JP2014228817A - Image display device 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ものである。 The present invention relates to an image display device and a head mounted display.
光源からの光を2次元的に走査して画像を表示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)。
例えば、特許文献1に係る画像表示装置は、3つの半導体レーザーと、3つの半導体レーザーから放射されたレーザービームをそれぞれ略平行ビーム化する3つのカップリングレンズと、その平行ビーム化されたレーザービームを色合成する2つのダイクロイックミラーと、その色合成されたレーザービームが入射する集光レンズと、その集光レンズを透過したレーザービームを偏向する平面ミラーと、その平面ミラーで偏向されたレーザービームを2次元走査するビーム走査部とを備えている。
An image display device that displays an image by two-dimensionally scanning light from a light source is known (see, for example, Patent Document 1).
For example, an image display device according to Patent Document 1 includes three semiconductor lasers, three coupling lenses that respectively convert laser beams emitted from the three semiconductor lasers into substantially parallel beams, and laser beams that have been converted into parallel beams. Two dichroic mirrors that synthesize the color, a condensing lens on which the color-synthesized laser beam is incident, a flat mirror that deflects the laser beam that has passed through the condensing lens, and a laser beam that is deflected by the flat mirror And a beam scanning unit for two-dimensionally scanning.
この特許文献1に係る画像表示装置において、平面ミラーで偏向したレーザービームがビーム走査部に入射するまでの光路は、各半導体レーザーから出射されたレーザービームが平面ミラーに入射されるまでの光路を含む平面から外れている。そのため、各半導体レーザーからビーム走査部までの光学系全体の厚さが厚くなり、その結果、画像表示装置全体が大型化するという問題があった。 In the image display device according to Patent Document 1, the optical path until the laser beam deflected by the plane mirror enters the beam scanning unit is the optical path until the laser beam emitted from each semiconductor laser enters the plane mirror. It is out of the plane containing. For this reason, the thickness of the entire optical system from each semiconductor laser to the beam scanning unit is increased, resulting in a problem that the entire image display apparatus is increased in size.
本発明の目的は、小型化を図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 be miniaturized.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部が搭載され、かつ、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、同一の仮想平面上にあり、
前記仮想平面は、前記フレームが前記頭部に装着されている際に、前記頭部の上下方向に沿っていることを特徴とする。
このような画像表示装置によれば、複数の光源部、光合成部および光走査部を含む構造体(ユニット)の薄型化を図ることができる。
そして、かかる薄型化された構造体をフレームの厚さ方向に垂直な方向に沿って配置することができる。その結果、画像表示装置全体の小型化を図ることができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The image display device of the present invention includes a plurality of light source units that emit light,
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit;
The light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted, and the frame is mounted on the observer's head,
The optical path until the light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane,
The virtual plane is characterized by being along the vertical direction of the head when the frame is attached to the head.
According to such an image display device, it is possible to reduce the thickness of a structure (unit) including a plurality of light source units, a light combining unit, and an optical scanning unit.
Such a thinned structure can be arranged along a direction perpendicular to the thickness direction of the frame. As a result, the entire image display apparatus can be reduced in size.
本発明の画像表示装置では、前記フレームに支持され、かつ、前記光源部、前記光合成部および前記光走査部を収納する筐体を備えることが好ましい。
これにより、光源部、光合成部および光走査部を保護することができる。また、筐体またはこれに固定的に設けられた部材により光源部、光合成部および光走査部の位置関係を安定的に固定することができる。さらに、光源部、光合成部および光走査部を筐体とともにユニット化し、フレームに対して着脱可能とすることもできる。
In the image display device according to the aspect of the invention, it is preferable that the image display apparatus includes a housing that is supported by the frame and that houses the light source unit, the light combining unit, and the light scanning unit.
Thereby, a light source part, a photosynthesis part, and an optical scanning part can be protected. In addition, the positional relationship among the light source unit, the light combining unit, and the light scanning unit can be stably fixed by the housing or a member fixedly provided on the case. Furthermore, the light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit can be unitized together with the housing, and can be attached to and detached from the frame.
本発明の画像表示装置では、前記筐体は、前記フレームに対して回動可能であることが好ましい。
これにより、光走査部で走査された光(走査光)が投影される位置を調整することができる。
本発明の画像表示装置では、前記筐体は、前記仮想平面に沿った扁平形状であることが好ましい。
これにより、薄型化が図られた筐体内に光源部、光合成部および光走査部を収納することができる。
In the image display device according to the aspect of the invention, it is preferable that the housing is rotatable with respect to the frame.
Thereby, the position where the light (scanning light) scanned by the optical scanning unit is projected can be adjusted.
In the image display device of the present invention, it is preferable that the casing has a flat shape along the virtual plane.
Accordingly, the light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit can be accommodated in the thinned casing.
本発明の画像表示装置では、前記フレームは、フロント部と、前記フロント部に接続されているテンプル部とを含み、
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部は、前記テンプル部に搭載されていることが好ましい。
これにより、眼鏡型の画像表示装置の小型化を図ることができる。
In the image display device of the present invention, the frame includes a front part and a temple part connected to the front part,
It is preferable that the light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted on the temple unit.
Thereby, the size reduction of the eyeglass-type image display device can be achieved.
本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、互いに交差する第1の軸および第2の軸のそれぞれの軸周りに揺動し、かつ、前記光合成部で合成された光を反射する光反射面が設けられた光反射板を有することが好ましい。
これにより、第1の軸周りおよび第2の軸周りに別々の光反射板を設ける場合に比し、光走査部の小型化を図ることができる。
In the image display device according to the aspect of the invention, the light scanning unit swings around each of the first axis and the second axis that intersect with each other, and reflects the light combined by the light combining unit. It is preferable to have a light reflecting plate provided with a reflecting surface.
Thereby, compared with the case where separate light reflecting plates are provided around the first axis and the second axis, the optical scanning unit can be reduced in size.
本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、前記第1の軸周りおよび前記第2の軸周りに揺動する基部と、前記基部と前記光反射板とを連結するスペーサーと、を有し、
前記光反射面は、前記光走査部の非駆動状態において前記仮想平面に対して垂直であることが好ましい。
これにより、光走査部の第1の軸および第2の軸を含む平面に沿った方向の寸法を小さくすることができる。そして、光反射部が仮想平面に対して垂直となるように光走査部を配置することにより、画像表示装置の仮想平面に対して垂直な方向に沿った厚さを小さくすることができる。
In the image display device according to the aspect of the invention, the optical scanning unit includes a base that swings around the first axis and the second axis, and a spacer that connects the base and the light reflecting plate. And
The light reflecting surface is preferably perpendicular to the virtual plane when the optical scanning unit is not driven.
Thereby, the dimension of the direction along the plane containing the 1st axis | shaft and 2nd axis | shaft of an optical scanning part can be made small. Then, by arranging the light scanning unit so that the light reflecting unit is perpendicular to the virtual plane, the thickness along the direction perpendicular to the virtual plane of the image display device can be reduced.
本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、前記基部を囲むように設けられた枠体部と、前記基部を前記枠体部に対して前記第1の軸周りに揺動可能に支持する第1の軸部と、前記枠体部を前記第2の軸周りに揺動可能に支持する第2の軸部と、を有することが好ましい。
これにより、光走査部の第1の軸および第2の軸を含む平面に沿った方向の寸法を小さくしつつ、光反射板の第1の軸および第2の軸のそれぞれの軸周りの揺動角を大きくすることができる。
In the image display device according to the aspect of the invention, the optical scanning unit supports a frame body portion provided so as to surround the base portion, and the base portion is swingably supported around the first axis with respect to the frame body portion. Preferably, the first shaft portion and the second shaft portion that supports the frame body portion so as to be swingable about the second shaft are provided.
As a result, while the dimensions in the direction along the plane including the first axis and the second axis of the optical scanning unit are reduced, the oscillations around the first axis and the second axis of the light reflecting plate are reduced. The moving angle can be increased.
本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、前記枠体部に設けられた永久磁石と、前記枠体部に対向配置され、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有することが好ましい。
これにより、光走査部の第1の軸および第2の軸に直交する方向に沿った厚さが厚くなるが、光走査部の第1の軸および第2の軸を含む平面に沿った幅を小さくすることができる。
In the image display device according to the aspect of the invention, the optical scanning unit includes a permanent magnet provided in the frame body part, and a coil that is disposed to face the frame body part and generates a magnetic field that acts on the permanent magnet. It is preferable.
This increases the thickness along the direction perpendicular to the first axis and the second axis of the optical scanning unit, but the width along the plane including the first axis and the second axis of the optical scanning unit. Can be reduced.
本発明の画像表示装置は、観察者の頭部に装着して使用される画像表示装置であって、
光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、前記使用時の前記頭部の側面または前面に沿った同一の仮想平面上にあることを特徴とする。
このような画像表示装置によれば、複数の光源部、光合成部および光走査部を含む構造体(ユニット)の薄型化を図ることができる。
そして、かかる薄型化された構造体を画像表示装置の厚さ方向に垂直な方向に沿って配置することができる。その結果、画像表示装置全体の小型化を図ることができる。
The image display device of the present invention is an image display device used by being worn on the observer's head,
A plurality of light source units that emit light;
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit,
The optical path until the light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane along the side surface or the front surface of the head at the time of use.
According to such an image display device, it is possible to reduce the thickness of a structure (unit) including a plurality of light source units, a light combining unit, and an optical scanning unit.
The thinned structure can be arranged along a direction perpendicular to the thickness direction of the image display device. As a result, the entire image display apparatus can be reduced in size.
本発明のヘッドマウントディスプレイは、光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部が搭載され、かつ、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、同一の仮想平面上にあり、
前記仮想平面は、前記フレームが前記頭部に装着されている際に、前記頭部の上下方向に沿っていることを特徴とする。
The head-mounted display of the present invention includes a plurality of light source units that emit light,
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit;
The light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted, and the frame is mounted on the observer's head,
The optical path until the light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane,
The virtual plane is characterized by being along the vertical direction of the head when the frame is attached to the head.
このようなヘッドマウントディスプレイによれば、複数の光源部、光合成部および光走査部を含む構造体(ユニット)の薄型化を図ることができる。
そして、かかる薄型化された構造体をフレームの厚さ方向に垂直な方向に沿って配置することができる。その結果、ヘッドマウントディスプレイ全体の小型化を図ることができる。
According to such a head mounted display, it is possible to reduce the thickness of a structure (unit) including a plurality of light source units, a light combining unit, and an optical scanning unit.
Such a thinned structure can be arranged along a direction perpendicular to the thickness direction of the frame. As a result, the entire head mounted display can be reduced in size.
以下、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る画像表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)の概略構成を示す図、図2(a)は、図1に示す画像表示装置の正面図、図2(b)は、図2(a)中のA−A線断面図である。
なお、図1および2では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸が図示されており、その図示した矢印の先端側を「+(プラス)」、基端側を「−(マイナス)」とする。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」という。
ここで、X軸、Y軸およびZ軸は、後述する画像表示装置1を観察者の頭部Hに装着した際に、X軸方向が頭部Hの上下方向、Z軸方向が頭部Hの左右方向、Y軸方向が頭部Hの前後方向となるように設定されている。なお、X軸方向は、観察者の正面から見て、観察者の両目を結ぶ直線と直交する直線である。
Hereinafter, preferred embodiments of an image display device and a head mounted display of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image display device (head mounted display) according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a front view of the image display device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In FIGS. 1 and 2, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the tip side of the illustrated arrow is indicated by “+ (plus)”. The end side is “− (minus)”. A direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction”.
Here, with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis, when the image display device 1 described later is mounted on the head H of the observer, the X axis direction is the vertical direction of the head H, and the Z axis direction is the head H. The left-right direction and the Y-axis direction are set to be the front-rear direction of the head H. Note that the X-axis direction is a straight line orthogonal to a straight line connecting the eyes of the observer when viewed from the front of the observer.
図1に示す画像表示装置1は、シースルー型の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。すなわち、画像表示装置1は、観察者の頭部Hに装着して使用され、観察者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させるものである。
この画像表示装置1は、頭部Hに装着される眼鏡のような外観を有するフレーム7と、フレーム7に支持された反射部材81、透明部材82および画像表示ユニット10とを備える。
An image display device 1 shown in FIG. 1 is a see-through head-mounted display (head-mounted image display device). In other words, the image display device 1 is used by being worn on the observer's head H, and allows the observer to visually recognize an image based on a virtual image superimposed on an external image.
The image display device 1 includes a
このような画像表示装置1では、フレーム7を頭部Hに装着したとき(以下、「使用時」ともいう)、観察者が反射部材81および透明部材82を介して外界像を視認し得るとともに、画像表示ユニット10が光を2次元的に走査した走査光(以下、単に「走査光」ともいう)を反射部材81に照射し、反射部材81で反射した走査光を観察者の右側の眼EYに投影することにより、観察者が視認し得る画像を虚像として形成する。
In such an image display device 1, when the
なお、本実施形態では、画像表示ユニット10をフレーム7の右側にのみ設け、右眼用の虚像のみを形成する場合を例に説明するが、画像表示ユニット10と併用して、フレーム7の左側に画像表示ユニット10と同様の構成のユニットを設けることによって、右眼用の虚像と併せて左眼用の虚像も形成してもよい。また、画像表示ユニット10に代えて、フレーム7の左側に画像表示ユニット10と同様の構成のユニットを設けることによって、左眼用の虚像のみを形成するようにしてもよい。また、右側のみ、左側のみで虚像を形成する場合には、透明部材82は、なくてもよい。
In the present embodiment, an example in which the
以下、画像表示装置1の各部を順次詳細に説明する。
(フレーム)
図1および図2(a)に示すように、フレーム7は、反射部材81、透明部材82および画像表示ユニット10を支持する機能を有する。
このフレーム7は、図1に示すように、眼鏡フレームのような形状をなす。すなわち、フレーム7は、ノーズパッド部71を支持するフロント部72と、フロント部72に接続されて観察者の耳EAに当接する1対のテンプル部(つる部)73と、各テンプル部73のフロント部72と反対の端部であるモダン部74と、を含む。
Hereinafter, each part of the image display device 1 will be sequentially described in detail.
(flame)
As shown in FIGS. 1 and 2A, the
As shown in FIG. 1, the
ノーズパッド部71は、使用時に、観察者の鼻NSに当接して、画像表示装置1を観察者の頭部Hに対して支持する。
このノーズパッド部71は、使用時における頭部Hに対するフレーム7の位置を調整可能に構成されている。
フロント部72には、左右1対のリム部75と、1対のリム部75間に設けられたブリッジ部76とが含まれる。右側のリム部75は、反射部材81を支持し、左側のリム部75は、透明部材82を支持している。
The nose pad portion 71 abuts on the nose NS of the observer when in use, and supports the image display device 1 with respect to the head H of the observer.
The nose pad portion 71 is configured to be able to adjust the position of the
The
また、図2に示すように、1対のテンプル部73のうち右側の一方のテンプル部73は、画像表示ユニット10を支持している。これにより、後述する画像表示ユニット10に含まれるレーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4がフレーム7搭載されている。
なお、画像表示ユニット10は、フロント部72に支持されていてもよい。また、各テンプル部73は、フロント部72と一体で形成されていてもよいし、フロント部72と別体で形成されていてもよい。また、フレーム7の形状は、観察者の頭部Hに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。
Further, as shown in FIG. 2, one
Note that the
(反射部材および透明部材)
図1および図2(a)に示すように、反射部材81は、前述したフレーム7の右側のリム部75に取り付けられている。また、透明部材82は、前述したフレーム7の左側のリム部75に取り付けられている。
すなわち、反射部材81は、使用時に、観察者の一方(右側)の眼EYの前方に位置するように配置されている。また、透明部材82は、使用時に、観察者の他方(左側)の眼EYの前方に位置するように配置されている。
(Reflective member and transparent member)
As shown in FIGS. 1 and 2A, the reflecting
That is, the reflecting
反射部材81および透明部材82は、それぞれ、可視光に対する透過性を有する。これにより、観察者は、反射部材81および透明部材82を介して外界光を視認することができる。
また、反射部材81は、画像表示ユニット10から出射した光(走査光)に対して反射性を有する。より具体的には、反射部材81は、画像表示ユニット10から出射した光を使用時の観察者の眼EYに向けて反射する機能を有する。これにより、観察者は、画像表示ユニット10による画像を視認することができる。
Each of the reflecting
Further, the reflecting
本実施形態では、反射部材81は、ハーフミラーである。これにより、反射部材81は、画像表示ユニット10から出射された光(走査光)を反射させるとともに、使用時において反射部材81の外側から観察者の眼EYに向かう外界光を透過させることができる。そのため、観察者は、外界像を視認しながら、走査光により形成された虚像(画像)を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。
In the present embodiment, the reflecting
この反射部材81は、図示しないが、例えば、外界光を透過させる透明基板(透光部)と、透明基板に支持され、画像表示ユニット10からの走査光を反射させる回折格子とを有する。これにより、回折格子に様々な光学特性をもたせ、光学系の部品点数を減らしたり、デザインの自由度を高めたりすることができる。例えば、回折格子としてホログラム素子を用いることにより、反射部材81で反射する走査光の出射方向を調整することができる。また、回折格子にレンズ効果をもたせることによって、反射部材81で反射する走査光の結像状態を調整することもできる。
なお、反射部材81は、前述した構成に限定されず、例えば、透明基板上に金属薄膜や誘電体多層膜等で構成された半透過反射膜を形成したものであってもよい。また、反射部材81は、可視光に対する透過性を有していなくてもよい。この場合、反射部材81を観察者の視界を妨げない位置に配置することが好ましい。
Although not shown, the reflecting
Note that the reflecting
本実施形態では、反射部材81は、フレーム7の湾曲に沿って湾曲した形状をなす。これにより、反射部材81にレンズ効果をもたせることができる。また、画像表示装置1のデザイン性を優れたものとすることもできる。なお、反射部材81の形状は、画像表示ユニット10の構成および配置や、反射部材81の光学特性等に応じて決められるものであり、図示のものに限定されない。
一方、透明部材82は、光反射性を有する必要はなく、可視光に対する透過性を有していれば、反射部材81と異なる構成であってもよいし、反射部材81と同じに構成されていてもよい。なお、透明部材82は、省略してもよい。
In the present embodiment, the reflecting
On the other hand, the
(画像表示ユニット)
次に、画像表示ユニット10について説明する。
図3は、図1に示す画像表示装置の画像表示ユニットおよび反射部材を説明する図、図4は、図1に示す画像表示装置の画像表示ユニットの概略的な平面図、図5は、図4に示す画像表示ユニットのレーザー光源が出射するレーザー光の断面を示す図、図6は、図4に示す画像表示ユニットの側面図である。また、図7は、図4に示す画像表示ユニットが有する光走査部(光スキャナー)を示す平面図、図8は、図7に示す光スキャナーの断面図である。また、図9は、図8に示す光スキャナーが有する電圧印加部のブロック図、図10は、図9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。また、図11は、光スキャナーの配置による描画可能領域の違いを示す図である。
(Image display unit)
Next, the
3 is a diagram for explaining the image display unit and the reflecting member of the image display device shown in FIG. 1, FIG. 4 is a schematic plan view of the image display unit of the image display device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is a side view of the image display unit shown in FIG. 4, and FIG. 6 is a side view of the laser beam emitted from the laser light source of the image display unit shown in FIG. 7 is a plan view showing an optical scanning unit (optical scanner) included in the image display unit shown in FIG. 4, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical scanner shown in FIG. FIG. 9 is a block diagram of a voltage application unit included in the optical scanner shown in FIG. 8, and FIG. 10 shows an example of voltages generated in the first voltage generation unit and the second voltage generation unit shown in FIG. FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a difference in the drawable area depending on the arrangement of the optical scanner.
なお、図3〜図6および図11では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X’軸、Y’軸およびZ’軸が図示されており、その図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」とする。また、X’軸に平行な方向を「X’軸方向」、Y’軸に平行な方向を「Y’軸方向」、Z’軸に平行な方向を「Z’軸方向」という。また、X’軸およびY’軸の双方に平行な面を「X’Y’平面」という。
ここで、Z’軸は、説明の便宜上、Z軸に一致しており、X’軸およびY’軸は、Z軸周りに角度αだけ回転したX軸およびY軸とそれぞれ一致する。なお、Z’軸は、Z軸に対して傾斜していてもよく、その傾斜角度は、45°以下であることが好ましく、30°以下であることがより好ましい。
3 to 6 and FIG. 11, for convenience of explanation, the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis are illustrated as three axes that are orthogonal to each other. The “+ side” and the base end side are referred to as “− side”. A direction parallel to the X ′ axis is referred to as “X ′ axis direction”, a direction parallel to the Y ′ axis is referred to as “Y ′ axis direction”, and a direction parallel to the Z ′ axis is referred to as “Z ′ axis direction”. A plane parallel to both the X ′ axis and the Y ′ axis is referred to as an “X′Y ′ plane”.
Here, for convenience of explanation, the Z ′ axis coincides with the Z axis, and the X ′ axis and the Y ′ axis coincide with the X axis and the Y axis rotated by an angle α around the Z axis, respectively. The Z ′ axis may be inclined with respect to the Z axis, and the inclination angle is preferably 45 ° or less, and more preferably 30 ° or less.
画像表示ユニット10は、図3に示すように、前述したフレーム7の一方のテンプル部73に取り付けられ、描画用レーザー光LLを走査してなる走査光を反射部材81に向けて出射する。
この画像表示ユニット10は、図4に示すように、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の光軸を傾けるとともに、描画用レーザー光LLの横断面形状を変形させるプリズム(光学部材)3と、プリズム3を通過した描画用レーザー光LLを走査する光走査部4と、描画用レーザー光LLの強度を検知する検出部5と、描画用光源ユニット2および光走査部4の作動を制御する制御部6と、これらを収納する筐体9とを有している。
As shown in FIG. 3, the
As shown in FIG. 4, the
以下、画像表示ユニット10の各部構成について順次説明する。
(描画用光源ユニット)
図4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21R、21G、21B(光源部)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。
Hereinafter, each part structure of the
(Light source unit for drawing)
As shown in FIG. 4, the drawing light source unit 2 includes red, green, blue, and
<光源部>
レーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、図示しない光源および駆動回路を有している。そして、レーザー光源21Rは、赤色のレーザー光RRを出射し、レーザー光源21Gは、緑色のレーザー光GGを出射し、レーザー光源21Bは、青色のレーザー光BBを出射する。レーザー光RR、GG、BBは、それぞれ、制御部6から送信される駆動信号に対応して出射され、コリメーターレンズ22R、22G、22Bによって平行光または略平行光にされる。
<Light source part>
Each of the
本実施形態では、レーザー光源21R、21G、21Bが、レーザー光源21R、レーザー光源21B、レーザー光源21Gの順で−Y’軸方向に並んで、かつ筐体9の図4中左側(−X’軸方向側)の端部に配置されている。そして、レーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、+X’軸方向に向けてレーザー光RR、GG、BBを出射する。このような配置とすることにより、より小さいスペースでレーザー光源21R、21G、21Bを配置することができる。そのため、画像表示ユニット10(筐体9)の小型化を図ることができる。なお、レーザー光源21R、21G、21Bの配置は、上記の配置に限定されない。
このようなレーザー光源21R、21G、21Bとしては、例えば、端面発光半導体レーザー、面発光半導体レーザーなどの半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーを用いることにより、レーザー光源21R、21G、21Bの小型化を図ることができる。
In the present embodiment, the
As such
レーザー光源21R、21G、21Bとして、半導体レーザーを用いた場合、一般的には、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されるレーザー光RR、GG、BBが有する光強度分布の輪郭形状(いわゆるFFP:Far Field Pattern)は、それぞれ、略楕円形状となる。なお、以下では、レーザー光RR、GG、BBの「断面形状」を、レーザー光RR、GG、BBの「光強度分布の輪郭形状」と同義の意味で用いる。すなわち、この場合には、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されるレーザー光RR、GG、BBは、それぞれ、略楕円形の断面形状を有していると言い換えることができる。ここで、断面形状とは、レーザー光RR、GG、BBの光軸に垂直な断面における形状である。
When semiconductor lasers are used as the
図5に示すように、レーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、略楕円状(長円状)の断面形状を有するレーザー光RR、GG、BBを出射する。そして、これらレーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、レーザー光RR、GG、BBの横断面がなす楕円の長軸がZ’軸とほぼ一致し、短軸がY’軸とほぼ一致するように筐体9内に配置されている。言い換えると、レーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、Z’軸方向(X’Y’平面の法線方向)の放射角が、Y’軸方向(X’Y’平面の面内方向)の放射角よりも大きいレーザー光RR、GG、BBを出射する。これにより、例えば上記と逆の場合(Z’軸方向の放射角がY’軸方向の放射角よりも小さい場合)と比較して、Y’軸方向に並ぶ3つのレーザー光源21R、21G、21Bを狭ピッチで配置することができる。そのため、筐体9のX’Y’面内方向の広がりを抑えることができる。したがって、画像表示ユニット10の小型化を図ることができる。
As shown in FIG. 5, the
また、レーザー光源21R、21G、21Bが出射するレーザー光RR、GG、BBは、それぞれ、直線偏光である。また、レーザー光RR、GG、BBは、それぞれ、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bの反射面/透過面(入射面)およびプリズム3の入射面に対して垂直な偏光成分であるs偏光である。すなわち、レーザー光源21R、21G、21Bは、それぞれ、振動方向(偏光方向)がZ’軸方向となる偏光であり、振動方向と、断面形状である楕円の長軸方向とが一致するレーザー光RR、GG、BBを出射するように構成されている。レーザー光RR、GG、BBをs偏光とすることにより、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bおよびプリズム3でのレーザー光RR、GG、BBの損失を少なくすることができる。
The laser beams RR, GG, and BB emitted from the
<光合成部>
ダイクロイックミラー23Rは、レーザー光RRを反射する特性を有している。ダイクロイックミラー23Bは、レーザー光BBを反射するとともに、レーザー光RRを透過する特性を有している。ダイクロイックミラー23Gは、レーザー光GGを透過するとともに、レーザー光RR、BBを反射する特性を有している。これらダイクロイックミラー23R、23G、23Bによって、各色のレーザー光RR、GG、BBの光軸を一致または略一致(合成)させ、1つの描画用レーザー光LLが+X’軸方向に出射される。すなわち、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bは、レーザー光RR、GG、BBを合成する光合成部23を構成している。
<Photosynthesis unit>
The
本実施形態では、レーザー光源21R、21G、21Bの配置に倣って、ダイクロイックミラー23R、ダイクロイックミラー23B、ダイクロイックミラー23Gの順で−Y’軸方向に並んで配置されている。また、ダイクロイックミラー23Rは、レーザー光源21Rから+X’軸方向に出射されたレーザー光RRを−Y’軸方向に反射するように設けられる。そして、ダイクロイックミラー23Bは、レーザー光源21Bから+X’軸方向に出射されたレーザー光BBを−Y’軸方向に反射し、ダイクロイックミラー23Rによって−Y’軸方向に反射されたレーザー光RRを透過するように設けられる。さらに、ダイクロイックミラー23Gは、レーザー光源21Gから+X’軸方向に出射されたレーザー光GGを透過し、ダイクロイックミラー23R、23Bによって−Y’軸方向に反射されたレーザー光RR、BBを+X’軸方向に反射するように設けられている。これにより、レーザー光RR、GG、BBを合成してなる描画用レーザー光LLが光合成部23から+X’軸方向に出射される。
In the present embodiment, following the arrangement of the
ここで、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bは、レーザー光の波長による屈折率差により生ずる分散性を考慮して、短い波長のレーザー光ほどプリズム3への入射角が大きくなるように配置されているのが好ましい。すなわち、(青色のレーザー光BBの入射角θB)>(緑色のレーザー光GGの入射角θG)>(赤色のレーザー光RRの入射角θR)の関係を満たすように、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bが、反射面をZ’軸まわりに僅かにずらして配置されている。
Here, the
(プリズム)
プリズム3は、レーザー光RR、GG、BBを合成してなる描画用レーザー光LLの光軸を傾ける第1の機能と、描画用レーザー光LLの形状(断面形状)を変形させる第2の機能と、描画用レーザー光LLの放射角を制御する(集光させる、等)第3の機能とを有する光学部材である。プリズム3は、ガラスや水晶で構成された実質的に無色透明な多面体である。このようなプリズム3としては、上記のような機能を有していれば特に限定されず、例えば、略三角柱状をなす三角プリズムを用いることができる。なお、例えば、三角プリズムの各角部は、機能に影響を及ぼさない限り面取り等されていてもよい。
(prism)
The
まず、上記第1の機能について説明する。プリズム3は、入射面31から入射した描画用レーザー光LLを、出射面32から+X’軸方向に対して+Y’軸方向に傾斜した方向(筐体9の中心側へ向かう方向)に出射する。すなわち、描画用レーザー光LLの光軸をZ’軸周りに(X’Y’平面内にて)傾けている。このようなプリズム3によれば、描画用レーザー光LLを筐体9の中心側へ向かわせることができる。筐体9内において、レーザー光源21R、21Bからレーザー光RR、BBが出射する方向の延長線上には、部材を配置するスペースが十分に存在し、このスペースに光走査部4を配置することにより、筐体9の内部空間を効率的に使用することができる。すなわち、描画用レーザー光LLの光軸を筐体9の中心側へ傾けることにより、筐体9内のデッドスペース(部材が配置されていない無駄なスペース)をより少なくすることができ、画像表示ユニット10の小型化を図ることができる。
First, the first function will be described. The
次に、上記第2の機能について説明する。プリズム3は、描画用レーザー光LLの光軸に垂直な断面形状を略楕円形から略円形へ整形する。具体的には、プリズム3は、入射した描画用レーザー光LLの断面形状のZ’軸方向の幅をほぼ一定に保ちつつ、X’Y’面内方向の幅を広くすることにより、描画用レーザー光LLの断面形状を略円形に整形する。言い換えると、プリズム3は、断面形状である楕円の短軸の長さを大きくし、短軸と長軸の比(アスペクト比)がほぼ1となるように描画用レーザー光LLの断面形状を整形する。このように、描画用レーザー光LLの断面形状を略円形とすることにより、優れた画像表示特性を発揮することのできる画像表示ユニット10となる。ここで、前述したように、描画用レーザー光LLの断面形状を、Z’軸方向を長軸とする略楕円形とすることにより、プリズム3をX’Y’平面内で回転させるだけでよくなるため、プリズム3が線ゆする筐体9の厚み方向(Z’軸方向)の長さが最少となるように配置することができる。そのため、画像表示ユニット10の小型化(薄型化)を図ることができる。
Next, the second function will be described. The
次に、上記第3の機能について説明する。プリズム3の出射面32は、湾曲凸面(レンズ面)で構成されており、集光レンズとして機能し、平行光としてプリズム3に入射した描画用レーザー光LLを集光(収束)させる。このように描画用レーザー光LLを収束させることにより、より鮮明な画像(高解像度感の画像)を表示することができる。また、出射面32を集光レンズとして機能させることにより、集光レンズをプリズム3と別に設ける必要がなく、部品点数を低減でき、画像表示ユニット10の小型化を図ることができる。なお、プリズム3の出射面32の構成は、放射角を制御することができれば、凸面(集光レンズ)に限られる必要はなく、例えば凹面(発散レンズ)であってもよい。
また、画像表示ユニット10では、光学部材としてプリズム3を用いているが、前述したプリズム3の機能と同様の効果を発揮することができれば、プリズム以外の他の光学部材を用いてもよい。
Next, the third function will be described. The
In the
以上、描画用光源ユニット2およびプリズム3について詳細に説明した。画像表示ユニット10では、図6に示すように、レーザー光RR、GG、BBが光走査部4に入射するまでの光路が同一の仮想平面である面F(X’Y’平面)上に位置している。すなわち、面F内において、レーザー光源21R、21G、21Bがレーザー光RR、GG、BBを出射し、光合成部23がレーザー光RR、GG、BBを合成して描画用レーザー光LLを出射し、プリズム3が描画用レーザー光LLの光軸をX’Y’平面内で傾けている。
The drawing light source unit 2 and the
(光走査部)
光走査部4は、プリズム3を通過した描画用レーザー光LLを2次元走査する機能を有している。このような光走査部4としては、描画用レーザー光LLを2次元走査することができれば、特に限定されないが、例えば、次のような構成の光スキャナー40を用いることができる。
図7および図8に示すように、光スキャナー40は、可動部41と、1対の軸部421、422(第1の軸部)と、枠体部43と、2対の軸部441、442、443、444(第2の軸部)と、支持部45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。
(Optical scanning part)
The
As shown in FIGS. 7 and 8, the
ここで、可動部41および1対の軸部421、422は、第1の軸J1周りに揺動(往復回動)する第1の振動系を構成する。また、可動部41、1対の軸部421、422、枠体部43、2対の軸部441、442、443、444および永久磁石46は、第2の軸J2周りに揺動(往復回動)する第2の振動系を構成する。また、永久磁石46、コイル47および電圧印加部49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駆動部を構成する。
Here, the
以下、光スキャナー40の各部を順次詳細に説明する。
図7および図8に示すように、可動部41は、基部411と、スペーサー412を介して基部411に固定された光反射板413とを有する。光反射板413の上面(一方の面)には、光反射性を有する光反射部414が設けられている。そして、光反射部414の表面が描画用レーザー光LLを反射する光反射面414aを構成する。上述の通り、可動部41は、第1の軸J1および第2の軸J2周りに揺動する。すなわち、可動部41を構成する基部411、スペーサー412、光反射板413および光反射面414aについても、第1の軸J1および第2の軸J2周りに揺動するといえる。
Hereinafter, each part of the
As shown in FIGS. 7 and 8, the
光反射板413は、基部411および軸部421、422に対して厚さ方向に離間するとともに、厚さ方向からみたときに(以下、「平面視」ともいう)軸部421、422と重なって設けられている。
そのため、軸部421と軸部422との間の距離を短くしつつ、光反射板413の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部421と軸部422との間の距離を短くすることできることから、枠体部43の小型化を図ることができる。さらに、枠体部43の小型化を図ることができることから、軸部441、442と軸部443、444との間の距離を短くすることできる。このようなことから、基部411と光反射板413とをスペーサー412で連結することにより、光反射板413の板面の面積を大きくしても、光スキャナー40の小型化を図ることができる。すなわち、光走査部4の第1の軸J1および第2の軸J2を含む平面に沿った方向の寸法を小さくすることができる。そして、光反射面414aが面Fに対して垂直となるように光スキャナー40(光走査部4)を配置することにより、画像表示装置1の面Fに対して垂直な方向(Z’軸方向)に沿った厚さを小さくすることができる。
The
Therefore, the area of the plate surface of the
また、光反射板413は、平面視にて、軸部421、422の全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部421、422は、それぞれ、平面視にて、光反射板413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413の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部414の面積を大きくすることができる。また、不要な光(例えば、光反射板413に入射できなかった光)が軸部421、422で反射して迷光となるのを防止することができる。
The
また、光反射板413は、平面視にて、枠体部43の全体を覆うように形成されている。言い換えると、枠体部43は、平面視にて、光反射板413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413の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部414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43で反射して迷光となるのを防止することができる。
さらに、光反射板413は、平面視にて、軸部441、442、443、444の全体を覆うように形成されている。これにより、光反射板413の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部414の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部441、442、443、444で反射して迷光となるのを防止することができる。
The
Furthermore, the
本実施形態では、光反射板413は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射板413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。
このような光反射板413の下面(他方の面、光反射板413の基部411側の面)には、硬質層415が設けられている。
In the present embodiment, the
A
硬質層415は、光反射板413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413の剛性を高めることができる。そのため、光反射板413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413の厚さを薄くし、光反射板413の第1の軸J1周りおよび第2の軸J2周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。
The
このような硬質層415の構成材料としては、光反射板413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、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、カーボンナイトライド膜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。なお、硬質層415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。
The constituent material of the
また、光反射板413の下面は、スペーサー412を介して基部411に固定されている。これにより、軸部421、422、枠体部43および軸部441、442、443、444との接触を防止しつつ、光反射板413を第1の軸J1周りに揺動させることができる。
また、基部411は、平面視にて、光反射板413の外周に対して内側に位置している。また、基部411の平面視での面積は、基部411がスペーサー412を介して光反射板413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413の板面の面積を大きくしつつ、軸部421と軸部422との間の距離を小さくすることができる。
Further, the lower surface of the
The
枠体部43は、枠状をなし、前述した可動部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。そして、枠体部43は、軸部441、442、443、444を介して支持部45に支持されている。また、可動部41の基部411は、軸部421、422を介して枠体部43に支持されている。
The
また、枠体部43は、第1の軸J1に沿った方向での長さが第2の軸J2に沿った方向での長さよりも長くなっている。すなわち、第1の軸J1に沿った方向における枠体部43の長さをaとし、第2の軸J2に沿った方向における枠体部43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421、422に必要な長さを確保しつつ、第2の軸J2に沿った方向における光スキャナー40の長さを抑えることができる。後述するように、光スキャナー40は、第2の軸J2がZ’軸と平行となるように筐体9に配置されるため、前述したようなa>bなる関係を満足することにより、筐体9の厚さ(Z’軸方向の長さ)を薄くすることができる。
Further, the length of the
また、枠体部43は、平面視にて、可動部41の基部411および1対の軸部421、422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41および1対の軸部421、422で構成された第1の振動系の振動、すなわち、可動部41の第1の軸J1周りの揺動を許容しつつ、枠体部43の小型化を図ることができる。なお、枠体部43の形状は、枠状であれば、図示のものに限定されない。
In addition, the
軸部421、422および軸部441、442、443、444は、それぞれ、弾性変形可能である。そして、軸部421、422は、可動部41を第1の軸J1周りに揺動可能とするように、可動部41と枠体部43を連結している。また、軸部441、442、443、444は、枠体部43を第1の軸J1に直交する第2の軸J2周りに揺動可能とするように、枠体部43と支持部45を連結している。
The
軸部421、422は、可動部41の基部411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421、422は、それぞれ、第1の軸J1に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部421、422は、それぞれ、一端部が基部411に接続され、他端部が枠体部43に接続されている。また、軸部421、422は、それぞれ、中心軸が第1の軸J1に一致するように配置されている。このような軸部421、422は、それぞれ、可動部41の第1の軸J1周りの揺動に伴って捩れ変形する。
The
軸部441、442および軸部443、444は、枠体部43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441、442、443、444は、それぞれ、第2の軸J2に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部441、442、443、444は、それぞれ、一端部が枠体部43に接続され、他端部が支持部45に接続されている。また、軸部441、442は、第2の軸J2を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部443、444は、第2の軸J2を介して互いに対向するように配置されている。このような軸部441、442、443、444は、枠体部43の第2の軸J2周りの揺動に伴って、軸部441、442全体および軸部443、444全体がそれぞれ捩れ変形する。
The
このように、可動部41を第1の軸J1周りに揺動可能とするとともに、枠体部43を第2の軸J2周りに揺動可能とすることにより、可動部41(光反射板413)を互いに直交する第1の軸J1および第2の軸J2の2軸周りに揺動させることができる。
なお、軸部421、422および軸部441、442、443、444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。
As described above, the
Note that the shapes of the
前述したような基部411、軸部421、422、枠体部43、軸部441、442、443、444および支持部45は、一体的に形成されている。
本実施形態では、基部411、軸部421、422、枠体部43、軸部441、442、443、444および支持部45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411、軸部421、422、枠体部43、軸部441、442、443、444および支持部45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40の小型化を図ることができる。
The
In this embodiment, the
そして、基部411、軸部421、422および軸部441、442、443、444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421、422および軸部441、442、443、444の弾性を優れたものとすることができる。また、基部411が第1の軸J1周りに回動する際に枠体部43に接触するのを防止することができる。
The
また、枠体部43および支持部45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43および支持部45の剛性を優れたものとすることができる。また、枠体部43のSiO2層および第2のSi層は、枠体部43の剛性を高めるリブとしての機能だけでなく、可動部41が永久磁石46に接触するのを防止する機能も有する。
Further,
また、平面視にて、軸部421、422、軸部441、442、443、444、枠体部43および支持部45の上面の、光反射板413の外側に位置する部分には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、光反射板413以外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411、軸部421、422および軸部441、442、443、444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, in plan view, the portions of the upper surfaces of the
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412および光反射板413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412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413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412および光反射板413を形成することにより、互いに接合されたスペーサー412および光反射板413を簡単かつ高精度に製造することができる。
このようなスペーサー412は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材(図示せず)により基部411に接合されている。
In the present embodiment, the
Such a
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の軸J1および第2の軸J2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46は、第1の軸J1および第2の軸J2の両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46は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石46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。また、永久磁石46は、平面視にて、第1の軸J1と第2の軸J2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。
A
In the present embodiment, the
第2の軸J2に対する永久磁石46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46を設けることで、円滑かつ確実に可動部41を第2の軸J2周りに揺動させることができる。
このような永久磁石46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46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43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46を枠体部43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46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
永久磁石46の直下には、コイル47が設けられている。これにより、コイル47から発生する磁界を効率的に永久磁石46に作用させることができる。これにより、光スキャナー40の省電力化および小型化を図ることができる。コイル47は、磁心48に巻回されて設けられている。これにより、コイル47で発生した磁界を効率的に永久磁石46に作用させることができる。なお、磁心48は、省略してもよい。
このようなコイル47は、電圧印加部49に電気的に接続されている。そして、電圧印加部49によりコイル47に電圧が印加されることで、コイル47から第1の軸J1および第2の軸J2に直交する磁束を有する磁界が発生する。
A
Such a
電圧印加部49は、図9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。
As shown in FIG. 9, the
第1の電圧発生部491は、図10(a)に示すように、周期T1で周期的に変化する第1の電圧V1(主走査用電圧)を発生させるものである。第1の電圧V1は、正弦波のような波形をなしている。第1の電圧V1の周波数(1/T1)は、例えば、10〜40kHzであるのが好ましい。本実施形態では、第1の電圧V1の周波数は、可動部41、1対の軸部421、422で構成される第1の振動系の捩り共振周波数(f1)と等しくなるように設定されている。これにより、可動部41の第1の軸J1周りの回動角を大きくすることができる。
As shown in FIG. 10A, the
一方、第2の電圧発生部492は、図10(b)に示すように、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2の電圧V2(副走査用電圧)を発生させるものである。第2の電圧V2は、鋸波のような波形をなしている。第2の電圧V2の周波数(1/T2)は、第1の電圧V1の周波数(1/T1)と異なっていればよく、例えば、30〜80Hz(60Hz程度)であるのが好ましい。本実施形態では、第2の電圧V2の周波数は、可動部41、1対の軸部421、422、枠体部43、2対の軸部441、442、443、444および永久磁石46で構成された第2の振動系の捩り共振周波数(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。
On the other hand, as shown in FIG. 10B, the
The frequency of the second voltage V2 is preferably smaller than the frequency of the first voltage V1. As a result, the
また、第1の振動系の捩り共振周波数をf1[Hz]とし、第2の振動系の捩り共振周波数を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、10f2≦f1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41を、第1の軸J1周りに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、第2の軸J2周りに第2の電圧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の電圧V2の周波数による第1の振動系の振動が発生する可能性がある。
このような第1の電圧発生部491および第2の電圧発生部492は、それぞれ、制御部6に接続され、この制御部6からの信号に基づき駆動する。このような第1の電圧発生部491および第2の電圧発生部492には、電圧重畳部493が接続されている。
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。
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 10f2 ≦ f1. As a result, the
The first
The
次に、光スキャナー40の駆動方法について説明する。なお、第1の電圧V1の周波数は、第1の振動系の捩り共振周波数と等しく設定されており、第2の電圧V2の周波数は、第2の振動系の捩り共振周波数と異なる値に、かつ、第1の電圧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の電圧V1の周波数が18kHz、第2の電圧V2の周波数が60Hzに設定されている)ものとする。
Next, a method for driving the
例えば、図10(a)に示すような第1の電圧V1と、図10(b)に示すような第2の電圧V2とを電圧重畳部493にて重畳し、重畳した電圧をコイル47に印加する。
すると、第1の電圧V1によって、永久磁石46の一端部(N極)をコイル47に引き付けようとするとともに、永久磁石46の他端部(S極)をコイル47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46の一端部(N極)をコイル47から離間させようとするとともに、永久磁石46の他端部(S極)をコイル47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 voltage V 1 as shown in FIG. 10A and the second voltage V 2 as shown in FIG. 10B are superimposed by the
Then, the first voltage V <b> 1 tries to attract one end (N pole) of the
このように磁界A1と磁界A2とが交互に切り換わることで、枠体部43に第1の軸J1周りの捩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421、422を捩れ変形させつつ、可動部41が第1の電圧V1の周波数で第1の軸J1周りに揺動する。なお、第1の電圧V1の周波数は、第1の振動系の捩り共振周波数と等しいため、共振振動によって、可動部41を大きく揺動させることができる。
As the magnetic field A1 and the magnetic field A2 are alternately switched in this way, vibration having a torsional vibration component around the first axis J1 is excited in the
一方、第2の電圧V2によって、永久磁石46の一端部(N極)をコイル47に引き付けようとするとともに、永久磁石46の他端部(S極)をコイル47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46の一端部(N極)をコイル47から離間させようとするとともに、永久磁石46の他端部(S極)をコイル47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, the second voltage V <b> 2 is used to attract one end (N pole) of the
このように磁界B1と磁界B2とが交互に切り換わることで、軸部441、442および軸部443、444をそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部43が可動部41とともに、第2の電圧V2の周波数で第2の軸J2周りに揺動する。なお、前述のように、第2の電圧V2の周波数が第1の電圧V1の周波数に比べて極めて低く設定され、第2の振動系の捩り共振周波数が第1の振動系の捩り共振周波数よりも低く設計されているため、可動部41が第2の電圧V2の周波数で第1の軸J1周りに回動してしまうことを防止することができる。
As the magnetic field B1 and the magnetic field B2 are alternately switched in this way, the
以上説明したように光スキャナー40では、第1の電圧V1と第2の電圧V2とを重畳させた電圧をコイル47に印加することで、可動部41を、第1の軸J1周りに第1の電圧V1の周波数で回動させつつ、第2の軸J2周りに第2の電圧V2の周波数で回動させることができる。これにより、装置の低コスト化および小型化を図るとともに、電磁駆動方式(ムービングマグネット方式)により、可動部41を第1の軸J1および第2の軸J2のそれぞれの軸周りに揺動させ、光反射部414で反射した描画用レーザー光LLを2次元走査することができる。また、駆動源を構成する部品(永久磁石およびコイル)の数を少なくすることができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。また、コイル47が光スキャナー40の振動系と離間しているので、かかる振動系に対するコイル47の発熱による悪影響を防止することができる。
As described above, in the
以上、光スキャナー40の構成について詳細に説明した。上述のような、ジンバル型をなす2次元走査型の光スキャナー40によれば、1つの装置で描画用レーザー光LLを2次元走査することができるため、例えば、1次元走査型の光スキャナーを2つ組み合わせて描画用レーザー光LLを2次元走査させる構成と比較して、光走査部4の小型化を図ることができ、また、アライメントの調整も容易となる。特に、光走査部4の第1の軸J1および第2の軸J2を含む平面に沿った方向の寸法を小さくしつつ、光反射板413の第1の軸J1および第2の軸J2のそれぞれの軸周りの揺動角を大きくすることができる。
The configuration of the
また、光スキャナー40は、永久磁石46とコイル47とを用いて駆動する電磁駆動型の光スキャナーである。このような構成とすることにより、図8に示すように、永久磁石46とコイル47とを対向配置しなければならないため、光スキャナー40の厚さ(第1の軸J1および第2の軸J2の交点と交わりこれら両軸に直交する軸J3方向の長さ)が厚くなるが、反対に、第1の軸J1および第2の軸J2を含む面内方向での大きさ(幅)を小さくすることができる。このように、厚さ方向よりも前記面内方向での小型化を図ることにより、光スキャナー40は、画像表示ユニット10に適した光スキャナーとなる。
The
図4および図6に示すように、以上説明したような構成の光スキャナー40は、非駆動状態(コイル47に電圧が印加されていない状態)にて、光反射部414がX’Y’平面に対して垂直となるように筐体9内に配置されている。言い換えると、光スキャナー40は、非駆動状態において、第1の軸J1および第2の軸J2を含む平面がX’Y’平面と直交する(軸J3が面F内に位置する)ように筐体9内に配置されている。ここで、前述したように、光スキャナー40は、第1の軸J1および第2の軸J2を含む平面の面内方向の大きさが小さく抑えられているため、このような配置とすることにより、画像表示ユニット10(筐体9)の小型化(薄型化)を図ることができる。なお、光スキャナー40は、軸J3方向の厚さがそれほど薄くないが、画像表示ユニット10では、軸J3が面F内に位置するように配置されているため、それに伴う装置の大型化が最低限に抑えられている。
As shown in FIGS. 4 and 6, in the
また、プリズム3を通過した描画用レーザー光LLは、軸J3に対して傾斜した方向から光反射部414に入射する。光スキャナー40の非駆動状態において、軸J3と光反射部414に入射する描画用レーザー光LLとのなす角としては、特に限定されないが、30°以上、60°以下程度であるのが好ましい。
このように、軸J3(光反射面414aの法線)に対して傾斜した方向から描画用レーザー光LLを光反射部414に入射することにより、光スキャナー40で走査された描画用レーザー光LLを、他の部材(例えばプリズム3)と干渉することなく筐体9の外部に出射させることができる。そのため、光スキャナー40によって走査された描画用レーザー光LLの光路を変更する平面ミラーやプリズム等の設置が必要ないため、画像表示ユニット10の小型化を図ることができる。
The drawing laser light LL that has passed through the
In this manner, the drawing laser beam LL scanned by the
光スキャナー40は、第1の軸J1(軸部421、422)がX’Y’平面の面内方向と平行となり(面Fと一致し)、第2の軸J2(軸部441、442、443、444)がZ’軸と平行となるように配置されている。ここで、光スキャナー40では、共振駆動である第1の軸J1周りの可動部41の振幅(揺動角)が、非共振駆動である第2の軸J2周りの可動部41の振幅よりも大きい。このように、光スキャナー40は、X’Y’平面の面内方向の可動部41の振幅よりも、Z’軸方向の振幅の可動部41の振幅の方が大きくなるように配置されている。このような配置とすることにより、次のような効果を発揮することができる。
前述したように、描画用レーザー光LLは、軸J3に対して傾斜した方向から光反射部414に入射するため、光反射部414によって2次元走査された描画用レーザー光LLからなる走査光がその横断面に沿った仮想スクリーンに描画可能な描画可能領域Sの形状は、正確な長方形とはならずに歪んでしまう。
In the
As described above, since the drawing laser beam LL is incident on the
本実施形態のように、第1の軸J1周りの可動部41の振幅(揺動角)が第2の軸J2周りの可動部41の振幅よりも大きい光スキャナー40を、第1の軸J1がX’Y’平面の面内方向に平行となるとともに第2の軸J2がZ’軸に平行となるように配置した場合、描画可能領域Sの形状は、図11(a)に示すように、歪みが小さくなる。
これに対し、第1の軸J1周りの可動部41の振幅(揺動角)が第2の軸J2周りの可動部41の振幅よりも大きい光スキャナー40を、第2の軸J2がX’Y’平面の面内方向に平行となるとともに第1の軸J1がZ’軸に平行となるように配置した場合、描画可能領域Sの形状は、図11(b)に示すように、歪みが大きくなる。
As in the present embodiment, the
On the other hand, the
このようなことから、図11(a)に示す描画可能領域Sの方が図11(b)に示す描画可能領域Sよりも、描画可能領域S内に確保できる矩形状の有効描画領域(実際に描画用レーザー光LLを照射して画像を表示させる領域)S’の面積を大きくすることができる。したがって、図11(a)に示す描画可能領域Sの方が図11(b)に示す描画可能領域Sよりも、描画に有効利用できる面積が大きいため、より効率的かつ大きな画像を描画することができる。 For this reason, the drawable area S shown in FIG. 11A is more effective than the drawable area S shown in FIG. It is possible to increase the area of the region (S ′) where the image is displayed by irradiating the drawing laser beam LL. Accordingly, since the drawable area S shown in FIG. 11A has a larger area that can be effectively used for drawing than the drawable area S shown in FIG. 11B, a more efficient and larger image can be drawn. Can do.
なお、光スキャナー40の配置は、第1の軸J1がX’Y’平面の面内方向に平行となるとともに第2の軸J2がZ’軸に平行となるような配置が好ましいが、第2の軸J2がX’Y’平面の面内方向に平行となるとともに第1の軸J1がZ’軸に平行となるような配置であってもよい。この場合、第2の軸J2周りの可動部41の振幅(揺動角)を第1の軸J1周りの可動部41の振幅よりも大きくすると、図11(a)に示すような描画可能領域Sを実現することができる。
The arrangement of the
(検出部)
図4に示す検出部5は、描画用レーザー光LL(各レーザー光RR、GG、BB)の強度を検知する機能を有している。このような検出部5は、筐体9内に設けられたフォトダイオード等の受光素子51を有している。前述したプリズム3の入射面31は、各レーザー光RR、GG、BBを僅かに反射するように構成されており(例えば0.1%程度の反射率)、その反射光の光路上に受光素子51が位置している。受光素子51からは、受光した反射光の強度に応じた大きさの信号(電圧)が出力され、この信号に基づいて、各レーザー光RR、GG、BBの強度を検出することができる。
(Detection unit)
The
検出した各レーザー光RR、BB、GGの強度に関する情報は、制御部6に送られ、受信した情報に基づいて、制御部6がレーザー光源21R、21G、21Bの駆動を制御する。
具体的には、予め、コリメーターレンズ22R、22G、22B、ダイクロイックミラー23R、23G、23Bの各レーザー光RR、GG、BBの反射率および透過率と、入射面31の各レーザー光RR、GG、BBの反射率を測定し、これらの情報を制御部6の図示しないメモリーに記憶させておく。
Information regarding the intensity of each detected laser beam RR, BB, GG is sent to the
Specifically, the reflectance and transmittance of the laser beams RR, GG, and BB of the
次に、例えば、画像の描画を開始する前に、制御部6から所定の大きさ(電圧)の駆動信号を駆動回路に送信し、レーザー光源21Rからレーザー光RRを出射する。そのレーザー光RRの一部がプリズム3の入射面31で反射し、この反射光を受光素子51が受光し、反射光の強度が検出される。そして、前記メモリーに記憶された各部のレーザー光RRの反射率に基づいて、レーザー光源21Rから出射されたレーザー光RRの実際の強度を求める。これにより、レーザー光RRの強度と駆動信号の大きさ(電圧値)との関係が求められ、所定強度のレーザー光RRを出射するために必要な駆動信号の大きさが明らかとなる。
Next, for example, before starting drawing an image, a drive signal of a predetermined magnitude (voltage) is transmitted from the
このような関係は、前記メモリーに記憶される。そして、画像を描画する際には、この関係に基づいて、レーザー光源21Rから所望強度のレーザー光RRが出射されるように、制御部6が所望の駆動信号を駆動回路に送信する。レーザー光GG、BBについても同様にして、レーザー光GG、BBの強度と駆動信号の大きさとの関係を求め、求めた関係に基づいて、レーザー光源21G、21Bから所望強度のレーザー光GG、BBが出射されるように、制御部6が所望の駆動信号を駆動回路に送信する。
これにより、所望の色および輝度の描画用レーザー光LLを生成することができ、画像表示特性が向上する。
Such a relationship is stored in the memory. And when drawing an image, based on this relationship, the
Thereby, the drawing laser beam LL having a desired color and luminance can be generated, and the image display characteristics are improved.
なお、前述では、画像の描画を開始する前に、レーザー光RRの強度と駆動信号の大きさ(電圧値)との関係を得る場合について説明したが、このような関係を得るタイミングは、これに限定されず、例えば、画像を描画している最中であってもよい。前述したように、描画用レーザー光LLは、描画可能領域S内の有効描画領域S’に照射され、その他の部分(非描画領域S”)には照射されない。そのため、画像を描画している最中であって、可動部41(光反射部414)が非描画領域S”に向き、描画用レーザー光LLが出射されていないときに、上述のようにしてレーザー光RRの強度と駆動信号の大きさ(電圧値)との関係を得てもよい。 In the above description, the case where the relationship between the intensity of the laser beam RR and the magnitude (voltage value) of the drive signal is obtained before the drawing of the image has been described. For example, the image may be in the middle of drawing. As described above, the drawing laser beam LL is applied to the effective drawing area S ′ in the drawable area S and is not applied to other parts (non-drawing area S ″). Therefore, an image is drawn. When the movable portion 41 (light reflecting portion 414) is directed to the non-drawing region S ″ and the drawing laser beam LL is not emitted, the intensity of the laser beam RR and the drive signal are as described above. You may obtain the relationship with the magnitude | size (voltage value) of.
(制御部)
図4に示す制御部6は、描画用光源ユニット2および光走査部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40を駆動して可動部41を第1の軸J1および第2の軸J2周りに揺動させるとともに、その可動部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、画像データに応じた画像を表示することができる。
(Control part)
The
(筐体)
筐体9は、図3に示すように、フレーム7に支持され、かつ、図4に示すように、描画用光源ユニット2、プリズム3、光走査部4、検出部5および制御部6を収納している。これにより、レーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4等を保護することができる。また、筐体9またはこれに固定的に設けられた部材によりレーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4等の位置関係を安定的に固定することができる。さらに、レーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4等を筐体9とともにユニット化し、フレーム7に対して着脱可能とすることもできる。なお、制御部6は、本実施形態のように筐体9内に収容されていてもよいし、制御部6は筐体9の外側に設けられていてもよい。
(Casing)
The
本実施形態では、筐体9は、フレーム7の一方のテンプル部73に支持されている。すなわち、レーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4は、テンプル部73に搭載されている。これにより、簡単な構成で、画像表示ユニット10から出射された走査光を反射部材81で反射して一方の眼EYに導くことができる。そのため、眼鏡型の画像表示装置1の小型化を図ることができる。
In the present embodiment, the
また、筐体9は、フレーム7に対して回動可能である。具体的には、筐体9は、図2(a)および図3に示すように、筐体9側に設けられた第1部材92と、フレーム7側に設けられた第2部材79と、第1部材92および第2部材79を貫通するピン93とで構成されたヒンジによりフレーム7に対して回動可能となっている。これにより、光走査部4で走査された光(走査光)が投影される位置を調整することができる。
The
かかるヒンジは、例えばトルクヒンジであって、フレーム7に対する筐体9の回動角度(前述した角度α)を任意の位置で保持可能となっている。また、本実施形態では、ピン93がZ’軸方向に第1部材92および第2部材79を貫通していて、筐体9をフレーム7に対してZ’軸に平行な軸線周りに回動可能となっている。したがって、前述した角度αを任意に変更することができる。
Such a hinge is, for example, a torque hinge, and can hold the rotation angle of the
なお、フレーム7に対する筐体9の回動中心軸は、反射部材81と筐体9との位置関係や走査光の投影位置を調整する必要の程度等に応じて決められるものであり、Z’軸に対して傾斜していてもよし、Y’軸またはZ’軸に対して平行または傾斜していてもよい。また、筐体9をフレーム7に対して回動可能とする構成としては、図示のものに限定されず、例えば、公知の各種ヒンジを用いることができる。また、反射部材81および筐体9の相対的な位置および姿勢の関係を維持しながら、反射部材81および筐体9を一体としてフレーム7に対して移動または回動させるように構成してもよい。
The rotation center axis of the
筐体9は、面Fに沿った扁平形状をなしている。すなわち、筐体9は、X’Y’平面に沿って広がりを有し、Z’軸方向に高さを有する。この筐体9内には、描画用光源ユニット2、プリズム3、光走査部4および検出部5がX’Y’平面に沿って並んで配置および収容されている。これにより、薄型化が図られた筐体9内にレーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4等を収納することができる。
本実施形態の筐体9は、その厚さ方向から見た平面視にて、略矩形の外形形状をなしている。また、筐体9には、例えば透明な部材(ガラス、プラスチック等)で構成された窓部91が設けられており、この窓部91を介して、光走査部4によって走査された描画用レーザー光LL(走査光)が筐体9の外へ出射される。
The
The
以上、画像表示ユニット10の構成について詳細に説明した。
このような画像表示ユニット10では、各部材、すなわち、レーザー光源21R、21G、21B、コリメーターレンズ22R、22G、22B、ダイクロイックミラー23R、23G、23B、プリズム3、光スキャナー40および受光素子51が、X’Y’平面方向に平面的(同一の仮想平面内)に配置されている。そして、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されたレーザー光RR、GG、BB、および、これらが合成された描画用レーザー光LLの光軸は、それぞれ、光スキャナー40へ入射するまでX’Y’平面と平行な同一の仮想平面(面F)上に位置している。すなわち、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されたレーザー光RR、GG、BBが光走査部4に入射されるまでの光路が同一の面F(仮想平面)上に設けられている。これにより、レーザー光源21R、21G、21B、光合成部23および光走査部4を含む構造体(画像表示ユニット10)の薄型化を図ることができる。
The configuration of the
In such an
ここで、光反射面414aが、面Fに直交するように配置されている。また、画像表示ユニット10は、プリズム3によって、面F内で描画用レーザー光LLの光軸を傾けているため、各構成部材(特に光スキャナー40)の配置を平面的に行うことができる。そのため、画像表示ユニット10の各構成部材のアライメントを平面的なものとすることができ、画像表示ユニット10の組立性を優れたものにすることができる。さらに、画像表示ユニット10は、プリズム3によって描画用レーザー光LLの整形を行っているため、優れた画像表示特性を発揮することができる。また、部品点数の削減を図り、それに伴って小型化を図ることができる。
Here, the
特に、面Fは、フレーム7が頭部Hに装着されている際に、頭部Hの上下方向(すなわちZ軸方向)に沿っている。より具体的には、面Fは、使用時の頭部Hの側面または前面に沿っている。これにより、前述したように薄型化された画像表示ユニット10をフレーム7の厚さ方向に垂直な方向に沿って配置することができる。その結果、画像表示装置1全体の小型化を図ることができる。
In particular, the surface F is along the vertical direction of the head H (that is, the Z-axis direction) when the
以上、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、光スキャナーの枠体部を可動部の基部よりも図8中下側へ厚く形成し、枠体部の下面に永久磁石を固定する構成について説明したが、枠体部の構成は、これに限定されず、例えば、枠体部を基部と同じ厚さに形成してもよい。この場合には、枠体部の下面に固定された永久磁石への基部の接触を避けるために、永久磁石の上面に凹部(逃げ部)を形成すればよい。
As described above, the image display device and the head mounted display of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is an arbitrary configuration having the same function Can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention.
In the above-described embodiment, the configuration has been described in which the frame body portion of the optical scanner is formed thicker in the lower side in FIG. 8 than the base portion of the movable portion, and the permanent magnet is fixed to the lower surface of the frame body portion. The configuration of the part is not limited to this, and for example, the frame part may be formed to the same thickness as the base part. In this case, in order to avoid contact of the base with the permanent magnet fixed to the lower surface of the frame body portion, a concave portion (escape portion) may be formed on the upper surface of the permanent magnet.
また、前述した実施形態では、画像表示ユニット(光源、光合成部および光走査部)を使用時の観察者の頭部の側面に沿うように設ける場合を例に説明したが、画像表示ユニットを使用時の観察者の頭部の前面に沿うように設けてもよい。この場合、画像表示ユニットは、使用時の観察者の眼に対して上方または下方に位置するように配置してもよいし、使用時の観察者の両目の間に位置するように配置してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the image display unit (the light source, the light combining unit, and the optical scanning unit) is provided along the side surface of the observer's head when in use is described as an example. However, the image display unit is used. It may be provided along the front of the observer's head at the time. In this case, the image display unit may be arranged so as to be positioned above or below the eyes of the observer at the time of use, or arranged so as to be located between the eyes of the observer at the time of use. Also good.
また、前述した実施形態では、眼鏡型のヘッドマウントディスプレイに本発明を適用した例を説明したが、本発明の画像表示装置は、これに限定されず、ヘルメット型、ヘッドセット型等の他の頭部装着型の画像表示装置に適用可能である。また、本発明の画像表示装置は、観察者の眼に虚像として画像を表示するものであれば、頭部に装着するフレームを備えるものでなくてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the eyeglass-type head mounted display has been described. However, the image display device of the present invention is not limited to this, and other types such as a helmet type, a headset type, and the like. The present invention can be applied to a head-mounted image display device. Moreover, the image display apparatus of this invention may not be provided with the flame | frame with which a head is mounted | worn if it displays an image as a virtual image on an observer's eyes.
1‥‥画像表示装置 2‥‥描画用光源ユニット 3‥‥プリズム 4‥‥光走査部 5‥‥検出部 6‥‥制御部 7‥‥フレーム 9‥‥筐体 10‥‥画像表示ユニット 21B‥‥レーザー光源 21G‥‥レーザー光源 21R‥‥レーザー光源 22R‥‥コリメーターレンズ 22G‥‥コリメーターレンズ 22B‥‥コリメーターレンズ 23‥‥光合成部 23B‥‥ダイクロイックミラー 23G‥‥ダイクロイックミラー 23R‥‥ダイクロイックミラー 31‥‥入射面 32‥‥出射面 40‥‥光スキャナー 41‥‥可動部 43‥‥枠体部 45‥‥支持部 46‥‥永久磁石 47‥‥コイル 48‥‥磁心 49‥‥電圧印加部 51‥‥受光素子 71‥‥ノーズパッド部 72‥‥フロント部 73‥‥テンプル部 74‥‥モダン部 75‥‥リム部 76‥‥ブリッジ部 79‥‥第2部材 81‥‥反射部材 82‥‥透明部材 91‥‥窓部 92‥‥第1部材 93‥‥ピン 411‥‥基部 412‥‥スペーサー 413‥‥光反射板 414‥‥光反射部 414a‥‥光反射面 415‥‥硬質層 421‥‥軸部 422‥‥軸部 441‥‥軸部 442‥‥軸部 443‥‥軸部 444‥‥軸部 491‥‥第1の電圧発生部 492‥‥第2の電圧発生部 493‥‥電圧重畳部 493a‥‥加算器 EA‥‥耳 EY‥‥眼 F‥‥面 H‥‥頭部 J1‥‥第1の軸 J2‥‥第2の軸 J3‥‥軸 LL‥‥描画用レーザー光 NS‥‥鼻 RR‥‥レーザー光 GG‥‥レーザー光 BB‥‥レーザー光 S‥‥描画可能領域 S’‥‥有効描画領域 S”‥‥非描画領域 T1‥‥周期 T2‥‥周期 V1‥‥第1の電圧 V2‥‥第2の電圧 α‥‥角度 θ‥‥傾斜角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image display device 2 ... Light source unit for drawing 3 ...
Claims (11)
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部が搭載され、かつ、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、同一の仮想平面上にあり、
前記仮想平面は、前記フレームが前記頭部に装着されている際に、前記頭部の上下方向に沿っていることを特徴とする画像表示装置。 A plurality of light source units that emit light;
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit;
The light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted, and the frame is mounted on the observer's head,
The optical path until the light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane,
The image display device according to claim 1, wherein the virtual plane is along a vertical direction of the head when the frame is attached to the head.
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部は、前記テンプル部に搭載されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The frame includes a front part and a temple part connected to the front part,
5. The image display device according to claim 1, wherein the light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted on the temple unit. 6.
前記光反射面は、前記光走査部の非駆動状態において前記仮想平面に対して垂直である請求項6に記載の画像表示装置。 The optical scanning unit includes a base that swings around the first axis and the second axis, and a spacer that connects the base and the light reflecting plate,
The image display device according to claim 6, wherein the light reflecting surface is perpendicular to the virtual plane when the light scanning unit is not driven.
光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、前記使用時の前記頭部の側面または前面に沿った同一の仮想平面上にあることを特徴とする画像表示装置。 An image display device used by being worn on the observer's head,
A plurality of light source units that emit light;
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit,
An image display in which an optical path until light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane along a side surface or a front surface of the head at the time of use. apparatus.
前記複数の光源から出射された光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された光を走査する光走査部と、
前記光源部、前記光合成部および前記光走査部が搭載され、かつ、前記観察者の頭部に装着されるフレームと、を備え、
前記光源部から出射された光が前記光走査部に入射されるまでの光路は、同一の仮想平面上にあり、
前記仮想平面は、前記フレームが前記頭部に装着されている際に、前記頭部の上下方向に沿っていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A plurality of light source units that emit light;
A light combining unit that combines light emitted from the plurality of light sources;
An optical scanning unit that scans the light combined by the light combining unit;
The light source unit, the light combining unit, and the optical scanning unit are mounted, and the frame is mounted on the observer's head,
The optical path until the light emitted from the light source unit enters the optical scanning unit is on the same virtual plane,
The virtual plane is a head-mounted display that is along the vertical direction of the head when the frame is attached to the head.
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JP2013110612A JP2014228817A (en) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | Image display device and head-mounted display |
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JP2013110612A JP2014228817A (en) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | Image display device and head-mounted display |
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JP2013110612A Pending JP2014228817A (en) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | Image display device and head-mounted display |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016188905A (en) * | 2015-03-30 | 2016-11-04 | セイコーエプソン株式会社 | Head-mounted display device and method for manufacturing a volume holographic element |
US11930305B2 (en) | 2021-07-09 | 2024-03-12 | Seiko Epson Corporation | Circuit apparatus, control apparatus, and laser projector |
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2013
- 2013-05-27 JP JP2013110612A patent/JP2014228817A/en active Pending
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