(57)【要約】【課題】製造誤差などが生じた場合であっても、共振周波数ばらつきを抑制することが可能な光スキャナと、この光スキャナを備えた画像投影装置とを提供すること。【解決手段】揺動軸線を中心として所定の共振周波数で揺動するミラー部と、ミラー部を両持支持する梁部と、梁部の端部が連結される外縁部と、ミラー部を揺動する駆動源と、ミラー部と外縁部との間で梁部ミラー部及び外縁部から離間する質量体と、質量体と梁部とを連結する連結部と、を有する光スキャナである。質量体は、梁部において、揺動軸線に直交する方向の幅が所定幅変化した場合に生じる梁部の剛性変化に起因する共振周波数の変動を、質量体が所定幅変化することで生じる慣性モーメント変化によって抑制する。【選択図】        図１
2012058662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナであって、
揺動軸線を中心として、前記所定の共振周波数で揺動するミラー部と、
前記ミラー部に連結され、前記揺動軸線に平行に伸長する第１捩れ梁と、前記ミラー部に連結され、前記第１捩れ梁と反対方向に伸長する第２捩れ梁と、を有する梁部と、
前記第１捩れ梁の端部と、前記第２捩れ梁の端部とが連結される外縁部と、
前記ミラー部を揺動する駆動源と、
前記ミラー部と前記外縁部との間において、前記梁部、前記ミラー部及び前記外縁部から離間する質量体と、
前記質量体と前記梁部とを連結する連結部とを備え、
前記質量体は、
前記梁部において、前記揺動軸線に直交する第１方向の幅が所定幅変化することで生じる前記梁部の剛性変化に起因する前記共振周波数の変動を、前記質量体が前記所定幅変化することで生じる前記揺動軸線を中心とする慣性モーメントの変化によって抑制するように構成される、
ことを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナであって、
揺動軸線を中心として、前記所定の共振周波数で揺動するミラー部と、
前記ミラー部に連結され、前記揺動軸線に平行に伸長する第１捩れ梁と、前記ミラー部に連結され、前記第１捩れ梁と反対方向に伸長する第２捩れ梁と、を有する梁部と、
前記第１捩れ梁の端部と、前記第２捩れ梁の端部とが連結される外縁部と、
前記ミラー部を揺動する駆動源と、
前記ミラー部と前記外縁部との間において、前記梁部、前記ミラー部及び前記外縁部から離間した状態で、前記揺動軸線に沿って伸長する質量体と、
前記質量体と前記梁部とを連結する連結部とを備え、
前記梁部における捩れ弾性定数をＫ、前記揺動軸線を中心とする前記ミラー部の慣性モーメントをＩ１、前記揺動軸線を中心とする前記質量体の慣性モーメントをＩ２とし、
前記梁部において前記揺動軸線に直交する第１方向の幅が所定幅変化することで生じる前記Ｋの変化量をΔＫ、前記ミラー部が前記所定幅変化することで生じる前記Ｉ１の変化量をΔＩ１、前記質量体が前記所定幅変化することで生じる前記Ｉ２の変化量をΔＩ２とした場合に、
前記質量体は、以下の関係式を満たすように形成されることを特徴とする光スキャナ。
【数４】
2012058662.tif 000006
【請求項３】
前記質量体は、以下の関係式を満たすように形成される請求項２に記載の光スキャナ。
【数５】
2012058662.tif 000007
【請求項４】
前記質量体は、
前記揺動軸線の方向に沿って伸長する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記質量体は、
前記揺動軸線に平行に伸長し、
前記第１方向の幅が一定になるように形成される、
請求項４に記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記連結部は、前記梁部から前記第１方向に伸長し、
前記質量体は、前記連結部の端部から、前記連結部に対して対称に伸長する、
請求項１〜５の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項７】
前記連結部及び前記質量体は、前記梁部に対して対称に一対設けられる、
請求項１〜６の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項８】
前記質量体および前記連結部は、前記第１捩れ梁及び前記第２捩れ梁の両方に設けられる、
請求項１〜７の何れか１項に記載の光スキャナ。
【請求項９】
前記質量体及び前記連結部は、前記ミラー部に対して対称となるように、前記第１捩れ梁及び前記第２捩れ梁の両方に設けられる、
請求項８に記載の光スキャナ。
【請求項１０】
光を走査して画像を形成するための、請求項１〜９の何れか１項に記載の光スキャナと、
前記光スキャナに光を供給するための光源と、
前記光スキャナによって走査された光を被投影面に導く導光部とを備える、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、所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナと、その光スキャナを利用した画像投影装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナが知られている。共振駆動される光スキャナが量産される場合、その共振周波数を量産品の間で一定に保つことは、生産性を向上するために有用である。しかし、実際には、製造誤差などの原因により、量産される光スキャナの共振周波数は一定にはならない。例えば、光スキャナがエッチング加工によって形成される場合は、エッチング速度のばらつきによって、形成される光スキャナの形状がばらつく。そして、光スキャナの形状のばらつきは、光スキャナの共振周波数のばらつきに繋がる。
【０００３】
光スキャナの生産性を向上するために、ばらついた光スキャナの共振周波数を調整することで、共振周波数を所定の仕様の範囲に収める技術が提案されている。例えば、特許文献１には、揺動体のねじれ角が所定の値となった際に、揺動体の可動板の一部をレーザによって除去する技術が開示される。即ち、特許文献１では、揺動体の質量変化に伴う共振周波数変化を利用し、共振周波数が調整される。また、特許文献２には、ねじりばねに応力を印加して、一つのねじりばねのばね定数を変化させることで、ねじりの固有振動モードを所望の周波数比に維持する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３９３７７号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した従来の技術では、量産される光スキャナの共振周波数がばらつくことが前提である。即ち、ばらついた共振周波数を調整することで、調整後の光スキャナにおける共振周波数は一定に保たれる。即ち、従来の技術では、量産される光スキャナの夫々に対して、個別に周波数調整が必要となる。従って、従来の技術では、工数の増大、ひいてはコストの増大を招くと言う問題があった。この共振周波数のばらつきを抑制できれば、個別に周波数調整を行う必要性が低下し、工数やコストの増大を回避できると考えられる。
【０００６】
本発明は、製造誤差などが生じた場合であっても、共振周波数のばらつきを抑制することが可能な光スキャナと、この光スキャナを備えた画像投影装置と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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一側面は、所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナであって、揺動軸線を中心として、前記所定の共振周波数で揺動するミラー部と、前記ミラー部に連結され、前記揺動軸線に平行に伸長する第１捩れ梁と、前記ミラー部に連結され、前記第１捩れ梁と反対方向に伸長する第２捩れ梁と、を有する梁部と、前記第１捩れ梁の端部と、前記第２捩れ梁の端部とが連結される外縁部と、前記ミラー部を揺動する駆動源と、前記ミラー部と前記外縁部との間において、前記梁部、前記ミラー部及び前記外縁部から離間する質量体と、前記質量体と前記梁部とを連結する連結部とを備え、前記質量体は、前記梁部において、前記揺動軸線に直交する第１方向の幅が所定幅変化することで生じる前記梁部の剛性変化に起因する前記共振周波数の変動を、前記質量体が前記所定幅変化することで生じる前記揺動軸線を中心とする慣性モーメントの変化によって抑制するように構成される、ことを特徴とする光スキャナである。
【０００８】
これによれば、質量体が、連結部によって梁部と連結される。この質量体は、ミラー部と外縁部との間において、梁部、ミラー部及び外縁部から離間する。例えば、光スキャナをエッチング加工で製造する際に、梁部の揺動軸線に直交する第１方向の幅が変化する。そして、梁部において、第１方向の幅が所定幅変化した場合、梁部の剛性が変化する。例えば、梁部の第１方向の幅が設計値よりも狭く形成された場合を考えると、梁部の剛性は減少する。剛性の減少は、光スキャナの共振周波数を減少させる方向に働く。エッチングは等方的に進行するので、質量体の第１方向を含む幅（サイズ）も、梁部における減少量と同じだけ減少する。質量体のサイズの減少は、光スキャナの慣性モーメントを減少させる。この慣性モーメントの減少は、光スキャナの共振周波数を増加させる方向に働く。即ち、質量部にも同様にサイズ変化が生じることによって、梁部の幅変化によって生じる共振周波数の変動が抑制される。一方、梁部の第１方向の幅が設計値よりも広く形成された場合を考えると、梁部の剛性は増加する。しかし、剛性が増加しても、質量体も設計値よりサイズが大きくなっているため、光スキャナの慣性モーメントの増加によって、共振周波数の変動は結果として抑制される。従って、例えばエッチング速度のばらつきなどによって、梁幅がばらつくという形で製造誤差が生じたとしても、梁部の剛性変化によって生じる共振周波数の変動を、質量体のサイズ変化に起因する慣性モーメント変化によって抑制することで、結果として共振周波数のばらつきを抑制することができる。その結果、例えば共振周波数の調整を個別に行わずに、光スキャナの共振周波数を所望の値に保つことが可能になる。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の他の側面は、所定の共振周波数において共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する光スキャナであって、揺動軸線を中心として、前記所定の共振周波数で揺動するミラー部と、前記ミラー部に連結され、前記揺動軸線に平行に伸長する第１捩れ梁と、前記ミラー部に連結され、前記第１捩れ梁と反対方向に伸長する第２捩れ梁と、を有する梁部と、前記第１捩れ梁の端部と、前記第２捩れ梁の端部とが連結される外縁部と、前記ミラー部を揺動する駆動源と、前記ミラー部と前記外縁部との間において、前記梁部、前記ミラー部及び前記外縁部から離間した状態で、前記揺動軸線に沿って伸長する質量体と、前記質量体と前記梁部とを連結する連結部とを備え、前記梁部における捩れ弾性定数をＫ、前記揺動軸線を中心とする前記ミラー部の慣性モーメントをＩ１、前記揺動軸線を中心とする前記質量体の慣性モーメントをＩ２とし、前記梁部において前記揺動軸線に直交する第１方向の幅が所定幅変化することで生じる前記Ｋの変化量をΔＫ、前記ミラー部が前記所定幅変化することで生じる前記Ｉ１の変化量をΔＩ１、前記質量体が前記所定幅変化することで生じる前記Ｉ２の変化量をΔＩ２とした場合に、前記質量体は、以下の関係式（数１）を満たすように形成されることを特徴とする光スキャナである。
【００１０】
【数１】
2012058662.tif 000003
【００１１】
一般に、ミラーと両支持梁とを有する光スキャナにおける共振周波数は、梁部の捩れ弾性定数（剛性）をＫ、揺動する部分の慣性モーメントをＩとすると、以下の式で表される。
【００１２】
【数２】
2012058662.tif 000004
【００１３】
従って、上記（数１）の左辺第１項は、ミラー部の慣性モーメントＩ１と梁部の捩れ弾性係数Ｋとで決定される光スキャナの共振周波数を示す。そして、上記（数１）の左辺第２項は、エッチング速度のばらつきなどによって、捩れ弾性係数がΔＫ、ミラー部の慣性モーメントがΔＩ１変化した場合における、光スキャナの共振周波数を示す。従って、上記（数１）の左辺は、質量体が存在しない場合において、エッチング速度のばらつきなどによって生じる共振周波数の変動量を示す。一方、上記（数１）の右辺第１項は、ミラー部の慣性モーメントＩ１と質量体の慣性モーメントＩ２と梁部の捩れ弾性係数Ｋとで決定される光スキャナの共振周波数を示す。そして、上記（数１）の右辺第２項は、エッチング速度のばらつきなどによって、捩れ弾性係数がΔＫ、ミラー部の慣性モーメントがΔＩ１、質量体の慣性モーメントがΔＩ２変化した場合における、光スキャナの共振周波数を示す。従って、上記（数１）の右辺は、質量体が存在する場合において、エッチング速度のばらつきなどによって生じる共振周波数の変動量を示す。質量体が上記（数１）を満たすように形成されるので、エッチング速度のばらつきなどによって生じる共振周波数の変動量は、質量体が存在しない場合（左辺）よりも、質量体が存在する場合（右辺）の方が小さい。従って、質量体が設けられることによって、共振周波数のばらつきを抑制することができる。その結果、例えば共振周波数の調整を個別に行わずに、光スキャナの共振周波数を所望の値に保つことが可能になる。
【００１４】
この光スキャナは、他の構成をさらに含む光スキャナとすることもできる。即ち、前記質量体は、以下の関係式（数３）を満たすように形成されてもよい。
【００１５】
【数３】
2012058662.tif 000005
【００１６】
上記（数３）は、上記（数１）の右辺における、第１項と第２項とが等しい事を規定する。換言すれば、上記（数３）を満たす質量体が設けられることによって、エッチング速度のばらつきなどが発生しても、共振周波数の変動が生じない。従って、例えば共振周波数の調整を個別に行わずに、光スキャナの共振周波数を所望の値に保つことが可能になる。
【００１７】
また、前記質量体は、前記揺動軸線の方向に沿って伸長する、ようにしてもよい。
【００１８】
この光スキャナによれば、質量体は、揺動軸線の方向に沿って伸長する。従って、質量体が第１方向に沿って伸長するなどの場合と比較して、光スキャナの第１方向におけるサイズを小さく構成することが可能になる。
【００１９】
また、前記質量体は、前記揺動軸線に平行に伸長し、前記第１方向の幅が一定になるように形成される、ようにしてもよい。
【００２０】
この光スキャナによれば、質量体は、揺動軸線に平行に伸長し、前記第１方向の幅が一定になるように形成される。仮に質量体が揺動軸線にと交差する方向に伸長した場合、質量体の幅が減少した際に、慣性モーメントの減少量が位置によって異なる。具体的には、揺動軸線から近い位置で質量体の幅が減少したことによる慣性モーメントの減少量よりも、揺動軸線から遠い位置で質量体の幅が減少したことによる慣性モーメントの減少量が大きくなる。そのため、質量体の幅が減少した場合において、慣性モーメントの変化量を制御することが困難になる。一方、質量体が揺動軸線に平行に伸長すれば、質量体の第１方向の幅が一定であるため、質量体の長手方向における任意の位置と揺動軸線との距離は、常に一定となる。従って、質量体の幅が、その長手方向のどの位置で変化しても、慣性モーメントの変化量は一定である。従って、質量体の幅が減少した場合における慣性モーメントの変化量を容易に制御できる。
【００２１】
また、前記連結部は、前記梁部から前記第１方向に伸長し、前記質量体は、前記連結部の端部から、前記連結部に対して対称に伸長する、ようにしてもよい。
【００２２】
この光スキャナによれば、連結部は、梁部から第１方向に伸長する。従って、質量体が、梁部、ミラー部及び外縁部から確実に離間する。また、質量体が連結部に対して対称に伸長することにより、質量の分布は連結部に対して対称に保たれ、安定したミラー部の揺動が可能になる。
【００２３】
また、前記連結部及び前記質量体は、前記梁部に対して対称に一対設けられる、ようにしてもよい。
【００２４】
この光スキャナによれば、連結部及び質量体は、梁部に対して対称に一対設けられる。そのため、連結部及び質量体が付加されても、質量の分布は梁部に対して対称に保たれる。従って、安定したミラー部の揺動が可能になる。
【００２５】
また、前記質量体および前記連結部は、前記第１捩れ梁及び前記第２捩れ梁の両方に設けられる、ようにしてもよい。
【００２６】
この光スキャナによれば、質量体および連結部は、第１捩れ梁及び第２捩れ梁の両方に設けられる。従って、質量体および連結部が設けられる際に、重心位置がミラー部に対して、第１捩れ梁及び第２捩れ梁の何れか一方に偏ることを抑制できる。そのため、安定したミラー部の揺動が可能になる。
【００２７】
また、前記質量体及び前記連結部は、前記ミラー部に対して対称となるように、前記第１捩れ梁及び前記第２捩れ梁の両方に設けられる、ようにしてもよい。
【００２８】
この光スキャナによれば、質量体及び連結部は、ミラー部に対して対称となるように、第１捩れ梁及び第２捩れ梁の両方に設けられる。従って、質量体および連結部が設けられても、重心位置がミラー部上に保たれる。従って、さらに安定したミラー部の揺動が可能になる。
【００２９】
また、本発明の他の側面は、前記した光スキャナと、前記光スキャナに光を供給するための光源と、前記光スキャナによって走査された光を被投影面に導く導光部とを備える、ことを特徴する画像投影装置である。
【００３０】
これによれば、共振周波数のばらつきを抑制することが可能な光スキャナを用いた画像投影装置が提供される。従って、光スキャナの歩留まりが上がるので、安価に画像投影装置が提供される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、例えばエッチング速度のばらつきなどによって、製造誤差などが生じた場合であっても、スキャナの共振周波数のばらつきを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（Ａ）光スキャナ１０の平面図、（Ｂ）光スキャナ１０のＡ−Ａ断面図、（Ｃ）光スキャナ１０のＢ−Ｂ断面図。
【図２】構造体１００の、ミラー部１０１の周辺を拡大した平面図。
【図３】構造体１００の３つのサンプルに対してエッチング加工を行った際の、設計値のサイズに対する実測値の割合を示す図。
【図４】エッチング加工によるサイズのばらつきに対する、共振周波数のばらつきを説明する図。
【図５】網膜走査ディスプレイ１の構成を説明する図。
【図６】レーザディスプレイ２の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を用いて以下に詳細に説明する。本発明の一側面は以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。
【００３４】
［光スキャナ１０の構成］
図１に示されるように、光スキャナ１０は、構造体１００と、構造体１００に設けられた圧電駆動部１１０と、構造体１００が固定される台座１２０とを有する。光スキャナ１０では、圧電駆動部１１０が構造体１００の共振周波数にて周期的に伸縮することで、構造体１００に板波振動が励起される。この板波振動が、構造体１００を伝達し、構造体１００のミラー部１０１を揺動させることで、光スキャナ１０は共振駆動される。以下、光スキャナ１０の個々の構成について説明する。
【００３５】
図１及び図２に示されるように、構造体１００は、ミラー部１０１、第１捩れ梁１０２、第２捩れ梁１０３、外縁部１０４、第１質量体１０５ａ，１０５ｂ、第２質量体１０６ａ，１０６ｂ、第１連結部１０７ａ，１０７ｂ及び第２連結部１０８ａ，１０８ｂを有する。構造体１００は、エッチング加工やプレス加工等の除去加工を用いて、厚さ数十から数百μｍのステンレスやチタンなどの金属板に対して、上記の各構成を形成することで製造される。但し、構造体１００は、シリコンウエハなどの非金属材料によって形成されても差し支えない。この場合、非金属材料の表面には金属薄膜などの導電層が設けられるとよい。なお、図１では、構造体１００の厚み方向がＺ方向、ミラー部１０１の揺動軸線Ｌ１に平行な方向がＹ方向、Ｚ方向及びＹ方向に直交する方向がＸ方向と、それぞれ定義される。
【００３６】
ミラー部１０１は、揺動軸線Ｌ１を中心として揺動する。ミラー部１０１は、平面視円形の形状である。但し、ミラー部１０１は、四角形や多角形など、他の形状であっても差し支えない。ミラー部１０１の表面は、入射した光を反射するように、鏡面研磨がなされている。但し、鏡面研磨に変えて、アルミニウムや銀などの可視光に対して高い反射率を有する金属薄膜が、蒸着やスパッタリング等によってミラー部１０１の表面に設けられても良い。
【００３７】
ミラー部１０１のＹ方向正側には、第１捩れ梁１０２が連結される。第１捩れ梁１０２は、揺動軸線Ｌ１に平行に、ミラー部１０１から離間する方向に伸長する。ミラー部１０１のＹ方向負側には、第２捩れ梁１０３が連結される。第２捩れ梁１０３は、揺動軸線Ｌ１に平行であって、第１捩れ梁１０２と反対方向に伸長する。第１捩れ梁１０２及び第２捩れ梁１０３によって、ミラー部１０１は両側支持される。なお、第１捩れ梁１０２及び第２捩れ梁１０３を区別しない場合、単に梁部と呼称する。
【００３８】
外縁部１０４は、第１耳部分１０４ａ１、第２耳部分１０４ａ２、本体部分１０４ｂ、固定部分１０４ｃを有する。第１耳部分１０４ａ１には、第１捩れ梁１０２のＹ方向正側の端部が接続される。第２耳部分１０４ａ２には、第２捩れ梁１０３のＹ方向負側の端部が接続される。第１耳部分１０４ａ１及び第２耳部分１０４ａ２は、第１捩れ梁１０２及び第２捩れ梁１０３が接続される位置から、Ｘ方向負側に伸長する。第１耳部分１０４ａ１は、本体部分１０４ｂのＸ方向正側の辺において、Ｙ方向正側の端部に連結される。第２耳部分１０４ａ２は、本体部分１０４ｂのＸ方向正側の辺において、Ｙ方向負側の端部に連結される。本体部分１０４ｂは、構造体１００の中心部分に位置する。本体部分１０４ｂのＸ方向負側の一端には、固定部分１０４ｃが接続される。固定部分１０４ｃは、その長手方向の中心で、本体部分１０４ｂの一端と接続している。固定部分１０４ｃは、台座１２０に対して固定される。
【００３９】
駆動源として機能する圧電駆動部１１０は、本体部分１０４ｂのＺ方向正側の面に設けられる。圧電駆動部１１０は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの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。圧電駆動部１１０と本体部分１０４ｂ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、銅等で構成された円盤状の金属フィラーを分散させたものである。先ず、本体部分１０４ｂに塗布された導電性接着剤の上に、圧電駆動部１１０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、圧電駆動部１１０と本体部分１０４ｂとが接着される。構造体１００は金属板で形成されるので、構造体１００と圧電駆動部１１０のＺ方向正側との間に光スキャナ１０の共振周波数に相当する交流電圧を印加することで、光スキャナ１０の共振駆動が可能となる。
【００４０】
台座１２０は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。台座１２０のＺ方向正側の面には、固定部分１０４ｃが固定される。台座１２０と、固定部分１０４ｃとの
固定には、例えば接着剤による接着、レーザなどによる溶着、所定の治具によるクランピングなどの方法が用いられる。
【００４１】
第１質量体１０５ａ，１０５ｂ及び第１連結部１０７ａ，１０７ｂは、第１捩れ梁１０２に設けられた、平面視Ｈ字状の構造である。第１質量体１０５ａ，１０５ｂは、ミラー部１０１と外縁部１０４の耳部分１０４ａ１との間において、第１捩れ梁１０２、ミラー部１０１及び外縁部１０４から離間する。第１連結部１０７ａ，１０７ｂは、第１質量体１０５ａ，１０５ｂと第１捩れ梁１０２とを連結する。具体的には、第１連結部１０７ａは、第１捩れ梁１０２からＸ方向正側に伸長する。そして、第１質量体１０５ａは、第１連結部１０７ａのＸ方向正側の端部から、第１連結部１０７ａに対して対称にＹ方向の両側に伸長する。第１連結部１０７ｂ及び第１質量体１０５ｂは、第１捩れ梁１０２に対して、第１連結部１０７ａ及び第１質量体１０５ａと対称に設けられる。即ち、第１連結部１０７ｂは、第１捩れ梁１０２からＸ方向負側に伸長する。そして、第１質量体１０５ｂは、第１連結部１０７ｂのＸ方向負側の端部から、第１連結部１０７ｂに対して対称にＹ方向の両側に伸長する。
【００４２】
第２質量体１０６ａ，１０６及び第２連結部１０８ａ，１０８ｂも、平面視Ｈ字状の構造である。第２質量体１０６ａ，１０６ｂ及び第２連結部１０８ａ，１０８ｂは、ミラー部１０１に対して、第１質量体１０５ａ，１０５ｂ及び第１連結部１０７ａ，１０７ｂと対称となるように、第２捩れ梁１０３に設けられる。第２質量体１０６ａ，１０６及び第２連結部１０８ａ，１０８ｂは、ミラー部１０１と耳部分１０４ａ２との間に位置することを除いては、第１質量体１０５ａ，１０５ｂ及び第１連結部１０７ａ，１０７ｂと同様の形状である。そのため、形状の説明は省略される。なお、第１質量体１０５ａ，１０５ｂと第２質量体１０６ａ，１０６とを区別しない場合、単に質量体と呼称する。また、第１連結部１０７ａ，１０７ｂと第２連結部１０８ａ，１０８ｂとを区別しない場合、単に連結部と呼称する。
【００４３】
［加工によるサイズのばらつき］
量産効率を考えた場合、１枚の大きな金属板から、複数個の構造体１００を同時にエッチング加工によって形成するのがよい。しかし、複数個の構造体１００が同時にエッチング加工される場合、エッチング形状が設計形状に対して進行している個体と、遅れている個体とが必ず発生してしまう。そこで、図２及び図３を用いて、構造体１００が形成される際に、エッチング速度のばらつきによってサイズがどの程度ばらつくかを説明する。図２は、構造体１００のエッチング加工後にサイズを測定した箇所を示す。光スキャナ１０の共振周波数は、揺動する部分の慣性モーメントと、梁部の剛性とによって決定される。そして、剛性は、梁部の形状（長さ、幅、厚み）によって決定される。梁部は、Ｙ方向の長さに対して、Ｘ方向の幅が十分小さい。そのため、エッチング速度のばらつきによってＸ方向及びＹ方向のサイズが同量変化しても、Ｘ方向の幅変化が剛性に大いに影響する。そのため、図２に示されるように、構造体１００のＸ方向の幅に関して測定を行った。
【００４４】
図３に示されるように、構造体１００を３個作成し、それぞれのサンプル（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３）に対して、各部のＸ方向の幅を測定した。なお、図３では、Ｘ方向の幅は、設計値に対する割合として示される。Ｎｏ．１、Ｎｏ．２のサンプルでは、ほぼ設計値通りのエッチング加工ができている。しかし、梁部（Ａ〜Ｄ）においては、±１％程度のＸ方向の幅のばらつきが存在する。また、質量体（Ｅ〜Ｌ）に関しては、設計値に対して５〜１０％程度Ｘ方向の幅が狭くなっていた。一方、Ｎｏ．３のサンプルでは、梁部（Ａ〜Ｄ）においては、設計値に対して５％程度Ｘ方向の幅が狭くなっていた。また、質量体（Ｅ〜Ｌ）に関しては、設計値に対して１５％程度もＸ方向の幅が狭くなっていた。
【００４５】
［質量体の効果］
前記したように、構造体１００がエッチング加工によって形成される場合、エッチング速度のばらつきによって、梁部の剛性に影響を及ぼすＸ方向の幅はばらつく。この剛性のばらつきは、光スキャナ１０の共振周波数のばらつきに繋がってしまう。しかし、本実施形態では、第１質量体１０５ａ，１０５ｂ及び第２質量体１０６ａ，１０６ｂが設けられることで、共振周波数のばらつきが抑制される。以下、その理由を説明する。
【００４６】
構造体１００のように、ミラーと両支持梁を有する構造における共振周波数は、上記した（数２）によって示される。前記したように、エッチング速度のばらつきによって、捩れ弾性定数Ｋが変化するため、共振周波数も変化する。
【００４７】
厳密には、エッチング速度のばらつきによって、ミラー部１０１のサイズ、即ち慣性モーメントＩも変化する。しかし、本実施形態の構造体１００のように、ミラー部１０１に対して梁部の幅が十分に狭い場合、ミラー部１０１のサイズ変化に起因する慣性モーメントＩの変化量よりも、梁部のＸ方向の幅変化に起因する捩れ弾性定数Ｋの変化量の方が大きい。その結果、エッチング速度のばらつきによって、共振周波数は変化する。ここで、（数１）より、エッチング速度のばらつきによる慣性モーメントＩの変化量が、捩れ弾性定数Ｋの変化量と同程度であれば、共振周波数のばらつきが抑制されると考えられる。本実施形態では、連結部を介して質量体が梁部に連結される。この質量体は、梁から所定距離離間されているので、揺動する部分の慣性モーメントに対する寄与が大きい。即ち、エッチング速度のばらつきが生じた際に、この質量体のサイズが変化することで、慣性モーメントＩの変化量が大きくなる。その結果、慣性モーメントＩの変化量は捩れ弾性定数Ｋの変化量と同程度になり、共振周波数のばらつきが抑制される。慣性モーメントＩの変化量を増加させるという観点のみによれば、質量体はミラー部１０１に設けられても差し支えない。しかし、質量体がミラー部１０１に設けられると、ミラー部１０１の揺動時にミラー歪みが増大する。その結果、反射光の波面形状が変化するなどの、光学特性の劣化を招く。本実施形態では、質量体が梁部に設けられているため、ミラー部１０１の光学特性を劣化することなく、共振周波数のばらつきが抑制される。
【００４８】
このことを数式で表したのが、上記した（数１）である。本実施形態において（数１）は、「Ｉ１」がミラー部１０１の揺動軸線Ｌ１を中心とした慣性モーメントに、「Ｉ２」が質量体の揺動軸線Ｌ１を中心とした慣性モーメントに、「Ｋ」が梁部の捩れ弾性定数に、それぞれ対応する。厳密には、エッチング速度のばらつきによって生じる梁部や連結部の質量変化もまた、慣性モーメントに変化を与える。しかし、梁部及び連結部は、ミラー部１０１及び質量体と比較して、揺動軸線Ｌ１に十分近い。そのため、梁部及び連結部の質量変化が慣性モーメントに与える影響は、ミラー部１０１及び質量体の質量変化が慣性モーメントに与える影響と比較して、無視できるほどに十分小さい。そのため、上記（数１）では、梁部及び連結部の効果は無視される。上記したように、質量体が（数１）を満たすように形成されるため、共振周波数のばらつきが抑制される。また、質量体は望ましくは、上記（数３）を満たすのがよい。これによって、エッチング速度のばらつきによって生じる光スキャナの系全体における慣性モーメントＩの変化量は、捩れ弾性定数Ｋの変化量と釣り合うこととなる。その結果、共振周波数のばらつきが抑制される。
【００４９】
［共振周波数の変化］
図４を用いて、質量体が設けられることによって、どの程度共振周波数のばらつきが抑制されるかを説明する。図４の縦軸は、加工後の構造体１００を用いて作成した光スキャナ１０の共振周波数の実測値と、設計値通りのサイズの構造体１００を有する光スキャナ１０における共振周波数の値との比である。図４の横軸は、加工後の構造体１００の梁部のＸ方向の幅の実測値と、設計値における構造体１００の梁部のＸ方向の幅の値との比である。図４において、丸と実線で示される本実施形態のデータは、図３で説明した３個のサンプル（Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３）を示す。丸と実線で示されるデータの横軸の値は、図３のＡ〜ＤにおけるＸ方向の幅を平均した値である。一方、十字と破線とで示されるデータは、第１質量体１０５ａ，１０５ｂ、第２質量体１０６ａ，１０６ｂ、第１連結部１０７ａ，１０７ｂ及び第１連結部１０７ａ，１０７ｂを、構造体１００から除去した３個のサンプルにおいて求められた値である。即ち、十字と破線とで示されるデータは、本発明の特徴を有さない、比較例といえる。
【００５０】
比較例のデータは、梁幅が９６〜１０４％程度の幅でばらついており、共振周波数のばらつきも９６〜１０４％程度存在する。即ち、梁幅の変化量と共振周波数の変化量とがほぼ一対一に対応している。一方、本実施形態のデータは、梁幅が９３〜１００％程度の幅でばらついているにも関わらず、共振周波数のばらつきは９９〜１００％と、１％程度に抑制されている。即ち、質量体が設けられることによって、梁部の幅がばらつくという形で製造誤差が生じたとしても、光スキャナ１０の共振周波数のばらつきを抑制することが可能となっている。
【００５１】
［網膜走査ディスプレイ１の構成］
前記した光スキャナ１０は、画像を形成するために光を走査する構成として、網膜走査ディスプレイ１に用いることが可能である。図５は、網膜走査ディスプレイ１の全体構成について説明する図である。網膜走査ディスプレイ１は、観察者の瞳孔５２に入射した光束を用いて網膜５４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。
【００５２】
網膜走査ディスプレイ１は、制御ユニット１ａと、頭部表示ユニット１ｂとで構成される。制御ユニット１ａと頭部表示ユニット１ｂとは、別体に構成される。制御ユニット１ａは、例えば使用者の腰などに取り付けられる。頭部表示ユニット１ｂは、制御ユニット１ａと電気的及び光学的な信号を伝達可能な信号線によって接続される。頭部表示ユニット１ｂは、例えば米国特許出願公開２０１０／００７３２６２号公報などに開示されているように、眼鏡型の装着具などを用いて使用者の頭部に装着される。勿論、制御ユニット１ａと、頭部表示ユニット１ｂとが一体に構成されても差し支えない。
【００５３】
制御ユニット１ａは、映像信号処理回路３、光源部３０及び光合波部４０で構成される。映像信号処理回路３は、外部から供給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。
【００５４】
光源部３０は、Ｂレーザドライバ３１、Ｇレーザドライバ３２、Ｒレーザドライバ３３、Ｂレーザ３４、Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６を備える。Ｂレーザドライバ３１は、映像信号処理回路３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３４を駆動する。Ｇレーザドライバ３２は、映像信号処理回路３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３５を駆動する。Ｒレーザドライバ３３は、映像信号処理回路３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３６を駆動する。Ｂレーザ３４，Ｇレーザ３５及びＲレーザ３６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。
【００５５】
光合波部４０は、コリメート光学系４１，４２，４３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４４，４５，４６と、合波されたレーザ光を集光する集光光学系４７とを備える。Ｂレーザ３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系４１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４４に入射する。Ｇレーザ３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系４２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４５に入射する。Ｒレーザ３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系４３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４６に入射する。ダイクロイックミラー４４，４５，４６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４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系４７によって集光され、光ファイバ等を介して頭部表示ユニット１ｂに導かれる。
【００５６】
頭部表示ユニット１ｂは、コリメート光学系２０、水平走査ドライバ２３、光スキャナ１０、リレー光学系２４、垂直走査ドライバ２５、垂直走査スキャナ２６及び接眼光学系２７を備える。
【００５７】
コリメート光学系２０は、光ファイバ等を介して制御ユニット１ａから導かれたレーザ光を平行光に変換する。平行光に変換されたレーザ光は、光スキャナ１０に入射する。
【００５８】
光スキャナ１０は、コリメート光学系２０からのレーザ光を水平方向（例えば、観察者の眼に対して左右方向）に走査する。具体的には、水平走査ドライバ２３は、映像信号処理回路３からの水平同期信号に従って、光スキャナ１０の揺動状態を制御する。水平走査されたレーザ光は、リレー光学系２４に入射する。
【００５９】
リレー光学系２４は、正の屈折力を持つレンズ系２４ａ、２４ｂを有する。レンズ系２４ａは、光スキャナ１０からレンズ系２４ａの焦点距離を離れた位置に配置される。従って、水平走査されたレーザ光は、レンズ系２４ａによって互いの光軸が平行になるように屈折される。また、水平走査されたレーザ光は、コリメート光学系２０によって平行光化されているので、集束光として変換される。図５では、レーザ光の光軸が点線で示され、リレー光学系２４及び接眼光学系２７の中心（＝光軸）を通過するレーザ光の光線が実線で示される。レンズ系２４ｂは、レンズ系２４ａから、レンズ系２４ａの焦点距離とレンズ系２４ｂの焦点距離との合計の距離を離れた位置に配置される。従って、レンズ系２４ａを通過したレーザ光は、レンズ系２４ｂによって互いの光軸が垂直スキャナ２５上の一点に集束するように屈折される。また、レンズ系２４ａを通過した際に集束光として変換されたレーザ光は、レンズ系２４ｂによって再度平行光化される。即ち、リレー光学系２４は、光スキャナ１０において形成された光学瞳（＝レーザ光の入射点）を、垂直スキャナ２５上に転送する機能を果たす。
【００６０】
垂直スキャナ２５は、リレー光学系２４からのレーザ光を垂直方向（例えば、観察者の眼に対して上下方向）に走査する。具体的には、垂直スキャナ２５は、揺動する反射面を有する。反射面が揺動することで、反射面に入射したレーザ光は、垂直方向に走査される。垂直スキャナ２５は、例えば、ムービングコイル方式で揺動する電磁型のＭＥＭＳミラーで構成可能である。垂直走査ドライバ２６は、映像信号処理回路３からの垂直同期信号に従って、垂直スキャナ２５の揺動状態を制御する。ここで、レーザ光は、光スキャナ１０によって水平方向に走査されているので、垂直スキャナ２５によって二次元的に走査された画像光となる。二次元走査された画像光は、接眼光学系２７に入射する。
【００６１】
接眼光学系２７は、正の屈折力を持つレンズ系２７ａ、２７ｂを有する。接眼光学系２７は、リレー光学系２４と同様に、垂直スキャナ２５において形成された光学瞳を、観察者の眼の瞳孔５２に転送する機能を果たす。接眼光学系２７を出射した画像光は、観察者の眼の瞳孔５２を通過し、網膜５４に結像する。従って、観察者は、画像を視認する。
【００６２】
＜変形例＞
本発明は、今までに述べた実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形・変更が可能である。以下にその一例を述べる。
【００６３】
前記した実施形態に置いて、光スキャナ１０は、圧電駆動部１１０によって駆動される。しかし、例えば、ムービングコイルやムービングマグネットなどの電磁駆動方式や、静電駆動方式などが採用されてもよい。要は、何れの方式であっても、構造体１００に板波振動が励起されればよい。
【００６４】
前記した実施形態において、網膜走査ディスプレイ１では、レーザ光は水平方向に走査された後に、垂直方向に走査される。しかし、例えば光スキャナ１０と垂直スキャナ２５とを入れ替えることによって、レーザ光が垂直方向に走査された後に、水平方向に走査されてもよい。あるいは、水平方向が観察者の眼に対して上下方向に定義され、垂直方向が観察者の眼に対して左右方向に定義されても良い。
【００６５】
前記した実施形態において、光スキャナ１０は、網膜走査ディスプレイ１に用いられる。しかし、光スキャナ１０は、他のいかなる用途に用いられても良い。一例として、光スキャナ１０が、図６に示されるように、走査されたレーザ光を被投影面上に結像するレーザプロジェクタ２に用いられても良い。レーザプロジェクタ２は、垂直走査スキャナ２５よりも後段の光学系において、網膜走査ディスプレイ１と相違する。そのため、垂直走査スキャナ２５における網膜走査ディスプレイ１と共通する構成に関する説明は、同一の図番を採用することによって省略される。結像光学系２８は、正の屈折力を持つレンズ系である。結像光学系２８は、垂直スキャナ２５からの平行光化されたレーザ光を集束することで、スクリーンなどの被投影面上に結像する。なお、任意の距離にある被投影面に対して結像を行うために、結像光学系２８は、所定のフォーカス調整機能を備えるのが望ましい。あるいは、レーザ光のビーム径が十分に小さければ、結像光学系２８は無くても構わない、その場合、垂直走査スキャナ２５からの平行光化されたレーザ光が、被投影面上に直接画像を描くこととなる。この場合、導光部はレーザ光に対して光学的作用を及ぼさない。
【符号の説明】
【００６６】
１  網膜走査ディスプレイ
１ａ  制御ユニット
１ｂ  頭部表示ユニット
３  映像信号処理回路
１０  光スキャナ
２０，４１，４２，４３  コリメート光学系
２３  水平走査ドライバ
２４  リレー光学系
２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂ  レンズ系
２５  垂直走査スキャナ
２６  垂直走査ドライバ
２７  接眼光学系
２８  結像光学系
３０  光源部
３１  Ｂレーザドライバ
３２  Ｇレーザドライバ
３３  Ｂレーザドライバ
３４  Ｂレーザ
３５  Ｇレーザ
３６  Ｒレーザ
４０  光合波部
４４，４５，４６  ダイクロイックミラー
４７  集光光学系
５２  観察者の瞳孔
５４  観察者の網膜
１００  構造体
１０１  ミラー部
１０２  第１捩れ梁
１０３  第２捩れ梁
１０４  外縁部
１０４ａ１  第１耳部分
１０４ａ２  第２耳部分
１０４ｂ  本体部分
１０４ｃ  固定部分
１０５ａ，１０５ｂ  第１質量体
１０６ａ，１０６ｂ  第２質量体
１０７ａ，１０７ｂ  第１連結部
１０８ａ，１０８ｂ  第２連結部
１１０  圧電駆動部
１２０  台座
【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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