JP2014153387A - 光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよび光スキャナーの製造方法 - Google Patents
光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよび光スキャナーの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】光スキャナー4は、第1の軸J1周りに揺動可能な可動部41と、可動部41を第1の軸J1周りに揺動可能に支持する第1の軸部421、422と、を有している。また、可動部41は、第1の軸部421、422に接続された基部411と、基部411に支持された光透過性を有する光透過部412と、光透過部412の表面に設けられ、光反射を低減する第1光反射低減部413と、を有している。
【選択図】図3
Description
本適用例の光スキャナーは、基部と、
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する光透過部および前記光透過部上に設けられ光反射を低減する第1光反射低減部を含む光学部と、を備え、
前記第1光反射低減部に光が入射することを特徴とする。
これにより、反射光の輝度を低減し、反射光の走査によって描画される画像のコントラストを高めることのできる光スキャナーが得られる。
これにより、より高いコントラストの画像を表示することのできる光スキャナーが得られる。
本適用例の光スキャナーでは、前記光学部の光透過率は、92%以上であるのが好ましい。
これにより、光が光透過部を透過する際、光透過部に吸収される光の量を抑えることができ、光透過部の発熱(昇温)を抑制することができる。光透過部の発熱を抑えることによって、光スキャナーの熱歪みを抑制でき、光スキャナーの光走査特性を維持することができる。
これにより、迷光を抑制することができる。
本適用例の光スキャナーでは、前記光学部は、前記光透過部の前記第1光反射低減部が設けられた表面と反対側の表面に設けられており、光反射を低減する第3光反射低減部を含むのが好ましい。
これにより、迷光を抑制することができる。
これにより、光透過部を透過した光が基部に照射されることに起因する基部の発熱を抑制することができる。基部の発熱を抑えることによって、光スキャナーの熱歪みを抑制でき、光スキャナーの光走査特性を維持することができる。
これにより、光スキャナーの構成が簡単なものとなる。
本適用例の光スキャナーでは、前記光透過部は、前記貫通孔内に設けられているのが好ましい。
これにより、光スキャナーの小型化を図ることができる。
前記光透過部は、前記段差部に当接しているのが好ましい。
これにより、光反射層の配置を正確に制御することができる。
本適用例の光スキャナーでは、前記光透過部は、前記軸部に対して前記第1光反射低減部の厚さ方向に離間するとともに、前記厚さ方向からみたときに前記軸部の少なくとも一部と重なって設けられているのが好ましい。
これにより、光反射層の板面の面積を大きくしても、光スキャナーの小型化を図ることができる。
前記可動部は、前記軸部に接続された基部と、
前記基部に支持された光透過性を有する光透過部と、
前記光透過部に設けられ、光反射を低減する第1光反射低減部と、を含むことを特徴とする。
これにより、高いコントラストの画像を表示することのできる画像表示装置が得られる。
前記フレームに設けられた光スキャナーと、を備えたヘッドマウントディスプレイであって、
前記光スキャナーは、
基部と、
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する光透過部および前記光透過部上に設けられ光反射を低減する第1光反射低減部を含む光学部と、を備え、
前記第1光反射低減部に光が入射することを特徴とする。
これにより、高いコントラストの画像を表示す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。
前記基部をパターニングし、前記突出部を支持する基部と、前記基部に接続された軸部とを形成するパターニング工程と、
前記凸部を残して、前記透明基板を薄肉化することによって、光透過部を形成する薄肉化工程と、
前記光透過部に、光反射を低減する光反射低減部を形成する光反射低減部形成工程と、を有していることを特徴とする。
これにより、反射光の輝度を低減し、反射光の走査によって描画される画像のコントラストを高めることのできる光スキャナーを精度よく製造することができる。
前記薄肉化工程では、ウエットエッチングによって前記透明基板の薄肉化を行うのが好ましい。
これにより、エッチング液による基板の損傷を防止しつつ、透明基板の薄肉化を精度よく行うことができる。
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する第1光学部および前記第1光学部上に設けられ前記第1光学部の光透過率よりも高い光透過率を有する第2光学部を含む光学部と、を備え、
前記第2光学部に光が入射することを特徴とする。
これにより、反射光の輝度を低減し、反射光の走査によって描画される画像のコントラストを高めることのできる光スキャナーが得られる。
1.画像表示装置
<第1実施形態>
図1は、本発明の画像表示装置の第1実施形態を示す概略構成図、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上面図、図3は、図2中のA−A線断面図、図4は、図2に示す光スキャナーが有する電圧印加手段のブロック図、図5は、図4に示す第1の電圧発生部および第2の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図3中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1および図4に示すように、画像表示装置1は、描画用レーザー光LLを出射する描画用光源ユニット2と、描画用レーザー光LLを走査する光スキャナー(本発明の光スキャナー)4と、光スキャナー4で走査した描画用レーザー光LLを反射させるミラー11と、描画用光源ユニット2および光スキャナー4の作動を制御する制御部6とを有している。なお、ミラー11は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
図1に示すように、描画用光源ユニット2は、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源(光源部)21R、21G、21Bと、レーザー光源21R、21G、21Bに対応して設けられたコリメーターレンズ22R、22G、22Bおよびダイクロイックミラー23R、23G、23Bと、を備えている。
光スキャナー4は、描画用光源ユニット2から描画用レーザー光LLを2次元走査する機能を有している。図2および図3に示すように、光スキャナー4は、構造体40と、永久磁石46と、コイル47と、磁心48と、電圧印加部49と、を備えている。また、構造体40は、可動部41と、1対の第1の軸部421、422と、枠体部43と、1対の第2の軸部441、442と、支持部45と、を有している。
枠体部43は、枠状をなし、可動部41の基部411を囲んで設けられている。言い換えると、可動部41の基部411は、枠状をなす枠体部43の内側に設けられている。可動部41の基部411は、1対の第1の軸部421、422を介して枠体部43に支持されている。また、枠体部43は、1対の第2の軸部441、442を介して支持部45に支持されている。
なお、第1の軸部421、422および第2の軸部441、442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。また、各軸部421、422、441、442を2本の軸部に分割してもよい。
また、構造体40とコイル47との間(光透過部412の第1光反射低減部413が設けられた表面と反対側)には、ベース71に支持された第2光反射低減部7が設けられている。第2光反射低減部7は、光学部415を透過した描画用レーザー光LLの反射率を低減する(好ましくは零とする)機能を有している。第2光反射低減部7は、可動部41(光透過部412)、基部411と枠体部43の隙間および枠体部43と支持部45の隙間の各々と対向するように配置されているため、光学部415を透過した不要な描画用レーザー光LLや前記隙間を通過した不要な描画用レーザー光LLが迷光となるのを防止することができ、優れた光走査特性が得られる。第2光反射低減部7は、前述した第1光反射低減部413と同様の構成(反射防止膜)とすることができる。なお、第2光反射低減部7は、反射率を低減できれば、ベース71の表面に粗面化処理、黒色処理等を行った構成であってもよい。
前述した枠体部43の下面には、永久磁石46が接合されている。永久磁石46と枠体部43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。永久磁石46は、平面視にて、第1、第2の軸J1、J2に対して傾斜する方向に磁化されている。
電圧印加部49は、図4に示すように、可動部41を第1の軸J1周りに回動させるための第1の電圧V1を発生させる第1の電圧発生部491と、可動部41を第2の軸J2周りに回動させるための第2の電圧V2を発生させる第2の電圧発生部492と、第1の電圧V1と第2の電圧V2とを重畳する電圧重畳部493とを備え、電圧重畳部493で重畳した電圧をコイル47に印加する。
このような第2の電圧V2の周波数は、第1の電圧V1の周波数よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部41を第1の軸J1周りに第1の電圧V1の周波数で揺動させつつ、第2の軸J2周りに第2の電圧V2の周波数で揺動させることができる。
電圧重畳部493は、コイル47に電圧を印加するための加算器493aを備えている。加算器493aは、第1の電圧発生部491から第1の電圧V1を受けるとともに、第2の電圧発生部492から第2の電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル47に印加するようになっている。
制御部6は、描画用光源ユニット2および光スキャナー4の作動を制御する機能を有している。具体的には、制御部6は、光スキャナー4を駆動して可動部41を第1、第2の軸J1、J2周りに揺動させるとともに、可動部41の揺動に同期させて描画用光源ユニット2から描画用レーザー光LLを出射させる。制御部6は、例えば外部コンピューターから送信された画像データに基づいて、各レーザー光源21R、21G、21Bから所定強度のレーザー光RR、GG、BBを所定のタイミングで出射させ、所定色および強度(輝度)の描画用レーザー光LLを所定タイミングで出射させる。これにより、対象物10に画像データに応じた画像が表示される。
次に、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。
図6は、本発明の第2実施形態にかかる画像表示装置が備える光スキャナーの上面図、図7は、図6中のB−B線断面図である。
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。
本発明の第2実施形態にかかる画像表示装置は、光スキャナーの可動部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、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図6および図7に示すように、本実施形態の光スキャナー4Aの可動部41Aは、基部411Aと、基部411Aに嵌め込まれた光透過部412と、光透過部412に設けられた第1、第3光反射低減部413、414とを有している。
基部411は、環状をなし、その中央部に貫通孔411aを有している。貫通孔411aの軸方向の途中には段差が形成されている。具体的には、貫通孔411aは、第1の貫通孔411a’と、第1の貫通孔411a’の下側に連結する第2の貫通孔411a”とを有しており、第2の貫通孔411a”は、第1の貫通孔411a’と同軸的に設けられ、かつ、第1の貫通孔411a’よりも径が小さい。そして、第1の貫通孔411a’と第2の貫通孔411a”の接続部に前記段差が形成されている。
このような第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奏することができる。
次に、本発明の画像表示装置の第3実施形態について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態にかかる画像表示装置が備える光スキャナーの上面図、図9は、図8中のC−C線断面図である。
以下、第3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。
本発明の第3実施形態にかかる画像表示装置は、光スキャナーの可動部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、前述した第1実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図8および図9に示すように、本実施形態の光スキャナー4Bの可動部41Bは、基部411Bと、スペーサー416Bを介して基部411Bに固定された板状の光透過部412Bと、光透過部412Bの上面に形成された第1光反射低減部413と、光透過部412の下面に形成された第3光反射低減部414とを有している。
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奏することができる。
次に、図10ないし図13に基づいて、光スキャナーの製造方法について説明する。なお、以下に記載の光スキャナーの製造方法では前述の第4実施形態に似た構成の光スキャナーが得られる。
光スキャナーの製造方法は、第2のSi層84(基部)およびスペーサー914(突出部)を有する積層基板(基板)8と、一方の面側に凸部31が形成されたガラス基板(透明基板)3とを用意し、積層基板8とガラス基板3をと重ね合わせて、スペーサー914と凸部31とを接合する接合工程と、第2のSi層84をパターニングし、スペーサー914を支持する基部911と、第1の軸部921、922と、枠体部93と、第2の軸部941、942と、支持部95とを形成するパターニング工程と、積層基板8とガラス基板3の隙間に封止材100を充填する充電工程と、凸部31を残して、ガラス基板3を薄肉化することによって、光透過部912を形成する薄肉化工程と、光透過部912の表面に、光反射を低減する第1光反射低減部413を形成する光反射低減部形成工程と、を有している。以下、この製造方法について詳細に説明する。
[1−1]積層基板加工工程
まず、図10(a)に示すように、上側から第1のSiO2層81、第1のSi層82、第2のSiO2層83、第2のSi層84および第3のSiO2層85が積層してなる積層基板8を用意する。各層の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、第1のSiO2層81:1.6μm程度、第1のSi層82:250μm程度、第2のSiO2層83:0.5μm程度、第2のSi層84:40μm程度、第3のSiO2層85:0.5μm程度とすることができる。
次に、図10(d)に示すように、例えばドライエッチングによって、第3のSiO2層85をパターニングして、基部911、第1の軸部921、922、枠体部93、第2の軸部941、942、支持部95の平面視形状に対応した形状の第3のSiO2層85を得る。
まず、図11(a)に示すように、実質的に無色透明なガラス基板(例えば、テンパックスガラス基板)3を準備する。ガラス基板3の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、400μm程度とすることができる。次に、図11(b)に示すように、例えばウエットエッチングによって、ガラス基板3の上面をパターニングすることにより、光透過部912の平面視形状に対応する凸部31と、支持部95の平面視形状に対応する凸部32と、枠部96と接合するための凸部33とを形成する。凸部31〜33の高さとしては特に限定されないが、例えば、それぞれ、80μm程度とすることができる。
なお、この後、必要に応じて、凸部31の上面に反射防止膜を成膜してもよい。反射防止膜を成膜することによって、光透過部912の下面に反射防止膜が形成された光スキャナーが得られる。
まず、図12(a)に示すように、前記工程[1−1]で得られた積層基板8と、前記工程[1−2]で得られたガラス基板3とを、凸部31とスペーサー914、凸部32とリブ部951、凸部33と枠部96とを対向させて接合する。なお、接合方法としては、特に限定されないが、陽極接合を用いるのが好ましい。これにより、積層基板8とガラス基板3とを確実かつ強固に接合することができる。
次に、図12(b)に示すように、例えばドライエッチングによって、第2のSi層84をエッチングして、基部911、第1の軸部921、922、枠体部93、第2の軸部941、942、支持部95を得る。
[3]充填工程
次に、図12(c)に示すように、第2のSi層84に形成された隙間から、ワックス等の封止材100を供給し、ガラス基板3と積層基板8の間の隙間を封止材100で埋める。
次に、図13(a)に示すように、積層基板8を下側にして、ガラス基板3と積層基板8の積層体を支持基板110に固定する。この固定には、封止材100が用いられる。次に、図13(b)に示すように、例えばウエットエッチングによってガラス基板3をエッチングして薄肉化する。これにより、凸部31〜33以外の部分が除去されて、凸部31〜33がそれぞれ独立し、光透過部912、枠体部93、支持部95が得られる。また、凸部31〜33の高さが調節される。ここで、積層基板8が封止材100で保護されているため、本工程にて、エッチング液が積層基板8に接触することがなく、積層基板8のダメージを防止することができる。
なお、ガラス基板3の加工方法としてはウエットエッチングに限定されず、例えば、研磨加工であってもよい。研磨加工の場合も封止材100で保護することで研磨時の構造体の破損を解消できる。
次に、アセトンなどの溶剤を用いて封止材100を除去し、その後、ダイシング等によって枠部96からその内側の部分を切り取る。そして、光透過部912の上面に、例えば反射防止膜を成膜することによって光反射層913を形成する。以上により、図13(c)に示すように、光スキャナー9(構造体90)が得られる。
このような光スキャナーの製造方法によれば、簡単かつ精度よく、光透過部を有する光スキャナーを製造することができる。
次に、本発明の画像表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイについて説明する。
図14は、本発明の画像表示装置を応用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
図14に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム200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210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210により、フロントガラス220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200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。
次に、本発明のヘッドマウントディスプレイについて説明する。
図15は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
図15に示すように、ヘッドマウントディスプレイ300は、観察者の頭部に装着されるフレーム310と、フレーム310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310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)320に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
なお、ヘッドマウントディスプレイ300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。
また、前述した実施形態では、光スキャナーとして描画用レーザー光を2次元走査することのできるものを1つ用いているが、1次元走査することのできる光スキャナー(本発明の光スキャナー)を2つ用意し、これらを揺動軸が直交するように配置してもよい。このような構成によっても描画用レーザー光を2次元走査することができる。
Claims (15)
- 基部と、
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する光透過部および前記光透過部上に設けられ光反射を低減する第1光反射低減部を含む光学部と、を備え、
前記第1光反射低減部に光が入射することを特徴とする光スキャナー。 - 前記光学部の光反射率は、4%未満である請求項1に記載の光スキャナー。
- 前記光学部の光透過率は、92%以上である請求項1または2に記載の光スキャナー。
- 前記光透過部の前記第1光反射低減部が設けられた表面と反対側には、前記第1光反射低減部および前記光透過部を透過した光の反射率を低減する第2光反射低減部が設けられている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光スキャナー。
- 前記光学部は、前記光透過部の前記第1光反射低減部が設けられた表面と反対側の表面に設けられており、光反射を低減する第3光反射低減部を含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光スキャナー。
- 前記基部は、貫通孔を有しており、前記光学部を透過した光の少なくとも一部が前記貫通孔を通過する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光スキャナー。
- 前記光透過部は、前記貫通孔の一方側の開口を覆うように設けられている請求項6に記載の光スキャナー。
- 前記光透過部は、前記貫通孔内に設けられている請求項6に記載の光スキャナー。
- 前記貫通孔の軸方向の途中には段差部が形成されており、
前記光透過部は、前記段差部に当接している請求項8に記載の光スキャナー。 - 前記光透過部は、前記軸部に対して前記第1光反射低減部の厚さ方向に離間するとともに、前記厚さ方向からみたときに前記軸部の少なくとも一部と重なって設けられている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光スキャナー。
- 第1の軸周りに揺動可能な可動部と、前記可動部を前記第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、を含み、
前記可動部は、前記軸部に接続された基部と、
前記基部に支持された光透過性を有する光透過部と、
前記光透過部に設けられ、光反射を低減する第1光反射低減部と、を含むことを特徴とする画像表示装置。 - 観察者の頭部に装着されるフレームと、
前記フレームに設けられた光スキャナーと、を備えたヘッドマウントディスプレイであって、
前記光スキャナーは、
基部と、
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する光透過部および前記光透過部上に設けられ光反射を低減する第1光反射低減部を含む光学部と、を備え、
前記第1光反射低減部に光が入射することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 板状の基部および前記基部の一方の面側に突出する突出部を有する基板と、一方の面側に凸部が形成された透明基板とを用意し、前記基板と前記透明基板とを重ね合わせて、前記突出部と前記凸部とを接合する接合工程と、
前記基部をパターニングし、前記突出部を支持する基部と、前記基部に接続された軸部とを形成するパターニング工程と、
前記凸部を残して、前記透明基板を薄肉化することによって、光透過部を形成する薄肉化工程と、
前記光透過部に、光反射を低減する光反射低減部を形成する光反射低減部形成工程と、を有していることを特徴とする光スキャナーの製造方法。 - 前記薄肉化工程に先立って、前記基板と前記透明基板の隙間に封止材を充填する充填工程を有し、
前記薄肉化工程では、ウエットエッチングによって前記透明基板の薄肉化を行う請求項13に記載の光スキャナーの製造方法。 - 基部と、
前記基部を第1の軸周りに揺動可能に支持する軸部と、
前記基部に支持され光透過性を有する第1光学部および前記第1光学部上に設けられ前記第1光学部の光透過率よりも高い光透過率を有する第2光学部を含む光学部と、を備え、
前記第2光学部に光が入射することを特徴とする光スキャナー。
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