JP7035305B2 - 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。

例えば、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ等に用いられ、光を２次元的に走査する光スキャナーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献１に記載の光スキャナーは、枠状の駆動部材と、駆動部材をＸ軸まわりに回動可能とするように支持する１対の第１の軸部材と、駆動部材の内側に設けられ、光反射部を備える可動板と、可動板を駆動部材に対してＸ軸に直交するＹ軸まわりに回動可能とするように支持する１対の第２の軸部材と、駆動部材に設けられた永久磁石と、永久磁石に対向するように設けられたコイルと、を有する。そして、互いに周波数（駆動周波数）の異なる第１の電圧と第２の電圧とを重畳してコイルに印加することにより、可動板を、第１の電圧の周波数でＸ軸まわりに回動させつつ、第２の電圧の周波数でＹ軸まわりに回動させる。これにより、可動板の光反射部で反射した光を２次元的に走査することができる。

特開２００８－２１６９２０号公報

特許文献１に記載の光スキャナーでは、可動板の動撓み（慣性力による変形）の増大を低減するために、可動板全体の厚さを厚くする必要がある。ここで、可動板を支持している軸部材の厚さは可動板の厚さと同じであるため、可動板の厚さを厚くすると、これに伴って、軸部材の長さも長くする必要があり、その結果、光スキャナーの大型化を招いてしまうという問題がある。

本発明の目的は、可動板の厚さ増加による光スキャナーの大型化を低減しつつ、可動板の動撓みを低減して高精度な光走査特性を実現することができる光スキャナーを提供すること、また、この光スキャナーを備える画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。

本発明の光スキャナーは、光を反射する光反射部が設けられている可動板を有する可動部と、
前記可動板の厚さ方向から見た平面視で前記可動部を囲んで設けられている枠体部と、
前記可動板と前記枠体部とを接続し、前記可動部を第１揺動軸まわりに揺動可能に支持している第１軸部と、
前記枠体部を前記第１揺動軸と交差する第２揺動軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部と、
前記枠体部に設けられている永久磁石と、を備え、
前記可動部は、前記平面視で前記永久磁石に重ならない領域内にて前記第１揺動軸に重なって配置され、前記可動板から前記永久磁石側に前記第１軸部よりも突出している突出部を有することを特徴とする。

このような光スキャナーによれば、第１軸部よりも突出している突出部が平面視で第１揺動軸に重なって可動板上に配置されているため、第１軸部の厚さを厚くせずに、可動板の動撓みを低減することができる。また、突出部が平面視で永久磁石に重ならない領域内に配置されているため、可動部が枠体部に対して第１揺動軸まわりに揺動したときに突出部が永久磁石に接触することを防止または低減することができる。このようなことから、第１軸部の厚さ増加に伴う光スキャナーの大型化を低減しつつ、可動板の動撓みを低減して高精度な光走査特性を実現することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記平面視における前記突出部の外形は、前記可動板の外周に沿った形状をなしている部分を有することが好ましい。

これにより、可動板の動撓みの生じやすい部分に的確に突出部を配置することができる。そのため、可動板の動撓みをより効果的に低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記永久磁石は、長手形状をなし、
前記平面視における前記突出部の外形は、前記永久磁石の長手方向に沿った形状をなしている部分を有することが好ましい。

これにより、突出部が永久磁石に接触することを防止または低減しつつ、第１揺動軸に沿った方向における突出部の長さを長くして、突出部の剛性を高めることができる。そのため、可動板の動撓みをより効果的に低減することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記平面視における前記突出部の外形は、前記第１揺動軸に対して対称な形状をなしていることが好ましい。

これにより、可動部の設計が容易となる。また、通常、永久磁石が平面視で第１揺動軸および第２揺動軸の交点を通りかつこれらの揺動軸に対して傾斜した方向に延在して配置されることから、突出部を平面視で第１揺動軸に重なって配置した上で、平面視における突出部の外形を第１揺動軸に対して対称な形状とすると、結果的に、可動板の第１揺動軸に対して遠位側の端部に突出部が設けられないこととなる。そのため、可動部の第１揺動軸まわりのイナーシャを小さくすることができる。可動部の第１揺動軸まわりのイナーシャを小さくことで、可動板の動撓みをより低減することができるという利点もある。

本発明の光スキャナーでは、前記枠体部は、前記第１軸部または前記第２軸部よりも前記永久磁石側に突出しているリブを有することが好ましい。

これにより、枠体部の剛性を高めることができる。また、このリブは、可動部が永久磁石に接触するのを防止または低減するスペーサーとしても機能する。

本発明の光スキャナーでは、前記突出部は、前記リブと同一の材料で構成されていることが好ましい。

これにより、突出部およびリブを同一層または同一基板から簡単かつ高精度に形成することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記リブは、前記永久磁石を前記枠体部に対して位置決め可能な位置決め部を有することが好ましい。

これにより、永久磁石を枠体部上の所望位置に簡単かつ高精度に配置することができる。そのため、可動部が枠体部に対して第１揺動軸まわりに揺動したときに突出部が永久磁石に接触することを防止または低減することが可能な光スキャナーを効率的に製造することができる。

本発明の光スキャナーでは、前記位置決め部は、前記平面視で、前記リブの外周から内側に凹没していることが好ましい。

これにより、枠体部の第２揺動軸まわりのイナーシャを小さくすることができる。そのため、枠体部の揺動に必要な駆動力を小さくすることができ、その結果、その駆動力を発生させる機構の小型化、ひいては光スキャナーのさらなる小型化を図ることができる。

本発明の光スキャナーでは、前記位置決め部は、前記永久磁石に係合している段差部を有することが好ましい。

これにより、永久磁石を枠体部上の所望位置にさらに簡単かつ高精度に配置することができる。

本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを備えることを特徴とする。
このような画像表示装置によれば、可動板の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。

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を備えることを特徴とする。

このようなヘッドマウントディスプレイによれば、可動板の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナーを小型化できるため、ヘッドマウントディスプレイの軽量化を図るとともにデザインの自由度を高めることができる。

本発明のヘッドアップディスプレイは、本発明の光スキャナーを備えることを特徴とする。

このようなヘッドアップディスプレイによれば、可動板の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。

本発明の実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。 図１中のＡ－Ａ線断面図である。 図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部をコイル側から見た斜視図である。 図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部、第１、第２軸部および永久磁石をコイル側から見た図（裏面図）である。 図４に示す突出部を説明するための拡大図である。 図４に示す突出部の側面形状を説明するための斜視図である。 図４に示す突出部の側面形状の変形例を説明するための斜視図である。 図４に示す突出部の側面形状の他の変形例を説明するための斜視図である。 本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。 本発明の画像表示装置の応用例１（携帯用画像表示装置）を示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の応用例２（ヘッドアップディスプレイ）を示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の応用例３（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、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

（光スキャナー）
図１は、本発明の実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１および図２に示す光スキャナー１は、振動系を有する構造体１０と、構造体１０の下部に接合されている永久磁石２０と、永久磁石２０に対して構造体１０とは反対側に対向配置されているコイル３０と、コイル３０に電気的に接続されている電圧印加部４０と、を備える。

ここで、構造体１０は、図１に示すように、可動部２と、第１軸部３と、枠体部４と、第２軸部５と、支持部６と、を備える。可動部２および第１軸部３は、可動部２を「第１質量」とし、第１軸部３をＹ軸（第１揺動軸）まわりに捩れ変形する「第１バネ」とする捩り振動系である第１振動系を構成している。また、可動部２、第１軸部３、枠体部４、第２軸部５および永久磁石２０は、可動部２、第１軸部３、枠体部４および永久磁石２０を一体とした「第２質量」とし、第２軸部５をＸ軸（第２揺動軸）まわりに捩れ変形する「第２バネ」とする捩り振動系である第２振動系を構成している。そして、永久磁石２０、コイル３０および電圧印加部４０は、永久磁石２０およびコイル３０の磁界の相互作用により、前述した第１振動系および第２振動系を互いに異なる周波数で振動させて、可動部２をＸ軸およびＹ軸まわりに揺動（往復回動）させる「駆動部」を構成している。以下、まず、光スキャナー１の各部について順次簡単に説明する。

図２に示すように、可動部２は、可動板２１と、可動板２１の下面に接合されている突出部２２と、を有する。

可動板２１の上面（一方の面）には、光反射性を有する光反射部２１１が設けられている。この光反射部２１１は、可動板２１の上面自体であってもよいが、必要に応じて、例えば、アルミニウム等の金属膜で構成してもよい。本実施形態では、可動板２１は、可動板２１の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」ともいう）で、円形をなしている。なお、可動板２１の平面視形状は、これに限定されず、例えば、楕円形、四角形、六角形、八角形等の多角形であってもよい。

このような可動板２１の下面には、第１軸部３よりも下側に突出している突出部２２が設けられている。この突出部２２は、平面視で永久磁石２０に重ならない領域内にてＹ軸（第１揺動軸）に重なって配置され、可動板２１から永久磁石２０側に第１軸部３よりも突出している。これにより、光スキャナー１の大型化を低減しつつ、可動板２１の動撓みを低減することができる。なお、突出部２２については、後に詳述する。

このような可動部２は、図１に示すように、平面視で、枠状の枠体部４に囲まれている。そして、可動部２は、第１軸部３を介して枠体部４に軸線Ｙに揺動可能に支持されている。また、枠体部４は、第２軸部５を介して支持部６に軸線Ｙに直交する軸線Ｘまわりに揺動可能に支持されている。このように、平面視で外側から内側に向かって支持部６、枠体部４および可動部２の順に配置されている。

枠体部４は、平面視で、第１振動系（可動部２および第１軸部３）の外形に沿った形状をなしている。これにより、可動部２のＹ軸まわりの揺動を許容しつつ、枠体部４の小型化を図ることができる。また、枠体部４は、平面視で第１振動系との間の隙間が一定となるように形成されている。これにより、第１振動系をエッチングにより簡単かつ高精度に形成することができる。なお、枠体部４の平面視形状は、図示の形状に限定されず、例えば、平面視での内周縁および外周縁の少なくとも一方が四角形、円形または楕円形等をなす形状であってもよい。

この枠体部４は、図２に示すように、本体部４１と、本体部４１の下面に接合されているリブ４２と、を有する。リブ４２は、本体部４１から第２軸部５よりも下側に突出している。これにより、枠体部４の剛性を高めることができる。また、このリブ４２は、可動部２が永久磁石２０に接触するのを抑制する機能（スペーサーとしての機能）も有する。なお、リブ４２については、可動部２の突出部２２とともに、後に詳述する。

図１に示すように、第１軸部３は、可動部２の可動板２１のＹ軸方向での両端部からＹ軸方向に沿って延出している１対の第１軸部３ａ、３ｂで構成されている。この１対の第１軸部３ａ、３ｂは、互いに同軸的に設けられ、可動部２のＹ軸まわりの揺動に伴って捩り変形するトーションバーとして機能する。一方、第２軸部５は、枠体部４の本体部４１のＸ軸方向での両端部からＸ軸に沿って延出している１対の第２軸部５ａ、５ｂで構成されている。この１対の第２軸部５ａ、５ｂは、互いに同軸的に設けられ、枠体部４のＸ軸まわりの揺動に伴って捩り変形するトーションバーとして機能する。なお、図示では、第１軸部３ａ、３ｂおよび第２軸部５ａ、５ｂは、それぞれ、直線状に延びている形状（棒状）をなしているが、図示の形状に限定されず、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、分岐した部分、幅の異なる部分を有していてもよい。

支持部６は、平面視で、前述した可動部２、第１軸部３、枠体部４および第２軸部５からなる構造体を囲むように設けられている。この支持部６は、図２に示すように、本体部６１と、本体部６１の下面に接合されている補強部６２と、を有する。補強部６２は、本体部６１から第２軸部５よりも下側に突出している。これにより、支持部６の剛性を高めることができる。なお、支持部６の形状は、第２軸部５を安定的に支持することができれば、図示の形状に限定されず任意である。

以上説明したような可動部２の可動板２１と、第１軸部３と、枠体部４の本体部４１と、第２軸部５と、支持部６の本体部６１とは、互いに厚さが等しく、また、シリコンで一体的に形成されている。また、可動部２の突出部２２と、枠体部４のリブ４２と、支持部６の補強部６２とは、互いに厚さが等しく、それぞれシリコンで構成されている。このような構造体１０は、シリコンで構成されているデバイス層と、シリコン酸化膜で構成されているボックス層と、シリコンで構成されている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、小型で寸法精度の優れた構造体１０を比較的簡単に形成することができる。

ここで、可動板２１、第１軸部３、本体部４１、第２軸部５および本体部６１は、ＳＯＩ基板のデバイス層で構成されている。また、突出部２２、リブ４２および補強部６２は、ＳＯＩ基板のハンドル層で構成されている。また、図示を省略しているが、可動部２の可動板２１と突出部２２との間、枠体部４の本体部４１とリブ４２との間、および、支持部６の本体部６１と補強部６２との間には、それぞれ、ＳＯＩ基板のボックス層で構成されている接合層が介在している。なお、前述した構造体１０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。例えば、１枚のシリコン基板をエッチングすることにより、構造体１０を形成してもよい。

以上のような構造体１０が有する枠体部４の下面（光反射部２１１とは反対側の面）、すなわちリブ４２の先端面には、永久磁石２０が接合されている。こ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２０は、平面視にて、Ｘ軸およびＹ軸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２０は、Ｘ軸およびＹ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２０は、その長手方向に磁化されている。すなわち、永久磁石２０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。このような永久磁石２０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。

また、平面視にてＸ軸に対する永久磁石２０の磁化の方向（延在方向）の傾斜角度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、３０°以上４５°以下であることがより好ましい。このように永久磁石２０を設けることで、後述する突出部２２の好適な形状および配置を可能としつつ、円滑かつ確実に可動部２をＸ軸およびＹ軸まわりに回動させることができる。

永久磁石２０の直下には、コイル３０が設けられている。すなわち、枠体部４の下面に対向するように、コイル３０が設けられている。このコイル３０は、電圧印加部４０に電気的に接続されている。そして、電圧印加部４０によりコイル３０に電圧が印加されることで、コイル３０からＸ軸およびＹ軸に直交する方向の磁界が発生する。

電圧印加部４０は、図示しないが、可動部２をＹ軸まわりに回動させるための第１電圧（水平走査駆動信号）を発生させる第１駆動回路と、可動部２をＸ軸まわりに回動させるための第２電圧（垂直走査駆動信号）を発生させる第２駆動回路と、第１電圧と第２電圧とを重畳する加算器と、を備える。そして、電圧印加部４０は、第１電圧および第２電圧を重畳した電圧をコイル３０に入力する。ここで、第１電圧および第２電圧は、それぞれ、互いに異なる周期で電圧が変化する信号である。より具体的には、例えば、第１電圧の周波数は、前述した第１振動系の捩り共振周波数と等しく設定されており、第２電圧の周波数は、第２振動系の捩り共振周波数と異なる値に、かつ、第１電圧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電圧の周波数が１０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下程度、第２電圧の周波数が３０Ｈｚ以上１２０Ｈｚ以下程度に設定されている。

このような第１電圧および第２電圧を重畳した電圧がコイル３０に入力されると、コイル３０から磁界が発生し、当該磁界内にある永久磁石２０に電磁力が作用し、可動部２が第１電圧の周波数で軸線Ｙまわりに揺動するとともに第２電圧の周波数で軸線Ｘまわりに揺動する。

以上、光スキャナー１の各部を簡単に説明した。以下、光スキャナー１の突出部２２およびリブ４２について詳述する。

図３は、図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部および第１、第２軸部をコイル側から見た斜視図である。図４は、図１に示す光スキャナーが備える可動部、枠体部、第１、第２軸部および永久磁石をコイル側から見た図（裏面図）である。図５は、図４に示す突出部を説明するための拡大図である。図６は、図４に示す突出部の側面形状を説明するための斜視図である。図７は、図４に示す突出部の側面形状の変形例を説明するための斜視図である。図８は、図４に示す突出部の側面形状の他の変形例を説明するための斜視図である。

前述したように、光スキャナー１は、光を反射する光反射部２１１が設けられている可動板２１を有する可動部２と、可動板２１の厚さ方向から見た平面視で可動部２を囲んで設けられている枠体部４と、可動板２１と枠体部４とを接続し、可動部２を「第１揺動軸」であるＹ軸まわりに揺動可能に支持している第１軸部３と、枠体部４をＹ軸と交差する「第２揺動軸」であるＸ軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部５と、枠体部４に設けられている永久磁石２０と、を備える（図３および図４参照）。特に、可動部２は、図４に示すように平面視で永久磁石２０に重ならない領域内にてＹ軸（第１揺動軸）に重なって配置され、可動板２１から永久磁石２０側に第１軸部３よりも突出している突出部２２を有する。

このような光スキャナー１によれば、第１軸部３よりも突出している突出部２２が平面視でＹ軸（第１揺動軸）に重なって配置されているため、第１軸部３の厚さを厚くせずに、可動板２１が突出部２２により効果的に補強され、可動板２１の動撓みを低減することができる。また、突出部２２が平面視で永久磁石２０に重ならない領域内に配置されているため、可動部２が枠体部４に対してＹ軸（第１揺動軸）まわりに揺動したときに突出部２２が永久磁石２０に接触することを防止または低減することができる。このようなことから、第１軸部３の厚さ増加に伴う光スキャナー１の大型化を低減しつつ、可動板２１の動撓みを低減して高精度な光走査特性を実現することができる。

これに対し、仮に突出部２２を省略すると、可動板２１の動撓みを低減するために、可動板２１全体の厚さを厚くする必要がある。ここで、可動板２１の厚さが第１軸部３の厚さと等しいため、可動板２１の厚さの増加に伴って第１軸部３の厚さも増加してしまう。すると、第１軸部３の厚さの増加に応じて、第１軸部３が所望のバネ定数となるように、第１軸部３の長さを長くする必要がある。その結果、光スキャナー１全体の大型化を招いてしまう。

本実施形態では、突出部２２は、図３および図４に示すように、可動板２１の第１軸部３ａ側の端部（第１軸部３ａとの接続部近傍）上に設けられている突出部２２ａと、可動板２１の第１軸部３ｂ側の端部（第１軸部３ｂとの接続部近傍）上に設けられている突出部２２ｂと、を有する。これら突出部２２ａ、２２ｂは、平面視で、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの軸に対して対称に設けられている。また、突出部２２ａ、２２ｂは、それぞれ、平面視で、可動板２１の外周（外形）に沿った円弧を有する扇形をなしている。より具体的には、図４および図５に示すように、平面視における突出部２２ａ、２２ｂの外形は、それぞれ、平面視で、可動板２１の外周に沿った部分２２１と、永久磁石２０の側面に沿った部分２２２と、部分２２１、２２２間を結んでいる部分２２３と、を有する。平面視で、部分２２１は円孤状、部分２２２、２２３は直線状をなしている。

このように、平面視における突出部２２の外形は、可動板２１の外周に沿った形状をなしている部分２２１を有する。これにより、可動板２１の動撓みの生じやすい部分に的確に突出部２２を配置することができる。そのため、可動板２１の動撓みをより効果的に低減することができる。

また、前述したように、永久磁石２０は、長手形状をなしている。そして、平面視における突出部２２の外形は、永久磁石２０の長手方向に沿った形状をなしている部分２２２を有する。これにより、突出部２２が永久磁石２０に接触することを防止または低減しつつ、Ｙ軸（第１揺動軸）に沿った方向における突出部２２（各突出部２２ａ、２２ｂ）の長さを長くして、突出部２２の剛性を高めることができる。そのため、可動部２の動撓みをより効果的に低減することができる。

また、平面視における突出部２２の外形（平面視における全体形状）は、「第１揺動軸」であるＹ軸に対して対称な形状をなしている。これにより、可動部２の設計が容易となる。また、本実施形態のように、通常、永久磁石２０が平面視でＹ軸（第１揺動軸）およびＸ軸（第２揺動軸）の交点を通りかつこれらの揺動軸に対して傾斜した方向に延在して配置されることから、突出部２２を平面視でＹ軸（第１揺動軸）に重なって配置した上で、平面視における突出部２２の外形をＹ軸（第１揺動軸）に対して対称な形状とすると、結果的に、可動板２１のＹ軸（第１揺動軸）に対して遠位側の端部に突出部２２が設けられないこととなる。そのため、可動部２のＹ軸（第１揺動軸）まわりのイナーシャを小さくすることができる。可動部２のＹ軸（第１揺動軸）まわりのイナーシャを小さくことで、可動板２１の動撓みをより低減することができるという利点もある。

突出部２２の寸法について詳述すると、Ｘ軸方向に沿った可動板２１の長さをＬ１とし、Ｘ軸方向に沿った各突出部２２の長さ（突出部２２ａ、２２ｂのそれぞれの長さ）をＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１は、１／４以上２／３以下であることが好ましく、１／３以上２／３以下であることがより好ましい。これにより、可動部２のＹ軸まわりのイナーシャを低減しつつ、突出部２２による可動板２１の補強効果を的確に生じさせることができる。また、永久磁石２０の必要な傾斜角度θを確保することができる。これに対し、Ｌ２／Ｌ１が小さすぎると、突出部２２の平面視形状等によっては、突出部２２による可動板２１の補強効果が小さくなる傾向を示す。一方、Ｌ２／Ｌ１が大きすぎると、突出部２２の平面視形状等によっては、突出部２２と永久磁石２０との間の隙間ｇが小さくなったり、永久磁石２０の傾斜角度θを必要以上に小さくしなければならず、光スキャナー１の設計の自由度が低下したりしてしまう。

また、Ｙ軸方向に沿った各突出部２２の長さ（突出部２２ａ、２２ｂのそれぞれの長さ）をＬ４としたとき、Ｌ４／Ｌ１は、１／８以上１／３以下であることが好ましく、１／６以上１／３以下であることがより好ましい。これにより、突出部２２による可動板２１の補強効果を的確に生じさせることができる。これに対し、Ｌ４／Ｌ１が小さすぎると、突出部２２の平面視形状等によっては、突出部２２による可動板２１の補強効果が小さくなる傾向を示す。一方、Ｌ４／Ｌ１が大きすぎると、突出部２２の平面視形状等によっては、突出部２２と永久磁石２０との間の隙間ｇが小さくなったり、永久磁石２０の幅を必要以上に小さくしなければならず、光スキャナー１の設計の自由度が低下したりしてしまう。

また、Ｘ軸方向に沿った第１軸部３の長さ（幅）をＷとし、突出部２２と第１軸部３との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ３／Ｗは、１／２以上３／２以下であることが好ましく、２／３以上４／３以下であることがより好ましい。これにより、突出部２２による可動板２１の補強効果を的確に生じさせつつ、第１軸部３の可動部２側の端部に過大な応力が生じることを低減することができる。また、Ｌ３は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。Ｌ３が１０μｍよりも小さいと、可動板２１と突出部２２のアライメントずれが発生した場合に、突出部２２の部分２２１が第１軸部３に近くなり、第１軸部３の可動部２側の端部に生じる応力集中により第１軸部３が破断しやすくなる。また、Ｌ３が１００μｍ以上になると、可動板２１の動撓みを低減する効果が小さくなってしまう。

また、枠体部４は、第１軸部３または第２軸部５よりも永久磁石２０側に突出しているリブ４２を有する。これにより、枠体部４の剛性を高めることができる。また、このリブ４２は、可動部２が永久磁石２０に接触するのを防止または低減するスペーサーとしても機能する。

ここで、前述したように、突出部２２は、リブ４２と同一の材料で構成されている。これにより、突出部２２およびリブ４２を同一層または同一基板から簡単かつ高精度に形成することができる。

また、リブ４２は、図３および図４に示すように、永久磁石２０を枠体部４に対して位置決め可能な位置決め部４２１、４２２を有する。位置決め部４２１と位置決め部４２２とは、互いに直交する平坦面で構成され、位置決め部４２１は、永久磁石２０の長手方向の位置、位置決め部４２２は、構造体１０の厚さ方向（図２中上下方向）の位置を定めることができる。このような位置決め部４２１、４２２を設けることにより、永久磁石２０を枠体部４上の所望位置に簡単かつ高精度に配置することができる。そのため、可動部２が枠体部４に対してＹ軸（第１揺動軸）まわりに揺動したときに突出部２２が永久磁石２０に接触することを防止または低減することが可能な光スキャナー１を効率的に製造することができる。

位置決め部４２１は、平面視で、リブ４２の外周から内側に凹没している。これにより、永久磁石２０の両端部２０１をリブ４２の外周面より内側に位置させることができ、端部２０１の接触を回避できるとともに、枠体部４およびこれに設置された永久磁石２０のＸ軸（第２揺動軸）まわりのイナーシャを小さくすることができる。そのため、枠体部４の揺動に必要な駆動力を小さくすることができ、その結果、その駆動力を発生させる機構の小型化、ひいては光スキャナー１のさらなる小型化を図ることができる。また、前述したように位置決め部４２１が凹没していると、永久磁石２０をリブ４２に接着剤により接合する際に、その接着剤が枠体部４の外側にはみ出すことを抑制することができる。

ここで、位置決め部４２１は、平面視で可動板２１を挟んで１対設けられており、１対の位置決め部４２１同士の間の距離が永久磁石２０の長さと等しくなっている。これにより、永久磁石２０の両端部２０１と１対の位置決め部４２１との位置を互いに合わせることで、枠体部４に対する永久磁石２０の位置決めを行うことができる。なお、これに限らず、例えば、永久磁石２０の長さは１対の位置決め部４２１同士の間の距離よりも長くても良い。

また、位置決め部４２２は、リブ４２の先端面に凹没して形成され、永久磁石２０の上面に係合する段差部を有する。これにより、リブ４２の高さにかかわらず、位置決め部４２２の高さ（図２中上下方向の位置）を調整することで、永久磁石２０を枠体部４上の所望位置にさらに簡単かつ高精度に配置することができる。

なお、位置決め部４２１、４２２のうちのいずれか一方を省略しても、枠体部４に対する永久磁石２０の位置決めを行うことが可能である。例えば、位置決め部４２２を省略し、リブ４２の下面を、位置決め部４２２による凹部が無い平坦な面としてもよい。この場合、位置決め部４２１を有するリブ４２を一度の工程で製造することが可能である。

（変形例）
前述した実施形態では、各突出部２２は、図６に示すように、部分２２２が可動板２１の板面に対して垂直となっているが、突出部２２の断面積が先端面２２４に向けて小さくなるように、図７に示す突出部２２Ａのように、部分２２２が可動板２１の板面に対して傾斜していてもよいし、図８に示す突出部２２Ｂのように、部分２２２と先端面２２４との間に、可動板２１の板面に対して傾斜した面取り部２２５を設けてもよい。この場合、突出部２２による可動板２１の補強効果を的確に生じさせつつ、突出部２２が永久磁石２０に接触することをより的確に防止または低減することができる。

ここで、図７に示す突出部２２Ａでは、部分２２３も部分２２２と同様に傾斜させることで、突出部２２Ａの形状の対称性を確保している。また、図８に示す突出部２２Ｂでは、部分２２３と先端面２２４との間にも面取り部２２５と同様の面取り部２２６を設けることで、突出部２２Ｂの形状の対称性を確保している。また、突出部２２、２２Ａ、２２Ｂにおいて、部分２２２と部分２２３との交差部に対し同様の面取り部（図示せず）が設けられていてもよい。なお、図６ないし図８では、説明の便宜上、可動板２１の法線αを図示している。

＜画像表示装置の実施形態＞
図９は、本発明の画像表示装置の実施形態を模式的に示す図である。

本実施形態では、画像表示装置の一例として、光スキャナー１をイメージング用ディスプレイの光スキャナーとして用いた場合を説明する。なお、スクリーンＳの長手方向を「横方向」といい、長手方向に直角な方向を「縦方向」という。また、Ｘ軸がスクリーンＳの横方向と平行であり、Ｙ軸がスクリーンＳの縦方向と平行である。

画像表示装置（プロジェクター）９は、レーザー等の光を照出する光源装置（光源）９１と、複数のダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃと、光スキャナー１とを有している。

光源装置９１は、赤色光を照出する赤色光源装置９１１と、青色光を照出する青色光源装置９１２と、緑色光を照出する緑色光源装置９１３とを備えている。

各ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃは、赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３のそれぞれから照出された光を合成する光学素子である。

このような画像表示装置９は、図示しないホストコンピューターからの画像情報に基づいて、光源装置９１（赤色光源装置９１１、青色光源装置９１２、緑色光源装置９１３）から照出された光をダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃでそれぞれ合成し、この合成された光が光スキャナー１によって２次元走査され、スクリーンＳ上でカラー画像を形成するように構成されている。

２次元走査の際、光スキャナー１の可動部２のＹ軸まわりの回動により光反射膜１１４で反射した光がスクリーンＳの横方向に走査（主走査）される。一方、光スキャナー１の可動部２のＸ軸まわりの回動により光反射膜１１４で反射した光がスクリーンＳの縦方向に走査（副走査）される。

以上のような画像表示装置９は、前述したような光スキャナー１を備える。このような画像表示装置９によれば、可動板２１の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。

なお、図９中では、ダイクロイックミラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃで合成された光を光スキャナー１によって２次元的に走査した後、その光を固定ミラー９３で反射させてからスクリーンＳに画像を形成するように構成されているが、固定ミラー９３を省略し、光スキャナー１によって２次元的に走査された光を直接スクリーンＳに照射してもよい。

以下に、画像表示装置の応用例について説明する。
＜画像表示装置の応用例１＞
図１０は、本発明の画像表示装置の応用例１（携帯用画像表示装置）を示す斜視図である。

図１０に示すように、画像表示装置９は、携帯用画像表示装置１００に適用することができる。

この携帯用画像表示装置１００は、手で把持することができる寸法で形成されたケーシング１１０と、ケーシング１１０内に内蔵された画像表示装置９とを有している。この携帯用画像表示装置１００により、例えば、スクリーンや、デスク上等の所定の面に、所定の画像を表示することができる。

また、携帯用画像表示装置１００は、所定の情報を表示するディスプレイ１２０と、キーパット１３０と、オーディオポート１４０と、コントロールボタン１５０と、カードスロット１６０と、ＡＶポート１７０とを有している。

なお、携帯用画像表示装置１００は、通話機能、ＧＰＳ受信機能等の他の機能を備えていてもよい。

＜画像表示装置の応用例２＞
図１１は、本発明の画像表示装置の応用例２（ヘッドアップディスプレイ）を示す斜視図である。

図１１に示すように、画像表示装置９は、ヘッドアップディスプレイシステム２００に適用することができる。

この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９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。

以上のようなヘッドアップディスプレイ２１０は、前述したような光スキャナー１を備える。このようなヘッドアップディスプレイ２１０によれば、可動板２１の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。

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。

＜画像表示装置の応用例３＞
図１２は、本発明の画像表示装置の応用例３（ヘッドマウントディスプレイ）を示す斜視図である。

図１２に示すように、画像表示装置９は、ヘッドマウントディスプレイ３００に適用することができる。

すなわち、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９とを有している。そして、画像表示装置９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９からの情報を上乗せして使用することができる。

以上のようなヘッドマウントディスプレイ３００は、前述したような光スキャナー１を備える。このようなヘッドマウントディスプレイ３００によれば、可動板２１の動撓みを低減することができるため、高品位な画像表示を行うことができる。また、光スキャナー１を小型化できるため、ヘッドマウントディスプレイ３００の軽量化を図るとともにデザインの自由度を高めることができる。

なお、ヘッドマウントディスプレイ３００に、２つの画像表示装置９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ついて、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い。例えば、本発明の各部の構成は、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、また、他の任意の構成を付加することもできる。

また、前述した実施形態では、可動部の突出部の平面視形状が扇形をなしている場合を説明したが、平面視での突出部の外形は、可動板の動撓みを低減可能であるとともに永久磁石との接触を防止または低減できる形状であれば、これに限定されず、例えば、三角形、矩形等であってもよい。また、前述した実施形態では、平面視での突出部の外形が可動板の外周に沿った部分を有しているが、当該部分の形状は、可動板の平面視形状に応じて適宜決められる。例えば、可動板の平面視形状が四角形等である場合、可動板の辺に沿って直線的に延びていてもよい。なお、平面視での突出部の外形は、例えば、可動板および永久磁石の少なくとも一方の外形に沿った部分を有していなくてもよく、第１揺動軸に対して非対称であってもよい。

１…光スキャナー、２…可動部、３…第１軸部、３ａ…第１軸部、３ｂ…第１軸部、４…枠体部、５…第２軸部、５ａ…第２軸部、５ｂ…第２軸部、６…支持部、９…画像表示装置、１０…構造体、２０…永久磁石、２１…可動板、２２…突出部、２２Ａ…突出部、２２Ｂ…突出部、２２ａ…突出部、２２ｂ…突出部、３０…コイル、４０…電圧印加部、４１…本体部、４２…リブ、６１…本体部、６２…補強部、９１…光源装置、９２Ａ…ダイクロイックミラー、９２Ｂ…ダイクロイックミラー、９２Ｃ…ダイクロイックミラー、９３…固定ミラー、１００…携帯用画像表示装置、１１０…ケーシング、１１４…光反射膜、１２０…ディスプレイ、１３０…キーパット、１４０…オーディオポート、１５０…コントロールボタン、１６０…カードスロット、１７０…ＡＶポート、２００…ヘッドアップディスプレイシステム、２０１…端部、２１０…ヘッドアップディスプレイ、２１１…光反射部、２２０…フロントガラス、２２１…部分、２２２…部分、２２３…部分、２２４…先端面、２２５…面取り部、２２６…面取り部、３００…ヘッドマウントディスプレイ、３１０…眼鏡、３２０…表示部、４２１…位置決め部、４２２…位置決め部、９１１…赤色光源装置、９１２…青色光源装置、９１３…緑色光源装置、Ｌ１…長さ、Ｌ２…長さ、Ｌ３…距離、Ｌ４…長さ、Ｓ…スクリーン、Ｗ…長さ、Ｘ…軸線、Ｙ…軸線、ｇ…隙間、α…法線、θ…傾斜角度

Claims (12)

1. 光を反射する光反射部が設けられている可動板を有する可動部と、
   前記可動板の厚さ方向から見た平面視で前記可動部を囲んで設けられている枠体部と、
   前記可動板と前記枠体部とを接続し、前記可動部を第１揺動軸まわりに揺動可能に支持している第１軸部と、
   前記枠体部を前記第１揺動軸と交差する第２揺動軸まわりに揺動可能に支持している第２軸部と、
   前記枠体部に設けられている永久磁石と、を備え、
   前記可動部は、前記可動板から前記永久磁石側に前記第１軸部よりも突出している突出部を有し、
   前記平面視において、
   前記突出部は、前記第１揺動軸に重なり、前記可動板の第１領域に配置され、
   前記永久磁石は、前記可動板の前記第１領域とは異なる前記可動板の第２領域に重なり、かつ、前記第２領域と離隔しており、
   前記平面視で、前記突出部と前記第１軸部とは、前記第１揺動軸の軸方向において離隔しており、
   前記平面視で、前記第２揺動軸に沿った前記第１軸部の長さをＷとし、前記突出部と前記第１軸部との間の距離をＬ３としたとき、Ｌ３／Ｗは、１／２以上３／２以下であることを特徴とする光スキャナー。
2. 前記平面視における前記突出部の外形は、前記可動板の外周に沿った形状をなしている部分を有する請求項１に記載の光スキャナー。
3. 前記永久磁石は、長手形状をなし、
   前記平面視における前記突出部の外形は、前記永久磁石の長手方向に沿った形状をなしている部分を有する請求項１または２に記載の光スキャナー。
4. 前記平面視における前記突出部の外形は、前記第１揺動軸に対して対称な形状をなしている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光スキャナー。
5. 前記枠体部は、前記第１軸部または前記第２軸部よりも前記永久磁石側に突出しているリブを有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光スキャナー。
6. 前記突出部は、前記リブと同一の材料で構成されている請求項５に記載の光スキャナー。
7. 前記リブは、前記永久磁石を前記枠体部に対して位置決め可能な位置決め部を有する請求項５または６に記載の光スキャナー。
8. 前記位置決め部は、前記平面視で、前記リブの外周から内側に凹没している請求項７に記載の光スキャナー。
9. 前記位置決め部は、前記永久磁石に係合している段差部を有する請求項７または８に記載の光スキャナー。
10. 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を備えることを特徴とする画像表示装置。
11. 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を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
12. 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を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

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