JP2015079067A - 光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】枠体部と永久磁石とを高い接合強度で接合することのできる光スキャナー、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。
【解決手段】光スキャナー４では、上面に光反射部４１３を備える可動部４１と、枠体部４３と、枠体部４３の下面に設けられたスペーサー４６と、スペーサー４６の下面に設けられた永久磁石４８とを有し、スペーサー４８は、永久磁石４８の枠体部４３の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光スキャナー、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。

例えば、スクリーンに画像を表示する画像表示装置として、光源と、光源からの光を走査する光スキャナーとを有する構成が知られている（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、３つのレーザー光源と、３つのレーザー光源からのレーザー光を合成する合成部と、合成部により合成されたレーザー光を走査する光スキャナーとを有している。

また、引用文献１に記載の光スキャナーは、可動板と、可動板の周囲に設けられた枠状の枠体部と、枠体部の周囲に設けられた枠状の支持部と、基部と枠体部とを接続し、可動板を枠体部に対して第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部と、枠体部と支持部とを接続し、枠体部を支持部に対して第１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２の軸部と、Ｓ極とＮ極とを結ぶ線分が第１、第２の軸の両軸に対して傾斜している永久磁石とを有している。このような光スキャナーでは、永久磁石を枠体部の下面に接着材等を用いて接合しているが、これらの接合面積を大きく確保することができず、接着強度が不足するおそれがある。

特開２００８−２１６９２０号公報

本発明の目的は、枠体部と永久磁石とを高い接合強度で接合することのできる光スキャナー、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。

このような目的は、下記の発明により達成される。
本発明の光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動部と、
枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
前記枠体部の前記光反射部が位置する側の面と反対の面に設けられたスペーサーと、
前記スペーサーの前記光反射部が位置する側の面と反対の面に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とする。
これにより、スペーサーと永久磁石との接合面積を広く確保することができるため、スペーサーを介して永久磁石を枠体部に強固に接合することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーは、前記可動部の前記第１の軸まわりの揺動を許容する凹部を有していることが好ましい。
これにより、円滑に、可動部を第１の軸まわりに揺動させることができる。
本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーの前記光反射部が位置する側の面であって、前記枠体部の内側に位置する部分には、光の反射を低減する反射低減処理が施されていることが好ましい。
これにより、迷光の発生を抑制することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記枠体部には、前記枠体部の剛性を高める補強部が設けられていることが好ましい。
これにより、枠体部の撓み等が抑制され、可動部を第１、第２の軸まわりに円滑に揺動させることができる。
本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーが前記補強部を兼ねていることが好ましい。
これにより、光スキャナーの構成が簡単となる。

本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーは、前記枠体部の周方向全域と接合されていることが好ましい。
これにより、スペーサーと枠体部との接合面積が広くなるため、これらをより強固に接合することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記枠体部の内側の領域全体を覆うように設けられていることが好ましい。
これにより、例えば、前述した反射低減処理を広い範囲にわたって施すことができるため、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーは、光透過性を有し、
前記永久磁石は、光硬化性樹脂によって前記スペーサーに接合されていることが好ましい。
これにより、スペーサーを介して光を当てることで、永久磁石とスペーサーとを簡単に接合することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記スペーサーは、ガラス材料で構成されていることが好ましい。
これにより、透明なスペーサーを簡単に形成することができる。

本発明の画像表示装置は、光を反射する光反射部を備える可動部と、
枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
前記枠体部の前記光反射部とは反対の面側に設けられたスペーサーと、
前記スペーサーの前記光反射部とは反対の面側に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とする。
これにより、高い信頼性を有する画像表示装置が得られる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、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、
前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動部と、
枠体部と、
前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
前記枠体部の前記光反射部とは反対の面側に設けられたスペーサーと、
前記スペーサーの前記光反射部とは反対の面側に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とする。
これにより、高い信頼性を有するヘッドマウントディスプレイが得られる。

本発明の画像表示装置の第１実施形態を示す構成図である。 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である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線断面図である。 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である。 図５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。 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断面図である。 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断面図である。 図７に示す光スキャナーの製造方法を説明するための断面図である。 図７に示す光スキャナーの製造方法を説明するための断面図である。 図７に示す光スキャナーの製造方法を説明するための断面図である。 図７に示す光スキャナーの製造方法を説明するための断面図である。 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。 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。

以下、本発明の光スキャナー、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。
１．画像表示装置
＜第１実施形態＞
まず、本発明の光スキャナーを適用した画像表示装置（本発明の画像表示装置）の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態を示す構成図である。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である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５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である。図６は、図５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２の紙面手前側および図３の上側を「上」と言い、図２の紙面奥側および図３の下側を「下」と言う。

図１に示す画像表示装置１は、スクリーン、壁面などの対象物１０に描画用レーザー光ＬＬを２次元的に走査することにより画像を表示する装置である。
図１、図４および図７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。

≪描画用光源ユニット≫
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。

レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、図示しない光源と駆動回路とを有している。そして、レーザー光源２１Ｒは、赤色のレーザー光ＲＲを射出し、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、図示しない制御部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。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。

このようなレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置に倣って、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂが配置されている。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２３Ｇは、レーザー光ＧＧ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２３Ｂは、レーザー光ＢＢを反射するとともに、レーザー光ＲＲ、ＧＧを透過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が合成されて描画用レーザー光ＬＬとなる。

≪光スキャナー≫
光スキャナー４は、描画用光源ユニット２から出射され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。
図２ないし図５に示すように、光スキャナー４は、構造体４０と、永久磁石４８と、コイル４９１と、電圧印加部４９２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、スペーサー４６とを有している。これら部位のうち、可動部４１、第１の軸部４２１、４２２は、第１の軸部４２１、４２２を軸として第１の軸Ｊ１まわりに揺動する第１の振動系を構成する。また、可動部４１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２、スペーサー４６および永久磁石４８は、第１の軸Ｊ１に直交（交差）する第２の軸Ｊ２まわりに揺動する第２の振動系を構成する。また、永久磁石４８、コイル４９１および電圧印加部４９２は、第１、第２の振動系を駆動させる駆動手段を構成する。

図３に示すように、可動部４１は、基部４１１と、基部４１１の上面に設けられたミラー保持部４１２と、ミラー保持部４１２の上面に設けられた光反射性を有する光反射部（ミラー）４１３とを有している。このような可動部４１には、描画用レーザー光ＬＬが入射し、入射した描画用レーザー光ＬＬは、光反射部４１３で反射され、光反射部４１３の姿勢に応じた方向へ走査される。光反射部４１３は、例えば、アルミニウム等の金属材料をミラー保持部４１２の上面へ成膜することにより形成することができる。

ミラー保持部４１２は、第１の軸部４２１、４２２に対して基部４１１等の板厚方向に離間するとともに、図２に示すように、構造体４０の平面視にて、第１の軸部４２１、４２２の全域と重なって設けられている。そのため、第１の軸部４２１、４２２の間の距離を短くしつつ、ミラー保持部４１２の上面の面積（光反射部４１３の面積）を大きくすることができる。また、第１の軸部４２１、４２２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、第２の軸部４４１、４４２の間の距離を短くすることできる。このようなことから、光反射部４１３の板面の面積を大きくしても、光スキャナー４の小型化を図ることができる。
枠体部４３は、枠状をなし、平面視にて、可動部４１の基部４１１を囲んで設けられている。すなわち、枠体部４３の内側に基部４１１が位置している。
支持部４５は、枠状をなし、平面視にて、枠体部４３を囲んで設けられている。すなわち、支持部４５の内側に枠体部４３が位置している。

第１の軸部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、第１の軸部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、第１の軸部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、第１の軸部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。このような第１の軸部４２１、４２２は、それぞれ、可動部４１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動に伴ってねじれ変形する。

一方、第２の軸部４４１、４４２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、第２の軸部４４１、４４２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、第２の軸部４４１、４４２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、第２の軸部４４１、４４２は、それぞれ、中心軸が第２の軸Ｊ２に一致するように配置されている。このような第２の軸部４４１、４４２は、枠体部４３の第２の軸Ｊ２まわりの揺動に伴ってねじれ変形する。

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、第１の軸部４２１、４２２および第２の軸部４４１、４４２は、２本の軸部に分割されていてもよい。
このような構造体４０では、可動部４１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能とするとともに、枠体部４３を第２の軸Ｊ２まわりに揺動可能とすることにより、可動部４１（光反射部４１３）を互いに直交する第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の２軸まわりに揺動させることができる。

構造体４０では、基部４１１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５は、例えば、シリコン基板をエッチングすることで一体的に形成されている。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、シリコン基板は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、シリコン基板を用いて基部４１１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２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４の小型化を図ることができる。

一方、可動部４１のミラー保持部４１２は、ガラス基板をエッチングすることで形成されている。ミラー保持部４１２は、ＳＯＩ基板をエッチングすることで形成することもできるが、本実施形態のようにガラス基板を用いることで、ＳＯＩ基板を用いた場合と比較して、製造コストを抑えることができる。また、ガラス基板を用いることによって、ミラー保持部４１２を陽極接合によって基部４１１に接合することができ、ミラー保持部４１２と基部４１１とを強固に接合することができる。

また、図３および図４に示すように、枠体部４３の下面（光反射部４１３が位置する側の面と反対の面）にはスペーサー４６が設けられている。スペーサー４６は、板状をなしており、その平面視にて、枠体部４３の内側の領域Ｓの全域を覆い、枠体部４３の周方向の全域と（環状に）接合されている。なお、領域Ｓとは、平面視にて枠体部４３の内縁に囲まれる領域であると言い換えることができる。スペーサー４６を枠体部４３の周方向の全域と接合することによって、スペーサー４６と枠体部４３と接合面積を広くすることができ、これらを強固に接合することができる。

また、本実施形態では、スペーサー４６が枠体部４３の剛性を高める補強材（リブ）としても機能している。これにより、枠体部４３の撓み（変形）が低減され、可動部４１の第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２まわりの揺動をより円滑に行うことができる。特に、本実施形態のように、スペーサー４６を枠体部４３の周方向の全域と接合することによって、枠体部４３の剛性を全体的にバランス良く高めることができるため、上述の効果をより効果的に発揮することができる。ただし、スペーサー４６は、補強材を兼ねていなくてもよく、この場合には、スペーサー４６とは別部材で構成された補強材を枠体部４３に配置してもよい。

また、スペーサー４６の上面であって、枠体部４３の内側の領域Ｓ内に位置する部位４６ａ、言い換えると、基部４１１と対向する部位４６ａには、凹部４６１が形成されている。この凹部４６１は、基部４１１（可動部４１）が第１の軸Ｊ１まわりに揺動した際に、基部４１１がスペーサー４６に接触しないようにするための逃げ部として機能する。このような凹部４６１を設けることによって、可動部４１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動を確実に許容することができる。特に、本実施形態では、部位４６ａの全域（基部４１１と対向するスペーサー４６の領域Ｓ全域）に凹部４６１が形成されている。これにより、凹部４６１をより大きく形成することができるため、その分、スペーサー４６の重量を軽くすることができる。そのため、枠体部４３の第２の軸まわりの揺動を、より円滑に行うことができる。

また、領域Ｓ内に位置するスペーサー４６の光反射部４１３が位置する側の面、すなわち、部位４６ａ（凹部４６１の内面）には、光反射を低減するための反射低減処理として、反射防止膜（反射低減膜）４６２が設けられている。これにより、例えば、スペーサー４６まで導かれた光（描画用レーザー光ＬＬ）が部位４６ａで反射して迷光となってしまうことを抑制することができる。反射防止膜４６２としては、特に限定されないが、例えば、Ｃｒで構成された薄膜とすることができる。なお、反射低減処理としては、処理前よりも光反射率を低減することができれば、反射防止膜４６２を設けるものに限定されず、これに代えて、例えば、部位４６ａ（凹部４６１の内面）を粗面化してもよい。
特に、前述したように、スペーサー４６が枠体部４３の内側の領域の全域を覆う（塞ぐ）ように設けられているため、光反射低減処理を施すことができる領域が広がり、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。

また、スペーサー４６は、実質的に無色透明であり、光透過性を有している。後述するように、スペーサー４６の下面（光反射部４１３が位置する側の面と反対の面）には光硬化性樹脂４７を介して永久磁石４８が接合されているが、スペーサー４６を無色透明とすることによって、スペーサー４６を介して光硬化性樹脂４７に光を照射することができる。そのため、光硬化性樹脂４７の硬化を簡単かつ確実に行うことができる。

本実施形態では、石英ガラス、テンパックスガラス、パイレックスガラス（「パイレックス」は登録商標）等のガラス材料で構成されたガラス基板をエッチングすることによって、スペーサー４６を形成している。このように、スペーサー４６をガラス材料で構成することで、安価にかつ簡単に、光透過性を有するスペーサー４６を得ることができる。また、スペーサー４６をガラス材料で構成することによって、スペーサー４６と枠体部４３とを陽極接合によって接合することができる。そのため、スペーサー４６と枠体部４３とを強固に接合することができる。ただし、スペーサー４６の構成材料としては、ガラス材料に限定されず、例えば、各種樹脂材料を用いてもよい。樹脂材料によっても光透過性を有するスペーサー４６を比較的簡単に形成することができる。

図４に示すように、以上説明したスペーサー４６の下面には、接着材としての光硬化性樹脂４７によって、永久磁石４８が接合されている。より具体的に説明すると、永久磁石４８は、その上面のスペーサー４６と重なっている部分の全域が光硬化性樹脂４７を介してスペーサー４６の下面に接合されている。このように、永久磁石４８の枠体部４３の内側の領域Ｓに位置する部分と重なるようにスペーサー４６を設けることによって、永久磁石４８とスペーサーとの接合面積が十分に広くなり、これらをより強固に接合することができる。そのため、永久磁石４８の枠体部４３（スペーサー４６）からの離脱等を防止でき、信頼性の高い光スキャナー４となる。

永久磁石４８は、棒状をなしており、Ｓ極（一方の磁極）とＮ極（他方の磁極）とを結ぶ線分が第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２に対して傾斜して配置されている。なお、第２の軸Ｊ２に対する永久磁石４８（前記線分）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。これにより、円滑かつ確実に、可動部４１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２まわりに揺動させることができる。

このような永久磁石４８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。また、光硬化性樹脂４７としては、特に限定されないが、例えば、紫外線硬化性樹脂を用いることができる。そして、この紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリル系化合物を主成分とする紫外線硬化性樹脂、ウレタンアクリレートオリゴマーまたはポリエステルウレタンアクリレートオリゴマーを主成分とする紫外線硬化性樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルフェノール系樹脂の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。

永久磁石４８の直下には、コイル４９１が設けられている。これにより、コイル４９１から発生する磁界を効率的に永久磁石４８に作用させることができる。これにより、光スキャナー４の省電力化および小型化を図ることができる。コイル４９１は、磁心４９３に巻回されて設けられている。これにより、コイル４９１で発生した磁界を効率的に永久磁石４８に作用させることができる。なお、磁心４９３は、省略してもよい。
このようなコイル４９１は、電圧印加部４９２に電気的に接続されている。そして、電圧印加部４９２によりコイル４９１に電圧が印加されることで、コイル４９１から第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２に直交する磁束を有する磁界が発生する。

電圧印加部４９２は、図５に示すように、可動部４１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部４９２ａと、可動部４１を第２の軸Ｊ２まわりに揺動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部４９２ｂ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４９２ｃとを備え、電圧重畳部４９２ｃで重畳した電圧をコイル４９１に印加する。

第１の電圧発生部４９２ａは、図６（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。第１の電圧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まわりの揺動角を大きくすることができる。

一方、第２の電圧発生部４９２ｂは、図６（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、３０〜１２０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。第２の電圧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まわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で揺動させつつ、第２の軸Ｊ２まわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で揺動させることができる。
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、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まわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で揺動させつつ、第２の軸Ｊ２まわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で揺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。

第１の電圧発生部４９２ａおよび第２の電圧発生部４９２ｂ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。そして、このような第１の電圧発生部４９２ａおよび第２の電圧発生部４９２ｂには、電圧重畳部４９２ｃが接続されている。
電圧重畳部４９２ｃは、コイル４９１に電圧を印加するための加算器４９２ｄを備えている。加算器４９２ｄは、第１の電圧発生部４９２ａから第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部４９２ｂから第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル４９１に印加するようになっている。

次に、光スキャナー４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の振動系のねじ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の振動系のねじ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。

例えば、図６（ａ）に示す第１の電圧Ｖ１と、図６（ｂ）に示す第２の電圧Ｖ２とを電圧重畳部４９２ｃにて重畳し、重畳した電圧をコイル４９１に印加する。すると、第１の電圧Ｖ１によって、永久磁石４８の一端部（Ｎ極）をコイル４９１に引き付けようとするとともに、永久磁石４８の他端部（Ｓ極）をコイル４９１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４８の一端部（Ｎ極）をコイル４９１から離間させようとするとともに、永久磁石４８の他端部（Ｓ極）をコイル４９１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。

磁界Ａ１、Ａ２が交互に切り換わることで、枠体部４３に第１の軸Ｊ１まわ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、第１の軸部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まわりに揺動する。なお、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系のねじ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。

一方、第２の電圧Ｖ２によって、永久磁石４８の一端部（Ｎ極）をコイル４９１に引き付けようとするとともに、永久磁石４８の他端部（Ｓ極）をコイル４９１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４８の一端部（Ｎ極）をコイル４９１から離間させようとするとともに、永久磁石４８の他端部（Ｓ極）をコイル４９１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。

磁界Ｂ１、Ｂ２が交互に切り換わることで、第２の軸部４４１、４４２を捩れ変形させつつ、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まわりに揺動する。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の振動系のねじり共振周波数が第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ため、可動部４１が第２の電圧Ｖ２の周波数で第１の軸Ｊ１まわりに揺動してしまうことを防止することができる。

このように、光スキャナー４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４９１に印加することで、可動部４１を、第１の軸Ｊ１まわりに第１の電圧Ｖ１の周波数で揺動させつつ、第２の軸Ｊ２まわりに第２の電圧Ｖ２の周波数で揺動させることができる。これにより、１つの光スキャナーで２次元に光を走査することができるため、装置の低コスト化および小型化を図ることができる。また、電磁駆動方式（ムービングマグネット方式）を採用することによって、効率的に、可動部４１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２のそれぞれの軸まわりに揺動させ、光反射部４１３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４９１が光スキャナー４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４９１の発熱による悪影響を防止することができる。

以上、光スキャナー４について詳細に説明した。本実施形態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４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、装置の小型化を図ることができるとともに、アライメントの調整も容易となる。

＜第２実施形態＞
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７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断面図である。なお、図７は、前述した第１実施形態の図４に相当する断面図である。
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７に示すように、本実施形態の光スキャナー４Ａでは、可動部４１が基部４１１と基部４１１の上面に設けられた光反射部４１３とで構成されている。すなわち、前述した第１実施形態からミラー保持部４１２を省略した構成となっている。
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。

＜第３実施形態＞
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断面図である。なお、図８は、前述した第１実施形態の図４に相当する断面図である。
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、光スキャナーのスペーサーの構成が異なる以外は、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に示すように、本実施形態の光スキャナー４Ｂでは、スペーサー４６の部位４６ａ（凹部４６１の内面）と反射防止膜４６２の間に光反射膜４６３が設けられている。すなわち、部位４６ａには、光反射膜４６３と反射防止膜４６２とがスペーサー４６側からこの順で積層されている。前述したように、スペーサー４６を介して光硬化性樹脂４７に硬化用の光が照射されるため、本実施形態のように光反射膜４６３を設けることによって、スペーサー４６内に導かれた光を光反射膜４６３で反射し、当該光を効率的に光硬化性樹脂４７に照射することができるようになる。
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。

２．光スキャナーの製造方法
次に、図９ないし図１２に基づいて、前述した光スキャナー４Ａの製造方法について説明する。なお、図９ないし図１２は、それぞれ、図７に示す断面に相当する断面図である。また、図９ないし図１２では、断面の関係上、第１の軸部４２１、４２２および第２の軸部４４１、４４２の図示を省略している。
まず、図９（ａ）に示すように、後の加工によって、スペーサー４６となるガラス基板４６０を用意する。なお、ガラス基板４６０は、強度を確保するために、スペーサー４６の厚さよりも厚くしておく。

次に、図９（ｂ）に示すように、エッチングによってガラス基板４６０の上面に凹部４６１を形成するために、凹部４６１の平面視形状に対応した開口を有するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて形成することができる。
次に、レジストマスクＭ１を介してガラス基板４６０をエッチングし、図９（ｃ）に示すように、凹部４６１を形成する。

次に、図９（ｄ）に示すように、蒸着、スパッタリング等によって、レジストマスクＭ１の上から、ガラス基板４６０の上面にＣｒ（クロム）層を製膜し、凹部４６１の内面に反射防止膜４６２を形成する。
次に、図９（ｅ）に示すように、レジストマスクＭ１を除去する。
次に、図１０（ａ）に示すように、後の工程によって、基部４１１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５となるシリコン基板４００を用意し、このシリコン基板４００をガラス基板４６０の上面（凹部４６１が形成されている面）に陽極接合する。なお、シリコン基板４００は、その強度を確保するために、基部４１１（第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５）の厚さよりも厚くしておく。

次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板を研磨、エッチング等によって薄肉化し、その厚みを基部４１１等（第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５）の厚みに合わせる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、エッチングによってシリコン基板４００から基部４１１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５を形成するために、シリコン基板４００の上面に、これらに対応した平面視形状を有するレジストマスクＭ２を形成する。レジストマスクＭ２は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて形成することができる。

次に、レジストマスクＭ２を介してシリコン基板４００をエッチングし、図１０（ｄ）に示すように、基部４１１、第１の軸部４２１、４２２、枠体部４３、第２の軸部４４１、４４２および支持部４５を形成する。
次に、レジストマスクＭ２を除去したのち、図１１（ａ）に示すように、シリコン基板４００を保護レジスト９００で覆う。保護レジスト９００は、シリコン基板４００の強度を高めて破損を防止する機能と、後のガラス基板４６０の薄肉化工程をエッチングにより行う場合には、シリコン基板４００がエッチングダメージを受けるのを防止する機能とを有している。

次に、図１１（ｂ）に示すように、ガラス基板４６０を研磨、エッチング等によって薄肉化し、スペーサー４６の厚みに合わせる。
次に、図１１（ｃ）に示すように、エッチングによってガラス基板４６０からスペーサー４６を形成するために、ガラス基板４６０の下面に、スペーサー４６の平面視形状を有するレジストマスクＭ３を形成する。レジストマスクＭ３は、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて形成することができる。

次に、レジストマスクＭ３を介してガラス基板４６０をエッチングし、図１１（ｄ）に示すように、スペーサー４６を形成する。
次に、図１２（ａ）に示すように、保護レジスト９００を除去したのち、基部４１１の上面に、例えば、Ａｌ（アルミニウム）を蒸着等によって成膜することで光反射部４１３を形成する。ただし、光反射部４１３を形成する工程は、これより先に行ってもよいし、後に行ってもよい。

次に、図１２（ｂ）に示すように、永久磁石４８を用意し、光硬化性樹脂４７を介してスペーサー４６の下面に接合する。この際、スペーサー４６を介して光硬化性樹脂４７に光を照射することができるため、光硬化性樹脂４７の効果を迅速かつ確実に行うことができる。
次に、図１２（ｃ）に示すように、例えば、シリコン基板をエッチングして形成した支持基板９１０を支持部４５の下面に陽極接合する。
最後に、永久磁石４８と対向するようにコイル４９１を配置することで、光スキャナー４Ａ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、永久磁石４８を枠体部４３に強固に接合することができるため、信頼性の高い光スキャナーを製造することができる。

３．ヘッドアップディスプレイ
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１３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１３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。

４．ヘッドマウントディスプレイ
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１４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１４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。

表示部３２０は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部３２０が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置１からの情報を重ねて使用することができる。また、表示部３２０は、入射した光の少なくとも一部を反射すればよく、例えば、ハーフミラーなどを用いることができる。
なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つの画像表示装置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。
以上、本発明の光スキャナー、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。

１……画像表示装置 １０……対象物 １１……ミラー ２……描画用光源ユニット ２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ……レーザー光源 ２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ……コリメーターレンズ ２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒ……ダイクロイックミラー ４、４Ａ、４Ｂ……光スキャナー ４０……構造体 ４００……シリコン基板 ４１……可動部 ４１１……基部 ４１２……ミラー保持部 ４１３……光反射部 ４２１、４２２……第１の軸部 ４３……枠体部 ４４１、４４２……第２の軸部 ４５……支持部 ４６……スペーサー ４６ａ……部位 ４６０……ガラス基板 ４６１……凹部 ４６２……反射防止膜 ４６３……光反射膜 ４７……光硬化性樹脂 ４８……永久磁石 ４９１……コイル ４９２……電圧印加部 ４９２ａ……第１の電圧発生部 ４９２ｂ……第２の電圧発生部 ４９２ｃ……電圧重畳部 ４９２ｄ……加算器 ４９３……磁心 ６……制御部 ２００……ヘッドアップディスプレイシステム ２１０……ヘッドアップディスプレイ ２２０……フロントガラス ３００……ヘッドマウントディスプレイ ３１０……フレーム ３２０……表示部 ９００……保護レジスト ９１０……支持基板 ＢＢ、ＧＧ、ＲＲ……レーザー光 Ｊ１……第１の軸 Ｊ２……第２の軸 ＬＬ……描画用レーザー光 Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３……レジストマスク Ｓ……領域 Ｔ１、Ｔ２……周期 Ｖ１……第１の電圧 Ｖ２……第２の電圧 θ……傾斜角

Claims (11)

1. 光を反射する光反射部を備える可動部と、
   枠体部と、
   前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
   前記枠体部の前記光反射部が位置する側の面と反対の面に設けられたスペーサーと、
   前記スペーサーの前記光反射部が位置する側の面と反対の面に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
   前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とする光スキャナー。
2. 前記スペーサーは、前記可動部の前記第１の軸まわりの揺動を許容する凹部を有している請求項１に記載の光スキャナー。
3. 前記スペーサーの前記光反射部が位置する側の面であって、前記枠体部の内側に位置する部分には、光の反射を低減する反射低減処理が施されている請求項１または２に記載の光スキャナー。
4. 前記枠体部には、前記枠体部の剛性を高める補強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。
5. 前記スペーサーが前記補強部を兼ねている請求項４に記載の光スキャナー。
6. 前記スペーサーは、前記枠体部の周方向全域と接合されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光スキャナー。
7. 前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記枠体部の内側の領域全体を覆うように設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光スキャナー。
8. 前記スペーサーは、光透過性を有し、
   前記永久磁石は、光硬化性樹脂によって前記スペーサーに接合されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光スキャナー。
9. 前記スペーサーは、ガラス材料で構成されている請求項８に記載の光スキャナー。
10. 光を反射する光反射部を備える可動部と、
    枠体部と、
    前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
    前記枠体部の前記光反射部とは反対の面側に設けられたスペーサーと、
    前記スペーサーの前記光反射部とは反対の面側に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
    前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とする画像表示装置。
11. 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、
    前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動部と、
    枠体部と、
    前記可動部と前記枠体部とを接続し、前記可動部を前記枠体部に対して第１の軸まわ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１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可動に支持する第２の軸部と、
    前記枠体部の前記光反射部とは反対の面側に設けられたスペーサーと、
    前記スペーサーの前記光反射部とは反対の面側に設けられ、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸および前記第２の軸に対して傾斜している永久磁石と、を有し、
    前記スペーサーは、前記第１の軸および前記第２の軸の両軸に直交する方向から見た平面視にて、前記永久磁石の前記枠体部の内側の領域に位置する部分と重なるように設けられていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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