CN104749771A - 光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器 - Google Patents

光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为光反射的利用效率高的俯视形状的光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器。光扫描仪具有：基部；反射光的光反射板；连接基部和光反射板的隔离物；以及以能够摆动的方式支承基部的轴部，在从光反射板和基部排列的方向观察的俯视中，光反射板设置为光反射板的几何学中心成为与基部的几何学中心分离的位置，光反射板具备重心调整部，重心调整部以俯视中基部的几何学中心与光反射板的重心之间的距离变得比俯视中光反射板的几何学中心与基部的几何学中心之间的距离小的方式进行调整。

Description

光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器
技术领域
本发明涉及光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器。
背景技术
例如，作为头戴式显示器、投影仪等图像显示装置，已知有具备使光2维扫描的光扫描仪的装置。
专利文献1的光扫描仪具备：框架；外侧驱动部，其通过第1扭簧悬架于该框架且能够相对于第1轴转动；内侧驱动部，其通过第2扭簧悬架于外侧驱动部且能够相对于与第1轴正交的第2轴转动；以及工作台，其配置于该内侧驱动部的上部，且与内侧驱动部一起转动。
另外，专利文献1的光扫描仪中，通过流向分别设置于内侧驱动部以及外侧驱动部的线圈的电流、和由配置于框架两侧的1对磁铁间的磁场产生的洛伦兹力，来使外侧驱动部对于第1轴转动，并且使内侧驱动部对于第2轴转动。由此，在形成于工作台的镜面反射光，来进行扫描。
这里，工作台呈圆板状，通过从工作台的中心以中心轴一致的方式突出的环形部来与内侧驱动部连结，俯视中以相对于第1轴以及第2轴分别对称的方式配置。
然而，这样的光扫描仪中，通常，使光从相对于镜面倾斜的方向入射，但镜面中光的光斑形状呈椭圆形(鸡蛋形)。
因此，专利文献1所记载的光扫描仪中，存在如下问题，即镜面中存在未用于光反射的无用区域、或者无法入射至镜面从而光的一部分浪费了。
专利文献1：日本特开2009－75587号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为光反射的利用效率高的俯视形状的光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器。
这样的目的通过下述的本发明实现。
本发明的光扫描仪的特征在于，具有：基部；光反射部，其反射光；连接部，其连接上述基部和上述光反射部；轴部，其以能够摆动的方式支承上述基部，在从上述光反射部和上述基部排列的方向观察的俯视中，上述光反射部设置为上述光反射部的几何学中心成为与上述基部的几何学中心分离的位置，上述光反射部具备重心调整部，上述重心调整部以上述俯视中上述基部的几何学中心与上述光反射部的重心之间的距离变得比上述俯视中上述光反射部的几何学中心与上述基部的几何学中心之间的距离小的方式进行调整。
根据这样的光扫描仪，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为未用于光反射的无用区域变少(光反射的利用效率高)的俯视形状。
本发明的光扫描仪的特征在于，具有：基部；光反射部，其反射光；连接部，其连接上述基部和上述光反射部；框体部，其以包围上述基部的方式设置；第1轴部，其连接上述基部和上述框体部，且以能够绕第1轴摆动的方式支承上述基部；以及第2轴部，其以能够绕与上述第1轴交叉的第2轴摆动的方式支承上述框体部，在从上述光反射部和上述基部排列的方向观察的俯视中，上述光反射部设置为上述光反射部的几何学中心成为与上述基部的几何学中心分离的位置，上述光反射部具备重心调整部，上述重心调整部以上述俯视中上述基部的几何学中心与上述光反射部的重心之间的距离变得比上述俯视中上述光反射部的几何学中心与上述基部的几何学中心之间的距离小的方式进行调整。
根据这样的光扫描仪，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为未用于光反射的无用区域变少(光反射的利用效率高)的俯视形状。
一般而言，使光从相对于光反射部的反射面倾斜的方向入射，但特别是在使光反射部绕这样的2个轴摆动的2轴型光扫描仪中，为了实现高精度的光扫描，必须使光以俯视中光轴与第1轴和第2轴的交点一致的方式入射光反射部。因此，若使光反射部成为未用于光反射的无用区域变少的俯视形状，则俯视中会成为光反射部的几何学中心与基部的几何学中心分离的位置。另外，这样的2轴型光扫描仪中，若光反射部的绕摆动轴(第1轴或者第2轴)的惯性力矩的平衡差，则光反射部的摆动角的平衡变差，并且产生第1轴部或者第2轴部的不必要的弯曲形变。因此，这样的2轴型光扫描仪中，进行光反射部的重心调整(惯性力矩的平衡调整)特别有用。
本发明的光扫描仪中，优选上述俯视中，上述光反射部的几何学中心相对于上述第1轴偏移。
该情况下，若假设不进行重心调整，则光反射部的绕第1轴的惯性力矩的平衡变差，会产生如下问题：光反射部的绕第1轴的摆动角的平衡变差，或者伴随光反射部绕第2轴的摆动而产生第1轴部的不必要的弯曲形变。与此相对，本发明中，通过重心调整部调整光反射部的重心，能够防止或者抑制这样问题的产生。
本发明的光扫描仪中，优选上述俯视中，上述光反射部的几何学中心相对于上述第2轴偏移。
该情况下，若假设不设置重心调整部，则光反射部的绕第2轴的惯性力矩的平衡变差，会产生如下问题：光反射部的绕第2轴的摆动角的平衡变差，或者伴随光反射部的绕第1轴的摆动而产生第2轴部的不必要的弯曲形变。与此相对，本发明中，通过重心调整部调整光反射部的重心，能够防止或者抑制这样问题的产生。
本发明的光扫描仪中，优选上述光反射部在上述俯视中，呈沿上述光反射部的几何学中心与上述基部的几何学中心排列的方向的椭圆形或者鸡蛋形。
由此，使光从相对于光反射部的反射面倾斜的方向入射的情况下，能够减少光反射部的未用于光反射的无用区域。
本发明的光扫描仪中，优选上述光反射部具备光反射板，上述光反射板的一个面具有光反射性，上述重心调整部包括重锤，上述重锤配置于上述光反射板的另一个面。
由此，光反射板的加工变得简单。另外，光反射部的重心调整的自由度变高。
本发明的光扫描仪中，优选上述重锤由与上述光反射板不同的材料构成。
由此，能够使构成重锤的材料的比重与构成光反射板的材料的比重不同。其结果，能够提高光反射部的重心调整的自由度。
本发明的光扫描仪中，上述重锤优选由金属材料构成。
一般而言，光反射板使用硅材料或玻璃材料来构成，但金属材料的多数与硅材料、玻璃材料相比，比重较大。因此，通过由金属材料构成重锤，能够高效地进行光反射部的重心调整。
本发明的光扫描仪中，优选上述重心调整部通过在上述光反射板设置厚度不同的多个部分来构成。
由此，能够与光反射板的形成一并形成重心调整部。因此，能够高效地产生光扫描仪。
本发明的图像显示装置的特征在于，具备本发明的光扫描仪。
由此，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为未用于光反射的无用区域变少的俯视形状。
本发明的头戴式显示器的特征在于，具备本发明的光扫描仪。
由此，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为未用于光反射的无用区域变少的俯视形状。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的光扫描仪的俯视图。
图2是图1所示的光扫描仪的剖视图(沿X轴的剖视图)。
图3是用于说明图1所示的光扫描仪所具备的驱动部的电压施加部的框图。
图4是表示图3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5是用于说明图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的俯视图。
图6是用于说明图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的图，(a)是沿Y轴的剖视图，(b)是光反射板的背面图。
图7的(a)是用于说明现有的光反射板的光的利用效率的图，(b)是用于图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的光的利用效率的图。
图8是用于说明本发明的第2实施方式的光扫描仪所具备的光反射板的图，(a)是沿Y轴的剖视图，(b)是光反射板的背面图。
图9是用于说明本发明的第3实施方式的光扫描仪所具备的光反射板的图，(a)是沿Y轴的剖视图，(b)是光反射板的背面图。
图10是用于说明本发明的第4实施方式的光扫描仪具备的光反射板的俯视图。
图11是示意性地表示本发明的图像显示装置的实施方式的图。
图12是表示本发明的图像显示装置的应用例1的立体图。
图13是表示本发明的图像显示装置的应用例2的立体图。
图14是表示本发明的图像显示装置的应用例3的立体图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的光扫描仪、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。
＜第1实施方式＞
图1是表示本发明的第1实施方式的光扫描仪的俯视图，图2是图1所示的光扫描仪的剖视图(沿X轴的剖视图)。另外，图3是用于说明图1所示的光扫描仪具备的驱动部的电压施加部的框图。另外，图4是表示图3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。
此外，以下，为了方便说明，将图2中的上侧作为“上”，下侧作为“下”。
如图1以及图2所示，光扫描仪1是使可动镜部11绕X轴以及Y轴这2个轴摆动的2轴型光扫描仪。该光扫描仪1具备可动镜部11、1对轴部12a、12b(第1轴部)、框体部13、2对轴部14a、14b、14c、14d(第2轴部)、支承部15、永磁铁21、线圈31、磁心32、以及电压施加部4。另外，虽然图1、2中未图示，但光扫描仪1具备形变检测元件51(第1形变检测元件)以及形变检测元件52(第2形变检测元件)(参照图5)。
这里，可动镜部11以及1对轴部12a、12b构成绕Y轴(第1轴)摆动(往复转动)的第1振动系统。另外，可动镜部11、1对轴部12a、12b、框体部13、2对轴部14a、14b、14c、14d以及永磁铁21构成绕X轴(第2轴)摆动(往复转动)的第2振动系统。
另外，永磁铁21、线圈31以及电压施加部4构成使上述的第1振动系统以及第2振动系统驱动(即，使可动镜部11绕X轴以及Y轴摆动)的驱动部。
以下，依次对光扫描仪1的各部进行详细的说明。
可动镜部11具有基部(可动部)111、以及经由隔离物112(连接部)固定于基部111的光反射板113。
在光反射板113的上表面(一个面)设置有具有光反射性的光反射面114。
该光反射板113相对于轴部12a、12b在光反射板113的板厚方向分离，并且从光反射板113的板厚方向(即光反射板113和基部111排列的方向)观察时(以下，仅称为“俯视”)与轴部12a、12b的至少一部分重叠地设置。由此，即使增大光反射板113的板面的面积，也能够实现光扫描仪1的小型化。
在本实施方式中，光反射板113在俯视时呈椭圆形或者鸡蛋形。由此，能够将光反射面114高效地利用于光的反射。另外，图2中，虽然省略图示，但在光反射板113的下表面设置有重心调整部115。这里，光反射板113以及重心调整部115构成“光反射部”(以下，仅将由光反射板113以及重心调整部115构成的构造体称为“光反射部”)。此外，光反射板113以及重心调整部115以后详述。
这样的光反射板113的下表面(另一个面，光反射板113的基部111侧的面)经由隔离物112固定于基部111。
隔离物112连结(连接)基部111和光反射板113，使光反射板113相对于基部111在光反射板113的厚度方向分离。由此，能够比较简单并且以高精度的尺寸精度使光反射板113相对于基部111在光反射板113的厚度方向分离。而且，能够防止与轴部12a、12b、框体部13以及轴部14a、14b、14c、14d的接触，并且使光反射板113绕Y轴摆动。
另外，基部111在俯视中，相对于光反射板113的外周位于内侧。另外，基部111在俯视中的面积只要基部111能够经由隔离物112支承反射板113即可，优选尽量小。由此，能够增大光反射板113的板面的面积，并且减小轴部12a与轴部12b之间的距离。
框体部13呈框状，以包围上述可动镜部11的基部111的方式设置。换言之，可动镜部11的基部111设置于呈框状的框体部13的内侧。
而且，框体部13经由轴部14a、14b、14c、14d支承于支承部15。另外，可动镜部11的基部111经由轴部12a、12b支承于框体部13。
另外，框体部13在沿Y轴的方向的长度变得比在沿X轴的方向的长度长。即，将框体部13在沿Y轴的方向的长度设为a，将框体部13在沿X轴的方向的长度设为b时，满足a＞b的关系。由此，能够确保轴部12a、12b所需的长度，并且抑制光扫描仪1在沿X轴的方向的长度。
另外，框体部13在俯视时呈沿由可动镜部11的基部111以及1对轴部12a、12b构成的构造体的外形的形状。由此，能够允许由可动镜部11和1对轴部12a、12b构成的第1振动系统振动，即允许可动镜部11绕Y轴的摆动，并且实现框体部13的小型化。
此外，框体部13的形状只要是框状即可，不局限于图示的形状。
轴部12a、12b以及轴部14a、14b、14c、14d分别能够弹性形变。而且，轴部12a、12b以能够使可动镜部11绕Y轴(第1轴)摆动(转动)的方式连结可动镜部11和框体部13。另外，轴部14a、14b、14c、14d以能够使框体部13绕与Y轴正交的X轴(第2轴)摆动(转动)的方式连结框体部13和支承部15。
轴部12a、12b经由可动镜部11的基部111相互对置地配置。另外，轴部12a、12b分别呈沿Y轴的方向延伸的长边形状。而且，轴部12a、12b各自一端部与基部111连接，另一端部与框体部13连接。另外，轴部12a、12b分别以中心轴与Y轴一致的方式配置。
这样的轴部12a、12b分别伴随可动镜部11绕Y轴的摆动而进行扭转形变。
轴部14a、14b以及轴部14c、14d隔着框体部13相互对置地配置。另外，轴部14a、14b、14c、14d分别呈沿X轴的方向延伸的长边形状。而且，轴部14a、14b、14c、14d各自一端部与框体部13连接，另一端部与支承部15连接。另外，轴部14a、14b隔着X轴相互对置地配置，相同地，轴部14c、14d隔着X轴相互对置地配置。
这样的轴部14a、14b、14c、14d伴随框体部13绕X轴的摆动，从而轴部14a、14b整体以及轴部14c、14d整体分别进行扭转形变。
这样，通过能够使可动镜部11绕Y轴摆动，并且可使框体部13绕X轴摆动，能够使可动镜部11(换言之光反射板113)绕相互正交的X轴以及Y轴这2个轴摆动(转动)。
此外，轴部12a、12b以及轴部14a、14b、14c、14d的形状分别不局限于上述内容，例如，也可以在中途的至少1处具有屈曲或者弯曲的部分或分支的部分。
上述那样的基部111、轴部12a、12b、框体部13、轴部14a、14b、14c、14d以及支承部15一体形成。
在本实施方式中，基部111、轴部12a、12b、框体部13、轴部14a、14b、14c、14d以及支承部15通过蚀刻第1Si层(设备层)、SiO2层(保护层)、第2Si层(处理层)依次层叠而成的SOI基板来形成。由此，能够使第1振动系统以及第2振动系统的振动特性优异。另外，SOI基板可通过蚀刻进行细微加工，所以通过使用SOI基板来形成基部111、轴部12a、12b、框体部13、轴部14a、14b、14c、14d以及支承部15，能够使它们的尺寸精度优异，另外，能够实现光扫描仪1的小型化。
而且，基部111、轴部12a、12b以及轴部14a、14b、14c、14d分别由SOI基板的第1Si层构成。由此，能够使轴部12a、12b以及轴部14a、14b、14c、14d的弹性优异。另外，能够防止基部111绕Y轴转动时与框体部13接触。
另外，框体部13以及支承部15分别由SOI基板的第1Si层、SiO2层以及第2Si层构成的层叠体构成。由此，能够使框体部13以及支承部15的刚性优异。另外，框体部13的SiO2层以及第2Si层不仅具有作为提高框体部13刚性的肋的功能，还具有防止可动镜部11与永磁铁21接触的功能。
另外，俯视中，优选对位于光反射板113的外侧的第1轴部、第2轴部、框体部13、支承部15的上表面实施防反射处理。由此，能够防止照射至光反射板113以外的无用光成为杂光。
作为这样的防反射处理并不特别限定，例如列举了防反射膜(电介质多层膜)的形成、粗糙化处理、黑色处理等。
此外，上述的基部111、轴部12a、12b以及轴部14a、14b、14c、14d的构成材料以及形成方法是一个例子，本发明并不局限于此。
另外，在本实施方式中，隔离物112以及光反射板113也通过蚀刻SOI基板来形成。而且，隔离物112由SOI基板的SiO2层以及第2Si层构成的层叠体构成。另外，光反射板113由SOI基板的第1Si层构成。
这样，通过使用SOI基板来形成隔离物112以及光反射板113，能够简单并且高精度地制造彼此接合的隔离物112以及光反射板113。
这样的隔离物112例如通过粘合剂、钎焊料等接合材料(未图示)与基部111接合。
在上述的框体部13的下表面(与光反射板113相反的一侧的面)接合有永磁铁21。
作为永磁铁21与框体部13的接合方法并不特别限定，例如能够采用使用了粘合剂的接合方法。
永磁铁21在俯视中，在相对于X轴以及Y轴倾斜的方向被磁化。
在本实施方式中，永磁铁21呈沿相对于X轴以及Y轴倾斜的方向延伸的长条形状(棒状)。而且，永磁铁21在其长边方向被磁化。即，永磁铁21以将一端部作为S极，另一端部作为N极的方式磁化。
另外，永磁铁21以在俯视中以X轴与Y轴的交点为中心对称的方式设置。
此外，在本实施方式中，以在框体部13设置一个永磁铁的情况为例进行了说明，但并不局限于此，例如，也可以在框体部13设置2个永磁铁。该情况下，例如，以俯视中隔着基部111使呈长条状的2个永磁铁彼此对置，并且彼此平行的方式设置于框体部13即可。
永磁铁21的磁化方向(延伸方向)相对于X轴的倾斜角θ并不特别限定，但优选30°以上60°以下，进一步优选45°以上60°以下，再进一步优选45°。通过这样设置永磁铁21，能够平滑并且可靠地使可动镜部11绕X轴转动。
与此相对，若倾斜角θ不足上述下限值，则存在根据通过电压施加部4施加于线圈31的电压的强度等诸条件，无法使可动镜部11充分地绕X轴转动的情况。另一方面，若倾斜角θ超过上述上限值，则存在根据诸条件，无法使可动镜部11充分地绕Y轴转动的情况。
作为这样的永磁铁21，例如能够优选使用钕磁铁、铁素体磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁、粘结磁铁等。这样的永磁铁21是磁化了硬磁性体而成的磁铁，例如通过将磁化前的硬磁性体设置在框体部13后磁化来形成。这是因为当想要将已经完成了磁化的永磁铁21设置在框体部13时，存在受到外部或者其他部件磁场的影响，无法将永磁铁21设置在所希望的位置的情况。
在永磁铁21的正下方设置有线圈31。即，以与框体部13的下表面对置的方式设置有线圈31。由此，能够使从线圈31产生的磁场高效地作用于永磁铁21。由此，能够实现光扫描仪1的省电力化以及小型化。
在本实施方式中，线圈31卷绕于磁心32来设置。由此，能够使在线圈31产生的磁场高效地作用于永磁铁21。此外，磁心32也可以省略。
这样的线圈31与电压施加部4电连接。而且，电压通过电压施加部4施加于线圈31，从而从线圈31产生具有与X轴以及Y轴正交的磁通的磁场。
如图3所示，电压施加部4具备：第1电压产生部41，其产生用于使可动镜部11绕Y轴转动的第1电压V1；第2电压产生部42，其产生产生用于使可动镜部11绕X轴转动的第2电压V2；以及叠加部43，其叠加第1电压V1和第2电压V2的电压，将在电压叠加部43叠加的电压施加于线圈31。
如图4的(a)所示，第1电压产生部41产生以周期T1周期性地变化的第1电压V1(水平扫描用电压)。即，第1电压产生部41产生第1频率(1/T1)的第1电压V1。
第1电压V1呈正弦波那样的波形。因此，光扫描仪1能够有效地使光主扫描。此外，第1电压V1的波形并不局限于此。
另外，第1频率(1/T1)如果是适于水平扫描的频率即可，并不特别限定，但优选10～40kHz。
在本实施方式中，第1频率设定为与由可动镜部11和1对轴部12a、12b构成的第1振动系统(扭转振动系统)的扭转共振频率(f1)相等。换句话说，第1振动系统以其扭转共振频率f1为适于水平扫描的频率的方式设计(制造)。由此，能够增大可动镜部11绕Y轴的转动角。
另一方面，如图4的(b)所示，第2电压产生部42产生以与周期T1不同的周期T2周期性地变化的第2电压V2(垂直扫描用电压)。即，第2电压产生部42产生第2频率(1/T2)的第2电压V2。
第2电压V2呈锯形波那样的波形。因此，光扫描仪1能够有效地使光垂直扫描(副扫描)。此外，第2电压V2的波形并不局限于此。
第2频率(1/T2)与第1频率(1/T1)不同，并且只要是适于垂直扫描的频率即可，并不特别限定，但优选30～120Hz(60Hz左右)。这样，通过将第2电压V2的频率设为60Hz左右，如上述那样将第1电压V1的频率设为10～40kHz，能够以适于显示器上的描绘的频率，使可动镜部11绕相互正交的2轴(X轴以及Y轴)中的各个轴转动。但是，只要能够使可动镜部11绕X轴以及Y轴中的各个轴转动即可，第1电压V1的频率与第2电压V2的频率的组合并不特别限定。
在本实施方式中，第2电压V2的频率被调整成为与第2振动系统(扭转振动系统)的扭转共振频率(共振频率)不同的频率，其中，第2振动系统由可动镜部11、1对轴部12a、12b、框体部13、2对轴部14a、14b、14c、14d以及永磁铁21构成。
优选这样的第2电压V2的频率(第2频率)比第1电压V1的频率(第1频率)小。即，优选周期T2比周期T1长。由此，能够更可靠并且更顺利地使可动镜部11绕Y轴以第1频率转动，并且绕X轴以第2频率转动。
另外，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和f2满足f2＜f1的关系，进一步优选满足f1≥10f2的关系。由此，能够更平滑地使可动镜部11绕Y轴以第1电压V1的频率转动，并且绕X轴以第2电压V2的频率转动。与此相对，在f1≤f2的情况下，有可能第1振动系统基于第2频率进行振动。
这样的第1电压产生部41以及第2电压产生部42分别与控制部7连接，根据来自该控制部7的信号驱动。在这样的第1电压产生部41以及第2电压产生部42连接有电压叠加部43。
电压叠加部43具备用于对线圈31施加电压的加法器43a。加法器43a从第1电压产生部41接受第1电压V1，并且从第2电压产生部42接受第2电压V2，叠加这些电压并施加于线圈31。
接下来，对光扫描仪1的驱动方法进行说明。此外，在本实施方式中，如上述那样，第1电压V1的频率设定得与第1振动系统的扭转共振频率相等，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，并且变得比第1电压V1的频率小(例如，第1电压V1的频率设定为18kHz，第2电压V2的频率设定为60Hz)。
例如，在电压叠加部43将图4的(a)所示的第1电压V1和图4的(b)所示的第2电压V2叠加，将叠加后的电压施加于线圈31。
于是，通过第1电压V1交替切换如下的磁场，即，要将永磁铁21的一端部(N极)吸引至线圈31并且要使永磁铁21的另一端部(S极)从线圈31分离的磁场(将该磁场称为“磁场A1“)、以及要使永磁铁21的一端部(N极)从线圈31分离并且要使永磁铁21的另一端部(S极)吸引至线圈31的磁场(将该磁场称为”磁场A2“)。
这里，如上述，永磁铁21以各个端部(磁极)位于被Y轴分割的2个区域的方式配置。即，图1的俯视中，隔着Y轴，永磁铁21的N极位于一侧，永磁铁21的S极位于另一侧。因此，通过交替切换磁场A1和磁场A2，从而在框体部13激发具有绕Y轴的振动分量的振动，伴随该振动，使轴部12a、12b扭曲形变，并且可动镜部11以第1电压V1的频率绕Y轴转动。
另外，第1电压V1的频率与第1振动系统的扭转共振频率相等。因此，通过第1电压V1，能够使可动镜部11高效地绕Y轴转动。即，即使上述的框体部13的具有绕Y轴的振动分量的振动较小，也能够增大伴随该振动的可动镜部11的绕Y轴的转动角。
另一方面，通过第2电压V2，交替切换如下的磁场，即，要使永磁铁21的一端部(N极)吸引至线圈31并且要使永磁铁21的另一端部(S极)从线圈31分离的磁场(将该磁场称为“磁场B1”)、以及要使永磁铁21的一端部(N极)从线圈31分离并且要使永磁铁21的另一端部(S极)吸引至线圈31的磁场(将该磁场称为“磁场B2”)。
这里，如上述那样，永磁铁21以各个端部(磁极)位于被X轴分割的2个区域的方式配置。即，在图1的俯视中，隔着X轴，永磁铁21的N极位于一侧，永磁铁21的S极位于另一侧。因此，通过交替切换磁场B1和磁场B2，从而使轴部14a、14b以及轴部14c、14d分别扭转形变，并且框体部13与可动镜部11一起以第2电压V2的频率绕X轴转动。
另外，第2电压V2的频率与第1电压V1的频率相比极低得设定。另外，第2振动系统的扭转共振频率与第1振动系统的扭转共振频率相比较低得设定。因此，能够防止可动镜部11以第2电压V2的频率绕Y轴转动。
如以上说明，通过将使第1电压V1和第2电压V2叠加的电压施加至线圈31，能够使可动镜部11绕Y轴以第1电压V1的频率转动，并且绕X轴以第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，并且通过电磁驱动方式(动磁铁方式)，使可动镜部11绕X轴以及Y轴中的各个轴转动。特别是，对于基部111、光反射板113不直接施加驱动力，而使框体部13的具有绕Y轴的振动分量的振动激发，伴随该振动，能够使光反射板113绕Y轴摆动。因此，与在基部111以及框体部13分别设置驱动源的情况相比，能够减少构成驱动源的部件(永磁铁以及线圈)的个数，所以能够成为简单并且小型的构成。另外，线圈31与光扫描仪1的振动系统分离，所以能够防止线圈31的发热对该振动系统造成的负面影响。
这样的可动镜部11的举动基于形变检测元件51、52的检测信号被检测。
形变检测元件51(第1形变检测元件)检测轴部12b的形变(主要是扭转形变)。该形变检测元件51的检测信号包括基于轴部12b的扭转形变的信号。因此，能够基于形变检测元件51的检测信号，检测可动镜部11的绕Y轴的举动。
另一方面，形变检测元件52(第2形变检测元件)检测轴部14d的形变(主要是弯曲形变)。该形变检测元件52的检测信号包括基于轴部14c、14d整体的扭转形变的信号。因此，能够基于形变检测元件52的检测信号，检测可动镜部11以及框体部13的绕X轴的举动。
这样的形变检测元件51、52分别例如是2端子型或者4端子型的压电电阻元件。该压电电阻元件所具有的压电电阻区域例如通过在轴部12b、支承部15表面掺杂磷或者硼那样的杂质来形成。
这样的形变检测元件51、52经由未图示的布线与上述的控制部7电连接。而且，控制部7基于形变检测元件51、52的检测信号，来控制电压施加部4的驱动。
这里，基于图5～图7详述光反射板113。
图5是用于说明图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的俯视图。另外，图6是用于说明图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的图，图6的(a)是沿Y轴的剖视图，图6的(b)是光反射板的背面图。另外，图7的(a)是用于说明现有的光反射板的光的利用效率的图，图7的(b)是用于图1所示的光扫描仪所具备的光反射板的光的利用效率的图。
如图5所示，光反射板113以在俯视中，光反射板113的几何学中心g成为与基部111的几何学中心P分离的位置的方式设置。而且，如图6所示，光反射板113设置有重心调整部115。
该重心调整部115具有如下功能：以俯视中基部111的几何学中心P与光反射部(由光反射板113以及重心调整部115构成的质量)的重心G之间的距离比俯视中光反射板113的几何学中心g与基部111的几何学中心P之间的距离小的方式进行调整。在本实施方式中，俯视中基部111的几何学中心P与光反射部的重心G一致。即，重心调整部115以俯视中基部111的几何学中心P与光反射部的重心G之间的距离为零的方式调整光反射部的重心G。
这里，光反射板113的几何学中心g是光反射板113的俯视形状中的几何重心。另外，基部111的几何学中心P是基部111的俯视形状中的几何重心。另外，光反射部的重心G是光反射部的物理重心(质量中心)。
通过将这样的重心调整部115设置在光反射板113，能够使光反射板113的绕摆动轴(X轴以及Y轴)的惯性力矩的平衡优异，实现光反射板113的稳定的摆动，并且使光反射板113成为未用于光反射的无用区域变少(光反射的利用效率高)的俯视形状。
如图6的(a)所示，一般而言，使光LL从相对于光反射板113的光反射面114倾斜的方向入射，但特别在这样的使光反射板113绕2个轴摆动的2轴型光扫描仪1中，为了实现高精度的光扫描，必须以俯视中光LL的轴La与X轴和Y轴的交点(在本实施方式中与基部111的几何学中心P一致的点)一致的方式使光LL入射至光反射板113。
如图7的(a)所示，如以往那样，使用了具备圆形的光反射板113X的可动镜部11X的情况下，使光LL从相对于光反射板113X的光反射面114X倾斜的方向，以俯视中光LL的轴La与X轴和Y轴的交点(几何学中心P)一致的方式入射时，光反射面114X的未用于光反射的无用区域变多。这样的无用区域不仅造成光反射面114X的无用面积，还造成光反射板113X的无用的面积以及体积，增大了使光反射板113X摆动时的空气阻力，其结果，导致消耗电力的增大。另外，因为光反射板113X的质量不必要地增大，所以即使该点，也会导致耗电力的增大。
因此，如图7的(b)所示，使光反射板113成为未用于光反射的无用区域变少的俯视形状。这里，俯视中，成为光反射板113的几何学中心g与基部111的几何学中心P相分离的位置(参照图6的(b))。
在本实施方式中，光反射板113在俯视中，沿光反射板113的几何学中心g成为与基部111的几何学中心P排列的方向(在本实施方式中Y轴方向)的椭圆形或者鸡蛋形。由此，在使光从相对于光反射板113的光反射面114倾斜的方向入射的情况下，能够减少光反射板113的未用于光反射的无用区域。
这样的2轴型光扫描仪1中，若假设光反射板113的绕摆动轴(X轴或者Y轴)的惯性力矩的平衡差，则光反射板113的摆动角的平衡会变差，并且会产生轴部12a、12b或者轴部14a、14b、14c、14d的不必要的弯曲形变。
若更具体的说明，则在本实施方式中，光反射板113的几何学中心g相对于Y轴偏移。因此，若假设不设置重心调整部115，则光反射板113的绕X轴的惯性力矩的平衡变差，光反射板113的绕X轴的摆动角的平衡变差。即，若不进行光反射部的重心调整，则俯视中光反射部的重心G相对于X轴偏移，在使光反射板113绕X轴摆动时，相对于光反射板113的X轴，在几何学中心g侧的部分和其相反的一侧的部分摆动角不同。
另外，如上述那样，光反射板113相对于轴部12a、12b在光反射板113的板厚方向分离，所以光反射部的重心G相对于Y轴在光反射板113的厚度方向分离。因此，若不进行光反射部的重心调整，则伴随光反射板113绕Y轴的摆动，会产生轴部14a、14b、14c、14d的不必要的弯曲形变。即，若俯视中光反射部的重心G相对于X轴偏移，则在使光反射板113绕Y轴摆动时，使基部111绕对于X轴以及Y轴正交的轴的力作用于基部111。其结果，轴部12a、12b或者轴部14a、14b、14c、14d会产生不必要的弯曲形变。
根据这样的情况，在2轴型光扫描仪1中，进行光反射部的重心调整特别有用。即，通过重心调整部115调整光反射部的重心G，能够防止或者抑制上述问题的产生。
在本实施方式中，如图6所示，重心调整部115是配置于光反射板113的与光反射面114相反侧的面的重锤。由此，光反射板113的加工变得简单。另外，重心调整部115也不阻碍光反射面114的光反射。另外，光反射部的重心调整的自由度变高。这样的重心调整部115通过适当地选择其形成位置、范围、形状、厚度、构成材料等，能够进行光反射部的重心调整。
该重心调整部115相对于X轴设置在与光反射板113的几何学中心g相反侧。由此，能够使光反射部的重心G接近基部111的几何学中心P。此外，图6中，重心调整部115相对于X轴形成在与光反射板113的几何学中心g相反侧的整个区域，但重心调整部115的形成区域如果具有相对于X轴设置在与光反射板113的几何学中心g相反侧的部分即可，不局限于图6所示，例如，重心调整部115既可以相对于X轴形成在与光反射板113的几何学中心g相反侧的区域的一部分，也可以具有相对于X轴形成在光反射板113的几何学中心g侧的区域的部分。
另外，重心调整部115呈薄膜状或者层状。由此，能够使用成膜法来高精度地形成重心调整部115。
另外，作为重心调整部115的构成材料并不特别限定，例如能够使用金属材料、玻璃材料、硅材料、树脂材料等，但优选使用与光反射板113不同的材料。通过重心调整部115由与光反射板113不同的材料构成，能够使构成重心调整部的材料的比重与构成光反射板113的材料的比重不同。其结果，能够提高光反射部的重心调整的自由度。
特别是，优选重心调整部115由金属材料构成。一般而言，光反射板113使用硅材料或玻璃材料来构成，但金属材料的多数与硅材料、玻璃材料相比，比重大。因此，通过由金属材料构成重心调整部115，能够高效地进行光反射部的重心调整。作为这样的金属材料，如果是可成膜的材料即可，并不特别限定，能够使用各种金属材料，但优选使用比重比硅大并且化学稳定性比较高的金属，例如金、银、白金、镍、铝、钛、钨、铬等。
根据以上说明的光扫描仪1，通过将重心调整部115设置在光反射板113，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射板113的稳定的摆动，并且使光反射板113成为光反射的利用效率高的俯视形状。
＜第2实施方式＞
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。
图8是用于说明本发明的第2实施方式的光扫描仪所具备的光反射板的图，图8的(a)是沿Y轴的剖视图，图8的(b)是光反射板的背面图。
以下，以与上述的第1实施方式的不同点为中心对第2实施方式进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图8中，对与上述的实施方式相同的构成标注相同附图标记。
本实施方式除了重心调整部以及光反射板的构成不同以外，与上述的第1实施方式相同。
如图8所示，第2实施方式的光扫描仪所具备的可动镜部11A具备光反射板113A(光反射部)。
该光反射板113A具有薄壁部1131以及比薄壁部1131厚的厚壁部1132作为厚度不同的多个部分。薄壁部1131在俯视中相对于X轴设置于光反射板113A的几何学中心g侧，厚壁部1132在俯视中相对于X轴设置于与光反射板113A的几何学中心g相反侧。通过这样地将薄壁部1131以及厚壁部1132设置在光反射板113A，来调整光反射部的重心G。这里，厚壁部1132构成调整光反射部的重心G的重心调整部115A。这样的重心调整部115A能够与光反射板113A的形成一并形成。因此，能够有效地生产光扫描仪。此外，既可以说薄壁部1131构成“重心调整部”，也可以说薄壁部1131以及厚壁部1132构成“重心调整部”。
通过以上说明的第2实施方式，能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为光反射的利用效率高的俯视形状。
＜第3实施方式＞
接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。
图9是用于说明本发明的第3实施方式的光扫描仪所具备的光反射板的图，图9的(a)是沿Y轴的剖视图，图9的(b)是光反射板的背面图。
以下，以与上述的第1实施方式的不同点为中心对第3实施方式进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图9中，对与上述的实施方式相同的构成标注相同附图标记。
本实施方式除了重心调整部的形成位置不同以外，与上述的第1实施方式相同。
如图9所示，第3实施方式的光扫描仪所具备的可动镜部11B具备重心调整部115B。
该重心调整部115B相对于光反射板113的X轴设置于与几何学中心g相反侧的端部。光反射部的绕摆动轴的惯性力矩也与距离摆动轴的距离的平方成比例，所以通过在这样的光反射板113的端部设置重心调整部115B，能够高效地进行光反射部的重心调整，减小构成重心调整部115B的重锤。
通过以上说明那样的第3实施方式，也能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为光反射的利用效率高的俯视形状。
＜第4实施方式＞
接下来，对本发明的第4实施方式进行说明。
图10是用于说明本发明的第4实施方式的光扫描仪所具备的光反射板的俯视图。
以下，以与上述的第1实施方式的不同点为中心对第4实施方式说明，相同的事项省略其说明。此外，在图10中，对与上述的实施方式相同的构成标注相同附图标记。
本实施方式除了光反射板的安装方向不同以外，与上述的第1实施方式相同。
如图10所示，第4实施方式的光扫描仪1C在俯视中，光反射板113的几何学中心g相对于Y轴偏移。
该情况下，若假设不设置重心调整部，则光反射部的绕Y轴的惯性力矩的平衡变差，会产生光反射部的绕Y轴的摆动角的平衡变差、或者伴随光反射部绕X轴的摆动而轴部12a、12b产生不必要的弯曲形变这样的问题。
因此，虽然未图示，但与上述第1实施方式相同，在光反射板113的下表面设置有重心调整部，由此，调整光反射部的重心，防止或者抑制这样问题的产生。
通过以上说明的第4实施方式，也能够使光反射部的绕摆动轴的惯性力矩的平衡优异，实现光反射部的稳定的摆动，并且使光反射部成为光反射的利用效率高的俯视形状。
＜图像显示装置的实施方式＞
图11是示意性地表示本发明的图像显示装置的实施方式的图。
在本实施方式中，作为图像显示装置的一个例子，对使用光扫描仪1作为成像用显示器的光扫描仪的情况进行说明。此外，将屏幕S的长边方向作为“横向”，与长边方向呈直角的方向作为“纵向”。另外，X轴与屏幕S的横向平行，Y轴与屏幕S的纵向平行。
图像显示装置(投影仪)9具有照出激光等光的光源装置(光源)91、多个分色镜92A、92B、92C、以及光扫描仪1。
光源装置91具备照出红色光的红色光源装置911、照出蓝色光的蓝色光源装置912、以及照出绿色光的绿色光源装置913。
各分色镜92A、92B、92C是合成从红色光源装置911、蓝色光源装置912、绿色光源装置913分别照出的光的光学元件。
这样的图像显示装置9构成为，基于来自未图示的主计算机的图像信息，将从光源装置91(红色光源装置911、蓝色光源装置912、绿色光源装置913)照出的光分别在分色镜92A、92B、92C合成，该合成的光被光扫描仪1二维扫描，在屏幕S上形成彩色图像。
二维扫描时，通过光扫描仪1的可动镜部11绕Y轴的转动，在光反射面114反射的光被沿屏幕S的横方向扫描(主扫描)。另一方面，通过光扫描仪1可动镜部11的绕X轴的转动，在光反射面114反射的光被沿屏幕S的纵向扫描(副扫描)。
此外，图11中，构成为在使由分色镜92A、92B、92C合成的光通过光扫描仪1进行二维扫描后，使该光在固定反射镜93反射后在屏幕S形成图像，但也可以省略固定反射镜93，将通过光扫描仪1二维扫描后的光直接照射到屏幕S。
根据这样的图像显示装置9，因为具备上述的光扫描仪1，所以能够实现小型化，并且缩短建立时间。
以下对图像显示装置的应用例进行说明。
＜图像显示装置的应用例1＞
图12是表示本发明的图像显示装置的应用例1的立体图。
如图12所示，图像显示装置9能够应用于便携式图像显示装置100。
该便携式图像显示装置100具有以能用手把持的尺寸形成的外壳110、以及内置于外壳110内的图像显示装置9。通过该便携式图像显示装置100，例如能够在屏幕、台上等规定的面显示规定图像。
另外，便携式图像显示装置100具有显示规定信息的显示器120、键座130、音频端口140、控制按钮150、插卡槽160、以及AV端口170。
此外，便携式图像显示装置100也可以具备通话功能、GPS接收功能等的其他功能。
＜图像显示装置的应用例2＞
图13是表示本发明的图像显示装置的应用例2的立体图。
如图13所示，图像显示装置9能够应用于平视显示器系统200。
该平视显示器系统200中，图像显示装置9以构成平视显示器210的方式安装于汽车的仪表板。通过该平视显示器210，能够在前挡玻璃220显示例如到目的地的引导显示等规定的图像。
此外，平视显示器系统200并不局限于汽车，例如，也能够应用于航空机、船舶等。
＜图像显示装置的应用例3＞
图14是表示本发明的图像显示装置的应用例3的立体图。
如图14所示，图像显示装置9能够应用于头戴式显示器300。
即，头戴式显示器300具有眼镜310、以及安装于眼镜310的图像显示装置9。而且，通过图像显示装置9，在设置于眼镜310的原来是透镜的部位的显示部320显示被一只眼睛视觉确认的规定图像。
显示部320既可以透明，另外也可以不透明。在显示部320透明的情况下，能够对来自现实世界的信息附加来自图像显示装置9的信息来使用。
此外，也可以在头戴式显示器300设置2个图像显示装置9，使被两只眼睛视觉确认的图像显示在2个显示部。
以上，基于图示的实施方式对本发明的光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器进行了说明，本发明并不局限于此。例如，本发明的光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器中，各部的构成能够置换为具有相同功能的任意构成，另外，也能够附加其他任意的构成。
另外，本发明也可以是组合上述各实施方式中的任意2个以上的构成(特征)的构成。
另外，上述的实施方式中，以设置有2个(1对)第1轴部的情况为例进行了说明，但并不局限于此，例如，也可以设置有4个(2对)第1轴部。
另外，上述实施方式中，以设置有4个(2对)第2轴部的情况为例进行了说明，但并不局限于此，例如，第2轴部也可以是2个(1对)或者6个(3对)以上。
另外，上述实施方式中，以俯视中光反射板覆盖第1轴部的一部分的情况为例进行了说明，但光反射板的大小并不局限于上述实施方式，例如，也可以以覆盖框体部、第2轴部的方式形成。
另外，上述实施方式中，以通过加工SOI基板来形成光反射板以及隔离物的情况为例进行了说明，但并不局限于此，例如，既可以从各自分开的基板形成光反射板以及隔离物，也可以加工硅基板、玻璃基板等单一材料的基板来一体形成光反射板以及隔离物。
另外，光反射板与基部之间的隔离物也可以是焊球。该情况下，例如，在光反射板以及基部的隔离物侧的面分别形成金属膜，将这些金属膜彼此借助焊球接合接口即可。
另外，上述的实施方式中，以将驱动力仅直接施加在框体部的情况为例进行了说明，但可以对框体部以及可动部分别直接施加驱动力，使光反射板绕第1轴以及第2轴摆动。即使这样的情况下，能够得到防止或者抑制由从框体部经由第1轴部传递到可动部的不必要的振动引起的光反射板的不必要振动。
另外，上述的实施方式中，以使用动磁铁方式作为光扫描仪的驱动方式的情况为例进行了说明，但本发明并不局限于此，能够使用例如可转线圈方式、压电驱动方式、静电驱动方式等。
附图标记说明
1...光扫描仪；1C...光扫描仪；4...电压施加部；7...控制部；9...图像显示装置；11...可动镜部；11A...可动镜部；11B...可动镜部；11X...可动镜部；12a...轴部；12b...轴部；13...框体部；14a...轴部；14b...轴部；14c...轴部；14d...轴部；15...支承部；21...永磁铁；31...线圈；32...磁心；41...第1电压产生部；42...第2电压产生部；43...电压叠加部；43a...加法器；51...形变检测元件；52...形变检测元件；91...光源装置；92A...分色镜；92B...分色镜；92C...分色镜；93...固定反射镜；100...便携式图像显示装置；110...外壳；111...基部；112...隔离物；113...光反射板；113A...光反射板；113X...光反射板；114...光反射面；114X...光反射面；115...重心调整部；115A...重心调整部；115B...重心调整部；120...显示器；130...键座；140...音频端口；150...控制按钮；160...插件槽；170...端口；200...平视显示器系统；210...平视显示器；220...前玻璃；300...头戴式显示器；310...眼镜；320...显示部；911...红色光源装置；912...蓝色光源装置；913...绿色光源装置；1131...薄壁部；1132...厚壁部；g...光反射部的几何学中心；G...光反射部的重心；LL...光；P...基部的几何学中心；S...屏幕。

Claims (11)

1.一种光扫描仪，其特征在于，具有：
基部；
光反射部，其反射光；
连接部，其连接所述基部和所述光反射部；以及
轴部，其以能够摆动的方式支承所述基部，
在从所述光反射部和所述基部排列的方向观察的俯视中，所述光反射部设置为所述光反射部的几何学中心成为与所述基部的几何学中心分离的位置，
所述光反射部具备重心调整部，所述重心调整部以所述俯视中所述基部的几何学中心与所述光反射部的重心之间的距离变得比所述俯视中所述光反射部的几何学中心与所述基部的几何学中心之间的距离小的方式进行调整。
2.一种光扫描仪，其特征在于，具有：
基部；
光反射部，其反射光；
连接部，其连接所述基部和所述光反射部，
框体部，其以包围所述基部的方式设置；
第1轴部，其连接所述基部和所述框体部，且以能够绕第1轴摆动的方式支承所述基部；以及
第2轴部，其以能够绕与所述第1轴交叉的第2轴摆动的方式支承所述框体部，
在从所述光反射部和所述基部排列的方向观察的俯视中，所述光反射部设置为所述光反射部的几何学中心成为与所述基部的几何学中心分离的位置，
所述光反射部具备重心调整部，所述重心调整部以所述俯视中所述基部的几何学中心与所述光反射部的重心之间的距离变得比所述俯视中所述光反射部的几何学中心与所述基部的几何学中心之间的距离小的方式进行调整。
3.根据权利要求2所述的光扫描仪，其特征在于，
所述俯视中，所述光反射部的几何学中心相对于所述第1轴偏移。
4.根据权利要求2所述的光扫描仪，其特征在于，
所述俯视中，所述光反射部的几何学中心相对于所述第2轴偏移。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光扫描仪，其特征在于，
在所述俯视中，所述光反射部呈沿所述光反射部的几何学中心和所述基部的几何学中心排列的方向的椭圆形或者鸡蛋形。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光扫描仪，其特征在于，
所述光反射部具备光反射板，所述光反射板的一个面具有光反射性，
所述重心调整部包括重锤，所述重锤配置于所述光反射板的另一个面。
7.根据权利要求6所述的光扫描仪，其特征在于，
所述重锤由与所述光反射板不同的材料构成。
8.根据权利要求7所述的光扫描仪，其特征在于，
所述重锤由金属材料构成。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的光扫描仪，其特征在于，
所述重心调整部通过在所述光反射板设置厚度不同的多个部分而构成。
10.一种图像显示装置，其特征在于，
具备权利要求1～9中任一项所述的光扫描仪。
11.一种头戴式显示器，其特征在于，
具备权利要求1～9中任一项所述的光扫描仪。
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