(57)【要約】【課題】消費電力の小さい光走査装置を提供する。【解決手段】基台１上に形成された第２電極３と、第２電極３と対向する位置に離間されて配設された第１電極２ｃ間の交流電圧の印加により、第１電極２ｃに接続されたミラー２ａを励振させることにした。これにより、ミラー２ａの作用角度によらず、第１電極２ｃと第２電極３を近接させることが可能となる。このため、低電圧の交流電圧であっても、第１電極２ｃを振動させ、ミラー２ａを励振させることが可能となり、消費電力の小さい光走査装置５０を提供することが可能となる。【選択図】図１
2012068300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台部と
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁にそれぞれ接続され、前記支持梁の延出方向と直交する方向に延出する一対の接続部と、
一端側に前記接続部が接続され、前記基台部と対向する位置に離間して配設された平板状の板部と、
前記板部の前記基台部と対向する位置に形成された第１電極と、
前記板部の他端側に接続され、前記基台部に取り付けられる被取付部と、
前記基台上に形成された第２電極とを有し、
前記第１電極と前記第２電極間の交流電圧の印加により、前記ミラーが励振されて、前記ミラーに入射した光が走査されるように構成されたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記第２電極は、前記第１電極にのみ対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記板部を金属材料で構成し、前記板部を前記第１電極としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光走査装置。
【請求項４】
少なくとも前記ミラーと対向する位置の前記基台部にミラー可動凹部を凹陥形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
基台部と
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁にそれぞれ接続され、前記支持梁の延出方向と直交する方向に延出する一対の接続部と、
一端側に前記接続部が接続され、前記基台部と対向する位置に離間して配設された平板状の板部と、
前記板部の前記基台部と対向する位置に形成された第１電極と、
前記板部の他端側に接続され、前記基台部に取り付けられる被取付部と、
前記基台上に形成された第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極間の交流電圧の印加により、前記ミラーが励振されて、前記ミラーに入射した光が走査されるように構成された光走査装置と、
前記第１電極と前記第２電極間に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成部と、
前記ミラーに入射させる光を生成する光生成部と、
前記光走査装置で走査された光を、投影部に結像させる結像光学系を有することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光を走査する光走査装置、これを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、両側をトーションバーで支持されたミラーを、このミラーの裏面と対向する電極で静電引力を作用させることにより、ミラー面の傾斜角度を変化させ、ミラー面に入射した光を走査する光走査装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１９２８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されるような構造の光走査装置では、ミラーの裏面と電極とを近接させた方が、ミラーにより大きい静電気力を作用させることができ、消費電力を低減させることができる。しかし、ミラーの裏面と電極とを近接させた場合には、ミラーの傾斜により、ミラー面と電極が接触してしまうことから、ミラー面の作動角を大きくとることができない。一方、ミラー面の作動角を大きくとるために、ミラーの裏面と電極とを離間させると、静電気力は空隙の距離に応じて減衰することから、ミラーに静電気力を作用させるには、消費電力がに増大してしまう。
本発明は、上記問題を解決し、消費電力の小さい光走査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】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
基台部と
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁にそれぞれ接続され、前記支持梁の延出方向と直交する方向に延出する一対の接続部と、
一端側に前記接続部が接続され、前記基台部と対向する位置に離間して配設された平板状の板部と、
前記板部の前記基台部と対向する位置に形成された第１電極と、
前記板部の他端側に接続され、前記基台部に取り付けられる被取付部と、
前記基台上に形成された第２電極とを有し、
前記第１電極と前記第２電極間の交流電圧の印加により、前記ミラーが励振されて、前記ミラーに入射した光が走査されるように構成されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記第２電極は、前記第１電極にのみ対向する位置に形成されていることを特徴とする。
これにより、ミラーに静電気力が作用すること無く、ミラーの励振が阻害されない。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記板部を金属材料で構成し、前記板部を前記第１電極としたことを特徴とする。
これにより、板部と独立した第１電極を設ける必要が無く、光走査装置の低コスト化及び軽量化が可能となる。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、
少なくとも前記ミラーと対向する位置の前記基台部にミラー可動凹部を凹陥形成したことを特徴とする。
これにより、ミラーの揺動が阻害されない。このため、第１電極と第２電極を可能な限り近接させることが可能となり、より、光走査装置の省電力化が可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、
基台部と
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁にそれぞれ接続され、前記支持梁の延出方向と直交する方向に延出する一対の接続部と、
一端側に前記接続部が接続され、前記基台部と対向する位置に離間して配設された平板状の板部と、
前記板部の前記基台部と対向する位置に形成された第１電極と、
前記板部の他端側に接続され、前記基台部に取り付けられる被取付部と、
前記基台上に形成された第２電極と、を有し、前記第１電極と前記第２電極間の交流電圧の印加により、前記ミラーが励振されて、前記ミラーに入射した光が走査されるように構成された光走査装置と、
前記第１電極と前記第２電極間に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成部と、
前記ミラーに入射させる光を生成する光生成部と、
前記光走査装置で走査された光を、投影部に結像させる結像光学系を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基台上に形成された第２電極と、この第２電極と対向する位置に離間されて配設された第１電極間の交流電圧の印加により、前記第１電極に接続されたミラーを励振させることにした。これにより、ミラーの作用角度によらず、前記第１電極と前記第２電極を近接させることが可能となる。このため、低電圧の交流電圧であっても、前記第１電極を振動させ、ミラーを励振させることが可能となり、消費電力の小さい光走査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態を示す光走査装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ―Ａ断面図である。
【図３】光走査装置が保護部材で保護された構成の斜視図である。
【図４】画像投影装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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２に示されるように、本発明の光走査装置５０は、基台１と、振動板２と、第２電極３とから構成されている。振動板２は、ミラー２ａ、支持梁２ｂ、接続部２ｅ、板部２ｃ、及び、被取付部２ｄが一体形成されている。
【００１３】
基台１は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。基台１は、板状又はブロック状の基部１ａと、この基部１ａの基端から、基部１ａの形成方向と直交する方向（上方）に延出する板状又はブロック状の取付部１ｂとから構成されている。
【００１４】
ミラー２ａは、レーザ光等の光を反射する面である。ミラー２ａは、本実施形態では、四角形状であるが、これに限定されず、円形状等であっても差し支えない。ミラー２ａの両側には、ミラー２ａから離れる方向に延出する支持梁２ｂが形成されている。言い換えると、ミラー２ａの両側は、一対の支持梁２ｂで揺動可能に弾性的に支持されている。つまり、支持梁２ｂは、ミラー２ａを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。板部２ｃは四角形状の平板であり、一辺から支持梁２ｂと直交する方向に延出する２本の接続部２ｅが形成されている。２本の接続部２ｅ間に、２本の支持梁２ｂがそれぞれ接続している。板部２ｃの接続部２ｅが形成されている辺と反対側の一端には、被取付部２ｄが接続されている。本実施形態では、被取付部２ｄは、長方形状となっている。本実施形態では、被取付部２ｄは、その長手方向の中心で、板部２ｃの一端と接続している。振動板２は、ステンレスやチタン等の金属板材が、エッチング加工やプレス加工等の除去加工により、ミラー２ａ、支持梁２ｂ、接続部２ｅ、板部２ｃ、被取付部２ｄが一体に形成され製造される。
【００１５】
図１に示されるように、振動板２の被取付部２ｄが、基台１の取付部１ｂ上に載置された状態で取り付けられている。本実施形態では、被取付部２ｄはスポット溶接により取付部１ｂに取り付けられている。但し、被取付部２ｄは、接着や所定の治具によるクランピングなど、他の方法によって取付部１ｂに取り付けられても差し支えない。図２に示されるように、振動板２の被取付部２ｄ以外は、基台１の基部１ａから離間している。もちろん、振動板２の板部２ｃは、基台１の基部１ａと対向し離間している。図１や図２に示されるように、基台１のミラー２ａと対向する位置（ミラー２ａの下側位置）には、上方に開放した空間であるミラー可動凹部１ｃが凹陥形成されている。本実施形態では、接続部２ｅと対向する位置（接続部２ｅの下側位置）まで、ミラー可動凹部１ｃが形成されている。
【００１６】
図１や図２に示されるように、基台１の基部１ａ上、つまり、振動板２の板部２ｃと対向する位置には、第２電極３が配設されている。本実施形態では、基台の基部１ａ上に絶縁層４が形成され、この絶縁層４上に第２電極３が接着されている。これにより、第２電極３と、基台１とは絶縁されている。つまり、後述する第１電極である板部２ｃと第２電極３は絶縁されている。なお、絶縁層４の材料には、SiO2、SiN、エポキシ、ポリイミドが含まれる。なお、振動板２が基台１に絶縁されて取り付けられている場合には、絶縁層４は不要である。
【００１７】
本実施形態では、振動板２を金属で構成し、第２電極３と対向する位置にある板部２ｃを、第２電極３間との電圧の印加により静電気力が作用する第１電極としている。基台１の基部１ａは、厚さが0.5ｍｍ以上あり、剛性がある一方で、振動板２は、厚さが0.05〜0.3ｍｍであり、弾性的に変形可能となっている。第１電極である板部２ｃと第２電極３間に交流電圧を印加させると、静電気力により、第１電極である板部２ｃが第２電極３側へ吸引・反発が繰り返されて、板部２ｃが振動する。すると、板部２ｃの振動が、接続部２ｅ、支持梁２ｂへと伝達し、一対の支持梁２ｂはねじれ振動する。すると、ミラー２ａが励振されて、支持梁２ｂの形成方向を中心に揺動し、ミラー２ａに入射した光が走査される。なお、第１電極と第２電極３間に印加する交流電圧は、ミラー２ａの固有振動数に対応する周波数の交流電圧である。
【００１８】
このように、本発明の光走査装置５０は、基台１の基部１ａ上に形成された第２電極３と、第２電極３と対向する位置に離間されて配設された第１電極である板部２ｃ間の交流電圧の印加により、ミラー２ａを励振させる構造であるので、ミラー２ａの作用角度によらず、第１電極である板部２ｃと第２電極３を近接させることが可能となる。このため、低電圧の交流電圧であっても、第１電極である板部２ｃを振動させ、ミラー２ａを励振させることが可能となり、光走査装置の省電力化が可能となる。
【００１９】
図２に示されるように、本実施形態では、ミラー２ａと対向する位置に、ミラー可動凹部１ｃが形成されているので、ミラー２ａの揺動が阻害されない。このため、第１電極である板部２ｃと第２電極３を可能な限り近接させることが可能となる。なお、第１電極である板部２ｃと第２電極３の離間距離は、5〜50μｍである。第１電極である板部２ｃと第２電極３の離間距離が、50μｍより大きければ、第１電極である板部２ｃに静電気力を作用させるための交流電圧の電圧が高くなり、光走査装置５０の消費電力が高くなってしまう。一方で、第１電極である板部２ｃと第２電極３の離間距離が、5μｍより小さいと、板部２ｃの振動により、板部２ｃが第２電極３に接触してしまう。
【００２０】
本発明では、第１電極である板部２ｃと第２電極３間に作用する静電気力により、板部２ｃを振動させ、板部２ｃの振動を接続部２ｅ及び支持梁２ｂを介してミラー２ａに伝達させて、ミラー２ａを励振させる構造である。このため、ミラー２ａや、支持梁２ｂ、接続部２ｅに静電気力が作用すると、ミラー２ａの励振が阻害されてしまう。そこで、本実施形態では、図２に示されるように、第２電極３は、第１電極である板部２ｃと対向する位置のみに形成され、ミラー２ａ、支持梁２ｂ、接続部２ｅに対向する位置には、形成されていない。このため、第２電極３と距離が離れている接続部２ｅ、支持梁２ｂ、ミラー２ａには、殆ど静電気力が作用することが無く、ミラー２ａの励振が阻害されない。
【００２１】
以上説明した実施形態では、振動部２の板部２ｃを第１電極としているが、第２電極３と対向する位置の板部２ｃの裏面に独立した第１電極を貼設した実施形態としても差し支え無い。この実施形態の場合には、振動部２は金属で構成されていなくてもよく、振動部２をシリコン等の非金属材料で構成しても差し支え無い。
【００２２】
本発明の光走査装置５０は、微細な構造であることから、例えば、振動部２に衝撃が加わると破損する恐れがある。そこで、図３に示されるように、光走査装置５０の側周部を取り囲む保護部材６０で、振動部２を保護することが好ましい。図３に示される実施形態では、保護部材６０は、上方が開放した箱形形状である。なお、図１〜図３に示される実施形態では、ミラー２ａに対向する位置の基台１には、ミラー可動凹部１ｃが凹陥形成されているが、保護部材６０が光走査装置５０に取り付けられていない実施形態では、ミラー２ａに対向する位置の基部１ａを削除することにより、ミラー２ａの作用角を確保することが可能となる。
【００２３】
（画像投影装置の説明）
次に図４を用いて、画像投影装置２００の説明をする。前記した光走査装置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２００に用いることが可能である。図４に示される構成の画像投影装置２００は、観察者の瞳孔９０１に入射した光を用いて網膜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。本実施形態では、光走査装置５０を、光を水平方向に走査する第１の光走査装置５１として用い、この第１の光走査装置５１で水平走査を行い、第２の光走査装置７０で垂直走査を行うことにより、光を２次元走査させている。なお、第２の光走査装置７０は、揺動するミラー７０ａを有し、このミラー７０ａが揺動することで、ミラー７０ａに入射したレーザ光が、垂直方向に走査される。第２の光走査装置７０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。
【００２４】
画像投影装置２００は、光生成手段１５０、光ファイバ１６１、コリメート光学系１６２、水平走査ドライバ１８1、垂直走査ドライバ１８２、第１の光走査装置５１、リレー光学系１６３、第２の光走査装置７０、及び、結像光学系１９０を備える。光生成手段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生成する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
水平走査ドライバ１８１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、第１の光走査装置５１に印加する交流電圧を生成するものである。水平走査ドライバ１８１の出力側は、第１の光走査装置５１の第１電極である板部２ｃ（或いは、被取付部２ｄや基台１）と第２電極３にそれぞれ接続している。垂直走査ドライバ１８２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、第２の光走査装置７０に印加する交流電圧を生成するものである。垂直走査ドライバ１８２の出力側は、第２の光走査装置７０の第１電極である板部２ｃ（或いは、被取付部２ｄや基台１）と第２電極３にそれぞれ接続している。
【００２８】
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、第１の光走査装置５１のミラー２ａに入射する。第１の光走査装置５１の第１電極である板部２ｃは、水平走査ドライバ１８１から出力される交流電圧によって振動し、ミラー２ａを励振させて揺動させる。ミラー２ａに入射したレーザ光は水平方向に走査され、１次元走査光に変換される。
１次元走査光は、リレー光学系１６３を介して、第２の光走査装置７０のミラー７０ａに、平行光線として入射する。
第２の光走査装置７０は、垂直走査ドライバ１８２から出力される鋸波状の交流電圧によって、ミラー７０ａを等速で揺動させる。ミラー２ａに入射した１次元走査光は垂直方向に走査され、２次元走査光に変換される。
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。２次元走査光は、単一或いは複数のレンズから構成された結像光学系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。
【００２９】
以上説明した実施形態では、レーザ光を、水平走査させてから垂直走査させているが、レーザ光を、垂直走査させてから水平走査させる構成の実施形態であっても差し支え無い。
以上説明した実施形態では、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２００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２００にも本発明の光走査装置５０を用いることが可能なことは言うまでもない。
【００３０】
なお、本発明の光走査装置５０は、以上説明した画像投影装置２００の他、レーザープリンター等のレーザ走査部に使用することも可能である。
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光走査装置や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】
【００３１】
１      基台
１ａ    基部
１ｂ    取付部
１ｃ    ミラー可動凹部
２      振動板
２ａ    ミラー
２ｂ    支持梁
２ｃ    板部（第１電極）
２ｄ    被取付部
２ｅ    接続部
３      第２電極
４      絶縁層
５０    光走査装置
６０    保護部材
【図１】
2012068300.tif 000003
【図２】
2012068300.tif 000004
【図３】
2012068300.tif 000005
【図４】
2012068300.tif 000006