JP5983056B2 - 画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。

例えば、スクリーンに画像を表示するための画像表示装置として、光源と、光源からの光を２次元走査する光スキャナーとを有する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の画像表示装置は、複数の半導体レーザー、半導体レーザーからのレーザー光を平行化する平行化レンズ、複数のレーザー光を合成する偏光ビームスプリッター、偏光ビームスプリッターからのレーザー光を２次元走査するＭＥＭＳ（光スキャナー）とを有している。また、ＭＥＭＳが有するミラーは、各半導体レーザーからのレーザー光の光軸を含む面に対して直交して配置されており、ミラーの法線に対して傾斜した方向から、レーザー光がミラーに照射される。特許文献１では、このような構成によって、装置の小型化を図っている。

特許文献１の画像表示装置では、ミラーを前記面の面内方向に共振駆動によって大きく揺動させ、面外方向（面に直交する方向）に前記面内方向の振動よりも小さい振幅で振動させている。前述したように、レーザー光ＬＬは、ミラーの法線に対して面内方向に傾斜した方向からミラーに照射されるため、このように、面内方向への振幅が大きいと、図８（ｂ）に示すように、スクリーンや壁面等の対象物にレーザー光を走査することのできる領域である描画可能領域Ｓの両端が大きく歪んでしまい、その中に確保する矩形状の有効描画領域（実際にレーザー光を照射して画像を表示する領域）Ｓ’が小さくなってしまう。そのため、効率的なレーザー光の走査が行えず、優れた画像表示特性を得ることができない。
すなわち、特許文献１の画像表示装置では、小型化を図りつつ、優れた画像表示特性を発揮することができないという問題がある。

特開平２００８−３０４７２６号公報

本発明の目的は、小型化を図ることができるとともに、画像表示特性の向上（特に、描画有効領域の拡大）を図ることのできる画像表示装置、および、この画像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の画像表示装置は、異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、
前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅を、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく制御する制御部と、を有し、
前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図ることができるとともに、画像表示特性の向上（特に、描画有効領域の拡大）を図ることのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、前記光反射面を有する可動部と、前記可動部を囲むように設けられた枠体部と、前記枠体部を支持する支持部と、前記枠体部に対して前記可動部を前記第１の軸周りに揺動可能とするように前記可動部と前記枠体部とを連結する第１の軸部と、前記支持部に対して前記枠体部を前記第２の軸周りに揺動可能とするように前記枠体部と前記支持部とを連結する第２の軸部と、を有していることが好ましい。
これにより、光走査部の構成が簡単となる。また、２次元走査の光スキャナーを用いることにより、光走査部の小型化を図ることができる。

本発明の画像表示装置では、前記枠体部の前記第１面に直交する方向の幅は、前記第１面の面内方向の幅よりも小さいことが好ましい。
これにより、画像表示装置の薄型化を図ることができる。
本発明の画像表示装置では、前記光走査部は、前記枠体部に設けられた永久磁石と、前記枠体部と対向配置され、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有していることが好ましい。
これにより、光走査部の光反射面の法線方向の厚みが厚くなるが、光反射面の面内方向の幅を小さくすることができる。そのため、本発明の画像表示装置に適した形状の光走査部となる。

本発明の画像表示装置では、前記光反射面は、前記第１面に直交する方向に共振で揺動することが好ましい。
これにより、簡単かつ確実に、光反射面を、第１面に直交する方向に大きく揺動させることができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源部からの光は、前記プリズムの入射面に対してｓ偏光となる直線偏光であることが好ましい。
これにより、例えば、光学部材であるプリズムを通過する際の光の損失を低減することができる。
本発明の画像表示装置では、前記プリズムは、前記光の前記第１面の面内方向の幅を広げることにより、前記光の断面形状を変化させることが好ましい。
これにより、光源から出射した時点では楕円形（または長円形）であった光の断面形状を略円形に整形することができ、画像表示特性が向上する。

本発明の画像表示装置では、前記プリズムの出射面は、前記光を集光するレンズ面となっていることが好ましい。
これにより、レンズ面の焦点距離付近に位置する対象物に画像を表示する際に、より高い画像表示特性を発揮することができる。
本発明の画像表示装置では、前記光源部から出射され、前記プリズムの入射面にて反射した光の量を検出する検出部を有し、前記検出部によって検出された光の量に基づいて前記光源部の駆動を制御することが好ましい。
これにより、所望の色および強度の光を発生させることができるようになり、優れた画像表示特性を発揮することができる。

本発明の画像表示装置では、前記光源部から前記第１面に直交する方向へ出射される光の放射角が前記第１面の面内方向へ出射される光の放射角よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。
光源として一般的に用いられる半導体レーザーから出射されるレーザー光の強度部分布は、略楕円形状を有している。すなわち、長軸方向におけるレーザー光の放射角と、短軸方向におけるレーザー光の放射角とが異なっており、放射角の大きい長軸方向を面に直交する方向とすることにより、例えば、プリズムを横置きに配置することができ、装置の小型化を図ることができる。
本発明の画像表示装置では、前記光源部および前記光走査部は、前記第１面の面内方向に並んで配置されていることが好ましい。
これにより、画像表示装置の小型化（薄型化）を図ることができる。

本発明の画像表示装置は、異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、を有し、
前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅は、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく、
前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、小型化を図ることができるとともに、画像表示特性の向上（特に、描画有効領域の拡大）を図ることのできる画像表示装置を提供することができる。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、入射した光の少なくとも一部を反射する光反射部材と、
前記光反射部材に光を照射する画像表示装置と、を有し、
前記画像表示装置は、異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、
前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅を、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく制御する制御部と、を有し、
前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイを提供することができる。

本発明の画像表示装置の好適な実施形態を示す平面図である。 図１に示すレーザー光源が出射するレーザー光の断面を示す図である。 図１に示す画像表示装置の側面図である。 図１に示す画像表示装置が有する光走査部（光スキャナー）を示す平面図である。 図４に示す光スキャナーの断面図である。 図４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に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。 光スキャナーの配置による描画可能領域の違いを示す図である。 本発明の画像表示装置を応用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。 本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

以下、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
１．画像表示装置
図１は、本発明の画像表示装置の好適な実施形態を示す平面図、図２は、図１に示すレーザー光源が出射するレーザー光の断面を示す図、図３は、図１に示す画像表示装置の側面図である。また、図４は、図１に示す画像表示装置が有する光走査部（光スキャナー）を示す平面図、図５は、図４に示す光スキャナーの断面図、図６は、図４に示す光スキャナーが有する電圧印加部のブロック図、図７は、図６に示す第１の電圧発生部および第２の電圧発生部での発生電圧の一例を示す図である。また、図８は、光スキャナーの配置による描画可能領域の違いを示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１に示すように、互いに直交する３軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。

図１に示す画像表示装置１は、例えば、スクリーン、壁面などの対象物１０に光を走査して画像を表示する装置である。
画像表示装置１は、描画用レーザー光ＬＬを出射する描画用光源ユニット２と、描画用レーザー光ＬＬの光軸を傾けるとともに、描画用レーザー光ＬＬの断面形状を変形させるプリズム３と、プリズム３を通過した描画用レーザー光ＬＬを走査する光走査部４と、描画用レーザー光ＬＬの強度を検知する検出部５と、描画用光源ユニット２および光走査部４の作動を制御する制御部６とを有している。

画像表示装置１は、ＸＹ平面方向に広がりを有し、Ｚ軸方向に高さを有する扁平形状の筐体９を有しており、この筐体９内に、描画用光源ユニット２、プリズム３、光走査部４および検出部５がＸＹ平面方向に並んで配置、収容されている。本実施形態の筐体９は、その厚さ方向から見た平面視にて、略矩形の外形形状をなしている。また、筐体９には、例えば透明な部材（ガラス、プラスチック等）で構成された窓部９１が形成されており、この窓部９１を介して、光走査部４によって走査された描画用レーザー光ＬＬが筐体９の外へ出射される。なお、制御部６は本実施形態のように筐体９内に収容されていてもよいし、制御部６は筐体９の外側に設けられていてもよい。

以下、各部構成について順次説明する。
１−１．描画用光源ユニット
図１に示すように、描画用光源ユニット２は、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源（光源部）２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに対応して設けられたコリメーターレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂおよびダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂとを備えている。

レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、図示しない光源と駆動回路とを有している。そして、レーザー光源２１Ｒは、赤色のレーザー光ＲＲを射出し、レーザー光源２１Ｇは、緑色のレーザー光ＧＧを出射し、レーザー光源２１Ｂは、青色のレーザー光ＢＢを出射する。レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢは、それぞれ、制御部６から送信される駆動信号に対応して出射され、コリメーターレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂによって平行光または略平行光にされる。

本実施形態では、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが、レーザー光源２１Ｒ、レーザー光源２１Ｂ、レーザー光源２１Ｇの順で−Ｙ軸方向に並んで、かつ筐体９の図１中左側の端部に配置されている。そして、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、＋Ｘ軸方向に向けてレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを出射する。このような配置とすることにより、より小さいスペースでレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを配置することができる。そのため、画像表示装置１（筐体９）の小型化を図ることができる。なお、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置は、上記の配置に限定されない。
このようなレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとしては、例えば、端面発光半導体レーザー、面発光半導体レーザーなどの半導体レーザーを用いることができる。半導体レーザーを用いることにより、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの小型化を図ることができる。

レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとして、半導体レーザーを用いた場合、一般的には、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射されるレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢが有する光強度分布の輪郭形状（いわゆるＦＦＰ：Far Field Pattern）は、それぞれ、略楕円形状となる。なお、以下では、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの「断面形状」を、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの「光強度分布の輪郭形状」と同義の意味で用いる。すなわち、この場合には、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射されるレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢは、それぞれ、略楕円形の断面形状を有していると言い換えることができる。ここで、断面形状とは、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの光軸に垂直な断面における形状である。

図２に示すように、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、略楕円状の断面形状を有するレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを出射する。そして、これらレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、楕円の長軸がＺ軸（ＸＹ平面に直交する方向）とほぼ一致し、短軸がＹ軸（ＸＹ平面）とほぼ一致するように筐体９内に配置されている。言い換えると、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、Ｚ軸方向の放射角が、Ｙ軸方向（ＸＹ平面の面内方向）の放射角よりも大きいレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを出射する。これにより、例えば上記と逆の場合（Ｚ軸方向の放射角がＹ軸方向の放射角よりも小さい場合）と比較して、Ｙ軸方向に並ぶ３つのレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを狭ピッチで配置することができる。そのため、筐体９のＸＹ面内方向の広がりを抑えることができる。したがって、画像表示装置１の小型化を図ることができる。

また、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂが出射するレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢは、それぞれ、直線偏光である。また、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢは、それぞれ、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂの反射面／透過面（入射面）およびプリズム３の入射面に対して垂直な偏光成分であるｓ偏光である。すなわち、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂは、それぞれ、振動方向（偏光方向）がＺ軸方向となる偏光であり、振動方向と、断面形状である楕円の長軸方向とが一致するレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを出射するように構成されている。レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢをｓ偏光とすることにより、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂおよびプリズム３でのレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの損失を少なくすることができる。

ダイクロイックミラー２３Ｒは、レーザー光ＲＲを反射する特性を有している。ダイクロイックミラー２３Ｂは、レーザー光ＢＢを反射するとともに、レーザー光ＲＲを透過する特性を有している。ダイクロイックミラー２３Ｇは、レーザー光ＧＧを透過するとともに、レーザー光ＲＲ、ＢＢを反射する特性を有している。これらダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂによって、各色のレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの光軸を一致または略一致（合成）させ、１つの描画用レーザー光ＬＬが＋Ｘ軸方向に出射される。すなわち、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂは、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを合成する光合成部２３を構成している。

本実施形態では、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置に倣って、ダイクロイックミラー２３Ｒ、ダイクロイックミラー２３Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｇの順で−Ｙ軸方向に並んで配置されている。また、ダイクロイックミラー２３Ｒは、レーザー光源２１Ｒから＋Ｘ軸方向に出射されたレーザー光ＲＲを−Ｙ軸方向に反射するように設けられる。そして、ダイクロイックミラー２３Ｂは、レーザー光源２１Ｂから＋Ｘ軸方向に出射されたレーザー光ＢＢを−Ｙ軸方向に反射し、ダイクロイックミラー２３Ｒによって−Ｙ軸方向に反射されたレーザー光ＲＲを透過するように設けられる。さらに、ダイクロイックミラー２３Ｇは、レーザー光源２１Ｇから＋Ｘ軸方向に出射されたレーザー光ＧＧを透過し、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｂによって−Ｙ軸方向に反射されたレーザー光ＲＲ、ＢＢを＋Ｘ軸方向に反射するように設けられている。これにより、光合成部２３から描画用レーザー光ＬＬが＋Ｘ軸方向に出射される。

ここで、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂは、レーザー光の波長による屈折率差により生ずる分散性を考慮して、短い波長のレーザー光ほどプリズム３への入射角が大きくなるように配置されているのが好ましい。すなわち、青色のレーザー光ＢＢの入射角θ_Ｂ＞緑色のレーザー光ＧＧの入射角θ_Ｇ＞赤色のレーザー光ＲＲの入射角θ_Ｒの関係を満たすように、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂが、反射面をＺ軸まわりに僅かにずらして配置されている。

１−２．プリズム
プリズム３は、描画用レーザー光ＬＬの光軸を傾ける第１の機能と、描画用レーザー光ＬＬの形状（断面形状）を変形させる第２の機能と、描画用レーザー光ＬＬの放射角を制御（集光させる、等）する第３の機能とを有する光学部材である。プリズム３は、ガラスや水晶で構成された実質的に無色透明な多面体である。このようなプリズム３としては、上記のような機能を有していれば特に限定されず、例えば、略三角柱状をなす三角プリズムを用いることができる。なお、例えば、三角プリズムの各角部は、機能に影響を及ぼさない限り面取り等されていてもよい。

まず、上記第１の機能について説明する。プリズム３は、入射面３１から入射した描画用レーザー光ＬＬを、出射面３２から＋Ｘ軸方向に対して＋Ｙ軸方向に傾斜した方向（筐体９の中心側へ向かう方向）に出射する。すなわち、描画用レーザー光ＬＬの光軸をＺ軸まわり（ＸＹ平面内にて）に傾けている。このようなプリズム３によれば、描画用レーザー光ＬＬを筐体９の中心側へ向かわせることができる。筐体９内において、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｂからの出射光の光軸上には、部材を配置するスペースが十分に存在し、このスペースに光走査部４を配置することにより、筐体９の内部空間を効率的に使用することができる。すなわち、描画用レーザー光ＬＬの光軸を筐体９の中心側へ傾けることにより、筐体９内のデッドスペース（部材が配置されていない無駄なスペース）をより少なくすることができ、画像表示装置１の小型化を図ることができる。

次に、上記第２の機能について説明する。プリズム３は、描画用レーザー光ＬＬの光軸に垂直な断面形状を略楕円形から略円形へ整形する。具体的には、プリズム３は、入射した描画用レーザー光ＬＬの断面形状のＺ軸方向の幅をほぼ一定に保ちつつ、ＸＹ面内方向の幅を広くすることにより、描画用レーザー光ＬＬの断面形状を略円形に整形する。言い換えると、プリズム３は、断面形状である楕円の短軸の長さを大きくし、短軸と長軸の比（アスペクト比）がほぼ１となるように描画用レーザー光ＬＬの断面形状を整形する。このように、描画用レーザー光ＬＬの断面形状を略円形とすることにより、優れた画像表示特性を発揮することのできる画像表示装置１となる。ここで、前述したように、描画用レーザー光ＬＬの断面形状を、Ｚ軸方向を長軸とする略楕円形とすることにより、プリズム３をＸＹ平面内で回転させるだけでよくなるため、プリズム３が占有する筐体９の厚み方向（Ｚ軸方向）の長さが最少となるように配置することができる。そのため、画像表示装置１の小型化（薄型化）を図ることができる。

次に、上記第３の機能について説明する。プリズム３の出射面３２は、湾曲凸面（レンズ面）で構成されており、集光レンズとして機能し、平行光としてプリズム３に入射した描画用レーザー光ＬＬを集光（収束）させる。このように描画用レーザー光ＬＬを収束させることにより、焦点付近に位置する対象物１０に対して、より鮮明な画像（高解像度感の画像）を表示することができる。また、出射面３２を集光レンズとして機能させることにより、集光レンズをプリズム３と別に設ける必要がなく、部品点数を低減でき、画像表示装置１の小型化を図ることができる。なお、プリズム３の出射面３２の構成は、放射角を制御することができれば、凸面（集光レンズ）に限られる必要はなく、例えば凹面（発散レンズ）であってもよい。
なお、画像表示装置１では、前述した機能と同様の機能を発揮することができれば、プリズム以外の光学部材を用いてもよい。

以上、描画用光源ユニット２およびプリズム３について詳細に説明した。画像表示装置１では、図３に示すように、レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢ（描画用レーザー光ＬＬ）の光軸が同一のＸＹ平面（第１面Ｆ）内に位置している。すなわち、面Ｆ内において、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂがレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを出射し、光合成部２３がレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを合成して描画用レーザー光ＬＬを出射し、プリズム３が描画用レーザー光ＬＬの光軸をＸＹ平面内で傾けている。

１−３．光走査部
光走査部４は、プリズム３を通過した描画用レーザー光ＬＬを２次元走査する機能を有している。このような光走査部４としては、描画用レーザー光ＬＬを２次元走査することができれば、特に限定されないが、例えば、次のような構成の光スキャナー４０を用いることができる。

図４および図５に示すように、光スキャナー４０は、可動部４１と、１対の軸部４２１、４２２（第１軸部）と、枠体部４３と、２対の軸部４４１、４４２、４４３、４４４（第２軸部）と、支持部４５と、永久磁石４６と、コイル４７と、磁心４８と、電圧印加部４９とを備えている。
これらのうち可動部４１、１対の軸部４２１、４２２は、軸部４２１、４２２を軸として第１の軸Ｊ１周りに揺動（往復回動）する第１の振動系を構成する。また、可動部４１、１対の軸部４２１、４２２、枠体部４３、２対の軸部４４１、４４２、４４３、４４４および永久磁石４６は、第２の軸Ｊ２周りに揺動（往復回動）する第２の振動系を構成する。また、永久磁石４６、コイル４７および電圧印加部４９は、前述した第１の振動系および第２の振動系を駆動させる駆動部を構成する。

以下、光スキャナー４０の各部を順次詳細に説明する。
図４および図５に示すように、可動部４１は、基部４１１と、スペーサー４１２を介して基部４１１に固定された光反射板４１３とを有する。光反射板４１３の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部４１４が設けられている。そして、光反射部４１４の表面が描画用レーザー光ＬＬを反射する光反射面４１４ａを構成する。上述の通り、可動部４１は、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２周りに揺動する。すなわち、可動部４１を構成する基部４１１、スペーサー４１２、光反射板４１３および光反射面４１４ａについても、第１の軸Ｊ１および第２の軸Ｊ２周りに揺動するといえる。
光反射板４１３は、軸部４２１、４２２に対して光反射板４１３の板厚方向に離間するとともに、板厚方向からみたときに（以下、「平面視」ともいう）軸部４２１、４２２と重なって設けられている。

そのため、軸部４２１と軸部４２２との間の距離を短くしつつ、光反射板４１３の板面の面積を大きくすることができる。また、軸部４２１と軸部４２２との間の距離を短くすることできることから、枠体部４３の小型化を図ることができる。さらに、枠体部４３の小型化を図ることができることから、軸部４４１、４４２と軸部４４３、４４４との間の距離を短くすることできる。このようなことから、光反射板４１３の板面の面積を大きくしても、光スキャナー４０の小型化を図ることができる。

また、光反射板４１３は、平面視にて、軸部４２１、４２２の全体を覆うように形成されている。言い換えると、軸部４２１、４２２は、それぞれ、平面視にて、光反射板４１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板４１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部４１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光（例えば、光反射部４１４に入射できなかった光）が軸部４２１、４２２で反射して迷光となるのを防止することができる。

また、光反射板４１３は、平面視にて、枠体部４３の全体を覆うように形成されている。言い換えると、枠体部４３は、平面視にて、光反射板４１３の外周に対して内側に位置している。これにより、光反射板４１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部４１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が枠体部４３で反射して迷光となるのを防止することができる。
さらに、光反射板４１３は、平面視にて、軸部４４１、４４２、４４３、４４４の全体を覆うように形成されている。これにより、光反射板４１３の板面の面積が大きくなり、その結果、光反射部４１４の面積を大きくすることができる。また、不要な光が軸部４４１、４４２、４４３、４４４で反射して迷光となるのを防止することができる。

本実施形態では、光反射板４１３は、平面視にて、円形をなしている。なお、光反射板４１３の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形等の多角形であってもよい。
このような光反射板４１３の下面（他方の面、光反射板４１３の基部４１１側の面）には、硬質層４１５が設けられている。

硬質層４１５は、光反射板４１３本体の構成材料よりも硬質な材料で構成されている。これにより、光反射板４１３の剛性を高めることができる。そのため、光反射板４１３の揺動時における撓みを防止または抑制することができる。また、光反射板４１３の厚さを薄くし、光反射板４１３の第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２周りの揺動時における慣性モーメントを抑えることができる。

このような硬質層４１５の構成材料としては、光反射板４１３本体の構成材料よりも硬質な材料であれば、特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、水晶、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、カーボンナイトライド膜などを用いることができるが、特に、ダイヤモンドを用いるのが好ましい。なお、硬質層４１５は、必要に応じて設けられるものであり、省略することもできる。

また、光反射板４１３の下面は、スペーサー４１２を介して基部４１１に固定されている。これにより、軸部４２１、４２２、枠体部４３および軸部４４１、４４２、４４３、４４４との接触を防止しつつ、光反射板４１３を第１の軸Ｊ１周りに揺動させることができる。
また、基部４１１は、平面視にて、光反射板４１３の外周に対して内側に位置している。また、基部４１１の平面視での面積は、基部４１１がスペーサー４１２を介して光反射板４１３を支持することができれば、できるだけ小さいのが好ましい。これにより、光反射板４１３の板面の面積を大きくしつつ、軸部４２１と軸部４２２との間の距離を小さくすることができる。

枠体部４３は、枠状をなし、前述した可動部４１の基部４１１を囲んで設けられている。言い換えると、可動部４１の基部４１１は、枠状をなす枠体部４３の内側に設けられている。そして、枠体部４３は、軸部４４１、４４２、４４３、４４４を介して支持部４５に支持されている。また、可動部４１の基部４１１は、軸部４２１、４２２を介して枠体部４３に支持されている。
また、枠体部４３は、第２の軸Ｊ２に沿った方向での長さが第１の軸Ｊ１に沿った方向での長さよりも短くなっている。すなわち、第１の軸Ｊ１に沿った方向における枠体部４３の長さをａとし、第２の軸Ｊ２に沿った方向における枠体部４３の長さをｂとしたとき、ａ＞ｂなる関係を満たす。これにより、軸部４２１、４２２に必要な長さを確保しつつ、第２の軸Ｊ２に沿った方向における光スキャナー４０の長さを抑えることができる。後述するように、光スキャナー４０は、第２の軸Ｊ２がＺ軸と平行となるように筐体９に配置されるため、前述したようなａ＞ｂなる関係を満足することにより、筐体９の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を薄くすることができる。

また、枠体部４３は、平面視にて、可動部４１の基部４１１および１対の軸部４２１、４２２からなる構造体の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動部４１、１対の軸部４２１、４２２で構成された第１の振動系の振動、すなわち、可動部４１の第１の軸Ｊ１周りの揺動を許容しつつ、枠体部４３の小型化を図ることができる。なお、枠体部４３の形状は、枠状であれば、図示のものに限定されない。

軸部４２１、４２２および軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、それぞれ、弾性変形可能である。そして、軸部４２１、４２２は、可動部４１を第１の軸Ｊ１周りに揺動可能とするように、可動部４１と枠体部４３を連結している。また、軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、枠体部４３を第１の軸Ｊ１に直交する第２の軸Ｊ２周りに揺動可能とするように、枠体部４３と支持部４５を連結している。

軸部４２１、４２２は、可動部４１の基部４１１を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部４２１、４２２は、それぞれ、第１の軸Ｊ１に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部４２１、４２２は、それぞれ、一端部が基部４１１に接続され、他端部が枠体部４３に接続されている。また、軸部４２１、４２２は、それぞれ、中心軸が第１の軸Ｊ１に一致するように配置されている。このような軸部４２１、４２２は、それぞれ、可動部４１の第１の軸Ｊ１周りの揺動に伴ってねじれ変形する。

軸部４４１、４４２および軸部４４３、４４４は、枠体部４３を介して互いに対向するように配置されている。また、軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、それぞれ、第２の軸Ｊ２に沿った方向に延在する長手形状をなす。そして、軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、それぞれ、一端部が枠体部４３に接続され、他端部が支持部４５に接続されている。また、軸部４４１、４４２は、第２の軸Ｊ２を介して互いに対向するように配置され、同様に、軸部４４３、４４４は、第２の軸Ｊ２を介して互いに対向するように配置されている。このような軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、枠体部４３の第２の軸Ｊ２周りの揺動に伴って、軸部４４１、４４２全体および軸部４４３、４４４全体がそれぞれねじれ変形する。
このように、可動部４１を第１の軸Ｊ１周りに揺動可能とするとともに、枠体部４３を第２の軸Ｊ２周りに揺動可能とすることにより、可動部４１（すなわち、光反射板４１３）を互いに直交する第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の２軸周りに揺動させることができる。

なお、軸部４２１、４２２および軸部４４１、４４２、４４３、４４４の形状は、それぞれ、前述したものに限定されず、例えば、途中の少なくとも１箇所に屈曲または湾曲した部分や分岐した部分を有していてもよい。
前述したような基部４１１、軸部４２１、４２２、枠体部４３、軸部４４１、４４２、４４３、４４４および支持部４５は、一体的に形成されている。

本実施形態では、基部４１１、軸部４２１、４２２、枠体部４３、軸部４４１、４４２、４４３、４４４および支持部４５は、第１のＳｉ層（デバイス層）と、ＳｉＯ_２層（ボックス層）と、第２のＳｉ層（ハンドル層）とがこの順に積層したＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。これにより、第１の振動系および第２の振動系の振動特性を優れたものとすることができる。また、ＳＯＩ基板は、エッチングにより微細な加工が可能であるため、ＳＯＩ基板を用いて基部４１１、軸部４２１、４２２、枠体部４３、軸部４４１、４４２、４４３、４４４および支持部４５を形成することにより、これらの寸法精度を優れたものとすることができ、また、光スキャナー４０の小型化を図ることができる。

そして、基部４１１、軸部４２１、４２２および軸部４４１、４４２、４４３、４４４は、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。これにより、軸部４２１、４２２および軸部４４１、４４２、４４３、４４４の弾性を優れたものとすることができる。また、基部４１１が第１の軸Ｊ１周りに回動する際に枠体部４３に接触するのを防止することができる。

また、枠体部４３および支持部４５は、それぞれ、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層、ＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。これにより、枠体部４３および支持部４５の剛性を優れたものとすることができる。また、枠体部４３のＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層は、枠体部４３の剛性を高めるリブとしての機能だけでなく、可動部４１が永久磁石４６に接触するのを防止する機能も有する。

また、平面視にて光反射板４１３の外側に位置する、軸部４２１、４２２、軸部４４１、４４２、４４３、４４４、枠体部４３、支持部４５の上面には、反射防止処理が施されているのが好ましい。これにより、光反射板４１３以外に照射された不要光が迷光となるのを防止することができる。かかる反射防止処理としては、特に限定されないが、例えば、反射防止膜（誘電体多層膜）の形成、粗面化処理、黒色処理等が挙げられる。
なお、前述した基部４１１、軸部４２１、４２２および軸部４４１、４４２、４４３、４４４の構成材料および形成方法は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。

また、本実施形態では、スペーサー４１２および光反射板４１３も、ＳＯＩ基板をエッチングすることにより形成されている。そして、スペーサー４１２は、ＳＯＩ基板のＳｉＯ_２層および第２のＳｉ層からなる積層体で構成されている。また、光反射板４１３は、ＳＯＩ基板の第１のＳｉ層で構成されている。このように、ＳＯＩ基板を用いてスペーサー４１２および光反射板４１３を形成することにより、互いに接合されたスペーサー４１２および光反射板４１３を簡単かつ高精度に製造することができる。

このようなスペーサー４１２は、例えば、接着剤、ろう材等の接合材（図示せず）により基部４１１に接合されている。
前述した枠体部４３の下面には、永久磁石４６が接合されている。永久磁石４６と枠体部４３との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いた接合方法を用いることができる。永久磁石４６は、平面視にて、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２に対して傾斜する方向に磁化されている。

本実施形態では、永久磁石４６は、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の両軸に対して傾斜する方向に延在する長手形状（棒状）をなす。そして、永久磁石４６は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石４６は、一端部をＳ極とし、他端部をＮ極とするように磁化されている。また、永久磁石４６は、平面視にて、第１の軸Ｊ１と第２の軸Ｊ２との交点を中心として対称となるように設けられている。

第２の軸Ｊ２に対する永久磁石４６の磁化の方向（延在方向）の傾斜角θは、特に限定されないが、３０°以上６０°以下であるのが好ましく、４５°以上６０°以下であることがより好ましく、４５°であるのがさらに好ましい。このように永久磁石４６を設けることで、円滑かつ確実に可動部４１を第２の軸Ｊ２周りに揺動させることができる。

このような永久磁石４６としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。このような永久磁石４６は、硬磁性体を着磁したものであり、例えば、着磁前の硬磁性体を枠体部４３に設置した後に着磁することにより形成される。既に着磁がなされた永久磁石４６を枠体部４３に設置しようとすると、外部や他の部品の磁界の影響により、永久磁石４６を所望の位置に設置できない場合があるからである。

永久磁石４６の直下には、コイル４７が設けられている。これにより、コイル４７から発生する磁界を効率的に永久磁石４６に作用させることができる。これにより、光スキャナー４０の省電力化および小型化を図ることができる。コイル４７は、磁心４８に巻回されて設けられている。これにより、コイル４７で発生した磁界を効率的に永久磁石４６に作用させることができる。なお、磁心４８は、省略してもよい。
このようなコイル４７は、電圧印加部４９に電気的に接続されている。そして、電圧印加部４９によりコイル４７に電圧が印加されることで、コイル４７から第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２に直交する磁束を有する磁界が発生する。

電圧印加部４９は、図６に示すように、可動部４１を第１の軸Ｊ１周りに回動させるための第１の電圧Ｖ１を発生させる第１の電圧発生部４９１と、可動部４１を第２の軸Ｊ２周りに回動させるための第２の電圧Ｖ２を発生させる第２の電圧発生部４９２と、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳する電圧重畳部４９３とを備え、電圧重畳部４９３で重畳した電圧をコイル４７に印加する。

第１の電圧発生部４９１は、図７（ａ）に示すように、周期Ｔ１で周期的に変化する第１の電圧Ｖ１（主走査用電圧）を発生させるものである。第１の電圧Ｖ１は、正弦波のような波形をなしている。第１の電圧Ｖ１の周波数（１／Ｔ１）は、例えば、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。本実施形態では、第１の電圧Ｖ１の周波数は、可動部４１、１対の軸部４２１、４２２で構成される第１の振動系のねじり共振周波数（ｆ１）と等しくなるように設定されている。これにより、可動部４１の第１の軸Ｊ１周りの回動角を大きくすることができる。

一方、第２の電圧発生部４９２は、図７（ｂ）に示すように、周期Ｔ１と異なる周期Ｔ２で周期的に変化する第２の電圧Ｖ２（副走査用電圧）を発生させるものである。第２の電圧Ｖ２は、鋸波のような波形をなしている。第２の電圧Ｖ２の周波数（１／Ｔ２）は、第１の電圧Ｖ１の周波数（１／Ｔ１）と異なっていればよく、例えば、３０〜８０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。本実施形態では、第２の電圧Ｖ２の周波数は、可動部４１、１対の軸部４２１、４２２、枠体部４３、２対の軸部４４１、４４２、４４３、４４４および永久磁石４６で構成された第２の振動系のねじり共振周波数（共振周波数）と異なる周波数となるように調整されている。
このような第２の電圧Ｖ２の周波数は、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実かつより円滑に、可動部４１を第１の軸Ｊ１周りに第１の電圧Ｖ１の周波数で揺動させつつ、第２の軸Ｊ２周りに第２の電圧Ｖ２の周波数で揺動させることができる。

また、第１の振動系のねじり共振周波数をｆ１［Ｈｚ］とし、第２の振動系のねじり共振周波数をｆ２［Ｈｚ］としたとき、ｆ１とｆ２とが、ｆ２＜ｆ１の関係を満たすことが好ましく、１０ｆ２≦ｆ１の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より円滑に、可動部４１を、第１の軸Ｊ１周りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、第２の軸Ｊ２周りに第２の電圧Ｖ２の周波数で回動させることができる。これに対し、ｆ１≦ｆ２とした場合は、第２の電圧Ｖ２の周波数による第１の振動系の振動が発生する可能性がある。

このような第１の電圧発生部４９１および第２の電圧発生部４９２は、それぞれ、制御部６に接続され、この制御部６からの信号に基づき駆動する。このような第１の電圧発生部４９１および第２の電圧発生部４９２には、電圧重畳部４９３が接続されている。
電圧重畳部４９３は、コイル４７に電圧を印加するための加算器４９３ａを備えている。加算器４９３ａは、第１の電圧発生部４９１から第１の電圧Ｖ１を受けるとともに、第２の電圧発生部４９２から第２の電圧Ｖ２を受け、これらの電圧を重畳しコイル４７に印加するようになっている。

次に、光スキャナー４０の駆動方法について説明する。なお、第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系のねじり共振周波数と等しく設定されており、第２の電圧Ｖ２の周波数は、第２の振動系のねじり共振周波数と異なる値に、かつ、第１の電圧Ｖ１の周波数よりも小さくなるように設定されている（例えば、第１の電圧Ｖ１の周波数が１５ｋＨｚ、第２の電圧Ｖ２の周波数が６０Ｈｚに設定されている）ものとする。

例えば、図７（ａ）に示すような第１の電圧Ｖ１と、図７（ｂ）に示すような第２の電圧Ｖ２とを電圧重畳部４９３にて重畳し、重畳した電圧をコイル４７に印加する。すると、第１の電圧Ｖ１によって、永久磁石４６の一端部（Ｎ極）をコイル４７に引き付けようとするとともに、永久磁石４６の他端部（Ｓ極）をコイル４７から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ１」という）と、永久磁石４６の一端部（Ｎ極）をコイル４７から離間させようとするとともに、永久磁石４６の他端部（Ｓ極）をコイル４７に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ａ２」という）とが交互に切り換わる。

このように磁界Ａ１と磁界Ａ２とが交互に切り換わることで、枠体部４３に第１の軸Ｊ１周りのねじり振動成分を有する振動が励振され、その振動に伴って、軸部４２１、４２２を捩れ変形させつつ、可動部４１が第１の電圧Ｖ１の周波数で第１の軸Ｊ１周りに揺動する。第１の電圧Ｖ１の周波数は、第１の振動系のねじり共振周波数と等しいため、共振（共振振動）によって、可動部４１を大きく揺動させることができる。すなわち、前述した枠体部４３の第１の軸Ｊ１周りのねじり振動成分を有する振動が小さくても、その振動に伴う可動部４１の第１の軸Ｊ１周りの揺動角を大きくすることができる。

一方、第２の電圧Ｖ２によって、永久磁石４６の一端部（Ｎ極）をコイル４７に引き付けようとするとともに、永久磁石４６の他端部（Ｓ極）をコイル４７から離間させようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ１」という）と、永久磁石４６の一端部（Ｎ極）をコイル４７から離間させようとするとともに、永久磁石４６の他端部（Ｓ極）をコイル４７に引き付けようとする磁界（この磁界を「磁界Ｂ２」という）とが交互に切り換わる。

このように磁界Ｂ１と磁界Ｂ２とが交互に切り換わることで、軸部４４１、４４２および軸部４４３、４４４をそれぞれ捩れ変形させつつ、枠体部４３が可動部４１とともに、第２の電圧Ｖ２の周波数で第２の軸Ｊ２周りに揺動する。なお、前述のように、第２の電圧Ｖ２の周波数が第１の電圧Ｖ１の周波数に比べて極めて低く設定され、第２の振動系のねじり共振周波数が第１の振動系のねじり共振周波数よりも低く設計されているため、可動部４１が第２の電圧Ｖ２の周波数で第１の軸Ｊ１周りに回動してしまうことを防止することができる。

以上説明したように光スキャナー４０では、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを重畳させた電圧をコイル４７に印加することで、可動部４１を、第１の軸Ｊ１周りに第１の電圧Ｖ１の周波数で回動させつつ、第２の軸Ｊ２周りに第２の電圧のＶ２の周波数で回動させることができる。これにより、装置の低コスト化および小型化を図るとともに、電磁駆動方式（ムービングマグネット方式）により、可動部４１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２のそれぞれの軸周りに揺動させ、光反射部４１４で反射した描画用レーザー光ＬＬを２次元走査することができる。また、駆動源を構成する部品（永久磁石およびコイル）の数を少なくすることができるため、簡単かつ小型な構成とすることができる。また、コイル４７が光スキャナー４０の振動系と離間しているので、かかる振動系に対するコイル４７の発熱による悪影響を防止することができる。

以上、光スキャナー４０の構成について詳細に説明した。上述のような、ジンバル型をなす２次元走査型の光スキャナー４０によれば、１つの装置で描画用レーザー光ＬＬを２次元走査することができるため、例えば、１次元走査型の光スキャナーを２つ組み合わせて描画用レーザー光ＬＬを２次元走査させる構成と比較して、光走査部４の小型化を図ることができ、また、アライメントの調整も容易となる。

また、光スキャナー４０は、永久磁石４６とコイル４７とを用いて駆動する電磁駆動型の光スキャナーである。このような構成とすることにより、図５に示すように、永久磁石４６とコイル４７とを対向配置しなければならないため、光スキャナー４０の厚さ（第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の交点と交わりこれら両軸に直交する軸Ｊ３方向の長さ）が厚くなるが、反対に、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２を含む面内方向での大きさを小さくすることができる。このように、厚さ方向よりも前記面内方向での小型化を図ることにより、光スキャナー４０は、画像表示装置１に適した光スキャナーとなる。

図１および図３に示すように、以上説明したような構成の光スキャナー４０は、非駆動状態（コイル４７に電圧が印加されていない状態）にて、光反射部４１４がＸＹ平面と直交するように筐体９内に配置されている。言い換えると、光スキャナー４０は、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２を含む平面がＸＹ平面と直交する（軸Ｊ３が面Ｆ内に位置する）ように筐体９内に配置されている。ここで、前述したように、光スキャナー４０は、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２を含む平面方向の大きさが小さく抑えられているため、このような配置とすることにより、画像表示装置１（筐体９）の小型化（薄型化）を図ることができる。なお、光スキャナー４０は、軸Ｊ３方向の厚さがそれほど薄くないが、画像表示装置１では、軸Ｊ３が面Ｆ内に位置するように配置されているため、それに伴う装置の大型化を最低限に抑えている。

また、プリズム３を通過した描画用レーザー光ＬＬは、軸Ｊ３に対して傾斜した方向から光反射部４１４に入射する。このように、軸Ｊ３（光反射面４１４ａの法線）に対して傾斜した方向から描画用レーザー光ＬＬを光反射部４１４に入射することにより、光スキャナー４０で走査された描画用レーザー光ＬＬを、他の部材（例えばプリズム３）と干渉することなく筐体９の外部に出射させることができる。そのため、光スキャナー４０によって走査された描画用レーザー光ＬＬの光路を変更する平面ミラーやプリズム等の設置が必要ないため、画像表示装置１の小型化を図ることができる。

また、光スキャナー４０では、共振駆動である第１の軸Ｊ１周りの可動部４１の振幅（揺動角）が、非共振駆動である第２の軸Ｊ２周りの可動部４１の振幅（揺動角）よりも大きい。そして、このような光スキャナー４０は、ＸＹ平面の面内方向の振幅よりも、Ｚ軸方向の振幅の方が大きくなるように配置されている。すなわち、光スキャナー４０は、第１の軸Ｊ１がＸＹ平面の面内方向と平行となり（第１面Ｆと一致し）、第２の軸Ｊ２がＺ軸と平行となるように配置されている。このような配置とすることにより、次のような効果を発揮することができる。

前述したように、描画用レーザー光ＬＬは、軸Ｊ３に対して傾斜した方向から光反射部４１４に入射するため、光反射部４１４によって２次元走査された描画用レーザー光ＬＬは、図８（ａ）、（ｂ）に示すような描画可能領域Ｓに照射される。図８（ａ）は、本発明のように、光スキャナー４０を、第１の軸Ｊ１がＸＹ平面の面内方向と平行となり、第２の軸Ｊ２がＺ軸と平行となるように配置した場合の描画可能領域を示し、図８（ｂ）は、従来技術ように、光スキャナー４０を、第１の軸Ｊ１がＺ軸と平行となり、第２の軸Ｊ２がＸＹ平面の面内方向と平行となるように配置した場合の描画可能領域を示す。

図８から分かるように、本発明を示す（ａ）の方が、従来技術を示す（ｂ）よりも描画可能領域Ｓの歪みが小さく、描画可能領域Ｓ内に確保できる矩形状の有効描画領域（実際に描画用レーザー光ＬＬを照射して画像を表示させる領域）Ｓ’が大きい。したがって、図８（ａ）の方が（ｂ）よりも描画可能領域Ｓを有効に利用することができ、より効率的かつ大きな画像を描画することができる。
なお、前述したように、枠体部４３の第２の軸Ｊ２方向の長さｂが、第１の軸Ｊ１方向の長さａよりも短く構成されているため、上述のような配置で光スキャナー４０を筐体９に配置することにより、光スキャナー４０のＺ軸方向の長さを抑えることができ、画像表示装置１の薄型化を図ることができる。

１−４．検出部
検出部５は、描画用レーザー光ＬＬ（各レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢ）の強度を検知する機能を有している。このような検出部５は、筐体９内に設けられたフォトダイオード等の受光素子５１を有している。プリズム３の入射面３１は、各レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを僅かに反射するように構成されており（例えば０．１％程度の反射率）、反射光の光路上に受光素子５１が位置している。受光素子５１からは、受光した反射光の強度に応じた大きさの信号（電圧）が出力され、この信号に基づいて、各レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの強度を検出することができる。

検出した各レーザー光ＲＲ、ＢＢ、ＧＧの強度に関する情報は、制御部６に送られ、受信した情報に基づいて、制御部６がレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの駆動を制御する。
具体的には、予め、コリメーターレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂの各レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの反射率および透過率と、入射面３１の各レーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢの反射率を測定し、これらの情報を制御部６の図示しないメモリーに記憶させておく。

次に、例えば、画像の描画を開始する前に、制御部６から所定の大きさ（電圧）の駆動信号を駆動回路に送信し、レーザー光源２１Ｒからレーザー光ＲＲを出射する。これにより、レーザー光ＲＲの一部がプリズム３の入射面３１で反射し、この反射光を受光素子５１が受光し、反射光の強度が検出される。そして、前記メモリーに記憶された各部のレーザー光ＲＲの反射率に基づいて、レーザー光源２１Ｒから出射されたレーザー光ＲＲの実際の強度を求める。これにより、レーザー光ＲＲの強度と駆動信号の大きさ（電圧値）との関係が求められ、所定強度のレーザー光ＲＲを出射するために必要な駆動信号の大きさが明らかとなる。

このような関係は、前記メモリーに記憶される。そして、画像を描画する際には、この関係に基づいて、レーザー光源２１Ｒから所望強度のレーザー光ＲＲが出射されるように、制御部６が所望の駆動信号を駆動回路に送信する。レーザー光ＧＧ、ＢＢについても同様にして、レーザー光ＧＧ、ＢＢの強度と駆動信号の大きさとの関係を求め、求めた関係に基づいて、レーザー光源２１Ｇ、２１Ｂから所望強度のレーザー光ＧＧ、ＢＢが出射されるように、制御部６が所望の駆動信号を駆動回路に送信する。

これにより、所望の色および輝度の描画用レーザー光ＬＬを生成することができ、画像表示特性が向上する。
なお、前述では、画像の描画を開始する前に、レーザー光ＲＲの強度と駆動信号の大きさ（電圧値）との関係を得る場合について説明したが、このような関係を得るタイミングは、これに限定されず、例えば、画像を描画している最中であってもよい。前述したように、描画用レーザー光ＬＬは、描画可能領域Ｓ内の有効描画領域Ｓ’に照射され、その他の部分（非描画領域Ｓ”）には照射されない。そのため、画像を描画している最中であって、可動部４１（光反射部４１４）が非描画領域Ｓ”に向き、描画用レーザー光ＬＬが出射されていないときに、上述のようにしてレーザー光ＲＲの強度と駆動信号の大きさ（電圧値）との関係を得てもよい。

１−５．制御部
制御部６は、描画用光源ユニット２および光走査部４の作動を制御する機能を有している。具体的には、制御部６は、光スキャナー４０を駆動して可動部４１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２周りに揺動させるとともに、可動部４１の揺動に同期させて描画用光源ユニット２から描画用レーザー光ＬＬを出射させる。制御部６は、例えば外部コンピューターから送信された画像データに基づいて、各レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから所定強度のレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢを所定のタイミングで出射させ、所定色および強度（輝度）の描画用レーザー光ＬＬを所定タイミングで出射させる。これにより、対象物１０に画像データに応じた画像が表示される。
以上、画像表示装置１の構成について詳細に説明した。

このような画像表示装置１では、各部材、すなわち、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、コリメーターレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ、プリズム３、光スキャナー４０および受光素子５１が、ＸＹ平面方向に平面的（同一平面内）に配置されている。そして、レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから出射されたレーザー光ＲＲ、ＧＧ、ＢＢ、これらが合成された描画用レーザー光ＬＬの光軸は、それぞれ、光スキャナー４０へ入射するまでＸＹ平面と平行な同一平面（第１面Ｆ）内に位置している。

また、画像表示装置１は、プリズム３によって、第１面Ｆ内で描画用レーザー光ＬＬの光軸を傾けているため、各構成部材（特に光スキャナー４０）の配置を平面的に行うことができる。そのため、画像表示装置１の各構成部材のアライメントを平面的なものとすることができ、画像表示装置１の組立性を優れたものにすることができる。さらに、画像表示装置１は、プリズム３によって描画用レーザー光ＬＬの整形を行っているため、優れた画像表示特性を発揮することができる。

２．ヘッドアップディスプレイ
次に、本発明の画像表示装置をヘッドアップディスプレイに応用した構成について説明する。
図９は、本発明の画像表示装置を応用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。

図９に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム２００では、画像表示装置１は、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ２１０を構成するよう搭載されている。このヘッドアップディスプレイ２１０により、フロントガラス２２０に、例えば、目的地までの案内表示等の所定の画像を表示することができる。なお、ヘッドアップディスプレイシステム２００は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。

３．ヘッドマウントディスプレイ
次に、本発明の画像表示装置を適用したヘッドマウントディスプレイ（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１０は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
図１０に示すように、ヘッドマウントディスプレイ３００は、眼鏡３１０と、眼鏡３１０に搭載された画像表示装置１とを有している。そして、画像表示装置１により、眼鏡３１０の本来レンズである部位に設けられた表示部（光反射部材）３２０に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。

表示部３２０は、透明であってもよく、また、不透明であってもよい。表示部３２０が透明な場合は、現実世界からの情報に画像表示装置１からの情報を重ねて使用することができる。また、表示部３２０は、入射した光の少なくとも一部を反射すればよく、例えば、ハーフミラーなどを用いることができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つ画像表示装置１を設け、両方の目で視認される画像を、２つの表示部に表示するようにしてもよい。
以上、本発明の画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…画像表示装置 １０…対象物 ２…描画用光源ユニット ２１Ｂ…レーザー光源 ２１Ｇ…レーザー光源 ２１Ｒ…レーザー光源 ２２Ｂ…コリメーターレンズ ２２Ｇ…コリメーターレンズ ２２Ｒ…コリメーターレンズ ２３…光合成部 ２３Ｂ…ダイクロイックミラー ２３Ｇ…ダイクロイックミラー ２３Ｒ…ダイクロイックミラー ３…プリズム ３１…入射面 ３２…出射面 ４…光走査部 ４０…光スキャナー ４１…可動部 ４１１…基部 ４１２…スペーサー ４１３…光反射板 ４１４…光反射部 ４１４ａ…光反射面 ４１５…硬質層 ４２１…軸部 ４２２…軸部 ４３…枠体部 ４４１…軸部 ４４２…軸部 ４４３…軸部 ４４４…軸部 ４５…支持部 ４６…永久磁石 ４７…コイル ４８…磁心 ４９…電圧印加部 ４９１…第１の電圧発生部 ４９２…第２の電圧発生部 ４９３…電圧重畳部 ４９３ａ…加算器 ５…検出部 ５１…受光素子 ６…制御部 ９…筐体 ９１…窓部 ２００…ヘッドアップディスプレイシステム ２１０…ヘッドアップディスプレイ ２２０…フロントガラス ３００…ヘッドマウントディスプレイ ３１０…眼鏡 ３２０…表示部 Ｊ１…第１の軸 Ｊ２…第２の軸 Ｊ３…軸 ＢＢ…青色のレーザー光 ＧＧ…緑色のレーザー光 ＲＲ…赤色のレーザー光 ＬＬ…描画用レーザー光 Ｆ…第１面 Ｓ…描画可能領域 Ｓ’…有効描画領域 Ｓ”…非描画領域

Claims (13)

1. 異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
   前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
   前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
   前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、
   前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅を、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく制御する制御部と、を有し、
   前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
   前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
   前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
   前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光走査部は、前記光反射面を有する可動部と、前記可動部を囲むように設けられた枠体部と、前記枠体部を支持する支持部と、前記枠体部に対して前記可動部を前記第１の軸周りに揺動可能とするように前記可動部と前記枠体部とを連結する第１の軸部と、前記支持部に対して前記枠体部を前記第２の軸周りに揺動可能とするように前記枠体部と前記支持部とを連結する第２の軸部と、を有している請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記枠体部の前記第１面に直交する方向の幅は、前記第１面の面内方向の幅よりも小さい請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記光走査部は、前記枠体部に設けられた永久磁石と、前記枠体部と対向配置され、前記永久磁石に作用する磁界を発生させるコイルと、を有している請求項２または３に記載の画像表示装置。
5. 前記光反射面は、前記第１面に直交する方向に共振で揺動する請求項１ないし４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記光源部からの光は、前記プリズムの入射面に対してｓ偏光となる直線偏光である請求項１ないし５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記プリズムは、前記光の前記第１面の面内方向の幅を広げることにより、前記光の断面形状を変化させる請求項１ないし６のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記プリズムの出射面は、前記光を集光するレンズ面となっている請求項１ないし７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記光源部から出射され、前記プリズムの入射面にて反射した光の量を検出する検出部を有し、前記検出部によって検出された光の量に基づいて前記光源部の駆動を制御する請求項１ないし８のいずれかに記載の画像表示装置。
10. 前記光源部から前記第１面に直交する方向へ出射される光の放射角が前記第１面の面内方向へ出射される光の放射角よりも大きくなるように構成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の画像表示装置。
11. 前記光源部および前記光走査部は、前記第１面の面内方向に並んで配置されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像表示装置。
12. 異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
    前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
    前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
    前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、を有し、
    前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
    前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
    前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
    前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅は、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく、
    前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
13. 入射した光の少なくとも一部を反射する光反射部材と、
    前記光反射部材に光を照射する画像表示装置と、を有し、
    前記画像表示装置は、異なる波長の光を出射する複数の光源部と、
    前記複数の光源部からの光を合成する光合成部と、
    前記光合成部にて合成された光の断面形状を変化させるプリズムと、
    前記プリズムからの光を第１の軸周り、および第２の軸周りに揺動して走査する光走査部と、
    前記光走査部の前記第１の軸周りの揺動の振幅を、前記第２の軸周りの揺動の振幅よりも大きく制御する制御部と、を有し、
    前記光源部から前記光走査部へ向かう光の光軸および前記第１の軸は第１面内に位置し、
    前記光走査部は、非駆動状態において前記第１面に直交するように配置された光反射面を有し、
    前記光反射面の法線に対して傾斜した方向から前記光が前記光反射面に照射され、
    前記複数の光源部から出射される前記光のうち波長の短い光ほど前記プリズムへの入射角が大きくなるように構成されていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。

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