JP6515638B2 - 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 - Google Patents

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。

例えば、特許文献１には、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トーションバーと、トーションバーを支持する支持部と、を有する光スキャナーが開示されている。また、特許文献１の光スキャナーは、ミラー部と支持部との間の空隙に設けられる衝撃緩和部を有し、この衝撃緩和部によって、ミラー部が支持部に衝突して破損することが回避されている。また、これら各部は、シリコン基板をエッチング技法を用いてパターニングすることで一体的に形成されている。

特開２０１３−１０９３５９号公報

しかしなら、特許文献１の光スキャナーでは、ミラー部周囲のスペースにバラつきがある。すなわち、ミラー部と支持部との間のスペースに対して、ミラー部と衝撃緩和部との間のスペースが小さいし、また、衝撃緩和部の形状も他の部分に対して非常に細かい。そのため、シリコン基板をエッチングでパターニングすると、シリコン基板の各所でエッチング開口サイズの違いによる加工量のばらつきが生じ、光スキャナーを製造することが困難となる。

具体的に説明すると、衝撃緩和部を精度よく形成しようとすると、エッチング時間が長くなる。そうすると、ミラー部およびトーションバーが過度にエッチングされ、ミラー部が小さくなったり、トーションバーが細くなったりする。反対に、ミラー部およびトーションバーを精度よく形成しようとすると、エッチング時間が短くなる。そうすると、衝撃緩和部が形成される前にエッチングが終了してしまう場合がある。

本発明の目的は、所定の形状が得やすく、また、可動部の過度な変位を規制して破損を抑制す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。

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、光を反射する光反射部を備える可動部および前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部を備える搖動部と、
前記第１の軸部を支持する支持部と、
前記支持部が支持される固定部と、
前記揺動部と前記支持部との間に位置し、前記揺動部の変位を規制する規制部と、を有し、
前記規制部は、前記固定部の前記支持部が支持される支持面に設けられ、

前記光反射部の平面視にて、前記規制部の輪郭は、前記支持面内に位置することを特徴とする。
これにより、規制部によって揺動部の過度な変位を規制することができるため、揺動部の破損を抑制することのできる光スキャナーとなる。また、揺動部周囲のスペースのバラつきが抑えられる。すなわち、揺動部と支持部との間に過度に細かい部位を形成する必要が無いので、ドライエッチング等によって所定の形状を得やすい光スキャナーとなる。

本発明の光スキャナーでは、前記支持面の前記規制部が設けられる領域は、前記光反射部の平面視にて、前記固定部の前記支持部より前記揺動部側に位置する突出部に設けられることが好ましい。
これにより、揺動部と支持部との間に過度に細かい部位を形成する必要が無いので、ドライエッチング等によって所定の形状を得やすい光スキャナーとなる。

本発明の光スキャナーでは、前記突出部は、前記光反射部の平面視にて、前記振動部と離間していることが好ましい。
これにより、光反射部の平面視にて揺動部と突出部とを離間させることができるので、規制部を容易に形成することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、前記支持部と接していることが好ましい。
これにより、規制部を支持部により支えることができるため、例えば、規制部の離脱等をより効果的に抑制することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、前記支持部から離間していることが好ましい。
これにより、例えば、規制部の離間方向へ撓むことができるので、規制部をより変形させ易くすることができる。そのため、規制部の衝撃吸収性を高めることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、弾性を有していることが好ましい。
これにより、規制部の衝撃吸収性を高めることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、樹脂で構成されていることが好ましい。
これにより、柔らかい規制部を簡単に得ることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、前記光スキャナーに衝撃が加わった際に、前記可動部と接触することで前記可動部の変位を規制することが好ましい。
これにより、揺動部の過度な変位を規制でき、光スキャナーの破損を低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記規制部は、前記光スキャナーに衝撃が加わった際に、前記第１の軸部と接触することで前記第１の軸部の変位を規制することが好ましい。
これにより、揺動部の過度な変位を規制でき、光スキャナーの破損を低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、可動部は、
第１の可動部と、
前記第１の可動部を囲むように設けられている枠状の第２の可動部と、
前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、前記第１の可動部を前記第２の可動部に対して前記第１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２の軸部と、
を有することが好ましい。
これにより、第１、第２の軸の２軸まわりに可動部を揺動させることができる。

本発明の光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動部および前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部を備える搖動部、前記第１の軸部を支持する支持部、を有する可動層と、
前記支持部が設けられる固定層と、
前記揺動部と前記支持部との間に位置し、前記揺動部の変位を規制する規制部と、を有し、
前記固定層は、前記可動層の平面視にて、前記支持部より前記揺動部側に位置する突出部を有し、
前記突出部に前記規制部が配置され、
前記可動層の平面視にて、前記規制部の前記揺動部の端は、前記突出部の先端と重なっているか、または、前記突出部の先端よりも支持部側に位置することを特徴とする。
これにより、規制部によって揺動部の過度な変位を規制することができるため、揺動部の破損を抑制することのできる光スキャナーとなる。また、揺動部周囲のスペースのバラつきが抑えられる。すなわち、揺動部と支持部との間に過度に細かい部位を形成する必要が無いので、ドライエッチング等によって所定の形状を得やすい光スキャナーとなる。

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、高い信頼性の画像表示装置が得られる。

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、高い信頼性のヘッドマウントディスプレイが得られる。

本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。 図１に示す画像表示装置が備える光スキャナーの上面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す光スキャナーが備える駆動手段を示す断面図である。 図２に示す光スキャナーが備える規制部の機能を説明する平面図である。 図２に示す光スキャナーが備える規制部の変形例を示す断面図である。 規制部の製造方法を説明するための断面図である。 規制部の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る規制部の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る規制部の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置が有する光スキャナーの断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。 図１３に示す画像表示装置が有する光スキャナーの上面図である。 図１４中のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる画像表示装置が備える光スキャナーの上面図である。 図１６中のＤ−Ｄ線断面図である。 本発明の光スキャナーを適用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。 本発明の光スキャナーを適用した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。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。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上面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５は、図２に示す光スキャナーが備える駆動手段を示す断面図である。図６は、図２に示す光スキャナーが備える規制部の機能を説明する平面図である。図７は、図２に示す光スキャナーが備える規制部の変形例を示す断面図である。図８および図９は、それぞれ、規制部の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、＋Ｚ軸側を「上」とも言い、−Ｚ軸側を「下」とも言う。

図１に示すように、画像表示装置１は、スクリーンや壁面などの対象物１０に描画用レーザー光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、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を走査する２つの光スキャナー３と、を有している。画像表示装置１では、２つの光スキャナー３が、描画用レーザー光ＬＬの走査方向（または、後述する第１の軸Ｊ１）が直交するように配置されている。そして、例えば、一方の光スキャナー３が描画用レーザー光ＬＬを水平方向に走査し、他方の光スキャナー３が描画用レーザー光ＬＬを垂直方向に走査することにより、対象物１０に二次元画像を表示できるようになっている。なお、以下では、描画用レーザー光ＬＬを水平方向に走査する光スキャナー３を「水平走査用光スキャナー３’」とも言い、描画用レーザー光ＬＬを垂直方向に走査する光スキャナー３を「垂直走査用光スキャナー３”」とも言う。

≪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、図示しない制御部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。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。

このようなレーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの配置に倣って、ダイクロイックミラー２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂが配置されている。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２３Ｇは、レーザー光ＧＧ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２３Ｂは、レーザー光ＢＢを反射するとともに、レーザー光ＲＲ、ＧＧを透過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が合成されて描画用レーザー光ＬＬとなる。

≪光スキャナー≫
図２ないし図５に示す光スキャナー３は、構造体３００と、駆動手段３４と、規制部３５と、を有している。また、構造体３００は、光反射部Ｍを有する可動部３１および可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持する１対の軸部（第１の軸部）３２１、３２２を備える揺動部３０と、軸部３２１、３２２を支持する支持部３３と、を有する可動層３８と、支持部３３に固定された固定層（固定部）３９と、を有している。

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が、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｚ軸方向が可動部３１（構造体３００）の板厚方向（可動層３８と固定層３９との積層方向）と一致し、Ｘ軸方向が第１の軸Ｊ１と一致するものとする。また、Ｚ軸方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。

可動部３１は、板状をなしており、その上面には光反射性を有する光反射部Ｍが設けられている。光反射部Ｍは、例えば、アルミニウム等の金属膜によって構成することができる。図１に示すように、このような可動部３１に描画用レーザー光ＬＬが入射し、入射した描画用レーザー光ＬＬは、光反射部Ｍで反射され、光反射部Ｍ（可動部３１）の姿勢に応じた方向へ走査される。

軸部３２１、３２２は、可動部３１を介して互いに対向して配置されている。また、軸部３２１、３２２は、それぞれ、第１の軸Ｊ１に沿って延在し、その一端部が可動部３１に接続されており、他端部が支持部３３に接続されている。これら軸部３２１、３２２は、それぞれ、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動可能に支持し、可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、軸部３２１、３２２の形状は、それぞれ、前述した形状に限定されず、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。また、軸部３２１、３２２は、それぞれ、２本の軸部に分割されていてもよい。

支持部３３は、枠状をなし、平面視で、可動部３１を囲むように配置されている。ただし、支持部３３の形状としては、枠状に限定されず、軸部３２１側と軸部３２２側とで２つに分割されていてもよい。なお、以下では、説明の便宜上、支持部３３と揺動部３０との間に形成された開口を「空隙Ｓ」とも言う。

図３および図４に示すように、固定層３９は、構造体３００の平面視で、支持部３３と重なるように配置され、支持部３３を支持（固定）している。このような固定層３９を設けることで、支持部３３の強度を高めることができ、可動部３１および軸部３２１、３２２をより安定して支持することができる。

また、固定層３９は、可動層３８の平面視にて、支持部３３から揺動部３０側に向けて空隙Ｓ内に突出する突出部３９１を有している。そして、このような突出部３９１の上面に規制部３５が配置されている。このように、突出部３９１を設け、その上に規制部３５を設けることで、規制部３５を支持部３３と揺動部３０との間に容易に配置することができる。

このような構造体３００は、後述する製造方法でも説明するように、例えば、図３および図４に示すように、ＳＯＩ基板３００Ａ［第１のＳｉ層（デバイス層）３０１と、ＳｉＯ_２層（ボックス層）３０２と、第２のＳｉ層（ハンドル層）３０３とがこの順に積層した基板］をウエットエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の各種エッチング技法を用いてエッチングすることで一体的に形成されている。具体的には、構造体３００のうち、可動層３８を第１のＳｉ層３０１およびＳｉＯ_２層３０２から構成し、固定層３９を第２のＳｉ層３０３から構成することができる。このように、構造体３００をＳＯＩ基板３００Ａで形成することで、光スキャナー３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３００Ａ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３００Ａを用いて構造体３００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３の小型化を図ることができる。

また、図５に示すように、駆動手段３４は、可動部３１の下面に設けられている永久磁石３４１と、永久磁石３４１に対向配置されているコイル３４２と、を有している。永久磁石３４１は、第１の軸Ｊ１を挟んでＳ極とＮ極が反対側に位置するように配置されている。永久磁石３４１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。このような駆動手段３４では、コイル３４２に交番電圧を印加することにより、可動部３１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させることができる。

ここで、２つの光スキャナー３のうちの水平走査用光スキャナー３’については、可動部３１と軸部３２１、３２２とからなる揺動部のねじり共振周波数と等しい周波数の交番電圧をコイル３４２に印加し、可動部３１を共振駆動させることが好ましい。これにより、可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動角を大きくすることができる。このような交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、例えば、１０〜４０ｋＨｚ程度であるのが好ましい。また、交番電圧の波形としては、特に限定されないが、正弦波のような波形であることが好ましい。

一方、垂直走査用光スキャナー３”については、可動部３１と軸部３２１、３２２とからなる揺動部のねじり共振周波数と異なる周波数の交番電圧をコイル３４２に印加し、可動部３１を非共振駆動させることが好ましい。このような交番電圧の周波数としては、特に限定されないが、例えば、３０〜１２０Ｈｚ程度（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。また、交番電圧の波形としては、特に限定されないが、鋸波のような波形であることが好ましい。

規制部３５は、図３および図４に示すように、固定層３９の突出部３９１の上面（可動層３８側の面。固定部の支持部３３が支持される支持面）に設けられ、支持部３３と揺動部３０との間に位置している。また、規制部３５を平面視（光反射部Ｍを平面視して）すると、規制部３５の輪郭は、支持面内に位置している。換言すると、規制部３５は、平面視で突出部３９１の上面に引くことができる垂線が形成する領域内に形成される。このような規制部３５は、可動部３１の前述したような正常な変位（可動部３１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動）を可能にしつつ、可動部３１のＸＹ平面内方向への変位を抑制する機能を有している。このような規制部３５を設けることにより、揺動部３０のＸＹ平面方向の変位が規制され、揺動部３０の破損（損傷、断裂）を抑制することができる。

このような規制部３５は、可動部３１と対向して配置され、可動部３１のＸＹ面内方向への過度な変位を規制する可動部用規制部３５１と、軸部３２１、３２２と対向して配置され、軸部３２１、３２２のＸＹ面内方向への過度な変形を規制する軸部用規制部３５２と、を有している。換言すると、規制部３５は、可動部３１を光反射部Ｍ方向から平面視して同一面内（特に可動部３１の光反射部Ｍが形成される面と対向する面内）に形成されている。

また、可動部用規制部３５１は、可動部３１とＸ軸方向に対向する部分と、可動部３１とＹ軸方向に対向する部分を有している。換言すると、可動部用規制部３５１は、可動部３１を光反射部Ｍ方向から平面視して、可動部３１の輪郭に沿って形成されている。

一方、軸部用規制部３５２は、軸部３２１、３２２とＹ軸方向に対向する部分を有している。換言すると、軸部用規制部３５２は、軸部３２１、３２２を光反射部Ｍ方向から平面視して、軸部３２１、３２２の軸方向（Ｘ軸方向）に沿って形成されている。

なお、本実施形態では、可動部用規制部３５１と軸部用規制部３５２とが一体に形成されているが、可動部用規制部３５１と軸部用規制部３５２とは、別体で形成されていてもよいし、いずれか一方が省略されていてもよい。

このような規制部３５によれば、例えば、−Ｙ軸方向に過度な加速度が加わった場合には、図６（ａ）に示すように、揺動部３０が＋Ｙ軸方向に変位し、規制部３５にぶつかる。これにより、揺動部３０のそれ以上の変位（軸部３２１、３２２の変形）が規制される。同様に、例えば、−Ｘ軸方向に過度な速度が加わった場合には、図６（ｂ）に示すように、揺動部３０が＋Ｘ軸方向に変位し、規制部３５にぶつかる。これにより、揺動部３０のそれ以上の変位（軸部３２１、３２２の伸長、収縮）が規制される。このように、規制部３５によって、揺動部３０の過度な変位が規制されることから、揺動部３０の破損（特に軸部３２１、３２３の破損）が抑制され、機械的強度（耐衝撃性）の高い光スキャナー３が得られる。

ここで、揺動部３０が規制部３５にぶつかる際、可動部３１が可動部用規制部３５１にぶつかる現象と軸部３２１、３２２が軸部用規制部３５２にぶつかる現象の両方が生じてもよいし、片方のみが生じてもよい。少なくとも片方が生じることで、揺動部３０の過度な変位が抑制され、揺動部３０の破損を抑制することができる。また、両方が生じる場合には、両方が同時に生じてもよいし、一方が他方から遅れて生じてもよい。なお、前述した図６（ａ）では、両者が同時に生じた様子を図示している。

以下、規制部３５の構成について詳細に説明する。
規制部３５は、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、突出部３９１の上面に設けられ、その先端（揺動部３０側の端）３５ａが揺動部３０の側面に対向している。これにより、揺動部３０がＸＹ面内方向へ変位した際に、より確実に、揺動部３０を規制部３５に接触させることができる。なお、規制部３５と揺動部３０の側面との離間距離（可動部３１と可動部用規制部３５１との離間距離Ｄ１、軸部３２１、３２２と軸部用規制部３５２との離間距離Ｄ２）としては、特に限定されず、光スキャナー３のサイズによっても異なるが、５μｍ以上、３０μｍ以下程度であることが好ましく、５μｍ以上、１０μｍ以下程度であることがより好ましい。これにより、揺動部３０のＸＹ平面内方向への変位をより効果的に抑制することができる。

なお、可動部３１と可動部用規制部３５１との離間距離Ｄ１は、可動部３１と突出部３９１の先端３９１ａとの離間距離と一致し、軸部３２１、３２２と軸部用規制部３５２との離間距離Ｄ２は、光反射部Ｍを平面視した場合に、軸部３２１、３２２と突出部３９１の先端３９１ａとの離間距離と一致する。

換言すると、可動層３８の平面視にて、規制部３５の先端３５ａは、突出部３９１の先端３９１ａと一致している（規制部３５の先端３５ａを含む面と突出部３９１の先端３９１ａを含む面が同一平面上に形成されている）。このように、規制部３５の先端３５ａを突出部３９１の先端３９１ａの先端に一致させることで、後述する製造方法によって、規制部３５を容易に形成することができると共に、規制部３５と揺動部３０との離間距離Ｄ１、Ｄ２をより高精度に制御することができる。なお、規制部３５の先端３５ａの位置としては、突出部３９１の先端３９１ａと一致している場合に限定されず、図７に示すように、突出部３９１の先端３９１ａよりも突出部３９１の基端側（平面視で支持部３３側）に位置していてもよい。

また、規制部３５は、突出部３９１の上面の他に、支持部３３の内側面にも接合されている。これにより、構造体３００と規制部３５との接合面積を大きくすることができ、構造体３００と規制部３５との接合強度を高めることができる。さらに、揺動部３０が規制部３５にぶつかった際、支持部３３が規制部３５の支えとなるため、構造体３００からの規制部３５の離脱（剥がれ）を効果的に抑制することができる。

このような規制部３５としては、支持部３３よりも柔らかければよいが、弾性を有していることが好ましい。これにより、規制部３５が柔らかくなり、高い衝撃吸収性を発揮することができる。そのため、揺動部３０が規制部３５にぶつかることによる揺動部３０の破損をより効果的に抑制することができると共に、ぶつかることで生じる揺動部３０の不要振動を抑制することができる。なお、規制部３５の構成材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等の各種樹脂材料を用いることが好ましい。これにより、十分に柔らかく弾性を有する規制部３５を容易に形成することができる。ただし、規制部３５の構成材料としては、上述の効果を発揮することができれば、樹脂材料に限定されず、例えば、金ろう、銀ろう、銅ろう、半田等の金属ろう材を用いてもよいし、各種金属材料を用いてもよい。
以上、光スキャナー３の構成について詳細に説明した。

次に、規制部３５の製造方法について説明する。
規制部３５の製造方法は、ＳＯＩ基板３００Ａを用意する第１工程と、ＳＯＩ基板３００Ａの第１のＳｉ層３０１およびＳｉＯ_２層３０２をパターニングして可動層３８を得る第２工程と、可動層３８の空隙Ｓに樹脂３５０を配置する第３工程と、ＳＯＩ基板３００Ａの第２のＳｉ層３０３をパターニングして固定層３９を得る第４工程と、空隙Ｓ内の樹脂３５０の一部を除去して規制部３５を得る第５工程と、を有している。以下、これら各工程について詳細に説明する。

［第１工程］
まず、図８（ａ）に示すように、第１のＳｉ層３０１、ＳｉＯ_２層３０２および第２のＳｉ層３０３を積層してなるＳＯＩ基板３００Ａを用意する。

［第２工程］
次に、フォトリソグラフィー技法およびウエットエッチング技法もしくはドライエッチング技法を用いてＳＯＩ基板３００Ａの第１のＳｉ層３０１およびＳｉＯ_２層３０２をパターニングし、図８（ｂ）に示すように、揺動部３０および支持部３３を有する可動層３８を形成する。

［第３工程］
次に、図８（ｃ）に示すように、可動層３８上に樹脂３５０を配置する。なお、本実施形態では、樹脂３５０として、露光された部分が除去される「ポジティブ型」の感光性樹脂を用いている。次に、第１のＳｉ層３０１側から樹脂３５０を露光する。この際、可動層３８上の樹脂３５０に露光光を照射し、空隙Ｓ内にある樹脂３５０には露光光が到達しないように、露光光の強度や照射時間を制御する。そして、樹脂３５０の露光した部分を除去することで、図９（ａ）に示すように、空隙Ｓ内に樹脂３５０が残存した状態となる。

［第４工程］
次に、フォトリソグラフィー技法およびウエットエッチング技法もしくはドライエッチング技法を用いてＳＯＩ基板３００Ａの第２のＳｉ層３０３をパターニングし、図９（ｂ）に示すように、固定層３９を形成する。

［第５工程］
次に、ＳＯＩ基板３００Ａの平面視で、樹脂３５０の固定層３９からはみ出している部分を除去することで、図９（ｃ）に示すように、樹脂３５０からなる規制部３５を形成する。具体的には、まず、第２のＳｉ層３０３側から樹脂３５０に露光光を照射し、固定層３９からはみ出している部分のみを露光する（固定層３９と重なっている部分は、固定層３９がマスクとなって露光されない）。そして、露光した部分を除去すると、固定層３９と重なっている部分のみが残存し、この部分が規制部３５となる。
以上により、規制部３５が得られる。

このような製造方法によれば、先端３５ａが突出部３９１の先端３９１ａと一致する規制部３５を容易に形成することができる。なお、第５工程において、露光光の回り込みが生じてしまう場合、または、回り込みをわざと生じさせた場合には、先端３５ａが突出部３９１の先端３９１ａよりも突出部３９１の基端側に位置する規制部３５（図７参照）を容易に形成することができる。

また、このような製造方法によれば、揺動部３０と規制部３５との離間距離Ｄ１、Ｄ２を揺動部３０と固定層３９とのギャップＧで制御することができる。揺動部３０と固定層３９は、ＳＯＩ基板３００Ａの異なる層から形成されているため、ギャップＧを簡単かつ精度よく小さくすることができる。そのため、離間距離Ｄ１、Ｄ２を十分に小さくすることができる。

また、このような製造方法によれば、空隙Ｓの幅ｄ（可動部３１と支持部３３との離間距離、軸部３２１、３２２と支持部３３との離間距離）が離間距離Ｄ１、Ｄ２に影響を及ぼすことがないため、空隙Ｓを十分に広く設計することができる。そのため、前述した第２工程において、可動層３８をより精度よくパターニングすることができる。なお、幅ｄとしては、特に限定されないが、例えば、第１のＳｉ層３０１の厚さをＴとしたとき、ｄ≧Ｔなる関係を満足することが好ましい。

＜第２実施形態＞
図１０および図１１は、本発明の第２実施形態に係る規制部の製造方法を説明するための断面図である。

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。

本発明の第２実施形態の画像表示装置は、光スキャナーが有する規制部の製造方法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。

本実施形態の規制部３５の製造方法は、ＳＯＩ基板３００Ａを用意する第１工程と、ＳＯＩ基板３００Ａの第１のＳｉ層３０１およびＳｉＯ_２層３０２をパターニングして可動層３８を得る第２工程と、ＳＯＩ基板３００Ａの第２のＳｉ層３０３をパターニングして固定層３９を得る第３工程と、固定層３９上に規制部３５を形成する第４工程と、を有している。以下、これら各工程について詳細に説明する。

［第１工程］
まず、図１０（ａ）に示すように、第１のＳｉ層３０１、ＳｉＯ_２層３０２および第２のＳｉ層３０３を積層してなるＳＯＩ基板３００Ａを用意する。

［第２工程］
次に、フォトリソグラフィー技法、および、ウエットエッチング技法もしくはドライエッチング技法を用いてＳＯＩ基板３００Ａの第１のＳｉ層３０１およびＳｉＯ_２層３０２をパターニングし、図１０（ｂ）に示すように、揺動部３０および支持部３３を有する可動層３８を形成する。なお、本工程でマスクとして用いたレジストマスクＲＭは、除去せずに残しておく。

［第３工程］
次に、フォトリソグラフィー技法、および、ウエットエッチング技法もしくはドライエッチング技法を用いてＳＯＩ基板３００Ａの第２のＳｉ層３０３をパターニングし、図１０（ｃ）に示すように、固定層３９を形成する。なお、この工程は、第２工程に先立って行ってもいし、第２工程と同時に行ってもよい。

［第４工程］
次に、図１１（ａ）に示すように、例えば、スパッタリング法を用いて、可動層３８側から可動層３８および突出部３９１上に金属膜３５０Ａを成膜する。これにより、金属膜３５０Ａからなる規制部３５が形成される。次に、可動層３８上の金属膜３５０ＡをレジストマスクＲＭごと除去（リフトオフ）することで、図１１（ｂ）に示すように、金属膜３５０Ａの規制部３５となる部分のみが残存した状態となる。
以上により、規制部３５が得られる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置が有する光スキャナーの断面図である。

以下、第３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。

本発明の第３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。

図１２に示すように、本実施形態の光スキャナー３では、規制部３５が支持部３３から離間している。すなわち、規制部３５と支持部３３の側面との間に空隙Ｓ１が形成されている。そのため、揺動部３０が規制部３５にぶつかった際、規制部３５が変形し易くなり、規制部３５の衝撃吸収性を高めることができる。よって、揺動部３０の破損をより効果的に抑制することができる。

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。

＜第４実施形態＞
図１３は、本発明の第４実施形態にかかる画像表示装置を示す構成図である。図１４は、図１３に示す画像表示装置が有する光スキャナーの上面図である。図１５は、図１４中のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、第４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。

本発明の第４実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの数および構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１３に示すように、本実施形態の画像表示装置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を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光ＬＬを反射させるミラー１１と、を有している。なお、ミラー１１は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

≪描画用光源ユニット≫
描画用光源ユニット２は、前述した第１実施形態と同様の構成であるため、その説明を省略する。

≪光スキャナー≫
光スキャナー３は、描画用光源ユニット２から出射された描画用レーザー光ＬＬを二次元走査する機能を有している。

図１４に示すように、光スキャナー３は、光反射部Ｍを有する可動部３１、支持部３３および軸部３２１、３２２を有する構造体３００と、可動部３１を揺動させるための駆動手段３４と、可動部３１の過度な変位や軸部３２１、３２２の過度な変形を規制する規制部３５と、を有している。

また、可動部３１は、上面に光反射部Ｍが設けられた第１の可動部３１１と、第１の可動部３１１を囲むように配置された枠状の第２の可動部３１２と、第１の可動部３１１と第２の可動部３１２とを接続し、第１の可動部３１１を第１の軸Ｊ１と直交する第２の軸Ｊ２まわりに揺動可能に支持する１対の軸部（第２の軸部）３１３、３１４と、を有している。１対の軸部３１３、３１４は、第１の可動部３１１を介して互いに対向するように配置されており、また、第２の軸Ｊ２に沿った方向に延在している。

また、図１５に示すように、第２の可動部３１２の下面にはリブ３１２ａが設けられており、このリブ３１２ａの下面に永久磁石３４１が配置されている。リブ３１２ａは、第２の可動部３１２の機械的強度を補強する補強部としての機能と、第１の可動部３１１と永久磁石との間に、これらの接触を防止するためのスペースを確保するギャップ材としての機能と、を有している。永久磁石３４１は、一端側がＳ極で他端側がＮ極となっている棒状をなし、平面視にて、第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の両軸に対して傾斜して配置されている。

このような構成の光スキャナー３では、第１の可動部３１１、軸部３１３、３１４、第２の可動部３１２、軸部３２１、３２２および永久磁石３４１によって、第１の可動部３１１を第１の軸Ｊ１まわりに揺動させる第１の揺動部を構成する。また、第１の可動部３１１および軸部３１３、３１４によって、第１の可動部３１１を第２の軸Ｊ２まわりに揺動する第２の揺動部を構成する。

そして、第１の可動部３１１を第２の可動部３１２に対して第２の軸Ｊ２まわりに揺動させるとともに、第２の可動部３１２を支持部３３に対して第１の軸Ｊ１まわりに揺動させることで、第１の可動部３１１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の２軸まわりに揺動させることができる。なお、本実施形態では、第１の可動部３１１の第１の軸Ｊ１まわりの揺動で描画用レーザー光ＬＬの垂直走査（副走査）が行われ、第１の可動部３１１の第２の軸Ｊ２まわりの揺動で描画用レーザー光ＬＬの水平走査（主走査）が行われるように光スキャナー３が配置されている。

永久磁石３４１の下側には、コイル３４２が設けられており、このコイル３４２に、第１の揺動部を揺動させるための第１の交番電圧と、第２の揺動部を揺動させるための第２の交番電圧とを重畳させた重畳電圧を印加することで、第１の可動部３１１を第１、第２の軸Ｊ１、Ｊ２の２軸まわりに揺動させることができる。第１の交番電圧としては、特に限定されず、例えば、前述した第１実施形態の垂直走査用光スキャナー３”に印加する交番電圧と同様のものとすることができ、また、第２の交番電圧としては、特に限定されず、例えば、前述した第１実施形態の水平走査用光スキャナー３’に印加する交番電圧と同様のものとすることができる。この場合、第１の揺動部を非共振駆動とし、第２の揺動部を共振駆動とすることが好ましい。

以上、本実施形態の光スキャナー３について詳細に説明した。本実施形態のようなジンバル型をなす二次元走査型の光スキャナー３によれば、１つの装置で描画用レーザー光ＬＬを二次元走査することができるため、例えば、前述した第１実施形態のような一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を二次元走査させる構成と比較して、装置の小型化を図ることができるとともに、アライメントの調整も容易となる。

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。

＜第５実施形態＞
図１６は、本発明の第５実施形態にかかる画像表示装置が備える光スキャナーの上面図である。図１７は、図１６中のＤ−Ｄ線断面図である。

以下、第５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。

本発明の第５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以外は、前述した第４実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１６および図１７に示すように、本実施形態の光スキャナー３では、第１の可動部３１１が、基部３１１１と、基部３１１１の上面に設けられた保持部３１１２と、を有しており、保持部３１１２の上面に光反射部Ｍが設けられている。また、保持部３１１２は、軸部３１３、３１４に対してＺ軸方向に離間すると共に、平面視で、基部３１１１および軸部３１３、３１４と重なるように設けられている。そのため、軸部３１３、３１４の間の距離を短くしつつ、保持部３１１２の上面の面積（すなわち、光反射部Ｍの面積）を大きくすることができる。また、軸部３１３、３１４の間の距離を短くすることができることから、第２の可動部３１２の小型化を図ることができる。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の光スキャナーを適用したヘッドアップディスプレイの一例について説明する。

図１８は、本発明の光スキャナーを適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１８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。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の光スキャナーを適用したヘッドマウントディスプレイの一例について説明する。

図１９は、本発明の光スキャナーを適用したヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

図１９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。

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。

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２２００に表示するようにしてもよい。

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。

１……画像表示装置
１０……対象物
１１……ミラー
２……描画用光源ユニット
２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ……レーザー光源
２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ……コリメーターレンズ
２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒ……ダイクロイックミラー
３……光スキャナー
３’……水平走査用光スキャナー
３”……垂直走査用光スキャナー
３０……揺動部
３００……構造体
３００Ａ……ＳＯＩ基板
３０１……第１のＳｉ層
３０２……ＳｉＯ_２層
３０３……第２のＳｉ層
３１……可動部
３１１……第１の可動部
３１１１……基部
３１１２……保持部
３１２……第２の可動部
３１２ａ……リブ
３１３、３１４……軸部
３２１、３２２……軸部
３３……支持部
３４……駆動手段
３４１……永久磁石
３４２……コイル
３５……規制部
３５ａ……先端
３５０……樹脂
３５０Ａ……金属膜
３５１……可動部用規制部
３５２……軸部用規制部
３８……可動層
３９……固定層
３９１……突出部
３９１ａ……先端
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
ＢＢ、ＧＧ、ＲＲ……レーザー光
Ｄ１、Ｄ２……離間距離
Ｇ……ギャップ
Ｊ１……第１の軸
Ｊ２……第２の軸
ＬＬ……描画用レーザー光
Ｍ……光反射部
ＲＭ……レジストマスク
Ｓ、Ｓ１……空隙

Claims (13)

1. 光を反射する光反射部を備える可動部および前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部を備える揺動部と、
   前記第１の軸部を支持する支持部と、
   前記支持部が位置する側の面である支持面を、前記支持部と重ねて前記支持部を支持する固定部と、
   前記揺動部と前記支持部との間に位置し、前記揺動部の前記支持面に沿った方向への変位を規制する規制部と、を有し、
   前記規制部は、前記支持面に設けられ、
   前記光反射部の平面視にて、前記規制部の輪郭は、前記支持面内に位置することを特徴とする光スキャナー。
2. 前記支持面の前記規制部が設けられる領域は、前記光反射部の平面視にて、前記固定部の前記支持部より前記揺動部側に位置する突出部に設けられる請求項１に記載の光スキャナー。
3. 前記突出部は、前記光反射部の平面視にて、前記振動部と離間している請求項１または２に記載の光スキャナー。
4. 前記規制部は、前記支持部と接している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
5. 前記規制部は、前記支持部から離間している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
6. 前記規制部は、弾性を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光スキャナー。
7. 前記規制部は、樹脂で構成されている請求項６に記載の光スキャナー。
8. 前記規制部は、前記光スキャナーに衝撃が加わった際に、前記可動部と接触することで前記可動部の変位を規制する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光スキャナー。
9. 前記規制部は、前記光スキャナーに衝撃が加わった際に、前記第１の軸部と接触することで前記第１の軸部の変位を規制する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光スキャナー。
10. 可動部は、
    第１の可動部と、
    前記第１の可動部を囲むように設けられている枠状の第２の可動部と、
    前記第１の可動部と前記第２の可動部とを接続し、前記第１の可動部を前記第２の可動部に対して前記第１の軸に交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２の軸部と、
    を有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光スキャナー。
11. 光を反射する光反射部を備える可動部および前記可動部を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１の軸部を備える揺動部、前記第１の軸部を支持する支持部、を有する可動層と、
    前記可動層が位置する側の面である支持面を、前記可動層の前記支持部と重ねて前記支持部を支持する固定層と、
    前記揺動部と前記支持部との間に位置し、前記揺動部の前記支持面に沿った方向への変位を規制する規制部と、を有し、
    前記固定層は、前記可動層の平面視にて、前記支持部より前記揺動部側に位置する突出部を有し、
    前記突出部に前記規制部が配置され、
    前記可動層の平面視にて、前記規制部の前記揺動部側の端は、前記突出部の先端と重なっているか、または、前記突出部の先端よりも支持部側に位置することを特徴とする光スキャナー。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光スキャナーを有することを特徴とする画像表示装置。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光スキャナーと、
    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ヘッドマウントディスプレイ。

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