JP6550207B2 - 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 - Google Patents

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。

レーザープリンターや画像表示装置等には光走査により描画を行うための光スキャナーが用いられている。そして、直交する２方向にねじり棒ばねを備える光スキャナーが、特許文献１に開示されている。これによると、光スキャナーは可動板が一対の第１ねじり棒ばねにより揺動可能に支持されている。第１ねじり棒ばねの他端は枠状の変位部に接続されている。さらに、変位部は第２ねじり棒ばねにより揺動可能に支持されている。第２ねじり棒ばねの他端は枠状の支持部に接続されている。第１ねじり棒ばねが延在する方向を第１方向とし、第２ねじり棒ばねが延在する方向を第２方向とする。第１方向と第２方向とは直交している。これにより、可動板は直交する２方向を回転軸にして揺動することができる。

変位部には永久磁石が設けられている。永久磁石は第１方向に対して４５°傾けて設置されている。永久磁石と対向する場所には永久磁石と離れた場所に電磁石が設置されている。電磁石には鋸波状の約６０Ｈｚの垂直走査駆動信号と正弦波状の約２５ＫＨｚの水平走査駆動信号とが合成された駆動信号が入力される。このとき、可動板は変位部に対して水平走査駆動信号に対応して作動する。変位部は支持部に対して垂直走査駆動信号に対応して作動する。

１方向にねじり棒ばねを備える光スキャナーが、特許文献２に開示されている。これによると、光スキャナーは第１可動板が一対のねじり棒ばねにより揺動可能に支持されている。一方のねじり棒ばね部は支持体に固定されている。他方のねじり棒ばね部は第２可動板に接続されている。第２可動板にはコイルが設置され、コイルに磁場が作用して第２可動板が揺動される。そして、第２可動板の揺動により第１可動板が揺動する。第２可動板にはダンパー構造が設置されている。ダンパー構造により光スキャナーはＱ値が低減されている。

特開２００８−２１６９２１号公報 特開２００５−２５００７７号公報

携帯可能な装置に光スキャナーを用いるためには光スキャナーを小型にする要望がある。特許文献１の光スキャナーを小型にするとき、変位部も小型にする必要がある。このとき、垂直走査駆動信号だけに対応して作動する予定の変位部が水平走査駆動信号に対応して作動し易くなる。その結果、可動板は垂直走査に不要な振動成分が加わった動作となる。そこで、光スキャナーを小型にしても可動板の垂直走査に水平走査が影響し難いように振動性能を向上させた光スキャナーが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる光スキャナーであって、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１ねじり棒ばね部と、前記第１ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第１の軸と交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸及び前記第２の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、第１ねじり棒ばね部の一端が可動板を支持し、第１ねじり棒ばね部の他端は変位部に連結されている。そして、変位部は第２ねじり棒ばね部に支持されている。第１ねじり棒ばね部が延在する方向と第２ねじり棒ばね部が延在する方向とは交差している。可動板は第１ねじり棒ばね部の軸まわりである第１の軸まわりに揺動し、変位部は第２ねじり棒ばね部の軸まわりである第２の軸まわりに揺動する。従って、光反射部は交差する２方向の軸まわりに揺動する。

変位部には永久磁石が固定されている。そして、永久磁石に磁界を作用させて変位部を駆動するコイルが設置されている。コイルに通電して変位部を駆動することにより、光スキャナーは光反射部を交差する２方向の軸まわりに揺動させることができる。変位部は枠部及びダンパー部を備えている。枠部は第１ねじり棒ばね部と第２ねじり棒ばね部との相対位置を維持する。ダンパー部は枠部から第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在する。変位部が第２の軸まわりに揺動するとき、ダンパー部は周囲に気流を発生させてダンパーとして機能する。これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第２ねじり棒ばね部の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、光反射部の振動性能を向上させることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記ダンパー部は前記第２ねじり棒ばね部に近い場所の厚みより離れた場所の厚みが厚いことを特徴とする。

本適用例によれば、ダンパー部は第２ねじり棒ばね部に近い場所より離れた場所の厚みが厚くなっている。従って、変位部はダンパー部の第２ねじり棒ばね部と離れた場所の厚みが薄いときに比べて慣性モーメントを大きくすることができる。これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第２の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、光反射部の振動性能を向上させることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記変位部は前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向に延びる薄板構造部を備え、前記第２ねじり棒ばね部と前記薄板構造部との接続部は円弧状になっていることを特徴とする。

本適用例によれば、変位部は枠部に続く薄板構造部を備えている。薄板構造部は枠部より厚みが薄いので枠部より変形しやすくなっている。そして、第２ねじり棒ばね部は薄板構造部に接続されている。従って、第２ねじり棒ばね部が枠部に接続されるときより第２ねじり棒ばね部がねじれるときに変位部及び第２ねじり棒ばね部は応力集中を生じ難くすることができる。さらに、第２ねじり棒ばね部と薄板構造部との接続部は円弧状になっている。従って、第２ねじり棒ばね部がねじれるときに変位部は接続部に応力集中を生じ難くすることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記光反射部は反射板と前記反射板を支持する支柱部とを備え、前記反射板は前記変位部と前記反射板の厚み方向に間隔を空けて設置され、前記反射板の厚み方向から見た平面視において前記反射板の一部は前記変位部と重なることを特徴とする。

本適用例によれば、反射板と変位部とは間隔を空けて設置されている。そして、反射板の厚み方向から見た平面視において反射板は変位部と重なっている。この構成は、反射板と変位部とが同一平面上に位置するときに比べて変位部を短くすることができる。変位部が短い方が長いときに比べて高い周波数の駆動に対して応答性を良くすることができる。従って、光スキャナーは高い周波数の駆動に対して応答性を良くすることができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる光スキャナーにおいて、前記ダンパー部の前記厚みが厚い場所は前記変位部に対して前記永久磁石が設置された側と反対側に突出することを特徴とする。

本適用例によれば、変位部に対して永久磁石が設置された側とダンパー部の厚みが厚い場所が突出する側とは反対側になっている。これにより、変位部の重心を第２ねじり棒ばね部の軸に近づけることができる。従って、第２ねじり棒ばね部にかかるねじり応力と曲げ応力による複合応力を小さくすることができ、梁の破壊に対する信頼性を高めることができる。

［適用例６］
本適用例にかかる画像表示装置であって、光を射出する光源と、光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１ねじり棒ばね部と、前記第１ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第１の軸と交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸及び前記第２の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、光源から射出された光を光反射部が反射する。光反射部は交差する２方向の軸まわりに揺動するので、画像表示装置は光の進行方向を変えて画像を表示することができる。そして、変位部が第２の軸まわりに揺動するとき、ダンパー部は周囲の気体を流動させてダンパーとして機能する。これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第２の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、画像表示装置は光反射部の振動性能を向上させることができる。

［適用例７］
本適用例にかかるヘッドマウントディスプレイは、観察者の頭部に装着されるフレームと、光を射出する光源と、前記フレームに設けられた光スキャナーとを備えたヘッドマウントディスプレイであって、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１ねじり棒ばね部と、前記第１ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第１の軸と交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸及び前記第２の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、観察者はフレームを用いてヘッドマウントディスプレイを頭部に装着することができる。ヘッドマウントディスプレイでは光源が光を光スキャナーに射出する。光スキャナーでは光源から射出された光を光反射部が反射する。光反射部は交差する２方向の軸まわりに揺動するので、光スキャナーは光の進行方向を変えて画像を表示することができる。そして、変位部が第２の軸まわりに揺動するとき、ダンパー部は周囲の気体を流動させてダンパーとして機能する。これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第２の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、ヘッドマウントディスプレイは振動性能の良い光スキャナーを備えた装置とすることができる。

［適用例８］
本適用例にかかるヘッドアップディスプレイは、自動車のフロントガラスに光を照射するヘッドアップディスプレイであって、光を射出する光源と、光スキャナーと、を備え、前記光スキャナーは、光を反射する光反射部を備える可動板と、前記可動板を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１ねじり棒ばね部と、前記第１ねじり棒ばね部に接続された変位部と、前記変位部を前記第１の軸と交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２ねじり棒ばね部と、一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸及び前記第２の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在するダンパー部、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、ヘッドアップディスプレイでは光源が射出する光を光スキャナーが自動車のフロントガラスに照射する。光スキャナーでは光源から射出された光を光反射部が反射する。光反射部は交差する２方向の軸まわりに揺動するので、ヘッドアップディスプレイは光の進行方向を変えて画像を表示することができる。そして、変位部が第２の軸まわりに揺動するとき、ダンパー部は周囲の気体を流動させてダンパーとして機能する。これにより、変位部を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、光反射部が第２の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、ヘッドアップディスプレイは振動性能の良い光スキャナーを備えた装置とすることができる。

第１の実施形態にかかわる画像表示装置の構成を示す概略斜視図。 （ａ）は、光スキャナーの構造を示す模式上面図、（ｂ）は、光スキャナーの構造を示す模式平断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、光スキャナーの構造を示す模式側断面図。 （ａ）は、電圧印加手段の構成を示す電気ブロック図、（ｂ）は、第１電圧波形を説明するための図、（ｃ）は、第２電圧波形を説明するための図。 変位部の動作を説明するための模式図。 光スキャナーの製造方法を説明するための模式図。 光スキャナーの製造方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわり、（ａ）は、光スキャナーの構造を示す模式平面図、（ｂ）は、構造を示す模式側断面図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は、光スキャナーの構造を示す模式平面図、（ｂ）は、構造を示す模式側断面図。 第４の実施形態にかかわり、（ａ）は、光スキャナーの構造を示す模式平面図、（ｂ）は、構造を示す模式側断面図。 第５の実施形態にかかわるヘッドアップディスプレイを示す概略斜視図。 第６の実施形態にかかわるヘッドマウントディスプレイを示す概略斜視図。

本実施形態では、画像表示装置、光スキャナー、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ及び光スキャナーの製造方法の特徴的な例について、添付図面を参照しつつ説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
＜画像表示装置＞
画像表示装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、画像表示装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示す画像表示装置１は、スクリーンや壁面等のスクリーン２に光としての描画用レーザー光３を２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。画像表示装置１は、描画用レーザー光３を射出する描画用光源ユニット４と、描画用レーザー光３を走査する光スキャナー５と、光スキャナー５で走査した描画用レーザー光３を反射させるミラー６と、描画用光源ユニット４及び光スキャナー５の作動を制御する制御部７とを有している。尚、ミラー６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４は、赤色、緑色、青色の各色の光源としてのレーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂと、レーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂに対応して設けられたコリメーターレンズ９ｒ、９ｇ、９ｂ及びダイクロイックミラー１０ｒ、１０ｇ、１０ｂと、を備えている。

レーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂは、それぞれ、光源を駆動する図示しない駆動回路を有している。そして、レーザー光源８ｒは、赤色のレーザー光３ｒを射出し、レーザー光源８ｇは、緑色のレーザー光３ｇを射出し、レーザー光源８ｂは、青色のレーザー光３ｂを射出する。レーザー光３ｒ、３ｇ、３ｂは、それぞれ、制御部７から送信される駆動信号に対応して射出され、コリメーターレンズ９ｒ、９ｇ、９ｂによって平行光または略平行光にされる。レーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂ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等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８ｒ、８ｇ、８ｂの小型化を図ることができる。

このようなレーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂの配置に倣って、ダイクロイックミラー１０ｒ、ダイクロイックミラー１０ｇ、ダイクロイックミラー１０ｂが配置されている。ダイクロイックミラー１０ｒは、レーザー光３ｒを反射する特性を有している。ダイクロイックミラー１０ｇは、レーザー光３ｇを反射するとともに、レーザー光３ｒを透過する特性を有している。ダイクロイックミラー１０ｂは、レーザー光３ｂを反射するとともに、レーザー光３ｒ、３ｇ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１０ｒ、１０ｇ、１０ｂによって、各色のレーザー光３ｒ、３ｇ、３ｂが合成されて描画用レーザー光３となる。

光スキャナー５は光反射部としての反射面５ａを備え、描画用光源ユニット４が射出する描画用レーザー光３は反射面５ａを照射する。光スキャナー５は第２の軸としての水平軸１１を軸として反射面５ａを揺動し、第１の軸としての垂直軸１２を軸として反射面５ａを揺動する。これにより描画用レーザー光３は垂直及び水平の２方向に走査することができる。つまり、光スキャナー５は描画用レーザー光３を２次元走査する機能を有している。反射面５ａを反射した描画用レーザー光３はミラー６を反射してスクリーン２を照射する。これにより、スクリーン２には所定のパターンが描画される。

図２（ａ）は光スキャナーの構造を示す模式上面図であり、図２（ｂ）は光スキャナーの構造を示す模式平断面図である。図２（ｂ）は光スキャナー５を底面側から見た図である。図３（ａ）及び（ｂ）は光スキャナーの構造を示す模式側断面図である。図３（ａ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面を示し、図３（ｂ）は図２（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す。図２（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面を示している。図２及び図３に示すように、光スキャナー５は、有底角筒状の筐体１３を備え、筐体１３の底板１３ａは四角形となっている。底板１３ａ上には角筒状の側板１３ｂが立設されている。筐体１３の内側には底板１３ａ上に磁心１４及びコイル１５が設置されている。磁心１４の形状は角柱状であり、磁心１４を囲んでコイル１５が配置されている。なお、磁心１４の形状は角柱状に限定されず、例えば円柱状であってもよい。磁心１４及びコイル１５により電磁石が構成されている。コイル１５には電圧印加部１６が接続され、電圧印加部１６はコイル１５に電流を供給する。

筐体１３の底板１３ａの１辺が延在する方向をＸ方向とする。Ｘ方向は水平軸１１が延在する方向である。底面においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。Ｙ方向は垂直軸１２が延在する方向である。磁心１４の厚み方向をＺ方向とする。筐体１３の側板１３ｂは底板１３ａからＺ方向に延びている。Ｚ方向は反射面５ａが向く方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向はそれぞれ直交する。描画用レーザー光３はＺ方向から照射され、反射面５ａにて反射した描画用レーザー光３はＺ方向に進行する。

筐体１３上には構造体１８が設置されている。構造体１８はＺ方向から見た形状が四角形の筒状の支持連結部２１を備え、支持連結部２１は側板１３ｂに重ねて設置されている。支持連結部２１のＺ方向を向く面には酸化膜２１ａが設置されている。支持連結部２１のＺ方向側には四角形の枠状の支持部２２が設置されている。支持部２２と支持連結部２１とはＺ方向から見た形状が略同じ形状となっている。

支持部２２においてＹ方向の中央にはＸ方向に延在する第２ねじり棒ばね部としての第３軸部２３及び第４軸部２４が設置されている。第３軸部２３と第４軸部２４とは対向して水平軸１１に沿って配置されている。第３軸部２３と第４軸部２４との間には変位部２５が設置されている。変位部２５は四角形の枠状であり、Ｙ方向に長い長方形となっている。

第３軸部２３は一端が支持部２２と接続され、他端が変位部２５と接続されている。同様に、第４軸部２４の一端が支持部２２と接続され、他端が変位部２５と接続されている。これにより、第３軸部２３及び第４軸部２４が変位部２５を支持する構造となっている。

第３軸部２３及び第４軸部２４は一対のねじり棒ばねとして機能し、変位部２５が水平軸１１を回転軸にして揺動する。第３軸部２３及び第４軸部２４は支持部２２と接続する場所の平面形状が円弧となっている。これにより、第３軸部２３及び第４軸部２４が支持部２２と接続する場所で応力集中することを抑制することができる。

変位部２５は板状の板状部材２６と枠部としての磁石支持部２７とから構成されている。磁石支持部２７は板状部材２６の−Ｚ方向側に位置し四角形の角筒状の形状となっている。変位部２５のうち磁石支持部２７より＋Ｙ方向側に位置する部位をダンパー部としての第１薄板構造部２５ａとする。さらに、変位部２５のうち磁石支持部２７より−Ｙ方向側に位置する部位も第１薄板構造部２５ａとする。従って、変位部２５はＹ方向において第１薄板構造部２５ａ、枠部２５ｂ、第１薄板構造部２５ａの順に配置されている。第１薄板構造部２５ａは板状部材２６の一部分から構成されている。そして、磁石支持部２７を含んで磁石支持部２７より内側の部分を枠部２５ｂとする。枠部２５ｂは板状部材２６の一部分と磁石支持部２７とから構成される。第１薄板構造部２５ａの厚みは板状部材２６の厚みであり、枠部２５ｂの厚みは板状部材２６の厚みに磁石支持部２７の厚みを加えた厚みになっている。従って、第１薄板構造部２５ａは厚みが薄く、枠部２５ｂは厚みが厚い構造となっている。

板状部材２６において磁石支持部２７の＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側には磁石支持部２７と重ならない部分がある。この磁石支持部２７と重ならない部分を薄板構造部としての第２薄板構造部２６ａとする。第３軸部２３及び第４軸部２４は第２薄板構造部２６ａと接続する。そして、第３軸部２３及び第４軸部２４が第２薄板構造部２６ａと接続する接続部２６ｂでは平面形状が円弧となっている。これにより、第３軸部２３及び第４軸部２４は捻じれるときに接続部２６ｂに応力集中が生じることを防止している。

磁石支持部２７の磁心１４側には永久磁石２８が設置されている。永久磁石２８はコイル１５及び磁心１４からなる電磁石により駆動される。

変位部２５においてＸ方向の中央にはＹ方向に延在する第１ねじり棒ばね部としての第１軸部２９及び第１ねじり棒ばね部としての第２軸部３０が設置されている。第１軸部２９と第２軸部３０とは対向して垂直軸１２に沿って配置されている。第１軸部２９と第２軸部３０との間には可動板３１が設置されている。可動板３１は円形の板状であり、可動板３１のＺ方向側の面が反射面５ａとなっている。変位部２５において第１軸部２９及び第２軸部３０のＸ方向側に位置する孔を第１孔２５ｃとし、第１軸部２９及び第２軸部３０の−Ｘ方向側に位置する孔を第２孔２５ｄとする。

第１軸部２９では一端が板状部材２６と接続され、他端が可動板３１と接続されている。同様に、第２軸部３０では一端が板状部材２６と接続され、他端が可動板３１と接続されている。これにより、第１軸部２９及び第２軸部３０が可動板３１を支持する構造となっている。第１軸部２９及び第２軸部３０は一対のねじり棒ばねとして機能し、可動板３１が垂直軸１２を回転軸にして揺動する。第１軸部２９及び第２軸部３０が板状部材２６と接続する接続部２９ａ及び接続部３０ａでは平面形状が円弧となっている。これにより、第１軸部２９及び第２軸部３０は、捻じれるときに接続部２９ａ及び接続部３０ａに応力集中が生じることを防止している。

可動板３１は垂直軸１２を回転軸にして揺動または往復回動する第１の振動系を構成する。第１軸部２９及び第２軸部３０はねじり棒ばねとして機能し第１軸部２９及び第２軸部３０は所定のばね定数を有している。可動板３１が揺動するときの固有振動数は第１軸部２９及び第２軸部３０のばね定数と可動板３１の質量とにより決まる。尚、ねじり棒ばねはトーションバーとも称される。変位部２５は水平軸１１を回転軸にして揺動または往復回動する第２の振動系を構成する。永久磁石２８、コイル１５、磁心１４及び電圧印加部１６は、前述した第１の振動系及び第２の振動系を駆動させる駆動手段を構成する。

垂直軸１２を回転軸にして可動板３１を揺動するとともに、水平軸１１を回転軸にして変位部２５を揺動する。これにより、可動板３１及び反射面５ａを互いに直交する水平軸１１、垂直軸１２の２軸まわりに揺動させることができる。尚、第１軸部２９、第２軸部３０、第３軸部２３及び第４軸部２４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。また、第１軸部２９、第２軸部３０、第３軸部２３及び第４軸部２４の各軸部をそれぞれ分割して２本の軸からなるようにしてもよい。

可動板３１のＺ方向を向く面には光反射部としての反射膜３２が設置され、照射する描画用レーザー光３の一部は反射膜３２の表面である反射面５ａで反射される。可動板３１及び反射膜３２により反射体３３が構成されている。

変位部２５は、垂直軸１２に沿った方向の長さが水平軸１１に沿った方向の長さよりも長くなっている。すなわち、垂直軸１２に沿った方向における変位部２５の長さをａとし、水平軸１１に沿った方向における変位部２５の長さをｂとしたとき、ａ＞ｂの関係を満たす。これにより、第１軸部２９及び第２軸部３０に必要な長さを確保しつつ、水平軸１１に沿った方向における光スキャナー５の長さを抑えることができる。そして、水平軸１１を回転軸とする変位部２５の揺動を低い周波数に対して応答し易くし、垂直軸１２を回転軸とする変位部２５の揺動を高い周波数に対して応答し易くすることができる。

支持部２２、第３軸部２３、第４軸部２４、板状部材２６、第１軸部２９、第２軸部３０及び可動板３１は第１のＳｉ層（デバイス層）に一体的に形成されている。これらの部位と磁石支持部２７は、第１のＳｉ層（デバイス層）と、酸化膜２１ａ（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。第２のＳｉ層からは磁石支持部２７及び支持連結部２１が形成されている。ＳＯＩ基板は、エッチングにより微細な加工が可能である。ＳＯＩ基板を用いて支持部２２、第３軸部２３、第４軸部２４、板状部材２６、第１軸部２９、第２軸部３０、可動板３１、磁石支持部２７及び支持連結部２１を形成することにより、これらの部位の寸法精度を優れたものとすることができる。これにより、第１の振動系及び第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。

支持部２２のコイル１５側には支持連結部２１が配置されている。支持連結部２１は支持部２２の強度を高めている。さらに、支持連結部２１は磁石支持部２７のＸＹ方向を囲んでいる。これにより、操作者が構造体１８を把持するときに第３軸部２３及び第４軸部２４に応力が加わることを防ぐことができる。支持連結部２１はシリコンにより形成され、支持連結部２１の支持部２２側の面には酸化膜２１ａが形成されている。

変位部２５の−Ｚ方向側には磁石支持部２７を介して永久磁石２８が接合されている。変位部２５、磁石支持部２７及び永久磁石２８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２８は、Ｚ方向から見た平面視において垂直軸１２と水平軸１１との交点を中心として対称となるように配置されている。

永久磁石２８は水平軸１１及び垂直軸１２の両軸に対して傾斜する方向に延在する棒状をなしている。そして、永久磁石２８は、その長手方向に磁化されている。＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向の側の永久磁石２８はＮ極に磁化され、−Ｘ方向かつ−Ｙ方向の側の永久磁石２８はＳ極に磁化されている。永久磁石２８は平面視にて水平軸１１及び垂直軸１２に対してＮ極とＳ極とを結ぶ線分が傾斜する方向に磁化されている。

水平軸１１に対する永久磁石２８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２８を設けることにより、円滑かつ確実に、可動板３１を水平軸１１および垂直軸１２の２軸まわりに揺動させることができる。

このような永久磁石２８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２８は硬質磁性体を着磁したものであり、例えば、着磁前の硬質磁性体を変位部２５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２８を変位部２５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２８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２８の直下には、コイル１５が設けられている。これにより、コイル１５から発生する磁界を効率的に永久磁石２８に作用させることができる。これにより、光スキャナー５の省電力化及び小型化を図ることができる。コイル１５は、磁心１４に巻回されて設けられている。これにより、コイル１５で発生した磁界を効率的に永久磁石２８に作用させることができる。尚、コイル１５が出力する磁場が十分あるときには磁心１４を省略してもよい。

コイル１５は電圧印加部１６に電気的に接続されている。そして、電圧印加部１６によりコイル１５に電圧が印加されることで、コイル１５から水平軸１１及び垂直軸１２に直交する磁束を有する磁界が発生する。

各部材の寸法は特に限定されないが、本実施形態では例えば、各部位の寸法は次の値に設定されている。光スキャナー５のＸ方向の長さは３８５０μｍであり、Ｙ方向の長さは３９９０μｍとなっている。光スキャナー５のＺ方向の長さは４４９０μｍ〜４５９０μｍとなっている。筐体１３は高さが４２００μｍ〜４３００μｍであり、支持連結部２１の高さは２５０μｍとなっている。側板１３ｂ、支持連結部２１及び支持部２２の幅は５００μｍとなっている。従って、支持部２２の内側の孔はＸ方向の長さが２８５０μｍであり、Ｙ方向の長さが２９９０μｍとなっている。

板状部材２６は、Ｘ方向の長さが１７００μｍであり、Ｙ方向の長さが２８９０μｍとなっている。板状部材２６は厚みが６５μｍとなっている。第１孔２５ｃ及び第２孔２５ｄのＹ方向の長さは１５９０μｍであり、第１孔２５ｃのＸ方向の端から第２孔２５ｄの−Ｘ方向の端までの長さは１１００μｍとなっている。磁石支持部２７の第１孔２５ｃ及び第２孔２５ｄのＹ方向側の端からＹ方向側の磁石支持部２７までの長さが６５μｍである。磁石支持部２７のＹ方向側の幅を１５０μｍとする。そして、磁石支持部２７のＹ方向側の端から変位部２５のＹ方向側の端までの長さは４３５μｍとなっている。従って、第１孔２５ｃ及び第２孔２５ｄのＹ方向側の端から板状部材２６のＹ方向側の端までの長さは６５０μｍとなっている。Ｙ方向において、支持部２２と板状部材２６との間の長さは５０μｍとなっている。磁石支持部２７の厚みは８０μｍ〜１５０μｍであり、磁石支持部２７のＺ方向の長さは２５０μｍとなっている。

可動板３１の直径は１０００μｍとなっている。永久磁石２８は幅が５００μｍ〜８００μｍであり、長さが１０００μｍとなっている。永久磁石２８はＺ方向の長さが２００μｍ〜３００μｍとなっている。磁心１４及びコイル１５はＺ方向の長さが３７００μｍとなっている。

図４（ａ）は電圧印加手段の構成を示す電気ブロック図である。図４（ａ）に示すように、電圧印加部１６は、垂直軸１２を回転軸にして可動板３１を揺動させるための第１電圧波形を発生させる第１電圧発生部３４を備えている。さらに、電圧印加部１６は、水平軸１１を回転軸にして変位部２５を揺動させるための第２電圧波形を発生させる第２電圧発生部３５を備えている。さらに、電圧印加部１６は、第１電圧波形と第２電圧波形とを重畳する電圧重畳部３６を備え、電圧重畳部３６は重畳した電圧をコイル１５に出力する。

図４（ｂ）は第１電圧波形を説明するための図である。図４（ｂ）において縦軸は電圧を示し、横軸は時間の経過を示す。第１電圧波形３７は第１電圧発生部３４が出力する電圧の波形を示している。第１電圧波形３７は周期３７ａで周期的に変化する正弦波のような波形をなしている。第１電圧波形３７の周波数は、例えば、１０〜４０ｋＨｚであるのが好ましい。本実施形態では例えば第１電圧波形３７の周波数は可動板３１、第１軸部２９、第２軸部３０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、垂直軸１２を回転軸とした可動板３１の揺動角を大きくすることができる。または、可動板３１を揺動するために用いる電力を抑制することができる。

図４（ｃ）は第２電圧波形を説明するための図である。図４（ｃ）において縦軸は電圧を示し、横軸は時間の経過を示す。第２電圧波形３８は第２電圧発生部３５が出力する電圧の波形を示している。第２電圧波形３８は周期３７ａより長い周期３８ａで周期的に変化する鋸波のような波形をなしている。第２電圧波形３８の周波数は、第１電圧波形３７の周波数より低く、例えば、３０〜１２０Ｈｚ（６０Ｈｚ程度）であるのが好ましい。本実施形態では、第２電圧波形３８の周波数は、可動板３１、第１軸部２９、第２軸部３０、変位部２５、第３軸部２３、第４軸部２４及び永久磁石２８等で構成された第２の振動系のねじり共振周波数（ｆ２）と異なる周波数となるように調整されている。このように第２電圧波形３８の周波数を第１電圧波形３７の周波数よりも小さくする。これにより、より確実かつより円滑に、垂直軸１２を回転軸にして第１電圧波形３７の周波数で可動板３１を揺動させつつ、水平軸１１を回転軸にして第２電圧波形３８の周波数で変位部２５を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い。これにより、より円滑に、垂直軸１２を回転軸にして第１電圧波形３７の周波数で可動板３１を揺動させつつ、水平軸１１を回転軸にして第２電圧波形３８の周波数で変位部２５を揺動させることができる。

図４（ａ）に戻って、第１電圧発生部３４及び第２電圧発生部３５は制御部７に接続され、制御部７からの信号に基づき駆動する。第１電圧発生部３４及び第２電圧発生部３５には電圧重畳部３６が接続されている。電圧重畳部３６は、コイル１５に電圧を印加するための加算器３６ａを備えている。加算器３６ａは、第１電圧発生部３４から第１電圧波形３７を受けるとともに、第２電圧発生部３５から第２電圧波形３８を受ける。加算器３６ａは、第１電圧波形３７と第２電圧波形３８との電圧波形を重畳してコイル１５に出力する。

次に、光スキャナー５の駆動方法について説明する。第１電圧波形３７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いる。第２電圧波形３８の周波数は、第２の振動系のねじり共振周波数と異なる周波数に設定され、第１電圧波形３７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電圧波形３７の周波数が１８ｋＨｚに設定され、第２電圧波形３８の周波数が６０Ｈｚに設定されている。

第１電圧波形３７と第２電圧波形３８とを電圧重畳部３６が重畳し、重畳した電圧波形をコイル１５に出力する。コイル１５に電圧を印加するとき永久磁石２８の一端部（Ｎ極）をコイル１５に引き付けようとするとともに、永久磁石２８の他端部（Ｓ極）をコイル１５から離間させようとする磁界が発生する。このときの磁界を「第１磁界」とする。第１磁界と逆の電圧をコイル１５に印加するとき永久磁石２８の一端部（Ｎ極）をコイル１５から離間させようとするとともに、永久磁石２８の他端部（Ｓ極）をコイル１５に引き付けようとする磁界が発生する。このときの磁界を「第２磁界」とする。コイル１５に第１電圧波形３７が示す電圧を印加するときコイル１５に発生する磁界は第１磁界と第２磁界とが交互に切り換わる。

このようにコイル１５に発生する磁界が第１磁界と第２磁界とに交互に切り換わることで永久磁石２８が揺動される。変位部２５に垂直軸１２を回転軸とするねじり振動成分を有する振動が励振される。その振動に伴って第１軸部２９、第２軸部３０が捩れ変形されて、可動板３１が第１電圧波形３７の周波数で垂直軸１２を回転軸にして揺動する。尚、第１電圧波形３７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、共振振動によってコイル１５は可動板３１を大きく揺動させることができる。

一方、第２電圧波形３８によって、永久磁石２８の一端部（Ｎ極）をコイル１５に引き付けようとするとともに、永久磁石２８の他端部（Ｓ極）をコイル１５から離間させようとする磁界が発生する。この磁界を「第３磁界」とする。第３磁界と逆の電圧をコイル１５に印加するとき永久磁石２８の一端部（Ｎ極）をコイル１５から離間させようとするとともに、永久磁石２８の他端部（Ｓ極）をコイル１５に引き付けようとする磁界が発生する。この磁界を「第４磁界」とする。コイル１５に第２電圧波形３８が示す電圧を印加するときコイル１５に発生する磁界は第３磁界と第４磁界とが交互に切り換わる。

このように第３磁界と第４磁界とが交互に切り換わることで、第３軸部２３及び第４軸部２４を捩れ変形させつつ、変位部２５が可動板３１とともに、第２電圧波形３８の周波数で水平軸１１を回転軸にして揺動する。第２電圧波形３８の周波数が第１電圧波形３７の周波数に比べて極めて低く設定されている。そして、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定されている。このため、可動板３１が第２電圧波形３８の周波数で垂直軸１２を回転軸にして揺動してしまうことが抑制されている。

光スキャナー５では第１電圧波形３７と第２電圧波形３８とを重畳させた電圧をコイル１５に出力している。これにより、可動板３１を垂直軸１２まわりに第１電圧波形３７の周波数で揺動させ、水平軸１１まわりに第２電圧波形３８の周波数で揺動させている。そして、可動板３１を水平軸１１及び垂直軸１２の軸まわりに揺動させて、反射膜３２で反射した描画用レーザー光３を２次元走査している。また、コイル１５が光スキャナー５の構造体１８と離間しているので、コイル１５の発熱が構造体１８に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

制御部７は、描画用光源ユニット４及び光スキャナー５の作動を制御する機能を有している。具体的には、制御部７は光スキャナー５を駆動して可動板３１を水平軸１１及び垂直軸１２を回転軸として揺動させる。さらに、制御部７は可動板３１の揺動に同期させて描画用光源ユニット４から描画用レーザー光３を射出させる。制御部７は図示しないインターフェイスを備え、制御部７はインターフェイスを介して外部コンピューターから送信された画像データを入力する。制御部７は画像データに基づいて、各レーザー光源８ｒ、８ｇ、８ｂから所定の強度のレーザー光３ｒ、３ｇ、３ｂを所定のタイミングで射出させる。これにより、光スキャナー５は所定の色及び光強度の描画用レーザー光３を所定のタイミングで射出する。これにより、スクリーン２には画像データに応じた画像が表示される。

図５は変位部の動作を説明するための模式図である。図５（ａ）は水平軸１１を回転軸にして時計まわりに変位部２５が回転したときの図である。図５（ｂ）は変位部２５が水平となったときの図である。図５（ｃ）は水平軸１１を回転軸にして反時計まわりに変位部２５が回転したときの図である。

電圧印加部１６がコイル１５に通電して永久磁石２８を駆動するとき、変位部２５は第２電圧波形３８の影響を受ける。そして、変位部２５は第３軸部２３及び第４軸部２４を回転軸にして、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｂ）、図５（ａ）が示す順に揺動する。

第１軸部２９及び第２軸部３０の一端が可動板３１を支持し、第１軸部２９及び第２軸部３０の他端は変位部２５に連結されている。そして、変位部２５は第３軸部２３及び第４軸部２４に支持されている。第１軸部２９及び第２軸部３０が延在する方向と第３軸部２３及び第４軸部２４が延在する方向とは直交している。可動板３１は垂直軸１２の軸まわりに揺動し、変位部２５は水平軸１１の軸まわりに揺動する。従って、可動板３１は直交する２方向の軸まわりに揺動する。

変位部２５には永久磁石２８が固定されている。そして、永久磁石２８に磁界を作用させて変位部２５を駆動するコイル１５が設置されている。コイル１５に通電して変位部２５を駆動することにより、光スキャナー５は反射面５ａを有する可動板３１を交差する２方向の軸まわりに揺動させることができる。

変位部２５は厚い枠部２５ｂと薄い第１薄板構造部２５ａを備えている。枠部２５ｂは第３軸部２３及び第４軸部２４に近く第１薄板構造部２５ａは第３軸部２３及び第４軸部２４から離れている場所に位置している。従って、第１薄板構造部２５ａの厚みが枠部２５ｂと同じときに比べて光スキャナー５の変位部２５は慣性モーメントが小さくなっている。変位部２５の慣性モーメントが小さい程、変位部２５を駆動するのに消費される電力を小さくすることができる。従って、光スキャナーを駆動するのに消費される電力を小さくすることができる。

変位部２５が第３軸部２３及び第４軸部２４の軸まわりに揺動するとき、枠部２５ｂ及び第１薄板構造部２５ａは周囲に気流４１を生じさせる。気流４１により第１薄板構造部２５ａは回転速度が減衰するダンパーとして機能する。これにより、変位部２５を周波数の高い第１電圧波形３７の駆動に対して反応し難くすることができる。従って、変位部２５が第３軸部２３及び第４軸部２４の軸まわりに揺動するとき、周波数の高い第１電圧波形３７の駆動に対して変位部２５が影響され難くすることができる。その結果、可動板３１の振動性能を向上させることができる。つまり、垂直軸１２を軸まわりにして変位部２５を第１電圧波形３７に対応して揺動させ、水平軸１１を軸まわりにして変位部２５を第２電圧波形３８に対応して揺動させることができる。そして、水平軸１１を軸まわりに変位部２５を揺動させるとき、第１電圧波形３７に対応しないように変位部２５を揺動させることができる。

図６及び図７は光スキャナーの製造方法を説明するための模式図である。次に、図６及び図７に基づいて、光スキャナー５の製造方法について説明する。まず、構造体１８を製造する。図６（ａ）に示すように、図中上側からレジスト層４２、第１シリコン層４３、酸化膜２１ａ、第２シリコン層４４及びマスク酸化膜４５が積層してなる積層基板４６を用意する。酸化膜２１ａ及びマスク酸化膜４５は二酸化シリコンからなる層である。各層の厚さは、特に限定されないが、例えば本実施形態では、第１シリコン層４３が４０μｍ程度、酸化膜２１ａが０．５μｍ程度、第２シリコン層４４が２５０μｍ程度、マスク酸化膜４５が０．５μｍ程度の厚みとなっている。

次に、レジスト層４２及びマスク酸化膜４５をパターニングする。レジスト層４２は可動板３１、第１軸部２９、第２軸部３０、板状部材２６、第３軸部２３、第４軸部２４及び支持部２２の形状にパターニングする。マスク酸化膜４５は支持連結部２１及び磁石支持部２７の形状にパターニングする。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト層４２をマスクにして第１シリコン層４３をドライエッチングする。このエッチングにより可動板３１、第１軸部２９、第２軸部３０、板状部材２６、第３軸部２３、第４軸部２４及び支持部２２が形成される。

次に、図６（ｃ）に示すように、例えばドライエッチング等のエッチング方法を用いて第２シリコン層４４をエッチングする。このときマスク酸化膜４５をマスクとして使用する。そして、支持連結部２１及び磁石支持部２７を形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、酸化膜２１ａのうち露出している部分とマスク酸化膜４５をエッチングして除去する。さらに、レジスト層４２を剥離して除去する。

次に、図７（ａ）に示すように、可動板３１上に反射膜３２を形成する。反射膜３２の材料を蒸着またはスパッタ等の方法で成膜する。尚、反射膜３２を成膜するまえに可動板３１を研磨して鏡面にしても良い。これにより描画用レーザー光３を精度良い角度で反射させることができる。可動板３１を研磨して鏡面にする工程は特に限定されないがレジスト層４２を設置するまえに行うのが好ましい。第１軸部２９及び第２軸部３０に損傷を与えずに可動板３１を研磨することができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、磁石支持部２７に永久磁石２８を接着して固定する。１枚のシリコンウエハーに複数の構造体１８を形成するときには、ダイシング等の方法を用いて構造体１８を切り取る。以上により、光スキャナー５の構造体１８が得られる。

次に、図７（ｃ）に示すように、底板１３ａ上に磁心１４及びコイル１５が設置された筐体１３を用意する。磁心１４及びコイル１５は接着材を用いて筐体１３に接着することができる。次に、筐体１３と支持連結部２１とを重ねて接着する。以上により、光スキャナー５が完成する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、変位部２５は枠部２５ｂ及び第１薄板構造部２５ａを備えている。枠部２５ｂは第１軸部２９及び第２軸部３０と第３軸部２３及び第４軸部２４との相対位置を維持する。第１薄板構造部２５ａは第３軸部２３及び第４軸部２４が延在する方向と直交する向きに延在する。変位部２５が水平軸１１まわりに揺動するとき、第１薄板構造部２５ａは周囲に気流４１を発生させてダンパーとして機能する。これにより、変位部２５を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、変位部２５が水平軸１１の軸まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、反射面５ａの振動性能を向上させることができる。

（２）本実施形態によれば、変位部２５は枠部２５ｂに続く第２薄板構造部２６ａを備えている。第２薄板構造部２６ａは枠部２５ｂより厚みが薄いので枠部２５ｂより変形しやすくなっている。そして、第３軸部２３及び第４軸部２４は接続部２６ｂにおいて第２薄板構造部２６ａに接続されている。従って、第３軸部２３及び第４軸部２４が枠部２５ｂに接続されるときより第３軸部２３及び第４軸部２４がねじれるときに変位部２５及び第３軸部２３及び第４軸部２４は接続部２６ｂに応力集中を生じ難くすることができる。さらに、第３軸部２３及び第４軸部２４と第２薄板構造部２６ａとが接続する接続部２６ｂは円弧状になっている。従って、第３軸部２３及び第４軸部２４がねじれるときに変位部２５は接続部２６ｂに応力集中を生じ難くすることができる。

（３）本実施形態によれば、変位部２５は枠部２５ｂと第１薄板構造部２５ａとから構成されている。そして、第１薄板構造部２５ａは枠部２５ｂより薄い板状となっている。従って、変位部２５が総て枠部２５ｂの厚みで構成されているときに比べて、変位部２５の慣性モーメントを小さくすることができる。その結果、少ないエネルギーで変位部２５を揺動させることができる為、コイル１５が消費する電力を少なくすることができる。

（第２の実施形態）
次に、光スキャナーの一実施形態について図８（ａ）の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図８（ｂ）の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図２及び図３に示した反射体３３の形状が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図８に示すように光スキャナー４９は底板１３ａに磁心１４及びコイル１５が設置された筐体１３を備えている。筐体１３の側板１３ｂ上には構造体５０が設置されている。構造体５０は側板１３ｂと接続する支持連結部２１を備え、支持連結部２１のＺ方向を向く面には酸化膜２１ａが設置されている。支持連結部２１のＺ方向側には支持部２２が設置されている。

支持部２２においてＹ方向の中央にはＸ方向に延在する第２ねじり棒ばね部としての第３軸部５１及び第４軸部５２が設置されている。第３軸部５１と第４軸部５２との間には変位部５３が設置されている。変位部５３は四角形の枠状であり、Ｙ方向に長い長方形となっている。変位部５３のＸ方向の長さは第１の実施形態の変位部２５より短い長さになっている。変位部５３のＹ方向の長さは第１の実施形態の変位部２５より短い長さになっている。

変位部５３は板状部材５４と磁石支持部５５とから構成されている。変位部５３のうち磁石支持部５５よりＹ方向側に位置する部位を第１薄板構造部５３ａとする。さらに、変位部５３のうち磁石支持部５５より−Ｙ方向側に位置する部位も第１薄板構造部５３ａとする。そして、磁石支持部５５を含んで磁石支持部５５より内側の部分を枠部５３ｂとする。枠部５３ｂは板状部材５４の一部分と磁石支持部５５とから構成される。第１薄板構造部５３ａの厚みは枠部５３ｂの厚みより薄くなっている。磁石支持部５５の磁心１４側には永久磁石２８が設置されている。

変位部５３においてＸ方向の中央にはＹ方向に延在する第１ねじり棒ばね部としての第１軸部５６及び第２軸部５７が設置されている。第１軸部５６と第２軸部５７との間には可動板５８が設置されている。可動板５８は円形の板状であり、可動板５８の大きさは第１の実施形態における可動板３１より小さい。これにより、板状部材５４及び変位部５３はＸ方向の長さを短くすることが可能になっている。

可動板５８上には光反射部５９が設置されている。光反射部５９は支柱部６０及び反射板６１を備えている。支柱部６０は可動板５８上に設置され、支柱部６０上に反射板６１が設置されている。反射板６１のＺ方向側の面には反射膜３２が設置され、反射板６１のＺ方向側の面は反射面５ａとなっている。反射板６１は変位部５３とＺ方向に間隔を空けて設置されている。反射板６１のＺ方向から見た平面視において反射板６１の一部は磁石支持部５５と重なるように配置されている。

変位部５３において第１軸部５６及び第２軸部５７のＸ方向側に位置する孔を第１孔５３ｃとし、第１軸部５６及び第２軸部５７の−Ｘ方向側に位置する孔を第２孔５３ｄとする。第１孔５３ｃ孔及び第２孔５３ｄを取り囲む板状部材５４は変位部５３の一部である。Ｚ方向から見た平面視において反射板６１は第１孔５３ｃよりＸ方向に突出し、第２孔５３ｄより−Ｘ方向に突出している。つまり、Ｚ方向から見た平面視において反射板６１の一部は変位部５３と重なるように配置されている。そして、反射板６１の直径は第１の実施形態における可動板３１と同じ直径となっている。可動板５８及び光反射部５９により反射体６２が構成されている。

変位部５３はＸ方向の長さが短い方が垂直軸１２の軸まわりの揺動において高い周波数の駆動に対する応答性を良くすることができる。これにより、制御部７は、垂直軸１２の軸まわりの高い周波数の駆動に対して応答性良く変位部５３を揺動することができる。第１電圧波形３７の周波数は、可動板５８、第１軸部５６、第２軸部５７、光反射部５９で形成される第１の振動系のねじり共振周波数に一致しているので、変位部５３の垂直軸１２まわりの揺動に伴って、可動板５８及び光反射部５９を揺動させることができる。

各部材の寸法は特に限定されないが、本実施形態では例えば、各部位の寸法は次の値に設定されている。光スキャナー４９のＸ方向の長さは３０７０μｍであり、Ｙ方向の長さは３２４０μｍとなっている。支持連結部２１のＺ方向の長さは２５０μｍとなっている。支持部２２の幅は５００μｍである。支持部２２の内側の孔はＸ方向の長さが２０７０μｍであり、Ｙ方向の長さが２２４０μｍとなっている。

変位部５３はＸ方向の長さが１０００μｍであり、Ｙ方向の長さが２１４０μｍとなっている。板状部材５４のＺ方向の厚みは４０μｍとなっている。第１孔５３ｃの＋Ｘ方向側の端〜第２孔５３ｄの−Ｘ方向側の端までの長さは４００μｍとなっている。第１孔５３ｃ及び第２孔５３ｄのＹ方向の長さは８４０μｍとなっている。第１孔５３ｃ及び第２孔５３ｄのＹ方向側の端からＹ方向側の磁石支持部５５までの長さが６５μｍとなっている。磁石支持部５５のＹ方向側の幅を１５０μｍとする。そして、磁石支持部５５のＹ方向側の端から変位部５３のＹ方向側の端までの長さは４３５μｍとなっている。従って、第１孔５３ｃ及び第２孔５３ｄのＹ方向側の端から板状部材５４のＹ方向側の端までの長さは６５０μｍとなっている。

支柱部６０の直径は２７０μｍとなっている。反射板６１の直径は１０００μｍであり、厚みは４０μｍとなっている。永久磁石２８は長さが１０００μｍであり、幅が５００〜８００μｍとなっている。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、反射板６１と変位部５３とはＺ方向に間隔を空けて設置されている。そして、反射板６１のＺ方向から見た平面視において反射板６１の一部は変位部５３と重なっている。この構成は、反射板６１と変位部５３とが同一平面上に位置するときに比べて変位部５３を短くすることができる。従って、変位部５３が短くなる為、高い周波数の駆動に対して可動板５８及び光反射部５９の応答性を良くすることができる。

（第３の実施形態）
次に、光スキャナーの一実施形態について図９（ａ）の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図９（ｂ）の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、変位部２５の両端に錘が設置された点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図９に示すように光スキャナー６５の構造体６６は第１薄板構造部２５ａにおいてＹ方向側の端と−Ｙ方向側の端に錘部６７が設置されている。錘部６７が設置された場所では第１薄板構造部２５ａの厚みは板状部材２６の厚みに錘部６７の厚みが加算されているので第１薄板構造部２５ａは厚くなっている。つまり、第１薄板構造部２５ａは第３軸部２３及び第４軸部２４に近い場所より離れた場所の厚みが厚くなっている。

変位部２５は第１薄板構造部２５ａの水平軸１１と離れた場所の厚みが薄いときに比べて水平軸１１まわりの慣性モーメントを大きくすることができる。これにより、変位部２５を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、変位部２５が水平軸１１まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。その結果、可動板３１の振動性能を向上させることができる。

第１薄板構造部２５ａの錘部６７が設置された場所は変位部２５において永久磁石２８が設置された側と反対側の面に設置されている。つまり、錘部６７は変位部２５のＺ方向側に設置されている。

これにより、変位部２５の重心を第２ねじり棒ばね部の軸に近づけることができる。従って、第２ねじり棒ばね部にかかるねじり応力と曲げ応力による複合応力を小さくすることができ、梁の破壊に対する信頼性を高めることができる。

錘部６７の寸法は特に限定されないが、本実施形態では例えば、錘部６７の寸法は次の値に設定されている。錘部６７はＹ方向の長さが５０μｍ〜１００μｍであり、Ｚ方向の長さは２００μｍ〜３００μｍとなっている。

（第４の実施形態）
次に、光スキャナーの一実施形態について図１０（ａ）の光スキャナーの構造を示す模式平面図と図１０（ｂ）の構造を示す模式側断面図を用いて説明する。本実施形態が第３の実施形態と異なるところは、錘部６７が設置された変位部２５の面が異なる点にある。尚、第３の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図１０に示すように光スキャナー７０の構造体７１は第１薄板構造部２５ａにおいてＹ方向側の端と−Ｙ方向側の端に錘部７２が設置されている。第１薄板構造部２５ａの錘部７２が設置された場所は変位部２５において永久磁石２８が設置された側と同じ側の面に設置されている。つまり、錘部７２は変位部２５の−Ｚ方向側に設置されている。そして、支持連結部２１、磁石支持部２７及び錘部７２のＺ方向の長さは同じ長さであり、同じ材質となっている。

従って、支持連結部２１、磁石支持部２７及び錘部７２は同じ工程でエッチングして形成することができる。従って、光スキャナー７０を製造し易い構造にすることができる。錘部７２の寸法は特に限定されないが、本実施形態では例えば、錘部７２のＹ方向の長さは５０μｍ〜１００μｍとなっている。

（第５の実施形態）
次に、光スキャナーを活用したヘッドアップディスプレイの一実施形態について図１１を用いて説明する。本実施形態のヘッドアップディスプレイには第１の実施形態における画像表示装置１が活用されている。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図１１は、ヘッドアップディスプレイを示す概略斜視図である。図１１に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム７５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７６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７６により、フロントガラス７７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。尚、ヘッドアップディスプレイシステム７５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。

画像表示装置１に設置された光スキャナー５では第１薄板構造部２５ａが周囲に気流４１を発生させてダンパーとして機能する。これにより、変位部２５の水平軸１１まわりの揺動を周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。従って、反射面５ａが水平軸１１まわりに揺動するとき周波数の高い駆動に対して反応し難くすることができる。ヘッドアップディスプレイシステム７５は振動性能の良い光スキャナー５を備え、見易い画像を表示することができる。

（第６の実施形態）
次に、光スキャナーを活用したヘッドマウントディスプレイの一実施形態について図１２を用いて説明する。本実施形態のヘッドマウントディスプレイには第１の実施形態における画像表示装置１が活用されている。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図１２は、ヘッドマウントディスプレイを示す概略斜視図である。図１２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ７９は、観察者の頭部に装着されるフレーム８０と、フレーム８０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は、フレーム８０の本来レンズである部位に設けられた表示部８１に、一方の目で視認される所定の画像を表示する。若しくは、表示部８１に描画用レーザー光３を反射させて、観察者の網膜に虚像を結像させても良い。

表示部８１は透明であってもよく、不透明であってもよい。表示部８１が透明な場合には表示部８１を通して見える景色と画像表示装置１からの情報とを重ねて観察者が見ることができる。また、表示部８１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、表示部８１にハーフミラー等を用いることができる。尚、ヘッドマウントディスプレイ７９に２つの画像表示装置１を設け、両方の目で視認されるように画像を２つの表示部に表示するようにしてもよい。

以上、光スキャナー５、画像表示装置１、ヘッドアップディスプレイ７６、ヘッドマウントディスプレイ７９及び光スキャナー５の製造方法を説明したが、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。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
前記第１の実施形態では、可動板３１はＺ方向からみた平面視にて円形をなしているが、可動板３１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、三角形、四角形等の多角形であってもよい。製造し易い形状にしても良い。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、第１軸部２９及び第２軸部３０が延在する方向と第３軸部２３及び第４軸部２４が延在する方向とは直交していた。第１軸部２９及び第２軸部３０が延在する方向と第３軸部２３及び第４軸部２４が延在する方向とは斜めに交差しても良い。このときにも、反射面５ａを揺動して描画用レーザー光３を用いて２次元の画像を描画することができる。

（変形例３）
前記第３の実施形態では、変位部２５のＺ側に錘部６７が設置された。前記第４の実施形態では、変位部２５の−Ｚ側に錘部７２が設置された。変位部２５のＺ側と−Ｚ側の両方に錘部を設置しても良い。変位部２５の動作に合わせて調整しても良い。

さらに、第２の実施形態における光反射部５９が設置された光スキャナー４９において変位部５３のＺ側に錘部６７が設置されてもよい。また、光スキャナー４９において変位部５３の−Ｚ側に錘部７２が設置されてもよい。変位部５３のＺ側と−Ｚ側の両方に錘部を設置しても良い。変位部５３の動作に合わせて調整しても良い。

（変形例４）
前記第５の実施形態及び前記第６の実施形態では、画像表示装置１に光スキャナー５が用いられた。光スキャナー５の代わりに、光スキャナー４９、光スキャナー６５または光スキャナー７０を用いてもよい。このときにも品質の良い画像を描画することができる。

１…画像表示装置、３…光としての描画用レーザー光、５ａ…光反射部としての反射面、８ｂ，８ｇ，８ｒ…光源としてのレーザー光源、１１…第２の軸としての水平軸、１２…第１の軸としての垂直軸、１５…コイル、２２…支持部、２３…第２ねじり棒ばね部としての第３軸部、２４…第２ねじり棒ばね部としての第４軸部、２５ａ…ダンパー部としての第１薄板構造部、２５，５３…変位部、２６ａ…薄板構造部としての第２薄板構造部、２６ｂ…接続部、２７…枠部としての磁石支持部、２８…永久磁石、２９…第１ねじり棒ばね部としての第１軸部、３０…第１ねじり棒ばね部としての第２軸部、３１，５８…可動板、３２…光反射部としての反射膜、５９…光反射部、６０…支柱部、６１…反射板、７６…ヘッドアップディスプレイ、７７…フロントガラス、８０…フレーム。

Claims (7)

1. 光を反射する光反射部を備える可動板と、
   前記可動板を第１の軸まわりに揺動可能に支持する第１ねじり棒ばね部と、
   前記第１ねじり棒ばね部に接続された変位部と、
   前記変位部を前記第１の軸と交差する第２の軸まわりに揺動可能に支持する第２ねじり棒ばね部と、
   一方の磁極と他方の磁極とを結ぶ線分が前記第１の軸及び前記第２の軸に対して傾斜するように前記変位部に設けられた永久磁石と、
   前記変位部と隔てて設けられ、前記永久磁石に作用する磁界を発生するコイルと、を備え、
   前記変位部は、前記可動板を囲む枠部、前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向と交差する向きに延在し、前記第２の軸まわりにおける揺動の回転速度を減衰するダンパー部、を備え、
   前記永久磁石は前記枠部により支持されていることを特徴とする光スキャナー。
2. 請求項１に記載の光スキャナーであって、
   前記ダンパー部は前記第２ねじり棒ばね部に近い場所の厚みより離れた場所の厚みが厚いことを特徴とする光スキャナー。
3. 請求項２に記載の光スキャナーであって、
   前記ダンパー部の前記厚みが厚い場所は前記変位部に対して前記永久磁石が設置された側と反対側に突出することを特徴とする光スキャナー。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光スキャナーであって、
   前記変位部は前記枠部より厚みが薄く前記枠部から前記第２ねじり棒ばね部が延在する方向に延びる薄板構造部を備え、前記第２ねじり棒ばね部と前記薄板構造部との接続部は円弧状になっていることを特徴とする光スキャナー。
5. 光を射出する光源と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光スキャナーとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
6. 観察者の頭部に装着されるフレームと、光を射出する光源と、前記フレームに設けられた請求項１〜４のいずれか一項に記載の光スキャナーとを備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
7. 自動車のフロントガラスに光を照射するヘッドアップディスプレイであって、
   光を射出する光源と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光スキャナーとを備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
   

Images