JP4862587B2

JP4862587B2 - 光走査装置及び画像表示装置

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Publication number: JP4862587B2
Application number: JP2006261403A
Authority: JP
Inventors: 恭生西川; 岳雄岩崎
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008083246A

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置に関するものであり、特に、第一の揺動軸周りと第二の揺動軸周りに揺動することにより、光を第一方向と第二方向とに走査する光走査装置及び画像表示装置に関する。

従来、画像を表示するための画像表示装置には、光を走査させて走査光とするための光走査装置などが含まれているが、このような光走査装置の中には、光を反射させる反射ミラーを揺動させる制御を行うことによって、その光を走査させ、走査光とし、その走査光によって画像を表示させるものがある。

このような光走査装置においては、例えば、特許文献１に示すように、第一方向に走査する第一揺動部と、第二方向に走査する第二揺動部と、が一体に構成されている２次元光走査装置が含まれる。この第一揺動部は、反射ミラーを有し、その第一の揺動軸周り（第一の揺動方向）に対して反射ミラーを揺動させることによって、光を第一方向に走査する。一方、第二揺動部は、第一揺動部と一体に構成されており、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周り（第二の揺動方向）に対してその第一揺動部を揺動させることによって、光を第二方向に走査する。
特開２００２−３６５５６８号公報

しかしながら、上述したような光走査装置では、第一揺動部と第二揺動部とが一体に構成されているため、例えば、製造時において、第一揺動部に不良があった場合には、その不良があった第一揺動部と一体に構成された第二揺動部に不良がなくても、それらを一緒に廃棄することとなるため、歩留まりが低くなり、結果、コスト増となるおそれがあった。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、歩留まりの低下を防止できる低コストの光走査装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

すなわち、請求項１記載の本発明では、光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、前記第一揺動部と前記第二揺動部とはそれぞれ別体とし、前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方には、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方と装着される位置に向かって、弾性力により付勢されて突出する突出部を形成し、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方には、前記突出部と嵌合する凹部を形成し、前記突出部を前記凹部に嵌合させることにより、前記第一揺動部を前記第二揺動部に着脱自在に装着可能としたことを特徴とするものである。

また、請求項２記載の本発明では、光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、前記第一揺動部と前記第二揺動部とが別体に構成され、前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方は、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方と装着される位置に向かって突出した突出部を有し、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方は、前記突出部と嵌合する凹部を有し、前記突出部を前記凹部に嵌合させることによって、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着可能とすると共に、前記突出部は、導電性を有し、前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方に供給される電力を、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方に伝えることを特徴とするものである。

また、請求項３記載の本発明では、光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、前記第一揺動部と前記第二揺動部とを別体に構成すると共に、前記第一揺動部を前記第二揺動部に装着可能とし、前記第一揺動部は、前記第二揺動部に装着される場合に装着者により把持可能な把持部を有し、しかも、同把持部は、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着された場合に除去可能であることを特徴とするものである。

また、請求項４記載の本発明では、請求項１〜３いずれか１項に記載の発明において、前記第二揺動部は、前記第一揺動部の一端を保持する保持部を有し、前記第一揺動部の他端側に装着され、弾性を有する弾性部材を備え、前記弾性部材が前記第一揺動部を当該第一揺動部の他端から前記保持部に付勢することによって、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着されることを特徴とするものである。

また、請求項５記載の本発明では、請求項１〜４いずれか１項に記載の発明において、前記第一揺動部及び前記第二揺動部は、前記第一の揺動軸周りと前記第二の揺動軸周りとが直交する位置に装着可能であることを特徴とするものである。

また、請求項６記載の本発明では、請求項１〜５いずれか１項に記載の発明において、前記第一揺動部は、半導体を含む材料から形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項７記載の本発明では、請求項１〜６いずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を２次元方向に走査させ、画像を投影表示することを特徴とするものである。

また、請求項８記載の本発明では、請求項１〜６いずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を２次元方向に走査させ、ユーザの少なくとも一方の眼に向けて出射させることで、網膜上に画像を投影し、画像を表示することを特徴とするものである。

請求項１、７又は８に記載の発明によれば、反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに第一揺動部を揺動させることにより光を第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部とが別体に構成され、第一揺動部が第二揺動部に装着可能とした。従って、第一揺動部と第二揺動部とを別々に製造した後に、装着することができ、歩留まりの低下を防止することができる。

また、第一揺動部が第二揺動部に着脱自在に装着される。従って、第一揺動部が第二揺動部に装着された後において、例えば、第一揺動部の破損や、第二揺動部の破損などがあった場合であっても、一方の破損した揺動部のみを取り替えることによって、他方の揺動部を取り替える必要がなく、揺動部が破損した場合であっても交換部品の点数を削減することができ、更にユーザ若しくは業者が交換することで装置の製品寿命を長くすることが可能となる。

また、第一揺動部、第二揺動部の一方において第一揺動部、第二揺動部の他方と装着される位置に向かって突出した突出部を、第一揺動部、第二揺動部の他方における凹部に嵌合させることによって、第一揺動部が第二揺動部に装着される。従って、突出部と凹部とをそれぞれの揺動部に構成し、嵌合させることによって、第一揺動部が第二揺動部に装着可能とした。

また、第一揺動部が第二揺動部に装着された場合において凹部が配置される方向に対する突出部の弾性力によって、その突出部が凹部に対して付勢され、第一揺動部が第二揺動部に装着される。従って、突出部と凹部との間に弾性力が働くこととなり、第一揺動部と第二揺動部との装着をより安定させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに第一揺動部を揺動させることにより光を第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部とが別体に構成され、第一揺動部が第二揺動部に装着可能とした。従って、第一揺動部と第二揺動部とを別々に製造した後に、装着することができ、歩留まりの低下を防止することができる。また、第一揺動部、第二揺動部の一方において第一揺動部、第二揺動部の他方と装着される位置に向かって突出した突出部を、第一揺動部、第二揺動部の他方における凹部に嵌合させることによって、第一揺動部が第二揺動部に装着される。従って、突出部と凹部とをそれぞれの揺動部に構成し、嵌合させることによって、第一揺動部が第二揺動部に装着可能とした。さらに、突出部は、導電性を有し、第二揺動部に供給される電力を第一揺動部に伝える。従って、第一揺動部と第二揺動部との一方に電力を供給することによって、他方にも電力を供給することができる。

請求項３に記載の発明によれば、反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに第一揺動部を揺動させることにより光を第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部とが別体に構成され、第一揺動部が第二揺動部に装着可能とした。従って、第一揺動部と第二揺動部とを別々に製造した後に、装着することができ、歩留まりの低下を防止することができる。また、第一揺動部は、前記第二揺動部に装着される場合に装着者により把持可能な把持部を有する。従って、第一揺動部が第二揺動部に装着される場合において、例えば、第一揺動部や第二揺動部が小型であるときであっても、取り扱いが容易となる。さらに、把持部は、第一揺動部が第二揺動部に装着された場合に除去可能である。従って、第一揺動部が第二揺動部に装着された後に、把持部を除去することによって、装置の小型化を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、第二揺動部は、第一揺動部の一端を保持する保持部を有し、弾性を有する弾性部材が第一揺動部をその他端から保持部に付勢することによって、第一揺動部が第二揺動部に装着される。従って、弾性部材が第二揺動部における保持部に第一揺動部を付勢するため、第一揺動部と第二揺動部との装着をより安定させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、第一揺動部及び第二揺動部は、第一の揺動軸周りと第二の揺動軸周りとが直交する位置に装着可能である。従って、例えば、水平方向と垂直方向というように光が走査されることとなる。

請求項６に記載の発明によれば、第一揺動部は、シリコン等の半導体を含む材料から形成されている。従って、軽量であり、小型・省電力でありながら大振幅で揺動可能な第二揺動部が構成可能となる。

以下に、本発明に好適な実施形態について図面に基づいて説明する。

［画像表示装置の電気的構成］
本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１の電気的構成、主に出射装置１００の電気的構成などについて図１を用いて説明する。

図１に示すように、網膜走査型ディスプレイ１には、外部から供給される映像信号を処理するための光源ユニット部２が設けられている。光源ユニット部２には、外部からの映像信号が入力され、それに基づいて映像を合成するための要素となる各信号を発生する映像信号供給回路３が設けられ、この映像信号供給回路３から映像信号４、水平同期信号５、及び、垂直同期信号６が出力される。また、光源ユニット部２には、映像信号供給回路３から映像信号４として伝達される赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各映像信号をもとにそれぞれ強度変調されたレーザ光を出射するように、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１を、それぞれ駆動するためのＲレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８が設けられている。さらに、各レーザより出射されたレーザ光を平行光にコリメートするように設けられたコリメート光学系１４と、それぞれコリメートされたレーザ光を合波するダイクロイックミラー１５と、合波されたレーザ光を光ファイバ１７に導く結合光学系１６とが設けられている。尚、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１として、レーザダイオード等の半導体レーザや固体レーザを利用してもよい。尚、本実施形態における光源ユニット部２は、少なくとも１つの光源と、当該光源から出射される光束を画像信号に応じて強度変調する変調手段の一例に相当する。

また、網膜走査型ディスプレイ１には、光源ユニット部２から伝搬されたレーザ光を、平行光とするとともに、２次元走査系１９に導くコリメート光学系１８と、コリメートされたレーザ光を、水平方向及び垂直方向に走査する２次元走査系１９と、２次元走査系１９によって走査されたレーザ光をユーザの瞳孔２４に入射するようにリレー光学系２２とが設けられている。リレー光学系２２は、２次元走査系１９と、ユーザの瞳孔２４とが共役となるように、各々設けられている。

尚、具体的な一例としては、２次元走査系１９は、表示すべき画像の１走査線ごとに、レーザ光を水平方向に水平走査（１次走査の一例）させるとともに、レーザ光を最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に垂直走査（２次走査の一例）する光学系である。また、２次元走査系１９は、レーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する２次元光スキャナ２０４と、その２次元光スキャナ２０４の駆動制御を行う２次元走査制御回路２０２とを備えている。

尚、本実施形態においては、２次元走査系１９は、垂直方向より高速にすなわち高周波数でレーザ光を水平方向に走査するように設計されているが、これに限らず、例えば、水平方向より高速にすなわち高周波数でレーザ光を垂直方向に走査するように設計されていてもよい。

また、２次元走査系１９は、図１に示すように、各々映像信号供給回路３に接続され、映像信号供給回路３より出力される水平同期信号５，垂直同期信号６にそれぞれ同期してレーザ光を走査するように構成されている。

尚、本実施形態における２次元走査系１９は、入射した光束を、１次方向及びその１次方向に略垂直な２次方向に走査させることによって、フレームを形成する光走査装置の一例である。また、本実施形態における２次元走査系１９は、入射される光束を水平方向及び垂直方向に走査させる２次元走査手段の一例に相当する。

次に、本発明の一実施形態の網膜走査型ディスプレイ１が、外部からの映像信号を受けてから、ユーザの網膜上に映像を投影するまでの過程について図１を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の網膜走査型ディスプレイ１では、光源ユニット部２に設けられた映像信号供給回路３が外部からの映像信号の供給を受けると、映像信号供給回路３は、赤，緑，青の各色のレーザ光を出力させるためのＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号からなる映像信号４と、水平同期信号５と、垂直同期信号６とを出力する。Ｒレーザドライバ１０，Ｇレーザドライバ９，Ｂレーザドライバ８は各々入力されたＲ映像信号，Ｇ映像信号，Ｂ映像信号に基づいてＲレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１に対してそれぞれの駆動信号を出力する。この駆動信号に基づいて、Ｒレーザ１３，Ｇレーザ１２，Ｂレーザ１１はそれぞれ強度変調されたレーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力する。また、映像信号供給回路３は、２次元光スキャナ２０４の駆動状態を示すＢＤ信号（図示せず）に応じて、レーザ光を発生し、各々をコリメート光学系１４に出力するタイミングを制御する。つまり、このような網膜走査型ディスプレイ１（映像信号供給回路３）は、２次元光スキャナ２０４などに光束を出射させるタイミングを制御することとなる。点光源から発生されるレーザ光は、このコリメート光学系１４によってそれぞれが平行光にコリメートされ、さらに、ダイクロイックミラー１５に入射されて１つの光束となるよう合成された後、結合光学系１６によって光ファイバ１７に入射されるよう導かれる。

光ファイバ１７によって伝搬されたレーザ光は、光ファイバ１７からコリメート光学系１８によって平行光にコリメートされて２次元走査系１９に出射される。この出射されたレーザ光は、２次元走査系１９の２次元光スキャナ２０４に入射される。２次元光スキャナ２０４に入射したレーザ光は水平同期信号及び垂直同期信号に同期して水平方向及び垂直方向に走査されたレーザ光となり、２次元光スキャナ２０４と、ユーザの瞳孔２４とが共役の関係となるように設けられたリレー光学系２２によりユーザの瞳孔２４へ入射され、網膜上に投影される。ユーザはこのように２次元走査されて網膜上に投影されたレーザ光による画像を認識することができる。尚、２次元走査系１９の２次元光スキャナ２０４は、光を走査するようにその反射面が揺動（回転）させられるものであれば、共振タイプ、非共振タイプ等、圧電駆動、電磁駆動、静電駆動等いずれの駆動方式によるものであってもよいことは言うまでもない。

このように、本実施形態における網膜走査型ディスプレイ１は、上述した２次元光スキャナ２０４を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を走査させて出射させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する装置である。

［２次元光スキャナの構成］
上述した２次元光スキャナ２０４の構成について図２から図６を用いて説明する。図２及び図３は、２次元光スキャナ２０４を示す斜視図である。図４は、振動体２２４を示す斜視図である。図５及び図６は、２次元光スキャナ２０４における振動体２２４を示す説明図である。

光走査装置の一例としての２次元光スキャナ２０４は、図２に示すように、水平走査モジュール２０６と、垂直走査モジュール２０８と、で構成されている。

水平走査モジュール２０６は、光束を水平方向に走査するモジュールである。この水平走査モジュール２０６は、垂直走査モジュール２０８と別体に設けられており、垂直走査モジュールの内部に装着可能である。また、水平走査モジュール２０６は、垂直走査モジュール２０８よりも高速で光束を水平方向に走査する機能を有する。

垂直走査モジュール２０８は、光束を垂直方向に走査するモジュールである。この垂直走査モジュール２０８は、水平走査モジュール２０６と別体に設けられており、水平走査モジュール２０６を内部に装着可能である。また、垂直走査モジュール２０８は、水平走査モジュール２０６よりも低速で光束を垂直方向に走査する機能を有する。また、垂直走査モジュール２０８の揺動軸２７２は、水平走査モジュール２０６の反射面上又は反射面近傍上を通るように構成することが好ましい。

尚、本実施形態において、水平走査モジュール２０６は、光を反射する反射ミラー部２２２を第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を水平方向（第一方向の一例）に走査する第一揺動部の一例である。また、本実施形態において、垂直走査モジュール２０８は、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに水平走査モジュール２０６を揺動させることにより光をその水平方向（例えば、第一方向）とは異なる垂直方向（例えば、第二方向）に走査する第二揺動部の一例である。

水平走査モジュール２０６は、図３に示すように、枠体２１０と振動体２２４とを含む構成である。

枠体２１０は、セラミックまたは樹脂を有する材料を主に用いて形成されており、振動体２２４は、シリコン（Ｓｉ）等、弾性を有する材料を主に用いて形成されている。つまり、水平走査モジュール２０６は、シリコン等の半導体を含む材料から形成されている。従って、軽量であり、小型・省電力でありながら大振幅で揺動可能な第二揺動部が構成可能となる。枠体２１０は、概略的には、薄板長方形状を成しており、空気を逃がすことで空気バネによる揺動効率低下を防ぐとともに、振動体の揺動でミラーがモジュール２０６の底部と接触しないための貫通穴２１４を有している。枠体２１０は、貫通穴２１４の内側には反射ミラー部２２２を有する振動体２２４を備えている。

このような枠体２１０には、上方を開とした凹部２１６が形成されている。凹部２１６は、枠体２１０の両長辺側にそれぞれ２つ形成されている。この凹部２１６は、後述する突出部２９４（図１０参照）と嵌合することによって、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８に装着することとなる。また、この凹部２１６の表面は電極となっており、詳しく後述するが、突出部２９４からの通電が可能となる。これによって、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との一方に電力を供給することによって、他方にも電力を供給することができ、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とで電力を共有することとなる。従って、配線パタンの複雑化を防止して組み立ての簡略化・コストダウンができ、かつ、配線パタンの抵抗により発生する損失を減らすことができるため、省電力化を図ることができる。

また、枠体２１０には、装着者によって把持可能な把持部２１８が形成されている。この把持部２１８は、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８に装着する場合において、その装着者によって把持可能であるとともに、装着後において除去可能なように樹脂等によって形成されている。また、望ましくは、除去したい部分に切り欠きを設けることで、いつでも所望の箇所でその把持部を除去することができる。

振動体２２４は、図６に示すように、光束を反射させる反射ミラー部２２２と、その反射ミラー部２２２に対して振動体２２４の長手方向に形成された各はり部２４０とを含む構成である。

各はり部２４０は、１個のミラー側板ばね部２４２と、一対の枠側板ばね部２４４，２４４と、それらミラー側板ばね部２４２と一対の枠側板ばね部２４４，２４４とを互いに接続する接続部２４６とを含むように構成されている。

また、各はり部２４０においては、図３に示すように、ミラー側板ばね部２４２が、反射ミラー部２２２のうち揺動軸２３４上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する接続部２４６まで延びている。接続部２４６は、揺動軸２３４と直交する方向に延びている。さらに、各はり部２４０においては、一対の枠側板ばね部２４４が、対応する接続部２４６の端部から、揺動軸２３４に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、揺動軸２３４に沿って枠体２１０まで延びている。

各はり部２４０においては、図４を代表として説明すると、一対の枠側板ばね部２４４，２４４のそれぞれに、枠体２１０に及ぶ姿勢で、起歪素子２５２，２５６が取り付けられている。枠側板ばね部２４４には、起歪素子２５２が貼り付けられている。この起歪素子２５２は、詳しくは後述するが、圧電素子２６０、上部電極２６２、下部電極２６４（ともに図５参照）から構成されている。一方、同じように、枠側板ばね部２４４には、起歪素子２５６が貼り付けられている。

これら各起歪素子２５０，２５２，２５４，２５６は、図５に示すように、圧電素子２６０、上部電極２６２、下部電極２６４を主体として構成されている。圧電素子２６０は、薄板状を成して振動体２２４の片面に貼り付けられている。圧電素子２６０は、その貼付面と直角な方向において上部電極２６２と下部電極２６４とによって挟まれており、それにより、各起歪素子２５０，２５２，２５４，２５６が構成されている。上部電極２６２と下部電極２６４とはそれぞれ、各リード線２６６により、枠体２１０に設置された一対の入力端子２６８，２６８に接続されている。

尚、本実施形態においては、図２に示すように、４個の起歪素子２５０，２５２，２５４，２５６が、反射ミラー部２２２を隔てた一対の対向位置に２個ずつ、かつ、揺動軸２３４に関して互いに線対称的に配置されている。それら４個の起歪素子２５０，２５２，２５４，２５６のうち、一方の対向位置に配置されている２個の起歪素子２５０，２５４が第１対を成し、他方の対向位置に配置されている２個の起歪素子２５２，２５６が第２対を成している。尚、本実施形態においては、起歪素子２５０，２５４という対と、起歪素子２５２，２５６という対であったが、これに限らず、例えば、起歪素子２５０，２５２という対と、起歪素子２５４，２５６という対であってもよく、この場合において、駆動は各対になった電極を同相で駆動させることとなる。

本実施形態においては、第１対を成す２個の起歪素子２５０，２５４がそれぞれ駆動源として機能し、振動体２２４を揺動軸２３４のまわりに捩じり振動させて揺動させる。そのため、各起歪素子２５０，２５４においては、上部電極２６２と下部電極２６４と（図４参照）に電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が各起歪素子２５０，２５４に発生させられる。

この変位により、図６に示すように、はり部２４０に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部２４０のうち枠体２１０との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部２２２との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。

第１対を成す２個の起歪素子２５０および２５４は、それぞれの圧電素子２６０の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、反射ミラー部２２２は、図６に示すように、揺動軸２３４のまわりに回転させられる。

以上、各枠側板ばね部２４４は、それに貼り付けられた起歪素子２５０，２５２，２５４，２５６の直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、接続部２４６は、各枠側板ばね部２４４の屈曲運動をミラー側板ばね部２４２の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部２４２の回転運動によって反射ミラー部２２２が回転させられる。

本実施形態においては、第１対を成す２個の起歪素子２５０および２５４を互いに逆向きに変位させることにより、反射ミラー部２２２にそれの揺動軸まわりの往復回転運動すなわち揺動運動が発生させられる。このことを実現するために、第１対を成す２個の起歪素子２５０および２５４に交番電圧が互いに逆位相で印加される。その結果、第１対を成す２個の起歪素子２５０および２５４の一方が、図２において下向きに撓んだ場合には、他方が、同図において上向きに撓むこととなる。つまり、起歪素子２５０における上部電極２６２に印加される電圧と、起歪素子２５２における上部電極２６２とでは互いに逆相の電圧が印加される。

垂直走査モジュール２０８は、図３に示すように、枠体２７０、固定軸２７２，２７４などを含む構成である。

この枠体２７０は、その一部がプラスチックマグネットから形成されており、後述するコイル２８０（図７参照）との相互作用による電磁力によって、後述する固定軸２７２，２７４を中心に揺動する。また、枠体２７０は、後述する固定軸２７２，２７４と一体に形成されている。また、この枠体２７０内部には、垂直走査モジュール２０８の装着用に突出部２９４（図１０参照）が設けられている。

枠体２７０の両側面には、固定軸２７２，２７４が形成されている。この固定軸２７２，２７４は、詳しくは後述するが、枠体２７０を支持するための突起である。また、この固定軸２７２，２７４を中心に、枠体２７０が揺動することとなる。また、固定軸２７２，２７４は、上述した枠体２７０と一体に形成されている。

枠体２７０の上面には、開口２７６が形成されている。この開口２７６は、上述した水平走査モジュール２０６における振動体２２４の反射ミラー部２２２が上面から露呈されることとなり、光束の入射及び反射を可能とする。

また、枠体２７０の固定軸２７２，２７４が形成されていない側面には、装着開口２７８が形成されている。この装着開口２７８から上述した水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着されることとなる。

また、このような垂直走査モジュール２０８は、図７及び図８に示すように、各種の固定部材によって固定されている。

２次元光スキャナ２０４は、鉄をはじめとする磁性体基板２９０上に配置される。この基板２９０には、固定片２８２，２８４，２８６，２８８が立設されている。固定片２８２，２８４は、一方の固定軸２７２を支持するための部材であり、固定片２８６，２８８は、他方の固定軸２７４を支持するための部材である。また、固定片２８２，２８４は、一方の固定軸２７２を支持し、また、固定片２８６は、他方の固定軸２７４を支持する。また、一方の固定軸２７２は、板バネなどの押さえバネ２９２によってその端部が固定片２８８の方向に押圧され、他方の固定軸２７４は、押さえバネ２９２の付勢力によって固定片２８８に対して押圧するように軸方向に固定される。これによって、２次元光スキャナ２０４は、基板２９０、固定片２８２，２８４，２８６，２８８に固定される。更には、この基板２９０上の、２次元光スキャナ２０４の下方にあたる領域には、コイル２８０が配置されており、プラスチックマグネットを含む部材から形成された垂直走査モジュール２０８全体が、コイル２８０への通電による電磁力によって、固定軸２７２，２７４を中心として揺動する。これによって、垂直走査モジュール２０８は、揺動することとなり、垂直走査モジュール２０８に装着された水平走査モジュール２０６における反射ミラー部２２２を垂直方向に揺動し、光束を垂直方向に走査することとなる。このとき水平走査モジュール２０６もドライブして水平走査を行えば、ビーム光を２次元走査することができる。

このように、本実施形態においては、垂直走査モジュール２０８を基板２９０に軸周り回動自在に支持したが、これに限らず、例えば、図９に示すように、単に、基板と固定軸２７２，２７４とを一体に形成してもよく、これによって、枠体３７０と基板と固定軸２７２，２７４とを一体に形成する。この場合枠体３７０はトーションバネで支持されることになる。

また、上述した水平走査モジュール２０６の垂直走査モジュール２０８への装着について図１０を用いて以下に説明する。尚、図１０（Ａ）から図１０（Ｃ）は、２次元光スキャナ２０４を上方から示した図であり、説明の理解を容易とするために、垂直走査モジュール２０８の上方に位置する部材を省略した図である。また、図１０（Ｄ）は、２次元光スキャナ２０４を側方から示した図である。

図１０（Ａ）に示すように、垂直走査モジュール２０８の内部には、４つの突出部２９４が設けられている。突出部２９４は、水平走査モジュール２０６と装着される位置に向かって突出している。つまり、垂直走査モジュール２０８は、水平走査モジュール２０６と装着される位置に向かって突出した突出部２９４を有することとなる。これら突出部２９４のそれぞれは、押圧ボール２９４ａと、押圧バネ２９４ｂと、支持台２９４ｃとで構成されている。

押圧ボール２９４ａは、金属製であり、支持台２９４ｃの側方の側壁から突出した状態で配置されている。また、押圧ボール２９４ａは、支持台２９４ｃの側壁内に変位可能であるが、押圧バネ２９４ｂの付勢力によって、支持台２９４ｃの側方の側壁から突出した状態で配置されることとなる。

押圧バネ２９４ｂは、押圧ボール２９４ａが支持台２９４ｃの側方の側壁から突出する位置に配置させる。つまり、突出部２９４は、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着された場合において凹部２１６が配置される方向に対して弾性を有することとなる。また、この押圧バネ２９４ｂは、金属製であり、その端部に電源電圧を印加させることによって、押圧ボール２９４ａを介して、垂直走査モジュール２０８から水平走査モジュール２０６に電圧を印加させることができる。これによって、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との一方に電力を供給することによって、他方にも電力を供給することができ、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とで電力を共有することとなる。

支持台２９４ｃは、水平走査モジュール２０６の上面を支持する底面と、その水平走査モジュール２０６の側面と対面する側壁と、を有し、図１０（Ｄ）に示すように、水平走査モジュール２０６の上面及び両側面から取り囲むように配置可能である。更には、側壁には、開口が形成されており、その開口から押圧ボール２９４ａが突出することとなる。また、この開口には、押圧ボール２９４ａを付勢する押圧バネ２９４ｂが配設されている。

このような構成において、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８の装着開口２７８から装着することによって、水平走査モジュール２０６が、押圧バネ２９４ｂの付勢に反して押圧ボール２９４ａを押圧しながら、図１０（Ｂ）に示すように、水平走査モジュール２０６の凹部２１６に押圧ボール２９４ａが配置されるように水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着される。これによって、水平走査モジュール２０６が固定されるとともに、その水平走査モジュール２０６の位置決めが行われることとなる。

つまり、突出部２９４を凹部２１６に嵌合させることによって、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着される。また、突出部２９４の弾性力によって、その突出部２９４が凹部２１６に対して付勢され、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着される。従って、突出部２９４と凹部２１６とをそれぞれの走査モジュールに構成し、嵌合させることによって、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着可能とした。また、突出部２９４と凹部２１６との間に弾性力が働くこととなり、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との装着をより安定させることができる。

また、凹部２１６には電極が設けられており、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とが電気的に接続されることとなる。つまり、この突出部２９４は、導電性を有し、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との一方に供給される電力を、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との他方に伝えることができる。従って、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との一方に電力を供給することによって、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との他方にも電力を供給することができる。

また、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８に装着する場合には、水平走査モジュール２０６の把持部２１８が装着者によって把持されるため、装着が容易となるが、図１０（Ｃ）に示すように、この把持部２１８が除去可能である。

つまり、水平走査モジュール２０６は、垂直走査モジュール２０８に装着される場合に装着者により把持可能な把持部２１８を有し、その把持部２１８は、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着された場合に除去可能である。

従って、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着される場合において、例えば、水平走査モジュール２０６や垂直走査モジュール２０８が小型であるときであっても、取り扱いが容易となる。また、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着された後に、把持部２１８を折って、除去することによって、装置の小型化を図ることができる。

このように、反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を水平方向に走査する水平走査モジュール２０６と、第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに水平走査モジュール２０６を揺動させることにより光を、水平方向と直交する（水平方向とは異なる）垂直方向に走査する垂直走査モジュール２０８とが別体に構成され、装着可能とした。従って、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とを別々に製造した後に、装着することができ、歩留まりの低下を防止することができる。

また、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に着脱自在に装着される。従って、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着された後において、例えば、水平走査モジュール２０６の破損や、垂直走査モジュール２０８の破損などがあった場合であっても、一方の破損した走査モジュールのみを取り替えることによって、他方の走査モジュールを取り替える必要がなく、走査モジュールが破損した場合であっても交換部品の点数を削減することができ、更にユーザ若しくは業者が交換することで装置の製品寿命を長くすることが可能となる。

また、水平走査モジュール２０６の走査方向は水平方向であり、垂直走査モジュール２０８の走査方向は垂直方向である。このため、水平走査モジュール２０６の走査方向と、垂直走査モジュール２０８の走査方向と、が直交する位置に、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着可能である。従って、例えば、水平方向と垂直方向というように光が走査されることとなる。
［その他の実施形態］
尚、上述した実施形態において、水平走査モジュール２０６の両側方から突出部２９４が嵌合されることによって、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８に装着したが、これに限らず、例えば、図１１に示すように、水平走査モジュール２０６の一方の側方から突出部２９４が嵌合され、かつバネにより付勢されて逆側の側壁２９４ｃに突き当てられることによって、水平走査モジュール２０６を垂直走査モジュール２０８に装着してもよい。この場合、面への突き当てでモジュール２０６の姿勢が決まるため、より精度良く装着することができる。もちろん、突出部を備えないような構成でも問題ない。

また、例えば、図１２に示すように、垂直走査モジュール２０８の内部に保持部２９６を設け、水平走査モジュール２０６の一端を当面させるとともに、水平走査モジュール２０６の他端から、板バネ２９８などを備えるようにしてもよい。つまり、垂直走査モジュール２０８（２次元光スキャナ２０４）は、水平走査モジュール２０６の一端を保持する保持部２９６を備えている。また、２次元光スキャナ２０４は、その水平走査モジュール２０６の他端側に装着され、弾性を有する板バネ２９８を備えている。そして、板バネ２９８が水平走査モジュール２０６を、その他端から保持部２９６に付勢することによって、水平走査モジュール２０６が垂直走査モジュール２０８に装着される。従って、板バネ２９８が垂直走査モジュール２０８における保持部２９６に水平走査モジュール２０６を付勢するため、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８との装着をより安定させることができる。尚、この板バネ２９８は、水平走査モジュール２０６の他端側に装着され、弾性を有する弾性部材の一例である。また、より精度よく装着するため、図示しない第２の板バネで、２９６と略直交する方向の側壁へ付勢して装着しても良い。また、この構成においては、水平走査モジュール２０６に電極２９７が、垂直走査モジュール２０８に電極２９５が、それぞれ設けられており、水平走査モジュール２０６を上方から固定するための固定部材２９９を介して、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とが通電状態となるようにしてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、水平走査モジュール２０６の枠体２１０は、半導体を含む材料から形成されていたが、これに限らず、例えば、半導体を含む材料から形成されていなくてもよい。また、例えば、垂直走査モジュール２０８が半導体を含む材料から形成されていてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、装着者により把持可能な把持部が、水平走査モジュール２０６に形成され、除去可能としたが、これに限らず、例えば、除去不可能にしてもよい。また、例えば、水平走査モジュール２０６に把持部が形成されていなくてもよい。また、例えば、垂直走査モジュール２０８に把持部が形成されていてもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、垂直走査モジュール２０８に突出部が設けられ、水平走査モジュール２０６に凹部が設けられ、それらを嵌合させることによって、水平走査モジュール２０６と垂直走査モジュール２０８とが固定され、更には、通電状態となったが、これに限らず、例えば、垂直走査モジュール２０８に凹部が設けられ、水平走査モジュール２０６に突出部が設けられてもよい。更には、相互に通電可能な構成でなくてもよい。更には、突起部が凹部の方向に弾性を有したが、これに限らず、例えば、凹部が突起部の方向に弾性を有してもよい。更には、例えば、弾性を有さない構成であってもよい。

更にまた、上述した実施形態においては、２次元方向に光を走査させることで、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影し、画像を表示する網膜走査型ディスプレイ１に本発明を採用したが、これに限らず、２次元方向に走査するものであれば、ユーザの少なくとも一方の眼の網膜に画像を投影しなくてもよい。更には、垂直方向と水平方向というように直交しない２次元方向に光を走査するような装置でもよい。

以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。

本実施形態における網膜走査型ディスプレイの電気的構成を示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す斜視図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す斜視図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける振動体を示す斜視図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける振動体を示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける振動体を示す斜視図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。本実施形態における網膜走査型ディスプレイにおける２次元光スキャナを示す説明図である。

符号の説明

１網膜走査型ディスプレイ
２０４２次元光スキャナ
２０６水平走査モジュール
２０８垂直走査モジュール
２１６凹部
２１８把持部
２２２反射ミラー部
２９４突出部

Claims

光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、
前記第一揺動部と前記第二揺動部とはそれぞれ別体とし、
前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方には、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方と装着される位置に向かって、弾性力により付勢されて突出する突出部を形成し、
前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方には、前記突出部と嵌合する凹部を形成し、
前記突出部を前記凹部に嵌合させることにより、前記第一揺動部を前記第二揺動部に着脱自在に装着可能としたことを特徴とする光走査装置。
光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、
前記第一揺動部と前記第二揺動部とが別体に構成され、
前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方は、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方と装着される位置に向かって突出した突出部を有し、
前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方は、前記突出部と嵌合する凹部を有し、
前記突出部を前記凹部に嵌合させることによって、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着可能とすると共に、
前記突出部は、導電性を有し、前記第一揺動部と前記第二揺動部との一方に供給される電力を、前記第一揺動部と前記第二揺動部との他方に伝えることを特徴とする光走査装置。
光を反射する反射ミラーを第一の揺動軸周りに揺動させることにより光を第一方向に走査する第一揺動部と、当該第一の揺動軸周りとは異なる第二の揺動軸周りに前記第一揺動部を揺動させることにより光を当該第一方向とは異なる第二方向に走査する第二揺動部と、を有する光走査装置において、
前記第一揺動部と前記第二揺動部とを別体に構成すると共に、前記第一揺動部を前記第二揺動部に装着可能とし、
前記第一揺動部は、前記第二揺動部に装着される場合に装着者により把持可能な把持部を有し、しかも、同把持部は、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着された場合に除去可能であることを特徴とする光走査装置。
前記第二揺動部は、前記第一揺動部の一端を保持する保持部を有し、
前記第一揺動部の他端側に装着され、弾性を有する弾性部材を備え、
前記弾性部材が前記第一揺動部を当該第一揺動部の他端から前記保持部に付勢することによって、前記第一揺動部が前記第二揺動部に装着されることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の光走査装置。
前記第一揺動部及び前記第二揺動部は、前記第一の揺動軸周りと前記第二の揺動軸周りとが直交する位置に装着可能であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の光走査装置。
前記第一揺動部は、半導体を含む材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の光走査装置。
請求項１〜６いずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を２次元方向に走査させ、画像を投影表示することを特徴とする光走査型の画像表示装置。
請求項１〜６いずれか１項に記載の光走査装置を備え、画像に関する画像信号に応じて変調された光を２次元方向に走査させ、ユーザの少なくとも一方の眼に向けて出射させることで、網膜上に画像を投影し、画像を表示することを特徴とする網膜走査型の画像表示装置。