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技術 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

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 日野真希子溝口安志
出願日 2016年9月29日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-191963
公開日 2018年4月5日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2018-054938
状態 特許登録済
技術分野 テレビジョン受像機の構造の細部 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御 電気信号の光信号への変換 機械的光制御・光スイッチ 計器板 機械的光走査系
主要キーワード ボックス層 空間形成部材 オーディオポート 捩り共振 捩り変形 ヘッドアップディスプレイシステム サマリウムコバルト磁石 長手形状
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年4月5日)のものです。
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図面 (12)

課題

光走査特性を優れたものとしつつ、消費電力を低減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。

解決手段

可動部と、枠体部と、前記可動部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、支持部と、前記枠体部と前記支持部とを接続し、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、を備え、前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第2揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離L1とし、前記第1揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をL3としたとき、1<L1/L3<5なる関係を満たすことを特徴とする光スキャナー。

概要

背景

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、2参照)。

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。

また、特許文献2に記載の光スキャナーは、板状のミラーと、このミラーの周囲に配置されている枠状のフレームと、ミラーとフレームとを連結している1対の梁部と、を有する。特許文献2では、このような光スキャナーを2つ用いることで、光を2次元的に走査しており、一方の光スキャナーを共振により駆動し、他方の光スキャナーを非共振で駆動している。ここで、非共振で駆動する光スキャナーでは、ミラーをホルダカバーにより気密状態に保持している。これにより、ミラーの空気抵抗を大きくし、精度良い低周波非共振駆動を行うことができる。

概要

光走査特性を優れたものとしつつ、消費電力を低減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。可動部と、枠体部と、前記可動部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、支持部と、前記枠体部と前記支持部とを接続し、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、を備え、前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第2揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離L1とし、前記第1揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をL3としたとき、1<L1/L3<5なる関係を満たすことを特徴とする光スキャナー。

目的

本発明の目的は、光走査特性を優れたものとしつつ、消費電力を低減することができる光スキャナーを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

光を反射する光反射部を有する可動部と、枠体部と、前記可動部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、支持部と、前記枠体部と前記支持部とを接続し、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、を備え、前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第2揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離をL1とし、前記第1揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をL3としたとき、1<L1/L3<5なる関係を満たすことを特徴とする光スキャナー

請求項2

前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記第2軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第2軸部の側面との間の距離をL2としたとき、L1>L2なる関係を満たす請求項1に記載の光スキャナー。

請求項3

前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記枠体部の外周縁に沿って延びている部分を有する請求項2に記載の光スキャナー。

請求項4

2<L1/L3なる関係を満たす請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光スキャナー。

請求項5

前記平面視で、前記枠体部の内周縁は、前記第1軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第1軸部の側面との間の距離をL4としたとき、L1>L4なる関係を満たす請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光スキャナー。

請求項6

前記枠体部に対して離間し、前記平面視で前記枠体部に重なって配置され、前記枠体部との間に空間を形成している空間形成部材を備える請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光スキャナー。

請求項7

前記空間形成部材は、前記平面視で前記可動部の少なくとも一部に重ならない請求項6に記載の光スキャナー。

請求項8

前記可動部が前記第1揺動軸まわりに共振で揺動し、前記枠体部が前記第2揺動軸まわりに非共振で揺動する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光スキャナー。

請求項9

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を備えることを特徴とする画像表示装置

請求項10

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

請求項11

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を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ

技術分野

背景技術

0002

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、2参照)。

0003

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。

0004

また、特許文献2に記載の光スキャナーは、板状のミラーと、このミラーの周囲に配置されている枠状のフレームと、ミラーとフレームとを連結している1対の梁部と、を有する。特許文献2では、このような光スキャナーを2つ用いることで、光を2次元的に走査しており、一方の光スキャナーを共振により駆動し、他方の光スキャナーを非共振で駆動している。ここで、非共振で駆動する光スキャナーでは、ミラーをホルダカバーにより気密状態に保持している。これにより、ミラーの空気抵抗を大きくし、精度良い低周波非共振駆動を行うことができる。

先行技術

0005

特開2008−216920号公報
特開2012−145753号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、前述した特許文献2に記載の技術は、仮に前述した特許文献1に記載の光スキャナーに適用した場合、非共振駆動させる駆動部材の空気抵抗を大きくするだけでなく、共振駆動させる可動板の空気抵抗も大きくなってしまい、消費電力の増大を招くという問題がある。

0007

本発明の目的は、光走査特性を優れたものとしつつ、消費電力を低減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。

課題を解決するための手段

0008

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を有する可動部と、
枠体部と、
前記可動部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、
支持部と、
前記枠体部と前記支持部とを接続し、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、を備え、
前記可動部を厚さ方向から見た平面視で、前記第2揺動軸に沿った方向における前記可動部の端部と前記枠体部との間の距離をL1とし、前記第1揺動軸に沿った方向における前記枠体部の端部と前記支持部との間の距離をL3としたとき、
1<L1/L3<5なる関係を満たすことを特徴とする。

0009

このような光スキャナーによれば、1<L1/L3なる関係を満たすことで、可動部が第1揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくするとともに、枠体部が第2揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。そのため、可動部の第1揺動軸まわりの揺動(振動)のQ値を大きくするとともに、枠体部の第2揺動軸まわりの揺動(振動)のQ値を小さくすることができる。そして、可動部の振動のQ値を大きくすることで、消費電力を低減することができる。また、枠体部の振動のQ値を小さくすることで、枠体部を非共振で揺動させる際、枠体部の共振による不本意な振動を低減することができ、その結果、光走査特性を向上させることができる。しかも、L1/L3<5なる関係を満たすことで、枠体部の大型化を防止することができ、それにより、光スキャナーの消費電力を効果的に低減することができる。

0010

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記第2軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第2軸部の側面との間の距離をL2としたとき、
L1>L2なる関係を満たすことが好ましい。

0011

平面視で支持部の内周縁が第2軸部の側面に沿って延びている部分を有することで、第2軸部の外形エッチングにより高精度に形成することができる。また、L1>L2なる関係を満たすことで、距離L2と距離L3とを等しくすることができ、それにより、枠体部の外形を第2軸部の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。

0012

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記支持部の内周縁は、前記枠体部の外周縁に沿って延びている部分を有することが好ましい。
これにより、枠体部の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。

0013

本発明の光スキャナーでは、2<L1/L3なる関係を満たすことが好ましい。
これにより、光走査特性をより優れたものとしたり、光スキャナーの消費電力をより低減したりすることができる。

0014

本発明の光スキャナーでは、前記平面視で、前記枠体部の内周縁は、前記第1軸部の側面に沿って延びている部分を有し、当該部分と前記第1軸部の側面との間の距離をL4としたとき、
L1>L4なる関係を満たすことが好ましい。

0015

平面視で枠体部の内周縁が第1軸部の側面に沿って延びている部分を有することで、第1軸部の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、L1>L4なる関係を満たすことで、距離L3と距離L4とを等しくすることができ、それにより、枠体部の外形を第1軸部の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。

0016

本発明の光スキャナーでは、前記枠体部に対して離間し、前記平面視で前記枠体部に重なって配置され、前記枠体部との間に空間を形成している空間形成部材を備えることが好ましい。

0017

これにより、枠体部が第2揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。その結果、光走査特性をより向上させることができる。

0018

本発明の光スキャナーでは、前記空間形成部材は、前記平面視で前記可動部の少なくとも一部に重ならないことが好ましい。

0019

これにより、光反射部への光の入射および光反射部からの光の出射を可能とするとともに、可動部が第1揺動軸まわりに揺動するときに受ける空気抵抗を低減することができる。

0020

本発明の光スキャナーでは、前記可動部が前記第1揺動軸まわりに共振で揺動し、
前記枠体部が前記第2揺動軸まわりに非共振で揺動することが好ましい。

0021

これにより、枠体部に駆動力を与えて、可動部および枠体部を第2揺動軸まわりに非共振で揺動させるとともに、可動部を第1揺動軸まわりに共振で効率的に揺動させることができる。このように、可動部を共振で揺動させるとともに枠体部を非共振で揺動させる場合、枠体部の振動のQ値が高いと、枠体部の共振による不本意な振動が生じ、光走査特性に悪影響をもたらす。したがって、このような場合に、枠体部のQ値を低減することは、優れた光走査特性を実現する上で特に有効である。

0022

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、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、画像表示装置の消費電力を低減することができる。

0023

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。

0024

このようなヘッドマウントディスプレイによれば、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、ヘッドマウントディスプレイの消費電力を低減することができる。

0025

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。

0026

このようなヘッドアップディスプレイによれば、画質を優れたものとしつつ、光スキャナーの消費電力を低減し、ひいては、ヘッドアップディスプレイの消費電力を低減することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の第1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における可動部の第1揺動軸まわりの偏角と消費電力との関係を示すグラフである。
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平面図である。
図5中のA−A線断面図である。
本発明の第4実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。
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。

実施例

0028

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。

0029

(光スキャナー)
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1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。図3は、図1に示す光スキャナーにおける可動部の第1揺動軸まわりの偏角と消費電力との関係を示すグラフである。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。

0030

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。

0031

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。構造体10の平面視での形状は、軸線Xに対して線対称であるとともに軸線Yに対して線対称である。よって、後述する距離L2および距離L3は、軸線Xに対して対称な位置でそれぞれ等しく、後述する距離L1および距離L4は、軸線Yに対して対称な位置でそれぞれ等しい。

0032

このような構造体10において、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を軸線Y(第1揺動軸)まわりに捩れ形する「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を軸線X(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を軸線Xおよび軸線Y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。

0033

図2に示すように、可動部2(可動板)は、板状をなし、その上面(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、可動部2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、可動部2は、可動部2または枠体部4の厚さ方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という)で、円形をなしている。なお、可動部2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。

0034

このような可動部2は、図1に示すように、平面視で、その全体(一部でもよい)が枠状の枠体部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まわり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。

0035

枠体部4は、平面視で、可動部2との間の隙間が枠体部4と支持部6との間の隙間よりも大きくなるような形状をなしている。これにより、可動部2が軸線Yまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくし、光スキャナー1の消費電力を低減することができる。また、枠体部4が軸線Xまわりに回動するときに受ける空気抵抗を大きくし、光スキャナー1の光走査特性を向上させることができる。なお、この点については、後に詳述する。

0036

また、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1軸部3および第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。

0037

第1軸部3は、可動部2の軸線Yに沿った方向での両端部から軸線Yに沿った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、枠体部4に対する可動部2の軸線Y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の軸線Xに沿った方向での両端部から軸線X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、支持部6に対する枠体部4の軸線X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。

0038

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からなる構造体全体(一部でもよい)を囲むように設けられている。本実施形態では、支持部6は、平面視で、枠体部4および第2軸部5の外形に沿った形状をなしている。特に、支持部6は、平面視で枠体部4および第2軸部5との間の隙間が一定となるような形状をなしている。これにより、枠体部4および第2軸部5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、支持部6の平面視形状は、図示の形状に限定されず、例えば、平面視で枠体部4および第2軸部5との間の隙間が異なる部分を有していてもよい。

0039

また、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。

0040

以上説明したような可動部2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、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。このような可動部2、第1軸部3と、枠体部4、第2軸部5および支持部6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可動部2、第1軸部3と、枠体部4、第2軸部5および支持部6を比較的簡単に形成することができる。

0041

ここで、可動部2、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、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、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、前述した可動部2、第1軸部3と、枠体部4、第2軸部5および支持部6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、可動部2、第1軸部3と、枠体部4、第2軸部5および支持部6を形成してもよい。

0042

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。

0043

永久磁石20は、平面視にて、軸線Xおよび軸線Y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、軸線Xおよび軸線Y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。

0044

また、平面視にて軸線X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い。このように永久磁石20を設けることで、円滑かつ確実に可動部2を軸線Xおよび軸線Yまわりに回動させることができる。

0045

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から軸線Xおよび軸線Yに直交する方向の磁界が発生する。

0046

電圧印加部40は、図示しないが、可動部2を軸線Y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を軸線X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。

0047

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。このとき、可動部2は、軸線Yまわり共振で揺動し、一方、枠体部4は、軸線Xまわりに非共振で揺動する。なお、ここで、「共振」とは、共振周波数に完全に一致する周波数で揺動(振動)する場合だけでなく、共振周波数から若干ずれた周波数で揺動(振動)する場合も含む。

0048

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における空気抵抗について詳述する。

0049

前述した光スキャナー1は、光を反射する光反射部211を有する可動部2と、可動部2を厚さ方向から見た平面視で可動部2の少なくとも一部を囲んで設けられている枠体部4と、可動部2と枠体部4とを接続し、可動部2を「第1揺動軸」である軸線Yまわりに揺動可能に支持している第1軸部3と、平面視で枠体部4の少なくとも一部を囲んで設けられている支持部6と、枠体部4と支持部6とを接続し、枠体部4を軸線Yと交差(図示では直交)する「第2揺動軸」である軸線Xまわりに揺動可能に支持している第2軸部5と、を備える。

0050

ここで、前述したように、電圧印加部40がコイル30に駆動信号を入力することで、永久磁石20およびコイル30からの磁界の相互作用により、可動部2は、軸線Yまわりに共振で揺動し、一方、枠体部4は、軸線Xまわりに非共振で揺動する。これにより、枠体部4に駆動力を与えて、可動部2および枠体部4を軸線Xまわりに非共振で揺動させるとともに、可動部2を軸線Yまわりに共振で効率的に揺動させることができる。このように、可動部2を共振で揺動させるとともに枠体部4を非共振で揺動させる場合、枠体部4の振動のQ値が高いと、枠体部4の共振による不本意な振動が生じ、光走査特性に悪影響をもたらす。これは、例えば、前述した駆動信号に含まれている様々な周波数成分のうちのいずれかが枠体部4の共振周波数に一致することによるものと考えられる。また、枠体部4に永久磁石20が取り付けられているため、慣性モーメントが大きくなり、Q値が大きくなりやすい。したがって、このような場合に、枠体部4のQ値を低減することは、優れた光走査特性を実現する上で特に有効である。

0051

そこで、前述したように、枠体部4は、平面視で、可動部2との間の隙間が枠体部4と支持部6との間の隙間よりも大きくなるような形状をなしている。すなわち、平面視で、軸線Xに沿った方向における可動部2の端部と枠体部4との間の距離をL1とし、軸線Yに沿った方向における枠体部4の端部と支持部6との間の距離をL3としたとき、1<L1/L3なる関係を満たす。これにより、可動部2と枠体部4との間で空気を逃げやすくし、可動部2が軸線Yまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を小さくするとともに、枠体部4と支持部6との間で空気を逃げ難くし、枠体部4が軸線Xまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。そのため、可動部2の軸線Yまわりの揺動(振動)のQ値を大きくするとともに、枠体部4の軸線Xまわりの揺動(振動)のQ値を小さくすることができる。そして、可動部2の振動のQ値を大きくすることで、消費電力を低減することができる。また、枠体部4の振動のQ値を小さくすることで、枠体部4を非共振で揺動させる際、枠体部4の共振による不本意な振動を低減することができ、その結果、光走査特性を向上させることができる。

0052

図3に示すように、L1/L3が大きくなるほど、光スキャナー1の消費電力が小さくなる傾向を示す。この傾向は、可動部2の軸線Yまわりの偏角(揺動角)が大きくなるほど、顕著となる。しかし、L1/L3が5以上となると、光スキャナー1の消費電力を小さくする効果はそれ以上大きくならず、そればかりか、枠体部4の寸法(特に軸線Xに沿った方向での長さ)を大きくする必要がある。枠体部4の寸法が大きくなると、光スキャナー1全体の大型化を招くだけでなく、枠体部4を軸線Xまわりに揺動させるのに必要な駆動力が大きくなり、それに伴って、光スキャナー1の消費電力も増大してしまう。

0053

そこで、光スキャナー1は、L1/L3<5なる関係を満たす。これにより、枠体部4の大型化を防止することができ、それにより、光スキャナー1の消費電力を効果的に低減することができる。

0054

このように、1<L1/L3<5なる関係を満たすことで、光スキャナー1の光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー1の消費電力を低減することができる。

0055

ここで、L1およびL3は、1<L1/L3<5なる関係を満たせばよいが、2<L1/L3なる関係を満たすことが好ましい。これにより、光走査特性をより優れたものとしたり、光スキャナー1の消費電力をより低減したりすることができる。

0056

本実施形態では、平面視で、枠体部4の内周縁43は、枠体部4の外周縁44に沿った形状(図示では、矩形の各角部を丸めた形状)をなしている。これにより、平面視で可動部2、第1軸部3および枠体部4で囲まれる空間の面積を大きくすることができる。そのため、可動部2が軸線Yまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を十分に小さくすることができる。また、平面視で枠体部4の内周縁43が枠体部4の外周縁44に沿った形状をなしていると、エッチングを用いた枠体部4の形成が容易となるという利点もある。なお、平面視での枠体部4の内周縁43および外周縁44の形状は、それぞれ、図示の形状に限定されず、例えば、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等であってもよい。また、平面視での枠体部4の内周縁43の形状は、可動部2の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

0057

距離L1は、図示では、第1軸部3(各第1軸部3a、3b)の長さよりも長くなっているが、第1軸部3の長さに対して、0.3倍以上1.5倍以下であることが好ましく、0.4倍以上1.2倍以下であることがより好ましい。これにより、第1軸部3の設計が容易となるとともに、枠体部4の大型化を防止することができる。なお、平面視での可動部2と枠体部4との間の距離は、図示では可動部2または枠体部4の周方向での位置によって異なるが、周方向での位置によらず一定となる部分を有していてもよい。

0058

また、前述したように、支持部6は、平面視で枠体部4および第2軸部5との間の隙間が一定となるような形状をなしている。すなわち、平面視で、枠体部4の外周縁44は、支持部6の内周縁63および第2軸部5の側面に沿った形状をなしている。これにより、枠体部4および第2軸部5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。また、平面視での枠体部4と支持部6との間の隙間を一定とすることで、枠体部4が軸線Xまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を容易に大きくすることができる。

0059

このように、平面視で、支持部6の内周縁63は、第2軸部5の側面に沿って延びている部分632を有する。これにより、第2軸部5の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、当該部分632と第2軸部5の側面との間の距離をL2としたとき、L1>L2なる関係を満たす。これにより、距離L2と距離L3とを等しくすることができ、それにより、枠体部4の外形を第2軸部5の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。すなわち、枠体部4の外形を第2軸部5の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離L2と距離L3とが互いに等しいことが好ましい。

0060

ここで、平面視で、支持部6の内周縁63は、枠体部4の外周縁44に沿って延びている部分631を有する。これにより、枠体部4の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。なお、平面視での支持部6の内周縁63の形状は、図示の形状に限定されず、例えば、枠体部4の外周縁44の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

0061

<第2実施形態>
図4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である。

0062

以下、本実施形態について、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。

0063

本実施形態の光スキャナーは、平面視での枠体部の内周縁の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、図4において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

0064

図4に示す光スキャナー1Aは、前述した第1実施形態の構造体10に代えて、構造体10Aを備える。この構造体10Aは、前述した構造体10が有する枠体部4に代えて、枠体部4Aを有する。

0065

枠体部4Aの内周縁43Aは、平面視で、可動部2に対して軸線Xに沿った方向での両側に位置している部分431と、第1軸部3に対して軸線X方向での両側に位置している部分432と、を有する。部分431は、可動部2に対して離れる方向に拡がっており、これにより、距離L1が距離L3よりも大きくなっている。また、部分432は、第1軸部3の側面に沿って延びており、これにより、第1軸部3と枠体部4との間に形成されている隙間が小さくなっている。なお、平面視での枠体部4Aの内周縁43Aの形状は、図示の形状に限定されず、例えば、四角形、六角形等の多角形等であってもよい。また、平面視での枠体部4Aの内周縁43Aの形状は、可動部2の平面視形状に応じて適宜決めることができる。

0066

このように、平面視で、枠体部4Aの内周縁43Aは、第1軸部3の側面に沿って延びている部分432を有する。これにより、第1軸部3の外形をエッチングにより高精度に形成することができる。また、当該部分432と第1軸部3の側面との間の距離をL4としたとき、L1>L4なる関係を満たす。これにより、距離L3と距離L4とを等しくすることができ、それにより、枠体部4Aの外形を第1軸部3の外形とともにエッチングにより容易に形成することができる。すなわち、枠体部4Aの外形を第1軸部3の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離L3と距離L4とが互いに等しいことが好ましい。同様に、第2軸部5の外形を第1軸部3の外形とともにエッチングにより容易に形成するという観点から、距離L2と距離L4とが互いに等しいことが好ましい。また、第1軸部3の側面に沿って延びている部分432によって枠体部4Aの面積を大きくすることができ、枠体部4Aが軸線Xまわりに回動するときに受ける空気抵抗を大きくし、光スキャナー1Aの光走査特性を向上させることができる。

0067

以上説明したような第2実施形態によっても、光スキャナー1Aの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー1Aの消費電力を低減することができる。

0068

<第3実施形態>
図5は、本発明の第3実施形態に係る光スキャナーを示す平面図である。図6は、図5中のA−A線断面図である。

0069

以下、本実施形態について、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。

0070

本実施形態の光スキャナーは、平面視での枠体部の内周縁の形状が異なるとともに、空間形成部材を追加した以外は、前述した第1実施形態と同様である。また、本実施形態の光スキャナーは、空間形成部材を追加した以外は、前述した第2実施形態と同様である。なお、図5および図6において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

0071

図5に示す光スキャナー1Bは、前述した第2実施形態と同様の構造体10Aと、構造体10A上に配置されている空間形成部材7と、を備える。空間形成部材7は、板状の本体71と、本体71を構造体10Aに対して支持する複数の支持部72と、を有する。本体71には、平面視で、可動部2を含む領域に、厚さ方向に貫通する開口部711が設けられている。また、複数の支持部72は、本体71の下面および支持部6の上面のそれぞれに例えば接着剤(図示せず)により接合されている。この支持部72は、本体71と構造体10Aとの間に空間を形成するためのスペーサーとしての機能を有する。

0072

このような本体71および支持部72の構成材料としては、特に限定されず、例えば、シリコン材料ガラス材料樹脂材料等が挙げられるが、少なくとも本体71の構成材料としては、本体71が遮光性を有するような材料を用いることが好ましい。これにより、迷光を防止することができる。なお、本体71の上面に、反射防止膜を設けてもよい。また、各支持部72は、図示では、軸線Xに沿った方向に沿って延びているが、図示の形状に限定されない。

0073

このように、光スキャナー1Bは、枠体部4Aに対して離間し、平面視で枠体部4Aに重なって配置され、枠体部4Aとの間に空間を形成している空間形成部材7を備える。これにより、枠体部4Aが軸線Xまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を大きくすることができる。その結果、光走査特性をより向上させることができる。なお、枠体部4Aは、図6に示すように、前述した第1実施形態の本体部41とは平面視形状の異なる本体部41Aと、本体部41Aの下面に接合されているリブ42と、を有する。

0074

また、空間形成部材7は、平面視で可動部2の少なくとも一部に重ならない。これにより、光反射部211への光の入射および光反射部211からの光の出射を可能とするとともに、可動部2が軸線Yまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を低減することができる。

0075

以上説明したような第3実施形態によっても、光スキャナー1Bの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー1Bの消費電力を低減することができる。

0076

<第4実施形態>
図7は、本発明の第4実施形態に係る光スキャナーを示す断面図である。

0077

以下、本実施形態について、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。

0078

本実施形態の光スキャナーは、空間形成部材の構成が異なる以外は、前述した第3実施形態と同様である。なお、図7において、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。

0079

図7に示す光スキャナー1Cは、前述した第2実施形態と同様の構造体10Aと、構造体10A上に配置されている空間形成部材7Cと、を備える。空間形成部材7Cは、板状の本体71と、本体71を構造体10Aに対して支持する複数の支持部72と、本体71の開口部711から構造体10A側(下側)に延びている突出部73と、を有する。突出部73は、枠体部4Aに接触しないように形成されており、枠体部4Aの内側に進入している部分を有する。このような突出部73を設けることで、空間形成部材7Cと構造体10A(より具体的には枠体部4A)との間に形成される空間を閉空間に近づけることができる。これにより、枠体部4Aが軸線Xまわりに揺動するときに受ける空気抵抗を極めて大きくすることができる。

0080

以上説明したような第4実施形態によっても、光スキャナー1Cの光走査特性を優れたものとしつつ、光スキャナー1Cの消費電力を低減することができる。

0081

<画像表示装置の実施形態>
図8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。

0082

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、軸線XがスクリーンSの横方向と平行であり、軸線YがスクリーンSの縦方向と平行である。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

2次元走査の際、光スキャナー1の可動部2の軸線Yまわりの回動により光反射部211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の軸線Xまわりの回動により光反射部211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。

0088

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。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー1の消費電力を低減し、ひいては、画像表示装置9の消費電力を低減することができる。なお、光スキャナー1に代えて、光スキャナー1A、1B、1Cのうちのいずれかを用いてもよい。この場合でも、前述したのと同様の効果が得られる。

0089

なお、図8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。

0090

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9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。

0091

図9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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

<画像表示装置の応用例2>
図10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。

0096

図10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。

0097

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。

0098

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。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー1の消費電力を低減し、ひいては、ヘッドアップディスプレイ210の消費電力を低減することができる。

0099

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。

0100

<画像表示装置の応用例3>
図11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。

0101

図11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。

0102

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。

0103

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。

0104

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。これにより、画質を優れたものとしつつ、光スキャナー1の消費電力を低減し、ひいては、ヘッドマウントディスプレイ300の消費電力を低減することができる。

0105

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。

0106

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。

0107

また、前述した実施形態では、駆動部が永久磁石と、コイルと、を有し、永久磁石が枠体部に設けられ、コイルが永久磁石に対向するように設けられている構成について説明したが、これとは、反対に、コイルが枠体部に設けられ、永久磁石がコイルに対向するように設けられていてもよい。

0108

1…光スキャナー、1A…光スキャナー、1B…光スキャナー、1C…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、4A…枠体部、5…第2軸部、5a…第2軸部、5b…第2軸部、6…支持部、7…空間形成部材、7C…空間形成部材、9…画像表示装置、10…構造体、10A…構造体、20…永久磁石、30…コイル、40…電圧印加部、41…本体部、42…リブ、43…内周縁、43A…内周縁、44…外周縁、61…本体部、62…補強部、63…内周縁、71…本体、72…支持部、73…突出部、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、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、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、300…ヘッドマウントディスプレイ、310…眼鏡、320…表示部、431…部分、432…部分、631…部分、632…部分、711…開口部、911…赤色光源装置、912…青色光源装置、913…緑色光源装置、L1…距離、L2…距離、L3…距離、L4…距離、S…スクリーン、X…軸線(第2揺動軸)、Y…軸線(第1揺動軸)

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