(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光線束を反射し、走査する光スキャナであって、
入射した光線束を反射する反射面を有するミラー部と、
前記ミラー部に連結し、前記反射面に平行な面上で前記ミラー部の両側から延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁に連結し、前記反射面に平行な面上で前記ミラー部から離れる延出方向に延出し、前記一対の支持梁に振動を伝達する振動部材と、
前記振動部材に設けられ、前記ミラー部を揺動させるための駆動部と、
を有する可動部と、
前記振動部材に連結し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記振動部材の延出方向に垂直方向に延出する第１連結板と、前記反射面に平行な面上で前記第１連結板に交差して連結し、前記第１連結板を挟んで各々位置する一対の第２連結板とを有し、前記可動部を囲う外板と、
前記一対の支持梁を結ぶ延長線に垂直な方向に延出し、前記延長線に平行な方向において互いに離間し、前記反射面に平行に延びる前記外板の一方の面に固定されて設けられる一対の基台と、を備えることを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記振動部材は、前記ミラー部と前記一対の支持梁とを囲い、
前記一対の支持梁の各々に連結し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記延長線に垂直な方向において、前記一対の支持梁との連結部分から前記一対の支持梁の一方向側に延出する一対の第１板部分と、
前記一対の第１板部分の両方に連結し、前記反射面に平行な面上において延出する第２板部分と、を有し、
前記一対の第１板部分と前記第２板部分とを前記反射面に平行な面上で、且つ前記延長線に垂直な方向において前記一対の支持梁の他方向側にも備え、
前記外板は、
一方向側の前記第２板部分、及び他方向側の前記第２板部分に各々連結し、前記延長線に平行な方向に延出する一対の前記第１連結板と、
前記延長線に平行な方向において前記可動部から離間して前記ミラー部の前記両側に各々位置し、前記一対の第１連結板の両方に連結し、前記延長線に垂直な方向に延出する前記一対の第２連結板と、を有し、
前記駆動部は、前記一方向側の前記第２板部分、及び前記他方向側の前記第２板部分に各々設けられる一対の駆動部であることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記延長線に平行な方向における前記一対の基台の離間間隔は、前記延長線に平行な方向における前記第２板部分の寸法以上、且つ前記第１連結板の寸法以下であることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記延長線に平行な方向における前記一対の基台の離間間隔は、前記延長線に平行な方向における前記第１連結板の寸法と等しく、前記延長線に垂直な方向における前記一対の基台の寸法は、前記延長線に垂直な方向における前記一対の第２連結板の寸法と等しいことを特徴とする請求項３に記載の光スキャナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光スキャナと、
前記光スキャナに光を供給する光源部と、
前記光スキャナにより走査された走査光を使用者の目に導く光学系と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタや投影型表示装置などに用いられる光スキャナ、及び光スキャナを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザプリンタや投影型表示装置などに光スキャナが使用されている。光スキャナのなかでもＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いた光スキャナは、ミラー部と、ミラー部を支持し、ミラー部に駆動力を伝達する梁と、梁に連結し、ミラー部と梁とを囲う固定枠との一体成形により製造されることなどから、軽量・小型の光スキャナとして近年注目されている。
【０００３】
図２２は、特許文献１に開示されているＭＥＭＳミラーを用いた光スキャナ１０１の斜視図である。光スキャナ１０１は、振動体１０２と基台１０３とを備える。振動体１０２は、ミラー部１０４と、梁１０５Ａ、１０５Ｂと、駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄと、外枠１０７と、を備える。基台１０３は、支持枠１０９と、凹部１１０と、を備える。
【０００４】
梁１０５Ａ、１０５Ｂは、各々、ミラー部１０４に連結する支持梁１０５Ｃ、１０５Ｄを有する。梁１０５Ａと梁１０５Ｂとは、ミラー部１０４を挟んで互いに対向している。梁１０５Ａ、１０５Ｂは、外枠１０７に連結する。駆動部１０６Ａ、１０６Ｃは、梁１０５Ａと外枠１０７とに跨って設けられる。駆動部１０６Ｂ、１０６Ｄは、梁１０５Ｂと外枠１０７とに跨って設けられる。外枠１０７は、ミラー部１０４と、梁１０５Ａ、１０５Ｂとの外周を囲う。外枠１０７は、基台１０３の支持枠１０９上に設けられる。
【０００５】
駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄは、圧電体と圧電体を挟む２枚の電極とから構成される。駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄの圧電体は、駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄの電極に電圧が印加されることで分極する。駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄの分極した圧電体は、梁１０５Ａ、１０５Ｂの長手方向に伸縮する。周期性をもった電圧が駆動部１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄの電極に印加されることで、梁１０５Ａ、１０５Ｂが軸線ＡＸ回りに捻れ振動される。この捻れ振動により、ミラー部１０４は、軸線ＡＸ回りに揺動する。ミラー部１０４が揺動することで、反射面１０８が揺動する。反射面１０８は、揺動しながら入射した光線束を反射する。以上のようにして、光スキャナ１０１は反射面１０８に入射した光線束を走査する。
【０００６】
支持枠１０９は、基台１０３の上面に形成されている。凹部１１０は支持枠１０９により囲まれた領域に形成されている。振動体１０２の外枠１０７が基台１０３の支持枠１０９上に接着、レーザ溶接、またはクランプ固定などにより固定される。外枠１０７が支持枠１０９上に固定されることで、振動体１０２が、基台１０３上に配置される。光スキャナ１０１は、以上のようにして構成される。外枠１０７が支持枠１０９上に固定されていることで、ミラー部１０４の揺動以外の不要な動きを軽減できる。従って、光スキャナ１０１の高精度な走査が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−５７５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているような光スキャナは非常に小型であるため、振動体と基台とを固定する際に固定位置の位置ずれが起き易い。この固定位置ずれが起きると、光スキャナの特性に影響が出る。例えば、光スキャナの特性への影響として回転誤差が生ずるなどの問題が生ずる。なお、回転誤差とは、図２３に示すような支持梁ＢＭの延長線ＥＬとミラー部ＭＲの揺動軸線ＡＸとの間の距離ＥＲにより決定される値である。以上のように、固定位置ずれにより光スキャナの特性に影響が出ることで、光スキャナの特性にバラツキが生ずるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキを低減した光スキャナを提供することを目的とするものである。また、本発明は、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減された光スキャナを用いた画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、入射した光線束を反射し、走査する光スキャナであって、入射した光線束を反射する反射面を有するミラー部と、前記ミラー部に連結し、前記反射面に平行な面上で前記ミラー部の両側から延出する一対の支持梁と、前記一対の支持梁に連結し、前記反射面に平行な面上で前記ミラー部から離れる延出方向に延出し、前記一対の支持梁に振動を伝達する振動部材と、前記振動部材に設けられ、前記ミラー部を揺動させるための駆動部と、を有する可動部と、前記振動部材に連結し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記振動部材の延出方向に垂直方向に延出する第１連結板と、前記反射面に平行な面上で前記第１連結板に交差して連結し、前記第１連結板を挟んで各々位置する一対の第２連結板とを有し、前記可動部を囲う外板と、前記一対の支持梁を結ぶ延長線に垂直な方向に延出し、前記延長線に平行な方向において互いに離間し、前記反射面に平行に延びる前記外板の一方の面に固定されて設けられる一対の基台と、を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記振動部材は、前記ミラー部と前記一対の支持梁とを囲い、前記一対の支持梁の各々に連結し、前記反射面に平行な面上で、且つ前記延長線に垂直な方向において、前記一対の支持梁との連結部分から前記一対の支持梁の一方向側に延出する一対の第１板部分と、前記一対の第１板部分の両方に連結し、前記反射面に平行な面上において延出する第２板部分と、を有し、前記一対の第１板部分と前記第２板部分とを前記反射面に平行な面上で、且つ前記延長線に垂直な方向において前記一対の支持梁の他方向側にも備え、前記外板は、一方向側の前記第２板部分、及び他方向側の前記第２板部分に各々連結し、前記延長線に平行な方向に延出する一対の前記第１連結板と、前記延長線に平行な方向において前記可動部から離間して前記ミラー部の前記両側に各々位置し、前記一対の第１連結板の両方に連結し、前記延長線に垂直な方向に延出する前記一対の第２連結板と、を有し、前記駆動部は、前記一方向側の前記第２板部分、及び前記他方向側の前記第２板部分に各々設けられる一対の駆動部であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記延長線に平行な方向における前記一対の基台の離間間隔は、前記延長線に平行な方向における前記第２板部分の寸法以上、且つ前記第１連結板の寸法以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の発明において、前記延長線に平行な方向における前記一対の基台の離間間隔は、前記延長線に平行な方向における前記第１連結板の寸法と等しく、前記延長線に垂直な方向における前記一対の基台の寸法は、前記延長線に垂直な方向における前記一対の第２連結板の寸法と等しいことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の本発明は、画像表示装置であって、請求項１〜４のいずれかに記載の光スキャナと、前記光スキャナに光を供給する光源部と、前記光スキャナにより走査された走査光を使用者の目に導く光学系と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者が光スキャナに対し、数値解析を行うことにより、基台が互いに離間して位置する一対の基台である場合に、固定位置ずれによる回転誤差などの光スキャナの特性のバラツキが低減されることを確認した。上記解析結果が確認されたことを基に、請求項１〜４記載の光スキャナによれば、一対の基台が、外板の一方の面側で互いに離間して位置し、外板の一方の面に固定されて設けられる。従って、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減される。また、一対の基台の離間間隔が、第２板部分の寸法以上、且つ第１連結板の寸法以下である場合に、顕著に固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減されることを確認した。従って、請求項３、及び４記載の光スキャナによれば、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減される。また、一対の基台の離間間隔が、第１連結板の寸法と等しく、一対の基台の寸法が、一対の第１連結板の間隔と等しい場合に、最も固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減されることを確認した。従って、請求項４記載の光スキャナによれば、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが最大限に低減される。
【００１６】
請求項５記載の画像表示装置によれば、固定位置ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減された光スキャナが用いられている。従って、高精度な光走査を行うことができるため、高画質な画像表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の外観を示す斜視図である。
【図２】上記光スキャナ１の上面図である。
【図３】上記光スキャナ１の下面図である。
【図４】上記光スキャナ１の電気的構成を示す図である。
【図５】上記光スキャナ１のミラー部５の揺動を説明するための説明図である。
【図６】シミュレーションに際して用いた従来の光スキャナ１の構造を示す下面図である。
【図７】シミュレーションに際して用いた本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図８】シミュレーションに際して用いた本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図９】シミュレーションに際して用いた本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図１０】シミュレーションに際して用いた本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図１１】シミュレーションに際して用いた本発明の第１の実施形態に係る光スキャナ１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図１２】図６〜図１１において示した各光スキャナ１の回転誤差を示す図である。
【図１３】図６〜図１１において示した各光スキャナ１の共振周波数差を示す図である。
【図１４】図６〜図１１において示した各光スキャナ１の最大応力差を示す図である。
【図１５】接着ずれＧＰを説明するための説明図である。
【図１６】上記光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例を示す図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ１の外観を示す斜視図である。
【図１８】シミュレーションに際して用いた従来の光スキャナ３０１の構造を示す下面図である。
【図１９】シミュレーションに際して用いた光スキャナ３０１の比較例の構造を示す下面図である。
【図２０】シミュレーションに際して用いた本発明の第２の実施形態に係る光スキャナ３０１の一実施例の構造を示す下面図である。
【図２１】図１８〜図２０において示した各光スキャナ３０１の回転誤差を示す図である。
【図２２】従来の光スキャナ１０１を示す斜視図である。
【図２３】回転誤差ＥＲを説明するための説明図である。
【図２４】回転誤差ＥＲを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
[光スキャナ外観]
以下、図面を用いて本実施形態の光スキャナ１の外観について説明する。図１は、本実施形態の光スキャナ１の外観を示す斜視図である。図２は、光スキャナ１の上面図である。光スキャナ１は、図１、及び図２に示すように、可動部２と外板３と一対の基台４とを備える。本実施形態における可動部２が、本発明の可動部の一例である。本実施形態における外板３が、本発明の外板の一例である。本実施形態における基台４が、本発明の基台の一例である。
【００２０】
可動部２は、ミラー部５と、一対の支持梁６と、振動部材７と、駆動部８Ａ、８Ｂとを備える。ミラー部５は、反射面５１を備える。反射面５１は、入射した光線束を反射する。本実施形態におけるミラー部５が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における反射面５１が、本発明の反射面の一例である。
【００２１】
一対の支持梁６は、反射面５１に平行な面上でミラー部５の両側から延出する。以後、図１、及び図２に示す一対の支持梁６を結ぶ延長線ＡＸに平行な方向をＸ軸方向、反射面５１に平行な面上で、且つ延長線ＡＸに垂直な方向をＹ軸方向、反射面５１に垂直な方向をＺ軸方向として定義する。従って、例えば、反射面５１に平行な面は、ＸＹ平面である。ただし、「平行」、及び「垂直」とは厳密な意味での平行、及び垂直ではない。即ち、例えば、以後「反射面５１に平行な面」と記した場合、反射面５１に略平行な平面を示す。以後、記す「上」、及び「下」等も同様である。なお、以後、「上」と記した場合、図１、及び図２に示すＺ軸の正方向を意味し、「下」と記した場合、図１に示すＺ軸の負方向を意味するものとする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の定義は他の図面においても共通のものとする。なお、延長線ＡＸは、図２３において示したように、回転誤差などが生じた場合に揺動軸線からずれる。しかし、簡略化のため、以後、延長線ＡＸを揺動軸線と同一の軸線として記す。本実施形態における支持梁６が、本発明の支持梁の一例である。
【００２２】
振動部材７は、一対の支持梁６に連結する。振動部材７は、ＸＹ平面においてミラー部５から離れる方向に延出する。振動部材７は、ミラー部５と一対の支持梁６とを囲う。振動部材７は、一対の支持梁６に振動を伝達する。本実施形態における振動部材７が、本発明の振動部材の一例である。
【００２３】
振動部材７は、一対の第１板部分７１と一対の第２板部分７２とを備える。第１板部分７１は、図２に示すように、Ｙ軸方向において、支持梁６との連結部分ＣＰから支持梁の一方向側ＯＳに延出する。第１板部分７１は、図２に示すように、Ｙ軸方向において、支持梁６との連結部分ＣＰから支持梁の他方向側ＡＳにも延出する。一対の第２板部分７２の各々は、一対の第１板部分７１の両方に連結する。第２板部分７２は、ＸＹ平面において延出する。本実施形態における第１板部分７１が、本発明の第１板部分の一例である。本実施形態における第２板部分７２が、本発明の第２板部分の一例である。
【００２４】
駆動部８Ａ、８Ｂは、各々、Ｙ軸正方向側の第２板部分７２、Ｙ軸負方向側の第２板部分７２に設けられる。駆動部８Ａ、８Ｂは、圧電体と、圧電体を挟むように圧電体の上下に設けられる上部電極、及び下部電極とを含む。駆動部８Ａ、８Ｂの圧電体は、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」と記す）により形成される。駆動部８Ａ、８Ｂの上部電極、及び下部電極は、金属により形成される。本実施形態における駆動部８Ａ、８Ｂが、本発明の駆動部の一例である。
【００２５】
外板３は、一対の第１連結板３１と一対の第２連結板３２とを備える。一対の第１連結板３１は、振動部材７の第２板部分７２に連結する。一対の第１連結板３１は、Ｘ軸方向に延出する。一対の第１連結板３１は、図２において一対の二点鎖線と双方向二点鎖線矢印とにより示す領域ＲＧに位置する。一対の第２連結板３２は、ＸＹ平面において、一対の第１連結板３１の両方に交差して連結し、本実施形態では、一対の第１連結板３１の両方に垂直に連結する。一対の第２連結板３２は、一対の第１連結板３１を挟んで各々位置する。なお、領域ＲＧは、図２に示すように、一対の第２連結板３２間の領域である。Ｚ軸方向に貫通している貫通孔３３が、一対の第２連結板３２と可動部２との間に位置する。そのため、一対の第２連結板３２は、Ｘ方向において可動部２から離間して位置する。一対の第２連結板３２は、Ｘ方向においてミラー部５の両側に各々位置する。一対の第２連結板３２は、Ｙ軸方向に延出する。外板３は、可動部２を囲っている。本実施形態における第１連結板３１が、本発明の第１連結板の一例である。本実施形態における第２連結板３２が、本発明の第２連結板の一例である。
【００２６】
図１、及び図３を用いて基台４について説明する。図３は、光スキャナ１の下面図である。一対の基台４は、Ｙ軸方向に延出する。一対の基台４は、Ｘ軸方向において互いに離間する。一対の基台４は、外板３の下面に接着されて設けられる。本実施形態における基台４が、本発明の基台の一例である。
【００２７】
［電気的構成］
以下、図４を用いて光スキャナ１の電気的構成について説明する。光スキャナ１は、図４に示す制御部９を備える。制御部９は、駆動電圧生成部９１と駆動制御部９２と、を備える。駆動電圧生成部９１は、調整可能な駆動電圧を生成するものである。駆動電圧生成部は、駆動部８Ａ、８Ｂの上部電極、及び下部電極に接続される。駆動制御部９２は、駆動電圧生成部９１に接続される。駆動制御部９２は、駆動電圧生成部９１を制御する。駆動制御部９２は、駆動電圧生成部９１に駆動電圧を生成させる。駆動電圧生成部９１により生成された駆動電圧が駆動部８Ａ、８Ｂの上部電極と下部電極との間に印加される。この駆動電圧の印加により、駆動部８Ａ、８Ｂが駆動される。駆動部８Ａ、８Ｂが駆動されることで、可動部２が駆動される。
【００２８】
［動作説明］
図５を用いて光スキャナ１の動作について説明する。駆動電圧生成部９１は、駆動部８Ａの上部電極と下部電極との間、及び駆動部８Ｂの上部電極と下部電極との間に逆位相の駆動電圧を供給する。駆動電圧は、時間とともに周期的に変化する。この電圧印加により、駆動部８Ａの圧電体がＹ軸方向に縮んだ場合、駆動部８Ｂの圧電体はＹ軸方向に伸びる。駆動部８Ａの圧電体がＹ軸方向に伸びた場合、駆動部８Ｂの圧電体はＹ軸方向に縮む。
【００２９】
この圧電体の変位により、Ｙ軸の正方向側の第２板部分７２とＹ軸の負方向側の第２板部分７２とは、Ｚ軸の相反する方向側に屈曲する。即ち、図５に示すように、Ｙ軸の正方向側の第２板部分７２が、Ｚ軸の正方向側に屈曲した際には、Ｙ軸の負方向側の第２板部分７２は、Ｚ軸の負方向側に屈曲する。Ｙ軸の正方向側の第２板部分７２が、Ｚ軸の負方向側に屈曲した際には、Ｙ軸の負方向側の第２板部分７２は、Ｚ軸の正方向側に屈曲する。このようにして、第２板部分７２が周期的に屈曲し、延長線ＡＸを節とする定在的な波形の変形が振動部材７に発生する。振動部材７に発生した変形は、支持梁６の延長線ＡＸを中心とした捻れ振動を誘起する。この結果、ミラー部５は延長線ＡＸ回りに揺動する。ミラー部５が揺動することで、ミラー部５の反射面５１が延長線ＡＸ回りに揺動する。この反射面５１の揺動により、反射面５１に入射した光線束が走査される。
【００３０】
［製造方法］
本実施形態に係る光スキャナ１の製造方法について説明する。先ず、弾性を有する基板が被エッチング材として準備される。次に、被エッチング材にエッチング処理が施され、可動部２、及び外板３が形成される。可動部２、及び外板３が形成されると、可動部２の表面のうち下部電極が設けられる箇所を除いた領域にレジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、白金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等の金属が、表面にレジスト膜が形成された可動部２に蒸着される。この処理により、可動部２に金属の下部電極が積層される。下部電極が積層されると、レジスト膜が可動部２の表面から除去される。次に圧電体が下部電極上に設けられる。この圧電体設置の処理では、先ず可動部２と下部電極との表面のうち、下部電極上に圧電体が設けられる箇所を除いた領域に、レジスト膜が形成される。レジスト膜が形成されると、圧電材料であるＰＺＴのエアロゾルが、表面にレジスト膜が形成された可動部２と下部電極とに吹き付けられる。この処理により、下部電極に、ＰＺＴの圧電膜が成膜され、圧電体が形成される。圧電体が形成されると、レジスト膜が可動部２と下部電極との表面から除去される。圧電体設置の処理が行われると、上部電極が、圧電体上に設けられる。上部電極積層の処理では、上述の下部電極積層処理と同様の金属蒸着が用いられる。上部電極が圧電体上に積層されると、基板のうちのミラー部５が形成される領域にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等の金属膜の反射面５１が形成される。反射面５１の形成には、上述の金属蒸着が用いられる。反射面５１が形成されると、可動部２と一対の基台４とが接着剤により接着される。接着剤としては、例えばエポキシ系の接着剤が用いられる。以上の製造方法により、光スキャナ１が製造される。
【００３１】
[解析結果]
図６〜図１１を用いて、光スキャナ１、４０１の離間間隔ＳＤに依存した各種特性値についてのシミュレーションによる解析結果を説明する。図６は、本実施形態の光スキャナ１と構造の異なる比較例の光スキャナ４０１の下面図である。図７〜図１１は、各々、本実施形態に係る光スキャナ１の一実施例を示す下面図である。図１２〜図１４において、図６〜図１１の各図面に示すモデルに対応して記載されている、最大応力差の数値は、光スキャナ１、４０１の光学振れ角を４６度と設定した際の数値である。回転誤差、及び共振周波数差の数値は、光スキャナ１、４０１の光学振れ角の設定値によらず一定である。離間間隔ＳＤとは、図７〜図１１に示す、Ｘ軸方向における一対の基台４の第１連結板３１下における離間間隔である。図６に示す光スキャナ４０１は、離間間隔ＳＤ＝０μｍである。図６に示す光スキャナ４０１は、この離間距離ＳＤが零の値であるという点において、図７〜図１１に示す本実施形態の光スキャナ１と異なる。図１０、及び図１１に示す光スキャナ１は、図１０、及び図１１に示すように同じ離間間隔ＳＤを有する。ただし、図１０に示す一対の基台４のＹ軸方向における寸法ＤＡは、Ｙ軸方向における一対の第２連結板の寸法ＤＢと等しい。即ち、図１０に示す一対の基台４の寸法ＤＡ＝ＤＢである。一方、図１１に示す一対の基台４のＹ軸方向における寸法ＤＡは、Ｙ軸方向における一対の第２連結板の寸法ＤＢから、Ｙ軸方向における第１連結板の寸法ＤＣの２倍の寸法を引いた寸法に等しい。即ち、図１１に示す一対の基台４の寸法ＤＡ＝ＤＢ−２ＤＣである。なお、図示していないが、図６〜図９に示す一対の基台４のＹ軸方向における寸法ＤＡは、いずれも図１０に示す一対の基台４のＹ軸方向における寸法ＤＡと等しい。
【００３２】
図１０を用いて、シミュレーションに際して設定した光スキャナ１の各部の寸法について説明する。Ｙ軸方向における一対の第２連結板の寸法ＤＢは、寸法ＤＢ＝２１．０μｍである。Ｙ軸方向における第１連結板の寸法ＤＣは、寸法ＤＣ＝１．０μｍである。Ｘ軸方向における外板３の寸法ＤＤは、寸法ＤＤ＝１１．８μｍである。Ｘ軸方向における第２板部分７２の寸法ＤＥは、寸法ＤＥ＝６．４μｍである。Ｘ軸方向における第１連結板３１の寸法ＤＦは、寸法ＤＦ＝９．８μｍである。以上の寸法ＤＢ、寸法ＤＣ、寸法ＤＤ、寸法ＤＥ、及び寸法ＤＦは、図６〜９、及び図１１に示す光スキャナ１、４０１においても同じ寸法を有する。図６〜図１１に示す光スキャナ１、４０１の離間間隔ＳＤは、各々、ＳＤ＝０．０、３．０、６．４、８．３、９．８、９．８μｍである。前述のように、図１０、及び図１１に示す光スキャナ１の離間間隔ＳＤは、いずれも離間間隔ＳＤ＝９．８μｍと共通の値である。
【００３３】
図１２は、図１５に示すようなＹ軸方向の接着ずれＧＰが起きた場合に図６〜図１１に示す各光スキャナ１、４０１に生ずる回転誤差の解析結果を示す。本実施形態において、一対の基台４は、外板３の下面に接着されて設けられているため、固定位置ずれを接着ずれと記す。なお、本実施形態において回転誤差は、図２４に示すミラー部ＭＲの一端部ＡＥの揺動時Ｚ軸変位を変位ＰＡ、ミラー部ＭＲの他端部ＢＥの揺動時Ｚ軸変位を変位ＰＢとした場合に、（回転誤差）＝｛（ＰＡ＋ＰＢ）／ＰＡ｝×１００の関係式により定義されるものとする。図２４は、図２３に示すミラー部ＭＲをＹ軸方向、即ち揺動軸線ＡＸ方向から見た場合の側面図である。図２４において実線により示すミラー部ＭＲは静止時のミラー部ＭＲを示す。図２４において二点鎖線により示すミラー部ＭＲは、揺動時のある時間におけるミラー部ＭＲを示す。例えば、変位ＰＡ＝１μｍ、変位ＰＢ＝−０．５μｍの場合、回転誤差は、（回転誤差）＝｛（１−０．５）／１｝×１００＝５０％である。Ｙ軸方向の接着ずれＧＰは、接着ずれＧＰ＝２５０μｍとして設定して解析を行った。図１２に示すように、図７〜図１１に示す本実施形態に係る光スキャナ１の回転誤差は、図６に示す従来の光スキャナ４０１の回転誤差と比較して小さい。従って、本実施形態に係る光スキャナ１は、Ｙ軸方向、即ち延長線ＡＸに垂直な方向に接着ずれが起きた場合に生ずる回転誤差が小さい。また、図１２に示すように、図７、及び図８に示す光スキャナ１の回転誤差と図９、図１０、及び図１１に示す光スキャナ１の回転誤差とを比較すると、図９、図１０、及び図１１に示す光スキャナ１の回転誤差は非常に小さい。従って、Ｘ軸方向における一対の基台４の離間間隔ＳＤは、Ｘ軸方向における第２板部分７２の寸法ＤＥ以上、且つＸ軸方向における第１連結板３１の寸法ＤＦ以下であることが望ましい。また、図１２に示すように、図７〜図１１に示す光スキャナ１のうち、図１０に示す光スキャナ１の回転誤差が最も小さい。従って、Ｘ軸方向における一対の基台４の離間間隔ＳＤは、Ｘ軸方向における第１連結板３１の寸法ＤＦと等しく、Ｙ軸方向における一対の基台４の寸法ＤＡは、Ｙ軸方向における一対の第２連結板の寸法ＤＢと等しいことが望ましい。なお、Ｘ軸方向の接着ずれが起きた場合の図６〜図１１に示す光スキャナ１、４０１の回転誤差の解析も行ったが、いずれの光スキャナ１、４０１の回転誤差も０．０％であった。
【００３４】
図１３は、Ｙ軸方向の接着ずれＧＰが起きた場合に図６〜図１１に示す各光スキャナ１、４０１に生ずる共振周波数差の解析結果を示す。光スキャナ１、４０１の共振周波数差とは、接着ずれＧＰが起きた場合の共振周波数と接着ずれＧＰが起きなかった場合の共振周波数との差である。図１３に示すように、図７〜図１１に示す本実施形態に係る光スキャナ１の共振周波数差は、図６に示す従来の光スキャナ４０１の共振周波数差と比較して小さい。従って、本実施形態に係る光スキャナ１は、Ｙ軸方向、即ち延長線ＡＸに垂直な方向に接着ずれが起きた場合に生ずる共振周波数の変化量が小さい。なお、Ｘ軸方向の接着ずれが起きた場合の図６〜図１１に示す光スキャナ１、４０１の共振周波数差の解析も行ったが、各々、０．０、−０．２３、０．２８、−０．６４、０．５７、０．２４Ｈｚといずれも非常に小さかった。
【００３５】
図１４は、Ｙ軸方向の接着ずれＧＰが起きた場合に図６〜図１１に示す各光スキャナ１、４０１に生ずる最大応力差の解析結果を示す。光スキャナ１、４０１の最大応力差とは、接着ずれＧＰが起きた場合の最大応力と接着ずれＧＰが起きなかった場合の最大応力との差である。図１４に示すように、図７〜図１１に示す本実施形態に係る光スキャナ１の最大応力差は、図６に示す従来の光スキャナ４０１の最大応力差と比較して小さい。従って、本実施形態に係る光スキャナ１は、Ｙ軸方向、即ち延長線ＡＸに垂直な方向に接着ずれが起きた場合に生ずる最大応力の変化量が小さい。なお、Ｘ軸方向の接着ずれが起きた場合の図６〜図１１に示す光スキャナ１、４０１の最大応力差の解析も行ったが、各々、０．０、１．２２、６．５６、６．４９、１０．７３、１０．１４ＭＰａといずれも非常に小さかった。
【００３６】
以上、図１２〜図１４に示す解析結果をまとめると、本実施形態に係る光スキャナ１は、従来の光スキャナと比較して、接着ずれによる回転誤差などの光スキャナの特性のバラツキが低減される。また、Ｘ軸方向における一対の基台４の離間間隔ＳＤは、Ｘ軸方向における第２板部分７２の寸法ＤＥ以上、且つＸ軸方向における第１連結板３１の寸法ＤＦ以下である場合に、顕著に接着ずれによる光スキャナ１の特性のバラツキが低減される。また、Ｘ軸方向における一対の基台４の離間間隔ＳＤは、Ｘ軸方向における第１連結板３１の寸法ＤＦと等しく、Ｙ軸方向における一対の基台４の寸法ＤＡは、Ｙ軸方向における一対の第２連結板の寸法ＤＢと等しい場合に、最も接着ずれによる光スキャナ１の特性のバラツキが低減される。
【００３７】
[光スキャナ使用例]
本実施形態に係る光スキャナ１の網膜走査ディスプレイ２０１における使用例について、図１６を用いて説明する。網膜走査ディスプレイ２０１とは、ヘッドマウントディスプレイ装置（以後、「ＨＭＤ」と記す。）の一形態である。網膜走査ディスプレイ２０１は、装着者の頭部およびその近辺に装着され、画像光を装着者の眼に導き、装着者の網膜上で２次元方向に走査することにより、画像情報に対応する画像が装着者により視認されるように構成されたものである。本実施形態に係る光スキャナ１は、図１６に示した共振型偏向素子２６１に用いられる。ただし、制御部９は、水平走査制御回路２６２に対応するものである。
【００３８】
網膜走査ディスプレイ２０１は、光線束生成部２２０と、水平走査部２６０と、垂直走査部２８０とを備えている。
【００３９】
光線束生成部２２０は、外部から供給される画像情報Ｓに基づいて画像光を生成し、生成された画像光を水平走査部２６０に供給する。水平走査部２６０は、光線束生成部２２０により生成された画像光を水平方向に走査し、水平方向に走査された画像光をリレー光学系２７０を介して、垂直走査部２８０に供給する。垂直走査部２８０は、リレー光学系２７０を介して、水平走査部２６０から供給された画像光を垂直方向に走査し、垂直方向に走査された画像光をリレー光学系２９０を介して、装着者の瞳孔Ｅａに供給する。
【００４０】
光線束生成部２２０は、信号処理回路２２１と、光源部２３０と、光合成部２４０と、を備えている。本実施形態における光線束生成部２２０が、本発明の光源部の一例である。
【００４１】
信号処理回路２２１は、外部から供給された画像データＳを受信する。信号処理回路２２１は、画像データＳに基づいて、画像を合成するための要素となる青、赤、緑の各画像信号であるＢ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号を生成し、光源部２３０に供給する。信号処理回路２２１は、水平走査部２６０を駆動するための水平同期信号を水平走査部２６０に供給し、垂直走査部２８０を駆動するための垂直同期信号を垂直走査部２８０に供給する。
【００４２】
光源部２３０は、信号処理回路２２１から供給されるＢ映像信号、Ｒ映像信号、Ｇ映像信号をそれぞれ画像光にする画像光出力部として機能する。光源部２３０は、青色の画像光を発生するＢレーザ２３４及びＢレーザ２３４を駆動するＢレーザドライバ２３１と、赤色の画像光を発生するＲレーザ２３５及びＲレーザ２３５を駆動するＲレーザドライバ２３２と、緑色の画像光を発生するＧレーザ２３６及びＧレーザ２３６を駆動するＧレーザドライバ２３３と、を備えている。
【００４３】
光合成部２４０は、光源部２３０から出力された３つの画像光を供給され、３つの画像光を１つの画像光に合成して任意の画像光を生成する。光合成部２４０は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３と、このコリメートされた画像光を合成するためのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６と、合成された画像光を伝送ケーブル２５０に導く結合光学系２４７とを備えている。各レーザ２３４、２３５、２３６から出射したレーザ光は、コリメート光学系２４１、２４２、２４３によってそれぞれ平行光化された後に、ダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６に入射される。その後、これらのダイクロイックミラー２４４、２４５、２４６により、各画像光が波長に関して選択的に反射または透過される。コリメート光学系２５１は、伝送ケーブル２５０を介して出射される画像光を平行光化し、水平走査部２６０に導く。
【００４４】
平行光化された画像光は、水平走査部２６０、リレー光学系２７０、垂直走査部２８０、及びリレー光学系２９０により、２次元的に走査された画像光に変換される。水平走査部２６０は、コリメート光学系２５１で平行光化された画像光を画像表示のために水平方向に往復走査する。リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間に設けられ、水平走査部２６０により走査された画像光を、垂直走査部２８０に導く。垂直走査部２８０は、水平走査部２６０で水平方向に走査された画像光を垂直方向に往復走査する。リレー光学系２９０は、水平方向と垂直方向とに走査（２次元的に走査）された画像光を瞳孔Ｅａへ出射する。本実施形態におけるリレー光学系２７０、及びリレー光学系２９０等が、本発明の光学系の一例である。
【００４５】
水平走査部２６０は、共振型偏向素子２６１と、水平走査制御回路２６２と、を備えている。第２の実施形態に係る光スキャナ１０１は、共振型偏向素子２６１に用いられる。共振型偏向素子２６１は、画像光を水平方向に走査するための反射面を有する。水平走査制御回路２６２は、信号処理回路２２１から供給される水平同期信号に基づいて、共振型偏向素子２６１を共振させる。リレー光学系２７０は、水平走査部２６０と垂直走査部２８０との間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１によって水平方向に走査された光は、リレー光学系２７０によって垂直走査部２８０内の偏向素子２８１の反射面に収束される。
【００４６】
垂直走査部２８０は、偏向素子２８１と、垂直走査制御回路２８２と、を備えている。偏向素子２８１は、リレー光学系２７０により導かれた画像光を垂直方向に走査する。垂直走査制御回路２８２は、信号処理回路２２１から供給される垂直同期信号に基づいて、偏向素子２８１を揺動させる。共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、２次元的に走査された走査画像光としてリレー光学系２９０へ出射される。
【００４７】
リレー光学系２９０は、垂直走査部２８０と装着者の瞳孔Ｅａとの間で画像光を中継する。共振型偏向素子２６１により水平方向に走査され、偏向素子２８１によって垂直方向に走査された画像光は、リレー光学系２９０によって装着者の瞳孔Ｅａに収束される。このようにして、装着者は画像情報に対応する画像を視認することができる。
【００４８】
網膜走査ディスプレイ２０１は、光スキャナ１である共振型偏向素子２６１を供えている。光スキャナ１は、接着ずれによる光スキャナの特性のバラツキが低減されている。従って、網膜走査ディスプレイ２０１は、高精度な光走査を行うことができるため、高画質な画像表示を行うことができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５０】
[光スキャナ外観]
以下、図面を用いて本実施形態の光スキャナ３０１の外観について説明する。図１７は、本実施形態の光スキャナ３０１の外観を示す斜視図である。光スキャナ３０１は、図１に示すように、可動部３０２と外板３０３と一対の基台３０４とを備える。本実施形態における可動部３０２が、本発明の可動部の一例である。本実施形態における外板３０３が、本発明の外板の一例である。本実施形態における基台３０４が、本発明の基台の一例である。
【００５１】
可動部３０２は、ミラー部３０５と、一対の支持梁３０６と、振動部材３０７と、駆動部３０８とを備える。ミラー部３０５は、反射面３５１を備える。反射面３５１は、入射した光線束を反射する。本実施形態におけるミラー部３０５が、本発明のミラー部の一例である。本実施形態における反射面３５１が、本発明の反射面の一例である。
【００５２】
一対の支持梁３０６は、反射面３５１に平行な面上でミラー部３０５の両側から延出する。以後、図１７に示す一対の支持梁３０６を結ぶ延長線ＡＸに平行な方向をＸ軸方向、反射面３５１に平行な面上で、且つ一対の支持梁３０６に垂直な方向をＹ軸方向、反射面３５１に垂直な方向をＺ軸方向として定義する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の定義は他の図面においても共通のものとする。本実施形態における支持梁３０６が、本発明の支持梁の一例である。
【００５３】
振動部材３０７は、一対の支持梁３０６に連結する。振動部材３０７は、ＸＹ平面においてミラー部３０５から離れる方向に延出する。振動部材３０７は、一対の支持梁６に振動を伝達する。本実施形態における振動部材３０７が、本発明の振動部材の一例である。
【００５４】
駆動部３０８は、振動部材３０７と外板３０３とにまたがって設けられる。駆動部３０８は、圧電体と、圧電体を挟むように圧電体の上下に設けられる上部電極、及び下部電極とを含む。本実施形態における駆動部３０８が、本発明の駆動部の一例である。
【００５５】
外板３０３は、一対の第１連結板３３１と一対の第２連結板３３２とを備える。一対の第１連結板３３１は、振動部材３０７に連結する。一対の第１連結板３３１は、Ｙ軸方向に延出する。一対の第２連結板３３２は、ＸＹ平面において、一対の第１連結板３３１の両方に交差して連結し、本実施形態では、一対の第１連結板３３１の両方に垂直に連結する。一対の第２連結板３３２は、一対の第１連結板３３１を挟んで各々位置する。Ｚ軸方向に貫通している貫通孔３３３が、一対の第２連結板３３２と可動部３０２との間に位置する。そのため、一対の第２連結板３３２は、Ｘ方向において可動部３０２から離間して位置する。一対の第２連結板３３２は、Ｙ軸方向においてミラー部３０５の両側に各々位置する。一対の第２連結板３３２は、Ｘ軸軸方向に延出する。外板３０３は、可動部３０２を囲っている。本実施形態における第１連結板３３１が、本発明の第１連結板の一例である。本実施形態における第２連結板３３２が、本発明の第２連結板の一例である。
【００５６】
一対の基台３０４は、Ｙ軸方向に延出する。一対の基台３０４は、Ｘ軸方向において互いに離間する。一対の基台３０４は、外板３０３の下面に接着されて設けられる。本実施形態における基台３０４が、本発明の基台の一例である。
【００５７】
光スキャナ３０１は、第１の実施形態に係る光スキャナ１と同様に駆動される。即ち、駆動部３０８の上部電極と下部電極との間に周期的に変化する駆動電圧が印加されることで、駆動部３０８の圧電体が変位する。この変位により可動部３０２が駆動される。可動部３０２が駆動されることで、ミラー部３０５が延長線ＡＸの回りに揺動する。
【００５８】
図１８〜図２１を用いて、シミュレーションによる解析結果を説明する。図１８及び図１９に示す光スキャナ５０１、６０１は、図２０に示す第２の実施形態に係る光スキャナ３０１と異なる構造を有する。図１８に示す光スキャナ５０１のＸ軸正方向側の基台５０４は、図２０に示す光スキャナ３０１の基台３０４と異なり、第１連結板５３１下においてＸ軸負方向側の基台５０４と連結している。即ち、Ｘ軸方向において、Ｘ軸正方向側の基台５０４とＸ軸負方向側の基台５０４とが互いに離間していない。また、図１９に示す光スキャナ６０１の基台６０４は、Ｙ軸方向において互いに離間している。一方、図２０に示す本実施形態の光スキャナ３０１の基台３０４は、Ｘ軸方向において互いに離間している。
【００５９】
図２１は、Ｙ軸方向の接着ずれが起きた場合に図１８〜図２０に示す各光スキャナに生ずる回転誤差の解析結果を示す。本実施形態において、一対の基台３０４は、外板３０３の下面に接着されて設けられているため、固定位置を接着ずれと記す。なお、シミュレーションに際して、本実施形態の光スキャナのモデルとして、図２０に示したモデルを用いたが、このモデルは図１７に示した光スキャナ３０１とミラー部の形状等の点において構造上異なる点がある。しかし、おおよその構造は図１７に示した光スキャナ３０１と等しいため、以後に示す解析結果は、図１７に示した光スキャナ３０１においても同様のことが言える。図２１に示すように、図２０に示す光スキャナ３０１の回転誤差は、図１８、及び図１９に示す光スキャナ５０１、６０１の回転誤差と比較して非常に小さい。従って、図２０に示す本実施形態に係る光スキャナ３０１のように、一対の基台３０４が、延長線ＡＸに平行なＸ軸方向において互いに離間している場合に、Ｙ軸方向の接着ずれによる回転誤差が小さいことが分かる。また、図１９に示す光スキャナ６０１の回転誤差は、図１８に示す光スキャナ５０１の回転誤差と比較して、ほぼ同程度に大きな値であることが分かる。従って、一対の基台３０４が、延長線ＡＸに垂直なＹ軸方向において互いに離間している場合に、Ｙ軸方向の接着ずれによる回転誤差が大きいことが分かる。
【００６０】
以上、図２１に示す解析結果をまとめると、図２０に示す本実施形態に係る光スキャナ３０１は、図１８及び図１９に示す他のタイプの光スキャナ５０１、６０１と比較して、接着ずれによる回転誤差などの光スキャナの特性のバラツキが低減される。
【００６１】
（変形例）
第１、及び第２の実施形態において、基台４、３０４は、延長線ＡＸに平行な方向において互いに離間する一対の基台４、３０４であった。しかし、これに限らず、例えば、一対の基台の下側に一対の基台間を結ぶ板状部材を有する構造のものであってもよい。
【００６２】
第１、及び第２の実施形態において、駆動部は、圧電体と、圧電体を挟むように圧電体の上下に設けられる上部電極及び下部電極とを含む。しかし、これに限らず、駆動部が圧電体と圧電体の上部に設けられる上部電極とを含み、下部電極を有しない構成でもよい。この場合、可動部に相当する部材などがステンレス等の金属により形成され、下部電極を兼ねる必要がある。
【００６３】
第１、及び第２の実施形態において、可動部、及び外板を形成する処理には、エッチングが用いられていたが、これに限らず例えばプレス加工、及び放電加工が用いられても良い。また、圧電体の積層処理にエアロゾルデポジション法が用いられていたが、これに限らず、圧電体の設置処理として、真空蒸着法、物理気相成長法、または化学気相成長法などが用いられても良い。また、エアロゾルデポジション法等により積層される圧電体の代わりに、圧電体にバルク圧電素子が用いられてもよい。また、上部電極、下部電極積層処理に真空蒸着法が用いられていたが、これに限らず、例えば物理気相成長法や化学気相成長法などが用いられても良い。
【００６４】
第１、及び第２の実施形態において、一対の基台４、３０４は、外板３０３の下面に接着されて設けられていた。しかし、これに限らず、一対の基台は、外板の下面にレーザ溶接、またはクランプ固定などにより固定されて設けられてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  光スキャナ
２  可動部
３  外板
３１  第１連結板
３２  第２連結板
４  基台
５  ミラー部
５１  反射面
６  支持梁
７  振動部材
７１  第１板部分
７２  第２板部分
８  駆動部
ＳＤ  離間間隔
【図１】
0005381751.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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