JP2018054781A - Optical scanner, image display device, head-mounted display, and head-up 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、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップ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, a head mounted display, and a head up display.
例えば、特許文献1には、ジンバル型の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、光反射部を有する第1可動部と、内側に第1可動部が位置する枠状の第2可動部と、第1可動部と第2可動部とを接続し、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、第2可動部を第1軸と交差する第2軸まわりに揺動可能に支持する第2軸部と、第1軸および第2軸の両軸に対して傾斜するように第2可動部に設けられた永久磁石と、を有している。そして、永久磁石に磁界を作用させると、第2可動部が第2軸まわりに非共振で揺動すると共に、第1可動部が第1軸まわりに共振で揺動し、これにより、第1可動部が第1軸および第2軸の両軸まわりに揺動するようになっている。
For example,
しかしながら、このような構成の光スキャナーでは、第2可動部が枠状をなしていて質量が大きい上に、第2可動部に永久磁石が設けられているため、第2可動部の慣性モーメントが大きくなる。慣性モーメントが大きくなると、共振振動のQ値(共振振動の発生のし易さを現す値であり、Q値が大きい程、共振が起き易い)が大きくなるため、非共振で揺動させているはずの第2可動部に共振の振動が重畳してしまうおそれがある。その結果、光スキャナーの揺動特性が低下する可能性がある。 However, in the optical scanner having such a configuration, since the second movable part has a frame shape and a large mass, and the second movable part is provided with a permanent magnet, the moment of inertia of the second movable part is increased. growing. When the moment of inertia increases, the Q value of resonance vibration (a value that indicates the ease of generation of resonance vibration, and the greater the Q value, the easier resonance occurs) increases. There is a risk that resonance vibrations may be superimposed on the supposed second movable part. As a result, the swing characteristics of the optical scanner may be degraded.
本発明の目的は、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナーを提供すること、さらには、この光スキャナーを有する信頼性の高い画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップ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 capable of exhibiting excellent swing characteristics, and further to provide a highly reliable image display device, head-mounted display, and head-up display having the optical scanner. There is.
このような目的は、下記の発明により達成される。 Such an object is achieved by the following invention.
本発明の光スキャナーは、光反射性を有する光反射部を備える第1可動部と、
内側に前記第1可動部が位置する枠状の第2可動部と、
前記第1可動部と前記第2可動部とを接続し、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2可動部に接続し、前記第2可動部を前記第1軸と交差する第2軸まわりに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第1可動部に設けられ、前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石と、を有し、
前記永久磁石に磁界を作用させることで、前記第1可動部が前記第1軸まわりに揺動し、前記第2可動部が前記第2軸まわりに揺動することを特徴とする。
The optical scanner of the present invention includes a first movable part including a light reflecting part having light reflectivity,
A frame-shaped second movable part in which the first movable part is located inside;
A first shaft portion that connects the first movable portion and the second movable portion, and supports the first movable portion so as to be swingable about a first axis;
A second shaft portion connected to the second movable portion and supporting the second movable portion so as to be swingable about a second axis intersecting the first axis;
A permanent magnet provided in the first movable part and magnetized in a direction inclined with respect to both the first axis and the second axis;
By applying a magnetic field to the permanent magnet, the first movable part swings around the first axis, and the second movable part swings around the second axis.
これにより、第2可動部の慣性モーメントが小さくなるため、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナーとなる。 Thereby, since the moment of inertia of the second movable part is reduced, the optical scanner can exhibit excellent swing characteristics.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部から前記第2可動部へ駆動力が伝わることで、前記第2可動部が前記第2軸まわりに揺動することが好ましい。 In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the second movable portion swings around the second axis when a driving force is transmitted from the first movable portion to the second movable portion.
これにより、より確実に、第1可動部を第1軸および第2軸の両軸まわりに揺動させることができる。 Thereby, the 1st movable part can be rock | fluctuated around both the 1st axis | shaft and the 2nd axis | shaft more reliably.
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石の磁化の方向は、前記第1軸に対して10°以上、60°以下の範囲内で傾斜していることが好ましい。 In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the direction of magnetization of the permanent magnet is inclined within a range of 10 ° to 60 ° with respect to the first axis.
これにより、より確実に、第1可動部および第2可動部をそれぞれの軸まわりに揺動させることができる。 Thereby, the first movable part and the second movable part can be swung around the respective axes more reliably.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部に設けられているリブを有することが好ましい。
これにより、第1可動部の動撓み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 optical scanner has a rib provided on the first movable portion.
Thereby, the dynamic bending of a 1st movable part can be suppressed.
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、前記第1可動部の、前記第1軸部との接続部に設けられていることが好ましい。
これにより、より効果的に、第1可動部の動撓み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 rib is provided at a connection portion of the first movable portion with the first shaft portion.
Thereby, the dynamic bending of a 1st movable part can be suppressed more effectively.
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石は、前記リブにより位置決めされていることが好ましい。
これにより、永久磁石を正しい位置に配置し易くなる。
In the optical scanner of the present invention, it is preferable that the permanent magnet is positioned by the rib.
Thereby, it becomes easy to arrange a permanent magnet in the correct position.
本発明の光スキャナーでは、前記リブは、前記永久磁石を挟んで一対設けられていることが好ましい。
これにより、永久磁石を正しい位置により配置し易くなる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that a pair of the ribs is provided with the permanent magnet interposed therebetween.
Thereby, it becomes easy to arrange | position a permanent magnet by the correct position.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部と前記永久磁石との重なり方向から見た平面視で、前記永久磁石は、前記第1可動部からはみ出していないことが好ましい。
これにより、迷光の発生を抑制することができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the permanent magnet does not protrude from the first movable portion in a plan view as viewed from the overlapping direction of the first movable portion and the permanent magnet.
Thereby, generation | occurrence | production of a stray light can be suppressed.
本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石は、前記第1可動部を挟んで前記光反射部と反対側に位置していることが好ましい。
これにより、光反射部を永久磁石に邪魔されることなく配置することができる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, it is preferable that the permanent magnet is located on the opposite side of the light reflecting portion with the first movable portion interposed therebetween.
Thereby, a light reflection part can be arrange | positioned without being disturbed by a permanent magnet.
本発明の光スキャナーでは、前記第1可動部は、前記第1軸まわりに共振で揺動し、
前記第2可動部は、前記第2軸まわりに非共振で揺動することが好ましい。
これにより、第1可動部の2次元的な揺動が画像描画に適したものとなる。
In the optical scanner according to the aspect of the invention, the first movable portion swings around the first axis by resonance,
It is preferable that the second movable portion swings around the second axis in a non-resonant manner.
Thereby, the two-dimensional swing of the first movable part is suitable for image drawing.
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、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高い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.
Thereby, the effect of the optical scanner mentioned above can be enjoyed and an image display apparatus with high reliability 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。
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.
これにより、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイが得られる。 Thereby, the effect of the optical scanner mentioned above can be enjoyed and a highly reliable head mounted display is obtained.
本発明のヘッドアップディスプレイは、本発明の光スキャナーを有することを特徴とする。 A head-up display according to the present invention includes the optical scanner according to the present invention.
これにより、上述した光スキャナーの効果を享受でき、信頼性の高いヘッドアップディスプレイが得られる。 Thereby, the effect of the optical scanner mentioned above can be enjoyed and a highly reliable head-up display can be obtained.
以下、本発明の光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップ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。 Hereinafter, preferred embodiments of an optical scanner, an image display device, a head-mounted display, and a head-up display according to the present 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有する光スキャナーの平面図である。図3は、図2中のA−A線断面図である。図4は、図2に示す光スキャナーが有する第1可動部の底面図である。図5は、図2に示す光スキャナーが有する電圧印加部のブロック図である。図6は、図5に示す電圧印加部で生成される第1電圧の波形を示す図である。図7は、図5に示す電圧印加部で生成される第2電圧の波形を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の紙面手前側を「上」とも言い、紙面奥側を「下」とも言う。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an image display apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of an optical scanner included in the image display apparatus shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 4 is a bottom view of the first movable part of the optical scanner shown in FIG. FIG. 5 is a block diagram of a voltage application unit included in the optical scanner shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a waveform of the first voltage generated by the voltage application unit illustrated in FIG. 5. FIG. 7 is a diagram illustrating a waveform of the second voltage generated by the voltage application unit illustrated in FIG. 5. In the following, for convenience of explanation, the front side of the sheet in FIG. 2 is also referred to as “upper” and the rear side of the sheet is also referred to as “lower”.
図1に示すように、画像表示装置1は、スクリーンや壁面等の対象物10に描画用レーザーLLを二次元走査することにより画像(映像)を表示する装置である。このような画像表示装置1は、描画用レーザー(変調光)LLを生成する変調光生成部2と、変調光生成部2で生成された描画用レーザーLLを2次元的に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LLを反射させるミラー11とを有している。なお、画像表示装置1の構成としては、光スキャナー3を有していれば、特に限定されず、例えば、ミラー11を省略してもよいし、他の部品(部材)が追加されていてもよい。以下、このような画像表示装置1について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the
≪変調光生成部≫
図1に示すように、変調光生成部2は、波長の異なる複数の光源21R、21G、21Bと、光源21R、21G、21Bを駆動する駆動回路22R、22G、22Bと、光源21R、21G、21Bから出射された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、を有している。
<< Modulated light generator >>
As shown in FIG. 1, the modulated
光源21Rは、赤色光を射出し、光源21Gは、緑色光を射出し、光源21Bは、青色光を射出する。このような3色の光を用いることで、フルカラーの画像を表示することができる。なお、光源21R、21G、21Bとしては、特に限定されず、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、光源21Rを駆動し、駆動回路22Gは、光源21Gを駆動し、駆動回路22Bは、光源21Bを駆動する。このような駆動回路22R、22G、22Bにより駆動された光源21R、21G、21Bから射出された3つの光は、それぞれ、対応するコリメータレンズ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、光源21R、21G、21Bからの光を合成する。このような光合成部23は、2つのダイクロイックミラー231、232を有している。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を用いることで、光源21R、21G、21Bからの赤色光、緑色光および青色光の3色の光を合成することができる。そのため、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、所定の色の描画用レーザーLLが生成される。生成された描画用レーザーLLは、集光レンズ26によって所望のNA(開口数)とされた後、光スキャナー3に入射する。
The
以上、変調光生成部2について説明したが、この変調光生成部2の構成としては、描画用レーザー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 modulated
≪光スキャナー≫
光スキャナー3は、変調光生成部2で生成された描画用レーザーLLを2次元走査する機能を有する。図2に示すように、このような光スキャナー3は、光反射性を有する光反射部311を備える第1可動部31と、内側に第1可動部31が位置する枠状の第2可動部32と、第1可動部31と第2可動部32とを接続し、第1可動部31を第1軸J1まわりに揺動可能に支持する第1軸部33と、第2可動部32に接続し、第2可動部32を第1軸J1と交差する第2軸J2まわりに揺動可能に支持する第2軸部34と、第1可動部31に設けられ、第1軸J1および第2軸J2の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石391と、を有し、永久磁石391に磁界を作用させることで、第1可動部31が第1軸J1まわりに揺動(回動)し、第2可動部32が第2軸J2まわりに揺動(回動)するように構成されている。このような構成によれば、第2可動部32に永久磁石391が設けられていないため、従来のような第2可動部32に永久磁石391が設けられた構成に対して、揺動時の第2可動部32の慣性モーメントが小さくなる。そのため、第2可動部32に不要な振動(特に、共振の振動)が生じ難くなり、優れた揺動特性を発揮することのできる光スキャナー3となる。以下、このような光スキャナー3について詳細に説明する。
≪Optical scanner≫
The
図2および図3に示すように、光スキャナー3は、前述した第1可動部31、第2可動部32、第1軸部33および第2軸部34に加えて、内側に第2可動部32が位置し、第2軸部34を介して第2軸部34と接続されている支持部35を備える構造体30と、前述した永久磁石391に加えて、永久磁石391に作用させる磁界を発生するコイル392と、コイル392に接続された電圧印加部393と、を備える駆動機構39と、を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
第1可動部31は、板状をなしている。また、第1可動部31の平面視形状は、円形となっている。ただし、第1可動部31の平面視形状としては、特に限定されず、円形の他にも、楕円形、長円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形であってもよい。
The first
このような第1可動部31の上面(一方の主面)には、表面が光反射面となっている光反射部311が設けられており、この光反射部311によって描画用レーザーLLが反射される。このような光反射部311は、例えば、アルミニウム等の金属材料を第1可動部31の上面に成膜することで形成することができる。ただし、光反射部311の構成としては、描画用レーザーLLを反射することができれば、特に限定されない。例えば、第1可動部31の上面が光反射性を有する場合には、第1可動部31の上面が光反射部311として機能してもよい。
The upper surface (one main surface) of the first
一方、図4に示すように、第1可動部31の下面にはリブ312が設けられている。すなわち、光スキャナー3は、第1可動部31に設けられているリブ312を有している。リブ312は、第1可動部31の機械的強度を補強する補強部としての機能を有している。このようなリブ312を設けることで、第1可動部31が撓み難くなり、第1可動部31の動撓み(例えば、第1可動部31の厚さ方向の振動)を抑制することができる。その結果、第1可動部31をより精度よくかつスムーズに第1軸J1まわりに揺動させることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, a
また、リブ312は、第1可動部31の、第1軸部33との接続部に設けられている。具体的には、リブ312は、第1軸部33の長手方向に沿って一対設けられており、一方のリブ312は、第1可動部31の後述する第1梁部331との接続部に設けられており、他方のリブ312は、第1可動部31の後述する第1梁部332との接続部に設けられている。このように、リブ312によって、第1可動部31の第1軸部33との接続部を補強することで、動撓みをより効果的に抑制することができる。
Further, the
また、リブ312は、第1可動部31の外周に沿った円弧状の部分を有する扇形状をなしている。ただし、リブ312の形状としては、特に限定されず、第1可動部31の形状によっても異なるが、例えば、扇形状の中心側の部分が省略されたアーチ状をなしていてもよい。
Further, the
第2可動部32は、枠状をなしており、構造体30(静止時の第1可動部31)の厚さ方向から見た平面視(以下、単に「平面視」とも言う)で、第1可動部31を囲んで設けられている。すなわち、第2可動部32の内側に第1可動部31が設けられている。ここで、前記「枠状」には、本実施形態のような環状のものの他、枠の周方向の一部が欠損した構成、例えばC字状のようなものが含まれるものとする。
The second
また、第2可動部32の下面にはリブ321が設けられている。このリブ321は、第2可動部32の機械的強度を補強する補強部としての機能を有している。ただし、リブ321は、省略してもよい。例えば、第2可動部32の機械的強度が十分である場合、リブ321を省略することで、第2可動部32の慣性モーメントをさらに小さくすることができるというメリットもある。
A
支持部35は、枠状をなしており、平面視で、第2可動部32を囲んで設けられている。すなわち、支持部35の内側に第2可動部32が設けられている。また、支持部35は、他の部分(第1、第2可動部31、32および第1、第2軸部33、34)よりも厚く形成されている。これにより、支持部35の機械的強度を高めることができ、支持部35の剛性を高めることができる。なお、支持部35の構成としては、第2軸部34を介して第2可動部32を支持することができれば、特に限定されず、例えば、枠状をなしていなくてもよいし、複数に分割されていてもよい。
The
第1軸部33は、第1可動部31を第2可動部32に対して第1軸J1まわりに揺動可能に支持している。このような第1軸部33は、第1軸J1に沿って、第1可動部31をその両側から支持するように設けられている。具体的には、第1軸部33は、第1可動部31の一方側に位置し、第1軸J1に沿って延在する第1梁部331と、他方側に位置し、第1軸J1に沿って延在する第1梁部332と、を有し、第1梁部331、332で第1可動部31を両持ち支持している。このような第1軸部33は、弾性変形可能であり、第1可動部31の第1軸J1まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。
The
第2軸部34は、第2可動部32を支持部35に対して第2軸J2まわりに揺動可能に支持している。このような第2軸部34は、第2軸J2に沿って、第2可動部32をその両側から支持するように設けられている。具体的には、第2軸部34は、第2可動部32の一方側に位置し、第2軸J2に沿って延在する第2梁部341と、他方側に位置し、第2軸J2に沿って延在する第2梁部342と、を有し、第2梁部341、342で第2可動部32を両持ち支持している。このような第2軸部34は、弾性変形可能であり、第2可動部32の第2軸J2まわりの揺動に伴って捩じれ変形する。
The
以上、構造体30について説明した。このような構造体30は、例えば、SOI基板[第1シリコン層30a(デバイス層)と、酸化シリコン層30b(ボックス層)と、第2シリコン層30c(ハンドル層)と、がこの順に積層した基板]をエッチングによりパターニングすることで一体的に形成することができる。具体的には、例えば、第1シリコン層30aで第1、第2可動部31、32および第1、第2軸部33、34を形成し、第1シリコン層30a、酸化シリコン層30bおよび第2シリコン層30cで支持部35を形成し、酸化シリコン層30bおよび第2シリコン層30cでリブ312、321を形成することができる。ただし、構造体30は、SOI基板から形成されていなくてもよいし、材料もシリコンに限定されない。
The
次に、駆動機構39について説明する。駆動機構39は、第1可動部31を第1軸J1および第2軸J2の両軸まわりに揺動させる機構であり、前述したように、第1可動部31に設けられた永久磁石391と、永久磁石391に作用させる磁界を発生するコイル392と、コイル392に接続された電圧印加部393と、を有している。
Next, the
永久磁石391は、例えば、接着剤により第1可動部31の下面に固定されている。すなわち、永久磁石391は、第1可動部31を挟んで光反射部311と反対側に位置している。これにより、光反射部311を永久磁石391に邪魔されることなく配置することができる。また、図4に示すように、平面視(第1可動部31と永久磁石391との重なり方向から見た平面視)で、永久磁石391は、第1可動部31からはみ出していない。すなわち、平面視で、永久磁石391の全域が第1可動部31に内包されている。これにより、例えば、光反射部311を外れてしまった描画用レーザーLLが永久磁石391に当たり難くなり、迷光の発生を抑制することができる。ただし、永久磁石391は、その一部が第1可動部31からはみ出していてもよく、この場合には、はみ出している部分に、反射防止膜を設ける等、迷光防止のための対策をとっておけばよい。
The
このような永久磁石391は、一端側がS極であり、他端側がN極である棒状(長手形状)をなしており、両端部(両極)が第1可動部31の中心に対して互いに反対側に位置するように配置されている。また、永久磁石391は、第1軸J1および第2軸J2の両軸に対して傾斜して配置されている。なお、特に限定されないが、永久磁石391の磁化の方向(永久磁石391内を通る磁力線の方向:図4中の鎖線aで示す方向)は、第1軸J1に対して10°以上、60°以下の範囲内で傾斜していることが好ましく、30°以上、45°以下の範囲内で傾斜していることがより好ましい。すなわち、図4中のθが、10°≦θ≦60°であることが好ましく、30°≦θ≦45°であることがより好ましい。これにより、より確実に、第1可動部31および第2可動部32をそれぞれの軸まわりに揺動させることができる。
Such a
以上のような永久磁石391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、ボンド磁石等を好適に用いることができる。
The
ここで、前述したように、第1可動部31の下面には、一対のリブ312が設けられている。そして、永久磁石391は、リブ312により位置決めされている。具体的には、図4に示すように、一対のリブ312は、それぞれ、永久磁石391の側面と対向する側面312aを有しており、この側面312aに対して永久磁石391を近接または接触させることで、永久磁石391が位置決めされている。このように、第1可動部31を補強するためのリブ312を永久磁石391の位置決めに用いることで、永久磁石391を正しい位置に配置し易くなる。特に、本実施形態では、リブ312は、永久磁石391を挟んで一対設けられている。そのため、一対のリブ312の間に永久磁石391を配置すればよく、永久磁石391を正しい位置により配置し易くなる。なお、本実施形態では、1つの永久磁石391が配置されているが、これに限定されず、複数の永久磁石が配置されていてもよい。
Here, as described above, the pair of
図2に示すように、コイル392は、永久磁石391の直下に位置し、永久磁石391と対向して配置されている。そして、コイル392は、電圧印加部393に電気的に接続されており、電圧印加部393からコイル392に電圧が印加されることで、コイル392から磁界が発生し、この磁界が永久磁石391に作用するようになっている。なお、コイル392は、磁心を有していてもよい。また、図示の構成では、コイル392は、永久磁石391の下方に離間して配置されているが、これに限定されず、コイル392は、例えば、支持部35の下面に接合されていてもよいし、支持部35に内蔵または一体化されていてもよい。すなわち、コイル391の配置は、コイル392が発生する磁力線の磁路上に永久磁石391が位置していればよい。
As shown in FIG. 2, the
電圧印加部393は、第1可動部31を第1軸J1まわりに揺動させるための第1電圧と、第2可動部32を第2軸J2まわりに揺動させるための第2電圧と、を重畳させた駆動電圧をコイル392に印加するように構成されている。これにより、第1可動部31を第1軸J1まわりに揺動させつつ、第2可動部32を第2軸J2まわりに揺動させることができ、その結果、第1可動部31を第1軸J1および第2軸J2の両軸まわりに揺動させることができる。
The
電圧印加部393は、図5に示すように、第1可動部31を第1軸J1まわりに揺動させるための第1電圧V1を発生する第1電圧発生部393a(主走査ドライバー)と、第2可動部32を第2軸J2まわりに揺動させるための第2電圧V2を発生する第2電圧発生部393b(副走査ドライバー)と、第1電圧V1と第2電圧V2とを重畳する電圧重畳部393cと、を備え、電圧重畳部393cで重畳した電圧をコイル392に印加する。
As shown in FIG. 5, the
第1電圧発生部393aは、周期T1で周期的に変化する第1電圧V1(主走査用電圧)を発生する。図6に示すように、第1電圧V1は、例えば、正弦波である。また、第1電圧V1の周波数は、例えば、10〜40kHzであるのが好ましい。また、第1電圧V1の周波数は、第1可動部31および第1軸部33を主とする第1揺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、第1可動部31を第1軸J1まわりに共振で揺動させることができるため、第1可動部31の揺動角を大きくすることができる。
The
一方、第2電圧発生部393bは、周期T1と異なる周期T2で周期的に変化する第2電圧V2(副走査用電圧)を発生する。第2電圧V2は、図7に示すように、例えば、鋸波である。また、第2電圧V2の周波数は、例えば、30〜120Hz(特に、60Hz程度)であるのが好ましい。また、第2電圧V2の周波数は、第1可動部31、第1軸部33、第2可動部32および第2軸部34を主とする第2揺動系のねじり共振周波数と異なるように設定されている。これにより、第2可動部32を第2軸J2まわりに非共振で揺動させることができるため、第2可動部32の揺動を第2電圧V2の波形に対応したものとすることができる(すなわち、一方側へはゆっくり揺動させ、他方側へは素早く揺動させることができる)。
On the other hand, the
なお、第1揺動系のねじり共振周波数をf1[Hz]とし、第2揺動系のねじり共振周波数をf2[Hz]としたとき、f2<f1の関係を満たすことが好ましく、f2≦f1/10の関係を満たすことがより好ましい。このように、f1とf2を十分に離すことで、第1電圧V1によって第2可動部32が共振で揺動してしまうことを効果的に抑制することができる。
When the torsional resonance frequency of the first oscillating system is f1 [Hz] and the torsional resonance frequency of the second oscillating system is f2 [Hz], the relationship f2 <f1 is preferably satisfied, and f2 ≦ f1 It is more preferable to satisfy the relationship of / 10. In this way, by sufficiently separating f1 and f2, it is possible to effectively suppress the second
電圧重畳部393cは、コイル392に電圧を印加するための加算器393dを備えている。加算器393dは、第1電圧発生部393aから第1電圧V1を受けると共に、第2電圧発生部393bから第2電圧V2を受け、これらの電圧を重畳しコイル392に印加する。
The
第1電圧V1と第2電圧V2とを重畳した重畳電圧Vをコイル392に印加すると、重畳電圧Vに応じた磁界がコイル392から発生し、この磁界が永久磁石391に作用する。すると、第1可動部31が第1軸J1まわりに揺動すると共に、第2可動部32が第2軸J2まわりに揺動し、その結果、第1可動部31が第1軸J1および第2軸J2の両軸まわりに2次元的に揺動する。なお、第1可動部31に永久磁石391が設けられていることから、第1可動部31から第2可動部32へ駆動力が伝わることで、第2可動部32が第2軸J2まわりに揺動すると言える。このように、第1可動部31から第2可動部32へ駆動力が伝わることで、より効率的に、第2可動部32が第2軸J2まわりに揺動する。そのため、より確実に、第1可動部31を第1軸J1および第2軸J2の両軸まわりに揺動させることができる。
When a superimposed voltage V obtained by superimposing the first voltage V1 and the second voltage V2 is applied to the
ここで、上述したように、第1可動部31は、第1軸J1まわりに共振で揺動し、第2可動部32は、第2軸J2まわりに非共振で揺動する。そのため、第1可動部31を第1軸J1まわりに大きな揺動角で揺動させることができると共に、第2軸J2まわりに所望の波形で揺動させることができる。そのため、例えば、第1可動部31の2次元的な揺動が画像描画に適したものとなり、より鮮明な画像を表示できるようになる。
Here, as described above, the first
以上のような光スキャナー3によれば、永久磁石391が第1可動部31に設けられているため、従来のような永久磁石391が第2可動部32に設けられている構成と比較して、第1可動部31の質量を大きくすることができると共に、第2可動部32の質量を小さくすることができる。そのため、第1可動部31の慣性モーメントを大きくすることができ、反対に、第2可動部32の慣性モーメントを小さくすることができる。慣性モーメントが大きくなる程、共振振動のQ値(共振の発生のし易さを現す値であり、Q値が大きい程、共振が起き易い)が大きくなるため、共振で揺動させる第1可動部31(第1揺動系)のQ値を大きくすることができ、非共振で揺動させる第2可動部32(第2揺動系)のQ値を小さくすることができる。よって、より確実に、第1可動部31を第1軸J1まわりに共振で揺動させつつ、第2可動部32を第2軸J2まわりに非共振で揺動させることができる。さらには、第2可動部32の共振振動の発生が抑制されていることから、第2可動部32に共振振動が不要振動として重畳してしまうことを効果的に抑制することができ、第2可動部32を第2軸J2まわりにより安定して揺動させることができる。
According to the
以上のような光スキャナー3を有する画像表示装置1は、光スキャナー3の効果を享受することができるため、信頼性の高い画像表示装置となる。
Since the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る光スキャナーについて説明する。
Second Embodiment
Next, an optical scanner according to a second embodiment of the invention will be described.
図8は、本発明の第2実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図9は、図8中のB−B線断面図である。 FIG. 8 is a plan view showing an optical scanner according to the second embodiment of the present invention. 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
以下、第2実施形態の光スキャナーについて、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 optical scanner according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本発明の第2実施形態に係る光スキャナーは、第1可動部の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態とほぼ同様である。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 optical scanner according to the second embodiment of the present invention is substantially the same as the first embodiment described above except that the configuration of the first movable portion is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
図8および図9に示すように、第1可動部31は、第1軸部33が接続された基部31Aと、基部31Aに対して板厚方向に離間して配置された板状のミラー保持部31Bと、基部31Aとミラー保持部31Bとの間に位置し、これらを連結する柱状の連結部31Cと、を有している。また、ミラー保持部31Bは、平面視で、基部31Aおよび第1軸部33の一部と重なって設けられている。そして、基部31Aの下面に永久磁石391が設けられており、ミラー保持部31Bの上面に光反射部311が設けられている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the first
このような構成によれば、例えば、次の効果を発揮することができる。すなわち、光反射部311を設けなくてよい分、基部31Aを、前述した第1実施形態の第1可動部31に対して小さくすることができ、その分、構造体30の平面サイズを小さくすることができる。また、ミラー保持部31Bが第2可動部32に対して板厚方向に離間しているため、第2可動部32の揺動を阻害することなく、ミラー保持部31Bを大きくすることができ、その分、光反射部311を大きくすることができる。このように、本実施形態によれば、光反射部311を大きくしつつ、光スキャナー3の小型化を図ることができる。
According to such a configuration, for example, the following effects can be exhibited. That is, the
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.
<第3実施形態>
次に、本発明のヘッドアップディスプレイについて説明する。
図10は、本発明のヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
<Third Embodiment>
Next, the head-up display of the present invention will be described.
FIG. 10 is a perspective view showing the head-up display of the present invention.
図10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が、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. 10, in the head-up
このようなヘッドアップディスプレイ1100は、画像表示装置1(光スキャナー3)を有している。そのため、上述した光スキャナー3の効果を享受でき、信頼性の高いヘッドアップディスプレイ1100が得られる。
Such a head-up
<第4実施形態>
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11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。
<Fourth embodiment>
Next, the head mounted display of the present invention will be described.
FIG. 11 is a perspective view showing the head mounted display of the present invention.
図11に示すように、ヘッドマウントディスプレイ2000は、画像表示装置1(光スキャナー3)と、画像表示装置1(光スキャナー3)を搭載し、観察者の頭部に装着されるフレーム2100と、を有している。そして、画像表示装置1によって、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. 11, 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、ハーフミラーなどを用いることができる。
このようなヘッドマウントディスプレイ2000は、画像表示装置1(光スキャナー3)を有している。そのため、上述した光スキャナー3の効果を享受でき、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイ2000が得られる。なお、ヘッドマウントディスプレイ2000の構成としては、特に限定されず、例えば、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2200に表示するようにしてもよい。
Such a head mounted
以上、本発明の光スキャナー、画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを、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, the head mounted display, and the head up 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 is the same. It can be replaced with any configuration having the above function. In addition, any other component may be added to the present invention.
1…画像表示装置、10…対象物、11…ミラー、2…変調光生成部、21B、21G、21R…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、30…構造体、30a…第1シリコン層、30b…酸化シリコン層、30c…第2シリコン層、31…第1可動部、31A…基部、31B…ミラー保持部、31C…連結部、311…光反射部、312…リブ、312a…側面、32…第2可動部、321…リブ、33…第1軸部、331、332…第1梁部、34…第2軸部、341、342…第2梁部、35…支持部、39…駆動機構、391…永久磁石、392…コイル、393…電圧印加部、393a…第1電圧発生部、393b…第2電圧発生部、393c…電圧重畳部、393d…加算器、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、J1…第1軸、J2…第2軸、LL…描画用レーザー、T1、T2…周期、V…重畳電圧、V1…第1電圧、V2…第2電圧
DESCRIPTION OF
Claims (13)
内側に前記第1可動部が位置する枠状の第2可動部と、
前記第1可動部と前記第2可動部とを接続し、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2可動部に接続し、前記第2可動部を前記第1軸と交差する第2軸まわりに揺動可能に支持する第2軸部と、
前記第1可動部に設けられ、前記第1軸および前記第2軸の両軸に対して傾斜した方向に磁化されている永久磁石と、を有し、
前記永久磁石に磁界を作用させることで、前記第1可動部が前記第1軸まわりに揺動し、前記第2可動部が前記第2軸まわりに揺動することを特徴とする光スキャナー。 A first movable part including a light reflecting part having light reflectivity;
A frame-shaped second movable part in which the first movable part is located inside;
A first shaft portion that connects the first movable portion and the second movable portion, and supports the first movable portion so as to be swingable about a first axis;
A second shaft portion connected to the second movable portion and supporting the second movable portion so as to be swingable about a second axis intersecting the first axis;
A permanent magnet provided in the first movable part and magnetized in a direction inclined with respect to both the first axis and the second axis;
An optical scanner, wherein a magnetic field is applied to the permanent magnet, whereby the first movable part swings around the first axis, and the second movable part swings around the second axis.
前記第2可動部は、前記第2軸まわりに非共振で揺動する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光スキャナー。 The first movable part swings by resonance around the first axis,
The optical scanner according to claim 1, wherein the second movable portion swings around the second axis in a non-resonant manner.
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 10,
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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JP2016189248A JP2018054781A (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Optical scanner, image display device, head-mounted display, and head-up display |
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CN111830701A (en) * | 2019-04-19 | 2020-10-27 | 华为技术有限公司 | Electromagnetic micromirror and laser device |
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2016
- 2016-09-28 JP JP2016189248A patent/JP2018054781A/en active Pending
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