下側）に延びている突出部７３と、を有する。突出部７３は、枠体部４Ａに接触しないように形成されており、枠体部４Ａの内側に進入している部分を有する。このような突出部７３を設けることで、空間形成部材７Ｃと構造体１０Ａ（より具体的には枠体部４Ａ）との間に形成される空間を閉空間に近づけることができる。これにより、枠体部４Ａが軸線Ｘまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を極めて大きくすることができる。

以上説明したような第４実施形態によっても、光スキャナー１Ｃの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー１Ｃの消費電力を低減することができる。

＜画像表示装置の実施形態＞
図８は、本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。

本実施形態では、画像表示装置の一例として、光スキャナー１をイメージング用ディスプレイの光スキャナーとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、軸線ＸがスクリーンＳの横方向と平行であり、軸線ＹがスクリーンＳの縦方向と平行である。

画像表示装置（プロジェクター）９は、レーザー等の光を照出する光源装置（光源）９１と、複数のダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃと、光スキャナー１とを有している。

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。

各ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、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。

このような画像表示装置９は、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、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃでそれぞれ合成し、この合成された光が光スキャナー１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。

２次元走査の際、光スキャナー１の可動部２の軸線Ｙまわりの回動により光反射部２１１で反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、光スキャナー１の可動部２の軸線Ｘまわりの回動により光反射部２１１で反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。

以上のような画像表示装置９は、前述したような光スキャナー１を備える。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー１の消費電力を低減し、ひいては、画像表示装置９の消費電力を低減することができる。なお、光スキャナー１に代えて、光スキャナー１Ａ、１Ｂ、１Ｃのうちのいずれかを用いてもよい。この場合でも、前述したのと同様の効果が得られる。

なお、図８中では、ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃで合成された光を光スキャナー１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラー９３で反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラー９３を省略し、光スキャナー１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。

以下に、画像表示装置の応用例について説明する。
＜画像表示装置の応用例１＞
図９は、本発明の画像表示装置の応用例１（携帯用画像表示装置）を示す斜視図である。

図９に示すように、画像表示装置９は、携帯用画像表示装置１００に適用することができる。

この携帯用画像表示装置１００は、手で把持することができる寸法で形成されたケーシング１１０と、ケーシング１１０内に内蔵された画像表示装置９とを有している。この携帯用画像表示装置１００により、例えば、スクリーンや、デスク上等の所定の面に、所定の画像を表示することができる。

また、携帯用画像表示装置１００は、所定の情報を表示するディスプレイ１２０と、キーパット１３０と、オーディオポート１４０と、コントロールボタン１５０と、カードスロット１６０と、ＡＶポート１７０とを有している。

なお、携帯用画像表示装置１００は、通話機能、ＧＰＳ受信機能等の他の機能を備えていてもよい。

＜画像表示装置の応用例２＞
図１０は、本発明の画像表示装置の応用例２（ヘッドアップディスプレイ）を示す斜視図である。

図１０に示すように、画像表示装置９は、ヘッドアップディスプレイシステム２００に適用することができる。

このヘッドアップディスプレイシステム２００では、画像表示装置９は、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ２１０を構成するよう搭載されている。このヘッドアップディスプレイ２１０により、フロントガラス２２０に、例えば、目的地までの案内表示等の所定の画像を表示することができる。

以上のようなヘッドアップディスプレイ２１０は、前述したような光スキャナー１を備える。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー１の消費電力を低減し、ひいては、ヘッドアップディスプレイ２１０の消費電力を低減することができる。

なお、ヘッドアップディスプレイシステム２００は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。

＜画像表示装置の応用例３＞
図１１は、本発明の画像表示装置の応用例３（ヘッドマウントディスプレイ）を示す斜視図である。

図１１に示すように、画像表示装置９は、ヘッドマウントディスプレイ３００に適用することができる。

すなわち、ヘッドマウントディスプレイ３００は、眼鏡３１０と、眼鏡３１０に搭載された画像表示装置９とを有している。そして、画像表示装置９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画像表示装置９からの情報を上乗せして使用することができる。

以上のようなヘッドマウントディスプレイ３００は、前述したような光スキャナー１を備える。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー１の消費電力を低減し、ひいては、ヘッドマウントディスプレイ３００の消費電力を低減することができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つの画像表示装置９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、本発明の光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイについて、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、前述した実施形態では、駆動部が永久磁石と、コイルと、を有し、永久磁石が枠体部に設けられ、コイルが永久磁石に対向するように設けられている構成について説明したが、これとは、反対に、コイルが枠体部に設けられ、永久磁石がコイルに対向するように設けられていてもよい。

１…光スキャナー、１Ａ…光スキャナー、１Ｂ…光スキャナー、１Ｃ…光スキャナー、２…可動部、３…第１軸部、３ａ…第１軸部、３ｂ…第１軸部、４…枠体部、４Ａ…枠体部、５…第２軸部、５ａ…第２軸部、５ｂ…第２軸部、６…支持部、７…空間形成部材、７Ｃ…空間形成部材、９…画像表示装置、１０…構造体、１０Ａ…構造体、２０…永久磁石、３０…コイル、４０…電圧印加部、４１…本体部、４２…リブ、４３…内周縁、４３Ａ…内周縁、４４…外周縁、６１…本体部、６２…補強部、６３…内周縁、７１…本体、７２…支持部、７３…突出部、９１…光源装置、９２Ａ…ダイクロイックミラー、９２Ｂ…ダイクロイックミラー、９２Ｃ…ダイクロイックミラー、９３…固定ミラー、１００…携帯用画像表示装置、１１０…ケーシング、１２０…ディスプレイ、１３０…キーパット、１４０…オーディオポート、１５０…コントロールボタン、１６０…カードスロット、１７０…ＡＶポート、２００…ヘッドアップディスプレイシステム、２１０…ヘッドアップディスプレイ、２１１…光反射部、２２０…フロントガラス、３００…ヘッドマウントディスプレイ、３１０…眼鏡、３２０…表示部、４３１…部分、４３２…部分、６３１…部分、６３２…部分、７１１…開口部、９１１…赤色光源装置、９１２…青色光源装置、９１３…緑色光源装置、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｌ３…距離、Ｌ４…距離、Ｓ…スクリーン、Ｘ…軸線（第２揺動軸）、Ｙ…軸線（第１揺動軸）

Claims (11)

1. 光を反射する光反射部を有する可動部と、
   枠体部と、
   前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を第１揺動軸まわりに揺動可能に支持している第１軸部と、
   支持部と、
   前記枠体部と前記支持部とを接続し、前記枠体部を前記第１揺動軸と交差する第２揺動軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部と、を備え、
   前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第２揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離をＬ１とし、前記第１揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をＬ３とし、
   前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記第２軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第２軸部の側面との間の距離をＬ２としたとき、
   Ｌ１は、前記第１軸部の前記第１揺動軸に沿った方向の長さに対して、０．３倍以上１．５倍以下であり、
   １＜Ｌ１／Ｌ３＜５なる関係を満たし、
   Ｌ２とＬ３とが等しく、
   前記平面視で、前記枠体部は、前記支持部の内側に位置し、
   空気存在下で用いられることを特徴とする光スキャナー。
2. Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たす請求項１に記載の光スキャナー。
3. 前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記枠体部の外周縁に沿って延びている部分を有する請求項２に記載の光スキャナー。
4. ２＜Ｌ１／Ｌ３なる関係を満たす請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
5. 前記平面視で、前記枠体部の内周縁は、前記第１軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第１軸部の側面との間の距離をＬ４としたとき、
   Ｌ１＞Ｌ４なる関係を満たす請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光スキャナー。
6. 前記枠体部に対して離間し、前記平面視で前記枠体部に重なって配置され、前記枠体部との間に空間を形成している空間形成部材を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光スキャナー。
7. 前記空間形成部材は、前記平面視で前記可動部の少なくとも一部に重ならない請求項６に記載の光スキャナー。
8. 前記可動部が前記第１揺動軸まわりに共振で揺動し、
   前記枠体部が前記第２揺動軸まわりに非共振で揺動する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光スキャナー。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナーを備えることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナー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。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナーを備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

Images