(57)【要約】【課題】優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナーを提供すること、さらには、この光スキャナーを有する信頼性の高い画像表示装置、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。【解決手段】光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える第１可動部と、内側に前記第１可動部が位置する枠状の第２可動部と、前記第１可動部と前記第２可動部とを接続し、前記第１可動部を第１軸まわりに揺動可能に支持する第１軸部と、前記第２可動部に接続し、前記第２可動部を前記第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軸部と、前記第１可動部に設けられ、前記第１軸および前記第２軸の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石と、を有し、前記永久磁石に磁界を作用させることで、前記第１可動部が前記第１軸まわりに揺動し、前記第２可動部が前記第２軸まわりに揺動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性を有する光反射部を備える第１可動部と、
内側に前記第１可動部が位置する枠状の第２可動部と、
前記第１可動部と前記第２可動部とを接続し、前記第１可動部を第１軸まわりに揺動可能に支持する第１軸部と、
前記第２可動部に接続し、前記第２可動部を前記第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軸部と、
前記第１可動部に設けられ、前記第１軸および前記第２軸の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石と、を有し、
前記永久磁石に磁界を作用させることで、前記第１可動部が前記第１軸まわりに揺動し、前記第２可動部が前記第２軸まわりに揺動することを特徴とする光スキャナー。
【請求項２】
前記第１可動部から前記第２可動部へ駆動力が伝わることで、前記第２可動部が前記第２軸まわりに揺動する請求項１に記載の光スキャナー。
【請求項３】
前記永久磁石の磁化の方向は、前記第１軸に対して１０°以上、６０°以下の範囲内で傾斜している請求項１または２に記載の光スキャナー。
【請求項４】
前記第１可動部に設けられているリブを有する請求項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】
前記リブは、前記第１可動部の、前記第１軸部との接続部に設けられている請求項４に記載の光スキャナー。
【請求項６】
前記永久磁石は、前記リブにより位置決めされている請求項４または５に記載の光スキャナー。
【請求項７】
前記リブは、前記永久磁石を挟んで一対設けられている請求項４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】
前記第１可動部と前記永久磁石との重なり方向から見た平面視で、前記永久磁石は、前記第１可動部からはみ出していない請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項９】
前記永久磁石は、前記第１可動部を挟んで前記光反射部と反対側に位置している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項１０】
前記第１可動部は、前記第１軸まわりに共振で揺動し、
前記第２可動部は、前記第２軸まわりに非共振で揺動する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光スキャナーを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光スキャナーと、
前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有す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１３】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光スキャナーを有す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、特許文献１には、ジンバル型の光スキャナーが開示されている。このような光スキャナーは、光反射部を有する第１可動部と、内側に第１可動部が位置する枠状の第２可動部と、第１可動部と第２可動部とを接続し、第１可動部を第１軸まわりに揺動可能に支持する第１軸部と、第２可動部を第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軸部と、第１軸および第２軸の両軸に対して傾斜するように第２可動部に設けられた永久磁石と、を有している。そして、永久磁石に磁界を作用させると、第２可動部が第２軸まわりに非共振で揺動すると共に、第１可動部が第１軸まわりに共振で揺動し、これにより、第１可動部が第１軸および第２軸の両軸まわりに揺動するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１６９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような構成の光スキャナーでは、第２可動部が枠状をなしていて質量が大きい上に、第２可動部に永久磁石が設けられているため、第２可動部の慣性モーメントが大きくなる。慣性モーメントが大きくなると、共振振動のＱ値（共振振動の発生のし易さを現す値であり、Ｑ値が大きい程、共振が起き易い）が大きくなるため、非共振で揺動させているはずの第２可動部に共振の振動が重畳してしまうおそれがある。その結果、光スキャナーの揺動特性が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナーを提供すること、さらには、この光スキャナーを有する信頼性の高い画像表示装置、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】
【０００６】
このような目的は、下記の発明により達成される。
【０００７】
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える第１可動部と、
内側に前記第１可動部が位置する枠状の第２可動部と、
前記第１可動部と前記第２可動部とを接続し、前記第１可動部を第１軸まわりに揺動可能に支持する第１軸部と、
前記第２可動部に接続し、前記第２可動部を前記第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軸部と、
前記第１可動部に設けられ、前記第１軸および前記第２軸の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石と、を有し、
前記永久磁石に磁界を作用させることで、前記第１可動部が前記第１軸まわりに揺動し、前記第２可動部が前記第２軸まわりに揺動することを特徴とする。
【０００８】
これにより、第２可動部の慣性モーメントが小さくなるため、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナーとなる。
【０００９】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部から前記第２可動部へ駆動力が伝わることで、前記第２可動部が前記第２軸まわりに揺動することが好ましい。
【００１０】
これにより、より確実に、第１可動部を第１軸および第２軸の両軸まわりに揺動させることができる。
【００１１】
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石の磁化の方向は、前記第１軸に対して１０°以上、６０°以下の範囲内で傾斜していることが好ましい。
【００１２】
これにより、より確実に、第１可動部および第２可動部をそれぞれの軸まわりに揺動させることができる。
【００１３】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部に設けられているリブを有することが好ましい。
これにより、第１可動部の動撓みを抑制することができる。
【００１４】
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、前記第１可動部の、前記第１軸部との接続部に設けられていることが好ましい。
これにより、より効果的に、第１可動部の動撓みを抑制することができる。
【００１５】
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石は、前記リブにより位置決めされていることが好ましい。
これにより、永久磁石を正しい位置に配置し易くなる。
【００１６】
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、前記永久磁石を挟んで一対設けられていることが好ましい。
これにより、永久磁石を正しい位置により配置し易くなる。
【００１７】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部と前記永久磁石との重なり方向から見た平面視で、前記永久磁石は、前記第１可動部からはみ出していないことが好ましい。
これにより、迷光の発生を抑制することができる。
【００１８】
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石は、前記第１可動部を挟んで前記光反射部と反対側に位置していることが好ましい。
これにより、光反射部を永久磁石に邪魔されることなく配置することができる。
【００１９】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部は、前記第１軸まわりに共振で揺動し、
前記第２可動部は、前記第２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、第１可動部の２次元的な揺動が画像描画に適したものとなる。
【００２０】
本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを有することを特徴とする。
これにより、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高い画像表示装置が得られる。
【００２１】
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と、
前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とする。
【００２２】
これにより、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイが得られる。
【００２３】
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有することを特徴とする。
【００２４】
これにより、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高いヘッドアップディスプレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成図である。
【図２】図１に示す画像表示装置が有する光スキャナーの平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２に示す光スキャナーが有する第１可動部の底面図である。
【図５】図２に示す光スキャナーが有する電圧印加部のブロック図である。
【図６】図５に示す電圧印加部で生成される第１電圧の波形を示す図である。
【図７】図５に示す電圧印加部で生成される第２電圧の波形を示す図である。
【図８】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。
【図９】図８中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】本発明の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】
【００２６】
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。
【００２７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成図である。図２は、図１に示す画像表示装置が有する光スキャナーの平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２に示す光スキャナーが有する第１可動部の底面図である。図５は、図２に示す光スキャナーが有する電圧印加部のブロック図である。図６は、図５に示す電圧印加部で生成される第１電圧の波形を示す図である。図７は、図５に示す電圧印加部で生成される第２電圧の波形を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」とも言い、紙面奥側を「下」とも言う。
【００２８】
図１に示すように、画像表示装置１は、スクリーンや壁面等の対象物１０に描画用レーザーＬＬを二次元走査することにより画像（映像）を表示する装置である。このような画像表示装置１は、描画用レーザー（変調光）ＬＬを生成する変調光生成部２と、変調光生成部２で生成された描画用レーザーＬＬを２次元的に走査する光スキャナー３と、光スキャナー３で走査した描画用レーザーＬＬを反射させるミラー１１とを有している。なお、画像表示装置１の構成としては、光スキャナー３を有していれば、特に限定されず、例えば、ミラー１１を省略してもよいし、他の部品（部材）が追加されていてもよい。以下、このような画像表示装置１について詳細に説明する。
【００２９】
≪変調光生成部≫
図１に示すように、変調光生成部２は、波長の異なる複数の光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを駆動する駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射された光を平行光化するコリメータレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂと、光合成部２３と、集光レンズ２６と、を有している。
【００３０】
光源２１Ｒは、赤色光を射出し、光源２１Ｇは、緑色光を射出し、光源２１Ｂは、青色光を射出する。このような３色の光を用いることで、フルカラーの画像を表示することができる。なお、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとしては、特に限定されず、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００３１】
駆動回路２２Ｒは、光源２１Ｒを駆動し、駆動回路２２Ｇは、光源２１Ｇを駆動し、駆動回路２２Ｂは、光源２１Ｂを駆動する。このような駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂにより駆動された光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから射出された３つの光は、それぞれ、対応するコリメータレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂによって平行光化されて光合成部２３に入射する。
【００３２】
光合成部２３は、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光を合成する。このような光合成部２３は、２つのダイクロイックミラー２３１、２３２を有している。ダイクロイックミラー２３１は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー２３２は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー２３１、２３２を用いることで、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色の光を合成することができる。そのため、光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光の強度をそれぞれ独立して変調することで、所定の色の描画用レーザーＬＬが生成される。生成された描画用レーザーＬＬは、集光レンズ２６によって所望のＮＡ（開口数）とされた後、光スキャナー３に入射する。
【００３３】
以上、変調光生成部２について説明したが、この変調光生成部２の構成としては、描画用レーザーＬＬを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。
【００３４】
≪光スキャナー≫
光スキャナー３は、変調光生成部２で生成された描画用レーザーＬＬを２次元走査する機能を有する。図２に示すように、このような光スキャナー３は、光反射性を有する光反射部３１１を備える第１可動部３１と、内側に第１可動部３１が位置する枠状の第２可動部３２と、第１可動部３１と第２可動部３２とを接続し、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持する第１軸部３３と、第２可動部３２に接続し、第２可動部３２を第１軸Ｊ１と交差する第２軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持する第２軸部３４と、第１可動部３１に設けられ、第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石３９１と、を有し、永久磁石３９１に磁界を作用させることで、第１可動部３１が第１軸Ｊ１まわりに揺動（回動）し、第２可動部３２が第２軸Ｊ２まわりに揺動（回動）するように構成されている。このような構成によれば、第２可動部３２に永久磁石３９１が設けられていないため、従来のような第２可動部３２に永久磁石３９１が設けられた構成に対して、揺動時の第２可動部３２の慣性モーメントが小さくなる。そのため、第２可動部３２に不要な振動（特に、共振の振動）が生じ難くなり、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナー３となる。以下、このような光スキャナー３について詳細に説明する。
【００３５】
図２および図３に示すように、光スキャナー３は、前述した第１可動部３１、第２可動部３２、第１軸部３３および第２軸部３４に加えて、内側に第２可動部３２が位置し、第２軸部３４を介して第２軸部３４と接続されている支持部３５を備える構造体３０と、前述した永久磁石３９１に加えて、永久磁石３９１に作用させる磁界を発生するコイル３９２と、コイル３９２に接続された電圧印加部３９３と、を備える駆動機構３９と、を有している。
【００３６】
第１可動部３１は、板状をなしている。また、第１可動部３１の平面視形状は、円形となっている。ただし、第１可動部３１の平面視形状としては、特に限定されず、円形の他にも、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形であってもよい。
【００３７】
このような第１可動部３１の上面（一方の主面）には、表面が光反射面となっている光反射部３１１が設けられており、この光反射部３１１によって描画用レーザーＬＬが反射される。このような光反射部３１１は、例えば、アルミニウム等の金属材料を第１可動部３１の上面に成膜することで形成することができる。ただし、光反射部３１１の構成としては、描画用レーザーＬＬを反射することができれば、特に限定されない。例えば、第１可動部３１の上面が光反射性を有する場合には、第１可動部３１の上面が光反射部３１１として機能してもよい。
【００３８】
一方、図４に示すように、第１可動部３１の下面にはリブ３１２が設けられている。すなわち、光スキャナー３は、第１可動部３１に設けられているリブ３１２を有している。リブ３１２は、第１可動部３１の機械的強度を補強する補強部としての機能を有している。このようなリブ３１２を設けることで、第１可動部３１が撓み難くなり、第１可動部３１の動撓み（例えば、第１可動部３１の厚さ方向の振動）を抑制することができる。その結果、第１可動部３１をより精度よくかつスムーズに第１軸Ｊ１まわりに揺動させることができる。
【００３９】
また、リブ３１２は、第１可動部３１の、第１軸部３３との接続部に設けられている。具体的には、リブ３１２は、第１軸部３３の長手方向に沿って一対設けられており、一方のリブ３１２は、第１可動部３１の後述する第１梁部３３１との接続部に設けられており、他方のリブ３１２は、第１可動部３１の後述する第１梁部３３２との接続部に設けられている。このように、リブ３１２によって、第１可動部３１の第１軸部３３との接続部を補強することで、動撓みをより効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、リブ３１２は、第１可動部３１の外周に沿った円弧状の部分を有する扇形状をなしている。ただし、リブ３１２の形状としては、特に限定されず、第１可動部３１の形状によっても異なるが、例えば、扇形状の中心側の部分が省略されたアーチ状をなしていてもよい。
【００４１】
第２可動部３２は、枠状をなしており、構造体３０（静止時の第１可動部３１）の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」とも言う）で、第１可動部３１を囲んで設けられている。すなわち、第２可動部３２の内側に第１可動部３１が設けられている。ここで、前記「枠状」には、本実施形態のような環状のものの他、枠の周方向の一部が欠損した構成、例えばＣ字状のようなものが含まれるものとする。
【００４２】
また、第２可動部３２の下面にはリブ３２１が設けられている。このリブ３２１は、第２可動部３２の機械的強度を補強する補強部としての機能を有している。ただし、リブ３２１は、省略してもよい。例えば、第２可動部３２の機械的強度が十分である場合、リブ３２１を省略することで、第２可動部３２の慣性モーメントをさらに小さくすることができるというメリットもある。
【００４３】
支持部３５は、枠状をなしており、平面視で、第２可動部３２を囲んで設けられている。すなわち、支持部３５の内側に第２可動部３２が設けられている。また、支持部３５は、他の部分（第１、第２可動部３１、３２および第１、第２軸部３３、３４）よりも厚く形成されている。これにより、支持部３５の機械的強度を高めることができ、支持部３５の剛性を高めることができる。なお、支持部３５の構成としては、第２軸部３４を介して第２可動部３２を支持することができれば、特に限定されず、例えば、枠状をなしていなくてもよいし、複数に分割されていてもよい。
【００４４】
第１軸部３３は、第１可動部３１を第２可動部３２に対して第１軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持している。このような第１軸部３３は、第１軸Ｊ１に沿って、第１可動部３１をその両側から支持するように設けられている。具体的には、第１軸部３３は、第１可動部３１の一方側に位置し、第１軸Ｊ１に沿って延在する第１梁部３３１と、他方側に位置し、第１軸Ｊ１に沿って延在する第１梁部３３２と、を有し、第１梁部３３１、３３２で第１可動部３１を両持ち支持している。このような第１軸部３３は、弾性変形可能であり、第１可動部３１の第１軸Ｊ１まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。
【００４５】
第２軸部３４は、第２可動部３２を支持部３５に対して第２軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持している。このような第２軸部３４は、第２軸Ｊ２に沿って、第２可動部３２をその両側から支持するように設けられている。具体的には、第２軸部３４は、第２可動部３２の一方側に位置し、第２軸Ｊ２に沿って延在する第２梁部３４１と、他方側に位置し、第２軸Ｊ２に沿って延在する第２梁部３４２と、を有し、第２梁部３４１、３４２で第２可動部３２を両持ち支持している。このような第２軸部３４は、弾性変形可能であり、第２可動部３２の第２軸Ｊ２まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。
【００４６】
以上、構造体３０について説明した。このような構造体３０は、例えば、ＳＯＩ基板［第１シリコン層３０ａ（デバイス層）と、酸化シリコン層３０ｂ（ボックス層）と、第２シリコン層３０ｃ（ハンドル層）と、がこの順に積層した基板］をエッチングによりパターニングすることで一体的に形成することができる。具体的には、例えば、第１シリコン層３０ａで第１、第２可動部３１、３２および第１、第２軸部３３、３４を形成し、第１シリコン層３０ａ、酸化シリコン層３０ｂおよび第２シリコン層３０ｃで支持部３５を形成し、酸化シリコン層３０ｂおよび第２シリコン層３０ｃでリブ３１２、３２１を形成することができる。ただし、構造体３０は、ＳＯＩ基板から形成されていなくてもよいし、材料もシリコンに限定されない。
【００４７】
次に、駆動機構３９について説明する。駆動機構３９は、第１可動部３１を第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸まわりに揺動させる機構であり、前述したように、第１可動部３１に設けられた永久磁石３９１と、永久磁石３９１に作用させる磁界を発生するコイル３９２と、コイル３９２に接続された電圧印加部３９３と、を有している。
【００４８】
永久磁石３９１は、例えば、接着剤により第１可動部３１の下面に固定されている。すなわち、永久磁石３９１は、第１可動部３１を挟んで光反射部３１１と反対側に位置している。これにより、光反射部３１１を永久磁石３９１に邪魔されることなく配置することができる。また、図４に示すように、平面視（第１可動部３１と永久磁石３９１との重なり方向から見た平面視）で、永久磁石３９１は、第１可動部３１からはみ出していない。すなわち、平面視で、永久磁石３９１の全域が第１可動部３１に内包されている。これにより、例えば、光反射部３１１を外れてしまった描画用レーザーＬＬが永久磁石３９１に当たり難くなり、迷光の発生を抑制することができる。ただし、永久磁石３９１は、その一部が第１可動部３１からはみ出していてもよく、この場合には、はみ出している部分に、反射防止膜を設ける等、迷光防止のための対策をとっておけばよい。
【００４９】
このような永久磁石３９１は、一端側がＳ極であり、他端側がＮ極である棒状（長手形状）をなしており、両端部（両極）が第１可動部３１の中心に対して互いに反対側に位置するように配置されている。また、永久磁石３９１は、第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸に対して傾斜して配置されている。なお、特に限定されないが、永久磁石３９１の磁化の方向（永久磁石３９１内を通る磁力線の方向：図４中の鎖線ａで示す方向）は、第１軸Ｊ１に対して１０°以上、６０°以下の範囲内で傾斜していることが好ましく、３０°以上、４５°以下の範囲内で傾斜していることがより好ましい。すなわち、図４中のθが、１０°≦θ≦６０°であることが好ましく、３０°≦θ≦４５°であることがより好ましい。これにより、より確実に、第１可動部３１および第２可動部３２をそれぞれの軸まわりに揺動させることができる。
【００５０】
以上のような永久磁石３９１としては、特に限定されず、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。
【００５１】
ここで、前述したように、第１可動部３１の下面には、一対のリブ３１２が設けられている。そして、永久磁石３９１は、リブ３１２により位置決めされている。具体的には、図４に示すように、一対のリブ３１２は、それぞれ、永久磁石３９１の側面と対向する側面３１２ａを有しており、この側面３１２ａに対して永久磁石３９１を近接または接触させることで、永久磁石３９１が位置決めされている。このように、第１可動部３１を補強するためのリブ３１２を永久磁石３９１の位置決めに用いることで、永久磁石３９１を正しい位置に配置し易くなる。特に、本実施形態では、リブ３１２は、永久磁石３９１を挟んで一対設けられている。そのため、一対のリブ３１２の間に永久磁石３９１を配置すればよく、永久磁石３９１を正しい位置により配置し易くなる。なお、本実施形態では、１つの永久磁石３９１が配置されているが、これに限定されず、複数の永久磁石が配置されていてもよい。
【００５２】
図２に示すように、コイル３９２は、永久磁石３９１の直下に位置し、永久磁石３９１と対向して配置されている。そして、コイル３９２は、電圧印加部３９３に電気的に接続されており、電圧印加部３９３からコイル３９２に電圧が印加されることで、コイル３９２から磁界が発生し、この磁界が永久磁石３９１に作用するようになっている。なお、コイル３９２は、磁心を有していてもよい。また、図示の構成では、コイル３９２は、永久磁石３９１の下方に離間して配置されているが、これに限定されず、コイル３９２は、例えば、支持部３５の下面に接合されていてもよいし、支持部３５に内蔵または一体化されていてもよい。すなわち、コイル３９１の配置は、コイル３９２が発生する磁力線の磁路上に永久磁石３９１が位置していればよい。
【００５３】
電圧印加部３９３は、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに揺動させるための第１電圧と、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりに揺動させるための第２電圧と、を重畳させた駆動電圧をコイル３９２に印加するように構成されている。これにより、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに揺動させつつ、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりに揺動させることができ、その結果、第１可動部３１を第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸まわりに揺動させることができる。
【００５４】
電圧印加部３９３は、図５に示すように、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに揺動させるための第１電圧Ｖ１を発生する第１電圧発生部３９３ａ（主走査ドライバー）と、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりに揺動させるための第２電圧Ｖ２を発生する第２電圧発生部３９３ｂ（副走査ドライバー）と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを重畳する電圧重畳部３９３ｃと、を備え、電圧重畳部３９３ｃで重畳した電圧をコイル３９２に印加する。
【００５５】
第１電圧発生部３９３ａは、周期Ｔ１で周期的に変化する第１電圧Ｖ１（主走査用電圧）を発生する。図６に示すように、第１電圧Ｖ１は、例えば、正弦波である。また、第１電圧Ｖ１の周波数は、例えば、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。また、第１電圧Ｖ１の周波数は、第１可動部３１および第１軸部３３を主とする第１揺動系のねじり共振周波数と等しくなるように設定されている。これにより、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに共振で揺動させることができるため、第１可動部３１の揺動角を大きくすることができる。
【００５６】
一方、第２電圧発生部３９３ｂは、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２電圧Ｖ２（副走査用電圧）を発生する。第２電圧Ｖ２は、図７に示すように、例えば、鋸波である。また、第２電圧Ｖ２の周波数は、例えば、３０〜１２０Ｈｚ（特に、６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、第２電圧Ｖ２の周波数は、第１可動部３１、第１軸部３３、第２可動部３２および第２軸部３４を主とする第２揺動系のねじり共振周波数と異なるように設定されている。これにより、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりに非共振で揺動させることができるため、第２可動部３２の揺動を第２電圧Ｖ２の波形に対応したものとすることができる（すなわち、一方側へはゆっくり揺動させ、他方側へは素早く揺動させることができる）。
【００５７】
なお、第１揺動系のねじり共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２揺動系のねじり共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ２＜ｆ１の関係を満たすことが好ましく、ｆ２≦ｆ１／１０の関係を満たすことがより好ましい。このように、ｆ１とｆ２を十分に離すことで、第１電圧Ｖ１によって第２可動部３２が共振で揺動してしまうことを効果的に抑制することができる。
【００５８】
電圧重畳部３９３ｃは、コイル３９２に電圧を印加するための加算器３９３ｄを備えている。加算器３９３ｄは、第１電圧発生部３９３ａから第１電圧Ｖ１を受けると共に、第２電圧発生部３９３ｂから第２電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル３９２に印加する。
【００５９】
第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを重畳した重畳電圧Ｖをコイル３９２に印加すると、重畳電圧Ｖに応じた磁界がコイル３９２から発生し、この磁界が永久磁石３９１に作用する。すると、第１可動部３１が第１軸Ｊ１まわりに揺動すると共に、第２可動部３２が第２軸Ｊ２まわりに揺動し、その結果、第１可動部３１が第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸まわりに２次元的に揺動する。なお、第１可動部３１に永久磁石３９１が設けられていることから、第１可動部３１から第２可動部３２へ駆動力が伝わることで、第２可動部３２が第２軸Ｊ２まわりに揺動すると言える。このように、第１可動部３１から第２可動部３２へ駆動力が伝わることで、より効率的に、第２可動部３２が第２軸Ｊ２まわりに揺動する。そのため、より確実に、第１可動部３１を第１軸Ｊ１および第２軸Ｊ２の両軸まわりに揺動させることができる。
【００６０】
ここで、上述したように、第１可動部３１は、第１軸Ｊ１まわりに共振で揺動し、第２可動部３２は、第２軸Ｊ２まわりに非共振で揺動する。そのため、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに大きな揺動角で揺動させることができると共に、第２軸Ｊ２まわりに所望の波形で揺動させることができる。そのため、例えば、第１可動部３１の２次元的な揺動が画像描画に適したものとなり、より鮮明な画像を表示できるようになる。
【００６１】
以上のような光スキャナー３によれば、永久磁石３９１が第１可動部３１に設けられているため、従来のような永久磁石３９１が第２可動部３２に設けられている構成と比較して、第１可動部３１の質量を大きくすることができると共に、第２可動部３２の質量を小さくすることができる。そのため、第１可動部３１の慣性モーメントを大きくすることができ、反対に、第２可動部３２の慣性モーメントを小さくすることができる。慣性モーメントが大きくなる程、共振振動のＱ値（共振の発生のし易さを現す値であり、Ｑ値が大きい程、共振が起き易い）が大きくなるため、共振で揺動させる第１可動部３１（第１揺動系）のＱ値を大きくすることができ、非共振で揺動させる第２可動部３２（第２揺動系）のＱ値を小さくすることができる。よって、より確実に、第１可動部３１を第１軸Ｊ１まわりに共振で揺動させつつ、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりに非共振で揺動させることができる。さらには、第２可動部３２の共振振動の発生が抑制されていることから、第２可動部３２に共振振動が不要振動として重畳してしまうことを効果的に抑制することができ、第２可動部３２を第２軸Ｊ２まわりにより安定して揺動させることができる。
【００６２】
以上のような光スキャナー３を有する画像表示装置１は、光スキャナー３の効果を享受することができるため、信頼性の高い画像表示装置となる。
【００６３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る光スキャナーについて説明する。
【００６４】
図８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。図９は、図８中のＢ−Ｂ線断面図である。
【００６５】
以下、第２実施形態の光スキャナーについて、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。
【００６６】
本発明の第２実施形態に係る光スキャナーは、第１可動部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
【００６７】
図８および図９に示すように、第１可動部３１は、第１軸部３３が接続された基部３１Ａと、基部３１Ａに対して板厚方向に離間して配置された板状のミラー保持部３１Ｂと、基部３１Ａとミラー保持部３１Ｂとの間に位置し、これらを連結する柱状の連結部３１Ｃと、を有している。また、ミラー保持部３１Ｂは、平面視で、基部３１Ａおよび第１軸部３３の一部と重なって設けられている。そして、基部３１Ａの下面に永久磁石３９１が設けられており、ミラー保持部３１Ｂの上面に光反射部３１１が設けられている。
【００６８】
このような構成によれば、例えば、次の効果を発揮することができる。すなわち、光反射部３１１を設けなくてよい分、基部３１Ａを、前述した第１実施形態の第１可動部３１に対して小さくすることができ、その分、構造体３０の平面サイズを小さくすることができる。また、ミラー保持部３１Ｂが第２可動部３２に対して板厚方向に離間しているため、第２可動部３２の揺動を阻害することなく、ミラー保持部３１Ｂを大きくすることができ、その分、光反射部３１１を大きくすることができる。このように、本実施形態によれば、光反射部３１１を大きくしつつ、光スキャナー３の小型化を図ることができる。
【００６９】
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明のヘッドアップディスプレイについて説明する。
図１０は、本発明のヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
【００７１】
図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム１０００では、画像表示装置１が、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ１１００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１１００により、フロントガラス１２００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。なお、ヘッドアップディスプレイシステム１０００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。
【００７２】
このようなヘッドアップディスプレイ１１００は、画像表示装置１（光スキャナー３）を有している。そのため、上述した光スキャナー３の効果を享受でき、信頼性の高いヘッドアップディスプレイ１１００が得られる。
【００７３】
＜第４実施形態＞
次に、本発明のヘッドマウントディスプレイについて説明する。
図１１は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
【００７４】
図１１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２０００は、画像表示装置１（光スキャナー３）と、画像表示装置１（光スキャナー３）を搭載し、観察者の頭部に装着されるフレーム２１００と、を有している。そして、画像表示装置１によって、フレーム２１００の本来レンズである部位に設けられた表示部（光反射層材）２２００に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
【００７５】
表示部２２００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２２００が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置１からの情報を重ねて使用することができる。また、表示部２２００は、入射した光の少なくとも一部を反射すればよく、例えば、ハーフミラーなどを用いることができる。
【００７６】
このようなヘッドマウントディスプレイ２０００は、画像表示装置１（光スキャナー３）を有している。そのため、上述した光スキャナー３の効果を享受でき、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイ２０００が得られる。なお、ヘッドマウントディスプレイ２０００の構成としては、特に限定されず、例えば、ヘッドマウントディスプレイ２０００に、２つ画像表示装置１を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部２２００に表示するようにしてもよい。
【００７７】
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を、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く、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る。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…画像表示装置、１０…対象物、１１…ミラー、２…変調光生成部、２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ…光源、２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ…駆動回路、２３…光合成部、２３１、２３２…ダイクロイックミラー、２４Ｂ、２４Ｇ、２４Ｒ…コリメータレンズ、２６…集光レンズ、３…光スキャナー、３０…構造体、３０ａ…第１シリコン層、３０ｂ…酸化シリコン層、３０ｃ…第２シリコン層、３１…第１可動部、３１Ａ…基部、３１Ｂ…ミラー保持部、３１Ｃ…連結部、３１１…光反射部、３１２…リブ、３１２ａ…側面、３２…第２可動部、３２１…リブ、３３…第１軸部、３３１、３３２…第１梁部、３４…第２軸部、３４１、３４２…第２梁部、３５…支持部、３９…駆動機構、３９１…永久磁石、３９２…コイル、３９３…電圧印加部、３９３ａ…第１電圧発生部、３９３ｂ…第２電圧発生部、３９３ｃ…電圧重畳部、３９３ｄ…加算器、１０００…ヘッドアップディスプレイシステム、１１００…ヘッドアップディスプレイ、１２００…フロントガラス、２０００…ヘッドマウントディスプレイ、２１００…フレーム、２２００…表示部、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、ＬＬ…描画用レーザー、Ｔ１、Ｔ２…周期、Ｖ…重畳電圧、Ｖ１…第１電圧、Ｖ２…第２電圧
【図１】
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【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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