JP2015184615A - 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】軸部上の配線において、ボイドが発生する領域の体積を小さくすることができ、電気的特性の低下を抑制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。【解決手段】光スキャナー３は、光を反射する光反射部Ｍを備える可動部３１と、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持する軸部３２１、３２２と、軸部３２１、３２２上に設けられた配線５１、５２と、を有し、配線５１、５２の横断面は、軸部３２１、３２２との接触幅Ｗ２よりも広い幅Ｗ１を有する広幅部５１０、５２０を有している。【選択図】図６

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、特許文献１には、可動ミラーと、可動ミラーを囲む枠状のジンバルと、ジンバルを囲む支持体と、可動ミラーとジンバルとを連結する第１のトーションバーと、ジンバルと支持体とを連結する第２のトーションバーと、を有する光スキャナーが開示されている。また、特許文献１の光スキャナーでは、ジンバル上にコイルが形成されており、このコイルの両端が第２のトーションバー上に設けられた配線を介して支持体まで引き出されている。このような構成の光スキャナーでは、コイルに所定の交番電圧を印加することで、第１、第２のトーションバーを捩り変形させながら可動ミラーを２軸まわりに揺動させることができる。

しかしなら、特許文献１の光スキャナーでは、第２のトーションバー上に設けられた配線の横断面が矩形（略正方向）をなしているため、第２のトーションバーとの接触幅が大きくなってしまう。そのため、第２のトーションバーがねじり変形すると、配線の第２のトーションバーとの接触部に大きな応力が発生する。このような応力が発生すると、配線にボイド（空隙）が形成され、このボイドが原因となって、配線の抵抗が増大したりし、光スキャナーの正常な駆動を行うことができなくなるという問題がある。

特開２００６−１４５９６２号公報

本発明の目的は、軸部上の配線において、ボイドが発生する領域の体積を小さくすることができ、電気的特性の低下を抑制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、
前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部と、
前記第１の軸部上に設けられた配線と、を有し、
前記配線の横断面は、前記第１の軸部との接触幅よりも広い幅を有する広幅部を有していることを特徴とする。

これにより、軸部上の配線において、ボイドが発生する領域の体積を小さくすることができ、電気的特性の低下を抑制することのできる光スキャナーが得られる。

本発明の光スキャナーでは、前記可動部にはコイルが設けられ、
前記コイルに前記配線が接続されていることが好ましい。
これにより、コイルへの通電を安定して行うことができる。

本発明の光スキャナーでは、前記可動部の姿勢を検出する姿勢検出センサーを有し、
前記姿勢検出センサーに前記配線が接続されていることが好ましい。
これにより、姿勢検出センサーでの検出を安定して行うことができる。

本発明の光スキャナーでは、前記配線は、前記第１の軸部の幅方向の端部に設けられていることが好ましい。

これにより、配線に加わる応力を低減することができ、配線においてボイドの発生する領域の体積を小さくすることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記配線の横断面は、前記第１の軸部に向けて幅が漸減するテーパー状をなしていることが好ましい。
これにより、配線の形成が容易となる。

本発明の光スキャナーでは、前記配線の横断面は、
第１の幅を有し、かつ、前記第１の軸部と接触する狭幅部と、
前記狭幅部の前記第１の軸部と反対側に位置し、かつ、前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する広幅部と、を有することが好ましい。

これにより、配線の第１の軸部との接触部付近におけるボイドの発生をより効果的に低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記配線の厚さは、５μｍ以上であることが好ましい。
これにより、配線の電気抵抗を十分に低く維持することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記可動部は、
第１の可動部と、
前記第１の可動部を囲むように設けられている枠状の第２の可動部と、
前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、前記第１の可動部を前記第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、を有することが好ましい。

これにより、第１の可動部を第１の軸部と第２の軸部の２軸まわりに揺動させることができる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを有することを特徴とする。
これにより、安定した駆動が可能な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、本発明の光スキャナーと、
前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とする。
これにより、安定した駆動が可能な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に示す光スキャナーの下面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図４に示すコイルに印加する電圧を示す図である。 （ａ）が図２中のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）が図２中のＣ−Ｃ線断面図である。 図２に示す光スキャナーの製造方法を示す断面図である。 本発明の画像表示装置の第２実施形態が有する光スキャナーの断面図である。 本発明の画像表示装置の第３実施形態を示す構成図である。 図９に示す画像表示装置が有する光スキャナーの上面図である。 図１０に示す光スキャナーの下面図である。 本発明の第４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である。 図１２中のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の第５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である。 図１４に示す光スキャナーの部分拡大平面図である。 図１４に示す光スキャナーが有する姿勢検出センサーを示す平面図である。 図１５中のＥ−Ｅ線断面図である。 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
まず、本発明の画像表示装置について説明する。

＜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に示す光スキャナーの下面図である。図４は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図４に示すコイルに印加する電圧を示す図である。図６は、（ａ）が図２中のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）が図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図７は、図２に示す光スキャナーの製造方法を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２に示す＋Ｚ軸側を「上」と言い、−Ｚ軸側を「下」と言う。

図１に示すように、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を二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。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２つの光スキャナー３と、を有している。このような画像表示装置１では、２つの光スキャナー３が、描画用レーザー光ＬＬの走査方向（後述する第１の軸Ｊ１）が直交するように配置されている。そして、例えば、一方の光スキャナー３が描画用レーザー光ＬＬを水平方向に走査し、他方の光スキャナー３が描画用レーザー光ＬＬを垂直方向に走査することにより、対象物１０に二次元画像を表示できるようになっている。なお、以下では、描画用レーザー光ＬＬを水平方向に走査する光スキャナー３を「水平走査用光スキャナー３’」とも言い、描画用レーザー光ＬＬを垂直方向に走査する光スキャナー３を「垂直走査用光スキャナー３”」とも言う。

≪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≫
図２ないし図４に示す光スキャナー３は、光反射部Ｍを有する可動部３１と、１対の軸部（第１の軸部）３２１、３２２と、支持部３３と、を有する構造体３０と、可動部３１を揺動させるための駆動手段３４と、を有している。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｚ軸方向が可動部３１（構造体３０）の板厚方向と一致し、Ｘ軸方向が第１の軸Ｊ１と一致するものとする。また、Ｚ軸方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

可動部３１は、板状をなしており、その上面には光反射性を有する光反射部Ｍが設けられている。光反射部Ｍは、例えば、アルミニウム等の金属膜によって構成することができる。このような可動部３１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Ｍで反射され、光反射部Ｍ（可動部３１）の姿勢に応じた方向へ走査される。

軸部３２１、３２２は、可動部３１を介して互いに対向して配置されている。また、軸部３２１、３２２は、それぞれ、第１の軸Ｊ１に沿って延在し、その一端部が可動部３１に接続されており、他端部が支持部３３に接続されている。これら軸部３２１、３２２は、それぞれ、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持し、可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。なお、軸部３２１、３２２の形状としては、それぞれ、前述した形状に限定されず、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する形状となっていてもよいし、２本の軸部に分割された形状となっていてもよい。

支持部３３は、枠状をなしており、平面視で、可動部３１を囲むように配置されている。ただし、支持部３３の構成としては、これに限定されず、例えば、支持部３３が２つに分割されており、これら２つの支持部３３が可動部３１を介してＸ軸方向に対向配置されていてもよい。

このような構造体３０は、例えば、シリコン基板で形成されている。このように、構造体３０をシリコン基板で形成することで、光スキャナー３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、エッチングによって微細な加工が可能であるため、シリコン基板を用いて構造体３０を形成することにより、各部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３の小型化を図ることができる。

また、図４に示すように、構造体３０の下面には絶縁層３０１が設けられている。絶縁層３０１の構成材料としては、絶縁性を有していれば特に限定されないが、本実施形態ではＳｉＯ_２（酸化シリコン）で構成されている。絶縁層３０１の構成材料をＳｉＯ_２とすると、シリコン基板からなる構造体３０の下面を熱酸化処理することで簡単に絶縁層３０１を形成することができる。このような絶縁層３０１の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．２μｍ以上程度であることが好ましい。なお、絶縁層３０１の構成材料としては、ＳｉＯ_２の他、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）等を用いることができる。

図３および図４に示すように、駆動手段３４は、可動部３１の下面に設けられているコイル３４１と、平面視において、コイル３４１を挟むように配置され、コイル３４１から発生する磁界に作用する永久磁石３４２ａ、３４２ｂと、を有している。コイル３４１は、可動部３１の下面に渦巻き状に形成された金属配線３４１０で構成されている。また、コイル３４１の一端は、軸部３２１の下面上に設けられた配線５１を介して支持部３３まで引き出され、他端は、軸部３２２の下面上に設けられた配線５２を介して支持部３３まで引き出されている。これらコイル３４１および配線５１、５２の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、Ａｕ（金）等の金属材料を用いることができる。

なお、コイル３４１の一端と配線５１は、コイル３４１の短絡を防止するためにボンディングワイヤー５９を介して電気的に接続されている。ただし、コイル３４１の一端と配線５１との接続は、ボンディングワイヤー５９を用いた方法に限定されず、例えば、可動部３１の下面にコイル３４１を覆うように絶縁層を形成し、この絶縁層上に形成した配線を介して接続してもよい。

一方、永久磁石３４２ａ、３４２ｂは、可動部３１を介してＹ軸方向に対向配置されている。また、永久磁石３４２ａは、Ｓ極を可動部３１側に向けて配置されており、永久磁石３４２ｂは、Ｎ極を可動部３１側に向けて配置されている。永久磁石３４２ａ、３４２ｂ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。

このような駆動手段３４では、配線５１、５２を介して、コイル３４１に交番電圧を印加することにより、軸部３２１、３２２を捩れ変形させつつ、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させることができる。

ここで、２つの光スキャナー３のうちの水平走査用光スキャナー３’については、可動部３１と軸部３２１、３２２とからなる振動系のねじり共振周波数と等しい周波数の交番電圧をコイル３４１に印加し、可動部３１を共振駆動させることが好ましい。これにより、可動部３１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。なお、このような交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、例えば、１０〜４０ｋＨｚ程度であるのが好ましい。また、交番電圧の波形としては、特に限定されないが、図５（ａ）に示すような正弦波のような波形であることが好ましい。

一方、垂直走査用光スキャナー３”については、可動部３１と軸部３２１、３２２とからなる振動系のねじり共振周波数と異なる周波数の交番電圧をコイル３４１に印加し、可動部３１を非共振駆動させることが好ましい。このような交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、例えば、３０〜１２０Ｈｚ程度（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、交番電圧の波形としては、特に限定されないが、図５（ｂ）に示すような鋸波のような波形であることが好ましい。

次に、配線５１、５２の横断面の形状について説明する。図６に示すように、配線５１、５２の横断面は、下面から軸部３２１、３２２側に向けて幅が連続的に漸減するテーパー状（下面を下底とし上面を上底とする台形状）をなし、軸部３２１、３２２との接触幅よりも広い幅を有する広幅部５１０、５２０を有している。具体的には、配線５１、５２は、下面５１１、５２１の幅Ｗ１よりも、上面５１２、５２２の幅（すなわち、前記接触幅）Ｗ２の方が短く、かつ、下面５１１、５２１および上面５１２、５２２を連結する側面がＸＺ平面に対して傾斜した傾斜面となっている。そのため、配線５１、５２の下面５２１、５２２側には、幅Ｗ２よりも広幅の広幅部５１０、５２０が設けられている。なお、側面のＸＺ平面に対する傾斜角θとしては、特に限定されず、配線５１、５２の厚さによっても異なるが、例えば、１０°以上３０°以下程度であることが好ましい。

このように、配線５１、５２の横断面形状をテーパー状とすることで、配線５１、５２において、ボイドが発生する領域の体積を小さくすることができる。そのため、電気的特性に優れている光スキャナー３が得られる。

具体的に説明すると、前述したように、光スキャナー３は、可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動に伴って軸部３２１、３２２が捩じれ変形する。そして、この捩じれ変形によって、配線５１、５２の軸部３２１、３２２との接触面（上面５１２、５２２）付近に応力Ｆが発生し、この応力Ｆによって、例えば、配線５１、５２の接触面付近にボイド（空隙）が発生するおそれがある。ボイドは、配線５１、５２の電気抵抗を増大させるため、ボイドの発生する領域は最小限に抑えたい。なお、応力Ｆの大きさに応じて、配線５１、５２の横断面におけるボイドの発生領域の高さが定まることが分かっている。そこで、光スキャナー３では、配線５１、５２の横断面形状をテーパー状とし、配線５１、５２と軸部３２１、３２２とが接触する領域の幅（幅Ｗ２）を小さくすることでボイドが発生する領域の体積を低減し、これにより、ボイド発生による配線５１、５２の電気抵抗の増加を抑制している。一方、横断面をテーパー状として広幅部５１０、５２０を設けることで、接触幅（幅Ｗ２）を小さくしたことによる配線５１、５２の横断面積の低下を抑制し、十分に広い横断面積を有する配線５１、５２とすることができる。これら２つの効果から、光スキャナー３は、コイル３４１に安定して電圧を印加することができ、優れた電気的特性を有するものとなる。

また、本実施形態では、配線５１、５２が軸部３２１、３２２の下面の幅方向の端部に沿って配置されている。すなわち、平面視で、軸部３２１、３２２の中央部（第１の軸Ｊ１）からずれた位置に配置されている。軸部３２１、３２２が捩じれ変形する際には軸部３２１、３２２の中央部ほど応力Ｆが大きくなるため、このように、中央部を避けて配線５１、５２を配置することで、応力Ｆをなるべく小さくすることができ、上記効果がより向上する。

以上説明したように、光スキャナー３では、配線５１、５２をテーパー状とすることで配線５１、５２にボイドが発生しても配線５１、５２の電気抵抗を十分に低く維持することができるように、言い換えると、配線５１、５２の電気抵抗をボイドが発生する前の初期値付近に保つことができるようにしている。なお、配線５１、５２の厚さｔを５μｍ以上とすることが好ましく、１０μｍ以上とすることがより好ましい。上述の通り、応力Ｆの大きさによっても異なるが、一般的な構成の光スキャナーでは、ボイドが発生する領域Ｓ１は、配線５１、５２の軸部３２１、３２２との接触面から１μｍ程度の範囲である。そのため、配線５１、５２の厚さｔを上述の厚さとすることで、ボイドが実質的に発生しない領域Ｓ２を十分に大きく確保することができる。したがって、ボイドの影響が小さくなり、配線５１、５２の電気抵抗を十分に低く維持（ほぼ初期値で維持）することができる。

なお、配線５１、５２の厚さｔの最大値としては、特に限定されないが、例えば、２０μｍ以下であることが好ましい。厚さｔが２０μｍを超えると、上述した効果のそれ以上の向上がほとんど見られず、配線５１、５２の厚みが増すだけとなってしまう。したがって、２０μｍを超えると、配線５１、５２が過度に厚くなり、例えば、製造時間が長くなったり、コスト増を招いたりするおそれがある。

以上、配線５１、５２の横断面形状について詳細に説明したが、本実施形態では、図４に示すように、コイル３４１を形成する金属配線３４１０の横断面も、配線５１、５２と同様にテーパー状となっている。なお、金属配線３４１０の横断面形状は、配線５１、５２の横断面形状と同様の構成であるため、その説明を省略する。また、金属配線３４１０の横断面をテーパー状とする理由も配線５１、５２の横断面をテーパー状とする理由と同様である。簡単に説明すると、可動部３１が第１の軸Ｊ１まわりに揺動すると、その慣性によって可動部３１が厚さ方向に撓み変形し、この変形によって金属配線３４１０の可動部３１との接触部付近に応力Ｆが加わる。そこで、金属配線３４１０の横断面形状をテーパー状とし、金属配線３４１０と可動部３１との接触幅を小さくすることでボイドが発生する領域の体積を低減し、ボイド発生による金属配線３４１０の電気抵抗の増加を抑制している。また、横断面をテーパー状として広幅部３４１１を設けることで、接触幅を小さくしたことによる金属配線３４１０の横断面積の低下を抑制し、十分に広い横断面積を有する金属配線３４１０とすることができる。これら２つの効果から、より低電力で、コイル３４１から磁界を発生させることができる。
以上、光スキャナー３の構成について詳細に説明した。

なお、本実施形態では、配線５１、５２は、その全域で、横断面がテーパー状となっているが、少なくとも、軸部３２１、３２１上に位置する部位の横断面がテーパー状となっていればよい。

このような光スキャナー３が有する構造体３０は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、図７（ａ）に示すように、構造体３０となるシリコン基板３０Ａを用意し、その下面にＳｉＯ_２で構成された絶縁層３０１を形成する。絶縁層３０１の形成方法としては、特に限定されず、例えば、熱酸化法を用いることができる。次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁層３０１上に金属膜５０を成膜する。金属膜５０の成膜方法としては、特に限定されず、蒸着、スパッタリング、めっき（無電解めっき）処理等の方法を用いることができるが、これらの中でもめっき処理を用いることが好ましい。めっき処理によれば、蒸着やスパッタリングよりも厚い金属膜５０を比較的簡単に形成することができるので、構造体３０の製造に適している。

次に、図７（ｃ）に示すように、金属膜５０の下面およびシリコン基板３０Ａの上面に、コイル３４１および配線５１、５２の形状に対応したマスク６をフォトリソグラフィー技法によって形成し、このマスク６を介して金属膜５０をウエットエッチングする。これにより、金属膜５０がパターニングされ、図７（ｄ）に示すように、配線５１、５２およびコイル３４１が得られる（ただし、配線５１のみ図示）。このように、ウエットエッチングを用いてパターニングすることにより、横断面がテーパー状の配線５１、５２およびコイル３４１を簡単に形成することができる。

次に、マスク６を除去した後、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シリコン基板３０Ａをパターニングし、図７（ｅ）に示すように、可動部３１、軸部３２１、３２２および支持部３３を一体的に形成する。そして、可動部３１の上面に光反射部Ｍを形成するとともに、コイル３４１と配線５２とをボンディングワイヤー５９で接続することで、構造体３０が得られる。

＜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８は、本発明の画像表示装置の第２実施形態が有する光スキャナーの断面図である。

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実施形態の画像表示装置は、光スキャナーが有する配線およびコイルの横断面形状が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

≪光スキャナー≫
以下、本実施形態の光スキャナー３が有する配線５１、５２およびコイル３４１の横断面形状について説明するが、配線５１、５２およびコイル３４１は、それぞれ、同様の構成であるため、配線５１について代表して説明し、配線５２およびコイル３４１については、その説明を省略する。

図８に示すように、配線５１の横断面は、幅（第１の幅）Ｗ３を有し、軸部３２１と接触する狭幅部５１５と、狭幅部５１５の下側（軸部３２１と反対側）に位置し、幅Ｗ３よりも広い幅（第２の幅）Ｗ４を有する広幅部５１６と、を有し、これらの境界部に段差部５１７が形成されている。言い換えると、配線５１の横断面は、幅（第２の幅）Ｗ４を有する広幅部５１６と、広幅部５１６の上面の両端部を除く中央部から上側に突出して設けられ、幅（第２の幅）Ｗ４よりも狭い幅（第１の幅）Ｗ３を有する狭幅部５１５と、を有し、狭幅部５１５の上面にて軸部３２１の下面と接合（接触）している。配線５１の横断面をこのような形状とすることでも、前述した第１実施形態と同様に、コイル３４１に安定して電圧を印加することができ、優れた電気的特性を有するものとなる。特に、本実施形態のような形状によれば、狭幅部５１５の幅Ｗ３が高さ方向にほぼ一定となっていることから、テーパー状となっている第１実施形態と比較して、配線５１の領域Ｓ１での平均幅をより短くすることができる。そのため、配線５１におけるボイドの発生する領域の体積をより小さくすることができる。

なお、狭幅部５１５と広幅部５１６との厚さの比としては、特に限定されないが、狭幅部５１５：広幅部５１６が３０：７０以上７０：３０以下程度であることが好ましい。これにより、上記効果がより顕著となる。

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発揮することができる。

＜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９は、本発明の画像表示装置の第３実施形態を示す構成図である。図１０は、図９に示す画像表示装置が有する光スキャナーの上面図である。図１１は、図１０に示す光スキャナーの下面図である。

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実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの数および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、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図９に示すように、本実施形態の画像表示装置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３と、光スキャナー３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≫
描画用光源ユニット２は、前述した第１実施形態と同様の構成であるため、その説明を省略する。

≪光スキャナー≫
光スキャナー３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を二次元走査する機能を有している。

図１０に示すように、光スキャナー３は、光反射部Ｍを有する可動部３１と、可動部３１を囲むように配置された支持部３３と、可動部３１と支持部３３とを接続し、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持する軸部（第１の軸部）３２１、３２２と、可動部３１を揺動させるための駆動手段３４と、を有している。

また、可動部３１は、上面に光反射部Ｍが設けられた第１の可動部３１１と、第１の可動部３１１を囲むように配置された枠状の第２の可動部３１２と、第１の可動部３１１と第２の可動部３１２とを接続し、第１の可動部３１１を第１の軸Ｊ１と直交する第２の軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持する１対の軸部（第２の軸部）３１３、３１４と、を有している。１対の軸部３１３、３１４は、第１の可動部３１１を介して互いに対向するように配置されており、また、第２の軸Ｊ２に沿った方向に延在している。

また、図１１に示すように、第２の可動部３１２の下面にコイル３４１が設けられている。また、永久磁石３４２ａ、３４２ｂは、平面視で、可動部３１を介して第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の両軸に対して傾斜する方向に対向配置されている。

このような構成の光スキャナー３では、第１の可動部３１１、軸部３１３、３１４、第２の可動部３１２および軸部３２１、３２２によって、第１の可動部３１１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させる第１の振動系を構成する。また、第１の可動部３１１および軸部３１３、３１４によって、第１の可動部３１１を第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、コイル３４１に、第１の振動系を揺動させるための第１の交番電圧と、第２の揺動系を揺動させるための第２の交番電圧とを重畳させた重畳電圧を印加することで、第１の可動部３１１を第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。具体的には、コイル３４１に前記重畳電圧を印加することで、第１の可動部３１１を第２の可動部３１２に対して第２の軸Ｊ２まわりに揺動させるとともに、第２の可動部３１２を支持部３３に対して第１の軸Ｊ１まわりに揺動させることができ、これにより、第１の可動部３１１を第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。

なお、本実施形態では、第１の可動部３１１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動で描画用レーザー光ＬＬの垂直走査（副走査）が行われ、第１の可動部３１１の第２の軸Ｊ２まわりの揺動で描画用レーザー光ＬＬの水平走査（主走査）が行われるように光スキャナー３が配置されている。その関係で、第１の交番電圧としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１実施形態の垂直走査用光スキャナー３”に印加する交番電圧と同様のものとすることができ、また、第２の交番電圧としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１実施形態の水平走査用光スキャナー３’に印加する交番電圧と同様のものとすることができる。また、第１の振動系を非共振駆動とし、第２の振動系を共振駆動とすることが好ましい。

以上、本実施形態の光スキャナー３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二次元走査型の光スキャナー３によれば、１つの装置で描画用レーザー光ＬＬを二次元走査（２軸まわりに走査）することができるため、例えば、前述した第１実施形態のような一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を二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。

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発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第４実施形態について説明する。

図１２は、本発明の第４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である。図１３は、図１２中のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図１３では、説明の便宜上、構造体３０の下面に設けられている配線およびコイルの図示を省略している。

以下、第４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４実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成が異なる以外は、前述した第３実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

≪光スキャナー≫
図１２および図１３に示すように、本実施形態の光スキャナー３では、第１の可動部３１１が、基部３１１１と、基部３１１１の上面に設けられた保持部３１１２と、を有し、保持部３１１２の上面に光反射部Ｍが設けられている。

また、保持部３１１２は、軸部３１３、３１４に対して板厚方向に離間するとともに、平面視で、軸部３１３、３１４の全域と重なって設けられている。そのため、軸部３１３、３１４の間の距離を短くしつつ、保持部３１１２の上面の面積（光反射部Ｍの面積）を大きくすることができる。また、軸部３１３、３１４の間の距離を短くすることができることから、第２の可動部３１２の小型化を図ることができる。さらに、第２の可動部３１２の小型化を図ることができることから、軸部３２１、３２２の間の距離を短くすることができる。このようなことから、光反射部Ｍの面積を大きくしても、光スキャナー３の小型化を図ることができる。

このような第４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発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の画像表示装置の第５実施形態について説明する。

図１４は、本発明の第５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である。図１５は、図１４に示す光スキャナーの部分拡大平面図である。図１６は、図１４に示す光スキャナーが有する姿勢検出センサーを示す平面図である。図１７は、（ａ）が図１５中のＥ−Ｅ線断面図、（ｂ）が図１５中のＦ−Ｆ線断面図である。

以下、第５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５実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成が異なる以外は、前述した第３実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

≪光スキャナー≫
図１４に示すように、本実施形態の光スキャナー３は、さらに、第１の可動部３１１の姿勢を検出する姿勢検出センサー７を有している。このような姿勢検出センサー７は、軸部３２１と支持部３３の境界部に設けられ、第１の軸Ｊ１まわりの第１の可動部３１１の揺動角を検出する第１の姿勢検出センサー７１と、軸部３１４と第２の可動部３１２の境界部に設けられ、第２の軸Ｊ２まわりの第１の可動部３１１の揺動角を検出する第２の姿勢検出センサー７２と、を有しており、これら２つのセンサーの検出結果から第１の可動部３１１の姿勢を検出する。

図１５（ａ）に示すように、第１の姿勢検出センサー７１は、４つのピエゾ抵抗素子７１１、７１２、７１３、７１４を有し、これら４つのピエゾ抵抗素子７１１、７１２、７１３、７１４が配線５３によって図１６に示すように接続され、これにより、ブリッジ回路７１０が構成されている。軸部３２１が捩り変形すると、ピエゾ抵抗素子７１１、７１２、７１３、７１４が歪み、その撓み量に応じてピエゾ抵抗素子７１１、７１２、７１３、７１４の抵抗値が変化する。それに伴って、ブリッジ回路７１０の出力が変化し、その出力に基づいて、第１の軸Ｊ１まわりの第１の可動部３１１の揺動角を求めることができる。

同様に、図１５（ｂ）に示すように、第２の姿勢検出センサー７２は、４つのピエゾ抵抗素子７２１、７２２、７２３、７２４を有し、これら４つのピエゾ抵抗素子７２１、７２２、７２３、７２４が配線５４によって図１６に示すように接続され、これにより、ブリッジ回路７２０が構成されている。また、各配線５４は、第２の可動部３１２および軸部３２１、３２２を介して支持部３３まで引き出されている。軸部３１４が捩り変形すると、ピエゾ抵抗素子７２１、７２２、７２３、７２４が歪み、その撓み量に応じてピエゾ抵抗素子７２１、７２２、７２３、７２４の抵抗値が変化する。それに伴って、ブリッジ回路７２０の出力が変化し、その出力に基づいて、第２の軸Ｊ２まわりの第１の可動部３１１の揺動角を求めることができる。

各ピエゾ抵抗素子７１１〜７１４、７２１〜７２４は、それぞれ、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、構造体３０（シリコン基板）の上面にリンやボロンをドープして形成することができる。また、構造体３０の上面には絶縁層３０２が設けられており、この絶縁層３０２上に配線５３、５４が設けられている。そして、これら配線５３、５４が、図１７に示すように、配線５１、５２と同様にテーパー状をなしている。配線５３、５４の構成は、配線５１、５２と同様であるため、その説明を省略する。

このように、第１、第２の姿勢検出センサー７１、７２に接続されている配線５３、５４を前述した配線５１、５２と同様にテーパー状とすることで、配線５１、５２と同様の効果を発揮することができる。すなわち、配線５３、５４の構造体３０との接触部に発生する応力Ｆによって、配線５３、５４に発生するボイドの存在する領域の体積を小さくすることができる。一方で、横断面をテーパー状として広幅部５３０、５４０を設けることで、配線５３、５４の横断面積の低下を抑制し、十分に広い横断面積を有する配線５３、５４とすることができる。これら２つの効果から、光スキャナー３は、姿勢検出センサー７から精度よく信号を取り出すことができ、第１の可動部３１１の姿勢を精度よく検出することができる。

特に、本実施形態では、配線５４が軸部３２１、３２２の上面の幅方向の端部に沿って配置されている。すなわち、平面視で、軸部３２１、３２２の中央部（第１の軸Ｊ１）からずれた位置に配置されている。軸部３２１、３２２が捩じれ変形する際には軸部３２１、３２２の中央部ほど応力Ｆが大きくなるため、このように、中央部を避けて配線５４を配置することで、応力Ｆをなるべく小さくすることができ、上述した効果がより向上する。

なお、本実施形態では、配線５３についてもテーパー状の横断面としているが、配線５３は、軸部３１３、３１４、３２１、３２２上を通過していないので、大きな応力が加わり難い。そのため、配線５３の横断面は、テーパー状でなくてもよく、例えば、従来のような矩形であってもよい。また、配線５４は、その全域で、横断面がテーパー状となっていることが好ましいが、少なくとも、軸部３２１、３２１上に位置する部位の横断面がテーパー状となっていればよい。また、本実施形態では、第１、第２の姿勢検出センサー７１、７２がブリッジ回路７１０、７２０を構成しているが、第１、第２の姿勢検出センサー７１、７２の構成としては、第１の可動部３１１の揺動角を検出することができれば特に限定されない。

また、本実施形態では、駆動手段３４として、第２の可動部３１２の下面にコイル３４１が設けられた所謂ムービングコイル式を採用しているが、駆動手段３４としては、これに限定されず、第２の可動部３１２の下面に永久磁石を配置した所謂ムービングマグネット式を採用してもよい。

２．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１８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１８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。

３．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１９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１９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
３……光スキャナー
３’……水平走査用光スキャナー
３”……垂直走査用光スキャナー
３０……構造体
３０Ａ……シリコン基板
３０１……絶縁層
３０２……絶縁層
３１……可動部
３１１……第１の可動部
３１１１……基部
３１１２……保持部
３１２……第２の可動部
３１３、３１４……軸部
３２１、３２２……軸部
３３……支持部
３４……駆動手段
３４１……コイル
３４１０……金属配線
３４１１……広幅部
３４２ａ、３４２ｂ……永久磁石
５０……金属膜
５１、５２、５３、５４……配線
５１０、５２０、５３０、５４０……広幅部
５１１……下面
５１２……上面
５１５……狭幅部
５１６……広幅部
５１７……段差部
５２１……下面
５９……ボンディングワイヤー
６……マスク
７……姿勢検出センサー
７１……第１の姿勢検出センサー
７２……第２の姿勢検出センサー
７１０、７２０……ブリッジ回路
７１１、７１２、７１３、７１４、７２１、７２２、７２３、７２４……ピエゾ抵抗素子
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
ＢＢ、ＧＧ、ＲＲ……レーザー光
ＬＬ……描画用レーザー光
Ｊ１……第１の軸
Ｊ２……第２の軸
Ｍ……光反射部
Ｓ１、Ｓ２……領域
θ……傾斜角

Claims (10)

1. 光を反射する光反射部を備える可動部と、
   前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部と、
   前記第１の軸部上に設けられた配線と、を有し、
   前記配線の横断面は、前記第１の軸部との接触幅よりも広い幅を有する広幅部を有していることを特徴とする光スキャナー。
2. 前記可動部にはコイルが設けられ、
   前記コイルに前記配線が接続されている請求項１に記載の光スキャナー。
3. 前記可動部の姿勢を検出する姿勢検出センサーを有し、
   前記姿勢検出センサーに前記配線が接続されている請求項１に記載の光スキャナー。
4. 前記配線は、前記第１の軸部の幅方向の端部に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
5. 前記配線の横断面は、前記第１の軸部に向けて幅が漸減するテーパー状をなしている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光スキャナー。
6. 前記配線の横断面は、
   第１の幅を有し、かつ、前記第１の軸部と接触する狭幅部と、
   前記狭幅部の前記第１の軸部と反対側に位置し、かつ、前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する広幅部と、を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光スキャナー。
7. 前記配線の厚さは、５μｍ以上である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光スキャナー。
8. 前記可動部は、
   第１の可動部と、
   前記第１の可動部を囲むように設けられている枠状の第２の可動部と、
   前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、前記第１の可動部を前記第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、を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光スキャナー。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナーを有することを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナーと、
    前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有す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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