WO2010035469A1 - 光スキャナ及びこの光スキャナを備えた画像表示装置 - Google Patents
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- WO2010035469A1 WO2010035469A1 PCT/JP2009/004845 JP2009004845W WO2010035469A1 WO 2010035469 A1 WO2010035469 A1 WO 2010035469A1 JP 2009004845 W JP2009004845 W JP 2009004845W WO 2010035469 A1 WO2010035469 A1 WO 2010035469A1
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- G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
Definitions
- the present invention relates to an optical scanner used in a laser printer or an image display device, and more particularly to an optical scanner used in resonance drive using a MEMS mirror and an image display device using the optical scanner.
- optical scanners have been used in laser printers and image display devices that display light by scanning light.
- optical scanners using a polygon mirror, galvanometer mirrors, and MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirrors there are optical scanners using a polygon mirror, galvanometer mirrors, and MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) mirrors.
- the optical scanner using the MEMS mirror needs only one light reflecting surface, and the mirror, the torsion bar, and the support frame can be integrally processed. Therefore, the optical scanner using the polygon mirror and the galvanometer mirror can be downsized. Weight reduction is possible.
- FIG. 1 the optical scanner described in Patent Document 1 is shown in FIG.
- the optical scanner 500 is divided into a base 510 and a pedestal 520.
- a reflection mirror 511 is located at the center of the base 510.
- the reflection mirror 511 is supported at both ends by a pair of first elastic beams 512.
- the pair of first elastic beams 512 is connected to a second elastic beam 513 divided into two branches.
- the second elastic beam 513 is connected to the outer frame portion 514.
- the base 520 is fixed under the base 510 so that the outer frame portion 514 and the fixing portion 521 are fixed.
- FIG. 1 an optical scanner described in Patent Document 2 is shown in FIG.
- the optical scanner 600 is divided into a base 610 and a pedestal 620.
- the structure of the base 610 is the same as the base 510 in Patent Document 1.
- the structure of the base 620 is different from the base 520 in Patent Document 1.
- the notch 622 is provided at a position of the base 620 corresponding to the connection position between the second elastic beam 613 and the outer frame portion 614 of the base 610.
- the natural frequency of the optical scanner 600 is adjusted by adjusting the shape of the notch 622. JP 2003-57586 A JP 2007-94146 A
- the angle of view of the display image depends on the amount of displacement of the reflection mirror. Therefore, in order to display a large image or a detailed image, it is desirable that the amount of displacement of the reflecting mirror is larger.
- the amount of displacement of the reflecting mirror during resonance driving (hereinafter referred to as mirror displacement) varies depending on the fixed position between the base and the pedestal.
- the amount of mirror displacement of the optical scanner varies depending on how far the pedestal is fixed to the outer frame part away from the connection position between the outer frame part and the second elastic beam. Since the base is as thin as about 100 ⁇ m, it is easily deformed when driven by resonance. Since the pedestal is sufficiently thicker than the base, the fixed position between the base and the pedestal serves as a fixed end when driven by resonance. That is, the mirror displacement amount of the optical scanner changes depending on the distance between the fixed end and the connection position.
- FIG. 12A is a schematic bottom view around the connection position between the second elastic beam 613 and the outer frame portion 614 of the optical scanner 600
- FIG. 12B shows the relationship between the second elastic beam 513 and the outer frame portion 514 of the optical scanner 500. It is a bottom face schematic diagram around a connection position.
- the fixed end position p ⁇ b> 1 in the optical scanner 600 exists at a position farther from the mirror 611 than the connection position p ⁇ b> 2 between the second elastic beam 613 and the outer frame portion 614 because the notch 622 exists.
- the fixed end position p ⁇ b> 1 in the optical scanner 500 exists at a position that substantially matches the connection position p ⁇ b> 2 between the second elastic beam 513 and the outer frame portion 514.
- the change in the mirror displacement when the distance between the fixed end position p1 and the connection position p2 between the second elastic beam 513 and the outer frame portion 514 was changed was examined by simulation.
- FIG. 13 is a diagram illustrating a change in the mirror displacement amount when the fixed end position is changed.
- the horizontal axis indicates the distance between the fixed end position p1 and the connection position p2 between the second elastic beam 513 and the outer frame portion 514.
- the distance between p1 and p2 in the optical scanner 600 shown in FIG. 12A is expressed as 0%.
- the distance between p1 and p2 in the optical scanner 500 shown in FIG. 12B, that is, the time when p1 and p2 are approximately coincident is expressed as 100%.
- the vertical axis shows how much the mirror displacement has increased by a percentage with respect to the case where the distance between p1 and p2 is 0%.
- the mirror displacement increases as the fixed end position approaches the reflecting mirror.
- the mirror displacement amount has a maximum that is about 20% larger than that when the distance between p1 and p2 is 0%.
- the mirror displacement decreases as the fixed end position approaches the reflecting mirror.
- the change amount of the mirror displacement when the fixed end position changes by a predetermined amount in other words, the differential coefficient when the mirror displacement is regarded as a function of the fixed end position, the distance between p1 and p2 is 70% to 80%. % Is the largest in the region, and is the same in the other regions.
- the change amount of the mirror displacement amount when the fixed end position changes by a predetermined amount is expressed as the stability of the mirror displacement amount.
- the change amount of the mirror displacement amount is large, the stability of the mirror displacement amount is expressed as poor, and when the change amount is small, the stability of the mirror displacement amount is expressed as good.
- the position of the fixed end is easily changed by an attachment error when fixing the base and the pedestal or a processing error when processing the base and the pedestal. Then, the change in the position of the fixed end leads to a change in the mirror displacement amount of the optical scanner, as shown in FIG. Considering mass production of optical scanners, it is desirable that the individual difference in mirror displacement is small. Since the position of the fixed end easily changes for each individual, the stability of the mirror displacement needs to be good in order to reduce the individual difference in the mirror displacement. However, as shown in FIG. 13, there is no region in which the mirror displacement amount is stable regardless of how the fixed end position is adjusted.
- the optical scanner is desired to have two points: (A) the amount of mirror displacement is large, and (B) the stability of the mirror displacement is good.
- A the amount of mirror displacement is large
- B the stability of the mirror displacement is good.
- An object of the present invention is to provide an optical scanner capable of obtaining a large mirror displacement amount and having a good mirror displacement amount and an image display device using the optical scanner.
- the optical scanner of the present invention is disposed on the oscillation axis, a reflection mirror that is driven to resonate around the oscillation axis, and scans incident light in a predetermined direction.
- a first elastic beam coupled to the reflection mirror; a pair of beam portions symmetrical with respect to the swing axis; and a coupling portion in which both the beam portions are coupled, the coupling portion serving as the first elastic beam.
- An optical scanner is the optical scanner according to item (1), wherein the first elastic beam is provided in a pair to support the reflection mirror at both ends.
- a pair of elastic beams are provided to be connected to each of the pair of first elastic beams.
- the first elastic beam supports the reflection mirror at both ends.
- the reflection mirror is supported at both ends by the first elastic beam arranged on the swing axis, that is, symmetrically supported, the movement of the reflection mirror is limited to swing about the swing axis. As a result, it becomes easy to make the light scanning direction straight.
- the optical scanner of the present invention is symmetrically arranged with respect to the oscillating axis and a reflecting mirror that is driven to resonate around the oscillating axis and scans the incident light in a predetermined direction.
- a base having a pair of beams connected to the reflection mirror on one side, and an outer frame connected to the other side of the pair of beams, and in the thickness direction of the base,
- a pedestal fixed to a frame part, a drive part for resonantly driving the reflection mirror and the pair of beam parts, and a periphery of a connection position where the outer frame part and the pair of beam parts are connected.
- a fixing portion fixed to the outer frame portion and the pedestal.
- An optical scanner according to an embodiment of the present invention is characterized in that, in the optical scanner according to item (3), the pair of beam portions are provided in a pair to support both the reflection mirrors. To do.
- the pair of beam portions support the reflection mirror at both ends. Since the reflecting mirror is supported at both ends, the movement of the reflecting mirror is limited to swinging about the swing axis, and it becomes easy to make the light scanning direction straight.
- the optical scanner according to the embodiment of the present invention is the optical scanner according to (2) or (4), in which the driving unit is a pair of beams fixed to the pair of beams and the outer frame.
- the pair of piezoelectric bodies is provided symmetrically with respect to the swing axis, and located symmetrically with respect to the swing axis with respect to the swing axis or with respect to the reflective mirror. It is characterized by being able to.
- the drive unit is a piezoelectric body fixed to a pair of beam portions, and a part of the piezoelectric body is fixed to the outer frame portion. Since a piezoelectric body is used, the optical scanner can be miniaturized.
- the fixed portion in the optical scanner described in (1) or (3), includes an oscillation axis and is in a plane parallel to the thickness direction of the outer frame portion. And extending along the swing axis.
- the fixed portion is disposed so as to cross the plane parallel to the thickness direction of the outer frame portion including the swing axis and extend along the swing axis.
- the pair of beam portions are configured symmetrically with respect to the swing axis. Therefore, it is considered that the place sandwiched between the pair of beam portions of the outer frame portion is deformed with the position of the swing axis as a node when the base body is driven to resonate. Therefore, the base and the pedestal are fixed at the position of the node by the arrangement of the fixing portion along the swing axis, and a large mirror displacement amount and a good mirror displacement amount stability are achieved.
- the void portion is a notch provided in the pedestal, and the fixing portion is It is the protrusion extended from the said notch, It is characterized by the above-mentioned.
- the void portion is a notch provided in the pedestal, and the fixed portion is a protrusion extending from the notch. Therefore, the void portion and the fixed portion can be created by a simple operation of changing the contour line when processing the pedestal.
- the void portion is provided on a surface of the outer frame portion that is fixed to the pedestal.
- the concave groove having a depth smaller than the thickness of the outer frame portion, wherein the fixing portion is provided in the concave groove and has the same thickness as the outer frame portion.
- the void portion is a concave groove provided on a surface of the outer frame portion fixed to the pedestal, and the fixed portion is a wall thickness provided in the concave groove. It is a place.
- the void portion and the fixing portion are provided on the base side, the positional relationship between the pair of beam portions and the void portion and the fixing portion is determined with high accuracy without depending on the bonding position between the base body and the base. Therefore, it is possible to achieve both the large mirror displacement amount and the good mirror displacement amount stability without being influenced by the bonding position between the base and the base.
- the fixed portion in the optical scanner according to (1) or (3), at least a part of the fixed portion is sandwiched between the pair of beam portions at the connection position. It has extended to the edge part of the said outer frame part, It is characterized by the above-mentioned.
- at least a part of the fixed portion is an end portion of the outer frame portion sandwiched between the pair of beam portions at a connection position where the outer frame portion and the pair of beam portions are connected. It extends to.
- the fixing portion is orthogonal to the thickness direction of the outer frame portion and the direction of the swing axis.
- the resonance frequency of the resonance drive can be adjusted by changing the width in the direction of the rotation.
- the resonance frequency of the optical scanner varies due to accuracy problems when processing the substrate. Therefore, in the optical scanner described in the item (10), since the fixed portion is configured to be able to adjust the resonance frequency of the resonance drive, a desired resonance frequency can be obtained regardless of this variation.
- an image display device includes an optical scanner according to (1) or (3) for scanning and forming an image, and the optical scanner.
- a light source for supplying light and an eyepiece optical system that guides light scanned by the optical scanner to a user's eyes are provided.
- the improvement of the swing angle leads to the improvement of the display screen and the number of display pixels, so that a more powerful and precise image can be displayed.
- a space is provided around at least one of the outer frame portion and the pedestal around the connection position where the outer frame portion and the pair of beam portions are connected, and swings from each of the pair of beam portions.
- a fixing portion is provided in the void portion between the extension lines extending parallel to the axis.
- FIG. 1 is a perspective view of an optical scanner 100 according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. The top view of the base 120.
- FIG. The figure which shows the base
- FIG. The figure explaining the process in which the piezoelectric element 130 is formed on the lower electrode 131 formed in the base
- the figure explaining the shape of the protrusion 123 for fixing in case DS2 is 50% of width of DS1, and DS4 is 50% of width of DS3.
- protrusion 123 for fixing in case DS2 is 50% of width of DS1, and DS4 and DS3 are equal.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a conventional optical scanner in Patent Document 1.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional optical scanner in Patent Document 2.
- FIG. FIG. 6 is a schematic bottom view of a periphery of a connection portion between a second elastic beam and an outer frame portion of a conventional optical scanner 500.
- the optical scanner 100 is shown with the base 110 and the pedestal 120 separated.
- the y-axis in the figure is a direction parallel to the oscillation axis AoR1 of the optical scanner 100
- the z-axis is a direction parallel to the thickness direction of the base 110 and the pedestal 120
- the x-axis is orthogonal to the y-axis and the z-axis.
- the optical scanner 100 is configured by bonding a base 110 and a pedestal 120 in the z-axis direction shown in FIG.
- the structure of the base 110 and the pedestal 120 will be described.
- the base 110 and the pedestal 120 described above are examples of the base and the pedestal of the present invention.
- the base 110 includes a reflection mirror 111, a first elastic beam 112, a second elastic beam 113, and an outer frame portion 114.
- the base 110 is provided with a piezoelectric element 130 and a lower electrode 131 and an upper electrode 132 for driving the piezoelectric element 130.
- the reflection mirror 111 formed in a substantially circular shape in plan view is provided at the center of the base 110 so that the position of the center of gravity is located on the swing axis AoR1.
- the first elastic beams 112 extending parallel to the y-axis are respectively connected to both sides of the reflection mirror 111 so as to include the swing axis AoR1.
- the second elastic beam 113 includes a coupling portion 113a and a pair of beam portions 113b.
- the coupling portion 113a is coupled so as to be orthogonal to the first elastic beam 112, and extends parallel to the x-axis so as to be symmetric with respect to the swing axis AoR1.
- the pair of beam portions 113b extending in parallel to the y-axis are disposed so as to be symmetric about the swing axis AoR1.
- the pair of beam portions 113b are connected so that one end thereof is orthogonal to the coupling portion 113a and the other end thereof is orthogonal to the outer frame portion 114.
- the outer frame portion 114 is disposed in the shape of a square ring around the reflection mirror 111, the first elastic beam 112, and the second elastic beam 113. That is, the outer frame portion 114 includes a pair of sides parallel to the y axis and a pair of sides parallel to the x axis.
- the reflection mirror 111, the first elastic beam 112, the second elastic beam 113, the outer frame portion 114, the coupling portion 113a, the pair of beam portions 113b, and the piezoelectric element 130 are included in the reflection mirror of the present invention. It is an example of a 2nd elastic beam, a connection part, a pair of beam part, and a drive part.
- the piezoelectric element 130 is provided on the base 110 in order to drive the reflection mirror 111, the first elastic beam 112, and the second elastic beam 113 in resonance. Specifically, the piezoelectric element 130 is formed on the lower electrode 131 formed from the upper surface of the pair of beam portions 113 b to the outer frame portion 114. That is, the piezoelectric element 130 is fixed to the pair of beam portions 113b and the outer frame portion 114 via the lower electrode 131. An upper electrode 132 is provided on the upper surface of the piezoelectric element 130. When a voltage is periodically applied between the lower electrode 131 and the upper electrode 132, the piezoelectric element 130 is polarized and expands and contracts in the y-axis direction.
- the piezoelectric element 130 Since the piezoelectric element 130 is fixed to the pair of beam portions 113b and the outer frame portion 114 via the lower electrode 131, the expansion and contraction of the piezoelectric element 130 in the y-axis direction is the bending displacement of the pair of beam portions 113b in the z-axis direction. Is converted to That is, the piezoelectric element 130 functions as a unimorph. The bending displacement in the z-axis direction of the pair of beam portions 113b is converted into rotational torque for swinging the first elastic beam 112 and the reflection mirror 111 via the coupling portion 113a.
- the configuration of the pedestal 120 will be described with reference to FIG. 2B.
- the pedestal 120 is formed so that the length in the x-axis direction and the y-axis direction is the same as that of the base body 110.
- the pedestal 120 includes a base fixing part 121, a notch 122, and a fixing protrusion 123.
- the base body fixing portion 121 is for fixing to the outer frame portion 114 of the base body 110, and has a quadrangular annular structure like the outer frame portion 114. That is, the base fixing part 121 includes a pair of sides parallel to the y axis and a pair of sides parallel to the x axis.
- the notches 122 are rectangular notches provided on a pair of sides parallel to the x-axis of the base fixing portion 121.
- the notches 122 are provided so as to be symmetric with respect to a plane including the swing axis AoR1 and parallel to the z-axis.
- the fixing protrusion 123 is a convex protrusion that extends from the notch 122 in parallel to the y-axis.
- the fixing protrusions 123 are provided so as to cross the plane parallel to the z-axis including the swing axis AoR1 and extend along the swing axis AoR1.
- the fixing protrusions 123 are provided so as to be symmetrical about the swing axis AoR1.
- the fact that the fixing protrusion 123 intersects the plane including the swing axis AoR1 and parallel to the z axis means that the fixing protrusion 123 is in the positive and negative directions of the x axis with respect to the zy-axis plane including the swing axis AoR1. Means that each of them stands out.
- the notch 122 and the fixing protrusion 123 described above are examples of the void portion and the fixing portion of the present invention.
- the optical scanner 100 scans incident light in a predetermined direction by being resonantly driven. Specifically, an AC voltage that matches the resonance frequency of the optical scanner 100 is applied between the lower electrode 131 and the upper electrode 132, so that the optical scanner 100 is driven to resonate.
- the resonance driving method is classified into in-phase driving and out-of-phase driving depending on the phase of the AC voltage applied to the piezoelectric element 130. In-phase driving is the same as two piezoelectric elements positioned on the same side of the swing axis AoR1 with the reflection mirror 111 interposed therebetween, for example, two piezoelectric elements positioned in the positive x-axis direction with respect to the swing axis AoR1 in FIG. 2A.
- phase AC voltage This is achieved by applying a phase AC voltage, respectively.
- two piezoelectric elements positioned in line symmetry with respect to the oscillation axis AoR1 for example, two piezoelectric elements positioned in the positive y-axis direction with respect to the reflection mirror 111 in FIG. Is achieved by applying alternating voltages with a deviation of ⁇ / 2.
- an AC voltage having a reverse phase is applied to two piezoelectric elements that exist in point symmetry with respect to the reflection mirror 111, for example, two piezoelectric elements located on the upper right and lower left of the reflection mirror 111 in FIG. 2A. May be achieved.
- FIG. 3A shows the base 110 on which the reflection mirror 111, the first elastic beam 112, the second elastic beam 113, and the outer frame portion 114 are formed.
- a thin rectangular silicon substrate having a thickness of about 30 ⁇ m to 200 ⁇ m.
- portions corresponding to the reflecting mirror 111, the first elastic beam 112, the second elastic beam 113, and the outer frame portion 114 are masked.
- the resist film is formed.
- the silicon base material on which the resist film is formed is etched to form the reflection mirror 111, the first elastic beam 112, the second elastic beam 113, and the outer frame portion 114.
- the base film 110 is manufactured by removing the resist film.
- the lower electrode 131 deposits platinum (Pt), gold (Au), etc. in a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m from the upper surface of the pair of beam portions 113b to the outer frame portion 114. It is formed by doing.
- the piezoelectric element 130 is formed by depositing a piezoelectric element such as PZT with a thickness of 1 ⁇ m to 3 ⁇ m on the lower electrode 131 from the upper surface of the pair of beam portions 113b to the outer frame portion 114. It is formed.
- the upper electrode 132 is formed by depositing platinum (Pt), gold (Au), or the like on the piezoelectric element 130 to a thickness of 0.2 ⁇ m to 0.6 ⁇ m.
- the lower electrode 131 and the upper electrode 132 are formed by sputtering or vapor deposition, and the piezoelectric element 130 is formed by spraying nano-sized fine particles, for example, an aerosol deposition method (see, for example, JP-A-2007-31737). ) And the like.
- the pedestal 120 is obtained by blasting a glass plate. Specifically, the pedestal 120 is formed by carrying out processing by causing a granule to collide with a rectangular glass plate so that the base fixing portion 121, the notch 122, and the fixing protrusion 123 are formed.
- the optical scanner 110 is formed by fixing the outer frame portion 114 of the base 110 and the base fixing portion 121 of the pedestal 120 by bonding, anodic bonding, or the like. At this time, the periphery of the connection position between the outer frame portion 114 and the pair of beam portions 113 b is not fixed to the base fixing portion 121 because the notch 122 exists in the pedestal 120. However, since the fixing protrusion 123 exists in the notch 122, the outer frame portion 114 and the base body fixing portion 121 are fixed between the extension lines extending in parallel to the swing axis AoR1 from each of the pair of beam portions 113b. Is done.
- 4A to 4D are diagrams for explaining how the widths of the fixing protrusions 123 in the x-axis direction and the y-axis direction are changed.
- the distance between the pair of beams 113b in the x-axis direction is DS1
- the width of the fixing projection 123 in the x-axis direction is DS2
- the width of the notch 122 in the y-axis direction is DS3
- the fixing projection 123 The width in the y-axis direction is expressed as DS4.
- DS2 and DS4 change the change in the mirror displacement amount is examined.
- the fixing protrusion 123 has a shape shown in FIG. 4A.
- the fixing protrusion 123 has the shape shown in FIG. 4B.
- the fixing protrusion 123 has the shape shown in FIG. 4C.
- the fixing projection 123 has a shape shown in FIG. 4D.
- the state in which DS2 and DS1 are equal means a state in which at least a part of the fixing projection 123 extends to the end of the outer frame portion 114 sandwiched between the pair of beam portions 113b at the connection position. .
- FIG. 5 is a diagram showing a result of an embodiment simulation of how the mirror displacement changes when DS3 and DS4 are changed.
- the horizontal axis indicates the ratio between DS4 and DS3. When the horizontal axis is 0%, the fixing projection 123 does not exist, that is, the same shape as that of the conventional optical scanner 600. Further, when the horizontal axis is 100%, DS4 and DS3 are equal.
- the vertical axis indicates how much the mirror displacement amount has increased with respect to the conventional optical scanner 600.
- DS2 is 50% of the width of DS1, it is indicated as PLT1 using the symbol x and a straight line.
- DS2 is 75% of the width of DS1, it is indicated as PLT2 using black triangles and straight lines.
- DS2 and DS1 are equal, it is indicated as PLT3 using a black square and a straight line.
- the conventional example shown in FIG. 12 is also shown using dotted lines.
- the mirror displacement increases monotonously as the ratio of DS4 and DS3, that is, the width of the fixing projection 123 in the y-axis direction increases.
- the mirror displacement increases only slightly, as can be seen from the fact that the slope of the graph is substantially flat in FIG.
- the ratio of DS2 to DS1 that is, the width of the fixing projection 123 in the x-axis direction is changed
- the mirror displacement amount increases as the width in the x-axis direction increases.
- the optical scanner 100 according to the present embodiment can obtain a large mirror displacement amount and has good stability of the mirror displacement amount.
- the stability of the mirror displacement amount is generally better than that of the conventional example, and is best in a region where the ratio of DS4 to DS3 exceeds 80%.
- FIG. 6 shows the overall configuration of the image display apparatus 1 according to the first embodiment.
- the image display device 1 is a device for causing a viewer to visually recognize a virtual image by causing a light beam to enter the pupil 52 of the viewer and projecting an image on the retina 54. This device is also called a retinal scanning display.
- the image display apparatus 1 includes a light beam generation means 2, an optical fiber 19, a collimating optical system 20, an optical scanner 100, a first relay optical system 22, a vertical scanning scanner 23, and a second relay optical system 24.
- the light beam generation means 2 includes a video signal processing circuit 3, a light source unit 30, and an optical multiplexing unit 40.
- the video signal processing circuit 3 generates a B signal, a G signal, an R signal, a horizontal synchronization signal, and a vertical synchronization signal, which are elements for combining images, based on a video signal supplied from the outside.
- the light source unit 30 includes a B laser driver 31, a G laser driver 32, an R laser driver 33, a B laser 34, a G laser 35, and an R laser 36.
- the B laser driver 31 drives the B laser 34 so as to generate a blue light beam having an intensity corresponding to the B signal from the video signal processing circuit 3.
- the G laser driver 32 drives the G laser 35 so as to generate a green light beam having an intensity corresponding to the G signal from the video signal processing circuit 3.
- the R laser driver 33 drives the R laser 36 so as to generate a red light beam having an intensity corresponding to the R signal from the video signal processing circuit 3.
- the B laser 34, the G laser 35, and the R laser 36 are configured as, for example, a semiconductor laser or a solid-state laser with a harmonic generation mechanism.
- the light source unit 30 described above is an example of the light source of the present invention.
- the optical multiplexing unit 40 includes collimating optical systems 41, 42, and 43 provided to collimate laser light incident from the light source unit 30 into parallel light, and a dichroic mirror 44 for multiplexing the collimated laser light. , 45, 46, and a coupling optical system 47 that guides the combined laser beam to the optical fiber 19.
- the blue laser light emitted from the B laser 34 is collimated by the collimating optical system 41 and then enters the dichroic mirror 44.
- the green laser light emitted from the G laser 35 enters the dichroic mirror 45 through the collimating optical system 42.
- the red laser light emitted from the R laser 36 enters the dichroic mirror 46 through the collimating optical system 43.
- the three primary color laser beams respectively incident on the dichroic mirrors 44, 45, and 46 are reflected or transmitted in a wavelength-selective manner and are combined as one light beam, and reach the condensing optical system 47.
- the laser light combined as one light beam is condensed by the condensing optical system 47 and enters the optical fiber 19.
- the horizontal scanning driver 61 drives the optical scanner 100 according to the horizontal synchronizing signal from the video signal processing circuit 3.
- the vertical scanning driver 62 drives the vertical scanning scanner 23 according to the vertical synchronization signal from the video signal processing circuit 3.
- the laser light is converted into a light beam scanned in the horizontal direction and the vertical direction by the scanning of the optical scanner 100 and the vertical scanning scanner 23, and can be projected as an image.
- laser light emitted from the optical fiber 19 is converted into parallel light by the collimating optical system 20 and then guided to the optical scanner 100.
- the laser beam scanned in the horizontal direction by the optical scanner 100 passes through the first relay optical system 22 and then enters the vertical scanning scanner 23 as parallel rays.
- an optical pupil is formed at the position of the vertical scanning scanner 23 by the first relay optical system 22.
- the laser beam scanned in the vertical direction by the vertical scanning scanner 23 passes through the second relay optical system 24 and then enters the observer's pupil 52 as parallel rays.
- the observer's pupil 52 and the optical pupil at the position of the vertical scanning scanner 23 are conjugated by the second relay optical system 24.
- the above-described second relay optical system 24 is an example of an eyepiece optical system according to the present invention.
- the mirror displacement amount and the configuration for stabilizing the mirror displacement amount are a notch 122 and a fixing protrusion 123 provided in the pedestal 120.
- the mirror displacement amount and the configuration for stabilizing the mirror displacement amount are the concave groove 215 and the thick portion 216 provided in the outer frame portion 214 of the base 210.
- the base 210 includes a reflection mirror 211, a first elastic beam 212, a second elastic beam 213, and an outer frame portion 214.
- the base 210 is provided with a piezoelectric element 230 and a lower electrode 231 and an upper electrode 232 for driving the piezoelectric element 230. Since these structures are the same as the corresponding structure of 1st Embodiment shown by FIG. 2A, description is abbreviate
- the base body 210 in this embodiment is different from the base body 110 in the first embodiment in that a concave groove 215 and a thick part 216 are provided on the bottom surface.
- the concave groove 215 is a concave groove having a depth smaller than the thickness of the outer frame portion 214 provided on the surface of the outer frame portion 214 on the side fixed to the pedestal 220.
- the concave groove 215 is formed by etching.
- the thick portion 216 is provided in the concave groove 215 and has the same thickness as the outer frame portion 214.
- the concave groove 215 and the thick portion 216 described above are examples of the void portion and the fixing portion of the present invention.
- the pedestal 220 is formed so that the lengths in the x-axis direction and the y-axis direction are the same as those of the base body 210.
- the pedestal 220 includes only a base fixing part 221 for fixing to the base 210, and does not have a notch or the like unlike the pedestal 120 in the first embodiment.
- the periphery of the connection position between the outer frame portion 214 and the second elastic beam 213 is not fixed to the base fixing portion 221 because the base 210 has the concave groove 215.
- the outer frame portion 214 and the base body fixing portion 221 are disposed between the extension lines extending in parallel to the swing axis AoR2 from the second elastic beams 213. Is fixed. Therefore, also in the optical scanner including the base 210 and the pedestal 220 according to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain an effect that a large mirror displacement amount can be obtained and the mirror displacement amount stability is good. .
- the substrate 110 and the substrate 210 are obtained by processing a silicon substrate.
- a silicon substrate not only silicon but also a semiconductor substrate generally made of a semiconductor may be used.
- a substrate made of a stainless steel plate may be adopted.
- the substrate is not limited to a silicon substrate, and may be a single substrate.
- FIG. 5 the change in the width in the x-axis direction and the y-axis direction of the fixing projection 123 in the first embodiment described above changes the amount of mirror displacement.
- FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of how the resonance frequency of the optical scanner 100 in the first embodiment changes when DS3 and DS4 are changed.
- the horizontal axis is the same as in FIG. 5 and shows the ratio of DS4 and DS3.
- the vertical axis indicates how much the resonance frequency of the optical scanner 100 has increased with respect to the conventional optical scanner 600.
- FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of how the resonance frequency of the optical scanner 100 in the first embodiment changes when DS3 and DS4 are changed.
- the horizontal axis is the same as in FIG. 5 and shows the ratio of DS4 and DS
- the resonance frequency of the optical scanner 100 uses PLT4 using the symbol x and a straight line, and a black triangle and a straight line. PLT5, and PLT6 using a black square and a straight line.
- the resonance frequency monotonously increases as the ratio of DS4 and DS3, that is, the width of the fixing protrusion 123 in the y-axis direction increases.
- the ratio of DS2 to DS1 that is, the width of the fixing projection 123 in the x-axis direction is changed
- the mirror displacement amount increases as the width in the x-axis direction increases. Accordingly, when processing the pedestal 120, the resonance frequency of the optical scanner 100 can be adjusted by changing at least one of the width in the x-axis direction and the width in the y-axis direction of the fixing protrusion 123.
- the concave groove 215 and the thick part 216 are provided in the base 210.
- the pedestal 220 may be provided with a concave groove having a depth smaller than the thickness of the pedestal, and the concave groove may be provided with a thick portion having the same thickness as the pedestal. * Since there is no need to delete the original modification of the second embodiment, it is left as it is.
- the pedestal 120 is provided with a notch 122, and the fixing projection 123 extends in parallel to the y-axis from the notch 122.
- the pedestal 120 is provided with a concave groove having a depth smaller than the thickness of the pedestal, and the thick groove having the same thickness as the pedestal is provided in the concave groove. May be.
- the reflection mirror 111 is connected to the outer frame portion 114 via the first elastic 112 beam and the second elastic beam 113 connected to both sides.
- the second elastic beam 113 includes a pair of beam portions 113b and a coupling portion 113a that couples the pair of beam portions 113b and the first elastic beam 112.
- the shape of the substrate may be other shapes. As an example, the shape of the substrate 310 will be described with reference to FIG.
- the base 310 includes a reflecting mirror 311, a pair of beam portions 313 b and an outer frame portion 114.
- the base 310 is provided with a piezoelectric element 330 and a lower electrode 331 and an upper electrode 332 for driving the piezoelectric element 330.
- the reflection mirror 311 and the outer frame portion 114 are connected by the pair of beam portions 313b without using the first elastic beam and the coupling portion as in the above-described embodiment.
- the base 310 is fixed to the pedestal 120 shown in FIG. 2B by bonding, anodic bonding, or the like, whereby an optical scanner is formed.
- the base 310 may be provided with a concave groove and a thick portion on the bottom surface, like the base 210 shown in FIG. 7A.
- the optical scanner is formed by fixing the base 310 to the pedestal 220 shown in FIG. 7C by bonding, anodic bonding, or the like.
- the aforementioned bases 110, 210, 310 have a structure in which the reflection mirror is supported at both ends.
- a cantilevered configuration as shown in FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 7-65098, in which the reflecting mirror is supported only on one side, may be used.
- the point is that a void portion is provided around the connection position between the pair of beam portions and the outer frame portion, and between the extension lines extending in parallel to the swing axis from each of the pair of beam portions, What is necessary is just to provide a fixing
- both sides of the reflecting mirrors 111, 211, and 311 are symmetrical structures supported by a combination of beams having the same structure.
- An asymmetric structure supported by the combination may be used.
- the first and second elastic beams employed in both embodiments are used to support one side of the reflecting mirror, and the pair of beam portions shown in FIG. 9 are used to support the other side. May be used.
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Abstract
【課題】大きなミラー変位量を得るとともに、ミラー変位量の安定性が良い光スキャナ及びその光スキャナを用いた画像表示装置を提供すること。 【解決手段】切欠き122が、外枠部114の、外枠部114と一対の梁部113bとが連結された連結位置の周囲に設けられる。固定用突起123が、一対の梁部113bの夫々から揺動軸線AoR1に平行に伸びる延長線の間で、切欠き122に設けられる。切欠き122と固定用突起123とが設けられることによって、大きなミラー変位量と良いミラー変位量の安定性との両立を図ることができる。
Description
本発明は、レーザープリンタや画像表示装置に用いられる光スキャナ、特にMEMSミラーを用いて共振駆動で利用される光スキャナ及びこの光スキャナを用いた画像表示装置に関する。
従来、レーザープリンタや光を走査して画像を表示する画像表示装置等には、光スキャナが利用されてきた。一般に、この光スキャナとしては、ポリゴンミラーを用いるものやガルバノミラー、MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)ミラーを用いるものが存在する。特に、MEMSミラーを用いた光スキャナは、光の反射面が一面だけで良く、またミラー、トーションバー、支持枠を一体加工できるので、ポリゴンミラー及びガルバノミラーを用いた光スキャナに対し小型化、軽量化が可能になる。
MEMSミラーを用いた光スキャナ(以下、光スキャナと表記する)の機械的構造に関する発明が、今日までに多く出願されている。その一例として、特許文献1に記載された光スキャナを図10に示す。光スキャナ500は、基体510と台座520とに分けられる。基体510の中心には、反射ミラー511が位置する。反射ミラー511は一対の第1の弾性梁512によって両持支持される。一対の第1の弾性梁512は、二股に分かれた第2の弾性梁513に夫々接続される。第2の弾性梁513は、外枠部514に接続される。台座520は、外枠部514と固定部521とが固定されるようにして、基体510の下に固定される。他の一例として、特許文献2に記載された光スキャナを図11に示す。光スキャナ600は、基体610と台座620とに分けられる。基体610の構造は、特許文献1における基体510に同じである。一方、台座620の構造は、特許文献1における台座520と異なる。具体的には、切欠き622が、基体610の第2の弾性梁613と外枠部614との連結位置に対応する台座620の箇所に設けられる。特許文献2においては、この切欠き622の形状を調整することで、光スキャナ600の固有振動数が調整される。
特開2003-57586号公報
特開2007-94146号公報
例えば光スキャナが画像表示装置に用いられる場合、表示画像の画角は反射ミラーの変位する量に依存する。従って、大きな画像や精緻な画像を表示するためには、反射ミラーの変位する量は大きいほど望ましい。基体と台座とを固定することで構成される光スキャナの場合、共振駆動時における反射ミラーの変位量(以下、ミラー変位量)は、基体と台座との固定位置に応じて変化する。具体的には、光スキャナのミラー変位量は、台座がどの程度外枠部と第2の弾性梁との連結位置から離れて外枠部に固定されるかに依存して変化する。基体は、厚みが百μm程度と薄いため、共振駆動されることで容易に変形する。台座は基体に比べて十分厚いので、基体と台座との固定位置は、共振駆動される際に固定端として働く。即ち、光スキャナのミラー変位量は、この固定端と前記連結位置との距離に依存して変化する。
固定端の位置と光スキャナのミラー変位量との関係を定量的に調べるために、光スキャナのミラー変位量の変化を調べる従来例シミュレーションが行われた。従来例シミュレーションでは、固定端の位置を揺動軸線に平行な方向に動かすことで、ミラー変位量がどのように変化するかが調べられる。以下、図12A及び図12Bを用いて、この従来例シミュレーションの内容を説明する。図12Aは光スキャナ600の第2の弾性梁613と外枠部614との連結位置周囲の底面模式図であり、図12Bは光スキャナ500の第2の弾性梁513と外枠部514との連結位置周囲の底面模式図である。光スキャナ600における固定端位置p1は、切欠き622が存在するために、第2の弾性梁613と外枠部614との連結位置p2よりもミラー611に対して離れた位置に存在する。一方、光スキャナ500における固定端位置p1は、第2の弾性梁513と外枠部514との連結位置p2に略一致する位置に存在する。固定端位置p1と、第2の弾性梁513と外枠部514との連結位置p2との距離が変化した場合のミラー変位量の変化がシミュレーションによって調べられた。
以下、図13を用いて前記した従来例シミュレーションの結果を示す。図13は、固定端位置を変化させた場合における、ミラー変位量の変化を示す図である。横軸は、固定端位置p1と、第2の弾性梁513と外枠部514との連結位置p2との距離を示す。図12Aに示される、光スキャナ600におけるp1-p2間距離を0%と表現する。図12Bに示される、光スキャナ500におけるp1-p2間距離、即ちp1とp2とが略一致する位置にあるときを100%と表現する。縦軸は、ミラー変位量がp1-p2間距離が0%の場合に対して何%増加したかを示す。p1-p2間距離が0%から60%近傍までの範囲において、ミラー変位量は、固定端位置が反射ミラーに近づくに従って増大する。p1-p2間距離が60%近傍において、ミラー変位量は、p1-p2間距離が0%場合に比べて20%程大きい極大を示す。p1-p2間距離が60%近傍から100%までの範囲において、ミラー変位量は、固定端位置が反射ミラーに近づくに従って減少する。また、固定端位置が所定量変化した場合におけるミラー変位量の変化量、言い換えればミラー変位量を固定端位置の関数と見なした場合の微分係数は、p1-p2間距離が70%から80%の領域において最も大きく、それ以外の領域では同程度である。以下、固定端位置が所定量変化した場合のミラー変位量の変化量をミラー変位量の安定性と表現する。また、ミラー変位量の変化量が大きい場合をミラー変位量の安定性が悪い、変化量が小さい場合をミラー変位量の安定性が良いとそれぞれ表現する。
固定端の位置は、基体と台座とを固定する際の取付誤差や、基体及び台座を加工する際の加工誤差等によって容易に変化する。そして、固定端の位置変化は、図13に示されるように、光スキャナのミラー変位量の変化に繋がる。光スキャナの量産を考えると、ミラー変位量の個体差は小さい方が望ましい。固定端の位置は個体毎に容易に変化するので、ミラー変位量の個体差を小さくするためには、ミラー変位量の安定性が良い必要がある。しかし、図13に示されているように、固定端位置をどのように調整しても、ミラー変位量の安定性が良い領域は存在しない。
前述したように、光スキャナは、(A)ミラー変位量が大きいこと、(B)ミラー変位量の安定性が良いこと、の2点が望まれる。しかし、従来の光スキャナでは、これら2点の要求を同時にみたすことが困難であった。特に、従来の光スキャナの固定端の位置をどのように調整しても、ミラー変位量の安定性を良くすることは不可能である。
本発明は、大きなミラー変位量を得るとともにミラー変位量の安定性が良い光スキャナ及びその光スキャナを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
(1) この目的を達成するために、本発明の光スキャナは、揺動軸線の周りに共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、揺動軸線上に配置され、その反射ミラーに連結された第1の弾性梁と、揺動軸線に対して対称な一対の梁部及びその両梁部が結合された結合部を含み、その結合部が前記第1の弾性梁に連結された第2の弾性梁と、その一対の梁部が連結された外枠部と、を有する基体と、前記基体の厚み方向において、前記外枠部に固定された台座と、前記反射ミラー、前記第1の弾性梁及び前記第2の弾性梁を共振駆動させるための駆動部と、前記外枠部と前記一対の梁部とが連結された連結位置の周囲であって、前記外枠部および前記台座の少なくとも一方に設けられた空所部と、前記一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で、前記空所部内に設けられ、前記外枠部と前記台座とに固定された固定部とを備える、ことを特徴とする。
(2) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)項に記載の光スキャナにおいて、前記第1の弾性梁は、前記反射ミラーを両持支持するために一対備えられ、前記第2の弾性梁は、その一対の第1の弾性梁の夫々に連結されるために、一対備えられる、ことを特徴とする。この(2)項に記載の光スキャナでは、第1の弾性梁は、前記反射ミラーを両持支持する。反射ミラーが片持支持される場合、反射ミラーが揺動駆動される際に、揺動軸線を中心とした揺動以外の動き、例えば基体の厚み方向への振動等、が発生しやすい。そのため、光の走査方向が直線になり難い。反射ミラーが、揺動軸線上に配置される第1の弾性梁によって両持支持、即ち対称に支持されるので、反射ミラーの動きは、揺動軸線を中心とした揺動に制限される。その結果、光の走査方向を直線にすることが容易になる。
(3) 上記目的を達成するために、本発明の光スキャナは、揺動軸線の周りに共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、揺動軸線に対して対称に配置され、前記反射ミラーに一方の側で連結された一対の梁部と、その一対の梁部の他方の側が連結された外枠部と、を有する基体と、前記基体の厚み方向において、前記外枠部に固定された台座と、前記反射ミラー及び前記一対の梁部を共振駆動させるための駆動部と、前記外枠部と前記一対の梁部とが連結された連結位置の周囲であって、前記外枠部および前記台座の少なくとも一方に設けられた空所部と、前記一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で、前記空所部内に設けられ、前記外枠部と前記台座とに固定された固定部とを備える、ことを特徴とする。
(4) 本発明の実施形態の光スキャナは、(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記一対の梁部は、前記反射ミラーを両持支持するために、一対備えられる、ことを特徴とする。この(4)項に記載の光スキャナでは、一対の梁部は、前記反射ミラーを両持支持する。反射ミラーが両持支持されるので、反射ミラーの動きが揺動軸線を中心とした揺動に制限され、光の走査方向を直線にすることが容易になる。
(5) 本発明の実施形態の光スキャナは、(2)又は(4)項に記載の光スキャナにおいて、前記駆動部は、前記一対の梁部と前記外枠部とに固定された一対の圧電体であり、前記一対の圧電体は、前記揺動軸線に対して線対称、前記反射ミラーを挟んで前記揺動軸線に対して同じ側の位置又は前記反射ミラーに対して点対称に設けられることを特徴とする。この(5)項に記載の光スキャナでは、前記駆動部は一対の梁部に固定された圧電体で、その圧電体の一部は外枠部に固定される。圧電体が用いられるため、光スキャナの小型化が可能である。
(6) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)又は(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記固定部は、揺動軸線を含み前記外枠部の厚み方向に平行な面内と交差し、揺動軸線に沿って伸びる、ことを特徴とする。この(6)項に記載の光スキャナでは、固定部が、揺動軸線を含み外枠部の厚み方向に平行な面内と交差し、揺動軸線に沿って伸びるように配置される。一対の梁部は、揺動軸線に対して対称に構成される。そのため、外枠部の一対の梁部に挟まれた場所は、基体が共振駆動をする際に揺動軸線の位置を節とした変形をすると考えられる。従って、揺動軸線に沿う固定部の配置によって前記した節の位置で基体と台座とが固定され、大きなミラー変位量と良いミラー変位量の安定性とが達成される。
(7) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)又は(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記空所部は、前記台座に設けられた切欠きであり、前記固定部は、前記切欠きから延出する突起である、ことを特徴とする。この(7)項に記載の光スキャナでは、空所部は台座に設けられた切欠きであり、固定部はその切欠きから延出する突起である。従って、台座を加工する際にその輪郭線を変化させるという単純な作業で空所部及び固定部を作成できる。
(8) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)又は(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記空所部は、前記外枠部の前記台座に固定される側の面に設けられた、前記外枠部の厚みよりも小さい深さの凹形溝であり、前記固定部は、前記凹形溝に設けられ、前記外枠部と同じ厚みを有する、ことを特徴とする。この(8)項に記載の光スキャナでは、空所部は外枠部の台座に固定される側の面に設けられた凹形溝であり、固定部は凹形溝に設けられた肉厚箇所である。空所部及び固定部が基体側に設けられるので、一対の梁部と空所部及び固定部との位置関係が、基体と台座との貼り合わせ位置に依存せずに精度良く決まる。従って、基体と台座との貼り合わせ位置に左右されることなく、大きなミラー変位量と良いミラー変位量の安定性との両立を図ることができる。
(9) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)又は(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記固定部の少なくとも一部は、前記連結位置において前記一対の梁部に挟まれた前記外枠部の端部まで伸びている、ことを特徴とする。この(9)項に記載の光スキャナでは、固定部の少なくとも一部が、外枠部と一対の梁部とが連結された連結位置において一対の梁部に挟まれた外枠部の端部まで伸びている。これによって、後記する図5に示される様に、ミラー変位量が最も大きくなるとともにミラー変位量の安定性が最も良くなる。
(10) 本発明の実施形態の光スキャナは、(1)又は(3)項に記載の光スキャナにおいて、前記固定部は、前記外枠部の厚み方向と前記揺動軸線の方向とに直交する方向の幅を変化させることで、共振駆動の共振周波数を調整可能に構成される、ことを特徴とする。光スキャナの共振周波数は、基体を加工する際における精度の問題などによりばらつきを生じる。そこで、この(10)項に記載の光スキャナでは、固定部は共振駆動の共振周波数を調整可能に構成されるので、このばらつきに関わらず所望の共振周波数を得ることができる。
(11) 上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、光を走査して画像を形成するための、(1)又は(3)項に記載の光スキャナと、その光スキャナに光を供給するための光源と、前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系と、を備えることを特徴する。この(11)項に記載の画像表示装置では、振れ角の向上は、表示画面及び表示画素数の向上に繋がるので、より迫力があり精緻な画像が表示可能になる。
本発明では、外枠部と一対の梁部とが連結された連結位置の周囲であって、外枠部および台座の少なくとも一方に空所部が設けられ、一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で空所部内に固定部が設けられる。空所部と固定部とが設けられることによって、大きなミラー変位量と良いミラー変位量の安定性との両立を図ることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳述する。
<第1の実施形態>
図1、図2A及び図2Bにおいて、光スキャナ100は、基体110と台座120とが分かれた状態で示される。ここで、図中のy軸は光スキャナ100の揺動軸線AoR1に平行な方向、z軸は基体110及び台座120の厚み方向に平行な方向、x軸はy軸とz軸とに直交する方向である。光スキャナ100は、基体110と台座120とを図1に示すz軸方向に接着することで構成される。以下、基体110と台座120との構成を説明する。尚、前記した基体110及び台座120が、本発明の基体及び台座の一例である。
図1、図2A及び図2Bにおいて、光スキャナ100は、基体110と台座120とが分かれた状態で示される。ここで、図中のy軸は光スキャナ100の揺動軸線AoR1に平行な方向、z軸は基体110及び台座120の厚み方向に平行な方向、x軸はy軸とz軸とに直交する方向である。光スキャナ100は、基体110と台座120とを図1に示すz軸方向に接着することで構成される。以下、基体110と台座120との構成を説明する。尚、前記した基体110及び台座120が、本発明の基体及び台座の一例である。
[光スキャナ100の構成]
基体110は、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114で構成される。また、基体110には、圧電素子130と、圧電素子130を駆動するための下部電極131及び上部電極132とが設けられる。平面視略円形に形成された反射ミラー111は、重心位置が揺動軸線AoR1上に位置するように、基体110の中心に設けられる。y軸に平行に伸長する第1の弾性梁112は、揺動軸線AoR1を含むようにして反射ミラー111の両側に夫々連結される。第2の弾性梁113は、結合部113aと、一対の梁部113bとで構成される。結合部113aは、第1の弾性梁112に対して直交するように連結され、揺動軸線AoR1に対して対称になるようにx軸に平行に伸長する。y軸に平行に伸長する一対の梁部113bは、揺動軸線AoR1を中心として対称になるように配置される。一対の梁部113bは、その一端が結合部113aに対して直交するように連結され、その他端が外枠部114に対して直交するように連結される。外枠部114は、反射ミラー111、第1の弾性梁112及び第2の弾性梁113の周囲に、四角環状に配置される。即ち、外枠部114は、y軸に平行な一対の辺と、x軸に平行な一対の辺とで構成される。尚、前記した反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113,外枠部114,結合部113a,一対の梁部113b及び圧電素子130が、本発明の反射ミラー,一対の第2の弾性梁,結合部,一対の梁部及び駆動部の一例である。
基体110は、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114で構成される。また、基体110には、圧電素子130と、圧電素子130を駆動するための下部電極131及び上部電極132とが設けられる。平面視略円形に形成された反射ミラー111は、重心位置が揺動軸線AoR1上に位置するように、基体110の中心に設けられる。y軸に平行に伸長する第1の弾性梁112は、揺動軸線AoR1を含むようにして反射ミラー111の両側に夫々連結される。第2の弾性梁113は、結合部113aと、一対の梁部113bとで構成される。結合部113aは、第1の弾性梁112に対して直交するように連結され、揺動軸線AoR1に対して対称になるようにx軸に平行に伸長する。y軸に平行に伸長する一対の梁部113bは、揺動軸線AoR1を中心として対称になるように配置される。一対の梁部113bは、その一端が結合部113aに対して直交するように連結され、その他端が外枠部114に対して直交するように連結される。外枠部114は、反射ミラー111、第1の弾性梁112及び第2の弾性梁113の周囲に、四角環状に配置される。即ち、外枠部114は、y軸に平行な一対の辺と、x軸に平行な一対の辺とで構成される。尚、前記した反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113,外枠部114,結合部113a,一対の梁部113b及び圧電素子130が、本発明の反射ミラー,一対の第2の弾性梁,結合部,一対の梁部及び駆動部の一例である。
圧電素子130は、反射ミラー111,第1の弾性梁112及び第2の弾性梁113を共振駆動させるために、基体110に設けられる。具体的には、圧電素子130は、一対の梁部113bの上面から外枠部114に亘り形成された下部電極131の上に形成される。即ち、圧電素子130は、下部電極131を介して一対の梁部113b及び外枠部114に固定される。圧電素子130の上面には、上部電極132が設けられる。下部電極131と上部電極132との間に電圧が周期的に印加されることにより、圧電素子130は分極してy軸方向に伸び縮みする。圧電素子130は下部電極131を介して一対の梁部113b及び外枠部114に固定されているので、圧電素子130のy軸方向の伸縮は、一対の梁部113bのz軸方向の屈曲変位に変換される。即ち、圧電素子130は、ユニモルフとして働く。一対の梁部113bのz軸方向の屈曲変位は、結合部113aを介して第1の弾性梁112及び反射ミラー111を揺動させるための回転トルクに変換される。
図2Bを用いて、台座120の構成を説明する。台座120は、x軸方向及びy軸方向の長さが基体110と同じになるように形成される。台座120は、基体固定部121,切欠き122及び固定用突起123で構成される。基体固定部121は、基体110の外枠部114に固定されるためのもので、外枠部114と同様に四角環状の構造を有する。即ち、基体固定部121は、y軸に平行な一対の辺と、x軸に平行な一対の辺とで構成される。切欠き122は、基体固定部121のx軸に平行な一対の辺に設けられた、矩形状の切欠き箇所である。切欠き122は、揺動軸線AoR1を含みz軸に平行な面を中心として対称になるように夫々設けられる。固定用突起123は、切欠き122からy軸に平行に延出する、凸状の突起箇所である。固定用突起123は、揺動軸線AoR1を含みz軸に平行な面内と交差し、揺動軸線AoR1に沿って伸びるように各々設けられる。具体的には、固定用突起123は、揺動軸線AoR1を中心として対称になるように各々設けられる。ここで、固定用突起123が揺動軸線AoR1を含みz軸に平行な面と交差するとは、揺動軸線AoR1を含むzy軸平面に関して、x軸の正方向および負方向に、固定用突起123がそれぞれ張り出して存在していることを意味する。尚、前記した切欠き122及び固定用突起123が、本発明の空所部及び固定部の一例である。
本実施形態の光スキャナ100は、共振駆動されることによって入射した光を所定方向に走査する。具体的には、光スキャナ100の共振周波数と合致する交流電圧が下部電極131と上部電極132との間に印加されることで、光スキャナ100は共振駆動される。共振駆動の方法は、圧電素子130に印加される交流電圧の位相によって、同相駆動と異相駆動とに分けられる。同相駆動は、反射ミラー111を挟んで揺動軸線AoR1に対して同じ側に位置する2つの圧電素子、例えば図2Aにおける揺動軸線AoR1よりもx軸正方向に位置する2つの圧電素子に同位相の交流電圧が夫々印加されることで達成される。異相駆動は、揺動軸線AoR1に対して線対称に位置する2つの圧電素子、例えば図2Aにおける反射ミラー111よりもy軸正方向に位置する2つの圧電素子に逆相の交流電圧、即ち位相がπ/2ずれた交流電圧が夫々印加されることで達成される。異相駆動は、反射ミラー111に対して点対称に存在する2つの圧電素子、例えば図2Aにおける反射ミラー111の右上及び左下に位置する2つの圧電素子に逆相の交流電圧が印加されることで達成されても良い。
[光スキャナ100の製造方法]
光スキャナ110の製造方法を以下説明する。まず、図3A~図3Dを用いて、基体110の製造方法を説明する。図3Aは、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114が形成された基体110を示す。まず、厚さ約30μm~200μmの薄長矩形のシリコン基材上において、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。そして、レジスト膜が形成されたシリコン基材はエッチングされ、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114が形成される。最後に、レジスト膜が除去されることによって、基体110が製造される。
光スキャナ110の製造方法を以下説明する。まず、図3A~図3Dを用いて、基体110の製造方法を説明する。図3Aは、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114が形成された基体110を示す。まず、厚さ約30μm~200μmの薄長矩形のシリコン基材上において、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114に対応する部分に、マスキングのためのレジスト膜が形成される。そして、レジスト膜が形成されたシリコン基材はエッチングされ、反射ミラー111,第1の弾性梁112,第2の弾性梁113及び外枠部114が形成される。最後に、レジスト膜が除去されることによって、基体110が製造される。
次に、圧電素子130,下部電極131及び上部電極132の製造方法を図3B~図3Dを用いて説明する。下部電極131は、図3Bに示されるように、一対の梁部113bの上面から外枠部114に亘り白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μmの厚さで堆積することで形成される。圧電素子130は、図3Cに示されるように、一対の梁部113bの上面から外枠部114に亘り、下部電極131上にPZT等の圧電素子を1μm~3μmの厚さで堆積することで形成される。上部電極132は、図3Dに示されるように、圧電素子130上に白金(Pt)や金(Au)等を0.2μm~0.6μmの厚さで堆積することで形成される。尚、前記した下部電極131及び上部電極132はスパッタや蒸着等、圧電素子130はナノサイズの微粒子を吹付けることによって成膜を行うエアロゾルデポジション法(例えば、特開2007-31737号公報を参照)等、周知の製膜方法によって形成される。
台座120は、ガラス板をブラスト加工することで得られる。具体的には、基体固定部121,切欠き122及び固定用突起123が形成されるように矩形のガラス板に粒体を衝突させて加工を行うことで、台座120は形成される。
光スキャナ110は、基体110の外枠部114と台座120の基体固定部121とを接着や陽極接合等によって固定することで形成される。このとき、外枠部114と一対の梁部113bとの連結位置の周囲は、台座120に切欠き122が存在するため、基体固定部121に固定されない。しかし、切欠き122には固定用突起123が存在するので、一対の梁部113bの夫々から揺動軸線AoR1に平行に伸びる延長線の間において、外枠部114と基体固定部121とは固定される。
[ミラー変位量及びその安定性の確認]
本実施形態においては、台座120に固定用突起123が設けられたことにより、大きなミラー変位量とミラー変位量の安定性との両立を図ることが可能になる。固定用突起123の形状とミラー変位量との関係を調べるために、実施形態シミュレーションが行なわれた。以下、図4A~図4D及び図5を用いてこの実施形態シミュレーションの結果を説明する。
本実施形態においては、台座120に固定用突起123が設けられたことにより、大きなミラー変位量とミラー変位量の安定性との両立を図ることが可能になる。固定用突起123の形状とミラー変位量との関係を調べるために、実施形態シミュレーションが行なわれた。以下、図4A~図4D及び図5を用いてこの実施形態シミュレーションの結果を説明する。
図4A~図4Dは、固定用突起123のx軸方向及びy軸方向の幅をどのように変化させたかを説明する図である。図4A~図4Dにおいて、一対の梁部113bのx軸方向の間隔はDS1、固定用突起123のx軸方向の幅はDS2、切欠き122のy軸方向の幅はDS3、固定用突起123のy軸方向の幅はDS4と表現される。DS2及びDS4が変化することで、ミラー変位量の変化が調べられる。例えば、DS2がDS1の50%の幅で、DS4がDS3の50%の幅の場合、固定用突起123は図4Aに示される形状となる。DS2とDS1とが等しく、DS4がDS3の50%の幅の場合、固定用突起123は図4Bに示される形状となる。DS2がDS1の50%の幅で、DS4とDS3とが等しい場合、固定用突起123は図4Cに示される形状となる。DS2とDS1とが等しく、DS4とDS3とが等しい場合、固定用突起123は図4Dに示される形状となる。尚、DS2とDS1とが等しい状態とは、固定用突起123の少なくとも一部が、前記連結位置において一対の梁部113bに挟まれた外枠部114の端部まで伸びている状態を意味する。
図5は、DS3及びDS4を変化させた場合に、ミラー変位量がどの様に変化するかという実施形態シミュレーションの結果を示す図である。横軸は、DS4とDS3との比を示す。横軸が0%の場合は、固定用突起123が存在しない形状、即ち従来例の光スキャナ600と同様の形状である。また、横軸が100%の場合は、DS4とDS3とが等しい場合である。縦軸は、ミラー変位量が従来例の光スキャナ600に対して何%増加したかを示す。DS2がDS1の50%の幅の場合は、記号xと直線とを用いたPLT1として示される。DS2がDS1の75%の幅の場合は、黒塗り三角と直線とを用いたPLT2として示される。DS2とDS1とが等しい場合は、黒塗り四角と直線とを用いたPLT3として示される。また、参考のために、図12に示される従来例も点線を用いて示される。
図5において、ミラー変位量は、DS4とDS3との比、即ち固定用突起123のy軸方向の幅が増加するに従い、単調増加する。DS4とDS3との比が80%を超える領域では、図5においてグラフの傾きが略平坦になっていることから分かるように、ミラー変位量はごく僅かに増加する。また、DS2とDS1との比、即ち固定用突起123のx軸方向の幅を変化させた場合、x軸方向の幅が大きい程ミラー変位量が大きくなる。図5から明らかなように、本実施形態の光スキャナ100は、大きなミラー変位量を得られるとともに、ミラー変位量の安定性が良い。特に、ミラー変位量の安定性は、全般的に従来例に比べて良好であり、DS4とDS3との比が80%を超える領域において最良となる。
[画像表示装置1の説明]
本実施形態の光スキャナ100を用いた、画像表示装置1の全体構成及び動作について説明する。図6に、第1の実施形態における画像表示装置1の全体構成を示す。画像表示装置1は、観察者の瞳孔52に光束を入射させて網膜54上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させるための装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
本実施形態の光スキャナ100を用いた、画像表示装置1の全体構成及び動作について説明する。図6に、第1の実施形態における画像表示装置1の全体構成を示す。画像表示装置1は、観察者の瞳孔52に光束を入射させて網膜54上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させるための装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
画像表示装置1は、光束生成手段2、光ファイバ19、コリメート光学系20、光スキャナ100、第1のリレー光学系22、垂直走査スキャナ23、第2のリレー光学系24を備える。光束生成手段2は、映像信号処理回路3、光源部30、光合波部40で構成される。映像信号処理回路3は、外部から供給される映像信号に基づいて、画像を合成するための要素となるB信号、G信号、R信号、水平同期信号、垂直同期信号を発生する。
光源部30は、Bレーザドライバ31、Gレーザドライバ32、Rレーザドライバ33、Bレーザ34、Gレーザ35、Rレーザ36を備える。Bレーザドライバ31は、映像信号処理回路3からのB信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Bレーザ34を駆動する。Gレーザドライバ32は、映像信号処理回路3からのG信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Gレーザ35を駆動する。Rレーザドライバ33は、映像信号処理回路3からのR信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Rレーザ36を駆動する。Bレーザ34,Gレーザ35及びRレーザ36は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザとして構成される。尚、前記した光源部30が、本発明の光源の一例である。
光合波部40は、光源部30から入射する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41,42,43と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー44,45,46と、合波されたレーザ光を光ファイバ19に導く結合光学系47とを備える。Bレーザ34から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系41によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー44に入射する。Gレーザ35から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系42を経てダイクロイックミラー45に入射する。Rレーザ36から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系43を経てダイクロイックミラー46に入射する。ダイクロイックミラー44,45,46にそれぞれ入射した3原色のレーザ光は、波長選択的に反射または透過されて1本の光束として合成され、集光光学系47に達する。1本の光束として合成されたレーザ光は、集光光学系47によって集光され、光ファイバ19へ入射する。
水平走査ドライバ61は、映像信号処理回路3からの水平同期信号に従って、光スキャナ100を駆動する。垂直走査ドライバ62は、映像信号処理回路3からの垂直同期信号に従って、垂直走査スキャナ23を駆動する。レーザ光は、光スキャナ100及び垂直走査スキャナ23の走査によって、水平方向と垂直方向とに走査された光束として変換され、画像として投影可能な状態になる。具体的には、光ファイバ19から出射したレーザ光は、コリメート光学系20によって平行光に変換された後に、光スキャナ100に導かれる。光スキャナ100によって水平方向に走査されたレーザ光は、第1のリレー光学系22を通過した後に、垂直走査スキャナ23に平行光線として入射する。このとき、第1のリレー光学系22によって、垂直走査スキャナ23の位置に光学瞳が形成される。垂直走査スキャナ23によって垂直方向に走査されたレーザ光は、第2のリレー光学系24を通過した後に、観測者の瞳孔52に平行光線として入射する。このとき、第2のリレー光学系24によって、観測者の瞳孔52と垂直走査スキャナ23の位置にある光学瞳とが共役となる。尚、前記した第2のリレー光学系24が、本発明の接眼光学系の一例である。
<第2の実施形態>
第1の実施形態において、ミラー変位量及びミラー変位量の安定性を図るための構成は、台座120に設けられた切欠き122及び固定用突起123である。一方、本実施形態において、ミラー変位量及びミラー変位量の安定性を図るための構成は、基体210の外枠部214に設けられた凹形溝215及び肉厚部216である。
第1の実施形態において、ミラー変位量及びミラー変位量の安定性を図るための構成は、台座120に設けられた切欠き122及び固定用突起123である。一方、本実施形態において、ミラー変位量及びミラー変位量の安定性を図るための構成は、基体210の外枠部214に設けられた凹形溝215及び肉厚部216である。
図7A~図7Cは、本実施形態における光スキャナを構成する基体210及び台座220を示す図である。図7Aにおいて、基体210は、反射ミラー211,第1の弾性梁212,第2の弾性梁213及び外枠部214で構成される。また、基体210には、圧電素子230と、圧電素子230を駆動するための下部電極231及び上部電極232とが設けられる。これらの構成は、図2Aに示される第1実施形態の対応する構成と同一であるので、ここでは説明を省略する。
図7Bにおいて、本実施形態における基体210は、第1の実施形態における基体110と比較して、底面に凹形溝215及び肉厚部216を備える点で異なる。凹形溝215は、外枠部214の台座220に固定される側の面に設けられた、外枠部214の厚みよりも小さい深さの凹形の溝である。この凹形溝215は、エッチングで形成される。肉厚部216は、凹形溝215に設けられ、外枠部214と同じ厚みを有する箇所である。尚、前記した凹形溝215及び肉厚部216が、本発明の空所部及び固定部の一例である。
図7Cにおいて、台座220は、x軸方向及びy軸方向の長さが基体210と同じになるように形成される。台座220は、基体210に固定されるための基体固定部221のみで構成され、第1の実施形態における台座120のように切欠き等を備えない。
基体210が台座220に固定されたとき、外枠部214と第2の弾性梁213との連結位置の周囲は、基体210に凹形溝215が存在するため、基体固定部221に固定されない。しかし、凹形溝215には肉厚部216が存在するので、第2の弾性梁213の夫々から揺動軸線AoR2に平行に伸びる延長線の間において、外枠部214と基体固定部221とは固定される。従って、本実施形態の基体210及び台座220で構成される光スキャナにおいても、第1の実施形態と同様に、大きなミラー変位量を得られるとともにミラー変位量の安定性が良いという効果が得られる。
<変形例>
前記した第1及び第2の実施形態において、基体110及び基体210はシリコン基材を加工することで得られる。しかし、シリコンに限らず、一般に半導体からなる半導体基材が用いられてもよい。さらに、この半導体基材に代えて、例えば、ステンレス鋼板からなる基材を採用してもよい。一般的には、シリコン基材に限ることなく、一枚の基材であればよい。
前記した第1及び第2の実施形態において、基体110及び基体210はシリコン基材を加工することで得られる。しかし、シリコンに限らず、一般に半導体からなる半導体基材が用いられてもよい。さらに、この半導体基材に代えて、例えば、ステンレス鋼板からなる基材を採用してもよい。一般的には、シリコン基材に限ることなく、一枚の基材であればよい。
図5に示されるように、前記した第1の実施形態において固定用突起123のx軸方向及びy軸方向の幅の変化は、ミラー変位量を変化させた。固定用突起123のx軸方向及びy軸方向の幅の変化は、図8に示されるように、ミラー変位量のみならず光スキャナ100の共振周波数も変化させる。図8は、DS3及びDS4を変化させた場合に、第1の実施形態における光スキャナ100の共振周波数がどの様に変化するかのシミュレーション結果を示す図である。横軸は図5と同一で、DS4とDS3との比を示す。縦軸は、光スキャナ100の共振周波数が、従来例の光スキャナ600に対して何%増加したかを示す。図5と同様に、DS2とDS1との比が50%,75%,100%の場合、光スキャナ100の共振周波数が、記号xと直線とを用いたPLT4,黒塗り三角と直線とを用いたPLT5,黒塗り四角と直線とを用いたPLT6としてそれぞれ示される。図8において、共振周波数は、DS4とDS3との比、即ち固定用突起123のy軸方向の幅が増加するに従い、単調増加する。また、DS2とDS1との比、即ち固定用突起123のx軸方向の幅を変化させた場合、x軸方向の幅が大きい程ミラー変位量が大きくなる。従って、台座120の加工時において、固定用突起123のx軸方向の幅とy軸方向の幅との少なくとも一方を変化させることで、光スキャナ100の共振周波数を調整することが可能になる。
第2の実施形態において、凹形溝215及び肉厚部216は、基体210に設けられる。しかし、台座220に、台座の厚みより小さい深さの凹形溝が設けられ、その凹形溝に、台座と同じ厚みの肉厚部が設けられても良い。
*第2の実施形態に関する当初の変形例を削除する必要はないので、そのまま残しました。
*第2の実施形態に関する当初の変形例を削除する必要はないので、そのまま残しました。
第1の実施形態において、台座120に切欠き122が設けられ、その切欠き122から固定用突起123がy軸に平行に延出する。しかし、切欠き122及び固定用突起123の代わりに、台座120に、台座の厚みより小さい深さの凹形溝が設けられ、その凹形溝に、台座と同じ厚みの肉厚部が設けられても良い。
第1の実施形態の基体110において、反射ミラー111は、両側に連結された第1の弾性112梁及び第2の弾性梁113を介して外枠部114に連結される。そして、第2の弾性梁113は、一対の梁部113bと、その一対の梁部113bと第1の弾性梁112とを結合する結合部113aと、で構成される。しかし、基体の形状は、他の形状であっても良い。その一例として、基体310を上から見た図9を用いて、基体310の形状を説明する。
基体310は、反射ミラー311,一対の梁部313b及び外枠部114で構成される。また、基体310には、圧電素子330と、圧電素子330を駆動するための下部電極331及び上部電極332とが設けられる。基体310は、前記した実施形態のように第1の弾性梁及び結合部を介することなく、反射ミラー311と外枠部114とが一対の梁部313bで連結される。基体310が、接着や陽極接合等によって図2Bに示される台座120に固定されることで、光スキャナが形成される。この光スキャナでは、一対の梁部313bの夫々から揺動軸線AoR1に平行に伸びる延長線の間において、外枠部314と基体固定部121とが固定されるため、光スキャナ100と同様に、大きなミラー変位量が得られるとともに、ミラー変位量の安定性が良いという効果が得られる。尚、基体310は、図7Aに示される基体210のように、底面に凹形溝及び肉厚部が設けられてもよい。この場合、基体310が、接着や陽極接合等によって図7Cに示される台座220に固定されることで、光スキャナが形成される。
前記した基体110,210,310は、反射ミラーが両持支持される構造を有する。しかし、反射ミラーが一方側だけで支持される、特開平7-65098号公報の図1に示されるような片持支持の構成であっても良い。要は、一対の梁部と外枠部との連結位置の周囲に空所部が設けられ、一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で、その空所部に固定部が設けられれば良い。
両実施形態及び図9に示す変形例では、反射ミラー111,211,311の両側が、同じ構造の梁の組み合わせにより支持される対称の構造であるが、反射ミラーの両側を異なる構造の梁の組み合わせにより支持される非対称の構造であっても良い。たとえば、反射ミラーの一方の側を支持するために、両実施形態で採用された第1及び第2の弾性梁が使用され、他方の側を支持するために、図9に示す一対の梁部が使用されても良い。
1 画像表示装置
2 光束生成手段
3 映像信号処理回路
19 光ファイバ
20,41,42,43 コリメート光学系
22 第1のリレー光学系
23 垂直走査スキャナ
24 第2のリレー光学系
30 光源部
31 Bレーザドライバ
32 Gレーザドライバ
33 Bレーザドライバ
34 Bレーザ
35 Gレーザ
35 Rレーザ
40 光合波部
44,45,46 ダイクロイックミラー
47 集光光学系
52 観察者の瞳孔
54 観察者の網膜
61 水平走査ドライバ
62 垂直走査ドライバ
100,500,600 光スキャナ
110,210,310,510,610 基体
111,211,311,511,611 反射ミラー
112,212,512,612 第1の弾性梁
113,213,513,613 第2の弾性梁
113a 結合部
113b,313b 一対の梁部
114,214,314,514,614 外枠部
120,220,520,620 台座
121,221,521,621 基体固定部
122,622 切欠き
123 固定用突起
130,230,330,530,630 圧電素子
131,231,331 下部電極
132,232,332 上部電極
215 凹形溝
216 肉厚部
AoR1,AoR2,AoR3,AoR5,AoR6 揺動軸線
2 光束生成手段
3 映像信号処理回路
19 光ファイバ
20,41,42,43 コリメート光学系
22 第1のリレー光学系
23 垂直走査スキャナ
24 第2のリレー光学系
30 光源部
31 Bレーザドライバ
32 Gレーザドライバ
33 Bレーザドライバ
34 Bレーザ
35 Gレーザ
35 Rレーザ
40 光合波部
44,45,46 ダイクロイックミラー
47 集光光学系
52 観察者の瞳孔
54 観察者の網膜
61 水平走査ドライバ
62 垂直走査ドライバ
100,500,600 光スキャナ
110,210,310,510,610 基体
111,211,311,511,611 反射ミラー
112,212,512,612 第1の弾性梁
113,213,513,613 第2の弾性梁
113a 結合部
113b,313b 一対の梁部
114,214,314,514,614 外枠部
120,220,520,620 台座
121,221,521,621 基体固定部
122,622 切欠き
123 固定用突起
130,230,330,530,630 圧電素子
131,231,331 下部電極
132,232,332 上部電極
215 凹形溝
216 肉厚部
AoR1,AoR2,AoR3,AoR5,AoR6 揺動軸線
Claims (11)
- 揺動軸線の周りに共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、揺動軸線上に配置され、その反射ミラーに連結された第1の弾性梁と、揺動軸線に対して対称な一対の梁部及びその両梁部が結合された結合部を含み、その結合部が前記第1の弾性梁に連結された第2の弾性梁と、その一対の梁部が連結された外枠部と、を有する基体と、
前記基体の厚み方向において、前記外枠部に固定された台座と、
前記反射ミラー、前記第1の弾性梁及び前記第2の弾性梁を共振駆動させるための駆動部と、
前記外枠部と前記一対の梁部とが連結された連結位置の周囲であって、前記外枠部および前記台座の少なくとも一方に設けられた空所部と、
前記一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で、前記空所部内に設けられ、前記外枠部と前記台座とに固定された固定部とを備える、
ことを特徴とする光スキャナ。 - 前記第1の弾性梁は、前記反射ミラーを両持支持するために一対備えられ、
前記第2の弾性梁は、その一対の第1の弾性梁の夫々に連結されるために、一対備えられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の光スキャナ。 - 揺動軸線の周りに共振駆動され、入射した光を所定方向に走査する反射ミラーと、揺動軸線に対して対称に配置され、前記反射ミラーに一方の側で連結された一対の梁部と、その一対の梁部の他方の側が連結された外枠部と、を有する基体と、
前記基体の厚み方向において、前記外枠部に固定された台座と、
前記反射ミラー及び前記一対の梁部を共振駆動させるための駆動部と、
前記外枠部と前記一対の梁部とが連結された連結位置の周囲であって、前記外枠部および前記台座の少なくとも一方に設けられた空所部と、
前記一対の梁部の夫々から揺動軸線に平行に伸びる延長線の間で、前記空所部内に設けられ、前記外枠部と前記台座とに固定された固定部とを備える、
ことを特徴とする光スキャナ。 - 前記一対の梁部は、前記反射ミラーを両持支持するために、一対備えられる、
ことを特徴とする請求項3に記載の光スキャナ。 - 前記駆動部は、前記一対の梁部と前記外枠部とに固定された一対の圧電体であり、
前記一対の圧電体は、前記揺動軸線に対して線対称、前記反射ミラーを挟んで前記揺動軸線に対して同じ側の位置又は前記反射ミラーに対して点対称に設けられる、
ことを特徴とする請求項2又は4に記載の光スキャナ。 - 前記固定部は、
揺動軸線を含み前記外枠部の厚み方向に平行な面内と交差し、
揺動軸線に沿って伸びる、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の光スキャナ。 - 前記空所部は、前記台座に設けられた切欠きであり、
前記固定部は、前記切欠きから延出する突起である、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の光スキャナ。 - 前記空所部は、前記外枠部の前記台座に固定される側の面に設けられ、前記外枠部の厚みよりも小さい深さの凹形溝であり、
前記固定部は、前記凹形溝に設けられた、前記外枠部と同じ厚みを有する、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の光スキャナ。 - 前記固定部の少なくとも一部は、前記連結位置において前記一対の梁部に挟まれた前記外枠部の端部まで伸びている、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の光スキャナ。 - 前記固定部は、前記外枠部の厚み方向と前記揺動軸線の方向とに直交する方向の幅を変化させることで、共振駆動の共振周波数を調整可能に構成される、
ことを特徴とする請求項1又は3に記載の光スキャナ。 - 光を走査して画像を形成するための、請求項1又は3に記載の光スキャナと、
その光スキャナに光を供給するための光源と、
前記光スキャナによって走査された光を使用者の目に導く接眼光学系とを備える、
ことを特徴する画像表示装置。
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2008
- 2008-09-29 JP JP2008251947A patent/JP2010085506A/ja active Pending
-
2009
- 2009-09-25 WO PCT/JP2009/004845 patent/WO2010035469A1/ja active Application Filing
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