(57)【要約】【課題】小型化を図ることのできる光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供する。【解決手段】光スキャナー３は、可動部３１１と、可動部３１１を第１軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持する軸部３１２、３１３と、可動部３１１に配置され、反射面３１４２ａを有する反射部３１４と、可動部３２１と、可動部３２１を第２軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持する軸部３２２、３２３と、可動部３２１に配置され、反射面３２４２ａを有する反射部３２４と、反射面３１４２ａで反射した光を反射し、反射面３２４２ａに入射させる反射部３５と、を有し、反射部３１４は、軸部３１２、３１３の少なくとも一部と重なって配置され、反射部３２４は、軸部３２２、３２３の少なくとも一部と重なって配置されている。【選択図】図２
2017026730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１可動部と、
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１可動部に配置され、光を反射する第１反射面を有する第１反射部と、
第２可動部と、
前記第２可動部を第２軸まわりに揺動可能に支持する第２軸部と、
前記第２可動部に配置され、光を反射する第２反射面を有する第２反射部と、
前記第１反射面で反射した光を反射し、前記第２反射面に入射させる第３反射面を有する第３反射部と、を有し、
前記第１反射部は、前記第１軸部と離間し、かつ、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸部の少なくとも一部と重なって配置され、
前記第２反射部は、前記第２軸部と離間し、かつ、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸部の少なくとも一部と重なって配置されていることを特徴とする光スキャナー。
【請求項２】
前記第１反射部は、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸部の一部または全域と重なって配置されている請求項１に記載の光スキャナー。
【請求項３】
前記第２反射部は、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸部の全域と重なって配置されている請求項１または２に記載の光スキャナー。
【請求項４】
前記第２反射部は、前記第２反射面の法線方向からみた平面視で、前記第２軸に沿う方向に延在する長手形状をなしている請求項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】
前記第１可動部は、共振駆動で前記第１軸まわりに揺動し、
前記第２可動部は、非共振駆動で前記第２軸まわりに揺動する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項６】
前記第１軸部の延在方向と前記第２軸部の延在方向とが直交している請求項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】
前記第１可動部、前記第１軸部、前記第２可動部および前記第２軸部は、同一基板に形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】
前記第３反射部は、静止状態の前記第１反射面に対して、前記第３反射面が前記第２反射面側を向くように傾斜している請求項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】
前記第１可動部を前記第１軸まわりに揺動させ、前記第２可動部を前記第２軸まわりに揺動させる駆動機構を有し、
前記駆動機構は、前記第１可動部に配置された第１永久磁石と、前記第２可動部に配置された第２永久磁石と、を有し、
前記第１永久磁石の磁極を結ぶ第１仮想線は、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸に対して交差し、
前記第２永久磁石の磁極を結ぶ第２仮想線は、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸に対して交差している請求項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仮想線は、前記第１軸部の延在方向に対して傾斜している請求項９に記載の光スキャナー。
【請求項１１】
前記第２仮想線は、前記第２軸部の延在方向に対して傾斜している請求項９または１０に記載の光スキャナー。
【請求項１２】
前記第１永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第１永久磁石の磁化容易軸が前記第１軸部の延在方向に対して傾斜している請求項９に記載の光スキャナー。
【請求項１３】
前記第２永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第２永久磁石の磁化容易軸が前記第２軸部の延在方向に対して傾斜している請求項９または１２に記載の光スキャナー。
【請求項１４】
前記第１可動部は、共振駆動で前記第１軸まわりに揺動し、
前記第２可動部は、非共振駆動で前記第２軸まわりに揺動し、
前記第１永久磁石の前記第１仮想線が第１軸部の延在方向に対して傾斜している請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
【請求項１５】
請求項１ないし１４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１６】
請求項１ないし１４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウント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、光を２次元的に走査する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、レーザービームを水平方向に走査する第１揺動部と、光を垂直方向に走査する第２揺動部と、を有するブレーナ型をなし、第１揺動部で走査されたレーザービームは、固定ミラーで反射されて第２揺動部に入射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２００５−１８１５６６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、特許文献１の光スキャナーでは、第１揺動部および第２揺動部が、それぞれ、反射面を有するミラー部と、ミラー部を揺動可能に支持する梁部と、を有しており、これらが平面的に配置された構成となっている。すなわち、ミラー部の周囲に長尺な梁部を配置しなければならず、その分、光スキャナーが大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、小型化を図ることのできる光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウント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。
本発明の光スキャナーは、第１可動部と、
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１可動部に配置され、光を反射する第１反射面を有する第１反射部と、
第２可動部と、
前記第２可動部を第２軸まわりに揺動可能に支持する第２軸部と、
前記第２可動部に配置され、光を反射する第２反射面を有する第２反射部と、
前記第１反射面で反射した光を反射し、前記第２反射面に入射させる第３反射面を有する第３反射部と、を有し、
前記第１反射部は、前記第１軸部と離間し、かつ、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸部の少なくとも一部と重なって配置され、
前記第２反射部は、前記第２軸部と離間し、かつ、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸部の少なくとも一部と重なって配置されていることを特徴とする。
これにより、光スキャナーの小型化を図ることができる。
【０００７】
本発明の光スキャナーでは、前記第１反射部は、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸部の一部または全域と重なって配置されていることが好ましい。
これにより、光スキャナーのさらなる小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の光スキャナーでは、前記第２反射部は、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸部の全域と重なって配置されていることが好ましい。
これにより、光スキャナーのさらなる小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明の光スキャナーでは、前記第２反射部は、前記第２反射面の法線方向からみた平面視で、前記第２軸に沿う方向に延在する長手形状をなしていることが好ましい。
これにより、第２反射部の小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部は、共振駆動で前記第１軸まわりに揺動し、
前記第２可動部は、非共振駆動で前記第２軸まわりに揺動することが好ましい。
これにより、２次元画像を表示するのに適した駆動となる。
【００１１】
本発明の光スキャナーでは、前記第１軸部の延在方向と前記第２軸部の延在方向とが直交していることが好ましい。
これにより、２次元画像を表示するのに適した構成となる。
【００１２】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部、前記第１軸部、前記第２可動部および前記第２軸部は、同一基板に形成されていることが好ましい。
これにより、第１可動部および第１軸部を含む第１揺動体と第２可動部および第２軸部を含む第２揺動体とを一体形成することができるため、第１揺動体と第２揺動体のアライメントを精度よく取ることができる。
【００１３】
本発明の光スキャナーでは、前記第３反射部は、静止状態の前記第１反射面に対して、前記第３反射面が前記第２反射面側を向くように傾斜していることが好ましい。
これにより、第２反射面に入射する光の領域を小さくすることができるため、第２反射面を小型化することができる。
【００１４】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部を前記第１軸まわりに揺動させ、前記第２可動部を前記第２軸まわりに揺動させる駆動機構を有し、
前記駆動機構は、前記第１可動部に配置された第１永久磁石と、前記第２可動部に配置された第２永久磁石と、を有し、
前記第１永久磁石の磁極を結ぶ第１仮想線は、前記第１反射面の法線方向から見た平面視で、前記第１軸に対して交差し、
前記第２永久磁石の磁極を結ぶ第２仮想線は、前記第２反射面の法線方向から見た平面視で、前記第２軸に対して交差していることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、第１可動部および第２可動部をそれぞれ揺動させることができる。
【００１５】
本発明の光スキャナーでは、前記第１仮想線は、前記第１軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
【００１６】
本発明の光スキャナーでは、前記第２仮想線は、前記第２軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
【００１７】
本発明の光スキャナーでは、前記第１永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第１永久磁石の磁化容易軸が前記第１軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
【００１８】
本発明の光スキャナーでは、前記第２永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第２永久磁石の磁化容易軸が前記第２軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
【００１９】
本発明の光スキャナーでは、前記第１可動部は、共振駆動で前記第１軸まわりに揺動し、
前記第２可動部は、非共振駆動で前記第２軸まわりに揺動し、
前記第１永久磁石の前記第１仮想線が第１軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、第１可動部および第２可動部をそれぞれスムーズに揺動させることができると共に、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
【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、小型化を図ることのできる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。
これにより、小型化を図ることのできるヘッドマウントディスプレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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備える光スキャナーの断面図である。
【図３】図２に示す光スキャナーの上面図である。
【図４】レーザー光が入射する領域を示す平面図である。
【図５】反射部を斜めに配置することによる効果を説明する模式図である。
【図６】図２に示す光スキャナーが有する駆動機構を説明する上面図である。
【図７】図６中のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】駆動電圧を示す図である。
【図９】光スキャナーで走査されたレーザー光の走査線を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する光スキャナーの平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る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】
【００２３】
以下、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウント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。
【００２４】
＜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備える光スキャナーの断面図である。図３は、図２に示す光スキャナーの上面図である。図４は、レーザー光が入射する領域を示す平面図である。図５は、反射部を斜めに配置することによる効果を説明する模式図である。図６は、図２に示す光スキャナーが有する駆動機構を説明する上面図である。図７は、図６中のＡ−Ａ線断面図である。図８は、駆動電圧を示す図である。図９は、光スキャナーで走査されたレーザー光の走査線を示す平面図である。
【００２５】
図１に示す画像表示装置１は、スクリーン、壁面などの対象物１０に描画用のレーザー光ＬＬを二次元的に走査することにより画像を表示する装置である。このような画像表示装置１は、レーザー光ＬＬを出射する光源ユニット２と、レーザー光ＬＬを二次元的に走査する光スキャナー３と、を有している。
【００２６】
≪光源ユニット≫
光源ユニット２は、図１に示すように、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを有する光源部と、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを駆動する駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射されたレーザー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、を有する。
【００２７】
レーザー光源２１Ｒは、赤色光を射出するものであり、レーザー光源２１Ｇは、緑色光を射出するものであり、レーザー光源２１Ｂは、青色光を射出するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。なお、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等を用いることができる。
【００２８】
駆動回路２２Ｒは、レーザー光源２１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路２２Ｇは、レーザー光源２１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路２２Ｂは、レーザー光源２１Ｂを駆動する機能を有する。これら駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、図示しない制御部によって独立して駆動が制御されている。このような駆動回路２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂにより駆動されたレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから射出された３つのレーザー光は、それぞれ、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。
【００２９】
光合成部２３は、複数のレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの光を合成する。本実施形態では、光合成部２３は、２つのダイクロイックミラー２３１、２３２を有する。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を用いることにより、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂからの赤色光、緑色光および青色光の３色のレーザー光を合成することができる。この際、図示しない制御部によってレーザー光源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、所定の色の描画用のレーザーＬＬが生成される。生成されたレーザーＬＬは、集光レンズ２６によって所望のＮＡ（開口数）に変更された後、光スキャナー３に導かれる。
【００３０】
以上、光源ユニット２について説明したが、この光源ユニット２の構成としては、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。
【００３１】
≪光スキャナー≫
図２ないし図７に示す光スキャナー３は、レーザー光ＬＬの走査方向が直交する２つの揺動体３１、３２と、揺動体３１、３２を支持する支持部３３と、支持部３３に固定された蓋体３４と、蓋体３４に設けられた反射部（第３反射部）３５と、揺動体３１、３２を駆動する駆動機構３６と、を有している。このような光スキャナー３は、揺動体３１に入射したレーザー光ＬＬを揺動体３１によって水平方向（第１軸Ｊ１まわり）に走査し、揺動体３１で走査されたレーザー光ＬＬを反射部３５で反射して揺動体３２に入射し、揺動体３２に入射したレーザー光ＬＬを揺動体３２によって垂直方向（水平方向に直交する方向。第２軸Ｊ２まわり）に走査することで、レーザー光ＬＬを２次元走査するように構成されている。なお、レーザー光ＬＬは、光スキャナー３の平面視で、第１軸Ｊ１に対して直交する方向（言い換えると、後述する反射面３１４２ａの法線に対して第１軸Ｊ１まわりに傾斜した方向）から揺動体３１に入射するようになっている。
【００３２】
−揺動体３１−
揺動体（第１揺動体）３１は、可動部（第１可動部）３１１と、可動部３１１を第１軸Ｊ１まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部（第１軸部）３１２、３１３と、可動部３１１に設けられた反射部（第１反射部）３１４と、を有している。支持部３３には第１開口３３１が形成されており、この第１開口３３１内に可動部３１１および軸部３１２、３１３が配置され、光スキャナー３の平面視で、可動部３１１と重なって反射部３１４が配置されている。
【００３３】
また、軸部３１２、３１３は、可動部３１１を介して（挟んで）互いに対向して配置され、それぞれ、第１軸Ｊ１に沿って延在している。そして、その一端部が可動部３１１に接続されており、他端部が支持部３３に接続されている。軸部３１２、３１３は、それぞれ、可動部３１１を第１軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持し、可動部３１１の第１軸Ｊ１まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、可動部３１１を第１軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持することができれば、軸部３１２、３１３の形状は特に限定されない。
【００３４】
また、反射部３１４は、可動部３１１に支持された保持部３１４１と、保持部３１４１に保持され、光反射性を有するミラー３１４２と、を有している。また、保持部３１４１は、可動部３１１および軸部３１２、３１３に対して板厚方向に離間する板状の基部３１４１ａと、基部３１４１ａと可動部３１１の間に位置し、これらを連結（接合）する柱部３１４１ｂと、を有している。そして、基部３１４１ａの上面（可動部３１１と反対側に位置する面）にミラー３１４２が設けられており、その表面がレーザー光ＬＬを反射する反射面（第１反射面）３１４２ａとなっている。なお、基部３１４１ａと柱部３１４１ｂとは一体形成されていてもよい。
【００３５】
また、基部３１４１ａは、可動部３１１よりも大きく形成されており、平面視（静止状態の反射面３１４２ａの法線方向から見た平面視）で、軸部３１２、３１３と重なって設けられている。そのため、軸部３１２、３１３の間の距離を短くしつつ（すなわち、可動部３１１を小さくしつつ）、基部３１４１ａの上面の面積（すなわち、ミラー３１４２の面積）を大きくすることができる。すなわち、レーザー光ＬＬを走査するのに必要な大きさのミラー３１４２を配置しつつ、揺動体３１の小型化を図ることができる。
【００３６】
なお、本実施形態に対して、従来のように可動部３１１の上面にミラー３１４２を設ける構成の場合、レーザー光ＬＬを走査するのに必要な大きさのミラー３１４２を配置するために可動部３１１を本実施形態よりも大きく確保する必要がある。そのため、軸部３１２、３１３の離間距離が本実施形態よりも大きくなり、その結果、揺動体が大型化してしまう。
【００３７】
特に、基部３１４１ａは、その平面視で、軸部３１２、３１３の一部と重なり、支持部３３との接続部側の端部とは重なっていない。前述したように、光スキャナー３では、まず、揺動体３１によってレーザー光ＬＬを走査するため、図４（ａ）に示すように、レーザー光ＬＬがミラー３１４２へ入射する領域Ｓ１は、レーザー光ＬＬのスポット径とほぼ同じである（詳細には、レーザー光ＬＬがミラー３１４２に対して傾いて入射するため、傾きの分だけ領域Ｓ１がスポット径よりも若干大きくなる）。
【００３８】
そのため、レーザー光ＬＬの径にもよるが、軸部３１２、３１３の全域と重なる程、ミラー３１４２を大きくする必要がない。したがって、本実施形態のように、基部３１４１ａを軸部３１２、３１３の一部と重なる程度の大きさとすることにより、基部３１４１ａの過度な大型化が防止される。よって、反射部３１４の質量を抑えることができ、例えば、反射部３１４の重みによる軸部３１２、３１３の撓みを効果的に抑制することができる。その結果、反射部３１４をより安定して第１軸Ｊ１まわり揺動させることができる。さらには、反射部３１４の質量を抑えることで、慣性モーメントが小さくなるため、反射部３１４をより円滑に揺動させることができる。
【００３９】
なお、軸部３１２、３１３の長さによっては、基部３１４１ａが軸部３１２、３１３の全域と重なっていてもよい。また、本実施形態では、基部３１４１ａおよびミラー３１４２が略円形をなしているが、これらの形状は、特に限定されず、例えば、楕円形、長円形であってもよいし、正方形、長方形であってもよい。反射部３１４が楕円形、長円形または長方形のように長尺状の場合、反射部３１４の平面視で第１軸Ｊ１の軸方向に対して垂直な方向に長軸を有することが好ましい。このような形状とすることによって、反射部３１４、３２４が揺動しレーザー光ＬＬが反射部３１４、３２４に斜入射した場合でも、走査に用いられない領域を減らすことができ効率的にレーザー光ＬＬを反射することができる。
【００４０】
−揺動体３２−
揺動体（第２揺動体）３２は、前述した揺動体３１とほぼ同様の構成である。揺動体３２は、可動部（第２可動部）３２１と、可動部３２１を第１軸Ｊ１と直交する第２軸Ｊ２まわりに揺動（回動）可能に支持する軸部（第２軸部）３２２、３２３と、可動部３２１に設けられた反射部（第２反射部）３２４と、を有している。支持部３３には第１開口３３１と並んで第２開口３３２が形成されており、この第２開口３３２内に可動部３２１および軸部３２２、３２３が配置され、可動部３２１と重なるようにして反射部３２４が配置されている。
【００４１】
また、軸部３２２、３２３は、可動部３２１を介して互いに対向して配置され、それぞれ、第２軸Ｊ２に沿って延在している。そして、その一端部が可動部３２１に接続されており、他端部が支持部３３に接続されている。軸部３２２、３２３は、それぞれ、可動部３２１を第２軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持し、可動部３２１の第２軸Ｊ２まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、可動部３２１を第２軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持することができれば、軸部３２２、３２３の形状は特に限定されない。
【００４２】
また、反射部３２４は、可動部３２１に接合された保持部３２４１と、保持部３２４１に保持され、光反射性を有するミラー３２４２と、を有している。また、保持部３２４１は、可動部３２１および軸部３２２、３２３に対して板厚方向に離間する板状の基部３２４１ａと、基部３２４１ａと可動部３２１の間に位置し、これらを連結（接合）する柱部３２４１ｂと、を有している。そして、基部３２４１ａの上面（可動部３２１と反対側に位置する面）にミラー３２４２が設けられており、その表面がレーザー光ＬＬを反射する反射面（第２反射面）３２４２ａとなっている。
【００４３】
また、基部３２４１ａは、可動部３２１よりも大きく形成されており、平面視（静止状態の反射面３２４２ａの法線方向から見た平面視）で、軸部３２２、３２３と重なって設けられている。そのため、軸部３２２、３２３の間の距離を短くしつつ、基部３２４１ａの上面の面積（すなわち、ミラー３２４２の面積）を大きくすることができる。すなわち、レーザー光ＬＬを走査するのに必要な大きさのミラー３２４２を配置しつつ、揺動体３２の小型化を図ることができる。
【００４４】
特に、基部３２４１ａは、その平面視で、軸部３２２、３２３の全域と重なっている。前述したように、光スキャナー３では、揺動体３１によって第１軸Ｊ１まわりに走査されたレーザー光ＬＬを揺動体３２が走査するため、図４（ｂ）に示すように、レーザー光ＬＬがミラー３２４２へ入射する領域Ｓ２は、第２軸Ｊ２に沿う方向に延びる線状となる。そのため、領域Ｓ２と同じ方向に延びる軸部３２２、３２３の全域と重なる程、ミラー３２４２を大きくすることで、領域Ｓ２を内包できる大きさのミラー３２４２とすることができる。
【００４５】
また、前述したように、領域Ｓ２は、第２軸Ｊ２に沿って延びる線状をなしており、幅が狭い。そのため、基部３２４１ａおよびミラー３２４２を第２軸Ｊ２に沿った方向を長手とする長尺状（本実施形態は、略長方形）とすることで、ミラー３２４２のレーザー光ＬＬの走査に用いられない領域を減らすことができ、反射部３２４の過度な大型化が防止される。よって、反射部３２４の質量を抑えることができ、反射部３２４の重みによる軸部３２２、３２３の撓み等を効果的に抑制することができる。その結果、より確実に、反射部３２４を第２軸Ｊ２まわり揺動させることができる。さらには、基部３２４１ａの質量を抑えることで、慣性モーメントが小さくなるため、反射部３２４をより円滑に揺動させることができる。
【００４６】
なお、軸部３２２、３２３の長さや領域Ｓ２の長さによっては、基部３２４１ａが軸部３２２、３２３の全域と重なっておらず、一部とのみ重なっていてもよい。また、本実施形態では、基部３２４１ａおよびミラー３２４２が第２軸Ｊ２に沿って延びる略長方形をなしているが、これらの形状は、特に限定されず、例えば、第２軸Ｊ２に沿って延びる楕円形、長円形等であってもよいし、長手形状ではない円形、四角形等であってもよい。
【００４７】
以上、揺動体３１、３２について説明した。これら揺動体３１、３２のうち、可動部３１１、３２１および軸部３１２、３１３、３２２、３２３は、シリコン基板やＳＯＩ基板（第１Ｓｉ層、ＳｉＯ２層、第２Ｓｉ層が積層してなる基板）等をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、支持部３３と一体的に形成されている。すなわち、可動部３１１、３２１および軸部３１２、３１３、３２２、３２３は、同一の基板内（同一基板の同一基板面）に、当該基板の面内方向に並んで形成されている。このような光スキャナー３によれば、揺動体３１、３２のアライメントを精度よく実現することができる。言い換えると、例えば、別体である２つの光スキャナーを用いてレーザー光ＬＬを２次元的に走査する場合には、画像表示装置１を組み立てる際に２つの光スキャナーのアライメントを精度よく取らなければならない。これに対して、本実施形態の光スキャナー３によれば、設計（製造）の段階でアライメントを取っておけばよく、装置を組み立てる際に揺動体３１、３２のアライメントを取る必要がない。したがって、画像表示装置１の組み立てが容易となる。
【００４８】
また、保持部３１４１、３２４１は、例えば、ＳＯＩ基板（第１Ｓｉ層、ＳｉＯ２層、第２Ｓｉ層が積層してなる基板）から形成することができる。具体的には、例えば、ＳＯＩ基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングして、第１Ｓｉ層から基部３１４１ａ、３２４１ａを形成し、ＳｉＯ２層および第２Ｓｉ層から柱部３１４１ｂ、３２４１ｂを形成することで保持部３１４１、３２４１を形成することができる。また、保持部３１４１、３２４１と可動部３１１、３２１との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤等の接合部材を介して接合することができる。また、ミラー３１４２、３２４２は、例えば、アルミニウム等の金属材料を基部３１４１ａ、３２４１ａの上面へ成膜することにより形成することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、ミラー３１４２の反射面３１４２ａとミラー３２４２の反射面３２４２ａとが静止状態において同一平面に位置しているが、反射面３１４２ａと反射面３２４２ａは、同一平面に位置しておらず、上下（可動部３１１、３２１の板厚方向）にずれて配置されていてもよい。
【００５０】
−蓋体３４−
蓋体３４は、揺動体３１、３２の上方を覆うように配置され、支持部３３に接合されている。この蓋体３４は、主に、反射部３５を保持するために設けられている。また、蓋体３４には、レーザー光ＬＬを揺動体３１に入射するための入射窓部３４１と、揺動体３２で走査されたレーザー光ＬＬを出射するための出射窓部３４２と、が形成されている。なお、本実施形態では、入射窓部３４１および出射窓部３４２は、それぞれ、貫通孔（切り欠き）で構成されている。
【００５１】
なお、このような蓋体３４は、例えば、シリコン基板やガラス基板をパターニングすることで得られる。特に、支持部３３がシリコン基板から形成されている場合には、蓋体３４をガラスで構成することが好ましい。これにより、蓋体３４を陽極接合によって支持部３３に接合することができるため、蓋体３４を支持部３３に容易かつ高い接合強度で接合することができる。
【００５２】
−反射部３５−
反射部３５は、蓋体３４に保持されている。また、反射部３５の表面は、反射面（第３反射面）３５１となっており、揺動体３１で走査したレーザー光ＬＬを反射して揺動体３２に入射する機能を有している。このような反射部３５を有することで、上述したように、揺動体３１、３２を平面的に並べて配置することが可能となる。
【００５３】
また、反射面３５１は、静止状態の反射面３１４２ａ、３２４２ａに対して傾斜して設けられている。具体的には、反射面３５１は、静止状態の反射面３１４２ａに対して、反射面３２４２ａ側を向くように傾斜している。言い換えると、静止状態において反射面３５１の反射面３１４２ａに最も近い端部と、反射面３１４２ａを拡張した面との距離は、反射面３５１の反射面３２４２ａ側の端部と、反射面３２４２ａを拡張した面との距離より近くなっている。
【００５４】
これにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、反射面３５１が静止状態の反射面３１４２ａと平行な場合と比較して、反射部３５を揺動体３１、３２に近づけて配置することができる。そのため、その分、光スキャナー３の薄型化（低背化）を図ることができる。また、このように反射部３５を揺動体３１、３２に近づけて配置することができるため、領域Ｓ２（レーザー光ＬＬがミラー３２４２へ入射する領域）を小さくすることができる。そのため、その分、ミラー３２４２を小さくすることができる。なお、静止状態の反射面３１４２ａに対する反射面３５１の傾斜角θ１としては、特に限定されないが、５°以上、２０°以下程度であることが好ましい。このような範囲とすることで、上述した効果をより効果的に発揮することができる。
【００５５】
−駆動機構３６−
駆動機構３６は、図６および図７に示すように、揺動体３１の可動部３１１の下面（ミラー３１４２と反対側の面）に設けられた永久磁石（第１永久磁石）３６１と、揺動体３２の可動部３２１の下面（ミラー３２４２と反対側の面）に設けられた永久磁石（第２永久磁石）３６２と、これら永久磁石３６１、３６２に作用する磁界を発生させるコイル３６３と、を有する電磁アクチュエーターである。このように、駆動機構３６を電磁アクチュエーターとすることで、簡単な構成で、揺動体３１、３２を駆動するのに十分な駆動力を発生させることができる。
【００５６】
永久磁石３６１は、平面視にて、第１軸Ｊ１に直交（交差）して配置された棒状をなし、その一端側にＳ極が位置し、他端側にＮ極が位置している。すなわち、永久磁石３６１の磁極を結ぶ第１仮想線Ｌ１は、第１軸Ｊ１に対して直交している。また、永久磁石３６２は、平面視にて、第２軸Ｊ２に直交（交差）して配置された棒状をなし、その一端側にＳ極が位置し、他端側にＮ極が位置している。すなわち、永久磁石３６２の磁極を結ぶ第２仮想線Ｌ２は、第２軸Ｊ２に対して直交している。これら永久磁石３６１、３６２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。
【００５７】
また、コイル３６３は、永久磁石３６１、３６２の下方に、これらと対向して配置されている。このコイル３６３に駆動電圧Ｖ（具体的には、揺動体３１の駆動電圧Ｖ１と、揺動体３２の駆動電圧Ｖ２を重畳させた電圧）を印加することにより、永久磁石３６１、３６２に作用する磁界が発生し、可動部３１１（反射部３１４）が所定の周波数で第１軸Ｊ１まわりに揺動すると共に、可動部３２１（反射部３２４）が所定の周波数で第２軸Ｊ２まわりに揺動する。なお、揺動体３１を共振で駆動させることが好ましく、揺動体３２を非共振で駆動させることが好ましい。これにより、２次元画像を描画するのに適した駆動となる。特に、揺動体３１の反射部３１４は、揺動体３２の反射部３２４よりも小さく、軽いため、揺動体３１を共振駆動とすることで、水平方向へのレーザー光ＬＬの走査をより高速にかつスムーズに行うことができる。
【００５８】
なお、駆動電圧Ｖ１の周波数としては、特に限定されないが、１０〜４０ｋＨｚ程度であるのが好ましい。また、駆動電圧Ｖ１の波形としては、特に限定されないが、図８（ａ）に示すように、正弦波のような波形であることが好ましい。一方、駆動電圧Ｖ２の周波数としては、特に限定されないが、３０〜１２０Ｈｚ程度（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また駆動電圧Ｖ２の波形としては、図８（ｂ）に示すように、鋸波のような波形であることが好ましい。
【００５９】
以上、駆動機構３６について詳細に説明したが、駆動機構３６の構成としては、揺動体３１、３２を独立して駆動させることができれば上述の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、コイル３６３が１つであるが、コイル３６３を２つ、すなわち、永久磁石３６１と対向する第１コイルと、永久磁石３６２と対向する第２コイルを配置してもよい。この場合には、第１コイルに駆動電圧Ｖ１を印加し、第２コイルに駆動電圧Ｖ２を印加することで、揺動体３１、３２を独立して駆動することができる。
【００６０】
さらに、駆動電圧Ｖ２の駆動信号に揺動体３１の駆動周波数の略２倍の周波数をもつ正弦波を重畳させることで、光スキャナー３で走査されたレーザー光ＬＬの走査線ＳＬ（対象物１０上でのレーザー光ＬＬの軌跡）が、図９に示すように、略矩形とすることができる。そのため、例えば、対象物１０の水平方向の中央部と両端部とで画素密度がほぼ均一になり、より鮮明な画像を表示することが可能となる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。
【００６２】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置が有する光スキャナーの平面図である。
【００６３】
以下、第２実施形態の画像表示装置について、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。
【００６４】
本発明の第２実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。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。
【００６５】
本実施形態の光スキャナー３では、図１０に示すように、平面視で、永久磁石３６１の第１仮想線Ｌ１が第１軸Ｊ１に対して直交するのではなくて、傾斜して設けられている。そのため、第１仮想線Ｌ１は、第２仮想線Ｌ２に直交するのではなくて、傾斜した状態となっている。なお、永久磁石３６１、３６２がネオジム磁石等の結晶磁気異方性を持つものである場合、第１仮想線Ｌ１は、永久磁石３６１の磁化容易軸と一致し、第２仮想線Ｌ２は、永久磁石３６２の磁化容易軸と一致する。
【００６６】
このような構成とすることで、例えば、次のような効果を発揮することができる。すなわち、光スキャナー３では、永久磁石３６１、３６２が近接して配置されているため、既に着磁された永久磁石３６１、３６２を可動部３１１、３２１に配置するのが困難な場合がある。そのため、着磁していない永久磁石３６１、３６２を可動部３１１、３２１に配置した後に、永久磁石３６１、３６２を着磁する場合がある。
【００６７】
しかしながら、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２が平行でないため、この着磁に用いられる磁界の向きによっては、永久磁石３６１に図１０中の矢印Ａで示すような回転方向の力が作用する。そして、例えば、第１実施形態のように第１仮想線Ｌ１が第２仮想線Ｌ２（第１軸Ｊ１）に対して直交していると、前述した力が大きく働いてしまい、軸部３１２、３１３が破損してしまうおそれがある。これに対して、本実施形態のように、第１仮想線Ｌ１が第２仮想線Ｌ２（第１軸Ｊ１）に対して傾斜していると、前述した力が第１実施形態と比較して弱まるため、軸部３１２、３１３の破損を効果的に抑制することができる。
【００６８】
第２仮想線Ｌ２（第１軸Ｊ１）に対する第１仮想線Ｌ１の傾斜角θ２としては、特に限定されないが、３０°以上、６０°以下程度であることが好ましい。これにより、揺動体３１の第１軸Ｊ１まわりの揺動を可能としつつ、上述した効果を効果的に発揮することができる。特に、揺動体３１は、共振で駆動するため、第１仮想線Ｌ１が第１軸Ｊ１に対して傾斜していることが駆動に与える影響はほとんどなく、揺動体３１を第１軸Ｊ１まわりにスムーズに駆動することができる。
【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】
なお、本実施形態では、永久磁石３６１の第１仮想線Ｌ１が第１軸Ｊ１に対して傾斜して設けられ、永久磁石３６２の第２仮想線Ｌ２が第２軸Ｊ２に対して直交して設けられているが、反対に、永久磁石３６１の第１仮想線Ｌ１が第１軸Ｊ１に対して直交して設けられ、永久磁石３６２の第２仮想線Ｌ２が第２軸Ｊ２に対して傾斜して設けられていてもよい。また、永久磁石３６１の第１仮想線Ｌ１が第１軸Ｊ１に対して傾斜して設けられ、永久磁石３６２の第２仮想線Ｌ２が第２軸Ｊ２に対して傾斜して設けられていてもよい。この場合は、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２が平行となるように永久磁石３６１、３６２を配置することが好ましい。これにより、前述した回転方向の力が発生せず、軸部３１２、３１３や軸部３２２、３２３の破損を効果的に防止することができる。
【００７１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るヘッドアップディスプレイついて説明する。
【００７２】
図１１は、本発明の第３実施形態に係るヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
【００７３】
図１１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。
【００７４】
このような第３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。
【００７５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るヘッドマウントディスプレイついて説明する。
【００７６】
図１２は、本発明の第４実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
【００７７】
図１２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ２０００は、観察者の頭部に装着されるフレーム２１００と、フレーム２１００に搭載された画像表示装置１とを有している。そして、画像表示装置１により、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。
【００７８】
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、ホログラム素子などを用いることができる。
【００７９】
このような第４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。
【００８０】
なお、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つの表示部に表示するようにしてもよい。
【００８１】
以上、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを、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】
【００８２】
１……画像表示装置
１０……対象物
２……光源ユニット
２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ……レーザー光源
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
３１……揺動体
３１１……可動部
３１２、３１３……軸部
３１４……反射部
３１４１……保持部
３１４１ａ……基部
３１４１ｂ……柱部
３１４２……ミラー
３１４２ａ……反射面
３２……揺動体
３２１……可動部
３２２、３２３……軸部
３２４……反射部
３２４１……保持部
３２４１ａ……基部
３２４１ｂ……柱部
３２４２……ミラー
３２４２ａ……反射面
３３……支持部
３３１……第１開口
３３２……第２開口
３４……蓋体
３４１……入射窓部
３４２……出射窓部
３５……反射部
３５１……反射面
３６……駆動機構
３６１、３６２……永久磁石
３６３……コイル
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
ＬＬ……レーザー光
Ｊ１……第１軸
Ｊ２……第２軸
Ｌ１……第１仮想線
Ｌ２……第２仮想線
Ｓ１、Ｓ２……領域
ＳＬ……走査線
Ｖ、Ｖ１、Ｖ２……駆動電圧
θ１、θ２……傾斜角
【図１】
2017026730.tif 000003
【図２】
2017026730.tif 000004
【図３】
2017026730.tif 000005
【図４】
2017026730.tif 000006
【図５】
2017026730.tif 000007
【図６】
2017026730.tif 000008
【図７】
2017026730.tif 000009
【図８】
2017026730.tif 000010
【図９】
2017026730.tif 000011
【図１０】
2017026730.tif 000012
【図１１】
2017026730.tif 000013
【図１２】
2017026730.tif 000014