光スキャナ、及びその光スキャナを備えた画像投影装置
【課題】所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることができる光スキャナを提供する。
【解決手段】
光スキャナ１００は、固定部品２００と固定されて設置される光スキャナ１００であって、ミラー部１１１と、梁部１１２Ａ、１１２Ｂと、本体部１１３と、を有す構造体１１０と、駆動部１２０と、を備え、構造体１１０を支持する支持面１３２Ｆを有し、第３方向Ｚのミラー部１１１から離間する向きに延びる支持部１３２と、支持部１３２と接続され、第１方向Ｘを含み、第２方向Ｙに平行な面上で延びる台部１３３と、を有す台座１３０と、を備え、台部１３３の第３方向Ｚにおける変形量が支持面１３２Ｆの第３方向Ｚにおける変形量より小さい領域にて、台部１３３の第３方向Ｚにおいて対向する２つの面のうち構造体１１０がある側とは反対側にある面１３３Ｆと固定部品２００とは固定される。
【解決手段】
光スキャナ１００は、固定部品２００と固定されて設置される光スキャナ１００であって、ミラー部１１１と、梁部１１２Ａ、１１２Ｂと、本体部１１３と、を有す構造体１１０と、駆動部１２０と、を備え、構造体１１０を支持する支持面１３２Ｆを有し、第３方向Ｚのミラー部１１１から離間する向きに延びる支持部１３２と、支持部１３２と接続され、第１方向Ｘを含み、第２方向Ｙに平行な面上で延びる台部１３３と、を有す台座１３０と、を備え、台部１３３の第３方向Ｚにおける変形量が支持面１３２Ｆの第３方向Ｚにおける変形量より小さい領域にて、台部１３３の第３方向Ｚにおいて対向する２つの面のうち構造体１１０がある側とは反対側にある面１３３Ｆと固定部品２００とは固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射したレーザ光を所定方向に走査する光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置、に関し、さらに詳しくは、光スキャナの所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナとは、レーザ光が入射されるミラーを揺動させることでレーザ光を所定方向に走査する装置である。光スキャナは、レーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザプロジェクタ、又は網膜走査ディスプレイ等に用いられる。
【０００３】
ミラーを所望の振れ角で揺動させるために、所定の大きさの駆動電圧が光スキャナに加えられる。一般的に、光スキャナのミラー振れ角を大きくするためには、光スキャナに加える駆動電圧を大きくする必要がある。このため、光スキャナの消費電力を小さくするためには、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることが求められる。
【０００４】
駆動電圧を加えることでミラーを揺動させる光スキャナの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている光スキャナとしての光走査装置は、構造体としての基板が台座としての支持部材に片持ち状に支持されている。この台座は、ミラーを所定方向に走査するのに適した固定部品に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の光スキャナについて、本発明者は、種々の実験を通して、台座と固定部品との固定位置によって所要駆動電圧が異なるという知見を得た。即ち、台座と固定部品との固定位置によっては、所要駆動電圧が大きくなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることができる光スキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の光スキャナは、固定部品と固定されて設置される光スキャナであって、前記光スキャナは、入射したレーザ光を反射するミラー部と、前記ミラー部の揺動軸線に沿う第１方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第２方向に延びる本体部と、を有す構造体と、前記本体部の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において対向する２つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、前記光スキャナは、前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第３方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、前記支持部と接続され、前記第２方向に平行な面上で延びる台部と、を有す台座をさらに備え、前記台部の第３方向における変形量が前記支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第３方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側
とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の光スキャナは、前記台部は、前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の画像投影装置は、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項１〜６のいずれかに記載の光スキャナと、前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第２光スキャナと、前記第２光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の光スキャナによれば、台部は、台部の第３方向における変形量が支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて固定部品と固定される。台部が第３方向における変形量の小さい領域にて固定部品と固定されることで、支持面の第３方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、駆動部によって本体部に加えられた振動力が台座を伝って固定部品に発散しにくい。このため、支持面の第３方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の光スキャナによれば、台部は、支持面とミラー部との最短距離より、支持面と台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い台部は構造体及び台座に振動力を与える駆動部から遠い。このために、支持面から遠い台部は、支持面に近い台部と比較して、変形量が小さい。その結果、振動力が台部を伝って固定部品に発散しにくい。このため、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の光スキャナによれば、台部は、第２方向において対向する両端のうち、支持面から遠い一端の第１方向における両側方領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い一端の中で、第１方向における中央領域は振動の腹となる。このため、第１方向における中央領域は、前記両側方領域と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定すると、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記両側方領域は振動の節となる。このため、前記両側方領域は支持面から遠い一端の中で変形量
が比較的小さい。このため、台部の前記両側方領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の光スキャナによれば、台座は１対のハネ部を有し、１対のハネ部は支持面に近い側の領域にて固定部品と固定される。前記１対のハネ部の中で前記支持面から遠い側の領域は振動の腹となる。このため、前記支持面から遠い側の領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記１対のハネ部の各ハネ部の前記支持面から近い側の領域は振動の節となる。このため、前記支持面から近い側の領域は前記支持面から遠い側と比較して変形量が小さい。このため、前記支持面から近い側の領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、前記支持面に近い側の領域と固定部品とを固定することにより、固定部品と台座との接合力が強化される。その結果、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台座とが分離されることを防ぐことができる。また、駆動部と駆動部を制御するための制御回路とをつなぐ接続部品を１対のハネ部の各ハネ部に載置し、ワイヤーボンディング等により駆動部と接続部品とを電気的に接続することで、容易に駆動部に駆動電圧を加えることができる。
【００１９】
請求項５に記載の光スキャナによれば、台部は、第２方向において対向する両端のうち、支持面に近い一端の第１方向の中央領域にて固定部品と固定される。前記支持面から近い一端の中で、第１方向における両側方領域は振動の腹となる。このため、第１方向における両側方領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、第１方向における中央領域はわずかに振動の節となる。このため、第１方向における中央領域の変形量は、第１方向における両側方領域の変形量と比較して小さい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定した場合、前記両側方領域と固定部品とを固定した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、台部の第２方向において対向する両端のうち支持面から遠い一端が固定されている場合、支持面から近い一端の第１方向の中央領域と、支持面から遠い一端と、は、第２方向において互いに反対側に固定される。このため、第２方向において同じ側に固定された場合と比較して、光スキャナの振動が安定する。また、前記中央領域にて固定することにより、第２方向において同じ側に固定された場合と比較して、台部の前記反対側の面全体に対する偏りがなくなる。その結果、固定部品と台部との接合力が強化される。そして、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台部とが分離されることを防ぐことができる。
【００２０】
請求項６に記載の光スキャナによれば、支持面に近い一端の中央領域は、支持面から遠い一端の両側方領域より狭い。一般的に、固定領域を大きくすればするほど、駆動部による振動が固定部品に分散されやすく、その結果所要駆動電圧は大きくなる。また、台部の第２方向における両端のうち、支持面に近い一端は支持面から遠い一端と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域を前記両側方領域より小さくすることで、光スキャナの所要駆動電圧を一層小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光スキャナ１００の平面図。
【図２】本発明の一実施形態における構造体１１０と圧電駆動部１２０との平面図。
【図３】（Ａ）台座１３０の平面図、（Ｂ）台座１３０のＡ−Ａ線に沿う断面図、（Ｃ）台座１３０の底面図。
【図４】（Ａ）台座１３０と固定部品２００とを示す側面図、（Ｂ）台座１３０と固定部品２００との接着領域を示す底面図。
【図５】光スキャナ駆動時のＺ方向から見た台座１３０においてＺ方向における変形量の小さな領域を示す図。
【図６】（Ａ）固定部品と台座の接着領域の違いによるミラー振れ角変化を示すグラフ。（Ｂ）固定部品との台座の接着領域の違いによるミラー振れ角変化率を示すグラフ。
【図７】台座１３０Ｂを示す平面図。
【図８】光スキャナ駆動時のＺ方向から見た台座１３０ＢにおいてＺ方向における変形量の小さな領域を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を用いて以下に詳細に説明する。本発明の一側面は以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。
【００２３】
［光スキャナ１００の構成］
図１を用いて光スキャナ１００について説明する。図１は、光スキャナ１００の平面図である。図１に示すように、光スキャナ１００は、構造体１１０と、圧電駆動部１２０と、台座１３０と、を備える。光スキャナ１００において、圧電駆動部１２０が構造体１１０の共振周波数にて周期的に伸縮することで、構造体１１０に板波振動が励起される。この板波振動が構造体１１０の本体部１１３を伝達し、構造体１１０のミラー部１１１を揺動させることで、光スキャナ１００は駆動される。
【００２４】
［構造体１１０の構成］
図２を用いて、構造体１１０と圧電駆動部１２０との構成を説明する。図２は、構造体１１０と圧電駆動部１２０との平面図である。構造体１１０は、ミラー部１１１と、捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂと、本体部１１３と、を有する。構造体１１０は、プレス加工を用いて、厚さ数十から数百μｍのステンレスの金属板に対して、上記各構成を形成することで製造される。
【００２５】
方向について定義する。構造体１１０の厚み方向がＺ方向、ミラー部１１１の揺動軸線Ｌ１に平行な方向がＸ方向、捻れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂの端部から本体部１１３が延びる方向がＹ方向、とそれぞれ定義される。以下、構造体１１０に含まれる各構成について説明する。
【００２６】
ミラー部１１１は、揺動軸線Ｌ１を中心として、数万Ｈｚの共振周波数で揺動する。ミラー部１１１は、Ｚ方向から見て円形に形成される。ミラー部１１１のＺ方向負側の面は、入射した光を反射するように、鏡面研磨がなされている。
【００２７】
捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂは、ミラー部１１１の両側に接続され、揺動軸線Ｌ１に平行に延びる。捩れ梁部１１２Ａは、ミラー部１１１からＸ方向正側に延びる。捩れ梁部１１２Ｂは、ミラー部１１１からＸ方向負側に延びる。
【００２８】
本体部１１３は、耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２と、中心部分１１３Ｂと、接続部分１１３Ｃと、を有する。耳部分１１３Ａ１は、捩れ梁部１１２ＡのＸ方向正側の端部と接続される。耳部分１１３Ａ２は、捩れ梁部１１２ＢのＸ方向負側の端部と接続される。耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２は、耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２の捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂが接続される位置から、Ｙ方向負側に延びる。耳部分１１３Ａ１は、中心部分１１３ＢのＹ方向正側の辺において、中心部分１１３ＢのＸ方向正側の端部に接続される。耳部分１１３Ａ２は、中心部分１１３ＢのＹ方向正側の辺において、中心部分１１３ＢのＸ方向負側の端部に接続される。中心部分１１３Ｂは、構造体１１０の中心部分に位置する。中心部分１１３Ｂは、Ｚ方向正側から見て四角形状の中心本体部１１３Ｂ１と、中心本体部１１３Ｂ１のＹ方向負側の辺からＹ方向負側にテーパ状に狭く形成される中心テーパ部
１１３Ｂ２と、を備える。中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面は、圧電駆動部１２０が接着される。中心テーパ部１１３Ｂ２のＹ方向負側の辺は、接続部分１１３Ｃと接続される。接続部分１１３Ｃは、Ｚ方向から見て四角形状である。接続部分１１３ＣのＹ方向正側の一端のＸ方向の中央と、中心テーパ部１１３Ｂ２のＹ方向負側の一端と、は接続される。接続部分１１３Ｃは、台座１３０に固定される。
【００２９】
圧電駆動部１２０は、中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面に設けられる。圧電駆動部１２０は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形され圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の両面に対して、電極層として金又は白金を０．２μｍ〜０．６μｍ積層することで形成される。圧電駆動部１２０と中心本体部１１３Ｂ１とは、導電性接着剤で接着される。導電性接着剤は、例えば、エポキシ系の合成樹脂製の基剤内に、銀で構成された円盤状の金属フィラーを分散させたものである。
【００３０】
［台座１３０の構成］
図３を用いて、台座１３０について説明する。図３（Ａ）は、台座１３０の平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す台座１３０をＡ−Ａ線に沿って破断した断面図である。図３（Ｃ）は、台座１３０の底面図である。台座１３０は、図３（Ａ）に示されるように、Ｚ方向正側から見て十字型に形成される。台座１３０は、ステンレスで構成されている。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、台座１３０は、台部１３３と、支持部１３２と、１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂと、を備える。
【００３１】
図３（Ａ）に示すように、台部１３３は、Ｚ方向から見て四角形状に形成される。図３（Ｂ）に示すように、台部１３３は、１対のハネ部１３１Ａ、１３１ＢのＺ方向負側の面と比較して、Ｚ方向負側に数μｍ突出した突出部１３３Ａを備える。台部１３３のＺ方向負側の突出部１３３Ａの周りの面１３３Ｆは、後述する固定部品２００と接着される。図３（Ｃ）に示すように、台部１３３は、Ｚ方向から見て楕円形の貫通孔ＨＬ１と、Ｚ方向から見て矩形の貫通孔ＨＬ２と、が設けられる。貫通孔ＨＬ１は、構造体１１０のミラー部１１１のＺ方向負側に位置する。図示しない光出射装置から出射されたレーザ光は、貫通孔ＨＬ１を通過して、鏡面研磨されたミラー部１１１のＺ方向負側の面に入射され、水平方向に反射される。貫通孔ＨＬ２は、中心テーパ部１１３Ｂ２のＺ方向負側に位置する。貫通孔ＨＬ２は、光スキャナ１００の製造工程において用いられる。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、支持部１３２は、台部１３３の縁から□型にＺ方向正側に延びる。支持部１３２のＹ方向負側のＺ方向正側の面１３２Ｆと、構造体１１０の接続部分１１３ＣのＺ方向負側の面とは、接続される。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂは、台部１３３のＸ方向の両側のＹ方向における中央から、ミラー部１１１から離間する向きに突出して、Ｙ方向に延びて設けられる。図３（Ｂ）に示すように、ハネ部１３１ＡのＸ方向負側の一端は、Ｚ方向正側に突出して形成される。ハネ部１３１ＢのＸ方向正側の一端は、Ｚ方向正側に突出して形成される。
【００３４】
［固定部品２００と台座１３０との接着領域］
図４を用いて、固定部品２００と台座１３０との接着領域について説明する。図４（Ａ）は、固定部品２００と台座１３０との側面図である。図４（Ｂ）は、固定部品２００と台座１３０との接着領域を示す平面図である。図４（Ａ）に示すように、固定部品２００は、台部１３３のＺ方向負側の突出部１３３Ａの周りの面１３３Ｆと接着剤を用いて固定される。接着剤は、アクリル樹脂からなる。図４（Ｂ）に示すように、固定部品２００と台座１３０とは、所定の接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４、ＦＦ５にて接着される。接着領域ＦＦ１は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方
向負側の領域である。接着領域ＦＦ２は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向正側の領域である。接着領域ＦＦ３は、台座１３０のハネ部１３１ＢのＹ方向における両側のうち、Ｙ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ４は、台座１３０のハネ部１３１ＡのＹ方向における両側のうち、Ｙ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ５は、台部１３３のＹ方向負側の一端のＸ方向に延びる領域における中央領域である。
【００３５】
〔光スキャナ１００駆動時の変形量〕
図５を用いて、光スキャナ１００の駆動時での台座１３０のＺ方向における変形量の大きさの違いについて説明する。図５は、光スキャナ１００の駆動時での台座１３０のＺ方向における変形量の大きさの状況を示す図である。図５のＺ方向における変形量の大きさは、インテリスウィートを用いて実験した結果である。図５に示す領域ＢＦ１、ＢＦ２（縦線部分）は、台座１３０のＺ方向における変形量の平均変形量に対してＺ方向における変形量が小さい領域である。領域ＢＦ１は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向負側から、ハネ部１３１ＡのＹ方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＦ２は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向正側から、ハネ部１３１ＢのＹ方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。図５に示すように、接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４に相当する領域は、領域ＢＦ１、ＢＦ２内にある。領域ＢＦ１、ＢＦ２は、台座１３０の他の領域と比較して、光スキャナ１００の駆動時のＺ方向における変形量が小さい。変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、圧電駆動部１２０による構造体１１０への振動力が台座１３０を介して固定部品へと発散しにくい。ゆえに、変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、固定部品と固定されて所定の駆動電圧をかけた際のミラー振れ角が大きい。
【００３６】
図６を用いて、固定部品と台座との接着領域の違いによるミラー部１１１の振れ角変化について説明する。図６（Ａ）は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化を示すグラフである。図６（Ｂ）は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化率を示すグラフである。実験は、所定の振れ角を測定可能な評価装置を用いて、一定の駆動電圧に対する振れ角を測定した。また、数値計算は、インテリスウィートを用いた。実験は、イニシャル、ミラー側のみ、溶接側のみ、の３パターンで、試行回数３回、行われた。イニシャルとは、台座１３０と固定部品２００とを接着せず治具で固定した場合の実験結果である。ミラー側のみとは、ミラー部１１１に近接した接着領域ＦＦ１、ＦＦ２のみで固定部品２００と台座１３０とを固定した場合である。溶接側のみとは、台座１３０のＹ方向負側の一端のＸ方向における両側方領域のみで固定部品２００と台座１３０とを固定した場合である。図６（Ａ）を見てみると、イニシャルの場合の振れ角は、平均して２７°前後であるのに対し、ミラー側のみの振れ角は、平均３０°前後である。図６（Ｂ）を見てみると、ミラー側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均１０％前後高くなっている。一方、図６（Ａ）に示すように、ミラー側のみのＹ方向における反対側にあたる溶接側のみの振れ角は、平均２３°前後である。図６（Ｂ）を見てみると、溶接側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均２０％前後低くなっている。このように、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ１００は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所要駆動電圧に対する振れ角が大きい。即ち、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ１００は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所定のミラー振れ角を得るための所要駆動電圧の大きさが小さい。図６より、Ｚ方向における変形量の少ない領域ＦＦ１、ＦＦ２と固定部品２００とを接着することで、Ｚ方向における変形量の大きい領域と固定部品２００とを接着した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧の大きさが小さくなることは明らかである。
【００３７】
〔使用例〕
本実施形態の光スキャナ１００は、例えば特開２０１０−７９１０４号公報記載の網膜走査ディスプレイの頭部装着ユニットに組み込まれて使用される。光スキャナ１００は、
網膜走査ディスプレイの光ファイバから出射されたレーザ光を高速水平走査する光走査素子として使用される。網膜走査ディスプレイは、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、光出射部から出射されたレーザ光をミラー部１１１に反射させ、水平方向に走査する光スキャナ１００と、光スキャナ１００によって水平方向に走査されたレーザ光を水平方向と直交する垂直方向に走査する第２光スキャナと、第２光スキャナによって垂直方向に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔に投射する投射部と、を備える。光出射部は、画像信号に応じたレーザ光を生成し、レーザ光を出射する。光出射部から出射されたレーザ光は、光スキャナ１００のミラー部１１１にて反射され、水平方向に走査される。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２光スキャナの第２ミラー部にて反射され、水平方向と直交する垂直方向に走査される。水平方向と直交する垂直方向に走査されたレーザ光は、投射部に出射され、投射部によってユーザの瞳孔に投射される。これにより、ユーザは、画像信号によって変調されたレーザ光を視認することができる。本実施形態における網膜走査ディスプレイ、光出射部、第２光スキャナ、及び投射部は、順に本発明における画像投影装置、光出射部、第２光スキャナ、及び投射部の一例である。本実施形態におけるユーザの瞳孔は、本発明における被投射対象の一例である。本実施形態における水平方向、及び垂直方向は、順に本発明における所定方向、及び所定方向と略直交する方向の一例である。
【００３８】
〔変形例〕
本実施形態の台座１３０とは異なる台座１３０Ｂについて図７を用いて説明する。図７は、台座１３０Ｂの底面図である。台座１３０Ｂは、台座１３０のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂを除いた形状を有する。図８は、台座１３０Ｂの光スキャナ駆動時のＺ方向における変形量の小さな領域を示す図である。図８の所定の領域ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３（縦線部分）のＺ方向における変形量は、Ｚ方向の平均変形量と比較して小さい。領域ＢＢ１は、Ｙ方向正側の一端のＸ方向負側領域から、貫通孔ＨＬ１のＸ方向負側のＹ方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＢ２は、Ｙ方向正側の一端のＸ方向正側領域から、貫通孔ＨＬ１のＸ方向正側のＹ方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＢ３は、Ｙ方向負側の一端のＸ方向における中央領域である。固定部品２００との接着領域ＦＦ６、ＦＦ７、ＦＦ８は、領域ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３内にそれぞれある。接着領域ＦＦ６は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向正側の一端のＸ方向における両側方領域のうち、Ｘ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ７は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向正側の一端のＸ方向における両側方領域のうち、Ｘ方向正側の領域である。接着領域ＦＦ８は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向負側の一端のＸ方向における中央領域である。Ｚ方向における変形量が小さい領域ＦＦ６、ＦＦ７と固定部品２００とを接着することで、所要駆動電圧を小さくすることができる。Ｙ方向において領域ＦＦ６、ＦＦ７の反対側にある領域ＦＦ８と、固定部品２００と、を接着することで、構造体１１０及び台座１３０Ｂの振動が安定する。また、台座１３０Ｂと固定部品２００との接着が剥がれ、台座１３０Ｂと固定部品２００とが分離することを防ぐことができる。台座１３０Ｂにおいても、台座１３０と同様に、Ｚ方向における変形量が比較的小さい領域と固定部品２００とが接着されているため、Ｚ方向における変形量が大きい領域と固定部品２００とを接着した場合と比較して、所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる。
【００３９】
本実施形態においては、構造体はプレス加工によって形成されたが、構造体は例えばエッチング加工等の他の除去加工によって形成してもよい。本実施形態においては、構造体はステンレスであったが、構造体はシリコンウエハなどの非金属材料によって形成されても差し支えない。この場合、非金属材料の構造体の表面は、金属薄膜などの導電層が設けられると圧電駆動部に駆動電圧を伝達しやすくなる。本実施形態においては、圧電駆動部は、チタン酸ジルコン酸鉛であったが、圧電材料であればよい。本実施形態においては、台座はステンレスであったが、台座はチタン等の弾性を有す金属であればよい。本実施形
態においては、ミラー部１１１は円形に形成されたが、ミラー部１１１は、例えば楕円又は多角形であってもよい。本実施形態において固定部品２００と台座１３０とを接着する接着剤は、アクリル樹脂からなるが、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等、合成樹脂であればよい。本実施形態において圧電駆動部１２０と構造体１１０とを接着する導電性接着剤は、シリコン樹脂製の基剤内に銀で構成された金属フィラーを分散させたものであったが、基剤はエポキシ樹脂、アクリル樹脂等、合成樹脂であればよいし、フィラーは金、銅等、金属であればよい。
【００４０】
本実施形態におけるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、順に本発明における第１方向、第２方向、及び第３方向の一例である。本実施形態における固定部品２００、光スキャナ１００、構造体１１０、圧電駆動部１２０、及び台座１３０は、順に本発明における固定部品、光スキャナ、構造体、駆動部、及び台座の一例である。本実施形態におけるミラー部１１１、及び本体部１１３は、順に本発明におけるミラー部、及び本体部の一例である。本実施形態における捻れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂは、本発明における梁部の一例である。本実施形態における支持部１３２、及び台部１３３は、本発明における支持部、及び台部の一例である。本実施形態における１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂは、本発明における１対のハネ部の一例である。本実施形態における支持部１３２のＹ方向負側のＺ方向正側の面１３２Ｆは、本発明における支持面の一例である。本実施形態における周りの面１３３Ｆは、本発明における反対側の面の一例である。本実施形態における揺動軸線Ｌ１は、本発明における揺動軸線の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２は、本発明における支持面から遠い一端の第１方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２は、支持面と台部との最短距離が遠い領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ３、ＦＦ４は、本発明における第２方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ５は、本発明における、支持面に近い一端の第１方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ６、ＦＦ７は、本発明における支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ８は、本発明における第１方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４、ＦＦ５、ＦＦ６、ＦＦ７、ＦＦ８は、台部の第３方向における変形量が支持面の第３方向における変形量より小さい領域の一例である。本実施形態における台座１３０Ｂは、本発明における台座の一例である。本実施形態における中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面は、本発明における一方の面の一例である。
【符号の説明】
【００４１】
１００ 光スキャナ
１１０ 構造体
１１１ ミラー部
１１２Ａ、１１２Ｂ 捩れ梁部
１１３ 本体部
１２０ 圧電駆動部
１３０、１３０Ｂ 台座
１３１Ａ、１３１Ｂ １対のハネ部
１３２ 支持部
１３２Ｆ 支持面
１３３ 台部
２００ 固定部品
Ｌ１ 揺動軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射したレーザ光を所定方向に走査する光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置、に関し、さらに詳しくは、光スキャナの所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる光スキャナと、その光スキャナを備える画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナとは、レーザ光が入射されるミラーを揺動させることでレーザ光を所定方向に走査する装置である。光スキャナは、レーザプリンタ、バーコードリーダ、レーザプロジェクタ、又は網膜走査ディスプレイ等に用いられる。
【０００３】
ミラーを所望の振れ角で揺動させるために、所定の大きさの駆動電圧が光スキャナに加えられる。一般的に、光スキャナのミラー振れ角を大きくするためには、光スキャナに加える駆動電圧を大きくする必要がある。このため、光スキャナの消費電力を小さくするためには、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることが求められる。
【０００４】
駆動電圧を加えることでミラーを揺動させる光スキャナの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている光スキャナとしての光走査装置は、構造体としての基板が台座としての支持部材に片持ち状に支持されている。この台座は、ミラーを所定方向に走査するのに適した固定部品に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９３１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の光スキャナについて、本発明者は、種々の実験を通して、台座と固定部品との固定位置によって所要駆動電圧が異なるという知見を得た。即ち、台座と固定部品との固定位置によっては、所要駆動電圧が大きくなるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、所定のミラー振れ角あたりの所要駆動電圧を小さくすることができる光スキャナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の光スキャナは、固定部品と固定されて設置される光スキャナであって、前記光スキャナは、入射したレーザ光を反射するミラー部と、前記ミラー部の揺動軸線に沿う第１方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第２方向に延びる本体部と、を有す構造体と、前記本体部の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において対向する２つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、前記光スキャナは、前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第３方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、前記支持部と接続され、前記第２方向に平行な面上で延びる台部と、を有す台座をさらに備え、前記台部の第３方向における変形量が前記支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第３方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側
とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の光スキャナは、前記台部は、前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の光スキャナは、前記台部は、前記第２方向において対向する両端を有し、その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の画像投影装置は、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項１〜６のいずれかに記載の光スキャナと、前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第２光スキャナと、前記第２光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の光スキャナによれば、台部は、台部の第３方向における変形量が支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて固定部品と固定される。台部が第３方向における変形量の小さい領域にて固定部品と固定されることで、支持面の第３方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、駆動部によって本体部に加えられた振動力が台座を伝って固定部品に発散しにくい。このため、支持面の第３方向における変形量より変形量が大きな領域にて固定部品と固定する場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の光スキャナによれば、台部は、支持面とミラー部との最短距離より、支持面と台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い台部は構造体及び台座に振動力を与える駆動部から遠い。このために、支持面から遠い台部は、支持面に近い台部と比較して、変形量が小さい。その結果、振動力が台部を伝って固定部品に発散しにくい。このため、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１７】
請求項３に記載の光スキャナによれば、台部は、第２方向において対向する両端のうち、支持面から遠い一端の第１方向における両側方領域にて固定部品と固定される。支持面から遠い一端の中で、第１方向における中央領域は振動の腹となる。このため、第１方向における中央領域は、前記両側方領域と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定すると、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記両側方領域は振動の節となる。このため、前記両側方領域は支持面から遠い一端の中で変形量
が比較的小さい。このため、台部の前記両側方領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の光スキャナによれば、台座は１対のハネ部を有し、１対のハネ部は支持面に近い側の領域にて固定部品と固定される。前記１対のハネ部の中で前記支持面から遠い側の領域は振動の腹となる。このため、前記支持面から遠い側の領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、前記１対のハネ部の各ハネ部の前記支持面から近い側の領域は振動の節となる。このため、前記支持面から近い側の領域は前記支持面から遠い側と比較して変形量が小さい。このため、前記支持面から近い側の領域と固定部品とを固定することで、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、前記支持面に近い側の領域と固定部品とを固定することにより、固定部品と台座との接合力が強化される。その結果、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台座とが分離されることを防ぐことができる。また、駆動部と駆動部を制御するための制御回路とをつなぐ接続部品を１対のハネ部の各ハネ部に載置し、ワイヤーボンディング等により駆動部と接続部品とを電気的に接続することで、容易に駆動部に駆動電圧を加えることができる。
【００１９】
請求項５に記載の光スキャナによれば、台部は、第２方向において対向する両端のうち、支持面に近い一端の第１方向の中央領域にて固定部品と固定される。前記支持面から近い一端の中で、第１方向における両側方領域は振動の腹となる。このため、第１方向における両側方領域は変形量が大きく、光スキャナの所要駆動電圧が大きくなる。一方、第１方向における中央領域はわずかに振動の節となる。このため、第１方向における中央領域の変形量は、第１方向における両側方領域の変形量と比較して小さい。このため、前記中央領域と固定部品とを固定した場合、前記両側方領域と固定部品とを固定した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧を小さくすることができる。また、台部の第２方向において対向する両端のうち支持面から遠い一端が固定されている場合、支持面から近い一端の第１方向の中央領域と、支持面から遠い一端と、は、第２方向において互いに反対側に固定される。このため、第２方向において同じ側に固定された場合と比較して、光スキャナの振動が安定する。また、前記中央領域にて固定することにより、第２方向において同じ側に固定された場合と比較して、台部の前記反対側の面全体に対する偏りがなくなる。その結果、固定部品と台部との接合力が強化される。そして、過度な衝撃が光スキャナに加わることによって固定部品と台部とが分離されることを防ぐことができる。
【００２０】
請求項６に記載の光スキャナによれば、支持面に近い一端の中央領域は、支持面から遠い一端の両側方領域より狭い。一般的に、固定領域を大きくすればするほど、駆動部による振動が固定部品に分散されやすく、その結果所要駆動電圧は大きくなる。また、台部の第２方向における両端のうち、支持面に近い一端は支持面から遠い一端と比較して変形量が大きい。このため、前記中央領域を前記両側方領域より小さくすることで、光スキャナの所要駆動電圧を一層小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光スキャナ１００の平面図。
【図２】本発明の一実施形態における構造体１１０と圧電駆動部１２０との平面図。
【図３】（Ａ）台座１３０の平面図、（Ｂ）台座１３０のＡ−Ａ線に沿う断面図、（Ｃ）台座１３０の底面図。
【図４】（Ａ）台座１３０と固定部品２００とを示す側面図、（Ｂ）台座１３０と固定部品２００との接着領域を示す底面図。
【図５】光スキャナ駆動時のＺ方向から見た台座１３０においてＺ方向における変形量の小さな領域を示す図。
【図６】（Ａ）固定部品と台座の接着領域の違いによるミラー振れ角変化を示すグラフ。（Ｂ）固定部品との台座の接着領域の違いによるミラー振れ角変化率を示すグラフ。
【図７】台座１３０Ｂを示す平面図。
【図８】光スキャナ駆動時のＺ方向から見た台座１３０ＢにおいてＺ方向における変形量の小さな領域を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一側面を反映した実施形態について、図面を用いて以下に詳細に説明する。本発明の一側面は以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に説明する各構成において、所定の構成を省略し、または他の構成などに置換してもよい。また、他の構成を含むようにしてもよい。
【００２３】
［光スキャナ１００の構成］
図１を用いて光スキャナ１００について説明する。図１は、光スキャナ１００の平面図である。図１に示すように、光スキャナ１００は、構造体１１０と、圧電駆動部１２０と、台座１３０と、を備える。光スキャナ１００において、圧電駆動部１２０が構造体１１０の共振周波数にて周期的に伸縮することで、構造体１１０に板波振動が励起される。この板波振動が構造体１１０の本体部１１３を伝達し、構造体１１０のミラー部１１１を揺動させることで、光スキャナ１００は駆動される。
【００２４】
［構造体１１０の構成］
図２を用いて、構造体１１０と圧電駆動部１２０との構成を説明する。図２は、構造体１１０と圧電駆動部１２０との平面図である。構造体１１０は、ミラー部１１１と、捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂと、本体部１１３と、を有する。構造体１１０は、プレス加工を用いて、厚さ数十から数百μｍのステンレスの金属板に対して、上記各構成を形成することで製造される。
【００２５】
方向について定義する。構造体１１０の厚み方向がＺ方向、ミラー部１１１の揺動軸線Ｌ１に平行な方向がＸ方向、捻れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂの端部から本体部１１３が延びる方向がＹ方向、とそれぞれ定義される。以下、構造体１１０に含まれる各構成について説明する。
【００２６】
ミラー部１１１は、揺動軸線Ｌ１を中心として、数万Ｈｚの共振周波数で揺動する。ミラー部１１１は、Ｚ方向から見て円形に形成される。ミラー部１１１のＺ方向負側の面は、入射した光を反射するように、鏡面研磨がなされている。
【００２７】
捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂは、ミラー部１１１の両側に接続され、揺動軸線Ｌ１に平行に延びる。捩れ梁部１１２Ａは、ミラー部１１１からＸ方向正側に延びる。捩れ梁部１１２Ｂは、ミラー部１１１からＸ方向負側に延びる。
【００２８】
本体部１１３は、耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２と、中心部分１１３Ｂと、接続部分１１３Ｃと、を有する。耳部分１１３Ａ１は、捩れ梁部１１２ＡのＸ方向正側の端部と接続される。耳部分１１３Ａ２は、捩れ梁部１１２ＢのＸ方向負側の端部と接続される。耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２は、耳部分１１３Ａ１、１１３Ａ２の捩れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂが接続される位置から、Ｙ方向負側に延びる。耳部分１１３Ａ１は、中心部分１１３ＢのＹ方向正側の辺において、中心部分１１３ＢのＸ方向正側の端部に接続される。耳部分１１３Ａ２は、中心部分１１３ＢのＹ方向正側の辺において、中心部分１１３ＢのＸ方向負側の端部に接続される。中心部分１１３Ｂは、構造体１１０の中心部分に位置する。中心部分１１３Ｂは、Ｚ方向正側から見て四角形状の中心本体部１１３Ｂ１と、中心本体部１１３Ｂ１のＹ方向負側の辺からＹ方向負側にテーパ状に狭く形成される中心テーパ部
１１３Ｂ２と、を備える。中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面は、圧電駆動部１２０が接着される。中心テーパ部１１３Ｂ２のＹ方向負側の辺は、接続部分１１３Ｃと接続される。接続部分１１３Ｃは、Ｚ方向から見て四角形状である。接続部分１１３ＣのＹ方向正側の一端のＸ方向の中央と、中心テーパ部１１３Ｂ２のＹ方向負側の一端と、は接続される。接続部分１１３Ｃは、台座１３０に固定される。
【００２９】
圧電駆動部１２０は、中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面に設けられる。圧電駆動部１２０は、例えば、厚さ３０μｍ〜１００μｍの平板状に成形され圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の両面に対して、電極層として金又は白金を０．２μｍ〜０．６μｍ積層することで形成される。圧電駆動部１２０と中心本体部１１３Ｂ１とは、導電性接着剤で接着される。導電性接着剤は、例えば、エポキシ系の合成樹脂製の基剤内に、銀で構成された円盤状の金属フィラーを分散させたものである。
【００３０】
［台座１３０の構成］
図３を用いて、台座１３０について説明する。図３（Ａ）は、台座１３０の平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す台座１３０をＡ−Ａ線に沿って破断した断面図である。図３（Ｃ）は、台座１３０の底面図である。台座１３０は、図３（Ａ）に示されるように、Ｚ方向正側から見て十字型に形成される。台座１３０は、ステンレスで構成されている。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、台座１３０は、台部１３３と、支持部１３２と、１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂと、を備える。
【００３１】
図３（Ａ）に示すように、台部１３３は、Ｚ方向から見て四角形状に形成される。図３（Ｂ）に示すように、台部１３３は、１対のハネ部１３１Ａ、１３１ＢのＺ方向負側の面と比較して、Ｚ方向負側に数μｍ突出した突出部１３３Ａを備える。台部１３３のＺ方向負側の突出部１３３Ａの周りの面１３３Ｆは、後述する固定部品２００と接着される。図３（Ｃ）に示すように、台部１３３は、Ｚ方向から見て楕円形の貫通孔ＨＬ１と、Ｚ方向から見て矩形の貫通孔ＨＬ２と、が設けられる。貫通孔ＨＬ１は、構造体１１０のミラー部１１１のＺ方向負側に位置する。図示しない光出射装置から出射されたレーザ光は、貫通孔ＨＬ１を通過して、鏡面研磨されたミラー部１１１のＺ方向負側の面に入射され、水平方向に反射される。貫通孔ＨＬ２は、中心テーパ部１１３Ｂ２のＺ方向負側に位置する。貫通孔ＨＬ２は、光スキャナ１００の製造工程において用いられる。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、支持部１３２は、台部１３３の縁から□型にＺ方向正側に延びる。支持部１３２のＹ方向負側のＺ方向正側の面１３２Ｆと、構造体１１０の接続部分１１３ＣのＺ方向負側の面とは、接続される。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂは、台部１３３のＸ方向の両側のＹ方向における中央から、ミラー部１１１から離間する向きに突出して、Ｙ方向に延びて設けられる。図３（Ｂ）に示すように、ハネ部１３１ＡのＸ方向負側の一端は、Ｚ方向正側に突出して形成される。ハネ部１３１ＢのＸ方向正側の一端は、Ｚ方向正側に突出して形成される。
【００３４】
［固定部品２００と台座１３０との接着領域］
図４を用いて、固定部品２００と台座１３０との接着領域について説明する。図４（Ａ）は、固定部品２００と台座１３０との側面図である。図４（Ｂ）は、固定部品２００と台座１３０との接着領域を示す平面図である。図４（Ａ）に示すように、固定部品２００は、台部１３３のＺ方向負側の突出部１３３Ａの周りの面１３３Ｆと接着剤を用いて固定される。接着剤は、アクリル樹脂からなる。図４（Ｂ）に示すように、固定部品２００と台座１３０とは、所定の接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４、ＦＦ５にて接着される。接着領域ＦＦ１は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方
向負側の領域である。接着領域ＦＦ２は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向正側の領域である。接着領域ＦＦ３は、台座１３０のハネ部１３１ＢのＹ方向における両側のうち、Ｙ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ４は、台座１３０のハネ部１３１ＡのＹ方向における両側のうち、Ｙ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ５は、台部１３３のＹ方向負側の一端のＸ方向に延びる領域における中央領域である。
【００３５】
〔光スキャナ１００駆動時の変形量〕
図５を用いて、光スキャナ１００の駆動時での台座１３０のＺ方向における変形量の大きさの違いについて説明する。図５は、光スキャナ１００の駆動時での台座１３０のＺ方向における変形量の大きさの状況を示す図である。図５のＺ方向における変形量の大きさは、インテリスウィートを用いて実験した結果である。図５に示す領域ＢＦ１、ＢＦ２（縦線部分）は、台座１３０のＺ方向における変形量の平均変形量に対してＺ方向における変形量が小さい領域である。領域ＢＦ１は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向負側から、ハネ部１３１ＡのＹ方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＦ２は、台部１３３のＹ方向正側の一端のＸ方向における両側のうちＸ方向正側から、ハネ部１３１ＢのＹ方向負側までをほぼ帯状に延びる領域である。図５に示すように、接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４に相当する領域は、領域ＢＦ１、ＢＦ２内にある。領域ＢＦ１、ＢＦ２は、台座１３０の他の領域と比較して、光スキャナ１００の駆動時のＺ方向における変形量が小さい。変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、圧電駆動部１２０による構造体１１０への振動力が台座１３０を介して固定部品へと発散しにくい。ゆえに、変形量が小さい領域は、変形量が大きい領域と比較して、固定部品と固定されて所定の駆動電圧をかけた際のミラー振れ角が大きい。
【００３６】
図６を用いて、固定部品と台座との接着領域の違いによるミラー部１１１の振れ角変化について説明する。図６（Ａ）は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化を示すグラフである。図６（Ｂ）は、固定部品と台座との接着領域の違いによる振れ角変化率を示すグラフである。実験は、所定の振れ角を測定可能な評価装置を用いて、一定の駆動電圧に対する振れ角を測定した。また、数値計算は、インテリスウィートを用いた。実験は、イニシャル、ミラー側のみ、溶接側のみ、の３パターンで、試行回数３回、行われた。イニシャルとは、台座１３０と固定部品２００とを接着せず治具で固定した場合の実験結果である。ミラー側のみとは、ミラー部１１１に近接した接着領域ＦＦ１、ＦＦ２のみで固定部品２００と台座１３０とを固定した場合である。溶接側のみとは、台座１３０のＹ方向負側の一端のＸ方向における両側方領域のみで固定部品２００と台座１３０とを固定した場合である。図６（Ａ）を見てみると、イニシャルの場合の振れ角は、平均して２７°前後であるのに対し、ミラー側のみの振れ角は、平均３０°前後である。図６（Ｂ）を見てみると、ミラー側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均１０％前後高くなっている。一方、図６（Ａ）に示すように、ミラー側のみのＹ方向における反対側にあたる溶接側のみの振れ角は、平均２３°前後である。図６（Ｂ）を見てみると、溶接側のみの振れ角変化率は、イニシャルの振れ角変化率と比較して、平均２０％前後低くなっている。このように、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ１００は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所要駆動電圧に対する振れ角が大きい。即ち、ミラー側のみ接着した場合の光スキャナ１００は、溶接側のみ接着した場合の光スキャナと比較して、所定のミラー振れ角を得るための所要駆動電圧の大きさが小さい。図６より、Ｚ方向における変形量の少ない領域ＦＦ１、ＦＦ２と固定部品２００とを接着することで、Ｚ方向における変形量の大きい領域と固定部品２００とを接着した場合と比較して、光スキャナの所要駆動電圧の大きさが小さくなることは明らかである。
【００３７】
〔使用例〕
本実施形態の光スキャナ１００は、例えば特開２０１０−７９１０４号公報記載の網膜走査ディスプレイの頭部装着ユニットに組み込まれて使用される。光スキャナ１００は、
網膜走査ディスプレイの光ファイバから出射されたレーザ光を高速水平走査する光走査素子として使用される。網膜走査ディスプレイは、画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、光出射部から出射されたレーザ光をミラー部１１１に反射させ、水平方向に走査する光スキャナ１００と、光スキャナ１００によって水平方向に走査されたレーザ光を水平方向と直交する垂直方向に走査する第２光スキャナと、第２光スキャナによって垂直方向に走査されたレーザ光をユーザの瞳孔に投射する投射部と、を備える。光出射部は、画像信号に応じたレーザ光を生成し、レーザ光を出射する。光出射部から出射されたレーザ光は、光スキャナ１００のミラー部１１１にて反射され、水平方向に走査される。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２光スキャナの第２ミラー部にて反射され、水平方向と直交する垂直方向に走査される。水平方向と直交する垂直方向に走査されたレーザ光は、投射部に出射され、投射部によってユーザの瞳孔に投射される。これにより、ユーザは、画像信号によって変調されたレーザ光を視認することができる。本実施形態における網膜走査ディスプレイ、光出射部、第２光スキャナ、及び投射部は、順に本発明における画像投影装置、光出射部、第２光スキャナ、及び投射部の一例である。本実施形態におけるユーザの瞳孔は、本発明における被投射対象の一例である。本実施形態における水平方向、及び垂直方向は、順に本発明における所定方向、及び所定方向と略直交する方向の一例である。
【００３８】
〔変形例〕
本実施形態の台座１３０とは異なる台座１３０Ｂについて図７を用いて説明する。図７は、台座１３０Ｂの底面図である。台座１３０Ｂは、台座１３０のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂを除いた形状を有する。図８は、台座１３０Ｂの光スキャナ駆動時のＺ方向における変形量の小さな領域を示す図である。図８の所定の領域ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３（縦線部分）のＺ方向における変形量は、Ｚ方向の平均変形量と比較して小さい。領域ＢＢ１は、Ｙ方向正側の一端のＸ方向負側領域から、貫通孔ＨＬ１のＸ方向負側のＹ方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＢ２は、Ｙ方向正側の一端のＸ方向正側領域から、貫通孔ＨＬ１のＸ方向正側のＹ方向において中央までをほぼ帯状に延びる領域である。領域ＢＢ３は、Ｙ方向負側の一端のＸ方向における中央領域である。固定部品２００との接着領域ＦＦ６、ＦＦ７、ＦＦ８は、領域ＢＢ１、ＢＢ２、ＢＢ３内にそれぞれある。接着領域ＦＦ６は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向正側の一端のＸ方向における両側方領域のうち、Ｘ方向負側の領域である。接着領域ＦＦ７は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向正側の一端のＸ方向における両側方領域のうち、Ｘ方向正側の領域である。接着領域ＦＦ８は、台部１３３の面１３３ＦにおいてＹ方向負側の一端のＸ方向における中央領域である。Ｚ方向における変形量が小さい領域ＦＦ６、ＦＦ７と固定部品２００とを接着することで、所要駆動電圧を小さくすることができる。Ｙ方向において領域ＦＦ６、ＦＦ７の反対側にある領域ＦＦ８と、固定部品２００と、を接着することで、構造体１１０及び台座１３０Ｂの振動が安定する。また、台座１３０Ｂと固定部品２００との接着が剥がれ、台座１３０Ｂと固定部品２００とが分離することを防ぐことができる。台座１３０Ｂにおいても、台座１３０と同様に、Ｚ方向における変形量が比較的小さい領域と固定部品２００とが接着されているため、Ｚ方向における変形量が大きい領域と固定部品２００とを接着した場合と比較して、所要駆動電圧の大きさを小さくすることができる。
【００３９】
本実施形態においては、構造体はプレス加工によって形成されたが、構造体は例えばエッチング加工等の他の除去加工によって形成してもよい。本実施形態においては、構造体はステンレスであったが、構造体はシリコンウエハなどの非金属材料によって形成されても差し支えない。この場合、非金属材料の構造体の表面は、金属薄膜などの導電層が設けられると圧電駆動部に駆動電圧を伝達しやすくなる。本実施形態においては、圧電駆動部は、チタン酸ジルコン酸鉛であったが、圧電材料であればよい。本実施形態においては、台座はステンレスであったが、台座はチタン等の弾性を有す金属であればよい。本実施形
態においては、ミラー部１１１は円形に形成されたが、ミラー部１１１は、例えば楕円又は多角形であってもよい。本実施形態において固定部品２００と台座１３０とを接着する接着剤は、アクリル樹脂からなるが、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等、合成樹脂であればよい。本実施形態において圧電駆動部１２０と構造体１１０とを接着する導電性接着剤は、シリコン樹脂製の基剤内に銀で構成された金属フィラーを分散させたものであったが、基剤はエポキシ樹脂、アクリル樹脂等、合成樹脂であればよいし、フィラーは金、銅等、金属であればよい。
【００４０】
本実施形態におけるＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、順に本発明における第１方向、第２方向、及び第３方向の一例である。本実施形態における固定部品２００、光スキャナ１００、構造体１１０、圧電駆動部１２０、及び台座１３０は、順に本発明における固定部品、光スキャナ、構造体、駆動部、及び台座の一例である。本実施形態におけるミラー部１１１、及び本体部１１３は、順に本発明におけるミラー部、及び本体部の一例である。本実施形態における捻れ梁部１１２Ａ、１１２Ｂは、本発明における梁部の一例である。本実施形態における支持部１３２、及び台部１３３は、本発明における支持部、及び台部の一例である。本実施形態における１対のハネ部１３１Ａ、１３１Ｂは、本発明における１対のハネ部の一例である。本実施形態における支持部１３２のＹ方向負側のＺ方向正側の面１３２Ｆは、本発明における支持面の一例である。本実施形態における周りの面１３３Ｆは、本発明における反対側の面の一例である。本実施形態における揺動軸線Ｌ１は、本発明における揺動軸線の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２は、本発明における支持面から遠い一端の第１方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２は、支持面と台部との最短距離が遠い領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ３、ＦＦ４は、本発明における第２方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ５は、本発明における、支持面に近い一端の第１方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ６、ＦＦ７は、本発明における支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ８は、本発明における第１方向に延びる領域の中央領域の一例である。本実施形態における接着領域ＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３、ＦＦ４、ＦＦ５、ＦＦ６、ＦＦ７、ＦＦ８は、台部の第３方向における変形量が支持面の第３方向における変形量より小さい領域の一例である。本実施形態における台座１３０Ｂは、本発明における台座の一例である。本実施形態における中心本体部１１３Ｂ１のＺ方向正側の面は、本発明における一方の面の一例である。
【符号の説明】
【００４１】
１００ 光スキャナ
１１０ 構造体
１１１ ミラー部
１１２Ａ、１１２Ｂ 捩れ梁部
１１３ 本体部
１２０ 圧電駆動部
１３０、１３０Ｂ 台座
１３１Ａ、１３１Ｂ １対のハネ部
１３２ 支持部
１３２Ｆ 支持面
１３３ 台部
２００ 固定部品
Ｌ１ 揺動軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部品と固定されて設置される光スキャナであって、
前記光スキャナは、
入射したレーザ光を反射するミラー部と、
前記ミラー部の揺動軸線に沿う第１方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、
前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第２方向に延びる本体部と、
を有す構造体と、
前記本体部の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において対向する２つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、
前記光スキャナは、
前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第３方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、
前記支持部と接続され、前記第２方向に平行な面上で延びる台部と、
を有す台座をさらに備え、
前記台部の第３方向における変形量が前記支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第３方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記台部は、
前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記台座は、
前記台部の前記第１方向における両側から突出する１対のハネ部を有し、
前記１対のハネ部は、
前記第２方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、
前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする請求項５に記載の光スキャナ。
【請求項７】
画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項１〜６のいずれかに記載の光スキャナと、
前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第２光スキャナと、
前記第２光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。
【請求項１】
固定部品と固定されて設置される光スキャナであって、
前記光スキャナは、
入射したレーザ光を反射するミラー部と、
前記ミラー部の揺動軸線に沿う第１方向に延び、前記ミラー部の両端に接続される梁部と、
前記梁部を支持し、前記ミラー部から離間する第２方向に延びる本体部と、
を有す構造体と、
前記本体部の前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において対向する２つの面のうち、一方の面に形成され、駆動電圧の印加により、前記本体部に振動を加え、前記本体部及び前記梁部を介して前記ミラー部を揺動軸線を中心として所定の共振周波数にて揺動させる駆動部と、を備え、
前記光スキャナは、
前記構造体を片持ち支持する支持面を有し、前記第３方向の前記ミラー部から離間する向きに延びる支持部と、
前記支持部と接続され、前記第２方向に平行な面上で延びる台部と、
を有す台座をさらに備え、
前記台部の第３方向における変形量が前記支持面の第３方向における変形量より小さい領域にて、前記台部の前記第３方向において対向する二つの面のうち前記構造体がある側とは反対側の面と前記固定部品とは固定されることを特徴とする光スキャナ。
【請求項２】
前記台部は、
前記支持面と前記ミラー部との最短距離より、前記支持面と前記台部との最短距離が遠い領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１に記載の光スキャナ。
【請求項３】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる両側方領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項２に記載の光スキャナ。
【請求項４】
前記台座は、
前記台部の前記第１方向における両側から突出する１対のハネ部を有し、
前記１対のハネ部は、
前記第２方向における両側方領域のうち、前記支持面に近い側の領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項５】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面に近い一端の前記第１方向に延びる領域の中央領域にて固定部品と固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スキャナ。
【請求項６】
前記台部は、
前記第２方向において対向する両端を有し、
その両端のうち、前記支持面から遠い一端の前記第１方向に延びる領域の両側方領域にて固定部品と固定され、
前記中央領域は、前記両側方領域より狭いことを特徴とする請求項５に記載の光スキャナ。
【請求項７】
画像信号に応じたレーザ光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射されたレーザ光を前記ミラー部に反射させ、所定方向に走査する請求項１〜６のいずれかに記載の光スキャナと、
前記光スキャナによって前記所定方向に走査されたレーザ光を、前記所定方向と略直交する方向に走査する第２光スキャナと、
前記第２光スキャナによって前記直交する方向に走査されたレーザ光を被投射対象に投射する投射部と、
を備えることを特徴とする画像投影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７８３８９（Ｐ２０１２−７８３８９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０６６８（Ｐ２０１０−２２０６６８）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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