(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を備え搖動軸を中心に搖動する搖動ミラー部と、
前記揺動軸を介して前記揺動ミラー部を支持する支持枠と、
この支持枠を下方から支持する底板部と、
この底板部から突設され、前記支持枠の内縁と前記搖動ミラー部の間で、当該揺動ミラー部の縁部に近接して対向する壁部と、を有し、
前記壁部は、
前記揺動ミラー部において揺動先端部となる揺動先端縁に対向する第１壁部と、前記揺動ミラー部において前記揺動軸の一端を連結した揺動側縁に対向する第２壁部とを有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第１壁部は前記搖動先端縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、前記第２壁部は前記搖動側縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、少なくとも有することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記第１壁部の、前記搖動ミラー部の搖動先端縁に対向した面は、前記搖動先端縁の搖動軌跡に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記第１壁部と前記第２壁部とが一体をなし前記搖動ミラー部の縁部全周を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第１壁部が、前記搖動先端縁の変位範囲に対向する部分以外の部分に、前記第１壁部及び前記第２壁部によって囲まれた空間とその外側の空間とを連通させる開口を有することを特徴とする請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記第１壁部と前記第２壁部との間に間隙を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項７】
前記第２壁部は、前記搖動軸を挿通した挿通部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項８】
前記壁部の厚さを前記搖動ミラー部の厚さより厚くしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項９】
前記壁部と前記支持基板とを一体化することにより、前記壁部を前記搖動ミラー部の縁部に近接して対向配置したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光走査装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置、又は、請求項１０記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置である画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする請求項１１記載の画像表示装置。
【請求項１３】
観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガルバノミラー等、反射面を備え搖動するミラーを備えた光走査装置及びこれを有する画像表示装置に関するものであり、特に、かかるミラーの搖動効率を向上した光走査装置及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像を表示するための、網膜走査型、スクリーン走査型などの画像表示装置には、画像を表示するための光束を走査する光走査装置が備えられている。このような光走査装置は、光束を走査する部材を備えている。かかる部材として、反射面を備え搖動することで光束を走査するガルバノミラー等のミラーが知られている。
【特許文献１】特開２００５−１８１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかるミラーは、高速で搖動するため、搖動端部において望ましくない空気流が発生し、搖動に対する抵抗となる場合がある。前記空気流を防止するために、ミラーを真空環境下におくことも考えられるが、真空封止には、コスト増であること、光束を透過させるための窓が光学的収差の要因となること、窓によって光束の入出射角が制限されることなどの問題がある。
【０００４】
本発明は、コスト及び光学特性に与える影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した光学装置及びこれを有する画像表示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】
【０００５】
以上のような目的を達成するため、請求項１記載の発明は、反射面を備え搖動軸を中心に搖動する搖動ミラー部と、前記揺動軸を介して前記揺動ミラー部を支持する支持枠と、この支持枠を下方から支持する底板部と、この底板部から突設され、前記支持枠の内縁と前記搖動ミラー部の間で、当該揺動ミラー部の縁部に近接して対向する壁部と、を有し、前記壁部は、前記揺動ミラー部において揺動先端部となる揺動先端縁に対向する第１壁部と、前記揺動ミラー部において前記揺動軸の一端を連結した揺動側縁に対向する第２壁部とを有する光走査装置とした。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光走査装置において、前記第１壁部は前記搖動先端縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、前記第２壁部は前記搖動側縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、少なくとも有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の光走査装置において、前記第１壁部の、前記搖動ミラー部の搖動先端縁に対向した面は、前記搖動先端縁の搖動軌跡に沿うように形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記第１壁部と前記第２壁部とが一体をなし前記搖動ミラー部の縁部全周を囲むように設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光走査装置において、前記第１壁部が、前記搖動先端縁の変位範囲に対向する部分以外の部分に、前記第１壁部及び前記第２壁部によって囲まれた空間とその外側の空間とを連通させる開口を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記第１壁部と前記第２壁部との間に間隙を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記第２壁部は、前記搖動軸を挿通した挿通部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記壁部の厚さを前記搖動ミラー部の厚さより厚くしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光走査装置において、前記壁部と前記支持基板とを一体化することにより、前記壁部を前記搖動ミラー部の縁部に近接して対向配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置とした。
【００１５】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置、又は、請求項１０記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置である画像表示装置とした。
【００１６】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の画像表示装置において、前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は請求項１２記載の画像表示装置において、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００２４】
特に、前記壁部は、前記搖動ミラー部の搖動先端縁に対向する第１壁部を有するので、第１壁部により、搖動ミラー部の搖動先端縁で特に生じ易い、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。また、前記壁部は、前記搖動ミラー部の搖動側縁に対向する第２壁部を有するので、第２壁部によっても、搖動ミラー部の搖動側縁でも生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率性を向上することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、前記第１壁部は前記搖動先端縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、前記第２壁部は前記搖動側縁の変位範囲の全体に対応する大きさを、少なくとも有するので、搖動先端縁の変位範囲の全体に対応するように設けられた第１壁部により、搖動ミラー部の搖動先端縁で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生をより高度に抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、前記第１壁部の、前記搖動ミラー部の搖動先端縁に対向した面は、前記搖動先端縁の搖動軌跡に沿うように形成されているので、搖動先端縁の変位範囲の全体に対応し、かつかかる全体において搖動先端縁との距離が変わることなく近接するように設けられた第１壁部により、搖動ミラー部の搖動先端縁で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生をより高度に抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、前記第１壁部と前記第２壁部とが一体をなし前記搖動ミラー部の縁部全周を囲むように設けられているので、一体をなす第１壁部と第２壁部とにより、ミラーの振動に影響を与える空気流が発生し得る搖動ミラー部の縁部全周において搖動ミラー部を囲うことで、かかる空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、前記第１壁部が、前記搖動先端縁の変位範囲に対向する部分以外の部分に、前記第１壁部及び前記第２壁部によって囲まれた空間とその外側の空間とを連通させる開口を有するので、一体をなす第１壁部と第２壁部とにより、ミラーの振動に影響を与える空気流が発生し得る搖動ミラー部の縁部全周において搖動ミラー部を囲うことで、かかる空気流の発生を抑制し、かつ、搖動の際に搖動に応じて開口から空気が出入りすることでかかる空間内の空気が搖動の抵抗になることを抑制することができることにより、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００３０】
請求項６記載の発明によれば、前記第１壁部と前記第２壁部との間に間隙を有するので、第１壁部と第２壁部とにより、ミラーの振動に影響を与える空気流が発生し得る搖動ミラー部の縁部のほぼ全周において搖動ミラー部を囲うことで、かかる空気流の発生を抑制し、かつ、搖動の際に搖動に応じて間隙から空気が出入りすることでかかる第１壁部、第２壁部、搖動ミラー部によって囲まれた空間内の空気が搖動の抵抗になることを抑制することができることにより、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００３１】
請求項７記載の発明によれば、前記第２壁部は、前記搖動軸を挿通した挿通部を有するので、第２壁部が搖動軸の配設を妨げることがなく、第２壁部により、搖動ミラー部の搖動側縁でも生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００３３】
請求項８記載の発明によれば、前記壁部の厚さを前記搖動ミラー部の厚さより厚くしたので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、また壁部の厚さを加工精度及び剛性を確保した厚さとすることで、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上するとともに、反射面の動作時における変形を生じにくくし、より良好かつ安定に、かかる空気流の発生を抑制した、光学特性の良好な光走査装置を提供することができる。
【００３４】
請求項９記載の発明によれば、前記壁部と前記支持基板とを一体化することにより、前記壁部を前記搖動ミラー部の縁部に近接して対向配置したので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な、製造上の自由度が高く比較的複雑な構造とすることが可能な光走査装置を提供することができる。
【００３６】
本発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成する画像形成装置であるので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を備え、光学特性に優れ良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【００３７】
本発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光走査装置、又は、請求項１０記載の画像形成装置を備え、前記光走査装置により、画像信号に応じた光束を走査することで画像を形成し、前記画像を投影表示する光走査型画像表示装置である画像表示装置であるので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を備え、光学特性に優れ良好な表示画像を得ることができる画像表示装置を提供することができる。
【００３８】
請求項１２記載の発明によれば、前記画像を眼の網膜上に投影表示する網膜走査型画像表示装置であるので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を備え、光学特性に優れ良好な表示画像を得ることができる網膜走査型の画像表示装置を提供することができる。
【００３９】
請求項１３記載の発明によれば、観察者の頭部に搭載する頭部搭載型画像表示装置であるので、壁部により、搖動ミラー部の縁部で生じる、ミラーの振動に影響を与える空気流の発生を抑制し、搖動ミラーの搖動角を確保することができ、コスト及び光学特性に与える悪影響を抑制しつつミラーの搖動効率を向上した、光学特性の良好な光走査装置を備え、光学特性に優れ良好な表示画像を得ることができる頭部搭載型の画像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明に好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［画像表示装置の構成］
以下、本発明に係る画像表示装置の一実施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明に係る画像表示装置の一例である網膜走査型画像表示装置としての網膜走査型ディスプレイ１の構成について図１を用いて説明する。
【００４１】
図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力されると、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、水平同期信号５、及び、垂直同期信号６が出力される。
【００４２】
光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。
【００４３】
また、光源ユニット部２には、各レーザより出射されたレーザ光をコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導くファイバ結合光学系１６とが設けられている。
【００４４】
なお、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。また、本実施形態における光源ユニット部２は、光源としてのＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。ここで、各光源に半導体レーザを使用した場合は直接強度変調する構成であり、固体レーザを使用する場合は音響光学効果を利用した強度変調器を含んだ構成となる。
【００４５】
また、網膜走査型ディスプレイ１は、光源ユニット部２から伝搬され、出射されたレーザ光を受ける光学系１８と、光学系１８によって導かれコリメートされたレーザ光を、ガルバノミラー１９ａを利用して水平方向に走査する第１の走査系としての水平走査系１９と、水平走査系１９によって走査されたレーザ光を第２の走査系としての垂直走査系２１に導く第１リレー光学系２０と、水平走査系１９に走査され、第１リレー光学系２０を介して入射されたレーザ光を、ガルバノミラー２１ａを利用して垂直方向に走査する垂直走査系２１と、垂直走査系２１に走査されたレーザ光を観察者の瞳孔２４に導く第２リレー光学系２２とを有している。
【００４６】
第１リレー光学系２０は、凸レンズ４１、４２を有しており、第２リレー光学系２２は、凸レンズ５１、５２を有している。凸レンズ４１と凸レンズ４２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。凸レンズ５１と凸レンズ５２とは互いに同じ光学的パワーを備えている。
【００４７】
第１リレー光学系２０は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとが共役となるように、また、第２リレー光学系２２は、ガルバノミラー２１ａと、観察者の瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。
【００４８】
水平走査系１９は、表示すべき画像の１フレームごとに、レーザビームを水平方向に走査する水平走査（１次走査の一例）を行う光学系である。また、水平走査系１９は、水平走査するガルバノミラー１９ａと、そのガルバノミラー１９ａの駆動制御を行う水平走査制御回路１９ｃとを備えている。ガルバノミラー１９ａは、レーザビームを反射する反射面としての偏向面１９ｂを備え、偏向面１９ｂを搖動させレーザビームを走査する際の軸となる搖動軸１９ｄにより搖動自在に支持されている。
【００４９】
これに対し、垂直走査系２１は、水平走査系１９にて水平走査されたレーザビームを垂直方向に垂直走査する垂直走査（２次走査の一例）を行う光学系である。また、垂直走査系２１は、レーザビームを垂直方向に走査するガルバノミラー２１ａと、そのガルバノミラー２１ａの駆動制御を行う垂直走査制御回路２１ｃとを備えている。ガルバノミラー２１ａは、レーザビームを反射する反射面としての偏向面２１ｂを備え、偏向面２１ｂを搖動させレーザビームを走査する際の軸となる搖動軸２１ｄにより搖動自在に支持されている。
【００５０】
よって、水平走査系１９と垂直走査系２１とは互いに交差する方向に走査を行うようになっている。
【００５１】
また、水平走査系１９，垂直走査系２１は、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される水平同期信号５，垂直同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。
【００５２】
本実施形態における水平走査系１９及び垂直走査系２１などは、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させる光走査装置の一例である。
【００５３】
次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、観察者の網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。
【００５４】
図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光出力を制御するためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、後述するガルバノミラー１９ａの駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、ガルバノミラー１９ａなどに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射して１つの光束となるよう合波された後、ファイバ結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。
【００５５】
光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７から光学系１８によって導かれて水平走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射される。ガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂに入射したレーザ光は水平同期信号５に同期して水平方向に走査されて第１リレー光学系２０を介し、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂに入射する。第１リレー光学系２０ではガルバノミラー１９ａの偏向面１９ｂとガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂとが共役の関係となるように調整されている。ガルバノミラー２１ａは、ガルバノミラー１９ａが水平同期信号５に同期すると同様に垂直同期信号６に同期して、その偏向面２１ｂが入射光を水平方向出射角が変化するように往復振動をしており、このガルバノミラー２１ａによってレーザ光は垂直方向に走査される。水平走査系１９及び垂直走査系２１によって水平方向及び垂直方向に、すなわち２次元に走査されたレーザ光は、ガルバノミラー２１ａの偏向面２１ｂと、観察者の瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられた第２リレー光学系２２により観察者の瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。観察者はこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、水平走査系１９のガルバノミラー１９ａと、垂直走査系２１のガルバノミラー２１ａとは、名称を同じように説明したが、光を走査するようにその反射面が角度変化（揺動、回転など）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよい。
【００５６】
網膜走査型ディスプレイ１は、観察者の頭部に搭載する、ヘッドマウントディスプレイとも言われる頭部搭載型画像表示装置であって、例えば、めがね形状、ゴーグル形状、ヘルメット形状等の図示しない筐体に搭載され、観察者の頭部に装着されるようになっている。
［各種の光学系の構成］
上述したように、光ファイバ１７から出射されたビームを、２次元に走査しながら観察者の瞳孔２４へ導く各種の光学系の構成について説明する。
【００５７】
ガルバノミラー１９ａは、垂直方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、光学系１８から入射したビームを、偏向面１９ｂで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第１リレー光学系２０に導くこととなる。
【００５８】
ガルバノミラー２１ａは、水平方向に延びる軸を中心に回動駆動することによって、第１リレー光学系から入射したビームを、偏向面２１ｂで反射させることによって、水平方向に走査して出射し、第２リレー光学系２２に導くこととなる。
【００５９】
網膜走査型ディスプレイ１は、ガルバノミラー１９ａ、２１ａをそれぞれ備えた光走査装置を備えている。なお、網膜走査型ディスプレイ１は、この光走査装置により、画像信号に応じたビームを走査することで画像を形成する画像形成装置として機能するものである。
【００６０】
図２に示すように、本実施形態では、水平走査系１９、垂直走査系２１をそれぞれ、光走査装置６０として以下説明する。
【００６１】
光走査装置６０について、水平走査系１９と垂直走査系２１とに共通の部分を説明する。
【００６２】
ガルバノミラー１９ａ、２１ａはそれぞれ、偏向面１９ｂ、２１ｂを備え搖動軸１９ｄ、２１ｄを中心に搖動する搖動ミラー部として機能する。
【００６３】
図２ないし図４に示すように、光走査装置６０は、かかる搖動ミラー部に相当するミラー部６１と、搖動軸１９ｄ、２１ｄに相当するトーションバネとしての一対の軸６２とを有している。
【００６４】
光走査装置６０はまた、軸６２を介してミラー部６１を支持した支持基板としての支持枠６４と、支持枠６４を下方から支持した底部材としての底板部６５と、底板部６５の底部上面に突設されミラー部６１の周縁部に近接して対向する壁部６６と、ミラー部６１を、上述の駆動方式により、軸６２を中心として搖動させる図示しない駆動手段とを有している。
【００６５】
ミラー部６１は、偏向面１９ｂ、２１ｂに相当する偏向面６３を有している。ミラー部６１、軸６２、支持枠６４は、後述するように、一枚のシリコン基板をエッチングすることによって一体で形成される。偏向面６３はシリコン基板の鏡面加工によって構成される。ミラー部６１の厚さは加工精度、剛性等の観点から１００μｍとされている。
【００６６】
底板部６５は、壁部６６を突設した凹部６５ａを有している。壁部６６の厚さは、加工精度、剛性等の観点から、ミラー部６１の厚さより厚くされている。底板部６５、壁部６６は、後述するように、一枚のガラス基板をエッチングすることによって一体で形成される。
【００６７】
ここで、図２０ないし図２２に従来の光走査装置６０’を示す。光走査装置６０’においては、図２１に示すように、レーザビームＬ’を反射して走査するために、図２０又は図２１において矢印Ｒ’で示すようにミラー部６１’が搖動すると、かかる搖動と周辺の空気との相互作用によって、ミラー部６１’の周縁部分で、図２２において矢印Ｗ’で示すようにミラー部６１’の搖動を妨げるような空気の流れが発生し、搖動に対する抵抗となる場合があった。
【００６８】
そこで、光走査装置６０では、ミラー部６１の周縁部に近接して対向する壁部６６を設け、かかる空気の流れが発生するだけの隙間がない状態とし、ミラー部６１が高速で搖動する場合でも、かかる空気の流れの発生を抑制して、搖動に対する抵抗を低減している。
【００６９】
これにより、ミラー部６１の搖動角がかかる空気の流れに起因して減少することが低減される。また、壁部６６により、これに対向するミラー部６１の周縁部に埃が付着することも低減される。さらに、ミラー部６１は比較的薄いため、かかる空気の流れが生じた場合にはこれに起因して変形し得るが、このような変形が抑制され、光学特性が向上し、精度良い光走査が行なわれる。
【００７０】
壁部６６は、偏向面６３へのレーザビームの入出射を妨げることのないように、偏向面６３を開放するように設けられる。ミラー部６１の周縁部に近接して対向する、壁部６６の内側の壁面は、製造のしやすさから、偏向面６３にほぼ垂直な面をなすように構成される。
【００７１】
壁部６６をミラー部６１にどの程度近接させて設けるかは、ミラー部６１の搖動、言い換えると振動の周期等の諸特性に応じて上述した空気の流れを良好に抑制するように決定される。壁部６６の高さは、ミラー部６１が搖動する際のミラー搖動先端縁６１ａの変位範囲の全体を含むよう、かかる変位範囲に対応する大きさを少なくとも有する高さとされている。ただし、かかる高さは偏向面６３へのレーザビームの入出射を妨げない範囲とされる。
【００７２】
図２ないし図４に示した例では、壁部６６が、ミラー部６１の周縁のうち、搖動先端縁６１ａに対向する第１壁部のみからなっている。ミラー部６１の変位量は、搖動中心をなす軸６２からの距離が大きい搖動先端縁６１ａにおいて大きくなるため、上述した空気の流れは、この搖動先端縁６１ａ付近で最も発生し易い。そこで、図２ないし図４に示した例では、図５(ａ)に示すように、上述の空気の流れの抑制効果の最も大きな第１壁部６６ａによって壁部６６を構成している。第１壁部６６ａは、ミラー部６１の搖動のバランスへの影響を考慮し、軸６２を中心にして対称に一対設けられている。
【００７３】
ところで、空気の渦は、ミラー部６１の周縁全体において生じ得る。つまり、ミラー部６１の周縁のうち、搖動側縁６１ｂにおいても上述の空気の流れは生じる。そのため、図５(ｂ)に示すように、壁部６６は、ミラー部６１の搖動側縁６１ｂに対向する第２壁部６６ｂのみからなるように構成しても良い。この場合も、第２壁部６６ｂは、ミラー部６１の搖動のバランスへの影響を考慮し、軸６２を中心にして対称に一対設けられている。
【００７４】
なお、この場合には、第２壁部６６ｂが軸６２に干渉することのないように、図６に示すように、軸６２を挿通する挿通部としての孔６７を第２壁部６６ｂに形成するか、図７に示すように、挿通部としてのスリット６８を第２壁部６６ｂに形成する。孔６７、スリット６８は、後述するエッチングと同様のエッチングによって形成される。
【００７５】
図５(ｃ)に示すように、壁部６６を、一体をなす第１壁部６６ａ及び第２壁部６６ｂによって構成し、ミラー部６１の搖動先端縁６１ａ及び搖動側縁６１ｂに対向し、ミラー部６１の縁部の全周を囲むよう設け、壁部６６を第１壁部６６ａのみ又は第２壁部６６ｂのみによって構成した場合に比して上述の空気の流れの抑制効果をさらに向上させても良い。第１壁部６６ａ、第２壁部６６ｂを軸６２を対称に設けることが好ましいのは上述したのと同様である。
【００７６】
この場合も、孔６７又はスリット６８を第２壁部６６ｂに形成するのであるが、壁部６６を、単に、ミラー部６１の周縁のほぼ全周を囲うように形成すると、ミラー部６１の搖動が妨げられ得る。
【００７７】
すなわち、壁部６６が、ミラー部６１の周縁のほぼ全体に、近接した状態で対向しているとともに、ミラー部６１の下方には底板部６５の底部上面が対向しているため、ミラー部６１の下方の空間が閉鎖され、この空間内に閉じ込められた空気の層がミラー部６１の搖動の抵抗となり得る。
【００７８】
そこで、図８に示すように、第１壁部６６ａの下部、具体的には、ミラー部６１の下面より下側に、開口６９を形成し、上述の空間とその外側の空間とを連通させ、ミラー部６１の搖動の際の空気抜きとなるように構成している。開口６９により、上述の空間内に閉じ込められた空気の層がミラー部６１の搖動の抵抗となることを低減している。
【００７９】
開口６９の大きさ、形状は、かかる抵抗を減じる必要の程度に応じて決定される。ただし、第１壁部６６ａが上述の空気の流れを低減するという本来の機能を果たすよう、ミラー部６１の搖動範囲以外の部分に開口６９を設けることが好ましい。第１壁部６６ａとともに、又は、第１壁部６６ａに代えて、第２壁部６６ｂに開口６９を形成しても良い。底板部６５の底に穴を開けて開口６９を設けてもよい。開口６９も、上述したのと同様に、軸６２を対称に設けることが好ましい。開口６９は、後述するエッチングと同様のエッチングによって形成される。
【００８０】
図５（ｄ）ないし（ｆ）に示すように、第１壁部６６ａ、第２壁部６６ｂは、非連続状に形成された複数の柱状の部材によって構成しても良い。図５（ｆ）に示すように、第１壁部６６ａと第２壁部６６ｂとの間に間隙が形成されていても良い。このことは図５（ｃ）に示した構成においても同様である。かかる複数の部材の形状、数、間隔等は、上述の空気の流れを良好に抑制するように決定される。また、第１壁部６６ａや第２壁部６６ｂをかかる構成とすれば、開口６９は必ずしも必要でない。
【００８１】
図９に示すように、第１壁部６６ａの内側の面すなわちミラー部６１の搖動先端縁６１ａに対向した面は、搖動先端縁６１ａの搖動軌跡に沿うように円弧状に湾曲していても良い。このようにすれば、ミラー部６１がその搖動の過程においてどの位相をとる場合でも、搖動先端縁６１ａと第１壁部６６ａとの間隙が近接し、上述の空気の流れが良好に抑制される。
【００８２】
第１壁部６６ａの外側の面は、図９（ａ）に示すように内側の面と平行になるように湾曲していても良いし、図９（ｂ）に示すように、平面をなしていても良い。湾曲面を形成可能であることは既に述べた各形態及び以下述べる各形態において同様である。このような湾曲面は、後述するエッチングと同様のエッチングによって形成される。
【００８３】
ミラー部６１は、本図面において軸６２に直交する辺の長さが軸６２に平行な辺の長さよりも長い方形状をなしているが、軸６２に直交する辺の長さが軸６２に平行な辺の長さよりも短くても良い。搖動の際の変位量は前者の方が大きく、上述の空気の流れが発生しやすいので、上述の空気の流れの抑制効果は前者の方が大きいといえる。
【００８４】
ミラー部６１は、方形状に限らず、例えば搖動先端縁が円弧状をなすような、例えば円形を有する形状であっても良い。このような場合には、第１壁部６６ａもこれに応じた、平面視円弧状の内面を有する形状とし、上述の空気の流れを低減する。このことは既に述べた各形態及び以下述べる各形態において同様である。
【００８５】
図１０ないし図１３を参照して、図２に示した光走査装置６０の製造方法を説明する。かかる光走査装置６０は、一枚のシリコンの板をエッチングして形成した、図１０に示すミラー部６１、軸６２及び支持枠６４を備えたスキャナ構造体７３と、一枚のガラス基板をエッチングして形成した、図１１に示す壁部６６及び底板部６５を備えた壁つき台座７４とを、支持枠６４と底板部６５との部分において陽極接合によって張り合わせ、一体化することで製造される。支持枠６４と底板部６５とは接着剤を使うなど他の方法で一体化してもよい。
【００８６】
図１２を参照してスキャナ構造体７３の製造方法を説明する。
【００８７】
図１２（ａ）に示すように、酸化皮膜７１を有するシリコンウエハ７０にネガレジスト７２を塗布する。図示しないマスクを介して、ネガレジスト７２を、ミラー部６１、軸６２に対応した所定のパターンで露光し、現像すると図１２（ｂ）に示す状態となる。
【００８８】
酸化皮膜７１をネガレジスト７２のパターンでエッチングしたうえでネガレジスト７２を除去すると図１２（ｃ）に示す状態となる。シリコンウエハ７０を酸化皮膜７１のパターンでエッチングした後、酸化皮膜を除去することで、図１２（ｄ）に示すように、スキャナ構造体７３を得る。なお、図１２においては、スキャナ構造体７３を１つのみ図示しているが、実際には、スキャナ構造体７３を縦横に多数並べた状態となるようにバッチ処理にて一括形成される。
【００８９】
図１３を参照して壁つき台座７４の製造方法を説明する。
【００９０】
図１３（ａ）に示すように、ガラス基板７５にネガレジスト７６を塗布する。図示しないマスクを介して、ネガレジスト７６を、壁部６６に対応した所定のパターンで露光し、現像すると図１３（ｂ）に示す状態となる。
【００９１】
ガラスエッチングによりガラス基板７５をネガレジスト７６のパターンでエッチングすると図１３（ｃ）に示す状態となる。ネガレジスト７６を一旦除去したうえでネガレジスト７７を塗布し、壁部６６及び支持枠６４に対応した所定のパターンで露光、現像すると図１３（ｄ）に示す状態となる。
【００９２】
ガラスエッチングによりガラス基板７５をネガレジスト７７のパターンでエッチングすると図１３（ｅ）に示す状態となり、ネガレジスト７７を除去すると、図１３（ｆ）に示すように、壁つき台座７４を得る。なお、図１３においては、壁つき台座７４を１つのみ図示しているが、実際には、壁つき台座７４を縦横に多数並べた状態となるようにバッチ処理で一括形成される。
【００９３】
縦横に多数並べた状態となるように一体で成形されたスキャナ構造体７３と壁つき台座７４とを、陽極接合によって一体化し、ダイシングによって１つずつに切り離すと、図２に示した状態となる。
【００９４】
このように、光走査装置６０は、支持枠６４と壁部６６とを一体化することにより、壁部６６をミラー部６１の縁部に近接して対向配置することで製造される。
【００９５】
光走査装置６０は、図１４ないし図１６に示すように他の構造とし、他の方法で製造することもできる。
【００９６】
この光走査装置６０は、スキャナ構造体７３と、スキャナ構造体７３を支持する底部材７８と、スキャナ構造体７３を底部材７８との間で挟持する蓋部材７９とを有している。
【００９７】
スキャナ構造体７３は、上述の構成と同様に、ミラー部６１と、軸６２と、支持枠６４とを有し、支持枠６４は、軸６２を介してミラー部６１を介してミラー部６１を支持するようになっているが、支持枠６４の内縁を構成する辺のうち、ミラー部６１の搖動先端縁６１ａに対向する辺が、この搖動先端縁６１ａに近接するように構成されている。
【００９８】
底部材７８は、支持枠６４を、偏向面６３の反対側から支持しており、ミラー部６１の搖動を許容する凹部７８ａを有している。凹部７８ａの周縁部は、平面視にて支持枠６４と同じ形状をなしている。
【００９９】
蓋部材７９は、偏向面６３に出入射するレーザビームを通過させる通過口７９ａを備えている。通過口７９ａの内縁は、支持枠６４の内縁及び凹部７８ａの周縁と同じ形状をなしている。蓋部材７９は、平面視にて支持枠６４及び凹部７８ａの周縁部と同じ形状をなしている。
【０１００】
光走査装置６０は、スキャナ構造体７３を蓋部材７９と底部材７８とで挟んだ３層構造となっており、支持枠６４、蓋部材７９及び凹部７８ａの周縁部によって、壁部６６を構成している。
【０１０１】
このような光走査装置６０は、次のようにして製造される。
【０１０２】
図１２を参照して説明した方法でシリコンウエハをエッチングし、スキャナ構造体７３、蓋部材７９及び底部材７８をそれぞれ別個に製造する。スキャナ構造体７３、蓋部材７９及び底部材７８を接着剤による接着等の方法によって一体化し、ダイシングによって１つずつに切り離す。なお、底部材７８および蓋部材７９はガラス基板をエッチングすることで製造しても良い。この場合は、各部材の接合に陽極接合が利用できるため、より良好に各部材間の位置合わせを行うことができる。
【０１０３】
３つの部材で光走査装置６０を構成する場合には、図１７又は図１８に示す構造としても良い。この構造の光走査装置６０は、図１０に示したのと同じ形状のスキャナ構造体７３と、スキャナ構造体７３を支持する底部材としての台座８１と、台座８１に一体化される蓋部材８２とを有する。
【０１０４】
台座８１は、図１９に示すように、図１１に示した壁つき台座７４と比べ、壁部６６よりも低い凸部８０を有することを除けば壁つき台座７４と同じ形状である。台座８１は、ミラー部６１の搖動を許容する凹部８１ａを有している。凸部８０は凹部８１ａに突設されている。
【０１０５】
蓋部材８２は、平面視で凸部８０と同じ形状の一対の立設部８３と、立設部８３を連結する連結部８４とを有し、連結部８４は、偏向面６３に出入射するレーザビームを通過させる通過口８４ａを備えている。
【０１０６】
この光走査装置６０では、立設部８３が凸部８０上に一体化され、凸部８０と立設部８３とにより、壁部６６を構成している。蓋部材８２を有しているので、偏向面６３の汚れが低減される。
【０１０７】
このような光走査装置６０は、次のようにして製造される。
【０１０８】
図１２を参照して説明した方法でシリコンウエハをエッチングし、スキャナ構造体７３、台座８１及び蓋部材８２それぞれ別個に製造する。スキャナ構造体７３、台座８１及び蓋部材８２を接着剤による接着等の方法によって一体化し、ダイシングによって１つずつに切り離す。
【０１０９】
なお、この方法を実現するために、蓋部材８２には、ダイシング前に各蓋部材８２を連結させておくための図示しないリブを適所に設けることが可能である。また底部材７８および蓋部材８２はガラス基板をエッチングすることで製造しても良い。
【０１１０】
また、連結部８４は、立設部８３相互間の間隔や、立設部８３とミラー部６１との間隔を正確に位置決めでき、また立設部８３を精度良く立設できるのであれば、必ずしも必要でない。連結部８４を設けなければ、レーザビームの照射角を大きく取ることが可能となる。
【０１１１】
凸部８０は、立設部８３の位置決めのために設けたが、立設部８３の位置決めは、異なる構造によって行うことができる。
【０１１２】
すなわち、凸部８０の位置に凸部８０の代わりに凹部を形成し、凹部内に立設部８３を嵌め込んで、位置決めしても良い。
【０１１３】
両凸部８０を設ける代わりに両凸部８０の外側面側に相当する位置に同様な突起を設け、両突起の内側で各立設部８３の外側面を挟み込む態様で立設部８３を嵌め込んで、位置決めしても良い。
【０１１４】
各凸部８０を設ける代わりに凸部８０の何れか一方の外側面側に突起を設け、立設部８３の外側面を突起の内側に突き当てて、位置決めするようにしても良い。
【０１１５】
位置決めは、台座８１でなく、スキャナ構造体７３に対して固定することによって行なっても良い。蓋部材８２を、バッチ処理等により、スキャナ構造体７３の支持枠６４と一体で形成しても良い。
【０１１６】
これらの何れの場合も、立設部８３の立設方向に垂直な平面内における２方向で位置決めされる。立設部８３の位置決め状態を維持するため、蓋部材８２を、必要に応じて、接着剤による接着等の方法によって底部材７８に一体化する。
【０１１７】
蓋部材８２によるレーザビームの照射角の狭小化を抑制するため、蓋部材８２はガラスや樹脂等の透明の素材で形成しても良い。
【０１１８】
なお、凸部８０は、上述した立設部８３の位置決めの他に、壁部６６の役割の一部を果たしているが、ここに述べた構成では、壁部６６の役割は、立設部８３が果たすことになる。
【０１１９】
以上述べた光走査装置６０は、複数の部材によって構成したが、光走査装置６０は、シリコンウエハをエッチングするのみで、一体で製造するようにしても良い。例えば、光走査装置６０の形状を、図１４に示した形状において底部材７８の代わりに蓋部材７９を用い、２つの蓋部材７９でスキャナ構造体７３を挟んだ形状とするとともに、これを３層構造でなく単一の構造とすれば、シリコンウエハをエッチングするのみで光走査装置６０が製造されるため、工数が削減されるとともに累積製造誤差を低減する効果を得ることもでき、コスト減にもつながる。
【０１２０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１２１】
上述した実施形態においては、ビームを先に水平走査系１９によって水平方向に走査し、その後に、垂直走査系２１によって垂直方向に走査する構成であったが、これに限らず、ビームを先に垂直走査系によって垂直方向に走査し、その後に、水平走査系によって水平方向に走査する構成であってもよい。
【０１２２】
上述した実施形態においては、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで、眼の網膜上に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ１（網膜走査型の画像表示装置の一例）について説明したが、これに限らず、例えば、眼の網膜に画像を直接的に投影しなくても、上述したような光走査装置を備え、画像信号に応じて変調された光束を、その光走査装置によって１次方向及び２次方向に走査することで画像をスクリーン上などに投影表示するスクリーン走査型の画像表示装置、ディスプレイ等（画像表示装置の一例）に本発明を採用してもよい。また本発明を適用した光走査装置は、レーザプリンタ内でレーザビームを走査する光走査装置にも応用できる。
【０１２３】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本実施形態における画像表示装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態における光走査装置の概略斜視図である。
【図３】図２に示した光走査装置の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面の概略図である。
【図５】本実施形態における光走査装置の種々の変形例を示した概略平面図である。
【図６】図５（ｂ）に対応する３面図である。
【図７】図５（ｂ）に対応する側面図である。
【図８】図５（ｃ）に対応する３面図である。
【図９】壁部の変形例を示す側断面図である。
【図１０】図２に示した光走査装置を構成する部品のうちの１つの部品を抜き出して示した斜視図である。
【図１１】図２に示した光走査装置を構成する部品のうちの他の１つの部品を抜き出して示した斜視図である。
【図１２】図１０に示した部品の製造プロセスを示す工程図である。
【図１３】図１１に示した部品の製造プロセスを示す工程図である。
【図１４】本実施形態における光走査装置のまた別の変形例を示した概略斜視図である。
【図１５】図１４に示した光走査装置の分解斜視図である。
【図１６】図１４に示した光走査装置の側断面図である。
【図１７】本実施形態における光走査装置のさらに別の変形例を示した概略斜視図である。
【図１８】図１７に示した光走査装置の側断面図である。
【図１９】図１７に示した光走査装置を構成する部品のうちの１つの部品を抜き出して示した斜視図である。
【図２０】従来の光走査装置の斜視図である。
【図２１】従来の光走査装置による光走査の様子を示す概略側断面図である。
【図２２】従来の光走査装置による光走査の際にミラー部の搖動を妨げる空気の流れが生じる様子を示す概略側断面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１    画像表示装置
６０    光走査装置
６１    搖動ミラー部
６２    搖動軸
６３    反射面
６４    支持基盤
６６    壁部
６６ａ    第１壁部
６６ｂ    第２壁部
６７、６８    挿通部
６９    開口
７８    底部材
７８ａ    凹部
７９    蓋部材
７９ａ    透過口
８１    底部材
８１ａ    凹部
８４    蓋部材
８４ａ    透過口
【図１】
0004687532.tif 000002
【図２】
0004687532.tif 000003
【図３】
0004687532.tif 000004
【図４】
0004687532.tif 000005
【図５】
0004687532.tif 000006
【図６】
0004687532.tif 000007
【図７】
0004687532.tif 000008
【図８】
0004687532.tif 000009
【図９】
0004687532.tif 000010
【図１０】
0004687532.tif 000011
【図１１】
0004687532.tif 000012
【図１２】
0004687532.tif 000013
【図１３】
0004687532.tif 000014
【図１４】
0004687532.tif 000015
【図１５】
0004687532.tif 000016
【図１６】
0004687532.tif 000017
【図１７】
0004687532.tif 000018
【図１８】
0004687532.tif 000019
【図１９】
0004687532.tif 000020
【図２０】
0004687532.tif 000021
【図２１】
0004687532.tif 000022
【図２２】
0004687532.tif 000023