JP2016126103A - 光学デバイス、画像表示装置および光学デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルと永久磁石との位置関係を容易に確認でき、優れた振動特性を有する光学デバイス、かかる光学デバイスを備えた画像表示装置、および、コイルと永久磁石との位置決めを容易に行うことができ、優れた振動特性を有する光学デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】光学デバイス２は、ガラス板２１と、ガラス板２１を支持する可動部２２と、可動部２２を揺動軸Ｊまわりに揺動可能に支持する軸部２４ａ、２４ｂと、軸部２４ａ、２４ｂを支持する支持部２３と、可動部２２に設けられた永久磁石２５１と、永久磁石２５１に対向して配置され、永久磁石２５１に作用する磁界を発生させるコイル２５２と、を有し、支持部２３は、永久磁石２５１とコイル２５２との隙間を視認することのできる窓部２３６を有している。【選択図】図６

Description

本発明は、光学デバイス、画像表示装置および光学デバイスの製造方法に関するものである。

従来から、液晶パネル等の光変調装置の解像度よりも投射される画像の解像度を高くするために、光変調装置から出射された映像光の軸をずらす技術が知られている。また、映像光の軸をずらす装置として、特許文献１に記載の光路制御装置が知られている。特許文献１に記載の光路制御装置は、ガラス板と、ガラス板を保持する可動部と、可動部を支持する支持部と、可動部と支持部とを接続する１対の板バネとを有し、板バネを回動軸として保持部材を回動させることでガラス板の姿勢を変化させることにより、ガラス板に入射した光（映像光）を屈折させ、軸をずらしている。また、特許文献１に記載の光路制御装置では、可動部を回動させる駆動機構として、コイルと永久磁石を用いた電磁駆動を採用している。

特開２０１１−１５８５８９号公報

特許文献１のような電磁駆動を用いた駆動機構では、コイルと永久磁石の配置（相対的な位置関係）が振動特性に比較的大きく影響するため、これらの位置合わせが重要となる。しかしながら、特許文献１では、コイルと永久磁石との位置合わせに関する事項は不明である。

本発明の目的は、コイルと永久磁石との位置関係を容易に確認でき、優れた振動特性を有する光学デバイス、かかる光学デバイスを備えた画像表示装置、および、コイルと永久磁石との位置決めを容易に行うことができ、優れた振動特性を有する光学デバイスの製造方法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。
本発明の光学デバイスは、光が入射する光入射面を有する光学部と、
前記光学部を支持する可動部と、
前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、
前記可動部に設けられた永久磁石と、
前記永久磁石に対向して配置され、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有し、
前記支持部は、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認することのできる窓部を有していることを特徴とする。
これにより、窓部からコイルと永久磁石との位置関係を容易に確認することができるため、コイルと永久磁石との位置関係を容易に制御できる。よって、優れた振動特性を有する光学デバイスが得られる。

本発明の光学デバイスでは、前記窓部は、貫通穴であることが好ましい。
これにより、窓部の構成が簡単となる。また、コイルと永久磁石との位置関係をより視認し易くなる。

本発明の光学デバイスでは、前記窓部から、前記永久磁石の前記コイルと対面する側の面の位置と、前記コイルの前記永久磁石と対面する側の面の位置と、を視認することができることが好ましい。
これにより、コイルと永久磁石との隙間をより明確に確認することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記窓部から見たときに、前記窓部を構成する側面のうちの１つが、前記永久磁石の前記コイルと対面する側の面または前記コイルの前記永久磁石と対面する側の面と一致していることが好ましい。
これにより、窓部の側面をコイルと永久磁石との隙間を判断する基準面として利用できるため、前記隙間をより明確に確認することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記窓部は、前記永久磁石と前記コイルとの並び方向に対して直交する方向から前記隙間を視認することができることが好ましい。
これにより、永久磁石とコイルとの隙間をより正確に確認することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、空芯コイルであることが好ましい。
これにより、より優れた振動特性を発揮することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記コイルは、前記支持部に支持されていることが好ましい。
これにより、コイルを所定位置に容易に固定することができる。

本発明の光学デバイスでは、前記支持部に固定され、前記コイルを前記永久磁石とは反対側から保持する保持部を有していることが好ましい。
これにより、コイルの位置合わせを容易に行うことができる。

本発明の光学デバイスでは、前記保持部は、非磁性体であることが好ましい。
これにより、保持部による磁路の形成が抑えられるため、コイルから発生する磁界を効率的に永久磁石に作用させることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記可動部および軸部は、それぞれ、樹脂材料を含んでいることが好ましい。
これにより、軸部周辺の構造を柔らかくすることができ、小型化を図りつつ、共振周波数を低くすることができる。また、環境温度に対する可動部の揺動軌跡の変化を抑えることができる。

本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、前記光を透過することが好ましい。
これにより、光学部の屈折を利用して、光の光軸をずらすことができる。

本発明の光学デバイスでは、前記光学部は、前記光を反射することが好ましい。
これにより、光を反射して走査することができる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光学デバイスを備え、
前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることを特徴とする。
これにより、優れた表示特性を有する画像表示装置となる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光学デバイスを備え、
前記光学デバイスで光を反射して走査することにより、画像を表示することを特徴とする。
これにより、優れた表示特性を有する画像表示装置となる。

本発明の光学デバイスの製造方法は、光が入射する光入射面を有する光学部、前記光学部を支持する可動部、前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部、前記軸部を支持する支持部、前記可動部に設けられた永久磁石、を有し、かつ、前記支持部に、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認することのできる窓部を有する構造体を得る工程と、
前記永久磁石との間にギャップ形成部材を配置した状態で、コイルを前記永久磁石と対向して配置する工程と、
前記窓部を介して、前記永久磁石と前記コイルとの間から前記ギャップ形成部材を除去する工程と、を有することを特徴とする。
これにより、コイルと永久磁石との位置関係（ギャップ）を容易に所定値とすることができる。そのため、優れた振動特性を有する光学デバイスを容易に製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。 映像光をシフトさせた様子を示す図である。 図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図１に示す画像表示装置が有する光学デバイスの上面図および下面図である。 図４中のＡ−Ａ線断面図である。 永久磁石とコイルの配置を示す平面図である。 図４に示す光学デバイスの側面図である。 図４に示す光学デバイスの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置が有する光学デバイスの断面図である。 本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。 図１２に示す画像表示装置が有する光学デバイスの上面図および下面図である。

以下、本発明の光学デバイス、画像表示装置および光学デバイスの製造方法について添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。図２は、映像光をシフトさせた様子を示す図である。図３は、図１に示す画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す画像表示装置が有する光学デバイスの上面図および下面図である。図５は、図４中のＡ−Ａ線断面図である。図６は、永久磁石とコイルの配置を示す平面図である。図７は、図４に示す光学デバイスの側面図である。図８は、図４に示す光学デバイスの製造方法を説明するための断面図である。

なお、図４ないし図６では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」とする。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言い、＋Ｚ側を「上」、−Ｚ側を「下」とも言う。

１．プロジェクター
図１に示すプロジェクター（画像表示装置）１は、ＬＣＤ方式のプロジェクターであり、図１に示すように、光源１０２と、ミラー１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃと、ダイクロイックミラー１０６ａ、１０６ｂと、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂと、ダイクロイックプリズム１１０と、光路偏向素子としての光学デバイス２と、投射レンズ系１１２と、を備えている。

光源１０２としては、例えば、ハロゲンランプ、水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。また、この光源１０２としては、白色光が出射するものが用いられる。そして、光源１０２から出射された光は、まず、ダイクロイックミラー１０６ａによって赤色光（Ｒ）とその他の光とに分離される。赤色光は、ミラー１０４ａで反射された後、液晶表示素子１０８Ｒに入射し、その他の光は、ダイクロイックミラー１０６ｂによってさらに緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とに分離される。そして、緑色光は、液晶表示素子１０８Ｇに入射し、青色光は、ミラー１０４ｂ、１０４ｃで反射された後、液晶表示素子１０８Ｂに入射する。

液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれ、空間光変調器として用いられる。これらの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの原色に対応する透過型の空間光変調器であり、例えば縦１０８０行、横１９２０列のマトリクス状に配列した画素を備えている。各画素では、入射光に対する透過光の光量が調整され、各液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂにおいて全画素の光量分布が協調制御される。このような液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂによってそれぞれ空間的に変調された光は、ダイクロイックプリズム１１０で合成され、ダイクロイックプリズム１１０からフルカラーの映像光ＬＬが出射される。そして、出射された映像光ＬＬは、投射レンズ系１１２によって拡大されて対象物６に投射される。

ここで、プロジェクター１は、ダイクロイックプリズム１１０と投射レンズ系１１２との間に光学デバイス２を有しており、光学デバイス２によって映像光ＬＬの光軸をシフトさせること（所謂「画素ずらし」を行うこと）で、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの解像度よりも高い解像度（液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂがフルハイビジョンであれば４Ｋ）の画像を対象物６に投射できるようになっている。この原理について図２を用いて簡単に説明する。光学デバイス２は、映像光ＬＬを透過させるガラス板２１を有しており、このガラス板２１の姿勢を変更することで、屈折を利用して映像光ＬＬの光軸をシフトさせることができる。

そして、プロジェクター１は、このような光軸のシフトを利用して、映像光ＬＬの光軸を一方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ１と、映像光ＬＬの光軸を他方側にシフトさせた場合の画像表示位置Ｐ２とが斜め方向（図２中の矢印方向）にかつ半画素分（すなわち、画素Ｐｘの半分）ずれるように構成され、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像を表示することにより、見かけ上の画素が増加し、対象物６に投影される画像の高解像度化を図っている。なお、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２のずれ量としては、半画素分に限定されず、例えば、画素Ｐｘの１／４であってもよいし、１／８であってもよい。

このような構成のプロジェクター１は、光学デバイス２や液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに加え、図３に示すように、制御回路１２０と画像信号処理回路１２２とを備えている。制御回路１２０は、液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに対するデータ信号の書き込み動作、光学デバイス２における光路偏向動作、画像信号処理回路１２２におけるデータ信号の発生動作等を制御する。一方、画像信号処理回路１２２は、図示しない外部装置から供給される画像信号ＶｉｄをＲ、Ｇ、Ｂの３原色ごとに分離するとともに、それぞれの液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂの動作に適したデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖに変換する。そして、変換されたデータ信号Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖは、それぞれ液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂに供給され、それに基づいて液晶表示素子１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂが動作する。

２．光学デバイス
次に、前述したプロジェクター１に組み込まれた光学デバイス２について詳細に説明する。

光学デバイス２は、図４ないし図６に示すように、光透過性を有し、映像光ＬＬを偏向させるガラス板（光学部）２１が設けられた可動部２２と、可動部２２の周囲に設けられた枠状の支持部２３と、可動部２２と支持部２３と連結し、可動部２２を支持部２３に対して揺動（回動）可能に支持する軸部２４ａ、２４ｂと、を有する構造体２０と、支持部２３に対して可動部２２を揺動させる駆動機構２５と、を有している。このような構成の光学デバイス２は、例えば、＋Ｚ側がダイクロイックプリズム１１０側、−Ｚ側が投射レンズ系１１２側を向くようにプロジェクター１内に配置されている。ただし、光学デバイス２の向きは、反対であってもよい。

可動部２２は、平板状をなし、その中央部に貫通孔２２１を有している。そして、この貫通孔２２１にガラス板２１が嵌め込まれており、ガラス板２１は、例えば、接着剤等によって可動部２２に接着されている。なお、貫通孔２２１は、その周面に段差（爪）を有し、この段差でガラス板２１を受け止めている。これにより、可動部２２へのガラス板２１の配置が簡単となる。

ガラス板２１は、矩形の平面視形状を有している。このガラス板２１は、映像光ＬＬの入射角度が０°から傾くことで、入射した映像光ＬＬを屈折させつつ透過させることができる。したがって、目的とする入射角度になるように、ガラス板２１の姿勢を変化させることにより、映像光ＬＬの偏向方向や偏向量を制御することができる。なお、このようなガラス板２１の大きさは、ダイクロイックプリズム１１０から出射する映像光ＬＬを透過させることができるように適宜設定される。また、ガラス板２１は、実質的に無色透明であることが好ましい。また、ガラス板２１の映像光ＬＬの入射面および出射面には反射防止膜が形成されていてもよい。

ガラス板２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスのような各種ガラス材料を用いることができる。また、本実施形態では、光学部としてガラス板２１を用いているが、光学部は、光透過性を有し、映像光ＬＬを屈折させることができる材料で構成されていれば特に限定されず、ガラスの他にも、例えば、水晶、サファイアのような各種結晶材料、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂のような各種樹脂材料等で構成されたものであってもよい。ただし、光学部としては、本実施形態のようにガラス板２１を用いることが好ましく、これにより、光学部の剛性を特に大きくすることができるので、光学部において偏向される映像光ＬＬの偏向ムラを特に抑制することができる。

このようなガラス板２１が支持された可動部２２の周囲には枠状の支持部２３が設けられており、可動部２２と支持部２３とが軸部２４ａ、２４ｂによって連結されている。軸部２４ａ、２４ｂは、平面視で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にずれて位置し、可動部２２の揺動軸Ｊを形成している。これにより、可動部２２は、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して約４５°傾斜した揺動軸Ｊまわりに揺動し、この揺動と共にガラス板２１の姿勢が変化する。特に、光学デバイス２では、平面視で、軸部２４ａ、２４ｂがガラス板２１の中心に対して点対称に配置されているため、可動部２２の揺動バランスが良好となる。なお、揺動軸ＪのＸ軸（Ｙ軸）に対する傾斜角は、４５°に限定されない。

以上のような可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、一体に構成（一体形成）されている。これにより、支持部２３と軸部２４ａ、２４ｂとの境界部分や、軸部２４ａ、２４ｂと可動部２２との境界部分における耐衝撃性や長期耐久性を高くすることができる。

また、可動部２２、支持部２３および軸部２４ａ、２４ｂは、ガラス板２１の構成材料よりもヤング率が小さい材料で構成されている。これらの構成材料としては、樹脂を含むことが好ましく、樹脂を主成分とすることがより好ましい。これにより、可動部２２の揺動に伴って発生する応力がガラス板２１自体の不要な振動に繋がるのを効果的に抑えることができる。また、柔らかい可動部２２でガラス板２１の側面を囲うことができ、ガラス板２１の姿勢を変更する際に、ガラス板２１に生じる応力を小さく抑え、応力分布に伴ってガラス板２１に発生する不要な振動を小さく抑えることができる。その結果、ガラス板２１によって偏向される画像が、意図しない方向に偏向されてしまうのを防止することができる。また、環境温度に対する可動部２２の揺動軌跡の変化を抑えることができる。また、例えば、軸部２４ａ、２４ｂおよびその周辺を十分に柔らかくすることができ、小型で、共振周波数が低い（６０ｋＨｚ程度の）光学デバイス２とすることができる。

かかる樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種を含むものが用いられる。

次に、可動部２２を揺動させる駆動機構２５について説明する。駆動機構２５は、図５に示すように、永久磁石２５１と、コイル２５２と、コイル２５２に交番電圧である駆動信号ＤＳを印加することでコイル２５２から永久磁石２５１に作用する磁界を発生させる電圧印加部２５３と、を有する電磁アクチュエーターである。駆動機構２５として電磁アクチュエーターを用いることで、可動部２２を揺動させるのに十分な力を発生させることができるため、可動部２２をスムーズに揺動させることができる。

永久磁石２５１は、可動部２２の縁部に設けられており、Ｙ軸方向に沿った長手形状をなしている。また、永久磁石２５１は、Ｚ軸方向（可動部２２の厚さ方向）に磁化している。このような永久磁石２５１としては、特に限定されず、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、アルニコ磁石等を用いることができる。

一方、コイル２５２は、永久磁石２５１と所定のギャップＧを隔ててＺ軸方向（可動部２２の厚さ方向）に対向するように配置されている。ギャップＧとしては、特に限定されず、永久磁石２５１の大きさや、コイル２５２から発生する磁界の大きさ等によっても異なるが、例えば、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下程度であることが好ましく、０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下程度であることがより好ましい。これにより、可動部２２の揺動時における永久磁石２５１とコイル２５２の接触を防止しつつ、コイル２５２から発生する磁界をより効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。そのため、可動部２２をより効率的にかつ安定して揺動させることができる。

また、コイル２５２は、空芯コイルである。このように、空芯コイルとすることで、永久磁石２５１が設けられた可動部２２をよりスムーズに揺動させることができる。より具体的に説明すると、例えば、コイル２５２として、内側に磁心を配置したものを用いた場合、生じる磁力の強さによっては、永久磁石２５１が磁心に引き付けられてしまい、これにより、揺動軸Ｊが変位し、可動部２２の揺動をスムーズかつ精度よく行うことができなくなってしまう場合がある。このような不具合の発生を防止するために、コイル２５２としては、本実施形態のような空芯コイルを用いることが好ましい。

また、コイル２５２は、図６に示すように、永久磁石２５１の平面視形状に対応した略長方形となっている。そして、長軸方向（Ｙ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｙ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｙ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｙ３としたとき、Ｗｙ２＜Ｗｙ１＜Ｗｙ３なる関係を満足しており、短軸方向（Ｘ軸方向）における永久磁石２５１の幅をＷｘ１とし、コイル２５２の内周の幅をＷｘ２とし、コイル２５２の外周の幅をＷｘ３としたとき、Ｗｘ２＜Ｗｘ１＜Ｗｘ３なる関係を満足している。このように、コイル２５２の内周を永久磁石２５１の輪郭よりも小さくすることで、コイル２５２に電流を印加した際の電力損失（発熱等）を抑えることができ、より効率的に省電力でコイル２５２から磁界を発生させることができる。

さらには、Ｚ軸方向から見た平面視で、永久磁石２５１の中心（重心）とコイル２５２の中心（重心）とがほぼ一致しており、永久磁石２５１の外周が、コイル２５２と重なっている。これにより、コイル２５２から発生する磁界を、効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。

このような構成の駆動機構２５は、次のようにして可動部２２を揺動させる。電圧印加部２５３からコイル２５２に駆動信号が印加されていない場合、可動部２２は、実質的にｘｙ平面と平行となっている。そして、電圧印加部２５３からコイル２５２に駆動信号が印加されると、可動部２２が支持部２３に対して揺動軸Ｊまわりに揺動（回動）する。そして、このような可動部２２の揺動によって、映像光ＬＬの光軸がシフトされ、画像表示位置Ｐ１、Ｐ２に交互に画像が表示される。よって、見かけ上の画素が増加し、画像の高解像度化が図られる。

以上のような駆動機構２５が有するコイル２５２は、保持部２６を介して支持部２３に固定されている。このように、コイル２５２を支持部２３に固定することで、コイル２５２を所定位置に容易に固定することができる。特に、本実施形態のように、コイル２５２を保持部２６を介して支持部２３に固定することで、例えば、支持部２３に対する保持部２６の固定位置を調整することで、永久磁石２５１に対するコイル２５２の位置を調整することができる。そのため、永久磁石２５１とコイル２５２との位置合わせを容易に行うことができる。

また、保持部２６は、コイル２５２を永久磁石２５１とは反対側から保持している。言い換えれば、保持部２６は、永久磁石２５１とコイル２５２の間に位置しないように設けられている。これにより、永久磁石２５１とコイル２５２とのギャップＧをより精度よく調整することができる。また、可動部２２を揺動させた際の永久磁石２５１と保持部２６との接触を防止することができる。

また、保持部２６には、２つの貫通孔２６１、２６２が形成されており、貫通孔２６１、２６２を介してコイル２５２の内周の一部が視認することができる。言い換えると、コイル２５２の内周と重なるように、貫通孔２６１、２６２が形成されている。これにより、コイル２５２を保持部２６に固定する際、貫通孔２６１、２６２を介してコイル２５２の内周を視認することで、これらの位置決めを容易に行うことができる。

また、保持部２６は、非磁性体である。これにより、保持部２６による磁路の形成が抑えられるため、コイル２５２から発生する磁界を効率的に永久磁石２５１に作用させることができる。なお、保持部２６を構成する非磁性材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、チタン、一部のステンレス鋼等の金属材料や、ゴム、プラスチック等の樹脂材料が挙げられる。

このような保持部２６が固定されている支持部２３は、以下のような構成となっている。すなわち、支持部２３は、図４および図７に示すように、可動部２２を囲む枠状をなしており、Ｘ軸方向に延在し、軸部２４ａが接続された軸接続部２３１と、Ｘ軸方向に延在し、軸部２４ｂが接続された軸接続部２３２と、可動部２２の＋Ｘ軸側において軸接続部２３１、２３２を連結する連結部２３３と、可動部２２の−Ｘ側において軸接続部２３１、２３２を連結する連結部２３４と、を有している。

軸接続部２３１、２３２は、それぞれ、可動部２２よりも肉厚となっている（図５参照）。これにより、軸接続部２３１、２３２の機械的強度が高まり、軸部２４ａ、２４ｂを安定して支持することができる。そのため、可動部２２を揺動軸Ｊまわりにより安定して揺動させることができる。

一方、連結部２３３には、保持部２６が固定された固定部２３３ａと、軸接続部２３１、２３２よりも薄肉な薄肉部２３３ｂと、が設けられている。固定部２３３ａには、上面側から保持部２６がネジ止めによって固定されている。ただし、固定部２３３ａへの保持部２６の固定は、ネジ止めに限定されず、凹凸嵌合による固定や、接着剤を用いた固定であってもよい。

また、図７に示すように、薄肉部２３３ｂには、下面に開放する凹部２３５が形成されており、＋Ｘ軸方向（すなわち、永久磁石２５１とコイル２５２の並び方向（Ｚ軸方向）に直交する方向）から見ると、光学デバイス２の外部から、永久磁石２５１とコイル２５２との隙間（ギャップＧ）を視認することができる。このことから、凹部２３５は、ギャップＧを視認するための窓部２３６を構成していると言える。このような窓部２３６を有することで、ギャップＧが適正な大きさであるか否かを簡単に判断することができる。特に、本実施形態では、窓部２３６を介して、永久磁石２５１のコイル２５２側の面２５１ａ（面２５１ａの位置）と、コイル２５２の永久磁石２５１側の面２５２ａ（面２５２ａの位置）と、を視認することができるため、これら面２５１ａ、２５２ａの間のギャップＧをより正確に判断することができる。また、＋Ｘ軸方向から見てギャップＧを視認すると、視線が、面２５１ａ、２５２ａと一致するため（面２５１ａ、２５２ａを線として認識できるため）、ギャップＧをよりはっきりと視認することができる。

このように、ギャップＧを視認できることで、ギャップＧの調整が容易となる。ギャップＧは、可動部２２の揺動時に永久磁石２５１とコイル２５２の接触を防止するため、および、コイル２５２から発生する磁界を永久磁石２５１に効率的に作用させるために、高精度の調整が必要となる。そのため、窓部２３６を設けて、ギャップＧをより精度よく調整できるようにすることで、優れた揺動特性を有する光学デバイス２となる。

特に、本実施形態では、窓部２３６が凹部２３５で形成された貫通穴となっているため、次のような効果を発揮することができる。第１に、例えば、凹部２３５がガラス材等の透明部材で塞がれている場合と比較して、光の反射等が無い分、ギャップＧをより鮮明に視認することができる。第２に、例えば、ギャップＧの大きさを検査するための道具（後述する製造方法で用いるような、永久磁石２５１とコイル２５２との間に挟み込むギャップ形成部材９）を窓部２３６を介して抜き差しすることができ、ギャップＧの大きさを物理的に確認することもできる。

以上、光学デバイス２の構成について詳細に説明した。なお、本実施形態では、可動部２２に永久磁石２５１を配置した所謂「ムービングマグネット型」の駆動機構２５となっているが、永久磁石２５１とコイル２５２の配置を逆にしてもよい。すなわち、可動部２２にコイル２５２を配置した所謂「ムービングコイル型」の駆動機構２５であってもよい。ただし、本実施形態のような「ムービングマグネット型」の駆動機構２５とすることで、通電による発生するコイル２５２の熱が可動部２２やガラス板２１に伝わり難く、熱による振動特性の変化（共振周波数の変化）や、ガラス板２１の撓み等を効果的に抑えることができる。

３．光学デバイスの製造方法
次に、光学デバイス２の製造方法について説明する。

光学デバイス２の製造方法は、永久磁石２５１が設けられた構造体２０およびコイル２５２を保持した保持部２６を準備する第１工程と、永久磁石２５１とコイル２５２の間に板状のギャップ形成部材９を挟み込んだ状態で、保持部２６を構造体２０に固定する第２工程と、ギャップ形成部材９を除去する第３工程と、を有している。以下、本製造方法について具体的に説明する。

［第１工程］
まず、機械加工や射出成型によって構造体２０を形成し、図８（ａ）に示すように、この構造体２０にガラス板２１および永久磁石２５１を配置する。また、保持部２６を形成し、保持部２６にコイル２５２を配置する。

［第２工程］
次に、図８（ｂ）に示すように、永久磁石２５１とコイル２５２の間にギャップ形成部材９を挟み込んだ状態で保持部２６を構造体２０にネジ止めする。ギャップ形成部材９は、設定されたギャップＧに相当する厚みを有しており、永久磁石２５１とコイル２５２との間にギャップ形成部材９を挟み込むことで、永久磁石２５１とコイル２５２のギャップＧを簡単に設定された値に合わせることができる。なお、例えば、永久磁石２５１とコイル２５２の間でギャップ形成部材９を動かしてみて、ギャップ形成部材９が動かないようであれば、永久磁石２５１とコイル２５２のギャップＧが設定値よりも小さくなっているおそれがあり、反対に、ギャップ形成部材９がガタ付くほどに動いてしまう場合には、ギャップＧが設定値よりも大きくなっているおそれがある。そのため、ギャップ形成部材９が永久磁石２５１とコイル２５２との間で適度に動くように、保持部２６の固定部への締め付け強度を調整する。

［第３工程］
次に、図８（ｃ）に示すように、ギャップ形成部材９を窓部２３６を介して除去することで、光学デバイス２がえられる。

このような製造方法によれば、ギャップＧが精度よく調整された光学デバイス２を得ることができる。

＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第２実施形態の画像表示装置は、半透過型（シースルー型）のヘッドマウントディスプレイ（以下、単に「ＨＭＤ」とも言う）である。

本実施形態のＨＭＤ（画像表示装置）３は、観察者（使用者）に装着して使用されるものであり、図９に示すように、光源３１０と、液晶表示素子３２０と、投射レンズ系３３０と、導光部３４０と、光学デバイス２と、を有している。光源３１０としては特に限定されないが、例えば、ＬＥＤのバックライトを用いることができる。このような光源３１０から発生する光は、液晶表示素子３２０に導かれる。液晶表示素子３２０は、透過型の液晶表示素子であり、例えば、ＨＴＰＳ（高温ポリシリコン）単板ＴＦＴカラー液晶パネル等を用いることができる。このような液晶表示素子３２０は、光源３１０からの光を変調して映像光を生成する。生成された映像光は、投射レンズ系で拡大された後、導光部３４０へ入射する。導光部３４０は、板状をなしており、さらに、光の伝搬方向の下流側にはハーフミラー３４１が配置される。導光部３４０内に導かれた光は、反射を繰り返して進み、ハーフミラー３４１によって観察者の瞳Ｅに導かれる。また、これと共に、外界光がハーフミラー３４１を透過して観察者の瞳Ｅに導かれる。したがって、ＨＭＤ３では、景色に映像光が重畳して視認されることとなる。

このような構成のＨＭＤ３では、液晶表示素子３２０と投射レンズ系３３０との間に光学デバイス２が配置されており、これにより、映像光の光軸をシフトさせることができる。

以上のような第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＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。

以下、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第３実施形態の画像表示装置は、ヘッドアップディスプレイ（以下、単に「ＨＵＤ」とも言う）である。

本実施形態のＨＵＤ（画像表示装置）５は、例えば、自動車に搭載され、フロントガラスＦＧを介して、時速、時間、走行距離等の各種情報（映像）を運転者に投影するのに用いられる。このようなＨＵＤ５は、図１０に示すように、光源５１１、液晶表示素子５１２および投射レンズ系５１３を有する投影ユニット５１０と、反射ミラー５２０と、光学デバイス２と、を有している。光源５１１、液晶表示素子５１２および投射レンズ系５１３は、例えば、前述した第２実施形態の光源３１０、液晶表示素子３２０および投射レンズ系３３０と同様の構成とすることができる。反射ミラー５２０は、凹面ミラーであり、投影ユニット５１０からの投影光を反射してフロントガラスＦＧに投影（表示）する。

このような構成のＨＵＤ５では、液晶表示素子５１２と投射レンズ系５１３との間に光学デバイス２が配置されており、これにより、投影光の光軸をシフトさせることができる。

以上のような第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＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置が有する光学デバイスの断面図である。

以下、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第４実施形態の画像表示装置は、光学デバイスの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１１に示すように、本実施形態の光学デバイス２では、窓部２３６の少なくとも一部を構成する面２３６ａ（言い換えると、薄肉部２３３ｂの下面とも言え、凹部２３５の底面とも言える。）と、コイル２５２の面２５２ａとがほぼ一致している。これにより、面２３６ａと永久磁石２５１の面２５１ａとのギャップがギャップＧと等しくなるため、ギャップＧの確認がより容易となる。また、製造時においては、コイル２５２の面２５２ａが窓部２３６の面２３６ａと一致するように保持部２６を固定部２３３ａにねじ止めすればよいため、ギャップＧの調整がより容易となる。

以上のような第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。

なお、本実施形態では、ムービングマグネット型を採用し、保持部２６にコイル２５２が保持されているため、窓部２３６の面２３６ａとコイルの２５２の面２５２ａとが一致しているが、反対に、ムービングコイル型を採用し、保持部２６の永久磁石２５１が保持されている場合には、窓部２３６の面２３６ａと永久磁石２５１の面２５１ａとが一致していればよい。

＜第５実施形態＞
図１２は、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置の光学的な構成を示す図である。図１３は、図１２に示す画像表示装置が有する光学デバイスの上面図および下面図である。

以下、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第５実施形態の画像表示装置は、走査型の画像表示装置である点で、前述した第１実施形態と異なっている。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１２に示すように、本実施形態のプロジェクター（画像表示装置）４は、スクリーン、壁面などの対象物６に描画用レーザー光Ｌ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。プロジェクター４は、描画用レーザー光Ｌを出射する描画用光源ユニット４１０と、描画用レーザー光Ｌを走査する光スキャナーとしての２つの光学デバイス２Ａと、を有している。このようなプロジェクター４では、２つの光学デバイス２Ａを、描画用レーザー光Ｌの走査方向が直交するように配置している。そして、例えば、一方の光学デバイス２Ａが描画用レーザー光Ｌを水平方向に走査し、他方の光学デバイス２Ａが描画用レーザー光Ｌを垂直方向に走査することにより、対象物６に二次元画像を表示できるようになっている。

描画用光源ユニット４１０は、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂと、レーザー光源４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂに対応して設けられたコリメーターレンズ４１２Ｒ、４１２Ｇ、４１２Ｂおよびダイクロイックミラー４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１３Ｂと、を備えている。前述した第２実施形態と同様に、ダイクロイックミラー４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１Ｂによって、赤色、緑色、青色、各色のレーザーが合成されて描画用レーザー光Ｌとなる。

光学デバイス２Ａは、図１３に示すように、可動部２２が板状をなしており、可動部２２の表面に光反射性を有する光反射部（光学部）２１Ａが設けられている。これにより、可動部２２を揺動軸まわりに揺動させると、光反射部２１Ａで反射された描画用レーザー光Ｌを走査することができる。

このような第５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。

以上、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置について、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い。例えば、本発明の光学デバイスおよび画像表示装置では、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、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、画像表示装置として、液晶プロジェクターおよび光走査型のプロジェクターについて説明したが、画像表示装置としては、プロジェクターに限定されず、その他、プリンター、スキャナー等にも適用可能である。

また、前述した実施形態では、液晶表示素子を用いたプロジェクターについて説明したが、プロジェクターとしては、これに限定されず、例えば、スキャナー型のプロジェクターであってもよい。すなわち、例えば、青色レーザー、赤色レーザー、緑色レーザーを合成して生成されたレーザーを光スキャナーで２次元的に走査することで映像を表示するようなプロジェクターであってもよい。

１……プロジェクター
２、２Ａ……光学デバイス
３……ＨＭＤ
４……プロジェクター
５……ＨＵＤ
６……対象物
９……ギャップ形成部材
２０……構造体
２１……ガラス板
２１Ａ……光反射部
２２……可動部
２３……支持部
２４ａ……軸部
２４ｂ……軸部
２５……駆動機構
２６……保持部
１０２……光源
１０４ａ……ミラー
１０４ｂ……ミラー
１０４ｃ……ミラー
１０６ａ……ダイクロイックミラー
１０６ｂ……ダイクロイックミラー
１０８Ｂ……液晶表示素子
１０８Ｇ……液晶表示素子
１０８Ｒ……液晶表示素子
１１０……ダイクロイックプリズム
１１２……投射レンズ系
１２０……制御回路
１２２……画像信号処理回路
２２１……貫通孔
２３１、２３２……軸接続部
２３３……連結部
２３３ａ……固定部
２３３ｂ……薄肉部
２３４……連結部
２３５……凹部
２３６……窓部
２３６ａ……面
２５１……永久磁石
２５１ａ……面
２５２……コイル
２５２ａ……面
２５３……電圧印加部
２６１、２６２……貫通孔
３１０……光源
３２０……液晶表示素子
３３０……投射レンズ系
３４０……導光部
３４１……ハーフミラー
４１０……描画用光源ユニット
４１１Ｒ、４１１Ｇ、４１１Ｂ……レーザー光源
４１２Ｒ、４１２Ｇ、４１２Ｂ……コリメーターレンズ
４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１３Ｂ……ダイクロイックミラー
５１０……投影ユニット
５１１……光源
５１２……液晶表示素子
５１３……投射レンズ系
５２０……反射ミラー
Ｅ……瞳
ＦＧ……フロントガラス
Ｇ……ギャップ
Ｊ……揺動軸
Ｌ……描画用レーザー光
ＬＬ……映像光
Ｐ１、Ｐ２……画像表示位置
Ｐｘ……画素
Ｒｖ、Ｇｖ、Ｂｖ……データ信号
Ｖｉｄ……画像信号
Ｗｘ１、Ｗｘ２、Ｗｘ３……幅
Ｗｙ１、Ｗｙ２、Ｗｙ３……幅

Claims (15)

1. 光が入射する光入射面を有する光学部と、
   前記光学部を支持する可動部と、
   前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
   前記軸部を支持する支持部と、
   前記可動部に設けられた永久磁石と、
   前記永久磁石に対向して配置され、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有し、
   前記支持部は、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認することのできる窓部を有していることを特徴とする光学デバイス。
2. 前記窓部は、貫通穴である請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記窓部から、前記永久磁石の前記コイルと対面する側の面の位置と、前記コイルの前記永久磁石と対面する側の面の位置と、を視認することができる請求項１または２に記載の光学デバイス。
4. 前記窓部から見たときに、前記窓部を構成する側面のうちの１つが、前記永久磁石の前記コイルと対面する側の面または前記コイルの前記永久磁石と対面する側の面と一致している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
5. 前記窓部は、前記永久磁石と前記コイルとの並び方向に対して直交する方向から前記隙間を視認することができる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
6. 前記コイルは、空芯コイルである請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学デバイス。
7. 前記コイルは、前記支持部に支持されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学デバイス。
8. 前記支持部に固定され、前記コイルを前記永久磁石とは反対側から保持する保持部を有している請求項７に記載の光学デバイス。
9. 前記保持部は、非磁性体である請求項８に記載の光学デバイス。
10. 前記可動部および軸部は、それぞれ、樹脂材料を含んでいる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学デバイス。
11. 前記光学部は、前記光を透過する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学デバイス。
12. 前記光学部は、前記光を反射する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学デバイス。
13. 請求項１１に記載の光学デバイスを備え、
    前記光学デバイスで光を空間変調させることにより、前記光の照射によって表示される画素の位置をずらすように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
14. 請求項１２に記載の光学デバイスを備え、
    前記光学デバイスで光を反射して走査することにより、画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
15. 光が入射する光入射面を有する光学部、前記光学部を支持する可動部、前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部、前記軸部を支持する支持部、前記可動部に設けられた永久磁石、を有し、かつ、前記支持部に、前記永久磁石と前記コイルとの隙間を視認することのできる窓部を有する構造体を得る工程と、
    前記永久磁石との間にギャップ形成部材を配置した状態で、コイルを前記永久磁石と対向して配置する工程と、
    前記窓部を介して、前記永久磁石と前記コイルとの間から前記ギャップ形成部材を除去する工程と、を有することを特徴とする光学デバイスの製造方法。

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