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JP2017040700A - 光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ Download PDF

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JP2017040700A
JP2017040700A JP2015160834A JP2015160834A JP2017040700A JP 2017040700 A JP2017040700 A JP 2017040700A JP 2015160834 A JP2015160834 A JP 2015160834A JP 2015160834 A JP2015160834 A JP 2015160834A JP 2017040700 A JP2017040700 A JP 2017040700A
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幸秀 山野
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Abstract

【課題】変位規制部を容易に配置することのできる光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】光スキャナー3は、可動部31と、可動部31を揺動可能に支持する第1軸部321、322と、第1軸部321、322を支持する駆動部33と、駆動部33を揺動可能に支持する第2軸部341、342と、第2軸部341、342を支持する支持部35と、第2軸部341よりも弾性率が低い弾性部361と、を有し、平面視において、弾性部361は、支持部35の第1仮想直線L1上の領域とは異なる領域に固定されていると共に、第2軸部341と接触している。
【選択図】図4

Description

本発明は、光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイに関するものである。
特許文献1には、光を走査する光スキャナーが開示されている。特許文献1の光スキャナーは、ミラー面を有する可動部と、可動部を支持する弾性変形部と、を有し、弾性変形部が弾性変形することで可動部が揺動し、これにより、ミラー面で反射した光が走査されるようになっている。また、特許文献1の光スキャナーは、弾性変形部を覆うストッパ(変位規制部)を有しており、このストッパによって弾性変形部の過度な変形を防止し、光スキャナーの破損を低減している。
特開平7−230052号公報
しかしながら、特許文献1のような構成では、ストッパを弾性変形部に対して精度よく配置しなければならず、ストッパを容易に配置することができない。
本発明の目的は、変位規制部を容易に配置することのできる光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを提供することにある。
このような目的は、下記の発明により達成される。
本発明の光スキャナーは、可動部と、
前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
前記軸部を支持する支持部と、
前記軸部よりも弾性率が低い弾性部と、を有し、
前記可動部の平面視において、前記軸部と前記支持部との接続部と交わり、前記揺動軸に沿う直線を第1仮想直線としたとき、前記弾性部は、前記支持部の前記第1仮想直線上の領域とは異なる領域に固定されていると共に、前記軸部と接触していることを特徴とする。
これにより、弾性部によって軸部の過度な変位を規制することができるため、光スキャナーの破損(特に、軸部の破断、損傷)を低減することができる。また、弾性部を軸部と接触させて配置するため、従来のような非接触で配置する場合と比較して、弾性部の配置が容易となる。
本発明の光スキャナーでは、前記可動部の平面視で、前記軸部と交わり、前記揺動軸に直交する直線を第2仮想直線としたとき、前記弾性部は、前記支持部の前記第2仮想直線上の領域に固定されていることが好ましい。
これにより、弾性部をより簡単に配置することができる。また、例えば、軸部が弾性部に固定されている場合には、軸部の第2仮想直線に沿う方向への変位を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、前記支持部は、前記可動部の平面視で、前記可動部と前記軸部とを囲んで設けられ、
前記第2仮想直線は前記支持部と2箇所で交差し、
前記弾性部は、前記第2仮想直線と前記支持部とが重なる2箇所の領域で固定されていることが好ましい。
これにより、弾性部を安定な状態で支持部に固定することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、前記支持部に固定される前の状態と比較して、伸張した状態で前記支持部に固定されていることが好ましい。
これにより、弾性部の撓みが低減され、より効果的に軸部の過度な変位を規制することができる。また、弾性のつり合いによって軸部と弾性部のアライメントを容易にとることができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、凹部を有し、前記凹部に前記軸部が位置していることが好ましい。
これにより、より効果的に軸部の過度な変位を規制することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、前記軸部に固定されていることが好ましい。
これにより、軸部と弾性部の摺動が防止されるため、より効果的に軸部の過度な変位を規制することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記軸部の断面視で、前記軸部は、前記弾性部に挟まれていることが好ましい。
これにより、軸部の厚さ方向への変位を効果的に規制することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、前記軸部および前記支持部よりも光の吸収率が高いことが好ましい。
これにより、弾性部で軸部や支持部を覆うことで、迷光(軸部や支持部で反射された光)の発生を抑制することができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、シリコーンエラストマーが含まれていることが好ましい。
これにより、弾性部の構成が簡単なものとなる。また、弾性部の弾性率を軸部の弾性率に対して十分に小さくすることができる。
本発明の光スキャナーでは、前記弾性部は、活性化接合によって前記支持部に固定されていることが好ましい。
これにより、弾性部と支持部との接合強度を高めることができる。
本発明の画像表示装置は、本発明の光スキャナーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い画像表示装置が得られる。
本発明のヘッドマウントディスプレイは、本発明の光スキャナーと、
前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高いヘッドマウントディスプレイが得られる。
本発明の第1実施形態に係る画像表示装置の構成図である。 図1に示す画像表示装置が備える光スキャナーの平面図(上面図)である。 図2中のA−A線断面図である。 光スキャナーが有する変位規制部を示す平面図(上面図)である。 光スキャナーが有する変位規制部を示す平面図(下面図)である。 図4中のB−B線断面図である。 図4中のC−C線断面図である。 本発明の第2実施形態に係る光スキャナーを示す平面図(上面図)である。 本発明の第3実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。 本発明の第3実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。 本発明の第4実施形態に係る光スキャナーを示す平面図(上面図)である。 本発明の画像表示装置を適用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。 本発明のヘッドマウントプディスプレイを示す斜視図である。
以下、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイの好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置の構成図である。図2は、図1に示す画像表示装置が備える光スキャナーの平面図(上面図)である。図3は、図2中のA−A線断面図である。図4は、光スキャナーが有する変位規制部を示す平面図(上面図)である。図5は、光スキャナーが有する変位規制部を示す平面図(下面図)である。図6は、図4中のB−B線断面図である。図7は、図4中のC−C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」とも言い、下側を「下」とも言う。
図1に示す画像表示装置1は、スクリーン、壁面などの対象物10に描画用のレーザーLLを二次元的に走査することで画像を表示する装置である。このような画像表示装置1は、描画用のレーザーLLを出射する光源ユニット2と、光源ユニット2から出射されたレーザーLLを二次元走査する光スキャナー3と、を有する。なお、図示の構成では、光スキャナー3で走査したレーザーをミラー11で反射させて対象物10に照射しているが、ミラー11は省略してもよい。
≪光源ユニット≫
光源ユニット2は、図1に示すように、赤色、緑色、青色、各色のレーザー光源21R、21G、21Bを有する光源部と、レーザー光源21R、21G、21Bを駆動する駆動回路22R、22G、22Bと、レーザー光源21R、21G、21Bから出射されたレーザー光を平行光化するコリメータレンズ24R、24G、24Bと、光合成部23と、集光レンズ26と、を有する。
レーザー光源21Rは、赤色光を射出するものであり、レーザー光源21Gは、緑色光を射出するものであり、レーザー光源21Bは、青色光を射出するものである。このような3色の光を用いることで、フルカラーの画像を表示することができる。なお、レーザー光源21R、21G、21Bとしては、特に限定されないが、例えば、レーザーダイオード、LED等を用いることができる。
駆動回路22Rは、レーザー光源21Rを駆動し、駆動回路22Gは、レーザー光源21Gを駆動し、駆動回路22Bは、レーザー光源21Bを駆動する。これら駆動回路22R、22G、22Bは、図示しない制御部によって独立して駆動が制御される。駆動回路22R、22G、22Bにより駆動されたレーザー光源21R、21G、21Bから射出された3つのレーザー光は、それぞれ、コリメータレンズ24R、24G、24Bによって平行光化されて光合成部23に入射する。
光合成部23は、レーザー光源21R、21G、21Bからの光を合成する。光合成部23は、3つのダイクロイックミラー23R、23G、23Bを有する。ダイクロイックミラー23Rは、赤色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー23Gは、赤色光を透過させるとともに緑色光を反射する機能を有し、ダイクロイックミラー23Bは、赤色光および緑色光を透過させると共に青色光を反射する機能を有する。
このようなダイクロイックミラー23R、23G、23Bを用いることで、レーザー光源21R、21G、21Bからの赤色光、緑色光および青色光の3色のレーザー光を合成することができる。また、この際、制御部によってレーザー光源21R、21G、21Bからの光の強度をそれぞれ独立して変調することで、所定の色の描画用のレーザーLL(光)が生成される。生成されたレーザーLLは、集光レンズ26によって所望のNA(開口数)に変更された後、光スキャナー3に導かれる。
以上、光源ユニット2について説明したが、この光源ユニット2の構成としては、レーザーLLを生成することができれば、本実施形態の構成に限定されない。
≪光スキャナー≫
光スキャナー3は、図1に示すように、互いに直交(交差)する第1軸J1および第2軸J2まわりに揺動可能な光反射面313aを有し、この光反射面313aでレーザーLLを反射することで、レーザーLLを二次元走査する。以下、光スキャナー3について詳細に説明する。なお、以下では、静止状態の光反射面313aの法線方向から見た平面視を単に「平面視」とも言う。
光スキャナー3は、図2に示すように、可動部31と、可動部31を第1軸J1まわりに揺動(回動)可能に支持する弾性変形可能な第1軸部321、322と、第1軸部321、322を支持する駆動部(外側揺動部)33と、駆動部33を第2軸J2まわりに揺動(回動)可能に支持する弾性変形可能な第2軸部341、342と、第2軸部341、342を支持する支持部35と、を有する構造体30と、可動部31の過度な変位(駆動に伴う変位以外の変位)を規制する変位規制部36と、可動部31を第1軸J1および第2軸J2まわりに揺動させる駆動部37と、を有する。なお、このような構成では、第1軸部321、322、駆動部33および第2軸部341、342から、特許請求の範囲に記載の「軸部」が構成されている。
可動部31は、図2および図3に示すように、第1軸部321、322に支持された基部311と、基部311に対して上方に離間して配置された保持部312と、保持部312に保持された光反射部313と、基部311と保持部312との間に配置され、基部311と保持部312とを連結する連結部314と、を有する。
保持部312は、基部311および第1軸部321、322に対して板厚方向に離間すると共に、平面視で、第1軸部321、322および第2軸部341、342の全域と重なって設けられている。そして、保持部312の上面には光反射部313が設けられており、この光反射部313の表面がレーザーLLを反射する光反射面313aとなっている。すなわち、レーザーLLは、光反射面313aで反射され、光反射面313aの姿勢に応じた方向へ走査される。なお、光反射部313は、例えば、アルミニウム等の金属膜によって構成することができる。
このように、保持部312を設けて、保持部312に光反射部313を配置することで、次の効果を発揮することができる。すなわち、このような構成によれば、基部311に光反射部313を設ける必要がなくなるため、基部311を小さくでき、その分、第1軸部321、322の間の距離を短くすることができる。そのため、光スキャナー3を小型化することができる。また、保持部312が第1軸部321、322、駆動部33および第2軸部341、342に対して板厚方向にずれているため、第1軸部321、322および第2軸部341、342の捩じれ変形や駆動部33の揺動を阻害することなく、保持部312を大きくすることができ、その分、光反射面313aを大きくすることができる。このように、保持部312を設けることで、光反射面313aを大きくしつつ、光スキャナー3の小型化を図ることができる。
第1軸部321、322は、基部311に対して互いに反対側に配置されている。また、第1軸部321、322は、それぞれ、第1軸J1に沿って延在し、その一端部が基部311に接続され、他端部が駆動部33に接続されている。これら第1軸部321、322は、可動部31を第1軸J1まわりに揺動可能に支持し、可動部31の第1軸J1まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、第1軸部321、322の形状は、可動部31を第1軸J1まわりに揺動可能に支持することができれば、特に限定されない。
駆動部33は、枠状をなし、平面視で、基部311および第1軸部321、322を囲んで配置されている。言い換えると、駆動部33の内側に、基部311および第1軸部321、322が配置されている。また、駆動部33は、第1軸部321、322と接続され、第1軸部321、322を支持している。また、駆動部33の下面にはリブ331が設けられ、リブ331の下面に永久磁石371が固定されている。このようなリブ331は、駆動部33の機械的強度を補強する補強部としての機能と、可動部31と永久磁石371との間に、これらの接触を防止するためのスペースを確保するギャップ材としての機能と、を有する。
第2軸部341、342は、駆動部33に対して互いに反対側に配置されている。また、第2軸部341、342は、それぞれ、第2軸J2に沿って延在し、その一端部が駆動部33に接続され、他端部が支持部35に接続されている。これら第2軸部341、342は、駆動部33を第2軸J2まわりに揺動可能に支持し、駆動部33の第2軸J2まわりの揺動に伴って捩れ変形する。なお、第2軸部341、342の形状は、駆動部33を第2軸J2まわりに揺動可能に支持することができれば、特に限定されない。
支持部35は、枠状をなし、平面視で、駆動部33および第2軸部341、342を囲んで配置されている。言い換えると、支持部35の内側に、駆動部33および第2軸部341、342が配置されている。また、支持部35は、第2軸部341、342と接続され、第2軸部341、342を支持している。また、支持部35は、可動部31や駆動部33よりも厚く形成されている。なお、支持部35の形状は、特に限定されず、例えば、第2軸部341を支持する部分と、第2軸部342を支持する部分とが分離していてもよい。
以上、構造体30について説明した。このような構造体30のうち、基部311、第1軸部321、322、駆動部33、第2軸部341、342および支持部35は、例えば、SOI基板[第1のSi層(デバイス層)と、SiO層(ボックス層)と、第2のSi層(ハンドル層)とがこの順に積層した基板]をエッチングすることで一体的に形成することができる。具体的には、基部311、第1軸部321、322および第2軸部341、342をデバイス層から形成し、駆動部33および支持部35をデバイス層、ボックス層およびハンドル層から形成することで、これらを一体的に形成することができる。また、構造体30のうち、保持部312および連結部314も、例えば、SOI基板をエッチングすることで一体的に形成することができる。具体的には、保持部312をデバイス層から形成し、連結部314をボックス層およびハンドル層から形成することで、これらを一体的に形成することができる。ただし、構造体30の形成方法や材料は、これに限定されない。
駆動部37は、図3に示すように、リブ331の下面に設けられた永久磁石371と、永久磁石371に対向配置され、永久磁石371に作用する磁界を発生させるコイル372と、を有している。また、永久磁石371は、平面視にて、第1軸J1および第2軸J2に対して傾斜して配置された棒状をなし、その一方側がS極、他方側がN極となっている。このような永久磁石371としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等を好適に用いることができる。
このような駆動部37では、可動部31を第1軸J1まわりに揺動させるための第1電圧(例えば15kHz程度の交番電圧)と、駆動部33を第2軸J2まわりに揺動させるための第2電圧(例えば60Hz程度の交番電圧)と、を重畳させた駆動電圧をコイル372に印加するように構成されている。このような駆動電圧をコイル372に印加すると、駆動電圧に応じた磁界がコイル372に発生し、この磁界が永久磁石371に作用することで、可動部31(光反射面313a)が第1軸J1および第2軸J2まわりに揺動する。なお、光スキャナー3は、可動部31を共振駆動で揺動させ、駆動部33を非共振駆動で揺動させることが好ましい。
次に、変位規制部36について詳細に説明する。なお、以下では説明の便宜上、平面視で互いに直交する2軸をX軸およびY軸とし、X軸およびY軸に直交する軸をZ軸とする。また、X軸は第1軸J1に沿っており、Y軸は第2軸J2に沿っており、Z軸は可動部31の厚さ方向に沿っている。
変位規制部36は、例えば、落下等により光スキャナー3に衝撃(XY平面内方向の加速度、Z軸方向の加速度)が加わった際の、支持部35に対する可動部31の過度な変位に伴う第2軸部341、342の過度な変形を抑制する機能を有する。このような変位規制部36を設けることで、第2軸部341、342の破損(損傷、断裂)を抑制することができ、光スキャナー3の機械的強度(耐衝撃性)が高まる。
変位規制部36は、図4ないし図7に示すように、支持部35に固定され、第2軸部341を上下(Z軸方向の両側)から挟み込むように配置された弾性部361、362と、第2軸部342を上下方向から挟み込むように配置された弾性部363、364と、を有する。言い換えると、第2軸部341は弾性部361と弾性部362とによって挟まれ、第2軸部342は弾性部363と弾性部364とによって挟まれている。さらに言い換えると、第2軸部341の断面視で、弾性部361、第2軸部341、弾性部362の順にZ軸方向に配置され、第2軸部342の断面視で、弾性部363、第2軸部342、弾性部364の順にZ軸方向に配置されている。なお、各弾性部361、362、363、364は、各第2軸部341、342のXY面と交差する面を挟み込むように配置されていてもよい。また、これら各弾性部361、362、363、364は、それぞれ、弾性(伸縮性)を有している。
各弾性部361、362、363、364は、それぞれ、X軸方向に延在するシート状(帯状)をなしている。そして、各弾性部361、362、363、364は、両端部(第2軸部341、342を挟んだX軸方向の両側)で支持部35に固定され、中央部で第2軸部341、342に固定されている。すなわち、平面視において、第2軸部341、342の揺動軸である第2軸J2に沿う仮想直線(第1仮想直線)L1を設定したとき、弾性部361、362、363、364は、支持部35の第1仮想直線L1上の領域とは異なる領域に固定されている。なお、第1仮想直線L1は、第2軸J2と重なる直線であることが好ましい。また、第1仮想直線L1上の領域とは、支持部35の第1仮想直線L1が通過する領域を、支持部35の表面に、支持部35の厚さ方向から投影した領域を指す。
より具体的には、平面視において、第2軸部341と交わり、第2軸部341の揺動軸である第2軸J2に直交する(すなわち、X軸方向に沿う)仮想直線(第2仮想直線)L21を設定したとき、弾性部361、362は、支持部35の仮想直線L21上の領域に固定されており、第2軸部342と交わり、第2軸部342の揺動軸である第2軸J2に直交する仮想直線(第2仮想直線)L22を設定したとき、弾性部363、364は、支持部35の仮想直線L22上の領域に固定されている。なお、仮想直線L21は、第2軸J2を含むXY平面内で定義されることが好ましい。また、各仮想直線L21、L22上の領域とは、支持部35の仮想直線L21、L22が通過する領域を、支持部35の表面に、支持部35の厚さ方向から投影した領域を指す。
このような変位規制部36によれば、光スキャナー3にX軸方向の加速度(衝撃)が加わっても、弾性部361、362、363、364によって第2軸部341、342のX軸方向への変位が規制される。具体的に説明すると、+X軸方向の加速度GX1が加わった場合には、弾性部361、362、363、364の第2軸部341、342よりも+X軸側の部分361a、362a、363a、364aが支えとなって、第2軸部341、342の−X軸側への変位が規制され、反対に、−X軸方向の加速度GX2が加わった場合には、弾性部361、362、363、364の第2軸部341、342よりも−X軸側の部分361b、362b、363b、364bが支えとなって、第2軸部341、342の+X軸側への変位が規制される。
また、Z軸方向の加速度が加わっても、弾性部361、362、363、364によって第2軸部341、342のZ軸方向への変位が規制される。具体的に説明すると、+Z軸方向の加速度GZ1が加わった場合には、弾性部361、363が壁となって、第2軸部341、342の−X軸側への変位を規制し、反対に、−Z軸方向の加速度GZ2が加わった場合には、弾性部362、364が壁となって、第2軸部341、342の+Z軸側への変位を規制する。
以上のように、変位規制部36を設けることで、第2軸部341、342の過度な変位に起因する破損が抑制されるため、機械的強度(耐衝撃性)の高い光スキャナー3となる。よって、このような光スキャナー3を有する画像表示装置1は、高い信頼性を発揮することができる。また、弾性部361、362、363、364を第2軸部341、342と接触させて配置するため、従来のような非接触で配置する場合と比較して、弾性部361、362、363、364の配置が容易となる。
特に、各弾性部361、362、363、364が弾性を有しているため、上述したような加速度GX1、GX2、GZ1、GZ2が加わった際に、弾性部361、362、363、364が僅かに伸縮(弾性変形)し、第2軸部341、342の変位を僅かに許容する。そのため、加速度GX1、GX2、GZ1、GZ2が加わった際の応力を第2軸部341、342から適度に逃がすことができ、第2軸部341、342へのストレスの蓄積(疲労)を抑制することができる。
ここで、弾性部361、362、363、364は、第2軸部341、342と比較して十分に弾性率(ヤング率)の小さい材料で構成されている。これにより、弾性部361、362、363、364が、第2軸部341、342の捩り変形(駆動時の変形)に影響を及ぼすことが実質的に無くなり、光スキャナー3の駆動特性の低下を抑制することができる。
なお、弾性部361、362、363、364の弾性率としては、上述した変位規制部36としての機能を発揮することができる限り低い方が好ましい。具体的には、例えば、弾性部361、362、363、364のヤング率は、第2軸部341、342のヤング率の1/1000以下であることが好ましく、1/10000以下であることがより好ましく、1/100000以下であることがさらに好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となる。
このような弾性部361、362、363、364は、弾性を有していれば特に限定されず、例えば、各種樹脂材料を用いることができるが、この中でも特に、PDMS(ジメチルポリシロキサン)等のシリコーンエラストマーを用いることが好ましい。これにより、第2軸部341、342に対して十分に柔らかい弾性部361、362、363、364となる。なお、各種樹脂材料(特にシリコンエラストマー)には種々の軟化剤や硬化剤等が含まれていても良く、光スキャナー3の駆動特性に合わせて樹脂材料と軟化剤や硬化剤とを組み合わせる事ができる。したがって、各種樹脂材料の割合が軟化剤や硬化剤の割合よりも少なくなったとしても、各種樹脂材料の弾性を有しているという特性が発現できている状態であれば弾性部361、362、363、364として用いる事ができる。ちなみに、第2軸部341、342の材料であるSiのヤング率は、180GPa程度であり、PDMSのヤング率は、1.5MPa程度である。
さらに、弾性部361、362、363、364としてシリコーンエラストマーを用いることで、シリコン(Si)で構成された第2軸部341、342および支持部35に活性化接合(直接接合)で接合することができる。そのため、これらの接合強度をより高めることができる。なお、活性化接合とは、プラズマ照射によってシリコン(第2軸部341、342および支持部35)の表面を活性化させ、この状態で弾性部361、362、363、364を貼り合せることで、これらを(−Si−O−Si−)の共有結合で結合することを言う。なお、このような活性化接合を用いることができない場合には、接着剤等を用いて固定してもよいし、弾性部361、362、363、364が粘着性、吸着性を有する場合には、この粘着性、吸着性を用いて固定してもよい。なお、固定とは、共有結合で結合している状態や、接着剤で接着されている状態、弾性部361、362、363、364が粘着性、吸着性で粘着もしくは吸着している状態をいう。
また、弾性部361、362、363、364(特に、上面側(レーザーLLが入射してくる側)に位置する弾性部361、363)は、例えば、黒色等に着色され、第2軸部341、342および支持部35よりもレーザーLLの吸収率が高い(すなわち、レーザーLLを反射し難い)ことが好ましい。このような弾性部361、362、363、364によって、構造体30の少なくとも一部を覆うことで、迷光の発生を抑制することができる。ここで、前記「吸収率が高い」とは、レーザーLLに含まれる赤色光、緑色光および青色光のうちの少なくとも1つの光の吸収率が高いことを意味する。
なお、弾性部361、362、363、364の色としては、第2軸部341、342および支持部35よりもレーザーLLの吸収率が高ければ、黒に限定されない。また、例えば、弾性部361、362、363、364の主材料である樹脂中に、着色用の顔料、染料等の微粒子を分散することで、光の吸収率が高い弾性部361、362、363、364を比較的容易に得ることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図8は、本発明の第2実施形態に係る光スキャナーを示す平面図(上面図)である。
以下、第2実施形態の画像表示装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第2実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成(特に変位規制部)が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図8に示す光スキャナー3では、弾性部361、363が、前述した第1実施形態よりも大きく形成されており、平面視で、支持部35の広範囲を覆うように設けられている。また、弾性部361、362は、平面視で、保持部312の外周から外側へ突出しており、保持部312の周囲の少なくとも一部を囲むように配置されている。弾性部361、363をこのように配置することで、支持部35でのレーザーLLの反射を効果的に抑制でき、迷光の発生をより効果的に抑制することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図9および図10は、それぞれ、本発明の第3実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。
以下、第3実施形態の画像表示装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第3実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成(特に変位規制部)が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図9および図10に示す光スキャナー3では、変位規制部36が有する各弾性部361、362、363、364が自然状態(支持部35に固定される前(固定されていない)の状態)よりもX軸方向に伸長した状態で支持部35に固定されている。このように、弾性部361、262、363、364を伸長した状態で支持部35に固定することで、弾性部361、362、363、364の撓みを抑制することができる。そのため、弾性部361、262、363、364が第2軸部341、342の変位(捩り変形以外の変形)をより効果的に規制することができる。なお、弾性部361、362、363、364の伸長の度合いとしては特に限定されないが、例えば、自然状態での長さをL1とし、支持部35に固定された状態での長さをL2としたとき、1.1L1≦L2≦2.0L1の範囲を満足することが好ましい。このような数値を満足することで、上述した効果が顕著となる。また、伸長方向としては、X軸方向以外にも、各弾性部361、362、363、364が支持部35の2箇所で固定されている状態において、当該2箇所を結んだ方向に伸長されていても良い。さらに、各弾性部361、362、363、364が支持部35と各第2軸部341、342のいずれかと固定されている場合、支持部35で固定されている部分と各第2軸部341、342のいずれかと固定されている部分とを結んだ方向に伸長されていても良い。なお、上記伸長方向については、以降で述べる実施形態についても適用することができる。
また、弾性部361の両端部には下側(支持部35側)へ突出する凸部361gが設けられており、この凸部361gが支持部35に形成された凹部351に係合する(引っ掛かる)ことで、弾性部361が支持部35に固定されている。弾性部362、363、364についても同様の構成となっている。このように、弾性部361、362、363、364を支持部35に物理的に引っ掛けることで、伸長状態の弾性部361、362、363、364をより確実に支持部35に固定することができる。なお、弾性部361、362、363、364の支持部35への固定には接着剤等を併用してもよい。
また、弾性部361の下面(支持部35側の面)には凹部361dが設けられ、弾性部362の上面(支持部35側の面)には凹部362dが設けられ、これら凹部361d、362dに第2軸部341が位置している。同様に、弾性部363の下面には凹部363dが設けられ、弾性部364の上面には凹部364dが設けられ、これら凹部363d、364dに第2軸部342が位置している。なお、各第2軸部341、432が、各凹部361d、362d、363d、364dに位置する状態とは、各凹部361d、362d、363d、364dで各第2軸部341、432が接触していても良いし、各凹部361d、362d、363d、364dの壁面と隙間を開けて各第2軸部341、432が配置されていても良い。また、第2軸部341であれば、少なくとも各凹部361d、362dのいずれかの凹部に位置していればよく、第2軸部342であれば、少なくとも各凹部363d、364dのいずれかの凹部に位置していればよい。
このような構成によっても、前述した第1実施形態と同様に、X軸方向およびZ軸方向ヘの第2軸部341、342の過度な変形を抑制することができ、機械的強度(耐衝撃性)の高い光スキャナー3となる。
特に、本実施形態では、弾性部361、362は、第2軸部341と固定されておらず、接触しているだけであり、同様に、弾性部363、364は、第2軸部342と固定されておらず、接触しているだけである。そのため、第2軸部341は、弾性部361、362に対してY軸方向に摺動可能となっており、第2軸部342が弾性部363、364に対してY軸方向に摺動可能となっている。その結果、弾性部361、362、363、364が、第2軸部341、242の捩じれ変形に影響をより及ぼし難くなり、優れた振動特性を有する光スキャナー3となる。なお、接触とは、固定されている状態と異なり、例えば、弾性部361、362と第2軸部341とが摺動可能に接している状態や、弾性部361、362と第2軸部341とが着脱可能に配置されている状態を指す。
また、凹部361d、362dは、第2軸部341をアライメントする機能を有し、同様に、凹部363d、364dは、第2軸部342をアライメントする機能を有している。具体的には、前述したように、弾性部361、262は、伸長した状態で支持部35に固定されているため、凹部361d、362dの位置は、弾性部361、362の伸長が釣り合ったところに維持される。したがって、第2軸部341が正しい位置となるように、凹部361d、362dの位置を予め設計しておけば、凹部361d、362dによって第2軸部341が正しい位置にアライメントされる。凹部363d、364dについてもこれと同様である。
このような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図11は、本発明の第4実施形態に係る光スキャナーを示す平面図(上面図)である。
以下、第4実施形態の画像表示装置について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第4実施形態の画像表示装置は、光スキャナーの構成(特に変位規制部)が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図11に示す光スキャナー3の変位規制部36は、第2軸部341の変位を規制する弾性部365、366と、第2軸部342の変位を規制する弾性部367、368と、を有している。弾性部365は、第2軸部341の一方の側面と支持部35の側面(内周面)とに固定され、弾性部366は、第2軸部341の他方の側面と支持部35の側面(内周面)とに固定され、これら弾性部365、366で第2軸部341をX軸方向から挟み込んでいる。弾性部367は、第2軸部342の一方の側面と支持部35の側面(内周面)とに固定され、弾性部368は、第2軸部342の他方の側面と支持部35の側面(内周面)とに固定され、これら弾性部367、368で第2軸部342をX軸方向から挟み込んでいる。
なお、弾性部365、366、367、368は、それぞれ、ゲル状をなしていることが好ましい。これにより、弾性部365、366、367、368が有する粘性を利用して、これらを第2軸部341、342や支持部35に簡単に固定することができる。また、例えば、ディスペンサー等を用いて、弾性部365、366、367、368を比較的簡単に配置することができる。
このような第4実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係るヘッドアップディスプレイについて説明する。
図12は、本発明の画像表示装置を適用したヘッドアップディスプレイを示す斜視図である。
図12に示すように、ヘッドアップディスプレイシステム200では、画像表示装置1は、自動車のダッシュボードに、ヘッドアップディスプレイ210を構成するよう搭載されている。このヘッドアップディスプレイ210により、フロントガラス220に、例えば、目的地までの案内表示、時刻、方位、速度、外気温、天候等の所定の画像を表示することができる。なお、ヘッドアップディスプレイシステム200は、自動車に限らず、例えば、航空機、船舶等にも適用することができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係るヘッドマウントディスプレイについて説明する。
図13は、本発明のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
図13に示すように、ヘッドマウントディスプレイ300は、観察者の頭部に装着されるフレーム310と、フレーム310に搭載された画像表示装置1とを有している。そして、画像表示装置1により、フレーム310の本来レンズである部位に設けられた表示部(光反射層)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(景色)に画像表示装置1からの情報を重ねて使用することができる。また、表示部320は、入射した光の少なくとも一部を反射すればよく、例えば、ホログラム素子、ハーフミラーなどを用いることができる。
以上、本発明の光スキャナー、画像表示装置およびヘッドマウントディスプレイを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、光スキャナーとしてレーザーを2次元(第1軸J1および第2軸J2まわり)に走査可能な構成について説明したが、光スキャナーの構成としては、これに限定されない。例えば、光スキャナーは、レーザーを1次元に走査可能な構成となっていてもよい。具体的には、例えば、第1実施形態の構成から、第1軸部321、322および駆動部33を省略し、第2軸部341、342が可動部31と支持部35とを連結する構成としてもよい。この場合は、光スキャナーを2つ用意し、一方の光スキャナーによってレーザーを水平方向(第1方向)に走査し、他方の光スキャナーによってレーザーを垂直方向(第1方向と交差する第2方向)に走査することで、レーザーを2次元に走査することができる。また、前述した実施形態では、保持部に光反射部が設けられた構成について説明したが、保持部および連結部を省略して、基部に光反射部を設けてもよい。
1…画像表示装置、10…対象物、11…ミラー、2…光源ユニット、21B、21G、21R…レーザー光源、22B、22G、22R…駆動回路、23…光合成部、23B、23G、23R…ダイクロイックミラー、24B、24G、24R…コリメータレンズ、26…集光レンズ、3…光スキャナー、30…構造体、31…可動部、311…基部、312…保持部、313…光反射部、313a…光反射面、314…連結部、321、322…第1軸部、33…駆動部、331…リブ、341、342…第2軸部、35…支持部、351…凹部、36…変位規制部、361、362、363、364…弾性部、361a、362a、363a、364a…部分、361b、362b、363b、364b…部分、361d、362d、363d、364d…凹部、361g…凸部、365、366、367、368…弾性部、37…駆動部、371…永久磁石、372…コイル、200…ヘッドアップディスプレイシステム、210…ヘッドアップディスプレイ、220…フロントガラス、300…ヘッドマウントディスプレイ、310…フレーム、320…表示部、GX1、GX2、GZ1、GZ2…加速度、J1…第1軸、J2…第2軸、L1…第1仮想直線、L21…仮想直線、L22…仮想直線、LL…レーザー

Claims (12)

  1. 可動部と、
    前記可動部を揺動軸まわりに揺動可能に支持する軸部と、
    前記軸部を支持する支持部と、
    前記軸部よりも弾性率が低い弾性部と、を有し、
    前記可動部の平面視において、前記軸部と前記支持部との接続部と交わり、前記揺動軸に沿う直線を第1仮想直線としたとき、前記弾性部は、前記支持部の前記第1仮想直線上の領域とは異なる領域に固定されていると共に、前記軸部と接触していることを特徴とする光スキャナー。
  2. 前記可動部の平面視で、前記軸部と交わり、前記揺動軸に直交する直線を第2仮想直線としたとき、前記弾性部は、前記支持部の前記第2仮想直線上の領域に固定されている請求項1に記載の光スキャナー。
  3. 前記支持部は、前記可動部の平面視で、前記可動部と前記軸部とを囲んで設けられ、
    前記第2仮想直線は前記支持部と2箇所で交差し、
    前記弾性部は、前記第2仮想直線と前記支持部とが重なる2箇所の領域で固定されている請求項2に記載の光スキャナー。
  4. 前記弾性部は、前記支持部に固定される前の状態と比較して、伸張した状態で前記支持部に固定されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  5. 前記弾性部は、凹部を有し、前記凹部に前記軸部が位置している請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  6. 前記弾性部は、前記軸部に固定されている請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  7. 前記軸部の断面視で、前記軸部は、前記弾性部に挟まれている請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  8. 前記弾性部は、前記軸部および前記支持部よりも光の吸収率が高い請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  9. 前記弾性部は、シリコーンエラストマーが含まれている請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  10. 前記弾性部は、活性化接合によって前記支持部に固定されている請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光スキャナー。
  11. 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光スキャナーを有することを特徴とする画像表示装置。
  12. 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光スキャナーと、
    前記光スキャナーを搭載し、観察者の頭部に装着されるフレームと、を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
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