(57)【要約】【課題】迷光を低減しつつ、消費電力を小さく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。【解決手段】光反射部を有する可動部と、枠体部と、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、前記枠体部を第２揺動軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部と、前記枠体部に固定されている固定部と、前記固定部に固定されている永久磁石と、を備え、前記枠体部は、枠状のリブを有し、前記固定部の前記可動部側の面には、光の反射を低減する反射低減部が設けられ、前記リブおよび前記固定部のうちの少なくとも一方には、平面視で前記枠体部または前記可動部に重なる領域に、連通部が設けられていることを特徴とする光スキャナー。【選択図】図２
2018055008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する光反射部を有する可動部と、
前記可動部の少なくとも一部を囲んで設けられている枠体部と、
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、
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、
前記枠体部に固定されている固定部と、
前記固定部に対して前記可動部とは反対側に配置され、前記固定部に固定されている永久磁石と、を備え、
前記枠体部は、前記第１軸部または前記第２軸部よりも前記永久磁石側に突出している枠状のリブを有し、
前記固定部の前記可動部側の面には、光の反射を低減する反射低減部が設けられ、
前記リブおよび前記固定部のうちの少なくとも一方には、前記枠体部の厚さ方向から見た平面視で前記枠体部または前記可動部に重なる領域に、前記リブの内側に形成されている空間の内外を連通させている連通部が設けられていることを特徴とする光スキャナー。
【請求項２】
前記連通部は、前記リブと前記固定部との間に設けられている請求項１に記載の光スキャナー。
【請求項３】
前記連通部は、前記固定部に設けられている請求項１または２に記載の光スキャナー。
【請求項４】
前記リブは、
前記固定部に接続されている厚肉部と、
前記リブの周方向で前記厚肉部に隣接し、前記厚肉部の厚さよりも厚さが薄い薄肉部と、を有し、
前記連通部は、前記薄肉部と前記固定部との間に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項５】
前記厚肉部は、前記平面視で前記第１揺動軸および前記第２揺動軸のそれぞれの軸上に配置されている請求項４に記載の光スキャナー。
【請求項６】
前記連通部は、前記平面視で前記第１揺動軸に対して対称に設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項７】
前記リブは、シリコン材料で構成され、
前記固定部は、ガラス材料で構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項８】
前記リブおよび前記固定部は、ガラス材料で一体的に構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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２次元的に走査する光スキャナーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動部と、枠状の枠体部と、可動部を枠体部に対して第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部と、枠体部を第１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、枠体部の光反射部とは反対側の面に設けられたスペーサーと、スペーサーの光反射部とは反対側の面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。このような光スキャナーでは、互いに周波数の異なる２つの電圧を重畳してコイルに印加することにより、可動部をＸ軸まわりおよびＹ軸まわりに互いに異なる周波数で回動させ、これにより、光反射部で反射した光を２次元的に走査する。
【０００４】
また、特許文献１に記載の光スキャナーでは、スペーサーを平面視で永久磁石の枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けることで、スペーサーと永久磁石との接合面積を広くし、スペーサーを介して永久磁石を枠体部に強固に接合している。また、スペーサーには、光の反射を低減する反射低減部が設けられており、これにより、可動部と枠体部との間に入り込んだ光が迷光となるのを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０７９０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の光スキャナーでは、スペーサーが枠体部の内側の領域全体を覆うように設けられている。そのため、特許文献１に記載の光スキャナーでは、可動部が揺動するとき、可動部が受ける空気抵抗が大きく、その結果、消費電力の増大を招くという問題がある。このような問題は、可動部を共振駆動（共振周波数で揺動）させるときに、特に顕著となる。
【０００７】
本発明の目的は、迷光を低減しつつ、消費電力を小さく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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
前記可動部の少なくとも一部を囲んで設けられている枠体部と、
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、
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、
前記枠体部に固定されている固定部と、
前記固定部に対して前記可動部とは反対側に配置され、前記固定部に固定されている永久磁石と、を備え、
前記枠体部は、前記第１軸部または前記第２軸部よりも前記永久磁石側に突出している枠状のリブを有し、
前記固定部の前記可動部側の面には、光の反射を低減する反射低減部が設けられ、
前記リブおよび前記固定部のうちの少なくとも一方には、前記枠体部の厚さ方向から見た平面視で前記枠体部または前記可動部に重なる領域に、前記リブの内側に形成されている空間の内外を連通させている連通部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このような光スキャナーによれば、枠体部と永久磁石との間に介在している固定部の可動部側の面に反射低減部が設けられているため、可動部と枠体部との間に侵入した光が永久磁石等に反射して迷光となることを低減することができる。また、リブおよび固定部のうちの少なくとも一方に、リブの内側に形成されている空間の内外を連通させている連通部が設けられているため、可動部の揺動時に、連通部を通じてリブの内側から外側へ気体（例えば空気）を逃がし、可動部が受ける空気抵抗を低減することができる。そのため、可動部を共振で揺動させるときのＱ値低下を低減し、その結果、光スキャナーの消費電力を低減することができる。しかも、枠体部の厚さ方向から見た平面視で連通部が枠体部または可動部に重なる領域に設けられているため、連通部が迷光の原因とならずに、前述したような反射低減部による迷光防止の効果を好適に発揮させることができる。
【００１０】
本発明の光スキャナーでは、前記連通部は、前記リブと前記固定部との間に設けられていることが好ましい。
これにより、リブの必要な機械的強度を確保しつつ、横断面積の大きな連通部を形成することができる。
【００１１】
本発明の光スキャナーでは、前記連通部は、前記固定部に設けられていることが好ましい。
これにより、リブの機械的強度の低下を招くことなく、連通部を形成することができる。
【００１２】
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、
前記固定部に接続されている厚肉部と、
前記リブの周方向で前記厚肉部に隣接し、前記厚肉部の厚さよりも厚さが薄い薄肉部と、を有し、
前記連通部は、前記薄肉部と前記固定部との間に形成されていることが好ましい。
これにより、リブに厚さの異なる複数の部分（厚肉部および薄肉部）を設けるという比較的簡単な構成で、連通部を形成することができる。
【００１３】
本発明の光スキャナーでは、前記厚肉部は、前記平面視で前記第１揺動軸および前記第２揺動軸のそれぞれの軸上に配置されていることが好ましい。
これにより、枠体部の変形を効果的に低減することができる。
【００１４】
本発明の光スキャナーでは、前記連通部は、前記平面視で前記第１揺動軸に対して対称に設けられていることが好ましい。
これにより、枠体部の不本意な振動を低減することができる。
【００１５】
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、シリコン材料で構成され、
前記固定部は、ガラス材料で構成されていることが好ましい。
これにより、リブおよび固定部をそれぞれエッチングにより高精度に形成することができる。また、リブと固定部とを陽極接合により強固に接合することができる。
【００１６】
本発明の光スキャナーでは、前記リブおよび前記固定部は、ガラス材料で一体的に構成されていることが好ましい。
これにより、リブおよび固定部をガラス基板のエッチングにより高精度に形成することができる。また、リブと固定部とが一体となるため、リブおよび固定部の機械的強度を優れたものとすることができる。
【００１７】
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、光スキャナーでの迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナーの消費電力を低減することで、画像表示装置の消費電力の低減を図ることができる。
【００１８】
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、光スキャナーでの迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナーの消費電力を低減することで、ヘッドマウントディスプレイの消費電力の低減を図ることができる。
【００１９】
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、光スキャナーでの迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナーの消費電力を低減することで、ヘッドアップディスプレイの消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た斜視図である。
【図４】図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た図（裏面図）である。
【図５】図４に示す薄肉部によって形成された連通部の作用を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た図（裏面図）である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。
【図８】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。
【図９】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１０】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１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（光スキャナー）
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、構造体１０は、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、固定部５０と、を備える。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Ｙ軸（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、固定部５０および永久磁石２０は、可動部２、第１軸部３、枠体部４、固定部５０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Ｘ軸（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の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の振動系を互いに異なる周波数で振動させて、可動部２をＸ軸およびＹ軸まわりに揺動（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。
【００２５】
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。
【００２６】
このような可動部２は、図１に示すように、平面視で、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。
【００２７】
枠体部４は、平面視で、第１振動系（可動部２および第１軸部３）の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動部２のＹ軸まわりの揺動を許容しつつ、枠体部４の小型化を図ることができる。また、枠体部４は、平面視で第１振動系との間の隙間が一定となるように形成されている。これにより、第１振動系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、枠体部４の平面視形状は、図示の形状に限定されず、例えば、平面視での内周縁および外周縁の少なくとも一方が四角形、円形または楕円形等をなす形状であってもよい。
【００２８】
この枠体部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。また、リブ４２には、リブ４２の内外を連通させている連通部４２５が形成されている。これにより、可動部２の揺動時に、連通部４２５を通じてリブ４２の内側から外側へ気体（空気）を逃がし、可動部２が受ける空気抵抗を低減することができる。なお、リブ４２については、後に詳述する。
【００２９】
第１軸部３は、可動部２のＹ軸方向での両端部からＹ軸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Ｙ軸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Ｘ軸方向での両端部からＸ軸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Ｘ軸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。
【００３０】
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からなる構造体を囲むように設けられている。この支持部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。なお、支持部６の形状は、第２軸部５を安定的に支持することができれば、図示の形状に限定されず任意である。
【００３１】
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をこの順に積層した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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、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、固定部５０が接合されている。この接合方法としては、特に限定されず、接着剤を用いた接合方法であってもよいが、固定部５０のリブ４２との接合部がガラス材料で構成されている場合、陽極接合を用いることができる。ここで、リブ４２の先端面（下面）の周方向での全域（後述する薄肉部４２４を除く）が固定部５０に接合されている。これにより、固定部５０を枠体部４に対して安定的に固定することができる。
【００３４】
固定部５０は、板状の基部５０１と、基部５０１の上面に設けられている反射低減部５０２と、を有する。
【００３５】
基部５０１は、平面視で、第１振動系と枠体部４との間の領域、および、第２振動系と支持部６との間の領域のそれぞれに重なって設けられている。図示では、基部５０１は、平面視で、支持部６の内周縁よりも若干外側で当該内周縁に沿った外形を有する。基部５０１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス材料を用いることができる。これにより、エッチングにより高い寸法精度の固定部５０を形成することができる。また、基部５０１がガラス材料で構成されていることにより、固定部５０と枠体部４とを陽極接合により強固に接合することができる。なお、基部５０１は、平面視で第１振動系と枠体部４との間の領域に重なって設けられていればよく、基部５０１の全面に設けられていなくてもよい。
【００３６】
反射低減部５０２は、基部５０１の上面に反射低減処理を施すことにより形成され、光の反射を低減する機能を有する。この反射低減部５０２は、平面視で、第１振動系と枠体部４との間の領域、および、第２振動系と支持部６との間の領域のそれぞれに重なって設けられている。また、反射低減部５０２は、平面視で、永久磁石２０およびコイル３０のそれぞれに重なって設けられている。反射低減部５０２の反射低減処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜（誘電体多層膜）の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。中でも、反射低減部５０２は、誘電体多層膜、黒色膜等の反射防止膜であるのが好ましく、特に、クロム（Ｃｒ）で構成されている反射防止膜であるのが好ましい。これにより、反射低減部５０２の反射低減作用を優れたものとすることができる。また、クロムで構成された反射防止膜は、簡単に形成できる。なお、反射低減部５０２は、平面視で第１振動系と枠体部４との間の領域に重なって設けられていればよく、基部５０１の全面に設けられていなくてもよい。
【００３７】
このような固定部５０の下面（より具体的には基部５０１の下面）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。ここで、永久磁石２０の上面の全域が固定部５０に接合されている。これにより、永久磁石２０を固定部５０に対して安定的に固定することができる。
【００３８】
永久磁石２０は、平面視にて、Ｘ軸およびＹ軸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、Ｘ軸およびＹ軸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。
【００３９】
また、平面視にてＸ軸に対する永久磁石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く、３０°以上４５°以下であることがより好ましい。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Ｘ軸およびＹ軸まわりに回動させることができる。
【００４０】
永久磁石２０の直下には、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Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向の磁界が発生する。
【００４１】
電圧印加部４０は、図示しないが、可動部２をＹ軸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Ｘ軸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。
【００４２】
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。
【００４３】
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のリブ４２について詳述する。
【００４４】
図３は、図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た斜視図である。図４は、図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た図（裏面図）である。図５は、図４に示す薄肉部によって形成された連通部の作用を説明するための図である。
【００４５】
前述したように、光スキャナー１は、可動部２と、枠体部４と、第１軸部３と、第２軸部５と、固定部５０と、永久磁石２０と、を備える。ここで、図２に示すように、可動部２は、光を反射する光反射部２１１を有する。枠体部４は、可動部２の少なくとも一部を囲んで設けられており、第１軸部３または第２軸部５よりも永久磁石２０側に突出している枠状のリブ４２を有する。図１に示すように、第１軸部３は、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Ｙ軸まわりに揺動可能に支持している。第２軸部５は、枠体部４をＹ軸と交差する「第２揺動軸」であるＸ軸まわりに揺動可能に支持している。図２に示すように、固定部５０は、枠体部４に対して光反射部２１１とは反対側に配置され、枠体部４に固定されている。永久磁石２０は、固定部５０に対して枠体部４とは反対側に配置され、固定部５０に固定されている。
【００４６】
特に、固定部５０の可動部２側の面には、光の反射を低減する反射低減部５０２が設けられている。また、リブ４２には、枠体部４の厚さ方向から見た平面視で枠体部４に重なる領域に、リブ４２の内側に形成されている空間Ｓ１の内外を連通させている連通部４２５が設けられている。
【００４７】
図３および図４に示すように、枠体部４のリブ４２は、平面視でＸ軸に重なっている１対の厚肉部４２１と、平面視でＹ軸に重なっている１対の厚肉部４２２と、平面視でＸ軸およびＹ軸のいずれにも重なっていない４つの厚肉部４２３と、厚肉部４２１、４２３間および厚肉部４２２、４２３間に配置されている８つの薄肉部４２４と、で構成されている。ここで、薄肉部４２４の厚さは、厚肉部４２１、４２２、４２３の各厚さよりも薄い。また、厚肉部４２１、４２２、４２３および薄肉部４２４は、それぞれ、枠体部４の本体部４１に接合されている。また、厚肉部４２１、４２２、４２３は、固定部５０に接合されているのに対し、薄肉部４２４は、固定部５０に接合されておらず、これにより、固定部５０との間に連通部４２５として隙間が形成されている。
【００４８】
言い換えると、リブ４２の先端面（下面）には、平面視でＸ軸およびＹ軸と重ならない領域内に、リブ４２の内外を連通させている複数（図示では８つ）の凹部（連通部４２５）が形成され、これにより、厚肉部４２１、４２２、４２３および薄肉部４２４が形成されている。このような凹部は、前述したＳＯＩ基板のハンドル層をハーフエッチングすることで形成することができる。図４に示すように、複数の薄肉部４２４は、平面視で、Ｘ軸およびＹ軸の交点を中心として放射状に沿った形状をなしている。これにより、図５に示すように、連通部４２５を通じて空間Ｓ１内の気体Ｇｓを外部へ円滑に逃すこと、または、連通部４２５を通じて気体Ｇｓを空間Ｓ１内へ円滑に導入することができる。以下、これを連通部４２５の「通気機能」という。なお、ＳＯＩ基板のハンドル層をデバイス層までエッチングすることで、薄肉部４２４を形成せずに、枠体部４の本体部４１と固定部５０との間に、通気機能を有する連通部を形成することも可能である。
【００４９】
８つの連通部４２５のうち、Ｘ軸に近い位置にある４つの連通部４２５の各幅と、Ｙ軸に近い位置にある４つの連通部４２５の各幅とは、図示では互いに等しいが、互いに異なっていてもよい。この場合、Ｘ軸に近い位置にある４つの連通部４２５の各幅を、Ｙ軸に近い位置にある４つの連通部４２５の各幅よりも大きくすることが好ましい。これにより、可動部２がＹ軸まわりの揺動に受ける空気抵抗を効果的に低減することができる。また、連通部４２５での気体の流動抵抗を小さくする観点から、連通部４２５の空間Ｓ１側の開口端部が空間Ｓ１側に向けて拡がる形状（テーパー状）をなすことが好ましく、また、連通部４２５の空間Ｓ１とは反対側の端部が空間Ｓ１とは反対側に向けて拡がる形状をなすことが好ましい。
【００５０】
このような光スキャナー１によれば、枠体部４と永久磁石２０との間に介在している固定部５０の可動部２側の面に反射低減部５０２が設けられているため、可動部２と枠体部４との間に侵入した光が永久磁石２０等に反射して迷光となることを低減することができる。また、リブ４２に、リブ４２の内側に形成されている空間Ｓ１の内外を連通させている連通部４２５が設けられているため、図５中二点鎖線で示すような可動部２の揺動時に、連通部４２５を通じて、リブ４２の内側から外側へ気体Ｇｓ（例えば空気）を逃がし、または、リブ４２の外側から内側へ気体Ｇｓを導入し、空間Ｓ１の圧力を可及的に一定に保つとともに、可動部２が受ける空気抵抗を低減することができる。そのため、可動部２を共振で揺動させるときのＱ値低下を低減し、その結果、光スキャナー１の消費電力を低減することができる。しかも、枠体部４の厚さ方向から見た平面視で連通部４２５が枠体部４に重なる領域に設けられているため、連通部４２５が迷光の原因とならずに、前述したような反射低減部５０２による迷光防止の効果を好適に発揮させることができる。
【００５１】
また、連通部４２５は、リブ４２と固定部５０との間に設けられている。これにより、リブ４２の必要な機械的強度を確保しつつ、横断面積の大きな連通部４２５を形成することができ、その通気機能を十分に発揮することができる。
【００５２】
前述したように、リブ４２は、固定部５０に接続されている厚肉部４２１、４２２、４２３と、リブ４２の周方向で厚肉部４２１、４２２、４２３に隣接し、厚肉部４２１、４２２、４２３の厚さよりも厚さが薄い薄肉部４２４と、を有する。そして、連通部４２５は、薄肉部４２４と固定部５０との間に形成されている。これにより、リブ４２に厚さの異なる複数の部分（厚肉部４２１〜４２３および薄肉部４２４）を設けるという比較的簡単な構成で、連通部４２５を形成することができ、その通気機能を十分に発揮することができる。
【００５３】
ここで、厚肉部４２１、４２２は、平面視で「第１揺動軸」であるＹ軸および「第２揺動軸」であるＸ軸のそれぞれの軸上に配置されている。これにより、枠体部４の変形を効果的に低減することができる。
【００５４】
また、連通部４２５は、平面視で「第１揺動軸」であるＹ軸に対して対称に設けられている。これにより、枠体部４の不本意な振動を低減することができる。
【００５５】
また、リブ４２は、シリコン材料で構成され、固定部５０は、ガラス材料で構成されている。これにより、リブ４２および固定部５０をそれぞれエッチングにより高精度に形成することができる。また、リブ４２と固定部５０とを陽極接合により強固に接合することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部を永久磁石側から見た図（裏面図）である。
【００５７】
以下、第２実施形態について説明するが、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。なお、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
本実施形態は、連通部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。
【００５８】
図６に示す光スキャナー１Ａは、可動部２を第１軸部３を介して支持しているとともに第２軸部５に支持されている枠体部４Ａを備える。この枠体部４Ａは、可動部２の少なくとも一部を囲んで設けられており、第１軸部３または第２軸部５よりも突出している枠状のリブ４２Ａを有する。
【００５９】
リブ４２Ａは、平面視でＸ軸に重なっている１対の厚肉部４２１Ａと、平面視でＹ軸に重なっている１対の厚肉部４２２Ａと、平面視でＸ軸およびＹ軸のいずれにも重なっていない４つの厚肉部４２３Ａと、厚肉部４２１Ａ、４２３Ａ間および厚肉部４２２Ａ、４２３Ａ間に配置されている８つの薄肉部４２４Ａと、で構成されている。ここで、薄肉部４２４Ａの厚さは、厚肉部４２１Ａ、４２２Ａ、４２３Ａの各厚さよりも薄い。また、厚肉部４２１Ａ、４２２Ａ、４２３Ａおよび薄肉部４２４Ａは、それぞれ、枠体部４Ａの本体部４１に接合されている。また、厚肉部４２１Ａ、４２２Ａ、４２３Ａは、前述した固定部５０と同様の固定部（図示せず）に接合されているのに対し、薄肉部４２４Ａは、当該固定部に接合されておらず、これにより、当該固定部との間に連通部４２５として隙間（凹部）が形成されている。
【００６０】
本実施形態では、複数の薄肉部４２４Ａは、平面視で、Ｘ軸方向に沿った形状をなしている。したがって、図示しないが、各薄肉部４２４Ａと固定部との間に形成される連通部４２５も平面視でＸ軸方向に沿った形状をなすこととなる。これにより、当該連通部４２５を通じて空間内の気体を外部へ円滑に逃すことができる。
【００６１】
以上のような第２実施形態によっても、迷光を低減しつつ、光スキャナー１Ａの消費電力を小さくすることができる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。
【００６３】
以下、第３実施形態について説明するが、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。なお、図７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００６４】
本実施形態は、リブおよび固定部を一体化するとともに連通部を固定部にも設けた以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【００６５】
図７に示す光スキャナー１Ｂは、振動系を有する構造体１０Ｂと、構造体１０Ｂ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１０Ｂ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。
【００６６】
構造体１０Ｂは、可動部２と、第１軸部（図示せず）と、枠体部４Ｂと、第２軸部５と、支持部６Ｂと、固定部５０Ｂと、を備える。枠体部４Ｂは、本体部４１と、本体部４１の下面に接合されているリブ４２Ｂと、を有する。支持部６Ｂは、本体部６１と、本体部６１の下面に接合されている補強部６２Ｂと、を有する。固定部５０Ｂは、板状の基部５０３と、基部５０３の上面に設けられている反射低減部５０４と、を有する。この固定部５０Ｂには、平面視で枠体部４Ｂに重なる位置に厚さ方向に貫通している連通部４２６と、平面視で可動部２に重なる位置に厚さ方向に貫通している連通部４２７と、が形成されている。このような連通部４２６、４２７の通気機能は、前述した連通部４２５のそれと同様である。また、反射低減部５０４は、前述した反射低減部５０２と同様であるが、図示では、リブ４２Ｂの側面にも連続的に形成されている。
【００６７】
ここで、リブ４２Ｂ、補強部６２Ｂおよび基部５０３は、それぞれ、ガラス材料で構成されている。そして、リブ４２Ｂおよび基部５０３は、一体的に形成されている。このような可動部２、第１軸部、枠体部４Ｂの本体部４１、第２軸部５および支持部６Ｂの本体部６１は、シリコン基板をエッチングすることで形成することができる。枠体部４Ｂのリブ４２Ｂ、支持部６Ｂの補強部６２Ｂおよび固定部５０Ｂの基部５０３は、ガラス基板をエッチングすることで形成することができる。
【００６８】
より具体的には、例えば、ガラス基板の一方の面に、固定部５０Ｂの上側の空間となる凹部を形成し、当該凹部の壁面に反射低減処理を施した後に、シリコン基板を陽極接合し、その後、シリコン基板をエッチングすることで、可動部２、第１軸部、本体部４１、第２軸部５および本体部６１を形成する。そして、可動部２、第１軸部、本体部４１、第２軸部５および本体部６１をレジストで保護し、その状態で、ガラス基板を薄肉化した後に、その薄肉化されたガラス基板をエッチングすることで、リブ４２Ｂ、補強部６２Ｂおよび基部５０３を形成し、レジストを除去する。
【００６９】
このように、光スキャナー１Ｂでは、前述したように、リブ４２Ｂおよび固定部５０Ｂは、ガラス材料で一体的に構成されている。これにより、リブ４２Ｂおよび固定部５０Ｂをガラス基板のエッチングにより高精度に形成することができる。また、リブ４２Ｂと固定部５０Ｂとが一体となるため、リブ４２Ｂおよび固定部５０Ｂの機械的強度を優れたものとすることができる。
【００７０】
また、連通部４２６、４２７は、枠体部４Ｂの厚さ方向から見た平面視で枠体部４Ｂまたは可動部２に重なる領域で固定部５０Ｂに設けられている。これにより、リブ４２Ｂの機械的強度の低下を招くことなく、連通部４２６、４２７を形成することができ、その通気機能を十分に発揮することができる。
【００７１】
以上のような第３実施形態によっても、迷光を低減しつつ、光スキャナー１Ｂの消費電力を小さくすることができる。
【００７２】
＜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。
【００７３】
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、Ｘ軸がスクリーンＳの横方向と平行であり、Ｙ軸がスクリーンＳの縦方向と平行である。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
２次元走査の際、光スキャナー１の可動部２のＹ軸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Ｘ軸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。
【００７９】
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。このような画像表示装置９によれば、光スキャナー１での迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナー１の消費電力を低減することで、画像表示装置９の消費電力の低減を図ることができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
＜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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。このようなヘッドアップディスプレイ２１０によれば、光スキャナー１での迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナー１の消費電力を低減することで、ヘッドアップディスプレイ２１０の消費電力の低減を図ることができる。
【００９０】
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。
【００９１】
＜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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。このようなヘッドマウントディスプレイ３００によれば、光スキャナー１での迷光を低減することで、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナー１の消費電力を低減することで、ヘッドマウントディスプレイ３００の消費電力の低減を図ることができる。
【００９６】
なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つ画像表示装置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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、本発明は、図示の連通部の位置、大きさ、数、形状等に限定されない。例えば、連通部は、枠体部が有するリブの厚さ方向での途中に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１…光スキャナー、１Ａ…光スキャナー、１Ｂ…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、４Ｂ…枠体部、５…第２軸部、５ａ…第２軸部、５ｂ…第２軸部、６…支持部、６Ｂ…支持部、９…画像表示装置、１０…構造体、１０Ｂ…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、４２Ａ…リブ、４２Ｂ…リブ、５０…固定部、５０Ｂ…固定部、６１…本体部、６２…補強部、６２Ｂ…補強部、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、４２１…厚肉部、４２１Ａ…厚肉部、４２２…厚肉部、４２２Ａ…厚肉部、４２３…厚肉部、４２３Ａ…厚肉部、４２４…薄肉部、４２４Ａ…薄肉部、４２５…連通部、４２６…連通部、４２７…連通部、５０１…基部、５０２…反射低減部、５０３…基部、５０４…反射低減部、９１１…赤色光源装置、９１２…青色光源装置、９１３…緑色光源装置、Ｇｓ…気体、Ｓ…スクリーン、Ｓ１…空間、Ｘ…軸線（第２揺動軸）、Ｙ…軸線（第１揺動軸）
【図１】
2018055008.tif 000003
【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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