JP2014149478A - Image display unit and head-mounted display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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。 The present invention relates to an image display device and a head mounted display.
例えば、ヘッドマウントディスプレイのように、光を走査して対象物に画像を描画する画像表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の画像表示装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を2次元的に走査し、対象物に画像を投影する走査部とを有している。走査部は、光を反射するミラーと、ミラーを揺動する駆動源とを有している。光源から出射された光は、駆動源により揺動されるミラーによって反射される。このように、光源から出射された光は、走査部により走査され、画像として対象物に投影される。
しかしながら、この特許文献1に記載された画像表示装置では、走査部の故障等、何らかの原因でミラーが停止した場合、光源から光が出射されていると、光は停止状態のミラーによって反射される。この場合、光は対象物(例えば、網膜)の一点に集中して照射されるおそれがあった。
For example, an image display device that scans light and draws an image on an object, such as a head-mounted display, is known (see, for example, Patent Document 1).
The image display device described in
However, in the image display device described in
本発明の目的は、可動部の揺動が停止しているとき、可動部への光の入射を防止することができる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。 An object of the present invention is to provide an image display device and a head-mounted display that can prevent light from entering the movable part when the swinging of the movable part is stopped.
このような目的は、下記の適用例により達成される。
本適用例の画像表示装置は、光源と、
前記光源から出射された光が通過する導光部と、
光を反射する反射部と、前記反射部が設けられた可動部と、前記可動部を揺動させる駆動部とを有する光スキャナーと、
前記導光部の前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられ、光が前記導光部から出射する通過状態と光が前記導光部から出射しない遮断状態とを切り替える切替部と、
前記可動部が揺動しているか否かを検出する検出部とを備え、
前記切替部は、前記検出部が前記可動部の揺動が停止していることを検出した場合には、前記遮断状態に切り替えることを特徴とする。
これにより、検出部が可動部の揺動が停止していると検出した場合には、切替部は、光源と光スキャナーとの間で、導光部上の光を確実に遮断することができる。よって、可動部の揺動が停止しているとき、可動部への光の入射を確実に防止することができる。
Such an object is achieved by the following application examples.
The image display device of this application example includes a light source,
A light guide section through which light emitted from the light source passes;
An optical scanner having a reflection part for reflecting light, a movable part provided with the reflection part, and a drive part for swinging the movable part;
A switching unit that is provided between the light source of the light guide unit and the light scanner, and switches between a passing state in which light is emitted from the light guide unit and a blocking state in which light is not emitted from the light guide unit;
A detection unit that detects whether or not the movable unit is swinging,
The switching unit switches to the shut-off state when the detection unit detects that the swinging of the movable unit is stopped.
Thereby, when the detection unit detects that the swing of the movable unit is stopped, the switching unit can reliably block the light on the light guide unit between the light source and the optical scanner. . Therefore, when the swing of the movable part is stopped, it is possible to reliably prevent light from entering the movable part.
本適用例の画像表示装置では、前記切替部は、前記検出部が前記可動部が揺動していることを検出した場合には、前記通過状態に切り替えることが好ましい。
これにより、可動部が揺動しているとき、光を確実に可動部に入射させることができる。よって、画像が対象物に確実に投影される。
本適用例の画像表示装置では、前記検出部は、前記駆動部に前記可動部を揺動させる駆動信号が送信されているときに前記可動部が揺動しているか否かを検出することが好ましい。
これにより、可動部駆動部に可動部を揺動操作するための駆動信号が送信されているにも関わらず、可動部の揺動が停止していること検出することができる。よって、可動部が故障等、何らかの原因で停止していることを確実に検出することができる。
In the image display device according to this application example, it is preferable that the switching unit switches to the passing state when the detection unit detects that the movable unit is swinging.
Thereby, when the movable part is oscillating, light can be reliably incident on the movable part. Therefore, the image is reliably projected onto the object.
In the image display device according to this application example, the detection unit may detect whether or not the movable unit is oscillating when a drive signal for oscillating the movable unit is transmitted to the drive unit. preferable.
As a result, it is possible to detect that the swinging of the movable part is stopped although the drive signal for swinging the movable part is transmitted to the movable part driving part. Therefore, it can be reliably detected that the movable part has stopped for some reason, such as failure.
本適用例の画像表示装置では、前記導光部は、前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられた第1の光ファイバーと、前記第1の光ファイバーと前記光スキャナーとの間に設けられた第2の光ファイバーとを有し、
前記切替部は、前記第1の光ファイバーと前記第2の光ファイバーとの間に設けられていることが好ましい。
これにより、切替部を導光部の光源と可動部との間の部分の任意の位置に設けることができ、よって、設計の自由度が向上する。
In the image display device according to the application example, the light guide unit is provided between the first optical fiber provided between the light source and the optical scanner, and between the first optical fiber and the optical scanner. A second optical fiber,
It is preferable that the switching unit is provided between the first optical fiber and the second optical fiber.
Accordingly, the switching unit can be provided at an arbitrary position in the portion between the light source and the movable unit of the light guide unit, and thus the degree of freedom in design is improved.
本適用例の画像表示装置では、前記切替部は、前記遮断状態のときは、前記第1の光ファイバーと前記第2の光ファイバーとの間の前記第1の光ファイバーから出射した光の光路上に移動し、前記通過状態のときは、前記光路から退避する遮光板と、前記遮光板を移動させる駆動源とを有することが好ましい。
これにより、切替部は、遮断状態と通過状態とに遮光板を移動させるという簡単な構成で、光の通過・遮断を確実に選択することができる。
In the image display device according to this application example, the switching unit moves on an optical path of light emitted from the first optical fiber between the first optical fiber and the second optical fiber when in the shut-off state. In the passing state, it is preferable to have a light shielding plate that retreats from the optical path and a drive source that moves the light shielding plate.
As a result, the switching unit can reliably select the passage / blocking of light with a simple configuration in which the light shielding plate is moved between the blocking state and the passing state.
本適用例の画像表示装置では、前記導光部は、前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられた第1の光ファイバーと、前記第1の光ファイバーと前記光スキャナーとの間に設けられた第2の光ファイバーとを有し、
前記切替部は、前記第1の光ファイバーから出射した光が前記第2の光ファイバーに入射する前記通過状態と、前記第1の光ファイバーの光軸と前記第2の光ファイバーの光軸とがずれて、前記第1の光ファイバーから出射した光が前記第2の光ファイバーに入射しない前記遮断状態とに、前記第1の光ファイバーと前記第2の光ファイバーとを相対的に移動させる駆動源を有することが好ましい。
これにより、切替部は、通過状態と遮断状態とに、第1の光ファイバーと第2の光ファイバーとを相対的に移動させるという簡単な構成で、光の通過・遮断を確実に選択することができる。
In the image display device according to the application example, the light guide unit is provided between the first optical fiber provided between the light source and the optical scanner, and between the first optical fiber and the optical scanner. A second optical fiber,
In the switching unit, the passing state in which the light emitted from the first optical fiber enters the second optical fiber, the optical axis of the first optical fiber, and the optical axis of the second optical fiber are shifted, It is preferable to have a drive source for relatively moving the first optical fiber and the second optical fiber in the blocked state where the light emitted from the first optical fiber is not incident on the second optical fiber.
As a result, the switching unit can reliably select the passage / blocking of light with a simple configuration in which the first optical fiber and the second optical fiber are relatively moved between the passing state and the blocking state. .
本適用例の画像表示装置では、前記光源と前記切替部とを含む第1の構造体と、前記光スキャナーと前記検出部とを含む第2の構造体とを有することが好ましい。
これにより、第2の構造体に切替部が内蔵されている場合に比べ、第2の構造体を
小型化することができる。
本適用例の画像表示装置では、前記遮断状態で、前記光源からの光の強度を検出する受光素子を有することが好ましい。
これにより、光の強度を検出することができ、よって、ホワイトバランスをとることができる。
The image display apparatus according to this application example preferably includes a first structure including the light source and the switching unit, and a second structure including the optical scanner and the detection unit.
Thereby, compared with the case where the switching part is built in the 2nd structure, the 2nd structure can be reduced in size.
The image display device according to this application example preferably includes a light receiving element that detects an intensity of light from the light source in the blocked state.
Thereby, the intensity of light can be detected, and therefore white balance can be achieved.
本適用例の画像表示装置では、前記光スキャナーは、前記可動部を囲んで設けられた枠体部と、
一端が前記可動部に接続され、他端が前記枠体部に接続され、第1の軸回りに前記可動部を前記枠体部に対して揺動可能に支持する第1軸部と、
一端が前記枠体部に接続され、前記第1の軸に交差する第2の軸回りに前記枠体部を前記可動部ごと揺動可能に支持する第2軸部を有することが好ましい。
これにより、1つの光スキャナーで光を2次元的に走査することができる。よって、光を1次元的に走査する光スキャナーを2つ設ける場合に比べて、画像表示装置の小型化を図ることができる。
本適用例の画像表示装置では、前記検出部は、前記第1軸部に設けられた第1の圧電素子と、前記第2軸部に設けられた第2の圧電素子とを有することが好ましい。
これにより、検出部は、可動部の揺動に伴って第1の圧電素子および第2の圧電素子から生じる起電力を検出することができる。
In the image display device according to this application example, the optical scanner includes a frame body portion that surrounds the movable portion, and
A first shaft portion having one end connected to the movable portion, the other end connected to the frame body portion, and supporting the movable portion swingably with respect to the frame body portion around a first axis;
It is preferable that one end is connected to the frame body portion and has a second shaft portion that swingably supports the frame body portion together with the movable portion around a second axis that intersects the first axis.
Thereby, light can be scanned two-dimensionally with one optical scanner. Therefore, it is possible to reduce the size of the image display device as compared with the case where two optical scanners that scan light one-dimensionally are provided.
In the image display device according to this application example, it is preferable that the detection unit includes a first piezoelectric element provided on the first shaft portion and a second piezoelectric element provided on the second shaft portion. .
Thereby, the detection part can detect the electromotive force which arises from a 1st piezoelectric element and a 2nd piezoelectric element with rocking | fluctuation of a movable part.
本適用例のヘッドマウントディスプレイは、光源と、
前記光源から出射された光が通過する導光部と、
光を反射する反射部と、前記反射部が設けられた可動部と、前記可動部を揺動させる駆動部とを有する光スキャナーと、
前記導光部の前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられ、光が前記導光部から出射する通過状態と光が前記導光部から出射しない遮断状態とを切り替える切替部と、
前記可動部が揺動しているか否かを検出する検出部とを備え、
前記切替部は、前記検出部が前記可動部の揺動が停止していることを検出した場合には、前記遮断状態に切り替えることを特徴とするのが好ましい。
これにより、可動部の揺動が停止しているとき、可動部への光の入射を確実に遮断することができるヘッドマウントディスプレイを実現することができる。
The head mounted display of this application example includes a light source,
A light guide section through which light emitted from the light source passes;
An optical scanner having a reflection part for reflecting light, a movable part provided with the reflection part, and a drive part for swinging the movable part;
A switching unit that is provided between the light source of the light guide unit and the light scanner, and switches between a passing state in which light is emitted from the light guide unit and a blocking state in which light is not emitted from the light guide unit;
A detection unit that detects whether or not the movable unit is swinging,
Preferably, the switching unit switches to the blocking state when the detection unit detects that the swing of the movable unit is stopped.
Thereby, when the swinging of the movable part is stopped, it is possible to realize a head-mounted display that can reliably block light from entering the movable part.
以下、本発明の画像表示装置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。
<第1実施形態>
図1は、本実施形態の画像表示装置を示す斜視図、図2は、図1に示す画像表示装置の概略構成図、図3は、図1に示す画像表示装置のブロック図、図4は、図1に示す画像表示装置が備える駆動信号生成部の駆動信号の一例を示す図、図5は、図1に示す画像表示装置が備える光スキャナーの平面図、図6は、図5中のA―A線断面図、図7は、図1に示す画像表示装置が備える中継部の縦断面図、図8は、本実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。なお、以下では、説明の都合上、図1および図6中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」という。また、図7中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「先端」、左側を「基端」という。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an image display device of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing an image display apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the image display apparatus shown in FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of the image display apparatus shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a drive signal of a drive signal generation unit included in the image display device illustrated in FIG. 1, FIG. 5 is a plan view of an optical scanner included in the image display device illustrated in FIG. 1, and FIG. AA line sectional view, FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a relay unit provided in the image display apparatus shown in FIG. 1, and FIG. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 1 and 6 is referred to as “upper”, the lower side is referred to as “lower”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. In FIG. 7, the upper side is called “upper”, the lower side is called “lower”, the right side is called “tip”, and the left side is called “base”.
図1に示すように、画像表示装置1は、装置本体(第1の構造体)100と、装着部(第2の構造体)200と、ケーブル300とを備えたヘッドマウントディスプレイ(頭部装着型画像表示装置)である。
装置本体100から出射された信号光(光)は、ケーブル300と装着部200とをこの順に介して網膜Mに投影される。
As shown in FIG. 1, the
The signal light (light) emitted from the apparatus
図2に示すように、装置本体100は、信号生成部(光源)3と、第1の光ファイバー2aと、切替部5と接続部材401とを有する中継部400と、制御部6(図示せず)とを備えている(内蔵している)。また、装置本体100は、使用者の衣類のポケット等に収納、または装着され用いられる。
図1、図2に示すように、ケーブル300は、第2の光ファイバー2bを有している。
As shown in FIG. 2, the apparatus
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1、図2に示すように、装着部200は、フレーム201と、フレーム201に固定されたレンズ部203と、レンズ500と光スキャナー42と検出部8とを有する走査光出射部202とを備えている(内蔵している)。また、装着部200は、使用者の頭部に装着され用いられる。
また、図2に示すように、信号生成部3と網膜Mとの間の信号光が通過する部分を導光部(導光部)Lという。導光部Lは、信号生成部3と光スキャナー42との間に設けられた第1の光ファイバー2aと、第1の光ファイバー2aと光スキャナー42との間に設けられた第2の光ファイバー2bとを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the mounting
Further, as shown in FIG. 2, a portion through which signal light passes between the
以下、装置本体100、ケーブル300および装着部200の各部について説明する。
図2、図3に示すように、信号生成部3は、信号光生成部31と、駆動信号生成部32とを有する。
信号光生成部31は、装着部200の光スキャナー42で走査(光走査)される信号光を生成するものである。
この信号光生成部31は、波長の異なる複数の光源311R、311G、311Bと、複数の駆動回路312R、312G、312Bと、光合成部(合成部)313とを有する。
Hereinafter, each part of the apparatus
As illustrated in FIGS. 2 and 3, the
The signal
The signal
光源(R光源)311Rは、赤色光を出射するものであり、光源(G光源)311Gは、緑色光を出射するものであり、光源(B光源)311Bは、青色光を出射するものである。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(映像)を表示することができる。
このような光源311R、311G、311Bは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、LEDを用いることができる。
このような光源311R、311G、311Bは、それぞれ、駆動回路312R、312G、312Bに電気的に接続されている。
The light source (R light source) 311R emits red light, the light source (G light source) 311G emits green light, and the light source (B light source) 311B emits blue light. . By using such three colors of light, a full-color image (video) can be displayed.
Such
Such
図3に示すように、駆動回路312Rは、前述した光源311Rを駆動する機能を有し、駆動回路312Gは、前述した光源311Gを駆動する機能を有し、駆動回路312Bは、前述した光源311Bを駆動する機能を有する。
図2に示すように、駆動回路312R、312G、312Bにより駆動された光源311R、311G、311Bから出射された3つ(3色)の光は、光合成部313に入射する。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 2, the three (three colors) light emitted from the
光合成部313は、複数の光源311R、311G、311Bからの光を合成するコンバイナーで構成されている。この光合成部313が設けられていることで、信号光生成部31で生成される信号光を走査光出射部202へ伝送するための光ファイバーの数を少なくすることができる。
駆動信号生成部32は、光スキャナー42を駆動するための駆動信号を生成するものである。
この駆動信号生成部32は、光スキャナー42の第1の方向での走査(水平走査)に用いる第1の駆動信号を生成する駆動回路(第1の駆動回路)321と、光スキャナー42の第1の方向に直交する第2の方向での走査(垂直走査)に用いる第2の駆動信号を生成する駆動回路(第2の駆動回路)322とを有する。
The
The drive
The drive
図4(a)に示すように、駆動回路321は、周期T1で周期的に変化する第1の駆動信号V1(水平走査用電圧)を発生させるものである。また、図4(b)に示すように、駆動回路322は、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の駆動信号V2(垂直走査用電圧)を発生させるものである。
なお、第1の駆動信号および第2の駆動信号については、後に詳述する。
As shown in FIG. 4A, the
Note that the first drive signal and the second drive signal will be described in detail later.
このような駆動信号生成部32は、図示しない信号線を介して、装着部200の光スキャナー42に電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部32で生成した駆動信号(第1の駆動信号V1および第2の駆動信号V2)は、光スキャナー42に入力される。
このような、信号生成部3で生成された信号光は、第1の光ファイバー2aに入射する。
Such a drive
Such signal light generated by the
図7に示すように、第1の光ファイバー2aは、複数本の光ファイバーが束ねられた長尺状の光ファイバー束210aを有している。また、光ファイバー束210aの外周面212aは、光ファイバー束210aを保護する被覆部材211aで覆われている。この第1の光ファイバー2aの先端部213aは、中継部400の接続部材401を介して、ケーブル300の第2の光ファイバー2bと光学的に接続される。
As shown in FIG. 7, the first
制御部6は、例えば、マイクロコンピューター(CPU)で構成されており、画像信号(映像信号)に基づいて、信号光生成部31の駆動回路312R、312G、312Bおよび駆動信号生成部32の駆動回路321、322等、画像表示装置1の各部の駆動を制御する機能を有する。
これにより、信号光生成部31が画像情報に応じて変調された信号光を生成するとともに、駆動信号生成部32が画像情報に応じた駆動信号を生成する。
このような構成の装置本体100は、ケーブル300を介して装着部200に接続されている。
The control unit 6 is configured by, for example, a microcomputer (CPU), and based on an image signal (video signal), the
As a result, the signal
The apparatus
図1、図2、図7に示すように、ケーブル300は、長尺状をなし、その内部に第2の光ファイバー2bを有している。
第2の光ファイバー2bは、複数本の光ファイバーが束ねられた光ファイバー束210bを有している。また、光ファイバー束210bの外周面212bは、光ファイバー束210bを保護する被覆部材211bで覆われている。また、第2の光ファイバー2b(ケーブル300)の基端部213bには、コネクター21bが設けられている。このコネクター21bと基端部213bとでコネクター部23bが構成される。このコネクター部23bは、装置本体100に対し着脱自在に挿入される。
また、ケーブル300は、図示しない導電線を有し、装置本体100と装着部200とを電気的に接続する。このように、ケーブル300は、光電気複合ケーブルで構成されている。このような構成のケーブル300の先端部は、装着部200の走査光出射部202に接続されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 7, the
The second
The
以下、装着部200の各部について説明する。
図1に示すように、フレーム201は、眼鏡フレームのような形状をなし、使用者の頭部に装着され用いられる。また、フレーム201は、走査光出射部202を支持する機能を有している。
図1、図2に示すように、走査光出射部202は、レンズ500と、光スキャナー42と、検出部8とを有している。走査光出射部202には、ケーブル300の先端部が接続されている。この走査光出射部202は、フレーム201の内側、すなわち、使用者が装着した際、使用者の顔に臨む部分に設けられている。これにより、走査光出射部202から出射した信号光(走査光)は、使用者の目に直接入射され、画像として網膜M上に投影される。
Hereinafter, each part of the mounting
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the scanning
レンズ500は、導光部L上の光スキャナー42と第2の光ファイバー2bとの間に設けられている。このレンズ500は、第2の光ファイバー2bを出射した信号光が平行光とするレンズである。レンズ500を透過した信号光は、光スキャナー42に入射する。
光スキャナー42は、信号光生成部31からの信号光を2次元的に走査する。この光スキャナー42で信号光を走査することにより走査光が形成される。
The
The
図5および図6に示すように、光スキャナー42は、可動部11と、1対の軸部12a、12b(第1の軸部)と、枠体部13と、2対の軸部14a、14b、14c、14d(第2の軸部)と、支持部15と、永久磁石16と、コイル17とを備える。
可動部11および1対の軸部12a、12bは、Y1軸(第1の軸)回りに揺動(往復回動)する第1の振動系を構成する。また、可動部11、2対の軸部12a、12b、枠体部13、1対の軸部14a、14b、14c、14dおよび永久磁石16は、X1軸(第2の軸)回りに揺動(往復回動)する第2の振動系を構成する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
The
また、光スキャナー42は、信号重畳部18を有しており(図6参照)、永久磁石16、コイル17、信号重畳部18および駆動信号生成部32は、前述した第1の振動系および第2の振動系を駆動させる可動部駆動部(駆動部)110を構成する。この可動部駆動部110は、駆動信号生成部32からの信号に基づいて、信号光を走査して網膜M上に投影するよう可動部11を揺動する機能を有する。
The
以下、光スキャナー42の各部を順次詳細に説明する。
図5、図6に示すように、可動部11は、基部111と、スペーサー112を介して基部111に固定された光反射板113とを有する。
光反射板113の上面(一方の面)には、光を反射する光反射部114が設けられている。
Hereinafter, each part of the
As shown in FIGS. 5 and 6, the
A
この光反射板113は、軸部12a、12bに対して厚さ方向に離間するとともに、平面視で軸部12a、12bと重なって設けられている。
そのため、軸部12aと軸部12bとの間の距離を短くしつつ、光反射板113の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部12aと軸部12bとの間の距離を短くすることできることから、枠体部13の小型化を図ることができる。さらに、枠体部13の小型化を図ることができることから、軸部14a、14bと軸部14c、14dとの間の距離を短くすることできる。
The
Therefore, the area of the plate surface of the
このようなことから、光反射板113の板面の面積を大きくしても、光スキャナー42の小型化を図ることができる。換言すれば、光反射部114の面積に対する光スキャナー42の大きさを小さくすることができる。
また、光反射板113は、平面視で、軸部12a、12bの全体を覆うように形成されている。換言すれば、軸部12a、12bは、それぞれ、平面視で、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部12a、12bで反射して迷光となるのを防止することができる。
For this reason, even if the area of the plate surface of the
The
また、光反射板113は、平面視で、枠体部13の全体を覆うように形成されている。換言すれば、枠体部13は、平面視で、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光が枠体部13で反射して迷光となるのを防止することができる。
The
さらに、光反射板113は、平面視で、軸部14a、14b、14c、14dの全体を覆うように形成されている。換言すれば、軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、平面視で、光反射板113の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板113の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部114の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部14a、14b、14c、14dで反射して迷光となるのを防止することができる。
本実施形態では、光反射板113は、平面視で、円形をなしている。なお、光反射板113の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
Furthermore, the
In the present embodiment, the
図6に示すように、このような光反射板113の下面(他方の面)には、硬質層115が設けられている。
硬質層115は、光反射板113本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板113の剛性を高めることができる。そのため、光反射板113の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板113の厚さを薄くし、光反射板113のX1軸およびY1軸回りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。
As shown in FIG. 6, a
The
このような硬質層115の構成材料としては、光反射板113本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、カーボンナイトライド膜、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムなどを用いることができるが、特に、ダイヤモンドを用いるのが好ましい。
硬質層115の厚さ(平均)は、特に限定されないが、1〜10μm程度であるのが好ましく、1〜5μm程度であるのがさらに好ましい。
The constituent material of the
The thickness (average) of the
また、硬質層115は、単層で構成されていてもよいし、複数の層の積層体で構成されていてもよい。なお、硬質層115は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。
このような硬質層115の形成には、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
Moreover, the
The
また、光反射板113の下面は、スペーサー112を介して基部111に固定されている。これにより、軸部12a、12b、枠体部13および軸部14a、14b、14c、14dとの接触を防止しつつ、光反射板113をY1軸回りに揺動させることができる。
また、基部111は、それぞれ、平面視で、光反射板113の外周に対して内側に位置している。すなわち、光反射板113の光反射部114が設けられる面(板面)の面積は、基部111のスペーサー112が固定される面の面積よりも大きい。また、基部111の平面視での面積は、基部111がスペーサー112を介して光反射板113を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板113の板面の面積を大きくしつつ、軸部12aと軸部12bとの間の距離を小さくすることができる。
In addition, the lower surface of the
In addition, each of the
図5に示すように、枠体部13は、枠状をなし、前述した可動部11の基部111を囲んで設けられている。換言すれば、可動部11の基部111は、枠状をなす枠体部13の内側に設けられている。
そして、枠体部13は、軸部14a、14b、14c、14dを介して支持部15に支持されている。また、可動部11の基部111は、軸部12a、12bを介して枠体部13に支持されている。
As shown in FIG. 5, the
And the
また、枠体部13は、Y1軸に沿った方向での長さがX1軸に沿った方向での長さよりも長くなっている。すなわち、Y1軸に沿った方向における枠体部13の長さをaとし、X1軸に沿った方向における枠体部13の長さをbとしたとき、a>bなる関係を満たす。これにより、軸部12a、12bに必要な長さを確保しつつ、X1軸に沿った方向における光スキャナー42の長さを抑えることができる。
また、枠体部13は、平面視で、可動部11の基部111および1対の軸部12a、12bからなる構造体の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動部11および1対の軸部12a、12bで構成された第1の振動系の振動、すなわち、可動部11のY1軸回りの揺動を許容しつつ、枠体部13の小型化を図ることができる。
Further, the
Moreover, the
軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、弾性変形可能である。
そして、軸部12a、12bは、一端部が可動部11に接続され、他端部が枠体部13に接続されている。また、軸部12a、12bは、Y1軸(第1の軸)回りに、可動部11を枠体部13に対して揺動可能に支持している。
The
The
また、軸部14a、14b、14c、14dは、一端部が支持部15に接続され、他端部が枠体部13に接続されている。また、軸部14a、14b、14c、14dは、Y1軸に直交するX1軸(第2の軸)回りに、枠体部13を可動部11ごと揺動可能に支持している。
軸部12a、12bは、可動部11の基部111を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部12a、12bは、それぞれ、Y1軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部12a、12bは、それぞれ、一端部が基部111に接続され、他端部が枠体部13に接続されている。また、軸部12a、12bは、それぞれ、中心軸がY1軸に一致するように配置されている。
The
The
このような軸部12a、12bは、それぞれ、可動部11のY1軸回りの揺動に伴ってねじれ変形する。
軸部14a、14bおよび軸部14c、14dは、枠体部13を介して(挟んで)互いに対向するように配置されている。また、軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、X1軸に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、一端部が枠体部13に接続され、他端部が支持部15に接続されている。また、軸部14a、14bは、X1軸を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部14c、14dは、X1軸を介して互いに対向するように配置されている。
Each of the
The
このような軸部14a、14b、14c、14dは、枠体部13のX1軸回りの揺動に伴って、軸部14a、14b全体および軸部14c、14d全体がそれぞれねじれ変形する。
このように、可動部11をY1軸回りに揺動可能とするとともに、枠体部13をX1軸回りに揺動可能とすることにより、可動部11を互いに直交するX1軸およびY1軸の2軸回りに揺動(往復回動)させることができる。
In
As described above, the
また、図5に示すように、軸部12aには、圧電素子(第1の圧電素子)81が設けられ、軸部14aには、圧電素子(第2の圧電素子)82が設けられている。圧電素子81、82は、それぞれ、歪みセンサーのような角度検出センサーとして機能する。この圧電素子81、82は、光スキャナー42の角度情報、より具体的には、可動部11のX1軸回りおよびY1軸回りのそれぞれの揺動角を検出することができる。この検出結果は、検出部83により、ケーブル300を介して、制御部6に入力される。制御部6は、検出部83から送信された可動部11の揺動角の検出結果に基づいて、可動部11の揺動と光信号生成部3からの信号光の出射とを同期する(図3参照)。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、本実施形態では、この圧電素子81、82および検出部83は、可動部11が揺動しているか否かを検出する検出部8としても機能する。
なお、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの形状は、それぞれ、前述したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも1箇所に屈曲または湾曲した部分や分岐した部分を有していてもよい。
In the present embodiment, the
The shapes of the
前述したような基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15は、一体的に形成されている。
本実施形態では、基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15は、第1のSi層(デバイス層)と、SiO2層(ボックス層)と、第2のSi層(ハンドル層)とがこの順に積層したSOI基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、第1の振動系および第2の振動系の振動特性を優れたものとすることができる。また、SOI基板は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、SOI基板を用いて基部111、軸部12a、12b、枠体部13、軸部14a、14b、14c、14dおよび支持部15を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができ、また、光スキャナー42の小型化を図ることができる。
The
In the present embodiment, the
そして、基部111、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dは、それぞれ、SOI基板の第1のSi層で構成されている。これにより、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの弾性を優れたものとすることができる。また、基部111がY1軸回りに回動する際に枠体部13に接触するのを防止することができる。
The
また、枠体部13および支持部15は、それぞれ、SOI基板の第1のSi層、SiO2層および第2のSi層からなる積層体で構成されている。これにより、枠体部13および支持部15の剛性を優れたものとすることができる。また、枠体部13のSiO2層および第2のSi層は、枠体部13の剛性を高めるリブとしての機能だけでなく、可動部11が永久磁石16に接触するのを防止する機能も有する。
Further, the
また、支持部15の上面には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、支持部15に照射された不要光が迷光となるのを防止することができる。
かかる反射防止処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜(誘電体多層膜)の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。
なお、前述した基部111、軸部12a、12bおよび軸部14a、14b、14c、14dの構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。
Further, the upper surface of the
The antireflection treatment is not particularly limited, and examples thereof include formation of an antireflection film (dielectric multilayer film), roughening treatment, and black treatment.
Note that the above-described constituent materials and forming methods of the
また、本実施形態では、スペーサー112および光反射板113も、SOI基板をエッチングすることにより形成されている。そして、スペーサー112は、SOI基板のSiO2層および第2のSi層からなる積層体で構成されている。また、光反射板113は、SOI基板の第1のSi層で構成されている。
このように、SOI基板を用いてスペーサー112および光反射板113を形成することにより、互いに接合されたスペーサー112および光反射板113を簡単かつ高精度に製造することができる。
In this embodiment, the
Thus, by forming the
このようなスペーサー112は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材(図示せず)により基部111に接合されている。
前述した枠体部13の下面(光反射板113とは反対側の面)には、永久磁石16が接合されている。
永久磁石16と枠体部13との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。
Such a
The
Although it does not specifically limit as a joining method of the
永久磁石16は、平面視で、X1軸およびY1軸に対して傾斜する方向に磁化されている。
本実施形態では、永久磁石16は、X1軸およびY1軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状(棒状)をなす。そして、永久磁石16は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石16は、一端部をS極とし、他端部をN極とするように磁化されている。
The
In the present embodiment, the
また、永久磁石16は、平面視で、X1軸とY1軸との交点を中心として対称となるように設けられている。
なお、本実施形態では、枠体部13に1つの永久磁石の数を設置した場合を例に説明するが、これに限定されず、例えば、枠体部13に2つの永久磁石を設置してもよい。この場合、例えば、長尺状をなす2つの永久磁石を、平面視で基部111を介して互いに対向するとともに、互いに平行となるように、枠体部13に設置すればよい。
Further, the
In this embodiment, the case where the number of one permanent magnet is installed in the
X1軸に対する永久磁石16の磁化の方向(延在方向)の傾斜角θは、特に限定されないが、30°以上60°以下であるのが好ましく、45°以上60°以下であることがより好ましく、45°であるのがさらに好ましい。このように永久磁石16を設けることで、円滑かつ確実に可動部11をX1軸の回りに回動させることができる。
このような永久磁石16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。このような永久磁石16は、硬磁性体を着磁したものであり、例えば、着磁前の硬磁性体を枠体部13に設置した後に着磁することにより形成される。既に着磁がなされた永久磁石16を枠体部13に設置しようとすると、外部や他の部品の磁界の影響により、永久磁石16を所望の位置に設置できない場合があるからである。
The inclination angle θ in the magnetization direction (extending direction) of the
As such a
このような永久磁石16の直下には、コイル17が設けられている。すなわち、枠体部13の下面に対向するように、コイル17が設けられている。これにより、コイル17から発生する磁界を効率的に永久磁石16に作用させることができる。これにより、光スキャナー42の省電力化および小型化を図ることができる。
このようなコイル17は、信号重畳部18に電気的に接続されている(図6参照)。
そして、信号重畳部18によりコイル17に電圧が印加されることで、コイル17からX1軸およびY1軸に直交する磁束を有する磁界が発生する。
信号重畳部18は、前述した第1の駆動信号V1と第2の駆動信号V2とを重畳する加算器(図示せず)を有し、その重畳した電圧をコイル17に印加する。
A
Such a
Then, when a voltage is applied to the
The
ここで、第1の駆動信号V1および第2の駆動信号V2について詳述する。
前述したように、駆動回路321は、図4(a)に示すように、周期T1で周期的に変化する第1の駆動信号V1(水平走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、駆動回路321は、第1周波数(1/T1)の第1の駆動信号V1を発生させるものである。
第1の駆動信号V1は、正弦波のような波形をなしている。これにより、光スキャナー42は効果的に光を主走査することができる。なお、第1の駆動信号V1の波形は、これに限定されない。
Here, the first drive signal V1 and the second drive signal V2 will be described in detail.
As described above, the
The first drive signal V1 has a waveform like a sine wave. Thereby, the
また、第1周波数(1/T1)は、水平走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、10〜40kHzであるのが好ましい。
本実施形態では、第1周波数は、可動部11および1対の軸部12a、12bで構成される第1の振動系(ねじり振動系)のねじり共振周波数(f1)と等しくなるように設定されている。つまり、第1の振動系は、そのねじり共振周波数f1が水平走査に適した周波数になるように設計(製造)されている。これにより、可動部11のY1軸回りの回動角を大きくすることができる。
The first frequency (1 / T1) is not particularly limited as long as it is suitable for horizontal scanning, but is preferably 10 to 40 kHz.
In the present embodiment, the first frequency is set to be equal to the torsional resonance frequency (f1) of the first vibration system (torsional vibration system) composed of the
一方、図4(b)に示すように、駆動回路322は、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の駆動信号V2(垂直走査用電圧)を発生させるものである。すなわち、駆動回路322は、第2周波数(1/T2)の第2の駆動信号V2を発生させるものである。
第2の駆動信号V2は、鋸波のような波形をなしている。そのため、光スキャナー42は効果的に光を垂直走査(副走査)することができる。なお、第2の駆動信号V2の波形は、これに限定されない。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the
The second drive signal V2 has a sawtooth waveform. Therefore, the
第2周波数(1/T2)は、第1周波数(1/T1)と異なり、かつ、垂直走査に適した周波数であれば、特に限定されないが、30〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。このように、第2の駆動信号V2の周波数を60Hz程度とし、前述したように第1の駆動信号V1の周波数を10〜40kHzとすることで、ディスプレイでの描画に適した周波数で、可動部11を互いに直交する2軸(X1軸およびY1軸)のそれぞれの軸回りに回動させることができる。ただし、可動部11をX1軸およびY1軸のそれぞれの軸回りに回動させることができれば、第1の駆動信号V1の周波数と第2の駆動信号V2の周波数との組み合わせは、特に限定されない。
The second frequency (1 / T2) is not particularly limited as long as it is different from the first frequency (1 / T1) and is suitable for vertical scanning, but is preferably 30 to 80 Hz (about 60 Hz). . As described above, the frequency of the second drive signal V2 is set to about 60 Hz, and the frequency of the first drive signal V1 is set to 10 to 40 kHz as described above, so that the movable part has a frequency suitable for drawing on the display. 11 can be rotated around each of two axes (X1 axis and Y1 axis) orthogonal to each other. However, the combination of the frequency of the first drive signal V1 and the frequency of the second drive signal V2 is not particularly limited as long as the
本実施形態では、第2の駆動信号V2の周波数は、可動部11、1対の軸部12a、12b、枠体部13、2対の軸部14a、14b、14c、14dおよび永久磁石16で構成された第2の振動系(ねじり振動系)のねじり共振周波数(共振周波数)と異なる周波数となるように調整されている。
このような第2の駆動信号V2の周波数(第2周波数)は、第1の駆動信号V1の周波数(第1周波数)よりも小さいことが好ましい。すなわち、周期T2は、周期T1よりも長いことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部11をY1軸回りに第1周波数で回動させつつ、X1軸回りに第2周波数で回動させることができる。
In the present embodiment, the frequency of the second drive signal V <b> 2 is the
The frequency (second frequency) of the second drive signal V2 is preferably smaller than the frequency (first frequency) of the first drive signal V1. That is, the period T2 is preferably longer than the period T1. Thereby, the
また、第1の振動系のねじり共振周波数をf1[Hz]とし、第2の振動系のねじり共振周波数をf2[Hz]としたとき、f1とf2とが、f2<f1の関係を満たすことが好ましく、f1≧10f2の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動部11を、Y1軸回りに第1の駆動信号V1の周波数で回動させつつ、X1軸回りに第2の駆動信号V2の周波数で回動させることができる。これに対し、f1≦f2とした場合は、第2周波数による第1の振動系の振動が起こる可能性がある。
Further, when the torsional resonance frequency of the first vibration system is f1 [Hz] and the torsional resonance frequency of the second vibration system is f2 [Hz], f1 and f2 satisfy the relationship of f2 <f1. Is preferable, and it is more preferable to satisfy the relationship of f1 ≧ 10f2. Thereby, the
次に、光スキャナー42の駆動方法について説明する。なお、本実施形態では、前述したように、第1の駆動信号V1の周波数は、第1の振動系のねじり共振周波数と等しく設定されており、第2の駆動信号V2の周波数は、第2の振動系のねじり共振周波数と異なる値に、かつ、第1の駆動信号V1の周波数よりも小さくなるように設定されている(例えば、第1の駆動信号V1の周波数が15kHz、第2の駆動信号V2の周波数が60Hzに設定されている)。
Next, a method for driving the
例えば、図4(a)に示すような第1の駆動信号V1と、図4(b)に示すような第2の駆動信号V2とを信号重畳部18にて重畳し、重畳した電圧をコイル17に印加する。これにより、第1の駆動信号V1によって、永久磁石16の一端部(N極)をコイル17に引き付けようとするとともに、永久磁石16の他端部(S極)をコイル17から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界A1」という)と、永久磁石16の一端部(N極)をコイル17から離間させようとするとともに、永久磁石16の他端部(S極)をコイル17に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界A2」という)とが交互に切り換わる。
For example, the first drive signal V1 as shown in FIG. 4A and the second drive signal V2 as shown in FIG. 4B are superimposed by the
ここで、上述したように、永久磁石16は、それぞれの端部(磁極)が、Y1軸で分割される2つの領域に位置するように配置される。すなわち、図6の平面視において、Y1軸を挟んで一方側に永久磁石16のN極が位置し、他方側に永久磁石16のS極が位置している。そのため、磁界A1と磁界A2とが交互に切り換わることで、枠体部13にY1軸回りのねじり振動成分を有する振動が励振され、その振動に伴って、軸部12a、12bを捩れ変形させつつ、可動部11が第1の駆動信号V1の周波数でY1軸回りに回動する。
Here, as described above, the
また、第1の駆動信号V1の周波数は、第1の振動系のねじり共振周波数と等しい。そのため、第1の駆動信号V1によって、効率的に、可動部11をY1軸回りに回動させることができる。すなわち、前述した枠体部13のY1軸回りのねじり振動成分を有する振動が小さくても、その振動に伴う可動部11のY1軸回りの回動角を大きくすることができる。
The frequency of the first drive signal V1 is equal to the torsional resonance frequency of the first vibration system. Therefore, the
一方、第2の駆動信号V2によって、永久磁石16の一端部(N極)をコイル17に引き付けようとするとともに、永久磁石16の他端部(S極)をコイル17から離間させようとする磁界(この磁界を「磁界B1」という)と、永久磁石16の一端部(N極)をコイル17から離間させようとするとともに、永久磁石16の他端部(S極)をコイル17に引き付けようとする磁界(この磁界を「磁界B2」という)とが交互に切り換わる。
On the other hand, one end (N pole) of the
ここで、上述したように、永久磁石16は、それぞれの端部(磁極)が、X1軸で分割される2つの領域に位置するように配置される。すなわち図6の平面視において、X1軸を挟んで一方側に永久磁石16のN極が位置し、他方側に永久磁石16のS極が位置している。そのため、磁界B1と磁界B2とが交互に切り換わることで、軸部14a、14bおよび軸部14c、14dをそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部13が可動部11とともに、第2の駆動信号V2の周波数でX1軸回りに回動する。
また、第2の駆動信号V2の周波数は、第1の駆動信号V1の周波数に比べて極めて低く設定されている。また、第2の振動系のねじり共振周波数は、第1の振動系のねじり共振周波数よりも低く設計されている。そのため、可動部11が第2の駆動信号V2の周波数でY1軸回りに回動してしまうことを防止することができる。
Here, as described above, the
Further, the frequency of the second drive signal V2 is set to be extremely lower than the frequency of the first drive signal V1. The torsional resonance frequency of the second vibration system is designed to be lower than the torsional resonance frequency of the first vibration system. Therefore, it is possible to prevent the
以上説明したような光スキャナー42によれば、光を反射する光反射部114を備える可動部11を互いに直交する2つの軸回りにそれぞれ揺動させることができ、よって、光スキャナー42の小型化および軽量化を図ることができる。
このような光スキャナー42で走査された信号光(走査光)は、網膜M上に画像として投影される。
According to the
The signal light (scanning light) scanned by such an
さて、従来の画像表示装置では、光スキャナーの故障等、何らかの原因で可動部の揺動が停止した場合、信号生成部から信号光が出射されていると、信号光は停止状態の可動部によって反射される。この場合、光は対象物(例えば、網膜M)の一点に集中して照射されるおそれがあった。
しかしながら、本実施形態の画像表示装置1では、そのような不具合を防止することができる。それを実現するために、本実施形態の画像表示装置1は、中継部400を備えている。
In the conventional image display device, when the swing of the movable part is stopped for some reason, such as a failure of the optical scanner, if the signal light is emitted from the signal generation part, the signal light is transmitted by the stopped movable part. Reflected. In this case, there is a possibility that the light is concentrated and irradiated on one point of the object (for example, the retina M).
However, such a problem can be prevented in the
図7に示すように、画像表示装置1の中継部400は、第1の光ファイバー2aと第2の光ファイバー2bとを接続する接続部材401と、信号光の通過・遮断を選択する切替部5とを有している。以下、中継部400(切替部5)の各部を説明する。
接続部材401は、ブロック状をなし、先端から基端に貫通した内腔部402と、下側に開口した凹部403とを有している。内腔部402と凹部403とは連通している。また、凹部403の下側には、信号光の通過・遮断を選択する後述の切替部5が設けられている。
As shown in FIG. 7, the
The connecting
内腔部402は、第1の光ファイバー2aが挿入される第1の内腔部405と、第1の内腔部405よりも基端側に配置され、コネクター部23bが挿入される第2の内腔部406とを有する。また、第2の内腔部406の途中には、内径が急峻に拡張した段差部407が形成されている。コネクター部23bが段差部407に当接することにより、段差部407より基端側へのコネクター部23bの挿入が規制される。
The
第2の内腔部406にコネクター部23bを挿入した挿入状態では、第1の光ファイバー2aの先端面22aと第2の光ファイバー2bの基端面22bとは、対向し、離間して保持されている。よって、第1の光ファイバー2aから出射した信号光は、第2の光ファイバー2bに入射する。
また、第1の光ファイバー2aおよび第2の光ファイバー2bは、先端部213aおよび基端部213bが、それぞれ、凹部403内から退避している。これにより、後述の遮光板51の移動に伴う先端面21aおよび基端面22bの損傷を防止することができる。
In the inserted state in which the
Further, in the first
凹部403は、第1の内腔部405と第2の内腔部406との間に設けられ、後述の遮光板51が下側から挿入される部分である。この凹部403の上面(底面)404は、遮光板51が当接し、上面404よりも上側への遮光板51の移動を規制する。
凹部403の深さは、その深さ方向の途中に内腔部402が位置するよう設定されている。すなわち、上面404は、内腔部402の位置よりも図7中の上側に位置している。これにより、遮光板51が上面404に当接しているとき、確実に導光部Lを遮断することができる。
The
The depth of the
このような接続部材401を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、各種セラミックス、炭素材料、ガラスまたはそれらの複合材料が挙げられる。その具体例としては、Al2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y2O3、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の酸化物系セラミックス、AlN、Si3N4、TiN、BN、ZrN、HfN、VN、TaN、NbN、CrN、Cr2N等の窒化物系セラミックス、グラファイト、SiC、ZrC、Al4C3、CaC2、WC、TiC、HfC、VC、TaC、NbC等の炭化物系のセラミックス、ZrB2、MoB、TiB2等のホウ化物系のセラミックス、あるいは、これらのうちの2つ以上を任意に組合せた複合セラミックス等が挙げられる。
The material constituting the
切替部5は、信号生成部3と光スキャナー42との間の導光部Lの途中、すなわち、第1の光ファイバー2aと第2の光ファイバー2bとの間に設けられている。これにより、切替部5を信号生成部3と光スキャナー42との間の任意の位置のうちの、切替部5を比較的設置しやすい位置に設けることができ、よって、設計の自由度が向上する。
切替部5は、光を遮断する遮光板51と、遮光板51を移動させる駆動源54とを有する。
The
The
遮光板51は、光を遮断する板部材で構成されている。また、遮光板51は、接続部材401の凹部403内を移動可能に設けられている。遮光板51の幅W1は、凹部403の幅(導光部Lの長手方向に沿った長さ)W2よりも薄い。これにより、遮光板51の移動に伴う遮光板51の表面の損傷を防止することができるとともに、遮光板51の基端面510に後述の受光素子53を設けることができる。
The
遮光板51を構成する材料としては、信号光に対して実質的に不透明な材料であれば特に限定されず、例えば、各種セラミックス、炭素材料、ガラスまたはそれらの複合材料が挙げられる。その具体例としては、Al2O3、SiO2、TiO2、Ti2O3、ZrO2、Y2O3、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等の酸化物系セラミックス、AlN、Si3N4、TiN、BN、ZrN、HfN、VN、TaN、NbN、CrN、Cr2N等の窒化物系セラミックス、グラファイト、SiC、ZrC、Al4C3、CaC2、WC、TiC、HfC、VC、TaC、NbC等の炭化物系のセラミックス、ZrB2、MoB、TiB2等のホウ化物系のセラミックス、あるいは、これらのうちの2つ以上を任意に組合せた複合セラミックス等が挙げられる。
このような遮光板51は、駆動源54により導光部L上で光を遮断する状態(以下、この状態を「遮断状態」という)と、導光部Lから退避した状態(以下、この状態を「通過状態」という)とに移動される。
The material constituting the
Such a
図3に示すように、駆動源54は、ソレノイド540と、ソレノイド540を駆動するソレノイド駆動回路541とで構成されている。
ソレノイド540は、凹部403の開口の下側に設けられている。また、ソレノイド540は、上下方向に移動する棒状のソレノイドロッド52を有しており、ソレノイドロッド52を介して遮光板51を移動操作する。
As shown in FIG. 3, the
The
また、ソレノイド540は、図7中の上側に向って遮光板51を付勢するコイルバネ55を有している。コイルバネ55は、ソレノイドロッド52に巻回され、その両端は、遮光板51とソレノイド540とにそれぞれ当接している。また、この状態では、コイルバネ55は、収縮しており、遮光板51を上側に付勢している。これにより、駆動源54が故障した場合にも、コイルバネ55の付勢力により、遮光板51は遮断状態となる。
Further, the
図3に示すように、ソレノイド駆動回路541は、制御部6と電気的に接続されている。ソレノイド駆動回路541は、制御部6からの信号に基づいて、ソレノイド540を駆動させる。具体的には、ソレノイド駆動回路541に所定方向の電流を流すと、遮光板51は、下側に移動し通過状態となる(図7(a)参照)。一方、ソレノイド駆動回路541への通電を停止すると、遮光板51は、コイルバネ55により上側に押し上げられ遮断状態となる(図7(b)参照)。
このような切替部5は、前述したように、装置本体100に収納されている。これにより、切替部5が装着部200に内蔵されていた場合に比べ、装着部200の小型化を図ることができ、よって、使用者が装着部200を装着した際の負担を軽減することができる。
As shown in FIG. 3, the
Such a
図7に示すように、遮光板51の第1の光ファイバー2aの先端面22aに臨む面、すなわち、基端面510には、信号生成部3からの信号光の強度を検出する受光素子53が設けられている。受光素子53は、遮断状態で導光部L上に位置するよう配置されている。これにより、受光素子53は、遮断状態で、第1の光ファイバー2aから出射した信号光を受光することができる。
この受光素子53は、制御部6と電気的に接続され、受光素子53で検出された信号光の強度の情報を含む信号は、制御部6に送信される。これにより、ホワイトバランスをとることができる。
As shown in FIG. 7, a
The
また、受光素子53が遮光板51に設けられていることにより、受光素子53を配置する部材を別途設けるのを省略することができる。よって、画像表示装置1の小型化に寄与する。
このような受光素子53は、特に限定されないが、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
Further, since the
Such a
次に、画像表示装置1の作用について説明する。
図2、図3に示すように、まず、制御部6が駆動回路312R、312G、312Bをそれぞれ駆動する。光源311R、311G、311Bは、駆動回路312R、312G、312Bにより駆動され、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を出射する。光源311R、311G、311Bから出射された3色の光は、光合成部313で合成されて第1の光ファイバー2aに入射する。
図7(b)に示すように、第1の光ファイバー2aから出射した信号光は、遮光板51に設けられた受光素子53に入射する。受光素子53は、信号生成部3からの信号光の強度を検出し、制御部6に検出結果の信号を送信する。この検出結果に基づいて制御部6は、駆動回路312R、312G、312Bの駆動を調整する。
Next, the operation of the
As shown in FIGS. 2 and 3, first, the control unit 6 drives the
As shown in FIG. 7B, the signal light emitted from the first
次に、図3に示すように、制御部6は、駆動信号生成部32を駆動し、可動部駆動部110の信号重畳部18に第1の駆動信号V1および第2の駆動信号V2を送信する。これにより、可動部11は揺動する。この揺動に伴って第1の圧電素子81および第2の圧電素子82から発生した起電力は、検出部83により検出される。この検出結果を含む信号は、検出部83から制御部6に送信される。すなわち、検出部8は、可動部11が揺動しているか否かを検出し、この検出結果を含む信号を制御部6に送信する。
Next, as illustrated in FIG. 3, the control unit 6 drives the drive
そして、図8に示すように、ステップS101において、可動部11が揺動していると検出した場合には、制御部6は、切替部5が信号光の通過を選択するよう、ソレノイド駆動回路541を駆動させる(ステップS103)。このとき、図7(a)に示すように、ソレノイド540は、コイルバネ55の付勢力に抗して遮光板51を下側に移動させる。これにより、遮光板51は、導光部Lから退避した退避状態となる。この退避状態では、第1の光ファイバー2aから出射した信号光は、凹部403を通過し、信号光は第2の光ファイバー2bに入射する。すなわち、第1の光ファイバー2aと第2の光ファイバー2bとは、光学的に接続される。第2の光ファイバー2bから出射した信号光は、レンズ500を介して可動部11に入射する。これにより、信号光は、光スキャナー42によって走査され、画像として網膜M上に投影される。
Then, as shown in FIG. 8, when it is detected in step S101 that the
ここで、光スキャナー42に第1の駆動信号V1および第2の駆動信号V2が送信されているにも関わらず、光スキャナーの故障等、何らかの原因で可動部11の揺動が停止している場合について説明する。
この場合、検出部8は、故障等、何らかの原因で可動部11の揺動が停止していることを検出し、この検出結果を含む信号を制御部6に送信する。
Here, although the first drive signal V1 and the second drive signal V2 are transmitted to the
In this case, the detection unit 8 detects that the swing of the
図8に示すように、ステップS101において、可動部11の揺動が停止していると検出した場合には、制御部6は、切替部5が信号光の遮断を選択するよう、ソレノイド駆動回路541を駆動させる(ステップS102)。このとき、ソレノイド540は、遮光板51を図7(b)中の上側に移動させる。遮光板51は、凹部403の上面404に当接し、上面404よりも上側への移動が規制される。これにより、遮光板51は、遮断状態となる。よって、第1の光ファイバー2aから出射した信号光が、第2の光ファイバー2bへ入射することを確実に防止することができる。従って、可動部11への信号光の入射を確実に防止することができる。
As shown in FIG. 8, when it is detected in step S101 that the swinging of the
また、例えば、検出部8が可動部11の揺動が停止していると検出したにも関わらず、故障等、何らかの原因で切替部5の作動が停止した場合であっても、コイルバネ55の付勢力により、遮光板51は、上面404に当接し、遮断状態となる。これにより、可動部11への信号光の入射をより確実に防止することができる。
このように、本実施形態では、切替部5は、遮断状態と通過状態とに遮光板51を移動させるという簡単な構成で、光の通過・遮断を確実に選択することができる。
以上述べたように、本実施形態によれば、可動部11の揺動が停止した状態で、可動部11への光の入射を確実に防止することができる。よって、可動部11が停止した状態で、網膜Mに光が入射することを確実に防止することができる。従って、安全性の高い画像表示装置を提供することができる。
Further, for example, even when the detection unit 8 detects that the swing of the
As described above, in the present embodiment, the
As described above, according to the present embodiment, it is possible to reliably prevent light from entering the
<第2実施形態>
次に、画像表示装置の第2実施形態について説明する。
図9は、本発明の画像表示装置の第2実施形態が備える中継部の縦断面図である。
以下、この図を参照して本発明の画像表示装置の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the image display device will be described.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a relay unit provided in the second embodiment of the image display device of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment of the image display device of the present invention will be described with reference to this figure, but the description will focus on differences from the above-described embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
本実施形態は、中継部(切替部)の構成が異なること以外は前記第1実施形態と同様である。
本実施形態の接続部材401の内腔部402は、第1の光ファイバー2aが挿入される第1の内腔部405と、第2の光ファイバー2bが挿入され、第1の内腔部405よりも内径が大きい第2の内腔部406を有している。
This embodiment is the same as the first embodiment except that the configuration of the relay unit (switching unit) is different.
In the
第2の内腔部406に臨む上側の内壁面(上面)409には、その基端部に凹部413が形成されている。この凹部413は、その底部に、後述の遮光部416が当接する当接面411を有している。
また、内壁面409には、第2の光ファイバー2bを安定的に保持する添え板414が
3つのコイルバネ415を介して設けられている。
A
In addition, an
添え板414は、その下面で第2の光ファイバー2bに当接して安定的に姿勢を保持する。また、添え板414の上面の基端部には、当該部分から垂直に立設した遮光部416が設けられている。この遮光部416は、板部材で構成され、その先端面には、受光素子53が設けられている。
コイルバネ415は、下側に向って添え板414を付勢する。3つのコイルバネ415の付勢力の合計は、コイルバネ55の付勢力よりも大きい。
The
The
第2の内腔部406に臨む下側の内壁面(下面)410には、上下方向に貫通し、切替部5のソレノイドロッド52が挿入される貫通孔412が設けられている。
本実施形態の切替部5は、操作板417と駆動源54とで構成されている。操作板417の上面は、第2の光ファイバー2bに当接している。操作板417の下面は、貫通孔412に挿入されたソレノイドロッド52を介してソレノイド540に連結されている。
第2の光ファイバー2bは、添え板414と操作板417との間で安定的に挟持されている。
A lower inner wall surface (lower surface) 410 facing the
The
The second
以下、本実施形態の切替部5の作用について説明する。
切替部5が信号光の通過を選択した場合には、図9(a)に示すように、ソレノイド540は、コイルバネ415の付勢力に抗して操作板417を上側に移動させる。これにより、遮光部416の上面は、凹部413の当接面411に当接し、当接面411より上側への移動が規制される。このとき、第1の光ファイバー2aの光軸と第2の光ファイバー2bの光軸とが一致し、第1の光ファイバー2aから第2の光ファイバー2bへ光が通過する通過状態となる。すなわち、第1の光ファイバー2aと第2の光ファイバー2bとは、光学的に接続される。
Hereinafter, the operation of the
When the
一方、切替部5が信号光の遮断を選択した場合には、図9(b)に示すように、ソレノイド540は、コイルバネ55の付勢力に抗して操作板417を下側に移動させる。これにより、操作板417は、第2の内腔部406の下面410に当接し、下面410より下側への移動が規制される。このとき、第1の光ファイバー2aの光軸と第2の光ファイバー2bの光軸とがずれて、第1の光ファイバー2aから第2の光ファイバー2bへの光の入射が遮断される遮断状態となる。よって、第1の光ファイバー2aから出射した信号光が、第2の光ファイバー2bへ入射することを確実に防止することができる。従って、可動部11への信号光の入射を確実に防止することができる。
On the other hand, when the
また、前述したように、3つのコイルバネ415の付勢力の合計は、コイルバネ55の付勢力よりも大きい。これにより、例えば、検出部8が可動部11の揺動が停止していると検出したにも関わらず、故障等、何らかの原因で切替部5の作動が停止した場合であっても、操作板417は、コイルバネ415の付勢力によって、第2の内腔部406の下面410に当接し、遮断状態となる。よって、可動部11への信号光の入射をより確実に防止することができる。
このように、本実施形態では、切替部は、接続状態と遮断状態とに、第1の光ファイバー2aと第2の光ファイバー2bとを相対的に移動させるという簡単な構成で、光の通過・遮断を確実に選択することができる。
Further, as described above, the total urging force of the three
As described above, in the present embodiment, the switching unit has a simple configuration in which the first
以上、本発明の画像表示装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、画像表示装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の画像表示装置は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
The image display device of the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and each unit constituting the image display device can have any configuration that can exhibit the same function. Can be substituted. Moreover, arbitrary components may be added.
Further, the image display device of the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
なお、各実施形態では、ヘッドマウントディスプレイに本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ヘッドアップディスプレイ等にも適用することができる。
また、各実施形態の光合成部は、コンバイナーで構成されているが、本発明ではこれに限定されず、ダイクロイックミラー等で構成されていてもよい。
In each embodiment, the case where the present invention is applied to a head-mounted display has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a head-up display.
Moreover, although the photosynthesis part of each embodiment is comprised with the combiner, it is not limited to this in this invention, You may be comprised with the dichroic mirror etc.
また、各実施形態では、駆動源としてソレノイドとソレノイド駆動回路を用いているが、本発明ではこれに限定されず、移動体を移動させる駆動源であれば、いかなるものであってもよい。
また、各実施形態の切替部は、信号光を機械的に遮断するメカニカルシャッターで構成されているが、本発明ではこれに限定されず、信号光を電気的に遮断するエレクトロニックシャッターで構成されていてもよい。
In each embodiment, a solenoid and a solenoid drive circuit are used as a drive source. However, the present invention is not limited to this, and any drive source that moves a moving body may be used.
In addition, the switching unit of each embodiment is configured with a mechanical shutter that mechanically blocks signal light, but is not limited to this in the present invention, and is configured with an electronic shutter that electrically blocks signal light. May be.
また、各実施形態の切替部は、第1の光ファイバーと第2の光ファイバーとの間で遮光板を移動させる、または、第1の光ファイバーと第2の光ファイバーとを相対的に移動させることで光の通過・遮断を選択するものであるが、本発明ではこれに限定されず、光ファイバーを所定曲率以上に湾曲変形させることで、光の通過・遮断を選択するよう構成されていてもよい。
また、各実施形態の光出射部は、眼鏡フレームの形状をなすフレームに設置されているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、帽子や使用者の肌に直接装着して用いてもよい。
Further, the switching unit of each embodiment moves the light shielding plate between the first optical fiber and the second optical fiber, or moves the first optical fiber and the second optical fiber relatively to move the light. However, the present invention is not limited to this, and the optical fiber may be configured to be selected to pass or block light by bending and deforming the optical fiber to a predetermined curvature or more.
In addition, the light emitting unit of each embodiment is installed in a frame that has the shape of a spectacle frame, but the present invention is not limited to this, and for example, the light emitting unit may be directly attached to a hat or the user's skin. Good.
1……画像表示装置 2a……第1の光ファイバー 21a……先端面 2b……第2の光ファイバー 21b……コネクター 22a……先端面 22b……基端面 23b……コネクター部 210a、210b……光ファイバー束 211a、211b……被覆部材 212a、212b……外周面 213a……先端部 213b……基端部 3……信号生成部(光源) 31……信号光生成部 311B、311G、311R……光源 312B、312G、312R……駆動回路 313……光合成部 32……駆動信号生成部 321……駆動回路(第1の駆動回路) 322……駆動回路(第2の駆動回路) 42……光スキャナー 5……切替部 51……遮光板 510……基端面 52……ソレノイドロッド 53……受光素子 54……駆動源 55……コイルバネ 540……ソレノイド 541……ソレノイド駆動回路 6……制御部 8……検出部 81……圧電素子(第1の圧電素子) 82……圧電素子(第2の圧電素子) 83……検出部 11……可動部 110……可動部駆動部 111……基部 112……スペーサー 113……光反射板 114……光反射部 115……硬質層 12a、12b……軸部(第1の軸部) 13……枠体部 14a、14b、14c、14d……軸部(第2の軸部) 15……支持部 16……永久磁石 17……コイル 18……信号重畳部 100……装置本体 200……装着部 201……フレーム 202……走査光出射部 203……レンズ部 300……ケーブル 400……中継部 401……接続部材 402……内腔部 403……凹部 404……上面(底面) 405……第1の内腔部 406……第2の内腔部 407……段差部 409……内壁面(上面) 410……内壁面(下面) 411……当接面 412……貫通孔 413……凹部 414……添え板 415……コイルバネ 416……遮光部 417……操作板 500……レンズ L……導光部 W1、W2……幅 T1、T2……周期 V1……第1の駆動信号 V2……第2の駆動信号 θ……傾斜角 M……網膜(目)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光源から出射された光が通過する導光部と、
光を反射する反射部と、前記反射部が設けられた可動部と、前記可動部を揺動させる駆動部とを有する光スキャナーと、
前記導光部の前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられ、光が前記導光部から出射する通過状態と光が前記導光部から出射しない遮断状態とを切り替える切替部と、
前記可動部が揺動しているか否かを検出する検出部とを備え、
前記切替部は、前記検出部が前記可動部の揺動が停止していることを検出した場合には、前記遮断状態に切り替えることを特徴とする画像表示装置。 A light source;
A light guide section through which light emitted from the light source passes;
An optical scanner having a reflection part for reflecting light, a movable part provided with the reflection part, and a drive part for swinging the movable part;
A switching unit that is provided between the light source of the light guide unit and the light scanner, and switches between a passing state in which light is emitted from the light guide unit and a blocking state in which light is not emitted from the light guide unit;
A detection unit that detects whether or not the movable unit is swinging,
The switching unit switches to the shut-off state when the detection unit detects that the swing of the movable unit is stopped.
前記切替部は、前記第1の光ファイバーと前記第2の光ファイバーとの間に設けられている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The light guide unit includes a first optical fiber provided between the light source and the optical scanner, and a second optical fiber provided between the first optical fiber and the optical scanner,
4. The image display device according to claim 1, wherein the switching unit is provided between the first optical fiber and the second optical fiber. 5.
前記切替部は、前記第1の光ファイバーから出射した光が前記第2の光ファイバーに入射する前記通過状態と、前記第1の光ファイバーの光軸と前記第2の光ファイバーの光軸とがずれて、前記第1の光ファイバーから出射した光が前記第2の光ファイバーに入射しない前記遮断状態とに、前記第1の光ファイバーと前記第2の光ファイバーとを相対的に移動させる駆動源を有する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The light guide unit includes a first optical fiber provided between the light source and the optical scanner, and a second optical fiber provided between the first optical fiber and the optical scanner,
In the switching unit, the passing state in which the light emitted from the first optical fiber enters the second optical fiber, the optical axis of the first optical fiber, and the optical axis of the second optical fiber are shifted, 2. A drive source for relatively moving the first optical fiber and the second optical fiber in the blocked state where the light emitted from the first optical fiber is not incident on the second optical fiber. 4. The image display device according to any one of items 3.
一端が前記可動部に接続され、他端が前記枠体部に接続され、第1の軸回りに前記可動部を前記枠体部に対して揺動可能に支持する第1軸部と、
一端が前記枠体部に接続され、前記第1の軸に交差する第2の軸回りに前記枠体部を前記可動部ごと揺動可能に支持する第2軸部を有する請求項1ないし8のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The optical scanner includes a frame body portion that surrounds the movable portion;
A first shaft portion having one end connected to the movable portion, the other end connected to the frame body portion, and supporting the movable portion swingably with respect to the frame body portion around a first axis;
9. A second shaft portion having one end connected to the frame body portion and supporting the frame body portion swingably together with the movable portion about a second axis intersecting the first axis. The image display device according to any one of the above.
前記光源から出射された光が通過する導光部と、
光を反射する反射部と、前記反射部が設けられた可動部と、前記可動部を揺動させる駆動部とを有する光スキャナーと、
前記導光部の前記光源と前記光スキャナーとの間に設けられ、光が前記導光部から出射する通過状態と光が前記導光部から出射しない遮断状態とを切り替える切替部と、
前記可動部が揺動しているか否かを検出する検出部とを備え、
前記切替部は、前記検出部が前記可動部の揺動が停止していることを検出した場合には、前記遮断状態に切り替えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A light source;
A light guide section through which light emitted from the light source passes;
An optical scanner having a reflection part for reflecting light, a movable part provided with the reflection part, and a drive part for swinging the movable part;
A switching unit that is provided between the light source of the light guide unit and the light scanner, and switches between a passing state in which light is emitted from the light guide unit and a blocking state in which light is not emitted from the light guide unit;
A detection unit that detects whether or not the movable unit is swinging,
The switching unit switches to the blocking state when the detection unit detects that the swinging of the movable unit is stopped.
Priority Applications (1)
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