JP2017026730A - Optical scanner, image forming apparatus and head-mounted display - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an optical scanner, an image display device, and a head mounted display.
例えば、特許文献1には、光を2次元的に走査する光スキャナーが開示されている。このような光スキャナーは、レーザービームを水平方向に走査する第1揺動部と、光を垂直方向に走査する第2揺動部と、を有するブレーナ型をなし、第1揺動部で走査されたレーザービームは、固定ミラーで反射されて第2揺動部に入射するようになっている。
For example,
しかしながら、特許文献1の光スキャナーでは、第1揺動部および第2揺動部が、それぞれ、反射面を有するミラー部と、ミラー部を揺動可能に支持する梁部と、を有しており、これらが平面的に配置された構成となっている。すなわち、ミラー部の周囲に長尺な梁部を配置しなければならず、その分、光スキャナーが大型化してしまうという問題がある。
However, in the optical scanner of
本発明の目的は、小型化を図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。 An object of the present invention is to provide an optical scanner, an image display device, and a head mounted display that can be miniaturized.
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、第1可動部と、
前記第1可動部を第1軸まわりに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部に配置され、光を反射する第1反射面を有する第1反射部と、
第2可動部と、
前記第2可動部を第2軸まわりに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2可動部に配置され、光を反射する第2反射面を有する第2反射部と、
前記第1反射面で反射した光を反射し、前記第2反射面に入射させる第3反射面を有する第3反射部と、を有し、
前記第1反射部は、前記第1軸部と離間し、かつ、前記第1反射面の法線方向から見た平面視で、前記第1軸部の少なくとも一部と重なって配置され、
前記第2反射部は、前記第2軸部と離間し、かつ、前記第2反射面の法線方向から見た平面視で、前記第2軸部の少なくとも一部と重なって配置されていることを特徴とする。
これにより、光スキャナーの小型化を図ることができる。
Such an object is achieved by the following invention.
The optical scanner of the present invention includes a first movable part,
A first shaft portion that supports the first movable portion so as to be swingable about a first axis;
A first reflecting portion disposed on the first movable portion and having a first reflecting surface for reflecting light;
A second movable part;
A second shaft portion that supports the second movable portion so as to be swingable about a second axis;
A second reflecting portion disposed on the second movable portion and having a second reflecting surface for reflecting light;
A third reflecting portion having a third reflecting surface that reflects the light reflected by the first reflecting surface and makes the light incident on the second reflecting surface;
The first reflecting portion is spaced apart from the first shaft portion and is disposed so as to overlap with at least a part of the first shaft portion in a plan view as viewed from the normal direction of the first reflecting surface.
The second reflecting portion is disposed apart from the second shaft portion and overlaps at least a part of the second shaft portion in a plan view as viewed from the normal direction of the second reflecting surface. It is characterized by that.
Thereby, size reduction of an optical scanner can be achieved.
本発明の光スキャナーでは、前記第1反射部は、前記第1反射面の法線方向から見た平面視で、前記第1軸部の一部または全域と重なって配置されていることが好ましい。
これにより、光スキャナーのさらなる小型化を図ることができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the first reflecting portion is disposed so as to overlap a part or the entire area of the first shaft portion in a plan view when viewed from the normal direction of the first reflecting surface. .
Thereby, further miniaturization of the optical scanner can be achieved.
本発明の光スキャナーでは、前記第2反射部は、前記第2反射面の法線方向から見た平面視で、前記第2軸部の全域と重なって配置されていることが好ましい。
これにより、光スキャナーのさらなる小型化を図ることができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the second reflecting portion is disposed so as to overlap with the entire area of the second shaft portion in a plan view as viewed from the normal direction of the second reflecting surface.
Thereby, further miniaturization of the optical scanner can be achieved.
本発明の光スキャナーでは、前記第2反射部は、前記第2反射面の法線方向からみた平面視で、前記第2軸に沿う方向に延在する長手形状をなしていることが好ましい。
これにより、第2反射部の小型化を図ることができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the second reflecting portion has a longitudinal shape extending in a direction along the second axis in a plan view seen from the normal direction of the second reflecting surface.
Thereby, size reduction of a 2nd reflection part can be achieved.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部は、共振駆動で前記第1軸まわりに揺動し、
前記第2可動部は、非共振駆動で前記第2軸まわりに揺動することが好ましい。
これにより、2次元画像を表示するのに適した駆動となる。
In the optical scanner of the present invention, the first movable portion swings around the first axis by resonance driving,
Preferably, the second movable part swings around the second axis by non-resonant driving.
Thereby, it becomes a drive suitable for displaying a two-dimensional image.
本発明の光スキャナーでは、前記第1軸部の延在方向と前記第2軸部の延在方向とが直交していることが好ましい。
これにより、2次元画像を表示するのに適した構成となる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the extending direction of the first shaft portion and the extending direction of the second shaft portion are orthogonal to each other.
Thereby, it becomes a structure suitable for displaying a two-dimensional image.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部、前記第1軸部、前記第2可動部および前記第2軸部は、同一基板に形成されていることが好ましい。
これにより、第1可動部および第1軸部を含む第1揺動体と第2可動部および第2軸部を含む第2揺動体とを一体形成することができるため、第1揺動体と第2揺動体のアライメントを精度よく取ることができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the first movable portion, the first shaft portion, the second movable portion, and the second shaft portion are formed on the same substrate.
As a result, the first oscillating body including the first movable portion and the first shaft portion and the second oscillating body including the second movable portion and the second shaft portion can be integrally formed. 2 The alignment of the rocking body can be accurately taken.
本発明の光スキャナーでは、前記第3反射部は、静止状態の前記第1反射面に対して、前記第3反射面が前記第2反射面側を向くように傾斜していることが好ましい。
これにより、第2反射面に入射する光の領域を小さくすることができるため、第2反射面を小型化することができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the third reflecting portion is inclined with respect to the first reflecting surface in a stationary state so that the third reflecting surface faces the second reflecting surface.
Thereby, since the area | region of the light which injects into a 2nd reflective surface can be made small, a 2nd reflective surface can be reduced in size.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部を前記第1軸まわりに揺動させ、前記第2可動部を前記第2軸まわりに揺動させる駆動機構を有し、
前記駆動機構は、前記第1可動部に配置された第1永久磁石と、前記第2可動部に配置された第2永久磁石と、を有し、
前記第1永久磁石の磁極を結ぶ第1仮想線は、前記第1反射面の法線方向から見た平面視で、前記第1軸に対して交差し、
前記第2永久磁石の磁極を結ぶ第2仮想線は、前記第2反射面の法線方向から見た平面視で、前記第2軸に対して交差していることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、第1可動部および第2可動部をそれぞれ揺動させることができる。
In the optical scanner of the present invention, the optical scanner has a drive mechanism that swings the first movable part around the first axis and swings the second movable part around the second axis,
The drive mechanism includes a first permanent magnet disposed on the first movable portion, and a second permanent magnet disposed on the second movable portion,
The first imaginary line connecting the magnetic poles of the first permanent magnet intersects the first axis in a plan view viewed from the normal direction of the first reflecting surface,
It is preferable that the second imaginary line connecting the magnetic poles of the second permanent magnet intersects the second axis in a plan view as viewed from the normal direction of the second reflecting surface.
Thereby, the first movable part and the second movable part can be swung with a simple configuration.
本発明の光スキャナーでは、前記第1仮想線は、前記第1軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the first imaginary line is inclined with respect to the extending direction of the first shaft portion.
Thereby, it can suppress that an optical scanner breaks in the case of magnetization.
本発明の光スキャナーでは、前記第2仮想線は、前記第2軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the second imaginary line is inclined with respect to the extending direction of the second shaft portion.
Thereby, it can suppress that an optical scanner breaks in the case of magnetization.
本発明の光スキャナーでは、前記第1永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第1永久磁石の磁化容易軸が前記第1軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
In the optical scanner of the present invention, the first permanent magnet has crystal magnetic anisotropy,
It is preferable that an easy magnetization axis of the first permanent magnet is inclined with respect to an extending direction of the first shaft portion.
Thereby, it can suppress that an optical scanner breaks in the case of magnetization.
本発明の光スキャナーでは、前記第2永久磁石は、結晶磁気異方性を有し、
前記第2永久磁石の磁化容易軸が前記第2軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
In the optical scanner of the present invention, the second permanent magnet has crystal magnetic anisotropy,
It is preferable that the easy magnetization axis of the second permanent magnet is inclined with respect to the extending direction of the second shaft portion.
Thereby, it can suppress that an optical scanner breaks in the case of magnetization.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部は、共振駆動で前記第1軸まわりに揺動し、
前記第2可動部は、非共振駆動で前記第2軸まわりに揺動し、
前記第1永久磁石の前記第1仮想線が第1軸部の延在方向に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、第1可動部および第2可動部をそれぞれスムーズに揺動させることができると共に、着磁の際に、光スキャナーが破損してしまうことを抑制することができる。
In the optical scanner of the present invention, the first movable portion swings around the first axis by resonance driving,
The second movable part swings around the second axis by non-resonant driving,
It is preferable that the first imaginary line of the first permanent magnet is inclined with respect to the extending direction of the first shaft portion.
Thereby, while being able to rock | fluctuate each 1st movable part and 2nd movable part smoothly, it can suppress that an optical scanner breaks in the case of magnetization.
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、小型化を図ることのできる画像表示装置が得られる。
The image display apparatus of the present invention includes the optical scanner of the present invention.
Thus, an image display device that can be reduced in size can be obtained.
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、小型化を図ることのできるヘッドマウントディスプレイが得られる。
The head-mounted display of the present invention includes the optical scanner of the present invention,
And a frame mounted on the head of the observer.
As a result, a head mounted display that can be reduced in size can be obtained.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical scanner, an image display device, and a head mounted display according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<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断面図である。図3は、図2に示す光スキャナーの上面図である。図4は、レーザー光が入射する領域を示す平面図である。図5は、反射部を斜めに配置することによる効果を説明する模式図である。図6は、図2に示す光スキャナーが有する駆動機構を説明する上面図である。図7は、図6中のA−A線断面図である。図8は、駆動電圧を示す図である。図9は、光スキャナーで走査されたレーザー光の走査線を示す平面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an image display apparatus according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of an optical scanner provided in the image display apparatus shown in FIG. 3 is a top view of the optical scanner shown in FIG. FIG. 4 is a plan view showing a region where laser light is incident. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the effect of arranging the reflecting portion obliquely. FIG. 6 is a top view for explaining a drive mechanism of the optical scanner shown in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating the drive voltage. FIG. 9 is a plan view showing scanning lines of laser light scanned by the optical scanner.
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に描画用のレーザー光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。このような画像表示装置1は、レーザー光LLを出射する光源ユニット2と、レーザー光LLを二次元的に走査する光スキャナー3と、を有している。
An
≪光源ユニット≫
光源ユニット2は、図1に示すように、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源21R、21G、21Bを有する光源部と、レーザー光源21R、21G、21Bを駆動する駆動回路22R、22G、22Bと、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されたレーザー光を平行光化するコリメータレンズ24R、24G、24Bと、光合成部23と、集光レンズ26と、を有する。
≪Light source unit≫
As shown in FIG. 1, the
レーザー光源21Rは、赤色光を射出するものであり、レーザー光源21Gは、緑色光を射出するものであり、レーザー光源21Bは、青色光を射出するものである。このような3色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。なお、レーザー光源21R、21G、21Bとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、LED等を用いることができる。
The
駆動回路22Rは、レーザー光源21Rを駆動する機能を有し、駆動回路22Gは、レーザー光源21Gを駆動する機能を有し、駆動回路22Bは、レーザー光源21Bを駆動する機能を有する。これら駆動回路22R、22G、22Bは、図示しない制御部によって独立して駆動が制御されている。このような駆動回路22R、22G、22Bにより駆動されたレーザー光源21R、21G、21Bから射出された3つのレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ24R、24G、24Bによって平行光化されて光合成部23に入射する。
The
光合成部23は、複数のレーザー光源21R、21G、21Bからの光を合成する。本実施形態では、光合成部23は、2つのダイクロイックミラー231、232を有する。ダイクロイックミラー231は、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー232は、赤色光および緑色光を透過させるとともに青色光を反射する機能を有する。このようなダイクロイックミラー231、232を用いることにより、レーザー光源21R、21G、21Bからの赤色光、緑色光および青色光の3色のレーザー光を合成することができる。この際、図示しない制御部によってレーザー光源21R、21G、21Bからの光の強度をそれぞれ独立して変調することで、所定の色の描画用のレーザーLLが生成される。生成されたレーザーLLは、集光レンズ26によって所望のNA(開口数)に変更された後、光スキャナー3に導かれる。
The
以上、光源ユニット2について説明したが、この光源ユニット2の構成としては、レーザーLLを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。
Although the
≪光スキャナー≫
図2ないし図7に示す光スキャナー3は、レーザー光LLの走査方向が直交する2つの揺動体31、32と、揺動体31、32を支持する支持部33と、支持部33に固定された蓋体34と、蓋体34に設けられた反射部(第3反射部)35と、揺動体31、32を駆動する駆動機構36と、を有している。このような光スキャナー3は、揺動体31に入射したレーザー光LLを揺動体31によって水平方向(第1軸J1まわり)に走査し、揺動体31で走査されたレーザー光LLを反射部35で反射して揺動体32に入射し、揺動体32に入射したレーザー光LLを揺動体32によって垂直方向(水平方向に直交する方向。第2軸J2まわり)に走査することで、レーザー光LLを2次元走査するように構成されている。なお、レーザー光LLは、光スキャナー3の平面視で、第1軸J1に対して直交する方向(言い換えると、後述する反射面3142aの法線に対して第1軸J1まわりに傾斜した方向)から揺動体31に入射するようになっている。
≪Optical scanner≫
The
−揺動体31−
揺動体(第1揺動体)31は、可動部(第1可動部)311と、可動部311を第1軸J1まわりに揺動(回動)可能に支持する軸部(第1軸部)312、313と、可動部311に設けられた反射部(第1反射部)314と、を有している。支持部33には第1開口331が形成されており、この第1開口331内に可動部311および軸部312、313が配置され、光スキャナー3の平面視で、可動部311と重なって反射部314が配置されている。
-Oscillator 31-
The oscillating body (first oscillating body) 31 includes a movable portion (first movable portion) 311 and a shaft portion (first shaft portion) that supports the
また、軸部312、313は、可動部311を介して(挟んで)互いに対向して配置され、それぞれ、第1軸J1に沿って延在している。そして、その一端部が可動部311に接続されており、他端部が支持部33に接続されている。軸部312、313は、それぞれ、可動部311を第1軸J1まわりに揺動可能に支持し、可動部311の第1軸J1まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、可動部311を第1軸J1まわりに揺動可能に支持することができれば、軸部312、313の形状は特に限定されない。
The
また、反射部314は、可動部311に支持された保持部3141と、保持部3141に保持され、光反射性を有するミラー3142と、を有している。また、保持部3141は、可動部311および軸部312、313に対して板厚方向に離間する板状の基部3141aと、基部3141aと可動部311の間に位置し、これらを連結(接合)する柱部3141bと、を有している。そして、基部3141aの上面(可動部311と反対側に位置する面)にミラー3142が設けられており、その表面がレーザー光LLを反射する反射面(第1反射面)3142aとなっている。なお、基部3141aと柱部3141bとは一体形成されていてもよい。
The
また、基部3141aは、可動部311よりも大きく形成されており、平面視(静止状態の反射面3142aの法線方向から見た平面視)で、軸部312、313と重なって設けられている。そのため、軸部312、313の間の距離を短くしつつ(すなわち、可動部311を小さくしつつ)、基部3141aの上面の面積(すなわち、ミラー3142の面積)を大きくすることができる。すなわち、レーザー光LLを走査するのに必要な大きさのミラー3142を配置しつつ、揺動体31の小型化を図ることができる。
The
なお、本実施形態に対して、従来のように可動部311の上面にミラー3142を設ける構成の場合、レーザー光LLを走査するのに必要な大きさのミラー3142を配置するために可動部311を本実施形態よりも大きく確保する必要がある。そのため、軸部312、313の離間距離が本実施形態よりも大きくなり、その結果、揺動体が大型化してしまう。
In contrast to the present embodiment, in the case where the
特に、基部3141aは、その平面視で、軸部312、313の一部と重なり、支持部33との接続部側の端部とは重なっていない。前述したように、光スキャナー3では、まず、揺動体31によってレーザー光LLを走査するため、図4(a)に示すように、レーザー光LLがミラー3142へ入射する領域S1は、レーザー光LLのスポット径とほぼ同じである(詳細には、レーザー光LLがミラー3142に対して傾いて入射するため、傾きの分だけ領域S1がスポット径よりも若干大きくなる)。
In particular, the
そのため、レーザー光LLの径にもよるが、軸部312、313の全域と重なる程、ミラー3142を大きくする必要がない。したがって、本実施形態のように、基部3141aを軸部312、313の一部と重なる程度の大きさとすることにより、基部3141aの過度な大型化が防止される。よって、反射部314の質量を抑えることができ、例えば、反射部314の重みによる軸部312、313の撓みを効果的に抑制することができる。その結果、反射部314をより安定して第1軸J1まわり揺動させることができる。さらには、反射部314の質量を抑えることで、慣性モーメントが小さくなるため、反射部314をより円滑に揺動させることができる。
Therefore, although it depends on the diameter of the laser beam LL, it is not necessary to enlarge the
なお、軸部312、313の長さによっては、基部3141aが軸部312、313の全域と重なっていてもよい。また、本実施形態では、基部3141aおよびミラー3142が略円形をなしているが、これらの形状は、特に限定されず、例えば、楕円形、長円形であってもよいし、正方形、長方形であってもよい。反射部314が楕円形、長円形または長方形のように長尺状の場合、反射部314の平面視で第1軸J1の軸方向に対して垂直な方向に長軸を有することが好ましい。このような形状とすることによって、反射部314、324が揺動しレーザー光LLが反射部314、324に斜入射した場合でも、走査に用いられない領域を減らすことができ効率的にレーザー光LLを反射することができる。
Depending on the length of the
−揺動体32−
揺動体(第2揺動体)32は、前述した揺動体31とほぼ同様の構成である。揺動体32は、可動部(第2可動部)321と、可動部321を第1軸J1と直交する第2軸J2まわりに揺動(回動)可能に支持する軸部(第2軸部)322、323と、可動部321に設けられた反射部(第2反射部)324と、を有している。支持部33には第1開口331と並んで第2開口332が形成されており、この第2開口332内に可動部321および軸部322、323が配置され、可動部321と重なるようにして反射部324が配置されている。
−
The rocking body (second rocking body) 32 has substantially the same configuration as the rocking
また、軸部322、323は、可動部321を介して互いに対向して配置され、それぞれ、第2軸J2に沿って延在している。そして、その一端部が可動部321に接続されており、他端部が支持部33に接続されている。軸部322、323は、それぞれ、可動部321を第2軸J2まわりに揺動可能に支持し、可動部321の第2軸J2まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、可動部321を第2軸J2まわりに揺動可能に支持することができれば、軸部322、323の形状は特に限定されない。
The
また、反射部324は、可動部321に接合された保持部3241と、保持部3241に保持され、光反射性を有するミラー3242と、を有している。また、保持部3241は、可動部321および軸部322、323に対して板厚方向に離間する板状の基部3241aと、基部3241aと可動部321の間に位置し、これらを連結(接合)する柱部3241bと、を有している。そして、基部3241aの上面(可動部321と反対側に位置する面)にミラー3242が設けられており、その表面がレーザー光LLを反射する反射面(第2反射面)3242aとなっている。
The
また、基部3241aは、可動部321よりも大きく形成されており、平面視(静止状態の反射面3242aの法線方向から見た平面視)で、軸部322、323と重なって設けられている。そのため、軸部322、323の間の距離を短くしつつ、基部3241aの上面の面積(すなわち、ミラー3242の面積)を大きくすることができる。すなわち、レーザー光LLを走査するのに必要な大きさのミラー3242を配置しつつ、揺動体32の小型化を図ることができる。
The
特に、基部3241aは、その平面視で、軸部322、323の全域と重なっている。前述したように、光スキャナー3では、揺動体31によって第1軸J1まわりに走査されたレーザー光LLを揺動体32が走査するため、図4(b)に示すように、レーザー光LLがミラー3242へ入射する領域S2は、第2軸J2に沿う方向に延びる線状となる。そのため、領域S2と同じ方向に延びる軸部322、323の全域と重なる程、ミラー3242を大きくすることで、領域S2を内包できる大きさのミラー3242とすることができる。
In particular, the
また、前述したように、領域S2は、第2軸J2に沿って延びる線状をなしており、幅が狭い。そのため、基部3241aおよびミラー3242を第2軸J2に沿った方向を長手とする長尺状(本実施形態は、略長方形)とすることで、ミラー3242のレーザー光LLの走査に用いられない領域を減らすことができ、反射部324の過度な大型化が防止される。よって、反射部324の質量を抑えることができ、反射部324の重みによる軸部322、323の撓み等を効果的に抑制することができる。その結果、より確実に、反射部324を第2軸J2まわり揺動させることができる。さらには、基部3241aの質量を抑えることで、慣性モーメントが小さくなるため、反射部324をより円滑に揺動させることができる。
Further, as described above, the region S2 has a linear shape extending along the second axis J2, and has a narrow width. Therefore, by making the
なお、軸部322、323の長さや領域S2の長さによっては、基部3241aが軸部322、323の全域と重なっておらず、一部とのみ重なっていてもよい。また、本実施形態では、基部3241aおよびミラー3242が第2軸J2に沿って延びる略長方形をなしているが、これらの形状は、特に限定されず、例えば、第2軸J2に沿って延びる楕円形、長円形等であってもよいし、長手形状ではない円形、四角形等であってもよい。
Note that, depending on the length of the
以上、揺動体31、32について説明した。これら揺動体31、32のうち、可動部311、321および軸部312、313、322、323は、シリコン基板やSOI基板(第1Si層、SiO2層、第2Si層が積層してなる基板)等を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パターニングすることで、支持部33と一体的に形成されている。すなわち、可動部311、321および軸部312、313、322、323は、同一の基板内(同一基板の同一基板面)に、当該基板の面内方向に並んで形成されている。このような光スキャナー3によれば、揺動体31、32のアライメントを精度よく実現することができる。言い換えると、例えば、別体である2つの光スキャナーを用いてレーザー光LLを2次元的に走査する場合には、画像表示装置1を組み立てる際に2つの光スキャナーのアライメントを精度よく取らなければならない。これに対して、本実施形態の光スキャナー3によれば、設計(製造)の段階でアライメントを取っておけばよく、装置を組み立てる際に揺動体31、32のアライメントを取る必要がない。したがって、画像表示装置1の組み立てが容易となる。
The rocking
また、保持部3141、3241は、例えば、SOI基板(第1Si層、SiO2層、第2Si層が積層してなる基板)から形成することができる。具体的には、例えば、SOI基板を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パターニングして、第1Si層から基部3141a、3241aを形成し、SiO2層および第2Si層から柱部3141b、3241bを形成することで保持部3141、3241を形成することができる。また、保持部3141、3241と可動部311、321との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤等の接合部材を介して接合することができる。また、ミラー3142、3242は、例えば、アルミニウム等の金属材料を基部3141a、3241aの上面へ成膜することにより形成することができる。
The holding
なお、本実施形態では、ミラー3142の反射面3142aとミラー3242の反射面3242aとが静止状態において同一平面に位置しているが、反射面3142aと反射面3242aは、同一平面に位置しておらず、上下(可動部311、321の板厚方向)にずれて配置されていてもよい。
In the present embodiment, the
−蓋体34−
蓋体34は、揺動体31、32の上方を覆うように配置され、支持部33に接合されている。この蓋体34は、主に、反射部35を保持するために設けられている。また、蓋体34には、レーザー光LLを揺動体31に入射するための入射窓部341と、揺動体32で走査されたレーザー光LLを出射するための出射窓部342と、が形成されている。なお、本実施形態では、入射窓部341および出射窓部342は、それぞれ、貫通孔(切り欠き)で構成されている。
-Lid 34-
The
なお、このような蓋体34は、例えば、シリコン基板やガラス基板をパターニングすることで得られる。特に、支持部33がシリコン基板から形成されている場合には、蓋体34をガラスで構成することが好ましい。これにより、蓋体34を陽極接合によって支持部33に接合することができるため、蓋体34を支持部33に容易かつ高い接合強度で接合することができる。
Such a
−反射部35−
反射部35は、蓋体34に保持されている。また、反射部35の表面は、反射面(第3反射面)351となっており、揺動体31で走査したレーザー光LLを反射して揺動体32に入射する機能を有している。このような反射部35を有することで、上述したように、揺動体31、32を平面的に並べて配置することが可能となる。
-Reflecting portion 35-
The
また、反射面351は、静止状態の反射面3142a、3242aに対して傾斜して設けられている。具体的には、反射面351は、静止状態の反射面3142aに対して、反射面3242a側を向くように傾斜している。言い換えると、静止状態において反射面351の反射面3142aに最も近い端部と、反射面3142aを拡張した面との距離は、反射面351の反射面3242a側の端部と、反射面3242aを拡張した面との距離より近くなっている。
Further, the reflecting
これにより、図5(a)、(b)に示すように、例えば、反射面351が静止状態の反射面3142aと平行な場合と比較して、反射部35を揺動体31、32に近づけて配置することができる。そのため、その分、光スキャナー3の薄型化(低背化)を図ることができる。また、このように反射部35を揺動体31、32に近づけて配置することができるため、領域S2(レーザー光LLがミラー3242へ入射する領域)を小さくすることができる。そのため、その分、ミラー3242を小さくすることができる。なお、静止状態の反射面3142aに対する反射面351の傾斜角θ1としては、特に限定されないが、5°以上、20°以下程度であることが好ましい。このような範囲とすることで、上述した効果をより効果的に発揮することができる。
Thereby, as shown in FIGS. 5A and 5B, for example, the reflecting
−駆動機構36−
駆動機構36は、図6および図7に示すように、揺動体31の可動部311の下面(ミラー3142と反対側の面)に設けられた永久磁石(第1永久磁石)361と、揺動体32の可動部321の下面(ミラー3242と反対側の面)に設けられた永久磁石(第2永久磁石)362と、これら永久磁石361、362に作用する磁界を発生させるコイル363と、を有する電磁アクチュエーターである。このように、駆動機構36を電磁アクチュエーターとすることで、簡単な構成で、揺動体31、32を駆動するのに十分な駆動力を発生させることができる。
-Drive mechanism 36-
As shown in FIGS. 6 and 7, the
永久磁石361は、平面視にて、第1軸J1に直交(交差)して配置された棒状をなし、その一端側にS極が位置し、他端側にN極が位置している。すなわち、永久磁石361の磁極を結ぶ第1仮想線L1は、第1軸J1に対して直交している。また、永久磁石362は、平面視にて、第2軸J2に直交(交差)して配置された棒状をなし、その一端側にS極が位置し、他端側にN極が位置している。すなわち、永久磁石362の磁極を結ぶ第2仮想線L2は、第2軸J2に対して直交している。これら永久磁石361、362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。
The
また、コイル363は、永久磁石361、362の下方に、これらと対向して配置されている。このコイル363に駆動電圧V(具体的には、揺動体31の駆動電圧V1と、揺動体32の駆動電圧V2を重畳させた電圧)を印加することにより、永久磁石361、362に作用する磁界が発生し、可動部311(反射部314)が所定の周波数で第1軸J1まわりに揺動すると共に、可動部321(反射部324)が所定の周波数で第2軸J2まわりに揺動する。なお、揺動体31を共振で駆動させることが好ましく、揺動体32を非共振で駆動させることが好ましい。これにより、2次元画像を描画するのに適した駆動となる。特に、揺動体31の反射部314は、揺動体32の反射部324よりも小さく、軽いため、揺動体31を共振駆動とすることで、水平方向へのレーザー光LLの走査をより高速にかつスムーズに行うことができる。
The
なお、駆動電圧V1の周波数としては、特に限定されないが、10〜40kHz程度であるのが好ましい。また、駆動電圧V1の波形としては、特に限定されないが、図8(a)に示すように、正弦波のような波形であることが好ましい。一方、駆動電圧V2の周波数としては、特に限定されないが、30〜120Hz程度(60Hz程度)であるのが好ましい。また駆動電圧V2の波形としては、図8(b)に示すように、鋸波のような波形であることが好ましい。 The frequency of the drive voltage V1 is not particularly limited, but is preferably about 10 to 40 kHz. Further, the waveform of the drive voltage V1 is not particularly limited, but as shown in FIG. 8A, a waveform like a sine wave is preferable. On the other hand, the frequency of the drive voltage V2 is not particularly limited, but is preferably about 30 to 120 Hz (about 60 Hz). Further, the waveform of the drive voltage V2 is preferably a sawtooth waveform as shown in FIG.
以上、駆動機構36について詳細に説明したが、駆動機構36の構成としては、揺動体31、32を独立して駆動させることができれば上述の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、コイル363が1つであるが、コイル363を2つ、すなわち、永久磁石361と対向する第1コイルと、永久磁石362と対向する第2コイルを配置してもよい。この場合には、第1コイルに駆動電圧V1を印加し、第2コイルに駆動電圧V2を印加することで、揺動体31、32を独立して駆動することができる。
Although the
さらに、駆動電圧V2の駆動信号に揺動体31の駆動周波数の略2倍の周波数をもつ正弦波を重畳させることで、光スキャナー3で走査されたレーザー光LLの走査線SL(対象物10上でのレーザー光LLの軌跡)が、図9に示すように、略矩形とすることができる。そのため、例えば、対象物10の水平方向の中央部と両端部とで画素密度がほぼ均一になり、より鮮明な画像を表示することが可能となる。
Furthermore, by superimposing a sine wave having a frequency approximately twice the driving frequency of the
<第2実施形態>
次に、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。
Second Embodiment
Next, an image display apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
図10は、本発明の第2実施形態に係る画像表示装置が有する光スキャナーの平面図である。 FIG. 10 is a plan view of an optical scanner included in the image display apparatus according to the second embodiment of the present invention.
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。 Hereinafter, the image display apparatus according to the second embodiment will be described focusing on the differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第2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。 The image display apparatus of the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment described above except that the configuration of the optical scanner is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
本実施形態の光スキャナー3では、図10に示すように、平面視で、永久磁石361の第1仮想線L1が第1軸J1に対して直交するのではなくて、傾斜して設けられている。そのため、第1仮想線L1は、第2仮想線L2に直交するのではなくて、傾斜した状態となっている。なお、永久磁石361、362がネオジム磁石等の結晶磁気異方性を持つものである場合、第1仮想線L1は、永久磁石361の磁化容易軸と一致し、第2仮想線L2は、永久磁石362の磁化容易軸と一致する。
In the
このような構成とすることで、例えば、次のような効果を発揮することができる。すなわち、光スキャナー3では、永久磁石361、362が近接して配置されているため、既に着磁された永久磁石361、362を可動部311、321に配置するのが困難な場合がある。そのため、着磁していない永久磁石361、362を可動部311、321に配置した後に、永久磁石361、362を着磁する場合がある。
By setting it as such a structure, the following effects can be exhibited, for example. That is, in the
しかしながら、第1仮想線L1と第2仮想線L2が平行でないため、この着磁に用いられる磁界の向きによっては、永久磁石361に図10中の矢印Aで示すような回転方向の力が作用する。そして、例えば、第1実施形態のように第1仮想線L1が第2仮想線L2(第1軸J1)に対して直交していると、前述した力が大きく働いてしまい、軸部312、313が破損してしまうおそれがある。これに対して、本実施形態のように、第1仮想線L1が第2仮想線L2(第1軸J1)に対して傾斜していると、前述した力が第1実施形態と比較して弱まるため、軸部312、313の破損を効果的に抑制することができる。
However, since the first imaginary line L1 and the second imaginary line L2 are not parallel, depending on the direction of the magnetic field used for this magnetization, a force in the rotational direction as indicated by the arrow A in FIG. To do. And, for example, if the first imaginary line L1 is orthogonal to the second imaginary line L2 (first axis J1) as in the first embodiment, the above-described force acts greatly, and the
第2仮想線L2(第1軸J1)に対する第1仮想線L1の傾斜角θ2としては、特に限定されないが、30°以上、60°以下程度であることが好ましい。これにより、揺動体31の第1軸J1まわりの揺動を可能としつつ、上述した効果を効果的に発揮することができる。特に、揺動体31は、共振で駆動するため、第1仮想線L1が第1軸J1に対して傾斜していることが駆動に与える影響はほとんどなく、揺動体31を第1軸J1まわりにスムーズに駆動することができる。
The inclination angle θ2 of the first virtual line L1 with respect to the second virtual line L2 (first axis J1) is not particularly limited, but is preferably about 30 ° or more and 60 ° or less. As a result, the above-described effects can be effectively exhibited while enabling the swinging
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。 According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
なお、本実施形態では、永久磁石361の第1仮想線L1が第1軸J1に対して傾斜して設けられ、永久磁石362の第2仮想線L2が第2軸J2に対して直交して設けられているが、反対に、永久磁石361の第1仮想線L1が第1軸J1に対して直交して設けられ、永久磁石362の第2仮想線L2が第2軸J2に対して傾斜して設けられていてもよい。また、永久磁石361の第1仮想線L1が第1軸J1に対して傾斜して設けられ、永久磁石362の第2仮想線L2が第2軸J2に対して傾斜して設けられていてもよい。この場合は、第1仮想線L1と第2仮想線L2が平行となるように永久磁石361、362を配置することが好ましい。これにより、前述した回転方向の力が発生せず、軸部312、313や軸部322、323の破損を効果的に防止することができる。
In the present embodiment, the first virtual line L1 of the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイついて説明する。
<Third Embodiment>
Next, a head-up display according to a third embodiment of the present invention will be described.
図11は、本発明の第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。 FIG. 11 is a perspective view showing a head-up display according to the third embodiment of the present invention.
図11に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム1000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1100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1100により、フロントガラス1200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1000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。
As shown in FIG. 11, in the head-up
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。 Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係るヘッドマウントディスプレイついて説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a head mounted display according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
図12は、本発明の第4実施形態に係るヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。 FIG. 12 is a perspective view showing a head mounted display according to the fourth embodiment of the present invention.
図12に示すように、ヘッドマウントディスプレイ2000は、観察者の頭部に装着されるフレーム2100と、フレーム2100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2100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)2200に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。
As shown in FIG. 12, the head mounted
表示部2200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2200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2200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、ホログラム素子などを用いることができる。
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。 According to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
なお、ヘッドマウントディスプレイ2000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。
Note that the head-mounted
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。 The optical scanner, the image display device, and the head mounted display of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function. Any configuration can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention.
1……画像表示装置
10……対象物
2……光源ユニット
21B、21G、21R……レーザー光源
22B、22G、22R……駆動回路
23……光合成部
231、232……ダイクロイックミラー
24B、24G、24R……コリメータレンズ
26……集光レンズ
3……光スキャナー
31……揺動体
311……可動部
312、313……軸部
314……反射部
3141……保持部
3141a……基部
3141b……柱部
3142……ミラー
3142a……反射面
32……揺動体
321……可動部
322、323……軸部
324……反射部
3241……保持部
3241a……基部
3241b……柱部
3242……ミラー
3242a……反射面
33……支持部
331……第1開口
332……第2開口
34……蓋体
341……入射窓部
342……出射窓部
35……反射部
351……反射面
36……駆動機構
361、362……永久磁石
363……コイル
1000……ヘッドアップディスプレイシステム
1100……ヘッドアップディスプレイ
1200……フロントガラス
2000……ヘッドマウントディスプレイ
2100……フレーム
2200……表示部
LL……レーザー光
J1……第1軸
J2……第2軸
L1……第1仮想線
L2……第2仮想線
S1、S2……領域
SL……走査線
V、V1、V2……駆動電圧
θ1、θ2……傾斜角
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記第1可動部を第1軸まわりに揺動可能に支持する第1軸部と、
前記第1可動部に配置され、光を反射する第1反射面を有する第1反射部と、
第2可動部と、
前記第2可動部を第2軸まわりに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第2可動部に配置され、光を反射する第2反射面を有する第2反射部と、
前記第1反射面で反射した光を反射し、前記第2反射面に入射させる第3反射面を有する第3反射部と、を有し、
前記第1反射部は、前記第1軸部と離間し、かつ、前記第1反射面の法線方向から見た平面視で、前記第1軸部の少なくとも一部と重なって配置され、
前記第2反射部は、前記第2軸部と離間し、かつ、前記第2反射面の法線方向から見た平面視で、前記第2軸部の少なくとも一部と重なって配置されていることを特徴とする光スキャナー。 A first movable part;
A first shaft portion that supports the first movable portion so as to be swingable about a first axis;
A first reflecting portion disposed on the first movable portion and having a first reflecting surface for reflecting light;
A second movable part;
A second shaft portion that supports the second movable portion so as to be swingable about a second axis;
A second reflecting portion disposed on the second movable portion and having a second reflecting surface for reflecting light;
A third reflecting portion having a third reflecting surface that reflects the light reflected by the first reflecting surface and makes the light incident on the second reflecting surface;
The first reflecting portion is spaced apart from the first shaft portion and is disposed so as to overlap with at least a part of the first shaft portion in a plan view as viewed from the normal direction of the first reflecting surface.
The second reflecting portion is disposed apart from the second shaft portion and overlaps at least a part of the second shaft portion in a plan view as viewed from the normal direction of the second reflecting surface. An optical scanner characterized by that.
前記第2可動部は、非共振駆動で前記第2軸まわりに揺動する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光スキャナー。 The first movable part swings around the first axis by resonance driving,
5. The optical scanner according to claim 1, wherein the second movable portion swings around the second axis by non-resonant driving. 6.
前記駆動機構は、前記第1可動部に配置された第1永久磁石と、前記第2可動部に配置された第2永久磁石と、を有し、
前記第1永久磁石の磁極を結ぶ第1仮想線は、前記第1反射面の法線方向から見た平面視で、前記第1軸に対して交差し、
前記第2永久磁石の磁極を結ぶ第2仮想線は、前記第2反射面の法線方向から見た平面視で、前記第2軸に対して交差している請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光スキャナー。 A drive mechanism that swings the first movable part around the first axis and swings the second movable part around the second axis;
The drive mechanism includes a first permanent magnet disposed on the first movable portion, and a second permanent magnet disposed on the second movable portion,
The first imaginary line connecting the magnetic poles of the first permanent magnet intersects the first axis in a plan view viewed from the normal direction of the first reflecting surface,
The second imaginary line connecting the magnetic poles of the second permanent magnet intersects the second axis in a plan view as viewed from the normal direction of the second reflecting surface. The optical scanner according to item 1.
前記第1永久磁石の磁化容易軸が前記第1軸部の延在方向に対して傾斜している請求項9に記載の光スキャナー。 The first permanent magnet has crystal magnetic anisotropy,
The optical scanner according to claim 9, wherein an easy magnetization axis of the first permanent magnet is inclined with respect to an extending direction of the first shaft portion.
前記第2永久磁石の磁化容易軸が前記第2軸部の延在方向に対して傾斜している請求項9または12に記載の光スキャナー。 The second permanent magnet has crystal magnetic anisotropy,
The optical scanner according to claim 9 or 12, wherein an easy magnetization axis of the second permanent magnet is inclined with respect to an extending direction of the second shaft portion.
前記第2可動部は、非共振駆動で前記第2軸まわりに揺動し、
前記第1永久磁石の前記第1仮想線が第1軸部の延在方向に対して傾斜している請求項8ないし13のいずれか1項に記載の光スキャナー。 The first movable part swings around the first axis by resonance driving,
The second movable part swings around the second axis by non-resonant driving,
The optical scanner according to claim 8, wherein the first imaginary line of the first permanent magnet is inclined with respect to the extending direction of the first shaft portion.
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。 An optical scanner according to any one of claims 1 to 14,
A head-mounted display comprising: a frame on which the optical scanner is mounted and which is mounted on an observer's head.
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WO2021100301A1 (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | Mirror unit |
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