光走査装置、および、画像表示装置
【課題】光の照射に起因する温度上昇を抑制する。
【解決手段】本発明の光走査装置は、支持部と、光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、ミラー装着部を支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、一対のばね部の各々は、永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、磁石装着部を支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、第１のばねと略同位置直線上に設けられ、ミラー装着部を磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、駆動部は、ミラー装着部の回動軸に沿って永久磁石を囲むように配置されたヨークと、ヨークに巻き付けられ、導通によってヨークを励磁して、永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有する。
【解決手段】本発明の光走査装置は、支持部と、光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、ミラー装着部を支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、一対のばね部の各々は、永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、磁石装着部を支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、第１のばねと略同位置直線上に設けられ、ミラー装着部を磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、駆動部は、ミラー装着部の回動軸に沿って永久磁石を囲むように配置されたヨークと、ヨークに巻き付けられ、導通によってヨークを励磁して、永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、および、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラーを回動させることで光を走査する光走査装置は、デジタル複写機、レーザプリンタ、バーコードリーダ、スキャナ、プロジェクタなどで広く用いられている。光走査装置としては、モータ駆動のポリゴンミラーやガルバノミラーなどが用いられてきた。
【０００３】
一方、近年の微細加工技術の進歩に伴い、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた光走査装置が大きな発展を遂げている。ＭＥＭＳ技術を用いた光走査装置としては、ミラーが装着されたミラー装着部の両端を弾性材料で形成されたばね部で支持し、ばね部を回動軸としてミラー装着部を回動駆動することで光走査するものがある。このような光走査装置は、モータ駆動のポリゴンミラーなどと比較して、構造が簡単であり、かつ半導体プロセスを用いた一体形成が可能であることから、小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００４】
光走査装置を用いたプロジェクタなどの画像表示装置において、表示画像の輝度を上げるためには、光の照射パワーを上げる必要がある。
【０００５】
一般に、ミラーでの光の反射率を１００％とすることは困難であり、ミラーに照射された光の一部は、ミラーに吸収され熱が発生する。また、光の照射パワーを上げると、ミラーでの発熱量も大きくなる。
【０００６】
上述のばね部を回動軸としてミラー装着部を回動させる光走査装置においては、ミラーで発生した熱は、ミラー装着部、ばね部を放熱経路として放熱される。ここで、ミラーで発生した熱の放熱が十分でないと、ミラーに歪みが発生したり、ばね部の温度が上昇して、共振周波数が所定値からずれたりして、安定した光の走査が困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献１（特開２００８−０３９８６１号公報）には、ミラー装着部のミラー装着面とは反対側の面にヒートシンクを取り付けることで、光の照射に起因する温度上昇を抑制する光走査装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２（特開２００９−１３４０２９号公報）には、ミラー装着部と、支持部と、ミラー装着部および支持部とばね部を介して接続された板状の部材と、板状の部材の下面に対向する電極と、を有し、電極に電圧を印加することで生じる電極と板状の部材との静電力を用いてミラー装着部を回動駆動する光走査装置において、板状の部材の上面に接合膜を介してヒートシンクを取り付けた光走査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０３９８６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１３４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示の光走査装置においては、ヒートシンクが取り付けられるため、ミラー装着部の慣性モーメントが大きくなり、ミラー装着部を回動駆動させるための駆動エネルギーが増加するという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示の光走査装置においては、ミラー装着部で発生した熱はばね部を介して板状の部材に伝わり、さらに、接合膜、ヒートシンクと伝わって放熱される。ここで、接合膜が放熱に対する抵抗となるため、特許文献２に開示の光走査装置においては、放熱の効果が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、駆動エネルギーの増加を抑制しつつ、光の照射に起因する温度上昇を抑制し、安定した光の走査を行うことができる光走査装置、および、画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の光走査装置は、
支持部と、
光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、
前記ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、前記ミラー装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、
前記ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、
前記一対のばね部の各々は、
永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、
前記磁石装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、
前記第１のばねと略同位置直線上に設けられ、前記ミラー装着部を前記磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、
前記駆動部は、
前記ミラー装着部の回動軸に沿って前記永久磁石を囲むように配置されたヨークと、
前記ヨークに巻き付けられ、導通によって前記ヨークを励磁して、前記永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有する。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の画像表示装置は、
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する上述の光走査装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動エネルギーの増加を抑制しつつ、光の照射に起因する温度上昇を抑制し、安定した光の走査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態の光走査装置の上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す主フレームの上面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示す主フレームの斜視図である。
【図２Ｂ】図１Ａに示す光走査装置の斜視図である。
【図３Ａ】図１Ａに示す光走査装置の左偏向状態を示す図である。
【図３Ｂ】図１Ａに示す光走査装置の右偏向状態を示す図である。
【図４】図１Ａに示す光走査装置における放熱効果について説明するための図である。
【図５】本発明の光走査装置を備えた画像表示装置の構成例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の光走査装置の他の構成を示す上面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図７Ａ】図６Ａに示す光走査装置の左偏向状態を示す図である。
【図７Ｂ】図６Ａに示す光走査装置の右偏向状態を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態の光走査装置における主フレームの上面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の光走査装置１の上面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示す光走査装置１の主フレームの上面図である。また、図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００１９】
本実施形態の光走査装置１は、図１Ａに示すように、ミラー２と、永久磁石３と、主フレーム１０と、駆動部２０と、を有する。
【００２０】
主フレーム１０は、図１Ｂに示すように、ミラー装着部１１と、支持部１２と、一対のばね部１３と、を有する。また、一対のばね部１３の各々は、磁石装着部１４と、第１のばね１５と、第２のばね１６と、を有する。
【００２１】
駆動部２０は、図１Ｃに示すように、ヨーク２１と、コイル２５と、を有する。
【００２２】
ミラー２は、例えば、基板としてガラスを用い、そのガラス上に光を反射する反射膜として誘電体多層膜をコーティングしたものである。ミラー２は、例えば、矩形に形成され、ミラー装着部１１に接着剤などを用いて固定される。
【００２３】
永久磁石３は、例えば、サマリウムコバルト磁石やネオジム磁石などで構成され、磁石装着部１４に接着剤などを用いて固定される。
【００２４】
主フレーム１０は、ミラー装着部１１、支持部１２、および、一対のばね部１３（磁石装着部１４、第１のばね１５、第２のばね１６）が、例えば単結晶シリコン基板やステンレスその他の金属基板など、適度な剛性を有する非磁性材料基板で、相互に一体に形成されている。また、主フレーム１０は、図１Ａから図１Ｃでは不図示のベースに支持部１２において固定される。
【００２５】
以下、主フレーム１０の構成の詳細について、図１Ｂおよび図２Ａを参照して説明する。なお、図２Ａは、主フレーム１０の斜視図である。
【００２６】
ミラー装着部１１は、枠状に形成され、枠の上面にミラー２が装着される。
【００２７】
支持部１２は、図２Ａに示すように、ベース４に固定される。
【００２８】
一対のばね部１３は、ミラー装着部１１の両端に互いに対向して形成され、ミラー装着部１１のミラー装着面と略平行なＸ軸に沿って延在してミラー装着部１１と支持部１２とを接続し、ミラー装着部１１を支持部１２に対してＸ軸の回りに回動可能に支持する。
【００２９】
磁石装着部１４は、板状であり、永久磁石３が嵌入して装着される空孔部１４ａを有する。また、磁石装着部１４は、スリットが形成されたスリット部１４ｂを有する。スリット部１４ｂは、放熱フィンとして機能する。なお、磁石装着部１４の重心位置がＸ軸からずれると、駆動時に不要な振動が発生しやすくなり、安定した光走査を行うことが困難になる。そこで、スリット部１４ｂは、Ｘ軸に対称に形成されていることが望ましい。
【００３０】
第１のばね１５は、支持部１２と磁石装着部１４とを接続し、磁石装着部１４を支持部１２に対してＸ軸の回りに回動可能に支持する。
【００３１】
第２のばね１６は、第１のばね１５と略同一直線上に形成され、磁石装着部１４とミラー装着部１１とを接続し、ミラー装着部１１を磁石装着部１４に対して回動可能に支持する。
【００３２】
駆動部２０は、ミラー装着部１１をＸ軸の回りに回動駆動する。
【００３３】
以下、駆動部２０の構成の詳細について、図１Ｃおよび図２Ｂを参照して説明する。なお、図２Ｂは、光走査装置１の斜視図である。
【００３４】
永久磁石３は、図１Ｃに示すように、Ｘ軸（ミラー装着部１１の回動軸）に対して略回転対照となるように装着されるとともに、矢印Ｍに示されるように、磁化方向がＸ軸と直交し、かつ、磁石装着部１４の主面と平行となるように装着される。
【００３５】
ヨーク２１は、例えば、鉄系材料、フェライト材料、又はパーマロイ材料などを含む磁性材料で形成され、Ｘ軸に沿って永久磁石３を囲むように配置される。ヨーク２１は、第１のヨーク部２２と、第２のヨーク部２３と、第３のヨーク部２４と、を有する。
【００３６】
第１のヨーク部２２は、永久磁石３の近傍に、一端部２２ａ（以下、第１の端部２２ａと称する）を有する。
【００３７】
第２のヨーク部２３は、永久磁石３の近傍に、永久磁石３の磁化方向と略直交する方向に永久磁石３を挟んで第１の端部２２ａと対向する一端部２３ａ（以下、第２の端部２３ａと称する）を有し、第１のヨーク部２２に対向して延在する。
【００３８】
第３のヨーク部２４は、第１のヨーク部２２の他端部２２ｂと第２のヨーク部２３の他端部２３ｂとを磁気的に結合する。
【００３９】
したがって、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４は、相互に磁気的に結合されて、一つの磁気回路としてのヨーク２１を構成する。なお、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとのギャップは、一例として、１〜２ｍｍの範囲である。
【００４０】
コイル２５は、第３のヨーク部２４に巻き付けられ、導通することで、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４を励磁し、永久磁石３に作用する磁場を発生させる。また、コイル２５は、後述するように、導通することで、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。なお、コイルの巻き数は、一例として、２００である。
【００４１】
ここで、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとのギャップをｇとし、コイル２５の巻き数および電流をそれぞれＮおよびＩとすると、ギャップｇ間に発生する磁場Ｈの大きさは、概ねＨ＝ＮＩ／ｇで与えられる。例えば、コイルの巻き数Ｎが２００、電流Ｉが２００ｍＡ、ギャップｇが２ｍｍの場合、永久磁石３に作用する磁場Ｈは、２×１０4Ａ／ｍ（２５０Ｏｅ）となる。
【００４２】
次に、光走査装置１の動作について説明する。
【００４３】
コイル２５に通電すると、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４内に磁束が発生し、各ヨーク部に磁極が形成される。このとき、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとには、互いに異なる磁極が形成される。その結果、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとの間に磁場が発生する。
【００４４】
コイル２５に所定方向の電流を流すと、図３Ａに示すように、第１の端部２２ａにはＮ極が、第２の端部２３ａにはＳ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第１の端部２２ａから第２の端部２３ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第２の端部２３ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て左側に傾ける（左偏向状態）。
【００４５】
一方、コイル２５に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図３Ｂに示すように、第１の端部２２ａにはＳ極が、第２の端部２３ａにはＮ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第２の端部２３ａから第１の端部２２ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第１の端部２２ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て右側に傾ける（右偏向状態）。
【００４６】
磁石装着部１４の傾きに伴って、ミラー装着部１１は、磁石装着部１４と同じ方向に傾く。したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ、他方では深い角度で反射させることが可能となる。このようにして、コイル２５に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００４７】
ここで、ミラー２、永久磁石３、ミラー装着部１１、磁石装着部１４、第１のばね１５、および第２のばね１６からなる系は、Ｘ軸の回りに往復回動を行うねじり共振モードを有する。
【００４８】
コイル２５には正弦波状の電流が流され、その正弦波状の電流の周波数を上述した系の共振モードの周波数と一致させることで、上述した系はねじり共振を起こし、少ない電流で大きなミラー回転角を有する往復回動を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施形態の光走査装置１における放熱効果について説明する。
【００５０】
上述したように、ミラー２に照射された光のうち、一部はミラー２に吸収され、熱となる。ミラー２で発生した熱は、ミラー装着部１１、第２のばね１６から磁石装着部１４へと伝わる。
【００５１】
磁石装着部１４は、スリット部１４ｂにスリットが形成されているため、表面積が増加し、ミラー２で発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００５２】
なお、特許文献２に開示の光走査装置は、ミラー装着部と支持部との間に、ミラー装着部および支持部とばね部を介して接続された板状の部材（質量部２１，２２）を設け、板状の部材にヒートシンクを設けている。しかし、このように板状部材にヒートシンクを設ける構成では、板状部材が大きな空気抵抗を受けることとなり駆動効率が激減する。
【００５３】
さらに、特許文献２に開示の光走査装置の板状部材にスリットを設けることは困難である。特許文献２に開示の光走査装置では、質量部２１、２２の対応する部分に電極３２を設け、質量部と電極と間に駆動電圧を印加させ、この駆動電圧により発生する静電気力を用いてミラーの回動駆動を行う。したがって、質量部にスリットに形成すると発生する静電気力が激減することとなるためである。
【００５４】
一方、本実施形態の光走査装置１においては、磁石装着部１４にスリット部１４ｂが設けられているため、図４に示すように、磁石装着部１４の回動駆動時にスリットを空気が抜ける空気流Ｆが生じる。そのため、駆動時の空気抵抗の増大を抑制し、駆動エネルギーの増大も抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態の光走査装置１においては、磁石装着部１４に装着された永久磁石に作用する電磁力を駆動力としており、磁石装着部の一部に磁石を配置してスリットを設けても駆動力が激減することがない。
【００５６】
また、一般に、永久磁石３は、温度が上がると磁力が低下するという特性がある。永久磁石３の磁力が低下すると、ミラー装着部１１を回動駆動する駆動力も低下し、ミラー装着部１１の所望の振れ角を確保することができなくなる。そこで、本実施形態のように、磁石装着部１４にスリット部１４ｂを設けることで、永久磁石３の温度上昇を抑制することもできる。
【００５７】
また、特許文献１に開示のように、ミラー装着部にヒートシンクを設けると、ミラー装着部の慣性モーメントが大きくなる。また、ヒートシンクの回転角とミラー（ミラー装着部）の回転角とは等しいため、慣性モーメントの大きなミラー装着部を駆動するための駆動エネルギーが増加する。
【００５８】
一方、本実施形態では、仮に、磁石装着部１４をミラー装着部１１と支持部１２との中間に設ける（第１のばね１５の長さと第２のばね１６の長さとを同じにする）と、磁石装着部１４に形成されたスリット部１４ｂの回転角は、ミラー装着部１１の回転角の半分となる。したがって、特許文献１に開示のように、ミラー装着部にヒートシンクを設けるよりも、ミラー装着部を駆動するための駆動エネルギーの増加を抑制することができる。なお、磁石装着部１４をミラー装着部１１よりも支持部１２の近くに設ける（第１のばね１５の長さを第２のばね１６の長さよりも短くする）ことで、スリット部１４ｂの回転角をさらに小さくし、駆動エネルギーの増加を抑制することができる。したがって、本実施形態においては、磁石装着部１４は、ミラー装着部１１よりも支持部１２の近くに設けることが望ましい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、光走査装置１は、ミラー装着部１１および支持部１２とそれぞれ第２のばね１６および第１のばね１５を介して接続されるとともに、スリットが形成された磁石装着部１４を有する。
【００６０】
光の照射に起因してミラー２で発生した熱は、ミラー装着部１１から第２のばね１６、ミラー装着部１４へと伝わる。ミラー装着部１４には、スリットが設けられているため、表面積が大きくなり、ミラー装着部１１で発生した熱を効果的に放熱することができる。その結果、ミラー２、永久磁石３、ばね部１３などの温度上昇を抑制し、光走査装置１を安定して駆動させることができる。
【００６１】
また、スリット部１４ｂを磁石装着部１４に設けることで、駆動時の空気抵抗の増加を抑制し、駆動エネルギーの増大を抑制しつつ、ミラー２で発生した熱を放熱することができる。
【００６２】
また、主フレーム１０を構成する各部を相互に一体に形成することで、組み立て工数の増大を招くことを防ぐことができる。
【００６３】
ここで、本実施形態の光走査装置１が組み込まれる画像表示装置の構成および動作について説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態の光走査装置１を備えた画像表示装置の一構成例を示す図である。
【００６５】
図５に示す画像表示装置は、外部から供給される映像信号に応じて変調された各色の光束を生成する光束生成装置Ｐ１と、光束生成装置Ｐ１で生成された各光束を平行光化するためのコリメート光学系Ｐ２と、平行光化された各光束を合成するための合成光学系Ｐ３と、を有する。また、画像表示装置は、合成光学系Ｐ３で合成された光束を画像表示するために水平方向に走査する水平走査部Ｐ４と、水平走査部Ｐ４で水平方向に走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部Ｐ５と、水平方向と垂直方向に走査された光束をスクリーン上に出射するための光学系（図示せず）と、を有する。本実施形態の光走査装置１は、水平走査部Ｐ４の走査ミラーＰ４１として画像表示装置に組み込まれる。
【００６６】
光束生成装置Ｐ１は、外部から供給された映像信号に基づいて画像を構成するための要素となる信号を発生させるとともに、水平走査部Ｐ４で使用される水平同期信号と、垂直走査部Ｐ５で使用される垂直同期信号とをそれぞれ出力する信号処理回路を有する。この信号処理回路において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各映像信号が生成される。
【００６７】
さらに光束生成装置Ｐ１は、信号処理回路から出力される３つの映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のそれぞれに応じた光束を発生させる光源部Ｐ１１を有している。光源部Ｐ１１は、映像信号の各色に対して光束を発生させるレーザＰ１２と、レーザＰ１２を駆動するためのレーザ駆動系Ｐ１３と、を有する。各レーザＰ１２としては、半導体レーザあるいは高調波発生機構（ＳＨＧ）付き固体レーザが好適に用いられる。
【００６８】
光束生成装置Ｐ１の各レーザＰ１２から出射された各色の光束は、コリメート光学系Ｐ２によってそれぞれ平行光化された後、合成光学系Ｐ３の各色に対応するダイクロイックミラーに入射される。各ダイクロイックミラーに入射された各色の光束は、波長選択的に反射または透過して合成され、水平走査部Ｐ４に出力される。
【００６９】
水平走査部Ｐ４および垂直走査部Ｐ５は、水平走査部Ｐ４に入射した光束を、走査ミラーＰ４１，Ｐ５１を水平方向および垂直方向に走査し、画像として投影する。なお、走査ミラーＰ４１，Ｐ５１は、信号処理回路から出力され、走査同期回路を通じて入力される同期信号に基づいて、走査駆動回路によって駆動される。
【００７０】
なお、本実施形態においては、駆動部の構成は、図１Ｃに示した構成に限られるものではない。以下では、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本実施形態における光走査装置１とは異なる構成を有する光走査装置１Ａについて説明する。
【００７１】
図６Ａは、光走査装置１Ａの上面図である。また、図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、図１Ａから図１Ｃと同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
光走査装置１Ａは、光走査装置１と比較して、駆動部の構成を変更した点が異なる。具体的には、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１における駆動部２０が駆動部３０に変更されている。
【００７３】
図６Ｂを参照すると、駆動部３０は、ヨーク３１と、コイル３５と、を有する。
【００７４】
ヨーク３１は、例えば、鉄系材料、フェライト材料、又はパーマロイ材料などを含む磁性材料で形成され、Ｘ軸に沿って永久磁石３を囲むように配置される。ヨーク３１は、第１のヨーク部３２と、第２のヨーク部３３と、第３のヨーク部３４を有する。
【００７５】
第１のヨーク部３２は、永久磁石３の近傍に一端部３２ａ（以下、第１の端部３２ａと称する）２１１ａを有する。
【００７６】
第２のヨーク部３３は、永久磁石３の近傍であって、永久磁石３の磁化方向と略同じ方向に永久磁石３を挟んで第１の端部３２ａと対向する一端部３３ａ（以下、第２の端部３３ａと称する）を有し、第１のヨーク部３２に対向して延在する。
【００７７】
第３のヨーク部３４は、永久磁石３の磁化方向と略直交する方向で永久磁石３に対向する一端部３４ａ（以下、第３の端部３４ａと称する）を有し、第１のヨーク部３２の他端部３２ｂと第２のヨーク部３３の他端部３３ｂとを磁気的に結合する。
【００７８】
したがって、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４は、相互に磁気的に結合されて、一つの磁気回路としてのヨーク３１を構成する。なお、第１の端部３２ａと第３の端部３４ａとのギャップ、および、第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとのギャップは、一例として、それぞれ１〜２ｍｍの範囲である。
【００７９】
コイル３５は、第３のヨーク部３４に巻き付けられ、導通することで、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４を励磁し、永久磁石３に作用する磁場を発生させる。また、コイル３５は、後述するように、導通することで、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。なお、コイル３５は、導通することで、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されていれば、第１のヨーク部３２、または、第２のヨーク部３３に巻き付けられていてもよい。
【００８０】
次に、光走査装置１Ａの動作について説明する。
【００８１】
コイル３５に通電すると、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４内に磁束が発生し、各ヨーク部に磁極が形成される。このとき、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａには同種の磁極が形成され、第３の端部３４ａにはそれとは異なる磁極が形成される。その結果、第１の端部３２ａと第３の端部３４ａとの間、および、第２の端部３３と第３の端部３４ａとの間に、それぞれ磁場が発生する。
【００８２】
コイル３５に所定方向の電流を流すと、図７Ａに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａにはＮ極が、第３の端部３４ａにはＳ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａからそれぞれ第３の端部３４ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＳ極が第２の端部３３ａのＮ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て左側に傾ける（左偏向状態）。
【００８３】
一方、コイル３５に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図７Ｂに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａにはＳ極が、第３の端部３４ａにはＮ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第３の端部３４ａからそれぞれ第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａそれぞれの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第１の端部３２ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て右側に傾ける（右偏向状態）。
【００８４】
上述したように、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、磁石装着部１４の傾きに伴って、ミラー装着部１１は、磁石装着部１４と同じ方向に傾く。したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ、他方では深い角度で反射させることが可能となる。このようにして、コイル３５に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００８５】
また、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、ミラー２、永久磁石３、ミラー装着部１１、磁石装着部１４、第１のばね１５、および第２のばね１６からなる系は、Ｘ軸の回りに往復回動を行うねじり共振モードを有する。
【００８６】
コイル３５には正弦波状の電流が流され、その正弦波状の電流の周波数を上述した系の共振モードの周波数と一致させることで、上述した系はねじり共振を起こし、少ない電流で大きなミラー回転角を有する往復回動を得ることができる。
【００８７】
また、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、磁石装着部１４にスリット部１４ｂが形成されているので、ミラーで発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００８８】
このように、光走査装置１Ａによっても、光走査装置１と同様に、ミラー装着部１１を回動駆動させつつ、光を照射することでミラー２において発生した熱に起因する温度上昇を抑制することができる。
【００８９】
なお、光走査装置１および光走査装置１Ａにおいては、ヨークの一端部を、永久磁石３に向けて鋭角状の断面を有して形成する、凹凸状の断面を有して形成する、複数の突起を有して形成するなどして、その一端部の断面積を永久磁石３に向けて縮小するように形成してもよい。ヨークの一端部の断面積を永久磁石３に向けて縮小するように形成することで、その端部の磁束密度を増大し、永久磁石３に作用する磁場を増大することができる。その結果、駆動力を増大し、ミラー装着部１１の触れ角を増大することができる。
【００９０】
（第２の実施形態）
本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａと比較して、主フレームの構成が異なる。具体的には、本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａと比較して、主フレーム１０を主フレーム１０Ｂに変更した点が異なる。なお、以下では、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９１】
図８Ａは、本実施形態の主フレーム１０Ｂの上面図である。また、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいては、主フレーム１０Ｂに永久磁石３が装着されている状態を示す。
【００９２】
図８Ａに示すように、本実施形態の主フレーム１０Ｂは、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａにおける主フレーム１０と比較して、磁石装着部１４を磁石装着部８１に変更した点が異なる。
【００９３】
磁石装着部８１は、板状であり、永久磁石３が装着されるとともに、互いに略平行に複数のスリットが形成されたスリット部８２を有する。
【００９４】
スリット部８２は、図８Ｂに示すように、磁石装着部８１の主面に対して上方向に突出した立ち上がり部８２ａと、磁石装着部８１の主面に対して下方向に突出した立ち下がり部８２ｂとを有する。なお、立ち上がり部８２ａおよび立ち下がり部８２ｂは、例えば、プレス加工などを用いて容易に形成することができる。
【００９５】
このように、立ち上がり部８２ａおよび立ち下がり部８２ｂを形成することで、単にスリットを形成するよりも、スリット部８２の表面積が増加し、より効率的に放熱を行うことができる。
【００９６】
なお、立ち上がり部８２ａのみを形成した場合、あるいは、立ち下がり部８２ｂのみを形成した場合には、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれることがある。上述したように、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれると、駆動時に不要な振動が発生しやすくなり、安定した光走査を行うことが困難になる。そこで、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれるのを防止するためには、立ち上がり部８２ａと立ち下がり分８２ｂとを交互に、また、立ち上がり部８２ａと立ち下がり分８２ｂとを同数だけ形成するようにすることが望ましい。
【００９７】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態が本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００９８】
１ 光走査装置
２ ミラー
３ 永久磁石
４ ベース
１０ 主フレーム
１１ ミラー装着部
１２ 支持部
１３ ばね部
１４，８１ 磁石装着部
１４ａ 空孔部
１４ｂ，８２ スリット部
１５ 第１のばね
１６ 第２のばね
２０，３０ 駆動部
２１ ヨーク
２２，３２ 第１のヨーク部
２２ａ，３２ａ 第１の端部
２２ｂ，３２ｂ 他端部
２３，３３ 第２のヨーク部
２３ａ，３３ａ 第２の端部
２３ｂ，３３ｂ 他端部
２４，３４ 第３のヨーク部
３４ａ 第３の端部
２５，３５ コイル
８２ａ 立ち上がり部
８２ｂ 立ち下がり部
Ｐ１ 光束生成装置
Ｐ１１ 光源部
Ｐ１２ レーザ
Ｐ１３ レーザ駆動系
Ｐ２ コリメート光学系
Ｐ３ 合成光学系
Ｐ４ 水平走査部
Ｐ４１ 走査ミラー
Ｐ５ 垂直走査部
Ｐ５１ 走査ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、および、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミラーを回動させることで光を走査する光走査装置は、デジタル複写機、レーザプリンタ、バーコードリーダ、スキャナ、プロジェクタなどで広く用いられている。光走査装置としては、モータ駆動のポリゴンミラーやガルバノミラーなどが用いられてきた。
【０００３】
一方、近年の微細加工技術の進歩に伴い、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた光走査装置が大きな発展を遂げている。ＭＥＭＳ技術を用いた光走査装置としては、ミラーが装着されたミラー装着部の両端を弾性材料で形成されたばね部で支持し、ばね部を回動軸としてミラー装着部を回動駆動することで光走査するものがある。このような光走査装置は、モータ駆動のポリゴンミラーなどと比較して、構造が簡単であり、かつ半導体プロセスを用いた一体形成が可能であることから、小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００４】
光走査装置を用いたプロジェクタなどの画像表示装置において、表示画像の輝度を上げるためには、光の照射パワーを上げる必要がある。
【０００５】
一般に、ミラーでの光の反射率を１００％とすることは困難であり、ミラーに照射された光の一部は、ミラーに吸収され熱が発生する。また、光の照射パワーを上げると、ミラーでの発熱量も大きくなる。
【０００６】
上述のばね部を回動軸としてミラー装着部を回動させる光走査装置においては、ミラーで発生した熱は、ミラー装着部、ばね部を放熱経路として放熱される。ここで、ミラーで発生した熱の放熱が十分でないと、ミラーに歪みが発生したり、ばね部の温度が上昇して、共振周波数が所定値からずれたりして、安定した光の走査が困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献１（特開２００８−０３９８６１号公報）には、ミラー装着部のミラー装着面とは反対側の面にヒートシンクを取り付けることで、光の照射に起因する温度上昇を抑制する光走査装置が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２（特開２００９−１３４０２９号公報）には、ミラー装着部と、支持部と、ミラー装着部および支持部とばね部を介して接続された板状の部材と、板状の部材の下面に対向する電極と、を有し、電極に電圧を印加することで生じる電極と板状の部材との静電力を用いてミラー装着部を回動駆動する光走査装置において、板状の部材の上面に接合膜を介してヒートシンクを取り付けた光走査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−０３９８６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１３４０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示の光走査装置においては、ヒートシンクが取り付けられるため、ミラー装着部の慣性モーメントが大きくなり、ミラー装着部を回動駆動させるための駆動エネルギーが増加するという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示の光走査装置においては、ミラー装着部で発生した熱はばね部を介して板状の部材に伝わり、さらに、接合膜、ヒートシンクと伝わって放熱される。ここで、接合膜が放熱に対する抵抗となるため、特許文献２に開示の光走査装置においては、放熱の効果が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、駆動エネルギーの増加を抑制しつつ、光の照射に起因する温度上昇を抑制し、安定した光の走査を行うことができる光走査装置、および、画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の光走査装置は、
支持部と、
光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、
前記ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、前記ミラー装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、
前記ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、
前記一対のばね部の各々は、
永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、
前記磁石装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、
前記第１のばねと略同位置直線上に設けられ、前記ミラー装着部を前記磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、
前記駆動部は、
前記ミラー装着部の回動軸に沿って前記永久磁石を囲むように配置されたヨークと、
前記ヨークに巻き付けられ、導通によって前記ヨークを励磁して、前記永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有する。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の画像表示装置は、
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する上述の光走査装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動エネルギーの増加を抑制しつつ、光の照射に起因する温度上昇を抑制し、安定した光の走査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態の光走査装置の上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す主フレームの上面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図２Ａ】図１Ａに示す主フレームの斜視図である。
【図２Ｂ】図１Ａに示す光走査装置の斜視図である。
【図３Ａ】図１Ａに示す光走査装置の左偏向状態を示す図である。
【図３Ｂ】図１Ａに示す光走査装置の右偏向状態を示す図である。
【図４】図１Ａに示す光走査装置における放熱効果について説明するための図である。
【図５】本発明の光走査装置を備えた画像表示装置の構成例を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態の光走査装置の他の構成を示す上面図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図７Ａ】図６Ａに示す光走査装置の左偏向状態を示す図である。
【図７Ｂ】図６Ａに示す光走査装置の右偏向状態を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態の光走査装置における主フレームの上面図である。
【図８Ｂ】図８ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の光走査装置１の上面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示す光走査装置１の主フレームの上面図である。また、図１Ｃは、図１ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００１９】
本実施形態の光走査装置１は、図１Ａに示すように、ミラー２と、永久磁石３と、主フレーム１０と、駆動部２０と、を有する。
【００２０】
主フレーム１０は、図１Ｂに示すように、ミラー装着部１１と、支持部１２と、一対のばね部１３と、を有する。また、一対のばね部１３の各々は、磁石装着部１４と、第１のばね１５と、第２のばね１６と、を有する。
【００２１】
駆動部２０は、図１Ｃに示すように、ヨーク２１と、コイル２５と、を有する。
【００２２】
ミラー２は、例えば、基板としてガラスを用い、そのガラス上に光を反射する反射膜として誘電体多層膜をコーティングしたものである。ミラー２は、例えば、矩形に形成され、ミラー装着部１１に接着剤などを用いて固定される。
【００２３】
永久磁石３は、例えば、サマリウムコバルト磁石やネオジム磁石などで構成され、磁石装着部１４に接着剤などを用いて固定される。
【００２４】
主フレーム１０は、ミラー装着部１１、支持部１２、および、一対のばね部１３（磁石装着部１４、第１のばね１５、第２のばね１６）が、例えば単結晶シリコン基板やステンレスその他の金属基板など、適度な剛性を有する非磁性材料基板で、相互に一体に形成されている。また、主フレーム１０は、図１Ａから図１Ｃでは不図示のベースに支持部１２において固定される。
【００２５】
以下、主フレーム１０の構成の詳細について、図１Ｂおよび図２Ａを参照して説明する。なお、図２Ａは、主フレーム１０の斜視図である。
【００２６】
ミラー装着部１１は、枠状に形成され、枠の上面にミラー２が装着される。
【００２７】
支持部１２は、図２Ａに示すように、ベース４に固定される。
【００２８】
一対のばね部１３は、ミラー装着部１１の両端に互いに対向して形成され、ミラー装着部１１のミラー装着面と略平行なＸ軸に沿って延在してミラー装着部１１と支持部１２とを接続し、ミラー装着部１１を支持部１２に対してＸ軸の回りに回動可能に支持する。
【００２９】
磁石装着部１４は、板状であり、永久磁石３が嵌入して装着される空孔部１４ａを有する。また、磁石装着部１４は、スリットが形成されたスリット部１４ｂを有する。スリット部１４ｂは、放熱フィンとして機能する。なお、磁石装着部１４の重心位置がＸ軸からずれると、駆動時に不要な振動が発生しやすくなり、安定した光走査を行うことが困難になる。そこで、スリット部１４ｂは、Ｘ軸に対称に形成されていることが望ましい。
【００３０】
第１のばね１５は、支持部１２と磁石装着部１４とを接続し、磁石装着部１４を支持部１２に対してＸ軸の回りに回動可能に支持する。
【００３１】
第２のばね１６は、第１のばね１５と略同一直線上に形成され、磁石装着部１４とミラー装着部１１とを接続し、ミラー装着部１１を磁石装着部１４に対して回動可能に支持する。
【００３２】
駆動部２０は、ミラー装着部１１をＸ軸の回りに回動駆動する。
【００３３】
以下、駆動部２０の構成の詳細について、図１Ｃおよび図２Ｂを参照して説明する。なお、図２Ｂは、光走査装置１の斜視図である。
【００３４】
永久磁石３は、図１Ｃに示すように、Ｘ軸（ミラー装着部１１の回動軸）に対して略回転対照となるように装着されるとともに、矢印Ｍに示されるように、磁化方向がＸ軸と直交し、かつ、磁石装着部１４の主面と平行となるように装着される。
【００３５】
ヨーク２１は、例えば、鉄系材料、フェライト材料、又はパーマロイ材料などを含む磁性材料で形成され、Ｘ軸に沿って永久磁石３を囲むように配置される。ヨーク２１は、第１のヨーク部２２と、第２のヨーク部２３と、第３のヨーク部２４と、を有する。
【００３６】
第１のヨーク部２２は、永久磁石３の近傍に、一端部２２ａ（以下、第１の端部２２ａと称する）を有する。
【００３７】
第２のヨーク部２３は、永久磁石３の近傍に、永久磁石３の磁化方向と略直交する方向に永久磁石３を挟んで第１の端部２２ａと対向する一端部２３ａ（以下、第２の端部２３ａと称する）を有し、第１のヨーク部２２に対向して延在する。
【００３８】
第３のヨーク部２４は、第１のヨーク部２２の他端部２２ｂと第２のヨーク部２３の他端部２３ｂとを磁気的に結合する。
【００３９】
したがって、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４は、相互に磁気的に結合されて、一つの磁気回路としてのヨーク２１を構成する。なお、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとのギャップは、一例として、１〜２ｍｍの範囲である。
【００４０】
コイル２５は、第３のヨーク部２４に巻き付けられ、導通することで、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４を励磁し、永久磁石３に作用する磁場を発生させる。また、コイル２５は、後述するように、導通することで、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。なお、コイルの巻き数は、一例として、２００である。
【００４１】
ここで、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとのギャップをｇとし、コイル２５の巻き数および電流をそれぞれＮおよびＩとすると、ギャップｇ間に発生する磁場Ｈの大きさは、概ねＨ＝ＮＩ／ｇで与えられる。例えば、コイルの巻き数Ｎが２００、電流Ｉが２００ｍＡ、ギャップｇが２ｍｍの場合、永久磁石３に作用する磁場Ｈは、２×１０4Ａ／ｍ（２５０Ｏｅ）となる。
【００４２】
次に、光走査装置１の動作について説明する。
【００４３】
コイル２５に通電すると、第１のヨーク部２２、第２のヨーク部２３、および、第３のヨーク部２４内に磁束が発生し、各ヨーク部に磁極が形成される。このとき、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとには、互いに異なる磁極が形成される。その結果、第１の端部２２ａと第２の端部２３ａとの間に磁場が発生する。
【００４４】
コイル２５に所定方向の電流を流すと、図３Ａに示すように、第１の端部２２ａにはＮ極が、第２の端部２３ａにはＳ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第１の端部２２ａから第２の端部２３ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第２の端部２３ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て左側に傾ける（左偏向状態）。
【００４５】
一方、コイル２５に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図３Ｂに示すように、第１の端部２２ａにはＳ極が、第２の端部２３ａにはＮ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第２の端部２３ａから第１の端部２２ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第１の端部２２ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て右側に傾ける（右偏向状態）。
【００４６】
磁石装着部１４の傾きに伴って、ミラー装着部１１は、磁石装着部１４と同じ方向に傾く。したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ、他方では深い角度で反射させることが可能となる。このようにして、コイル２５に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００４７】
ここで、ミラー２、永久磁石３、ミラー装着部１１、磁石装着部１４、第１のばね１５、および第２のばね１６からなる系は、Ｘ軸の回りに往復回動を行うねじり共振モードを有する。
【００４８】
コイル２５には正弦波状の電流が流され、その正弦波状の電流の周波数を上述した系の共振モードの周波数と一致させることで、上述した系はねじり共振を起こし、少ない電流で大きなミラー回転角を有する往復回動を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施形態の光走査装置１における放熱効果について説明する。
【００５０】
上述したように、ミラー２に照射された光のうち、一部はミラー２に吸収され、熱となる。ミラー２で発生した熱は、ミラー装着部１１、第２のばね１６から磁石装着部１４へと伝わる。
【００５１】
磁石装着部１４は、スリット部１４ｂにスリットが形成されているため、表面積が増加し、ミラー２で発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００５２】
なお、特許文献２に開示の光走査装置は、ミラー装着部と支持部との間に、ミラー装着部および支持部とばね部を介して接続された板状の部材（質量部２１，２２）を設け、板状の部材にヒートシンクを設けている。しかし、このように板状部材にヒートシンクを設ける構成では、板状部材が大きな空気抵抗を受けることとなり駆動効率が激減する。
【００５３】
さらに、特許文献２に開示の光走査装置の板状部材にスリットを設けることは困難である。特許文献２に開示の光走査装置では、質量部２１、２２の対応する部分に電極３２を設け、質量部と電極と間に駆動電圧を印加させ、この駆動電圧により発生する静電気力を用いてミラーの回動駆動を行う。したがって、質量部にスリットに形成すると発生する静電気力が激減することとなるためである。
【００５４】
一方、本実施形態の光走査装置１においては、磁石装着部１４にスリット部１４ｂが設けられているため、図４に示すように、磁石装着部１４の回動駆動時にスリットを空気が抜ける空気流Ｆが生じる。そのため、駆動時の空気抵抗の増大を抑制し、駆動エネルギーの増大も抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態の光走査装置１においては、磁石装着部１４に装着された永久磁石に作用する電磁力を駆動力としており、磁石装着部の一部に磁石を配置してスリットを設けても駆動力が激減することがない。
【００５６】
また、一般に、永久磁石３は、温度が上がると磁力が低下するという特性がある。永久磁石３の磁力が低下すると、ミラー装着部１１を回動駆動する駆動力も低下し、ミラー装着部１１の所望の振れ角を確保することができなくなる。そこで、本実施形態のように、磁石装着部１４にスリット部１４ｂを設けることで、永久磁石３の温度上昇を抑制することもできる。
【００５７】
また、特許文献１に開示のように、ミラー装着部にヒートシンクを設けると、ミラー装着部の慣性モーメントが大きくなる。また、ヒートシンクの回転角とミラー（ミラー装着部）の回転角とは等しいため、慣性モーメントの大きなミラー装着部を駆動するための駆動エネルギーが増加する。
【００５８】
一方、本実施形態では、仮に、磁石装着部１４をミラー装着部１１と支持部１２との中間に設ける（第１のばね１５の長さと第２のばね１６の長さとを同じにする）と、磁石装着部１４に形成されたスリット部１４ｂの回転角は、ミラー装着部１１の回転角の半分となる。したがって、特許文献１に開示のように、ミラー装着部にヒートシンクを設けるよりも、ミラー装着部を駆動するための駆動エネルギーの増加を抑制することができる。なお、磁石装着部１４をミラー装着部１１よりも支持部１２の近くに設ける（第１のばね１５の長さを第２のばね１６の長さよりも短くする）ことで、スリット部１４ｂの回転角をさらに小さくし、駆動エネルギーの増加を抑制することができる。したがって、本実施形態においては、磁石装着部１４は、ミラー装着部１１よりも支持部１２の近くに設けることが望ましい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、光走査装置１は、ミラー装着部１１および支持部１２とそれぞれ第２のばね１６および第１のばね１５を介して接続されるとともに、スリットが形成された磁石装着部１４を有する。
【００６０】
光の照射に起因してミラー２で発生した熱は、ミラー装着部１１から第２のばね１６、ミラー装着部１４へと伝わる。ミラー装着部１４には、スリットが設けられているため、表面積が大きくなり、ミラー装着部１１で発生した熱を効果的に放熱することができる。その結果、ミラー２、永久磁石３、ばね部１３などの温度上昇を抑制し、光走査装置１を安定して駆動させることができる。
【００６１】
また、スリット部１４ｂを磁石装着部１４に設けることで、駆動時の空気抵抗の増加を抑制し、駆動エネルギーの増大を抑制しつつ、ミラー２で発生した熱を放熱することができる。
【００６２】
また、主フレーム１０を構成する各部を相互に一体に形成することで、組み立て工数の増大を招くことを防ぐことができる。
【００６３】
ここで、本実施形態の光走査装置１が組み込まれる画像表示装置の構成および動作について説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態の光走査装置１を備えた画像表示装置の一構成例を示す図である。
【００６５】
図５に示す画像表示装置は、外部から供給される映像信号に応じて変調された各色の光束を生成する光束生成装置Ｐ１と、光束生成装置Ｐ１で生成された各光束を平行光化するためのコリメート光学系Ｐ２と、平行光化された各光束を合成するための合成光学系Ｐ３と、を有する。また、画像表示装置は、合成光学系Ｐ３で合成された光束を画像表示するために水平方向に走査する水平走査部Ｐ４と、水平走査部Ｐ４で水平方向に走査された光束を垂直方向に走査する垂直走査部Ｐ５と、水平方向と垂直方向に走査された光束をスクリーン上に出射するための光学系（図示せず）と、を有する。本実施形態の光走査装置１は、水平走査部Ｐ４の走査ミラーＰ４１として画像表示装置に組み込まれる。
【００６６】
光束生成装置Ｐ１は、外部から供給された映像信号に基づいて画像を構成するための要素となる信号を発生させるとともに、水平走査部Ｐ４で使用される水平同期信号と、垂直走査部Ｐ５で使用される垂直同期信号とをそれぞれ出力する信号処理回路を有する。この信号処理回路において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各映像信号が生成される。
【００６７】
さらに光束生成装置Ｐ１は、信号処理回路から出力される３つの映像信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のそれぞれに応じた光束を発生させる光源部Ｐ１１を有している。光源部Ｐ１１は、映像信号の各色に対して光束を発生させるレーザＰ１２と、レーザＰ１２を駆動するためのレーザ駆動系Ｐ１３と、を有する。各レーザＰ１２としては、半導体レーザあるいは高調波発生機構（ＳＨＧ）付き固体レーザが好適に用いられる。
【００６８】
光束生成装置Ｐ１の各レーザＰ１２から出射された各色の光束は、コリメート光学系Ｐ２によってそれぞれ平行光化された後、合成光学系Ｐ３の各色に対応するダイクロイックミラーに入射される。各ダイクロイックミラーに入射された各色の光束は、波長選択的に反射または透過して合成され、水平走査部Ｐ４に出力される。
【００６９】
水平走査部Ｐ４および垂直走査部Ｐ５は、水平走査部Ｐ４に入射した光束を、走査ミラーＰ４１，Ｐ５１を水平方向および垂直方向に走査し、画像として投影する。なお、走査ミラーＰ４１，Ｐ５１は、信号処理回路から出力され、走査同期回路を通じて入力される同期信号に基づいて、走査駆動回路によって駆動される。
【００７０】
なお、本実施形態においては、駆動部の構成は、図１Ｃに示した構成に限られるものではない。以下では、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本実施形態における光走査装置１とは異なる構成を有する光走査装置１Ａについて説明する。
【００７１】
図６Ａは、光走査装置１Ａの上面図である。また、図６Ｂは、図６ＡのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、図１Ａから図１Ｃと同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
光走査装置１Ａは、光走査装置１と比較して、駆動部の構成を変更した点が異なる。具体的には、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１における駆動部２０が駆動部３０に変更されている。
【００７３】
図６Ｂを参照すると、駆動部３０は、ヨーク３１と、コイル３５と、を有する。
【００７４】
ヨーク３１は、例えば、鉄系材料、フェライト材料、又はパーマロイ材料などを含む磁性材料で形成され、Ｘ軸に沿って永久磁石３を囲むように配置される。ヨーク３１は、第１のヨーク部３２と、第２のヨーク部３３と、第３のヨーク部３４を有する。
【００７５】
第１のヨーク部３２は、永久磁石３の近傍に一端部３２ａ（以下、第１の端部３２ａと称する）２１１ａを有する。
【００７６】
第２のヨーク部３３は、永久磁石３の近傍であって、永久磁石３の磁化方向と略同じ方向に永久磁石３を挟んで第１の端部３２ａと対向する一端部３３ａ（以下、第２の端部３３ａと称する）を有し、第１のヨーク部３２に対向して延在する。
【００７７】
第３のヨーク部３４は、永久磁石３の磁化方向と略直交する方向で永久磁石３に対向する一端部３４ａ（以下、第３の端部３４ａと称する）を有し、第１のヨーク部３２の他端部３２ｂと第２のヨーク部３３の他端部３３ｂとを磁気的に結合する。
【００７８】
したがって、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４は、相互に磁気的に結合されて、一つの磁気回路としてのヨーク３１を構成する。なお、第１の端部３２ａと第３の端部３４ａとのギャップ、および、第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとのギャップは、一例として、それぞれ１〜２ｍｍの範囲である。
【００７９】
コイル３５は、第３のヨーク部３４に巻き付けられ、導通することで、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４を励磁し、永久磁石３に作用する磁場を発生させる。また、コイル３５は、後述するように、導通することで、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されている。なお、コイル３５は、導通することで、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａと第３の端部３４ａとに互いに異なる磁極を形成するように構成されていれば、第１のヨーク部３２、または、第２のヨーク部３３に巻き付けられていてもよい。
【００８０】
次に、光走査装置１Ａの動作について説明する。
【００８１】
コイル３５に通電すると、第１のヨーク部３２、第２のヨーク部３３、および、第３のヨーク部３４内に磁束が発生し、各ヨーク部に磁極が形成される。このとき、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａには同種の磁極が形成され、第３の端部３４ａにはそれとは異なる磁極が形成される。その結果、第１の端部３２ａと第３の端部３４ａとの間、および、第２の端部３３と第３の端部３４ａとの間に、それぞれ磁場が発生する。
【００８２】
コイル３５に所定方向の電流を流すと、図７Ａに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａにはＮ極が、第３の端部３４ａにはＳ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａからそれぞれ第３の端部３４ａの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＳ極が第２の端部３３ａのＮ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て左側に傾ける（左偏向状態）。
【００８３】
一方、コイル３５に上記所定方向と反対方向の電流を流すと、図７Ｂに示すように、第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａにはＳ極が、第３の端部３４ａにはＮ極がそれぞれ発生する。各端部に発生した磁極に起因して、第３の端部３４ａからそれぞれ第１の端部３２ａおよび第２の端部３３ａそれぞれの方向への磁場が発生する。この磁場が永久磁石３に作用して、永久磁石３のＮ極が第１の端部３２ａのＳ極と引き合うように、永久磁石３（すなわち磁石装着部１４）を図で見て右側に傾ける（右偏向状態）。
【００８４】
上述したように、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、磁石装着部１４の傾きに伴って、ミラー装着部１１は、磁石装着部１４と同じ方向に傾く。したがって、ある角度で入射する光を、例えば、一方では浅い角度で反射させ、他方では深い角度で反射させることが可能となる。このようにして、コイル３５に流れる電流の方向および大きさを変化させることで、走査光の角度を任意に設定できることが可能となる。
【００８５】
また、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、ミラー２、永久磁石３、ミラー装着部１１、磁石装着部１４、第１のばね１５、および第２のばね１６からなる系は、Ｘ軸の回りに往復回動を行うねじり共振モードを有する。
【００８６】
コイル３５には正弦波状の電流が流され、その正弦波状の電流の周波数を上述した系の共振モードの周波数と一致させることで、上述した系はねじり共振を起こし、少ない電流で大きなミラー回転角を有する往復回動を得ることができる。
【００８７】
また、光走査装置１Ａにおいては、光走査装置１と同様に、磁石装着部１４にスリット部１４ｂが形成されているので、ミラーで発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００８８】
このように、光走査装置１Ａによっても、光走査装置１と同様に、ミラー装着部１１を回動駆動させつつ、光を照射することでミラー２において発生した熱に起因する温度上昇を抑制することができる。
【００８９】
なお、光走査装置１および光走査装置１Ａにおいては、ヨークの一端部を、永久磁石３に向けて鋭角状の断面を有して形成する、凹凸状の断面を有して形成する、複数の突起を有して形成するなどして、その一端部の断面積を永久磁石３に向けて縮小するように形成してもよい。ヨークの一端部の断面積を永久磁石３に向けて縮小するように形成することで、その端部の磁束密度を増大し、永久磁石３に作用する磁場を増大することができる。その結果、駆動力を増大し、ミラー装着部１１の触れ角を増大することができる。
【００９０】
（第２の実施形態）
本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａと比較して、主フレームの構成が異なる。具体的には、本実施形態の光走査装置は、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａと比較して、主フレーム１０を主フレーム１０Ｂに変更した点が異なる。なお、以下では、第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９１】
図８Ａは、本実施形態の主フレーム１０Ｂの上面図である。また、図８Ｂは、図８ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいては、主フレーム１０Ｂに永久磁石３が装着されている状態を示す。
【００９２】
図８Ａに示すように、本実施形態の主フレーム１０Ｂは、第１の実施形態の光走査装置１および光走査装置１Ａにおける主フレーム１０と比較して、磁石装着部１４を磁石装着部８１に変更した点が異なる。
【００９３】
磁石装着部８１は、板状であり、永久磁石３が装着されるとともに、互いに略平行に複数のスリットが形成されたスリット部８２を有する。
【００９４】
スリット部８２は、図８Ｂに示すように、磁石装着部８１の主面に対して上方向に突出した立ち上がり部８２ａと、磁石装着部８１の主面に対して下方向に突出した立ち下がり部８２ｂとを有する。なお、立ち上がり部８２ａおよび立ち下がり部８２ｂは、例えば、プレス加工などを用いて容易に形成することができる。
【００９５】
このように、立ち上がり部８２ａおよび立ち下がり部８２ｂを形成することで、単にスリットを形成するよりも、スリット部８２の表面積が増加し、より効率的に放熱を行うことができる。
【００９６】
なお、立ち上がり部８２ａのみを形成した場合、あるいは、立ち下がり部８２ｂのみを形成した場合には、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれることがある。上述したように、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれると、駆動時に不要な振動が発生しやすくなり、安定した光走査を行うことが困難になる。そこで、磁石装着部８１の重心位置がＸ軸からずれるのを防止するためには、立ち上がり部８２ａと立ち下がり分８２ｂとを交互に、また、立ち上がり部８２ａと立ち下がり分８２ｂとを同数だけ形成するようにすることが望ましい。
【００９７】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態が本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００９８】
１ 光走査装置
２ ミラー
３ 永久磁石
４ ベース
１０ 主フレーム
１１ ミラー装着部
１２ 支持部
１３ ばね部
１４，８１ 磁石装着部
１４ａ 空孔部
１４ｂ，８２ スリット部
１５ 第１のばね
１６ 第２のばね
２０，３０ 駆動部
２１ ヨーク
２２，３２ 第１のヨーク部
２２ａ，３２ａ 第１の端部
２２ｂ，３２ｂ 他端部
２３，３３ 第２のヨーク部
２３ａ，３３ａ 第２の端部
２３ｂ，３３ｂ 他端部
２４，３４ 第３のヨーク部
３４ａ 第３の端部
２５，３５ コイル
８２ａ 立ち上がり部
８２ｂ 立ち下がり部
Ｐ１ 光束生成装置
Ｐ１１ 光源部
Ｐ１２ レーザ
Ｐ１３ レーザ駆動系
Ｐ２ コリメート光学系
Ｐ３ 合成光学系
Ｐ４ 水平走査部
Ｐ４１ 走査ミラー
Ｐ５ 垂直走査部
Ｐ５１ 走査ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、
前記ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、前記ミラー装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、
前記ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、
前記一対のばね部の各々は、
永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、
前記磁石装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、
前記第１のばねと略同位置直線上に設けられ、前記ミラー装着部を前記磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、
前記駆動部は、
前記ミラー装着部の回動軸に沿って前記永久磁石を囲むように配置されたヨークと、
前記ヨークに巻き付けられ、導通によって前記ヨークを励磁して、前記永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
前記永久磁石は、前記回動軸に対して略回転対称となるように配置されるとともに、磁化方向が前記回動軸と略直交するように配置されることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、
前記ヨークは、前記永久磁石の磁化方向と略同じ方向に前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部と、前記永久磁石の磁化方向と略直交する方向で前記永久磁石に対向する１つの端部と、を有し、
前記コイルが、導通によって前記２つの端部と前記１つの端部とに異なる磁極を形成するように、前記ヨークに巻き付けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項２記載の光走査装置において、
前記ヨーク部は、前記永久磁石の磁化方向と略直交する方向に前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部を有し、
前記コイルは、導通によって前記２つの端部にそれぞれ異なる磁極を形成するように、前記ヨーク部に巻き付けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記ミラー装着部は、枠状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記第１のばねは、前記第２のばねよりも短いことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記スリットは、前記磁石装着部の主面に対して上方向に突出した立ち上がり部、および、前記磁石装着部の主面に対して下方向に突出した立ち下がり部が形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、
前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とは、交互に形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の光走査装置において、
前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とは、同数形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記スリットは、前記回動軸に対して対称に形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１】
支持部と、
光を反射するミラーが装着されるミラー装着部と、
前記ミラー装着部の両端に互いに対向して形成され、前記ミラー装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する一対のばね部と、
前記ミラー装着部を回動駆動する駆動部と、を有し、
前記一対のばね部の各々は、
永久磁石が装着される、スリットが形成された板状の磁石装着部と、
前記磁石装着部を前記支持部に対して回動可能に支持する第１のばねと、
前記第１のばねと略同位置直線上に設けられ、前記ミラー装着部を前記磁石装着部に対して回動可能に支持する第２のばねと、を有し、
前記駆動部は、
前記ミラー装着部の回動軸に沿って前記永久磁石を囲むように配置されたヨークと、
前記ヨークに巻き付けられ、導通によって前記ヨークを励磁して、前記永久磁石に作用する磁場を発生させるコイルと、を有することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１記載の光走査装置において、
前記永久磁石は、前記回動軸に対して略回転対称となるように配置されるとともに、磁化方向が前記回動軸と略直交するように配置されることを特徴とする光走査装置。
【請求項３】
請求項２記載の光走査装置において、
前記ヨークは、前記永久磁石の磁化方向と略同じ方向に前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部と、前記永久磁石の磁化方向と略直交する方向で前記永久磁石に対向する１つの端部と、を有し、
前記コイルが、導通によって前記２つの端部と前記１つの端部とに異なる磁極を形成するように、前記ヨークに巻き付けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項４】
請求項２記載の光走査装置において、
前記ヨーク部は、前記永久磁石の磁化方向と略直交する方向に前記永久磁石を挟んで互いに対向する２つの端部を有し、
前記コイルは、導通によって前記２つの端部にそれぞれ異なる磁極を形成するように、前記ヨーク部に巻き付けられていることを特徴とする光走査装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記ミラー装着部は、枠状であることを特徴とする光走査装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記第１のばねは、前記第２のばねよりも短いことを特徴とする光走査装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記スリットは、前記磁石装着部の主面に対して上方向に突出した立ち上がり部、および、前記磁石装着部の主面に対して下方向に突出した立ち下がり部が形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項８】
請求項７記載の光走査装置において、
前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とは、交互に形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の光走査装置において、
前記立ち上がり部と前記立ち下がり部とは、同数形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の光走査装置において、
前記スリットは、前記回動軸に対して対称に形成されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項１１】
変調された光束を生成する光束生成装置と、
前記光束を反射及び走査する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光走査装置と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２４２５９５（Ｐ２０１２−２４２５９５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２３８５（Ｐ２０１１−１１２３８５）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]