CN103454770A - 图像显示装置以及头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像显示装置以及头戴式显示器。图像显示装置具有多个光源部；将从上述多个光源部射出的光合成的光合成部；使由上述光合成部合成后的光的光轴倾斜的光学元件；以及对从上述光学元件射出的光进行扫描的光扫描部，从上述多个光源部朝向上述光扫描部的光的光轴位于第1面内，上述光扫描部具有被配置成与上述第1面垂直，并且围绕位于上述第1面内的第1轴以及围绕与上述第1面的法线方向平行的第2轴摆动的光反射面，从上述多个光源部射出的光的上述第1面的法线方向的辐射角比该射出的光的上述第1面的面内方向的辐射角大。

Description

图像显示装置以及头戴式显示器

技术领域

本发明涉及图像显示装置以及头戴式显示器。

背景技术

例如，作为用于在屏幕上显示图像的图像显示装置，已知有一种具有光源、和二维扫描来自光源的光的光扫描仪的构成（例如，参照专利文献1）。

专利文献1所记载的图像显示装置具有：具备3个半导体激光器、与各半导体激光器对应的耦合透镜、分色镜以及聚光透镜的光束供给部；和二维扫描从光束供给部射出的光束的光束扫描部。另外，光束扫描部所具有的反射镜的反射面与从各半导体激光器射出的光束的光轴平行，并且被设置在相对于该光轴向框体的厚度方向偏移了的位置。因此，在光束供给部和光束扫描部之间设置有平面镜，从光束供给部射出的光束通过平面镜向框体的厚度方向反射之后入射至光束扫描部的反射镜。

然而，在专利文献1的图像显示装置中，由于没有使光束的截面形状变化的光学元件，所以难以显示优质的图像。另外，在专利文献1的图像显示装置中，由于使光束的光轴向框体的厚度方向弯曲并入射至反射镜，所以各构成部件的定位（alignment）为三维而变得复杂，使装置的装配性降低。

专利文献1：日本特开平2011-154344号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种装配性出色且能够发挥出色的图像显示特性的图像显示装置、以及具备该图像显示装置的头戴式显示器。

通过下述的本发明来实现这样的目的。

本发明的图像显示装置具有：射出光的多个光源部；

将从上述多个光源部射出的光合成的光合成部；

使由上述光合成部合成后的光的光轴倾斜，并使由上述光合成部合成后的光的截面形状变化的光学元件；以及

二维扫描从上述光学元件射出的光的光扫描部，

从上述多个光源部经过上述光合成部以及上述光学元件朝向上述光扫描部的光的光轴位于第1面内，

上述光扫描部具有被配置成在上述光扫描部的非驱动状态下与上述第1面垂直，并且围绕位于上述第1面内的第1轴以及围绕与上述第1面的法线方向平行的第2轴摆动的光反射面，

从上述多个光源部射出的光的上述第1面的法线方向的辐射角比该射出的光的上述第1面的面内方向的辐射角大。

由此，能够提供一种装配性出色，可发挥出色的图像显示特性的图像显示装置。

在本发明的图像显示装置中，优选上述光学元件是棱镜。

由此，能够以简单的构成使光轴倾斜，并使光的截面形状变化。

在本发明的图像显示装置中，优选从上述光源射出的光是相对于上述棱镜的光入射面成为s偏振光的直线偏振光。

由此，例如能够降低从作为光学元件的棱镜通过时的光的损失。

在本发明的图像显示装置中，优选上述棱镜将由上述光合成部合成后的光的截面形状的上述第1面的面内方向的宽度扩大。

由此，能够将在从光源射出的时刻为椭圆形（或者长圆形）的光的截面形状整形为大致圆形，提高图像显示特性。

在本发明的图像显示装置中，优选上述棱镜的光射出面成为聚集光的透镜面。

由此，在将图像显示于位于透镜面的焦点距离附近的对象物时，能够发挥更高的图像显示特性。

在本发明的图像显示装置中，优选具有对由上述棱镜的光入射面反射的光的光量进行检测的检测部，具有基于由上述检测部检测出的光的光量来控制上述光源部的驱动的控制部。

由此，能够产生所希望的颜色以及强度的光，能够发挥出色的图像显示特性。

在本发明的图像显示装置中，优选上述光从相对于上述光反射面的法线倾斜的方向照射到上述光反射面。

由此，通过光扫描部进行了二维扫描的光不与其他部件（例如棱镜）产生干扰地照射到对象物上。换言之，由于无需对通过光扫描部进行了二维扫描的光的光路进行变更的平面镜等的设置，所以能够实现图像显示装置的小型化。

在本发明的图像显示装置中，优选上述光反射面绕上述第1轴的摆动的振幅比绕上述第2轴的摆动的振幅大。

由此，能够进一步增大光的可描绘区域所包括的实际能够用于显示图像的有效描绘区域。

在本发明的图像显示装置中，优选上述多个光源部、上述光合成部、上述光学元件以及上述光扫描部被排列配置在上述第1面的面内方向。

由此，构成部件的安装变得容易，图像显示装置的装配性进一步变好。

在本发明的图像显示装置中，优选上述光扫描部具有：具有上述光反射面的可动部、被设置成包围上述可动部的框体部、支承上述框体部的支承部、以能够使上述可动部相对于上述框体部绕第1轴摆动的方式将上述可动部和上述框体部连结的第1轴部、以能够使上述框体部相对于上述支承部绕第2轴摆动的方式将上述框体部和上述支承部连结的第2轴部。

由此，能够使光扫描部的构成变得简单，且能够实现光扫描部的小型化。

在本发明的图像显示装置中，优选上述光扫描部具有：设置于上述框体部的永磁铁；与上述框体部对置地配置，产生作用于上述永磁铁的磁场的线圈。

由此，光扫描部的光反射面的法线方向的厚度变厚，但能够减小光反射面的面内方向的宽度。因此，成为适用于本发明的图像显示装置的形状的光扫描部。

本发明的头戴式显示器具有对入射的光的至少一部分进行反射的光反射部、和将光照射到上述光反射部的图像显示装置，

上述图像显示装置具有：

射出光的多个光源部；

将从上述多个光源部射出的光合成的光合成部；

使由上述光合成部合成后的光的光轴倾斜，并使由上述光合成部合成后的光的截面形状变化的光学元件；以及

二维扫描从上述光学元件射出的光的光扫描部，

从上述多个光源部经过上述光合成部以及上述光学元件朝向上述光扫描部的光的光轴位于第1面内，

上述光扫描部具有被配置为在上述光扫描部的非驱动状态下与上述第1面垂直，并且围绕位于上述第1面内的上述第1轴以及围绕与上述第1面的法线方向平行的上述第2轴摆动的光反射面，

从上述多个光源部射出的光的上述第1面的法线方向的辐射角比该射出的光的上述第1面的面内方向的辐射角大。

由此，能够提供一种具有出色的图像特性的头戴式显示器。

附图说明

图1是表示本发明的图像显示装置的优选实施方式的俯视图。

图2是表示图1所示的激光光源射出的激光的截面的图。

图3是图1所示的图像显示装置的侧视图。

图4是表示图1所示的图像显示装置所具有的光扫描部（光扫描仪）的俯视图。

图5是图4所示的光扫描仪的剖面图。

图6是图4所示的光扫描仪所具有的电压施加部的框图。

图7是表示图6所示的第1电压产生部以及第2电压产生部中的产生电压的一个例子的图。

图8是表示基于光扫描仪的配置引起的可描绘区域的差别的图。

图9是表示应用了本发明的图像显示装置的平视显示器（head updisplay）的立体图。

图10是表示本发明的头戴式显示器的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的图像显示装置以及头戴式显示器的优选实施方式进行说明。

1.图像显示装置

图1是表示本发明的图像显示装置的优选实施方式的俯视图，图2是表示图1所示的激光光源射出的激光的截面的图，图3是图1所示的图像显示装置的侧视图。另外，图4是表示图1所示的图像显示装置所具有的光扫描部（光扫描仪）的俯视图，图5是图4所示的光扫描仪的剖面图，图6是图4所示的光扫描仪所具有的电压施加部的框图，图7是表示图6所示的第1电压产生部以及第2电压产生部中的产生电压的一个例子的图。另外，图8是表示基于光扫描仪的配置引起的可描绘区域的差别的图。另外，以下，为了方便说明，将图5中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”。另外，如图1所示，将互相正交的3个轴分别设为X轴、Y轴以及Z轴。

图1所示的图像显示装置1例如是对屏幕、墙面等对象物10扫描光来显示图像的装置。

图像显示装置1具有：射出描绘用激光LL的描绘用光源单元2；使描绘用激光LL的光轴倾斜，且使描绘用激光LL的截面形状变形的棱镜（光学元件）3；对通过了棱镜3的描绘用激光LL进行扫描的光扫描部4；检测描绘用激光LL的强度的检测部5；以及控制描绘用光源单元2及光扫描部4的动作的控制部6。

此外，在图像显示装置1中，使用了棱镜3作为光学元件，但若能够发挥与后述的棱镜3的功能相同的效果，则也可以使用棱镜以外的其他光学元件。通过像本实施方式这样使用棱镜作为光学元件，能够使光学元件的构成变得简单。

图像显示装置1具有框体9，该框体9是在XY平面方向具有展宽、在Z轴方向具有高度的扁平形状，描绘用光源单元2、棱镜3、光扫描部4以及检测部5沿XY平面方向排列配置，被收纳在该框体9内。本实施方式的框体9在从其厚度方向观察的俯视时，呈现大致矩形的外形形状。另外，在框体9上例如形成有由透明的部件（玻璃、塑料等）构成的窗部91，由光扫描部4扫描的扫描用激光LL经由该窗部91向框体9外射出。此外，可以将控制部6像本实施方式这样收纳在框体9内，也可以将控制部6设置在框体9的外侧。

以下，依次对各部构成进行说明。

1-1.描绘用光源单元

如图1所示，描绘用光源单元2具备：红色、绿色、蓝色各种颜色的激光光源（光源部）21R、21G、21B；与激光光源21R、21G、21B对应设置的准直透镜22R、22G、22B以及分色镜23R、23G、23B。

激光光源21R、21G、21B分别具有未图示的光源和驱动电路。而且，激光光源21R射出红色的激光RR，激光光源21G射出绿色的激光GG，激光光源21B射出蓝色的激光BB。根据从控制部6发送来的驱动信号分别射出激光RR、GG、BB，通过准直透镜22R、22G、22B使其成为平行光或者大致平行的光。

在本实施方式中，激光光源21R、21G、21B按照激光光源21R、激光光源21B、激光光源21G的顺序沿-Y轴方向排列，并被配置在框体9的图1中左侧的端部。而且，激光光源21R、21G、21B分别朝向+X轴方向射出激光RR、GG、BB。通过这样的配置，能够以更小的空间来配置激光光源21R、21G、21B。因此，能够实现图像显示装置1（框体9）的小型化。此外，激光光源21R、21G、21B的配置并不限定于上述的配置。

作为这样的激光光源21R、21G、21B，例如能够使用端面发光半导体激光器、面发光半导体激光器等半导体激光器。通过使用半导体激光器，能够实现激光光源21R、21G、21B的小型化。

在使用了半导体激光器作为激光光源21R、21G、21B的情况下，一般从激光光源21R、21G、21B射出的激光RR、GG、BB所具有的光强度分布的轮廓形状（所谓的FFP：Far Field Pattern：远场图形）分别为大致椭圆形状。其中，以下以与激光RR、GG、BB的“光强度分布的轮廓形状”相同的意思来使用激光RR、GG、BB的“截面形状”。即，该情况下，可以换句话说，从激光光源21R、21G、21B射出的激光RR、GG、BB分别具有大致椭圆形的截面形状。这里，截面形状是与激光RR、GG、BB的光轴垂直的截面的形状。

如图2所示，激光光源21R、21G、21B分别射出具有大致椭圆状（椭圆状）的截面形状的激光RR、GG、BB。而且，这些激光光源21R、21G、21B分别以椭圆的长轴与Z轴几乎一致，短轴与Y轴（XY平面）几乎一致的方式被配置在框体9内。换言之，激光光源21R、21G、21B分别射出Z轴方向（XY平面的法线方向）的辐射角比Y轴方向（XY平面的面内方向）的辐射角大的激光RR、GG、BB。由此，例如和与上述相反的情况（Z轴方向的辐射角比Y轴方向的辐射角小的情况）相比较，能够以窄间距配置在Y轴方向上排列的3个激光光源21R、21G、21B。因此，能够抑制框体9的XY面内方向的展宽。从而，能够实现图像显示装置1的小型化。

另外，激光光源21R、21G、21B射出的激光RR、GG、BB分别是直线偏振光。而且，激光RR、GG、BB分别是与分色镜23R、23G、23B的反射面/透过面（光入射面）以及棱镜3的光入射面垂直的偏振光成分即s偏振光。即，构成为激光光源21R、21G、21B分别射出是振动方向（偏振方向）为Z轴方向的偏振光，且振动方向与截面形状为椭圆的长轴方向一致的激光RR、GG、BB。通过使激光RR、GG、BB为s偏振光，能够减少分色镜23R、23G、23B以及棱镜3处的激光RR、GG、BB的损失。

分色镜23R具有反射激光RR的特性。分色镜23B具有反射激光BB，且使激光RR透过的特性。分色镜23G具有使激光GG透过，且反射激光RR、BB的特性。通过这些分色镜23R、23G、23B，使各种颜色的激光RR、GG、BB的光轴一致或者大致一致（合成），向+X轴方向射出1个描绘用激光LL。即，分色镜23R、23G、23B构成了将激光RR、GG、BB合成的光合成部23。

在本实施方式中，效仿激光光源21R、21G、21B的配置，按照分色镜23R、分色镜23B、分色镜23G的顺序沿－Y轴方向排列配置。另外，将分色镜23R设置为使从激光光源21R向+X轴方向射出的激光RR向－Y轴方向反射。而且，将分色镜23B设置为使从激光光源21B向+X轴方向射出的激光BB向－Y轴方向反射，使被分色镜23R向－Y轴方向反射的激光RR透过。并且，将分色镜23G设置为使从激光光源21G向+X轴方向射出的激光GG透过，且将被分色镜23R、23B向－Y轴方向反射的激光RR、BB向+X轴方向反射。由此，从光合成部23向+X轴方向射出描绘用激光LL。

这里，考虑因激光的波长引起的折射率差而产生的色散性，优选将分色镜23R、23G、23B配置为越是短波长的激光，向棱镜3入射的入射角越增大。即，以满足蓝色的激光BB的入射角θ_B>绿色的激光GG的入射角θ_G>红色的激光RR的入射角θ_R的关系的方式，将分色镜23R、23G、23B配置为使反射面绕Z轴稍微偏移。

1-2.棱镜

棱镜3是具有使描绘用激光LL的光轴倾斜的第1功能、使描绘用激光LL的形状（截面形状）变形的第2功能、和控制描绘用激光LL的辐射角（使其聚光等）的第3功能的光学元件。棱镜3是由玻璃、水晶构成的实质上无色透明的多面体。作为这样的棱镜3，只要具有上述那样的功能即可，没有特别限定，例如能够使用呈大致三棱柱状的三棱棱镜。其中，只要不影响功能，例如也可以对三棱棱镜的各角部进行倒角等。

首先，对上述第1功能进行说明。棱镜3将从光入射面31入射的描绘用激光LL从光射出面32向相对于+X轴方向向+Y轴方向倾斜了的方向（朝向框体9的中心侧的方向）射出。即，使描绘用激光LL的光轴绕Z轴（在XY平面内）倾斜。根据这样的棱镜3，能够使描绘用激光LL朝向框体9的中心侧。在框体9内，在来自激光光源21R、21B的射出光的光轴的延长上充分存在配置部件的空间，通过在该空间配置光扫描部4，能够高效地使用框体9的内部空间。即，通过使描绘用激光LL的光轴向框体9的中心侧倾斜，能够进一步减少框体9内的死区（未配置部件的浪费空间），能够实现图像显示装置1的小型化。

接下来，对上述第2功能进行说明。棱镜3将描绘用激光LL的与光轴垂直的截面形状从大致椭圆形整形为大致圆形。具体而言，棱镜3通过使入射的描绘用激光LL的截面形状的Z轴方向的宽度大致保持恒定，使XY面内方向的宽度扩大，来将描绘用激光LL的截面形状整形为大致圆形。换言之，棱镜3以增大作为截面形状的椭圆的短轴的长度，使短轴与长轴的比（长宽比）大致为1的方式，对描绘用激光LL的截面形状进行整形。通过这样使描绘用激光LL的截面形状为大致圆形，成为能够发挥出色的图像显示特性的图像显示装置1。这里，由于如上述那样，通过使入射到棱镜3之前的描绘用激光LL的截面形状成为以Z轴方向为长轴的大致椭圆形，仅使棱镜在XY平面内旋转即可，所以能够配置成棱镜3所占有的框体9的厚度方向（Z轴方向）的长度最小。因此，能够实现图像显示装置1的小型化（薄型化）。

接下来，对上述第3功能进行说明。棱镜3的光射出面32由弯曲凸面（透镜面）构成，作为聚光透镜发挥作用，使作为平行光入射至棱镜3的描绘用激光LL聚光（会聚）。通过这样使描绘用激光LL会聚，能够针对位于焦点附近的对象物10显示更清晰的图像（高分辨率的图像）。另外，通过使光射出面32作为聚光透镜发挥作用，无需在棱镜3之外另行设置聚光透镜，能够降低部件件数，可实现图像显示装置1的小型化。其中，棱镜3的光射出面32的构成只要能够控制辐射角即可，无需限定于凸面（聚光透镜），例如也可以是凹面（发散透镜）。

以上，对描绘用光源单元2以及棱镜3进行了详细的说明。在图像显示装置1中，如图3所示，激光RR、GG、BB（描绘用激光LL）的光轴位于同一XY平面（第1面F）内。即，在面F内，激光光源21R、21G、21B射出激光RR、GG、BB，光合成部23将激光RR、GG、BB合成而射出描绘用激光LL，棱镜3使描绘用激光LL的光轴在XY平面内倾斜。

1-3.光扫描部

光扫描部4具有对通过了棱镜3的描绘用激光LL进行二维扫描的功能。作为这样的光扫描部4，只要能够对描绘用激光LL进行二维扫描即可，没有特别限定，例如能够使用如下构成的光扫描仪40。

如图4以及图5所示，光扫描仪40具备可动部41、1对轴部421、422（第1轴部）、框体部43、2对轴部441、441、443、444（第2轴部）、支承部45、永磁铁46、线圈47、磁芯48以及电压施加部49。

这些部件中的可动部41、1对轴部421、422构成以轴部421、422为轴而绕第1轴J1摆动（往复转动）的第1振动系统。另外，可动部41、1对轴部421、422、框体部43、2对轴部441、441、443、444以及永磁铁46构成绕第2轴J2摆动（往复转动）的第2振动系统。另外，永磁铁46、线圈47以及电压施加部49构成使上述的第1振动系统以及第2振动系统进行驱动的驱动单元。

以下，依次对光扫描仪40的各部进行详细的说明。

如图4以及图5所示，可动部41具有基部411、和经由隔离件412被固定于基部411的光反射板413。在光反射板413的上表面（一个面）设置有具有光反射性的光反射部414。而且，光反射部414的表面构成对描绘用激光LL进行反射的光反射面414a。如上所述，可动部41绕第1轴J1以及第2轴J2摆动。即，也可以说构成可动部41的基部411、隔离件412、光反射板413以及光反射面414a绕第1轴J1以及第2轴J2摆动。

将光反射板413设置为与轴部421、422在光反射板413的板厚方向分离，且从板厚方向观察时（以下也称为“俯视”）与轴部421、422重叠。

因此，能够缩短轴部421和轴部422之间的距离，并增大光反射板413的板面面积。另外，由于能够缩短轴部421和轴部422之间的距离，所以能够实现框体部43的小型化。并且，由于能够实现框体部43的小型化，所以能够缩短轴部441、442和轴部443、444之间的距离。因此，即使增大光反射板413的板面面积，也能够实现光扫描仪40的小型化。

另外，光反射板413形成为俯视下覆盖轴部421、422的整体。换言之，轴部421、422在俯视下相对于光反射板413的外周分别位于内侧。由此，光反射板413的板面面积增大，结果，能够增大光反射部414的面积。另外，能够防止不需要的光（例如未能入射到光反射部414的光）被轴部421、422反射而成为杂散光。

另外，光反射板413形成为俯视下覆盖框体部43的整体。换言之，框体部43俯视下相对于光反射板413的外周位于内侧。由此，光反射板413的板面面积增大，结果，能够增大光反射部414的面积。另外，能够防止不需要的光被框体部43反射而成为杂散光。

并且，光反射板413形成为俯视下覆盖轴部441、442、443、444的整体。由此，光反射板413的板面面积增大，结果，能够增大光反射部414的面积。另外，能够防止不需要的光被轴部441、442、443、444反射而成为杂散光。

在本实施方式中，光反射板413俯视下呈圆形。其中，光反射板413的俯视形状并不限定于此，例如也可以是椭圆形、四边形等多边形。

在这样的光反射板413的下表面（另一个面、光反射板413的基部411侧的面）设置有硬质层415。

硬质层415由比光反射板413主体的构成材料硬的硬质材料构成。由此，能够提高光反射板413的刚性。因此，能够防止或者抑制光反射板413摆动时的挠曲。另外，使光反射板413的厚度变薄，能够抑制光反射板413绕第1、第2轴J1、J2摆动时的惯性力矩。

作为这样的硬质层415的构成材料，只要是比光反射板413主体的构成材料硬的硬质材料即可，没有特别限定，例如能够使用金刚石、石英、蓝宝石、钽酸锂、铌酸钾、氮化碳膜等，特别优选使用金刚石。另外，硬质层415是根据需要设置的层，也能够省略。

另外，光反射板413的下表面经由隔离件412被固定在基部411上。由此，能够防止与轴部421、422、框体部43以及轴部441、442、443、444的接触，并能够使光反射板413绕第1轴J1摆动。

另外，基部411俯视下相对于光反射板413的外周位于内侧。另外，若基部411能够经由隔离件412支承光反射板413，则优选基部411的俯视下的面积尽可能小。由此，能够增大光反射板413的板面面积，并减小轴部421和轴部422之间的距离。

框体部43呈框状，设置为包围上述的可动部41的基部411。换言之，将可动部41的基部411设置在呈框状的框体部43的内侧。而且，框体部43经由轴部441、442、443、444被支承在支承部45上。另外，可动部41的基部411经由轴部421、422被支承在框体部43上。

另外，框体部43沿第1轴J1的方向的长度比沿第2轴J2的方向的长度长。即，在将沿第1轴J1的方向上的框体部43的长度设为a，将沿第2轴J2的方向上的框体部43的长度设为b时，满足a>b的关系。由此，能够确保轴部421、422所需要的长度，并抑制沿第2轴J2的方向上的光扫描仪40的长度。

另外，框体部43俯视下呈沿着由可动部41的基部411以及1对轴部421、422构成的结构体的外形的形状。由此，能够允许由可动部11、1对轴部421、422构成的第1振动系统的振动、即可动部41绕第1轴J1的摆动，并实现框体部43的小型化。其中，框体部43的形状只要是框状即可，并不限定于图示的形状。

轴部421、422以及轴部441、442、443、444分别能够弹性变形。而且，轴部421、422以能够使可动部41绕第1轴J1摆动的方式，将可动部41和框体部43连结。另外，轴部441、442、443、444以能够使框体部43绕与第1轴J1正交的第2轴J2摆动的方式，将框体部43和支承部45连结。

轴部421、422被配置成经由可动部41的基部411相互对置。另外，轴部421、422分别呈现在沿着第1轴J1的方向上延伸的长条形状。而且，各轴部421、422的一端部分别与基部411连接，另一端部与框体部43连接。另外，轴部421、422分别被配置为中心轴与第1轴J1一致。这样的轴部421、422分别随着可动部41绕第1轴J1的摆动而发生扭转变形。

轴部441、442以及轴部443、444被配置为经由框体部43相互对置。另外，轴部441、442、443、444分别呈现在沿着第2轴J2的方向上延伸的长条形状。而且，各轴部441、442、443、444的一端部分别与框体部43连接，另一端部与支承部45连接。另外，轴部441、442被配置为经由第2轴J2相互对置，同样，轴部443、444被配置为经由第2轴J2相互对置。对这样的轴部441、442、443、444而言，随着框体部43绕第2轴J2的摆动，轴部441、442整体以及轴部443、444整体发生扭转变形。

通过这样使可动部41能够绕第1轴J1摆动，并且使框体部43能够绕第2轴J2摆动，能够使可动部41（即光反射板413）绕相互正交的第1、第2轴J1、J2这两个轴摆动。

其中，各轴部421、422以及各轴部441、442、443、444的形状并不限定于上述的形状，例如也可以在中途的至少一个位置具有屈曲或者弯曲的部分、分支的部分。

上述那样的基部411、轴部421、422、框体部43、轴部441、442、443、444以及支承部45一体形成。

在本实施方式中，通过对依次层叠了第一Si层（器件层）、SiO₂层（框（box）层）、第二Si层（处理层）而成的SOI基板进行蚀刻来形成基部411、轴部421、422、框体部43、轴部441、442、443、444以及支承部45。由此，能够提高第1振动系统以及第2振动系统的振动特性。另外，由于能够通过蚀刻对SOI基板进行精细加工，所以通过使用SOI基板来形成基部411、轴部421、422、框体部43、轴部441、442、443、444以及支承部45，能够提高这些部件的尺寸精度，另外，能够实现光扫描仪40的小型化。

而且，基部411、轴部421、422以及轴部441、442、443、444分别由SOI基板的第一Si层构成。由此，能够提高轴部421、422以及轴部441、442、443、444的弹性。另外，能够防止基部411绕第1轴J1转动时与框体部43接触。

另外，框体部43以及支承部45分别由以SOI基板的第一Si层、SiO₂层以及第二Si层形成的层叠体构成。由此，能够提高框体部43以及支承部45的刚性。另外，框体部43的SiO₂层以及第二Si层不仅具有作为提高框体部43的刚性的加强筋的功能，还具有防止可动部41与永磁铁46接触的功能。

另外，优选对俯视时位于光反射板413的外侧的轴部421、422、轴部441、442、442、444、框体部43、支承部45的上表面施行防反射处理。由此，能够防止照射到光反射板413以外的不需要的光成为杂散光。作为该防反射处理，没有特别限定，例如可列举形成防反射膜（电介质多层膜）、粗糙化处理、黑化处理等。

其中，上述的基部411、轴部421、422以及轴部441、442、443、444的构成材料以及形成方法只是一个例子，本发明并不限定于此。

另外，在本实施方式中，隔离件412以及光反射板413也通过对SOI基板进行蚀刻来形成。而且，隔离件412由以SOI基板的SiO₂层以及第二Si层形成的层叠体构成。另外，光反射板413由SOI基板的第一Si层构成。通过这样使用SOI基板来形成隔离件412以及光反射板413，能够简单且高精度地制造彼此接合的隔离件412以及光反射板413。

这样的隔离件412通过例如粘合剂、硬钎料等接合材料（未图示）与基部411接合。

在上述框体部43的下表面接合有永磁铁46。作为永磁铁46与框体部43的接合方法，没有特别限定，例如能够采用使用了粘合剂的接合方法。永磁铁46在俯视时相对于第1、第2轴J1、J2倾斜的方向被磁化。

在本实施方式中，永磁铁46呈现在相对于第1、第2轴J1、J2两轴倾斜的方向上延伸的长条形状（棒状）。而且，永磁铁46沿其长边方向被磁化。即，对永磁铁46进行磁化，以使一端部为S极，另一端部为N极。另外，将永磁铁46设置为俯视下以第1轴J1与第2轴J2的交点为中心而对称。

永磁铁46的磁化方向（延伸方向）相对于第2轴J2的倾斜角θ没有特别限定，优选为30°以上60°以下，更优选为45°以上60°以下，更进一步优选为45°。通过这样设置永磁铁46，能够顺利且可靠地使可动部41绕第2轴J2摆动。

作为这样的永磁铁46，例如能够优选使用钕磁铁、铁氧体磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁、粘结磁铁等。这样的永磁铁46是磁化了硬磁性体而形成的磁铁，例如通过将磁化前的硬磁性体设置在框体部43上后对其进行磁化来形成。这是因为若将已经磁化了的永磁体46设置在框体部43上，则由于外部、其他部件的磁场的影响，存在不能将永磁铁46设置在所希望的位置的情况。

在永磁铁46的正下方设置有线圈47。由此，能够使由线圈47产生的磁场高效地作用于永磁铁46。由此，能够实现光扫描仪40的节电化以及小型化。将线圈47卷绕设置在磁芯48上。由此，能够使由线圈47产生的磁场高效地作用于永磁铁46。其中，也可以省略磁芯48。

这样的线圈47与电压施加部49电连接。而且，通过由电压施加部49向线圈47施加电压，从线圈47产生具有与第1、第2轴J1、J2正交的磁通的磁场。

如图6所示，电压施加部49具备：第1电压产生部491，其产生用于使可动部41绕第1轴J1转动的第1电压V1；第2电压产生部492，其产生用于使可动部41绕第2轴J2转动的第2电压V2；电压叠加部493，其使第1电压V1和第2电压V2叠加，电压施加部49将由电压叠加部493叠加后的电压施加给线圈47。

如图7（a）所示，第1电压产生部491产生以周期T1周期性变化的第1电压V1（主扫描用电压）。第1电压V1呈正弦波那样的波形。优选第1电压V1的频率（1/T1）例如为10～40kHz。在本实施方式中，将第1电压V1的频率设定为与由可动部41、1对轴部421、422构成的第1振动系统的扭转共振频率（f1）相等。由此，能够增大可动部41绕第1轴J1的转动角。

另一方面，如图7（b）所示，第2电压产生部492产生以与周期T1不同的周期T2周期性变化的第2电压V2（副扫描用电压）。第2电压V2呈锯齿波那样的波形。第2电压V2的频率（1/T2）与第1电压V1的频率（1/T1）不同即可，例如优选为30～80Hz（60Hz左右）。在本实施方式中，将第2电压V2的频率调整为与由可动部41、1对轴部421、422、框体部43、2对轴部441、442、443、444以及永磁铁46构成的第2振动系统的扭转共振频率（共振频率）不同的频率。

优选这样的第2电压V2的频率比第1电压V1的频率小。由此，能够更可靠并且更顺利地使可动部41绕第1轴J1以第1电压V1的频率摆动，并绕第2轴J2以第2电压V2的频率摆动。

另外，在将第1振动系统的扭转共振频率设为f1（Hz），将第2振动系统的扭转共振频率设为f2（Hz）时，优选f1与f2满足f2<f1的关系，更优选满足10f2≤f1的关系。由此，能够更顺利地使可动部41绕第1轴J1以第1电压V1的频率转动，并绕第2轴J2以第2电压V2的频率转动。与此相对，在f1≤f2的情况下，存在第1振动系统基于第2电压V2的频率而发生振动的可能性。

这样的第1电压产生部491以及第2电压产生部492分别与控制部6连接，基于来自该控制部6的信号进行驱动。在这样的第1电压产生部491以及第2电压产生部492上连接有电压叠加部493。

电压叠加部493具备用于向线圈47施加电压的加法器493a。加法器493a从第1电压产生部491接受第1电压V1，并且从第2电压产生部492接受第2电压V2，将这些电压叠加并施加给线圈47。

接下来，对光扫描仪40的驱动方法进行说明。其中，将第1电压V1的频率设定为与第1振动系统的扭转共振频率相等，将第2电压V2的频率设定为与第2振动系统的扭转共振频率不同的值，并且比第1电压V1的频率小（例如将第1电压V1的频率设定为15kHz，将第2电压V2的频率设定为60Hz）。

例如，利用电压叠加部493将图7（a）所示那样的第1电压V1、和图7（b）所示那样的第2电压V2叠加，并将叠加后的电压施加给线圈47。于是，通过第1电压V1，交替转换将永磁铁46的一端部（N极）吸引至线圈47并且使永磁铁46的另一端部（S极）远离线圈47的磁场（将该磁场称为“磁场A1”）、和使永磁铁46的一端部（N极）远离线圈47并且将永磁铁46的另一端部（S极）吸引至线圈47的磁场（将该磁场称为“磁场A2”）。

通过这样交替转换磁场A1和磁场A2，对框体部43激励具有绕第1轴J1的扭转振动分量的振动，随着该振动，使轴部421、422扭转变形，且可动部41以第1电压V1的频率绕第1轴J1摆动。其中，由于第1电压V1的频率与第1振动系统的扭转共振频率相等，所以通过共振振动，能够使可动部41大幅摆动。

另一方面，通过第2电压V2，交替转换将永磁铁46的一端部（N极）吸引至线圈47并且使永磁铁46的另一端部（S极）远离线圈47的磁场（将该磁场称为“磁场B1”）、和使永磁铁46的一端部（N极）远离线圈47并且将永磁铁46的另一端部（S极）吸引至线圈47的磁场（将该磁场称为“磁场B2”）。

通过这样交替转换磁场B1和磁场B2，分别使轴部441、442以及轴部443、444扭转变形，并且框体部43与可动部41一起以第2电压V2的频率绕第2轴J2转动。其中，由于如上述那样，将第2电压V2的频率设定为与第1电压V1的频率相比极低，将第2振动系统的扭转共振频率设计为比第1振动系统的扭转共振频率低，所以能够防止可动部41以第2电压V2的频率绕第1轴J1转动。

如以上说明那样，在光扫描仪40中，通过将使第1电压V1和第2电压V2叠加后的电压施加给线圈47，能够使可动部41绕第1轴J1以第1电压V1的频率转动，并绕第2轴J2以第2电压V2的频率转动。由此，能够实现装置的低成本化以及小型化，并可以通过电磁驱动方式（动磁方式）使可动部41分别绕第1、第2轴J1、J2的轴摆动，对由光反射部414反射的描绘用激光LL进行二维扫描。另外，由于能够减少构成驱动源的部件（永磁铁以及线圈）的数量，所以能够成为简单并且小型的构成。另外，由于线圈47与光扫描仪40的振动系统分开，所以能够防止线圈47的发热对该振动系统带来的不良影响。

以上，对光扫描仪40的构成进行了详细说明。根据上述那样的呈万向架（gimbal）型的二维扫描型光扫描仪40，由于能够利用1个装置对描绘用激光LL进行二维扫描，所以例如与组合2个一维扫描型光扫描仪来二维扫描描绘用激光LL的构成相比较，能够实现光扫描部4的小型化，另外，也容易调整定位。

另外，光扫描仪40是使用永磁铁46和线圈47进行驱动的电磁驱动型光扫描仪。如图5所示，根据这样的构成，由于必须将永磁铁46和线圈47对置配置，所以光扫描仪40的厚度（与第1、第2轴J1、J2的交点相交，且与这两个轴正交的轴J3方向的长度）变厚，但相反，能够使包括第1、第2轴J1、J2的面内方向的大小减小。通过与厚度方向相比这样实现上述面内方向的小型化，使得光扫描仪40成为适用于图像显示装置1的光扫描仪。

如图1以及图3所示，以上说明那样的构成的光扫描仪40被以在非驱动状态（未对线圈47施加电压的状态）下，光反射部414与XY平面正交的方式配置在框体9内。换言之，光扫描仪40被以包括第1、第2轴J1、J2的平面与XY平面正交（轴J3位于面F内）的方式配置在框体9内。这里，由于如上述那样，将光扫描仪40的包括第1、第2轴J1、J2的平面方向的大小抑制得小，所以通过这样的配置，能够实现图像显示装置1（框体9）的小型化（薄型化）。此外，光扫描仪40的轴J3方向的厚度并不那样薄，但在图像显示装置1中，由于配置成轴J3位于面F内，所以将由此带来的装置的大型化抑制到最低限度。

另外，通过了棱镜3后的描绘用激光LL从相对于轴J3倾斜的方向入射至光反射部414。通过这样从相对于轴J3（光反射面414a的法线）倾斜的方向将描绘用激光LL入射至光反射部414，能够使由光扫描仪40扫描的描绘用激光LL不与其他部件（例如棱镜3）干扰地射出至框体9的外部。因此，由于无需对由光扫描仪40扫描的描绘用激光LL的光路进行变更的平面镜、棱镜等的设置，所以能够实现图像显示装置1的小型化。

另外，在光扫描仪40中，作为共振驱动的可动部41绕第1轴J1的振幅（摆动角）比作为非共振驱动的可动部41绕第2轴J2的振幅大。将光扫描仪40配置成与XY平面的面内方向的振幅相比，Z轴方向的振幅较大。即，将光扫描仪40配置成第1轴J1与XY平面的面内方向平行（与面F一致），第2轴J2与Z轴平行。通过这样的配置，能够发挥以下那样的效果。

如上述那样，由于描绘用激光LL从相对于轴J3倾斜的方向入射至光反射部414，所以由光反射部414进行了二维扫描的描绘用激光LL被照射到图8（a）、（b）所示那样的可描绘区域S。图8（a）表示如本实施方式那样将光扫描仪40配置为第1轴J1与XY平面的面内方向平行，第2轴J2与Z轴平行时的可描绘区域，相反，图8（b）表示将光扫描仪40配置为第1轴J1与Z轴平行，第2轴J2与XY平面的面内方向平行时的可描绘区域。根据图8可知，（a）与（b）相比，可描绘区域S的形变较小，在可描绘区域S内能够确保的矩形的有效描绘区域（实际照射描绘用激光LL来显示图像的区域）S’较大。因此，图8（a）与（b）相比，能够高效地利用可描绘区域S，能够描绘更高效且大的图像。

另外，对于光扫描仪40的配置而言，优选图8（a）那样的配置，但也可以为图8（b）那样的配置。

1-4.检测部

检测部5具有检测描绘用激光LL（各激光RR、GG、BB）的强度的功能。这样的检测部5具有设置在框体9内的光电二极管等受光元件51。棱镜3的光入射面31构成为稍微反射各激光RR、GG、BB（例如0.1%左右的反射率），受光元件51位于反射光的光路上。从受光元件51输出与接收到的反射光的强度对应的大小的信号（电压），基于该信号，能够检测各激光RR、GG、BB的强度。

与检测出的各激光RR、GG、BB的强度有关的信息被发送至控制部6，基于接收到的信息，控制部6控制激光光源21R、21G、21B的驱动。

具体而言，预先测量准直透镜22R、22G、22B、分色镜23R、23G、23B的各激光RR、GG、BB的反射率以及透过率、和光入射面31的各激光RR、GG、BB的反射率，并将这些信息存储在控制部6的未图示的存储器中。

接下来，例如在开始图像的描绘之前，从控制部6向驱动电路发送规定大小（电压）的驱动信号，从激光光源21R射出激光RR。由此，激光RR的一部分被棱镜3的光入射面31反射，受光元件51接收该反射光，检测反射光的强度。而且，基于存储在上述存储器中的各部的激光RR的反射率，求出从激光光源21R射出的激光RR的实际的强度。由此，求出激光RR的强度和驱动信号的大小（电压值）的关系，明确了为了射出规定强度的激光RR所需要的驱动信号的大小。

将这样的关系存储在上述存储器中。而且，在描绘图像时，基于该关系，控制部6向驱动电路发送所希望的驱动信号，以便从激光光源21R射出所希望强度的激光RR。对于激光GG、BB也一样，求出激光GG、BB的强度与驱动信号的大小的关系，基于求出的关系，控制部6向驱动电路发送所希望的驱动信号，以便从激光光源21G、21B射出所希望强度的激光GG、BB。

由此，能够生成所希望的颜色以及亮度的描绘用激光LL，会提高图像显示特性。

此外，在上述说明中，对在开始图像的描绘之前，获得激光RR的强度和驱动信号的大小（电压值）的关系的情况进行了说明，但获得这样的关系的时机并不限定于此，例如也可以是描绘图像时。如上述那样，描绘用激光LL被照射到可描绘区域S内的有效描绘区域S上，不照射到其他部分（非描绘区域S”）。因此，也可以在描绘图像的过程中，当可动部41（光反射部414）不向非描绘区域S”射出描绘用激光LL时，像上述那样获取激光RR的强度和驱动信号的大小（电压值）的关系。

1-5.控制部

控制部6具有控制描绘用光源单元2以及光扫描部4的动作的功能。具体而言，控制部6驱动光扫描仪40，使可动部41绕第1、第2轴J1、J2摆动，并与可动部41的摆动同步地使描绘用激光LL从描绘用光源单元2射出。控制部6例如基于从外部计算机发送来的图像数据，使规定强度的激光RR、GG、BB从各激光光源21R、21G、21B在规定的时机射出，使规定颜色以及强度（亮度）的描绘用激光LL在规定的时机射出。由此，在对象物10上显示与图像数据对应的图像。

以上，对图像显示装置1的构成进行了详细的说明。

在这样的图像显示装置1中，各部件、即激光光源21R、21G、21B、准直透镜22R、22G、22B、分色镜23R、23G、23B、棱镜3、光扫描仪40以及受光元件51在XY平面方向上被平面（在同一平面内）配置。而且，从激光光源21R、21G、21B射出的激光RR、GG、BB、这些光被合成而得到的描绘用激光LL的光轴分别到入射至光扫描仪40为止，位于与XY平面平行的同一平面（第1面F）内。另外，由于图像显示装置1通过棱镜3在面F内使描绘用激光LL的光轴倾斜，所以能够平面进行各构成部件（特别是光扫描仪40）的配置。因此，能够使图像显示装置1的各构成部件的定位为平面性的定位，能够优化图像显示装置1的装配性。并且，由于图像显示装置1通过棱镜3进行描绘用激光LL的整形，所以能够发挥出色的图像显示特性。

2.头戴式显示器

接下来，对将本发明的图像显示装置应用于平视显示器的构成进行说明。

图9是表示应用了本发明的图像显示装置的平视显示器的立体图。

如图9所示，在平视显示器系统200中，将图像显示装置1安装于汽车的仪表盘，以构成平视显示器210。通过该平视显示器210，能够在挡风玻璃220上例如显示到目的地的引导显示等规定的图像。另外，平视显示器系统200并不限于汽车，例如也能够应用于飞机、船舶等。

3.头戴式显示器

接下来，对应用了本发明的图像显示装置的头戴式显示器（本发明的头戴式显示器）进行说明。

图10是表示本发明的头戴式显示器的立体图。

如图10所示，头戴式显示器300具有眼镜310、和安装于眼镜310的图像显示装置1。而且，通过图像显示装置1，在设置于眼镜310的本来是透镜的部位的显示部（光反射部）320上显示由一只眼睛视觉确认的规定的图像。

显示部320可以透明，也可以不透明。在显示部320透明的情况下，能够对来自现实世界的信息叠加来自图像显示装置1的信息来使用。另外，显示部320只要反射入射的光的至少一部分即可，例如能够使用半透反射镜等。

此外，也可以对头戴式显示器300设置两个图像显示装置1，将由两只眼睛视觉确认的图像显示在两个显示部上。

以上，基于图示的实施方式对本发明的图像显示装置以及头戴式显示器进行了说明，但本发明并不局限于此，能够将各部的构成置换为具有相同功能的任意的构成。另外，也可以将其他任意的构成物附加于本发明。

符号说明：1…图像显示装置，10…对象物，2…描绘用光源装置，21B…激光光源，21G…激光光源，21R…激光光源，22B…准直透镜，22G…准直透镜，22R…准直透镜，23…光合成部，23B…分色镜，23G…分色镜，23R…分色镜，3…棱镜，31…光入射面，32…光射出面，4…光扫描部，40…光扫描仪，41…可动部，411…基部，412…隔离件，413…光反射板，414…光反射部，414a…光反射面，415…硬质层，421…轴部，422…轴部，43…框体部，441…轴部，442…轴部，443…轴部，444…轴部，45…支持部，46…永磁铁，47…线圈，48…磁芯，49…电压施加部，491…第1电压产生部，492…第2电压产生部，493…电压叠加部，493a…加法器，5…检测部，51…受光元件，6…控制部，9…框体，91…窗部，200…平视显示器系统，210…平视显示器，220…挡风玻璃，300…头戴式显示器，310…眼镜，320…显示部，BB…蓝色的激光，F…第1面，GG…绿色的激光，J1…第1轴，J2…第2轴，J3…轴，LL…描绘用激光，RR…红色的激光，S…可描绘区域，S’…有效描绘区域，S”…非描绘区域。

Claims (20)

1.一种图像显示装置，其特征在于，具有：

射出光的多个光源部；

将从所述多个光源部射出的光合成的光合成部；

使由所述光合成部合成后的光的光轴倾斜，并使由所述光合成部合成后的光的截面形状变化的光学元件；以及

二维扫描从所述光学元件射出的光的光扫描部，

从所述多个光源部经过所述光合成部以及所述光学元件朝向所述光扫描部的光的光轴位于第1面内，

所述光扫描部具有被配置成在所述光扫描部的非驱动状态下与所述第1面垂直，并且围绕位于所述第1面内的第1轴以及围绕与所述第1面的法线方向平行的第2轴摆动的光反射面，

从所述多个光源部射出的光的所述第1面的法线方向的辐射角比该射出的光的所述第1面的面内方向的辐射角大。

2.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光学元件是棱镜。

3.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

从所述光源部射出的光是相对于所述棱镜的光入射面成为s偏振光的直线偏振光。

4.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述棱镜将由所述光合成部合成后的光的截面形状的所述第1面的面内方向的宽度扩大。

5.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

所述棱镜的光射出面成为聚集光的透镜面。

6.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，

具有检测由所述棱镜的光入射面反射的光的光量的检测部，具有基于由所述检测部检测出的光的光量来控制所述光源部的驱动的控制部。

7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光从相对于所述光反射面的法线倾斜的方向照射到所述光反射面。

8.根据权利要求7所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光反射面围绕所述第1轴的摆动的振幅比围绕所述第2轴的摆动的振幅大。

9.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述多个光源部、所述光合成部、所述光学元件以及所述光扫描部被排列配置在所述第1面的面内方向。

10.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光扫描部具有：具有所述光反射面的可动部、被设置成包围所述可动部的框体部、支承所述框体部的支承部、以能够使所述可动部相对于所述框体部围绕所述第1轴摆动的方式将所述可动部和所述框体部连接的第1轴部、以能够使所述框体部相对于所述支承部绕第2轴摆动的方式将所述框体部和所述支承部连接的第2轴部。

11.根据权利要求10所述的图像显示装置，其特征在于，

所述光扫描部具有：设置于所述框体部的永磁铁、与所述框体部对置配置来产生作用于所述永磁铁的磁场的线圈。

12.一种头戴式显示器，其特征在于，具有：

对入射的光的至少一部分进行反射的光反射部、和将光照射到所述光反射部的图像显示装置，

所述图像显示装置具有：

射出光的多个光源部；

将从所述多个光源部射出的光合成的光合成部；

使由所述光合成部合成后的光的光轴倾斜，并使由所述光合成部合成后的光的截面形状变化的光学元件；以及

二维扫描从所述光学元件射出的光的光扫描部，

从所述多个光源部经过所述光合成部以及所述光学元件朝向所述光扫描部的光的光轴位于第1面内，

所述光扫描部具有被配置成在所述光扫描部的非驱动状态下与所述第1面垂直，并且围绕位于所述第1面内的第1轴以及围绕与所述第1面的法线方向平行的第2轴摆动的光反射面，

从所述多个光源部射出的光的所述第1面的法线方向的辐射角比该射出的光的所述第1面的面内方向的辐射角大。

13.根据权利要求12所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述光学元件是棱镜。

14.根据权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，

从所述光源部射出的光是相对于所述棱镜的光入射面成为s偏振光的直线偏振光。

15.根据权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述棱镜将由所述光合成部合成后的光的截面形状的所述第1面的面内方向的宽度扩大。

16.根据权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述棱镜的光射出面成为聚集光的透镜面。

17.根据权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，

具有检测由所述棱镜的光入射面反射的光的光量的检测部，具有基于由所述检测部检测出的光的光量来控制所述光源部的驱动的控制部。

18.根据权利要求12所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述光从相对于所述光反射面的法线倾斜的方向照射到所述光反射面。

19.根据权利要求18所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述光反射面围绕所述第1轴的摆动的振幅比围绕所述第2轴的摆动的振幅大。

20.根据权利要求12所述的头戴式显示器，其特征在于，

所述多个光源部、所述光合成部、所述光学元件以及所述光扫描部被排列配置在所述第1面的面内方向。

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