(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する反射面を含み、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部分と、
その一端が前記ミラー部分の両側に連結され、前記第１軸線に平行に前記ミラー部分から延出する一対の捩れ梁部分と、
前記一対の捩れ梁部分の他端に連結され、前記ミラー部分から離間し且つ前記第１軸線に交差する方向に延出する本体部分と、
を有する平板状の金属構造体と、
前記金属構造体に設けられ、前記本体部分に板波を励起することで、前記本体部分及び前記一対の捩れ梁部分を介して前記ミラー部分を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な第１駆動部と、
前記第１軸線と直交する第２軸線の方向に沿って伸長し、前記金属構造体が取り付けられる軸部と、
前記軸部を前記第２軸線回りに揺動可能に支持する台座部と、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する第１方向に前記第２軸線から離間して前記台座部に設けられた磁界発生部と、前記磁界発生部が発する磁界の向きと交差する配線パターンを含み、前記第１方向に前記金属構造体から離間して前記軸部に設けられる平面コイルとを有し、前記平面コイルを流れる電流と前記磁界との相互作用により前記軸部を前記第２軸線回りに揺動させることが可能な第２駆動部と、
前記磁界が前記平面コイルへ到達するのを許容するとともに、前記磁界が前記金属構造体へ到達するのを妨害する閉磁部とを備え、
前記閉磁部は、前記第１方向において前記平面コイル及び前記磁界発生部と前記金属構造体との間に設けられる第１閉磁部材を有する、
ことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記軸部は、前記第１方向に延出する取付部分を有し、
前記平面コイルは、前記取付部分を介して前記軸部に設けられる、
請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記磁界発生部は、第１磁石と第２磁石とを有し、
前記第１磁石及び前記第２磁石は、第１磁極と、前記第１磁極と異なる極性の第２磁極とをそれぞれ有し、
前記第１磁極となる面の法線ベクトルと、前記第２磁極となる面の法線ベクトルとが異なる方向を向くように構成され、
前記第１磁石の第１磁極と前記第２磁石の第２磁極とが、前記第１軸線及び前記第２軸線に平行な面に沿う方向において相対するように、互いに対向した状態で前記台座部に設けられ、
前記平面コイルは、前記第１磁石と前記第２磁石との間に設けられる、
請求項１又は２に記載の２次元光走査装置。
【請求項４】
前記閉磁部は、前記第１磁石の第２磁極と、前記第２磁石の第１磁極とに設けられる第２閉磁部材をさらに有する、
請求項３に記載の２次元光走査装置。
【請求項５】
前記閉磁部は、前記磁界発生部を挟んで前記第１閉磁部材と対向するように、前記磁界発生部に設けられる第３閉磁部材をさらに有する、
請求項３又は４に記載の２次元光走査装置。
【請求項６】
前記台座部は、前記軸部を回動可能に軸支する軸支部材をさらに有する、
請求項１〜５のいずれかに記載の２次元光走査装置。
【請求項７】
前記ミラー部分は、前記第２軸線が前記反射面上に位置するように構成される、
請求項１〜６のいずれかに記載の２次元光走査装置。
【請求項８】
光を走査して画像を形成するための、請求項１〜７の何れか１項に記載の２次元光走査装置と、
前記２次元光走査装置に光を供給するための光源と、
前記２次元光走査装置によって走査された光を被投影面に導くための導光部とを備える、ことを特徴する画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ等の光を２次元的に走査する２次元光走査装置と、この２次元光走査装置を用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、振動するミラーによりレーザ光などの光を走査する光走査装置が知られている（特許文献１）。このような光走査装置は、梁部で揺動可能に支持されたミラーが、圧電素子などの駆動部によって共振状態にて揺動することにより、ミラーに入射する光を走査する。また、近年、耐久性の向上などを目的として、金属製の構造体を有する光走査装置も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７１７８８号公報
【特許文献２】特開２００６−２９３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されるような光走査装置は、光を１次元方向にしか走査できない。光を２次元的に走査して画像を生成するためには、２個の光走査装置が、それぞれの走査方向が直交するように配置される必要があった。そこで、光走査装置の長寿命化などを目的として、特許文献２に記載の光走査装置を、その走査方向に直交する方向に揺動させる他の走査装置と組み合わせて一体化する方法が考えられる。以下、この可能性について検討する。
【０００５】
一般に、光を二次元的に走査して画像を生成する場合、高速に走査される１の方向（例えば、水平方向）への走査と、低速に走査される他の方向（例えば、垂直方向）への走査とが必要となる。また、特許文献２に記載の光走査装置は、共振状態での駆動によって、比較的高速での走査が可能である。そのため、特許文献２に記載の光走査装置を高速な水平方向の走査に利用し、さらに、この光走査装置を低速な垂直方向に走査する他の走査装置が組み合わされるのが望ましい。この場合、特許文献２に記載の光走査装置全体を揺動する必要があるため、垂直走査には駆動力の大きな光走査装置が必要となる。例えば、永久磁石とコイルとを組み合わせた電磁駆動方式の光走査装置は、大きな駆動力を得られるため、この種の目的には適している。
【０００６】
しかし、本発明者が新たに発見した知見によれば、特許文献２に記載の光走査装置に対して、電磁駆動方式の光走査装置を組み合わせることによって、消費電力の増加を招く可能性がある。具体的には、金属製の構造体に対して、電磁駆動方式の光走査装置から発生する磁界が干渉する。即ち、金属製の構造体の内部を磁界が通ることにより、コイルに電流を流した際に得られる駆動力が低下する。また、金属製の構造体が磁界中で変位する際に、電磁誘導によって金属製の構造体に変位を妨げる方向にローレンツ力が加わる。従って、単純に特許文献２に記載の光走査装置と電磁駆動方式の光走査装置を組み合わせることは、消費電力の増加を招く可能性がある。
【０００７】
本発明は、消費電力の増加を防止しつつ、１の方向に走査する金属製の構造体を、電磁駆動方式にて他の方向にさらに走査することが可能な２次元光走査装置と、この２次元光走査装置を用いた画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一側面は、光を反射する反射面を含み、第１軸線を中心として揺動可能に構成されるミラー部分と、その一端が前記ミラー部の両側に連結され、前記第１軸線に平行に前記ミラー部から延出する一対の捩れ梁部分と、前記一対の捩れ梁部分の他端に連結され、前記ミラー部から離間し且つ前記第１軸線に交差する方向に延出する本体部分と、を有する平板状の金属構造体と、前記金属構造体に設けられ、前記本体部分に板波を励起することで、前記本体部分及び前記一対の捩れ梁部分を介して前記ミラー部を前記第１軸線回りに揺動させることが可能な第１駆動部と、前記第１軸線と直交する第２軸線の方向に沿って伸長し、前記金属構造体が取り付けられる軸部と、前記軸部を前記第２軸線回りに揺動可能に支持する台座部と、前記第１軸線及び前記第２軸線に直交する第１方向に前記第２軸線から離間して前記台座部に設けられた磁界発生部と、前記磁界発生部が発する磁界の向きに交差する配線パターンを含み、前記第１方向に前記金属構造体から離間して前記軸部に設けられる平面コイルとを有し、前記平面コイルを流れる電流と前記磁界との相互作用により前記軸部を前記第２軸線回りに揺動させることが可能な第２駆動部と、前記磁界が前記平面コイルへ到達するのを許容するとともに、前記磁界が前記金属構造体へ到達するのを妨害する閉磁部とを備え、前記閉磁部は、前記第１方向において前記平面コイル及び前記磁界発生部と前記金属構造体との間に設けられる第１閉磁部材を有する、ことを特徴とする２次元光走査装置である。また、前記軸部は、前記第１方向に延出する取付部分を有し、前記平面コイルは、前記取付部分を介して前記軸部に設けられてもよい。
【０００９】
閉磁部は、第１軸線及び前記第２軸線に直交する第１方向において平面コイル及び磁界発生部と金属構造体との間に設けられる第１閉磁部材を有する。即ち、第１方向において、第１閉磁部材を挟んで、平面コイル及び磁界発生部は一方の側に位置し、金属構造体は他方の側に存在する。従って、磁界発生部から生じる磁界は、閉磁部に妨害されることなく平面コイルへ到達する。一方で、第１閉磁部材が間に存在するため、磁界発生部から生じる磁界は、金属構造体へ到達するのを妨害される。従って、第２駆動部によって軸部が揺動される際に、軸部の揺動に伴って揺動する金属構造体の変位を妨げる方向にローレンツ力が働かない。また、磁界の金属構造体への到達が妨害されるので、平面コイルの置かれた場所の磁界強度の減少が緩和され、平面コイルに電流を流した際に得られる駆動力の低下も緩和される。従って、２次元光走査装置を駆動、具体的には、軸部を揺動する際の消費電力の増加を防止することが可能となる。
【００１０】
また、前記磁界発生部は、第１磁石と第２磁石とを有し、前記第１磁石及び前記第２磁石は、第１磁極と、前記第１磁極と異なる極性の第２磁極とをそれぞれ有し、前記第１磁極となる面の法線ベクトルと、前記第２磁極となる面の法線ベクトルとが異なる方向を向くように構成され、前記第１磁石の第１磁極と前記第２磁石の第２磁極とが、前記第１軸線及び前記第２軸線に平行な面に沿う方向において相対するように、互いに対向した状態で前記台座部に設けられ、前記平面コイルは、前記第１磁石と前記第２磁石との間に設けられてもよい。
【００１１】
これによれば、第１磁石の第１磁極と第２磁石の第２磁極とが相対するので、第１磁石と第２磁石との間において、磁力線が略直線、即ち、磁界強度が略一定となる。そのため、軸部の変位状態に関らず、常に一定の磁界強度の中に平面コイルが置かれることとなる。従って、平面コイルに電流を流した際に、より応答良く軸部揺動させることが可能となる。さらに、第１磁石と第２磁石との間で、第１閉磁部材を磁力線が通る磁気回路が形成される。そのため、磁界発生部から外部への磁界の漏洩を抑止することが可能となる。従って、金属構造体の揺動がより妨げられず、軸部を揺動する際の消費電力の低下を防止することが可能となる。
【００１２】
さらに、前記閉磁部は、前記第１磁石の第２磁極と、前記第２磁石の第１磁極とに設けられる第２閉磁部材をさらに有してもよい。
【００１３】
これによれば、第１磁石及び第２磁石の相対していない外側の磁極（即ち、第１磁石の第２磁極及び第２磁石の第１磁極）に第２閉磁部材が設けられる。これによって、第１磁石の第２磁極及び第２磁石の第１磁極から生じる磁界が、金属構造体へと到達することを妨害できる。一方で、平面コイルが第１磁石と第２磁石との間に設けられているため、平面コイルの位置における磁界強度は、第２閉磁部材によって変化しない。従って、軸部を揺動する際の消費電力の増加を、さらに防止することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記閉磁部は、前記磁界発生部を挟んで前記第１閉磁部材と対向するように、前記磁界発生部に設けられる第３閉磁部材をさらに有してもよい。
【００１５】
これによれば、第３閉磁部材によって、磁界発生部から生じる磁界が、金属構造体へと到達することをさらに妨害できる。一方で、平面コイルが第１磁石と第２磁石との間に設けられているため、平面コイルの位置における磁界強度は、第３閉磁部材によって変化しない。従って、軸部を揺動する際の消費電力の低下を、さらに防止することが可能となる。
【００１６】
さらに、前記台座部は、前記軸部を回動可能に軸支する軸支部材をさらに有してもよい。
【００１７】
これにより、軸部が揺動する際の抵抗が低減する。このため、軸部の第２軸線回りの揺動の応答性をより高めることが可能となる。
【００１８】
さらに、前記ミラー部分は、前記第２軸線が前記反射面上に位置するように構成されてもよい。
【００１９】
これにより、軸部が回動したとしても、反射面が常に第２軸線上にあるので、光がミラーから外れることが防止され、常にミラーに光が入射し、途切れ無く光が２次元走査される。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の他の側面は、光を走査して画像を形成するための、上記した２次元光走査装置と、前記２次元光走査装置に光を供給するための光源と、前記２次元光走査装置によって走査された光を被投影面に導くための導光部とを備える、ことを特徴する画像投影装置である。
【００２１】
これによれば、消費電力の増加を防止した画像投影装置を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、消費電力の増加を防止しつつ、水平走査する金属製の構造体を電磁駆動方式にて垂直走査することが可能な２次元光走査装置と、この２次元光走査装置を用いた画像投影装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】２次元光走査装置５０の斜視図である。
【図２】２次元光走査装置５０の上面図である。
【図３】２次元光走査装置５０のＡ−Ａ断面図である。
【図４】閉磁部２６による効果を示した説明図である。
【図５】磁界発生部２４を横切る位置での磁束密度を示したグラフである。
【図６】２次元光走査装置５０を利用した画像投影装置１００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。図１〜図３に示されるように、２次元光走査装置５０は、水平走査部１０と、垂直走査部２０とから構成される。水平走査部１０は、金属構造体１１のミラー部分１１ａを、第１軸線ａ回りに揺動する。垂直走査部２０は、軸部２２に取り付けられた水平走査部１０を、第１軸線ａと直交する第２軸線ｂ回りに揺動する。この２軸直交した揺動によって、ミラー部分１１ａに入射した光は、２次元走査される。
［水平走査部１０の構成］
図１〜図３に示されるように、水平走査部１０は、金属構造体１１と、金属構造体１１の本体部分１１ｃ上に貼設された圧電素子１２とを含む。金属構造体１１は、ミラー部分１１ａ、一対の捩れ梁部分１１ｂ、本体部分１１ｃ及び被取付部分１１ｄを有する。以下、金属構造体１１の説明を行う。
【００２５】
ミラー部分１１ａは、レーザ等の光を反射する反射面１１ａ１を有する。ミラー部分１１ａの形状は、本実施形態では、平面視において円形状である。しかし、ミラー部分１１ａの形状は、これに限定されず、平面視において四角形状等であっても差し支えない。反射面１１ａ１は、例えば、ミラー部分１１ａの表面を鏡面研磨する、表面に金属薄膜が形成されたサファイヤやダイヤモンドなどの誘電体をミラー部分１１ａに貼り付ける、などの方法によって設けられる。
【００２６】
一対の捩れ梁部分１１ｂの一端は、ミラー部分１１ａの両側に連結される。一対の捻れ梁部分は、ミラー部分１１ａから離れる方向にそれぞれ延出する。本実施形態では、一対の捩れ梁部分１１ｂの延出方向は、第１軸線ａ方向に平行である。具体的には、第１軸線ａは、一対の捩れ梁部分１１ｂの中心を通る。一対の捩れ梁部分１１ｂによって、ミラー部分１１ａの両側が第１軸線ａ回りに揺動可能に弾性的に支持される。つまり、一対の捩れ梁部分１１ｂは、ミラー部分１１ａを第１軸線ａ回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。
【００２７】
本体部分１１ｃは、一対の捩れ梁部１１ｂの他端に連結され、ミラー部分１１ａから離間し、且つ第１軸線ａに交差する方向に延出する。本実施形態では、本体部分１１ｃは、一対の捩れ梁部１１ｂとの連結部分から、後記する支持部２１ｂの方向へと延出する。本体部分１１ｃの形状は、平面視において四角形状であり、音叉のように一対の突出部分がその一辺から突出する。この一対の突出部分の間に、一対の捩れ梁部分１１ｂが存在する。
【００２８】
被取付部分１１ｄは、本体部分１１ｃのミラー部分１１ａと反対側の一端に設けられる。本実施形態では、被取付部分１１ｄは、長方形状となっている。本実施形態では、被取付部分１１ｄは、後記する軸部２２に、接着や溶着などの方法によって固定される。
【００２９】
金属構造体１１は、例えば、非磁性体であるステンレス板によって構成される。エッチング加工やプレス加工等の除去加工によって、ミラー部分１１ａ、捩れ梁部分１１ｂ、本体部分１１ｃ及び被取付部分１１ｄが、同一平面上に一体に形成されることで、金属構造体１１の外形が形成される。後述するように、ミラー部分１１ａを共振させるために、金属構造体１１はバネ性を有することが好ましい。そこで、金属構造体１１は冷間圧延されて製造されたステンレス板で構成されている。ステンレス板が仮に非磁性のステンレス材で形成されていても、冷間圧延によって、非磁性が弱磁性に変化する。そのため、ステンレス板を構成するステンレス材の種類に関わらず、金属構造体１１は、自然と弱磁性を有することとなる。
【００３０】
本体部分１１ｃ上には、第１駆動部としての圧電素子１２が取り付けられている。圧電素子１２は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形されたチタン酸ジルコン酸鉛などの圧電材料の両面に対して、電極層として金や白金等を０．２μｍ〜０．６μｍ積層することで形成される。圧電素子１２と本体部分１１ｃとは、導電性接着剤で接着される。この導電性接着剤は、例えば、熱硬化性を有するエポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂製の基剤内に、銀、金、銅等で構成された金属フィラーを分散させたものである。先ず、本体部分１１ｃに塗布された導電性接着剤の上に、圧電素子１２が載置される。その状態で、導電性接着剤が熱硬化されることにより、圧電素子１２と本体部分１１ｃとが接着される。そして、圧電素子１２の表面に、ワイヤボンディングなどで金などの金属細線（非図示）が接続される。金属構造体１１はステンレス板で形成されるので、金属構造体１１とこの金属細線との間に電圧を印加することで、圧電素子１２を変形させることが可能となる。圧電素子１２に印加する電圧が、水平走査部１０の共振周波数に相当する交流電圧であれば、圧電素子１２の変形に伴い、本体部分１１ｃに板波が励起される。この板波が、本体部分１１ｃ及び一対の捩れ梁部１１ｂを介してミラー部分１１ａに伝達されることで、ミラー部分１１ａは、所定の共振周波数において第１軸線ａ回りに揺動する。
【００３１】
［垂直走査部２０の構成］
次に、垂直走査部２０について説明する。図１〜図３に示されるように、垂直走査部２０は、主に、台座部２１、軸部２２、平面コイル２３、磁界発生部２４及び閉磁部２６から構成されている。以下、垂直走査部２０の構成について説明する。
【００３２】
台座部２１は、例えば、合成樹脂やステンレス等の非磁性体で構成されている。台座部２１は、基部２１ａと、支持部２１ｂとから構成されている。基部２１ａは、第１軸線ａ及び第２軸線ｂを含む平面に平行に伸長する、板状又はブロック状の部材である。支持部２１ｂは、この基部２１ａの一端から、第１軸線ａ及び第２軸線ｂを含む平面に直交する方向（図１において上方）に延出する。
【００３３】
軸部２２は、第２軸線ｂ回りに揺動可能なように、支持部２１ｂに支持される。軸部２２の長手方向は、第２軸線ｂの方向に沿って伸長する。具体的には、軸部２２は、第２軸線ｂを含む。軸部２２は、例えば、合成樹脂やステンレス等の非磁性体で構成されている。軸部２２の一端は、支持部２１ｂに取り付けられた軸受２５に軸支される。図３に示される実施形態では、軸受２５は、ボールベアリングである、しかし、軸受２５はこれに限定されず、ローラーベアリング等の転がり軸受、磁気軸受、流体軸受、硬質クロム／クロムモリブデンめっきやフッ素樹脂コーティングなどの低摩擦物質で軸部２２と接触する滑り軸受等のラジアル軸受であっても差し支え無い。軸受２５は、合成樹脂やステンレス等の非磁性体で構成されている。
【００３４】
図３に示されるように、軸部２２の先端には、合成樹脂等の非磁性体で構成されたスペーサ２７が、取り付けられている。図３に示されるように、スペーサ２７は、ブロック形状であり、軸部２２の先端から垂下している。図１や図３に示されるように、金属構造体１１の被取付部分１１ｄが、スペーサ２７の上端に載置された状態で取り付けられている。即ち、被取付部分１１ｄは、スペーサ２７を介して、軸部２２に取り付けられる。従って、取り付けられる／連結される／接続されるなどの文言は、単に１の部材と他の部材とが直接的に接合している構成は勿論のこと、上記のように、１の部材と他の部材との間に何らかの第３の部材を介して間接的に接合している構成も含むと解すべきである。金属構造体１１の上面、特に、ミラー部分１１ａの反射面１１ａ１には、軸部２２の回動中心である第２軸線ｂが通っている。このため、垂直走査部２０が回動しても、反射面１１ａ１が常に第２軸線ｂ上に位置する。従って、光がミラー部分１１ａから外れてしまうことが防止され、常にミラー部分１１ａに光が入射し、途切れ無く光が２次元走査される。図２に示されるように、金属構造体１１を含む水平走査部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３に示されるように、金属構造体１１は後述する一対の磁界発生部２４間の外部に配設されている。
【００３５】
スペーサ２７の下端には、平板状のコイル支持部材２８が取り付けられている。コイル支持部材２８は、合成樹脂等の非磁性体で構成されている。コイル支持部材２８は、金属構造体１１と平行に離間して配設されている。コイル支持部材２８の基部２１ａに対向する表面には、平面コイル２３が取り付けられている。例えば、平面コイル２３は、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、さらにその上に渦巻き状の導体箔を形成したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）であってよい。薄膜状の平面コイル２３は、コイル支持部材２８の下面に接着されている。この構造により、平面コイル２３は、金属構造体１１と平行に離間して配設されている。言い換えると、金属構造体１１は、平面コイル２３と、第１軸線ａ及び第２軸線ｂと直交する方向（高さ方向）に、離間されている。なお、平面コイル２３は、ＦＰＣでなく、コイル支持部材２８上に直接コイルパターンが形成される様態であってもよい。また、平面コイル２３が巻線で構成されるなど、平面コイル２３自体に剛性がある場合には、コイル支持部材２８は不要である。
【００３６】
図１に示されるように、台座部２１の基部２１ａ上には、磁界発生部２４が設けられる。磁界発生部２４は、第１磁石２４ａと、第２磁石２４ｂとを有する。第１磁石２４ａと、第２磁石２４ｂとは、それぞれ、第１磁極（例えばＮ極）となる面の法線ベクトルと、第２磁極（例えばＳ極）となる面の法線ベクトルとが異なる方向を向くように構成される。本実施形態では、第１磁石２４ａと、第２磁石２４ｂとは、Ｎ極とＳ極とが背向するように、即ち、Ｎ極となる面の法線ベクトルとＳ極となる面の法線ベクトルとが反対方向を向くように、構成される。ただし、Ｎ極とＳ極とが背向する以外の構成であっても、それぞれの磁極となる面の法線ベクトルが異なる方向を向いていれば、全て含まれる。第１磁石２４ａと、第２磁石２４ｂとは、平面コイル２３をその間に挟んだ状態で、基部２１ａ上に設けられる。第１磁石２４ａのＮ極と、第２磁石２４ｂのＳ極とは、第１軸線ａ及び第２軸線ｂに平行な面に沿う方向において相対する。本実施形態では、第１軸線ａに平行な方向において、第１磁石２４ａのＮ極と、第２磁石２４ｂのＳ極とが相対する。但し、例えば、第２軸線ｂに平行な方向において、第１磁石２４ａのＮ極と、第２磁石２４ｂのＳ極とが相対するなどの構成であっても差し支えない。要は、平面コイル２３を流れる電子に対して、上下方向の成分を有するローレンツ力が働くための磁界が発生するように、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂが配置されればよい。これによって、図４の（Ｂ）に示されるように、平面コイル２３は、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間に、磁界発生部２４が発する磁界の向きに配線パターンが交差するようにして設けられる。そして、図４の（Ｂ）に示されるように、平面コイル２３は、上下方向に関し、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの中間位置、つまり、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間の磁界強度が最も強い位置に設けられる。本実施形態では、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとは永久磁石であるが、電磁石であっても差し支え無い。なお、第１磁極がＳ極に、第２磁極がＮ極に設定されてもよい。
【００３７】
閉磁部２６は、鉄等の磁性体で構成され、第１閉磁部材２６ａ、第２閉磁部材２６ｂ及び第３閉磁部材２６ｃを有する。第１閉磁部材２６ａは、平面コイル２３及び磁界発生部２４と、金属構造体１１との間に設けられる。具体的には、第１閉磁部材２６ａは、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂの上面に接触する。これにより、平面コイル２３及び磁界発生部２４は、第１閉磁部材２６ａの下方に位置し、金属構造体１１は第１閉磁部材２６ａの上方に存在することとなる。第２閉磁部材２６ｂは、第１閉磁部材２６ａの両端から下方に延出し、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂの側面、具体的には、第１磁石２４ａの第２磁極（例えばＳ極）及び第２磁石２４ｂの第１磁極（例えばＮ極）に接触する。第３閉磁部材は、その両端が第２閉磁部材２６ｂに接続され、磁界発生部２４を挟んで第１閉磁部材２６ａと対向するように、磁界発生部２４に設けられる。具体的には、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂの下面に接触する。即ち、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂは、閉磁部２６によって接続される。
【００３８】
平面コイル２３に電流が流れると、平面コイル２３を流れる電子と磁界発生部２４が発生する磁界の相互作用により、平面コイル２３を流れる電子にローレンツ力が発生する。このローレンツ力によって、軸部２２が第２軸線ｂ回りに回動される。一対の平面コイル２３に流れる電流の方向及び電流値を制御することにより、軸部２２を第２軸線ｂ回りの任意の回動角度に回動させることができる。軸部２２が回動すると、ミラー部分１１ａもまた第２軸線ｂ回りに回動されるので、ミラー部分１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査される。このように、ミラー部分１１ａの共振により、ミラー部分１１ａに入射した光が第１軸線ａ回りに走査され、軸部２２の回動により、ミラー部分１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査されることにより、ミラー部分１１ａに入射した光が２次元走査される。
［閉磁部２６による効果］
２次元光走査装置５０に閉磁部２６が設けられる本実施形態と、設けられない比較例とを比較することで、閉磁部２６の奏する効果を説明する。図４（Ａ）に示されるように、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂが閉磁部２６で接続されていない場合（比較例）、磁界（図４では模式的な磁力線で表される）が磁界発生部２４の外部に漏れてしまう。一方で、図４（Ｂ）に示されるように、本実施形態では、第１磁石２４ａ及び第２磁石２４ｂが閉磁部２６で連結されているので、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間において、閉磁部２６内を磁界が通る磁気回路が形成される。その結果、磁界が磁界発生部２４の外部に殆ど漏れない。なお、磁界発生部２４と、閉磁部２６とは、必ずしも接触する必要はない。両者が多少離間しても、磁界発生部２４からの磁界が閉磁部２６を通り、実質的に磁気回路が形成されれば差し支えない。実際、閉磁部２６と磁界発生部２４とのが多少離間し、両者の間に空間が存在する場合、磁界が強くなる傾向にある。
【００３９】
図５（Ａ）は、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間の上下方向中間位置に平面コイル２３及び金属構造体１１が配設されている状態における、磁界発生部２４を横切り、且つ、平面コイル２３がある平面上の磁束密度を、シミュレーションによって求めた結果を示すグラフである。一方で、図５（Ｂ）は、本実施形態を示す図であり、第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間の上下方向中間位置に平面コイル２３が配設され、金属構造体１１が平面コイル２３から離間し、磁界発生部２４が閉磁部２６によって囲われている状態における、一対の磁界発生部２４を横切り、且つ、平面コイル２３がある平面上の磁束密度を、シミュレーションによって求めた結果を示すグラフである。
【００４０】
図５（Ａ）に示される比較例のように、金属構造体１１が第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間に設けられると、前述したように金属構造体１１は弱磁性であるので、第１磁石２４ａから出た磁界が、金属構造体１１内を通って第２磁石２４ｂに伝わる。その結果、同様に第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間に設けられる平面コイル２３が存在する位置における磁束密度が低下する。実際、図５（Ａ）に示されるように、平面コイル２３が存在する位置の磁束密度は、その両側に比べて優位に小さく、０．１Ｔ以下である。また、図５（Ａ）に示されるような構造では、弱磁性の金属構造体１１内にも、磁界が通る。そのため、金属構造体１１が磁界発生部２４からの磁界により拘束され、金属構造体１１の揺動が阻害される。
【００４１】
一方、図５（Ｂ）に示される本実施形態では、磁界発生部２４が、閉磁部２６によって囲われている。そして、平面コイル２３は第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとの間に設けられ、金属構造体１１は第１閉磁部材２６ａを挟んで平面コイル２３及び磁界発生部２４と対向する。このため、平面コイル２３の設けられる位置での磁束密度の低下が抑止される。実際、図５（Ｂ）に示されるように、平面コイル２３が存在する位置の磁束密度は、その両側に比べて小さいものの図５（Ａ）の場合よりは優位に大きく、０．３Ｔ程度である。このように、本実施形態では、磁界発生部２４が閉磁部２６によって囲われることで、金属構造体１１内を磁場が通ることに起因する、平面コイル２３上での磁束密度の低下が抑止される。その結果、平面コイル２３に電流を流した際に、消費電力の増加が防止される。同時に、金属構造体１１内を磁場が通ることに起因する金属構造体１１の拘束も抑止されるので、応答良く水平走査部１０が第２軸線ｂ回りに回動される。
［画像投影装置１００の説明］
次に図６を用いて、画像投影装置１００の説明をする。２次元光走査装置５０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１００に用いることが可能である。画像投影装置１００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。
【００４２】
画像投影装置１００は、光束生成手段１５０、光ファイバ１６１、コリメート光学系１６２、垂直ドライバ１８１、水平ドライバ１８２、２次元光走査装置５０、及び、結像光学系１９０を備える。光束生成手段１５０は、映像信号処理回路１２０、光源部１３０及び光合波部１４０から構成されている。映像信号処理回路１２０は、外部から入力される映像信号に基づいて、画像を形成するためのＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
【００４３】
光源部１３０は、Ｂレーザドライバ１３１、Ｇレーザドライバ１３２、Ｒレーザドライバ１３３、Ｂレーザ１３４、Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６を備える。Ｂレーザドライバ１３１は、映像信号処理回路１２０からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ１３４を駆動する。Ｇレーザドライバ１３２は、映像信号処理回路１２０からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ１３５を駆動する。Ｒレーザドライバ１３３は、映像信号処理回路１２０からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ１３６を駆動する。Ｂレーザ１３４，Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
【００４４】
光合波部１４０は、コリメート光学系１４１、１４２、１４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１６１に導く集光光学系１４７とを備える。Ｂレーザ１３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系１４１によって平行光化される。平行光化された青色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４４に入射する。Ｇレーザ１３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系１４２によって平行光化される。平行光化された緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４５に入射する。Ｒレーザ１３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系１４３によって平行光化される。平行光化された赤色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４６に入射する。ダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６にそれぞれ入射した青色、緑色及び赤色レーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合波され、集光光学系１４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系１４７によって集光され、光ファイバ１６１へ入射する。
【００４５】
垂直ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元光走査装置５０の平面コイル２３に供給する駆動電流を生成する。垂直ドライバ１８１の出力側は、平面コイル２３と接続している。垂直ドライバ１８１は、例えば６０Ｈｚの周波数で、軸部２２を等速にて揺動駆動する。水平ドライバ１８２は、映像信号処理回路１２０から出力される水平同期信号に基づいて、２次元光走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成する。水平ドライバ１８２の出力側は、圧電素子１２に接続している。水平ドライバ１８２は、金属構造体１１の共振周波数（例えば３０ｋＨｚ）にて、ミラー部分１１ａを揺動駆動する。
【００４６】
光ファイバ１６１から出射したレーザ光は、コリメート光学系１６２によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、２次元光走査装置５０のミラー部分１１ａに入射する。２次元光走査装置５０の圧電素子１２は、水平ドライバ１８２から供給される駆動電流によって、ミラー部分１１ａを振動させる。この振動によって、ミラー部分１１ａに入射したレーザ光は、水平方向に走査される。２次元光走査装置５０の平面コイル２３は、垂直ドライバ１８１から供給される駆動電流によって、水平走査部１０を回動させ、ミラー部分１１ａに入射したレーザ光を垂直方向に走査させる。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。但し、水平方向が使用者に対して上下方向に、垂直方向が使用者に対して左右方向に定義されてもよい。２次元光走査装置５０のミラー部分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。結像光学系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、結像光学系１９０によって結像される。言い換えると、２次元走査光は、結像光学系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。
【００４７】
前記した実施形態では、光源部１３０は、レーザドライバ１３１〜１３３とレーザ１３４〜１３６とから構成されているが、光源部１３０は、電球、冷陰極管等の蛍光管、ＬＥＤ等であっても差し支え無い。なお、網膜走査型ディスプレイの例で画像投影装置１００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１００にも本発明の２次元光走査装置５０を使用可能なことは言うまでもない。この場合、前記した実施形態における結像光学系１９０の代わりに、所定の距離に位置するスクリーン上に焦点を結ぶための結像光学系が必要となる。
【００４８】
以上説明した実施形態では、磁界発生部２４は第１磁石２４ａと第２磁石２４ｂとで平面コイル２３を挟むように配設されている。しかし、磁界発生部２４が単一の磁石で構成され、平面コイル２３に磁界を作用させて、水平走査部１０を回動させる実施形態であっても差し支え無い。この実施形態であっても、磁界発生部２４を囲うように閉磁部２６が設けられ、その閉磁部２６の内部に平面コイル２３が、外部に金属構造体１１が設けられれば、本発明の範囲に含まれる。
【００４９】
以上説明した実施形態では、軸部２２、軸受２５によって、回動可能に台座部２１に軸支されている。しかし、軸部２２の代わりに、ねじれ梁で構成された揺動部を揺動可能に基台に取り付けた実施形態であっても差し支え無い。この実施形態の場合には、平面コイル２３を流れる電流と磁界発生部２４が発生する磁界の相互作用により前記揺動部が第２軸線ｂ回りに揺動されて、水平走査部１０もまた第２軸線ｂ回りに揺動される。なお、軸部２２は、軸受２５によって、回動可能に台座部２１に軸支されていることが好ましい。これは、軸部２２の代わりに、ねじれ梁で構成された揺動部を揺動可能に基台に取り付けると、揺動部が揺動した際に、ねじれ梁である揺動部に復元力が作用してしまうため、揺動部が単振動してしまうからであり、水平走査部１０を狙い通りの位置に揺動させることが困難であるからである。軸部２２、２９が、軸受２５によって、回動可能に台座部２１に軸支されている実施形態では、軸部２２、２９が回動する際の摺動抵抗は小さいことから、水平走査部１０の第２軸線ｂ回りの回動の応答性が良い。
【００５０】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う２次元光走査装置及びこれを用いた画像投影装置もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００５１】
１０    水平走査部
１１    金属構造体
１１ａ  ミラー部分
１１ｂ  捩れ梁部分
１１ｃ  本体部分
１１ｄ  被取付部分
１２    圧電素子
２０    垂直走査部
２１    台座部
２２    軸部
２３    平面コイル
２４    磁界発生部
２５    軸受
２６    閉磁部
２６ａ  第１閉磁部材
２６ｂ  第２閉磁部材
２６ｃ  第３閉磁部材
２７    スペーサ
５０    ２次元光走査装置
１００  画像投影装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005447411.tif 000004
【図４】
0005447411.tif 000005
【図５】
0005447411.tif 000006
【図６】
0005447411.tif 000007