２次元光走査装置、画像投影装置
【課題】コンパクトな２次元光走査装置を提供する。
【解決手段】第１軸線ａ回りに揺動可能なミラー１１ａと、ミラー１１ａを第１軸線回りに揺動させる圧電素子１２を有する可動部１０と、可動部１０を第１軸線ａと直交する第２軸線ｂ回りに回動させる回動駆動部２０とから構成され、圧電素子１２に駆動電流を供給する配線は、圧電素子１２に接続する第１配線３１と、一端が第１配線３１と中継部４５で接続され、他端が駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線３２とから構成され、第１配線３１を、第２配線３２よりも、単位長さ当たりの質量が小さい配線で構成する。これにより、圧電素子１２の振動は質量が小さい第１配線３１により阻害されること無い。このため、光を走査する可動部１０を回動させて光を２次元走査させるコンパクトな２次元光走査装置を提供することが可能となる。
【解決手段】第１軸線ａ回りに揺動可能なミラー１１ａと、ミラー１１ａを第１軸線回りに揺動させる圧電素子１２を有する可動部１０と、可動部１０を第１軸線ａと直交する第２軸線ｂ回りに回動させる回動駆動部２０とから構成され、圧電素子１２に駆動電流を供給する配線は、圧電素子１２に接続する第１配線３１と、一端が第１配線３１と中継部４５で接続され、他端が駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線３２とから構成され、第１配線３１を、第２配線３２よりも、単位長さ当たりの質量が小さい配線で構成する。これにより、圧電素子１２の振動は質量が小さい第１配線３１により阻害されること無い。このため、光を走査する可動部１０を回動させて光を２次元走査させるコンパクトな２次元光走査装置を提供することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光を２次元走査させる２次元光走査装置、これを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、振動するミラーによりレーザ光の走査を行う光走査装置が知られている。このような光走査装置は、梁部で回動可能に支持されたミラーを、圧電素子で共振させて回動させることにより、ミラーに入射する光を走査する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されるような光走査装置は、光を１次元方向しか走査させることができない。光を２次元走査させて画像を生成する場合には、２個の光走査装置を、それぞれの走査方向が直交するように配置させる必要があり、装置が大きくなってしまうという問題があった。また、２個の光走査装置を正確に配置させなければ、画像が歪んでしまうが、各光走査装置の位置合わせ（軸合わせ）が困難であり、２次元光走査装置の製造が困難であった。
本発明は、上記問題を解決し、装置が大きくならず、製造が困難でない２次元光走査装置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】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記中継部は、前記第２軸上に有ることを特徴とする。
これにより、回動部の回動が第１配線や第２配線によって阻害されない。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記中継部は、前記被固定部上に有ることを特徴とする。
これにより、第１配線の圧電素子に接続される位置と中継部との間隔が、可動部が揺動しても常に一定に保たれる。従って、可動部の回動による第１配線の断線が防止される。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする。
これにより、基板がグランド電位であっても第２配線と基板がショートすることが無い。このため、基板をグランド電位とすると、圧電素子に接続するグランド線を省略することが可能となり、低コスト化及び軽量化を実現することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第１軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第２軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、２次元走査させる２次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第１ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第２ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記２次元走査装置で２次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第１ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記第１ドライバに接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１軸線回りに揺動可能なミラーと、振動することにより前記ミラーを第１軸線回りに揺動させる圧電素子を有する可動部と、この可動部を前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、前記圧電素子に接続する第１配線と、一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、前記第１配線を前記第２配線よりも、単位長さ当たりの質量が小さい配線で構成した。これにより、圧電素子の振動は質量が小さい第１配線により阻害されること無い。このため、光を走査する可動部を、回動させて光を２次元走査させる構造を実現することが可能となり、装置が大きくならず、製造が困難で無い２次元光走査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の２次元光走査装置の斜視図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ断面図である。
【図４】中継部の拡大図である。
【図５】第２の実施形態の２次元光走査装置の斜視図である。
【図６】図５の上面図である。
【図７】画像投影装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態の２次元走査装置）
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態（第１の実施形態）を示す。図１に示されるように、２次元光走査装置５０は、回動駆動部２０と、この回動駆動部２０に回動可能に取り付けられた可動部１０とから構成されている。可動部１０は、ミラー１１ａに入射した光を第１軸線ａ回りに走査するものである。回動駆動部２０は、可動部１０を第１軸線ａと直交する第２軸線ｂ回りに回動させることにより、ミラー１１ａに入射した光を第２軸線ｂ回りに走査するものである。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、可動部１０は、ミラー１１ａ、支持梁１１ｂ、接続部１１ｅ、伝達部１１ｃ、被取付部１１ｄが一体形成された基板１１と、伝達部１１ｃ上に貼設された圧電素子１２とから構成されている。
【００１４】
ミラー１１ａは、レーザ光等の光を反射する面である。ミラー１１ａは、本実施形態では、円形状であるが、これに限定されず、四角形状等であっても差し支えない。ミラー１１ａの両側には、ミラー１１ａから離れる方向に延出する支持梁１１ｂが形成されている。支持梁１１ｂの延出方向は、第１軸線ａ方向と一致している。つまり、支持梁１１ｂの中心を、第１軸線ａが通っている。この支持梁１１ｂによって、ミラー１１ａの両側が第１軸線ａ回りに揺動可能に弾性的に支持されている。つまり、支持梁１１ｂは、ミラー１１ａを第１軸線ａ回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。伝達部１１ｃは四角形状であり、一辺から延出する２本の接続部１１ｅが形成されている。２本の接続部１１ｅ間に、２本の支持梁１１ｂが位置し、支持梁１１ｂの端部が接続部１１ｅに接続している。
伝達部１１ｃの接続部１１ｅが形成されている辺と反対側の一端には、被取付部１１ｄが接続されている。本実施形態では、被取付部１１ｄは、長方形状となっている。本実施形態では、被取付部１１ｄは、その長手方向の中心で、伝達部１１ｃの一端と接続している。基板１１は、ステンレスやチタン等の金属板材を、エッチング加工やプレス加工等の除去加工をすることにより、ミラー１１ａ、支持梁１１ｂ、伝達部１１ｃ、被取付部１１ｄ、接続部１１ｅが一体に形成されて製造される。
【００１５】
伝達部１１ｃ上には、セラミックス製等の圧電素子１２が取り付けられている。本実施形態では、伝達部１１ｃと圧電素子１２は、導電性接着剤で接着されている。前記導電性接着剤は、熱硬化性を有するエポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂製の基剤内に、銀、金、銅等で構成された金属フィラーを分散させたものである。まず、伝達部１１ｃ上に導電性接着剤を塗布することで、接着剤層を形成する。次に、この接着剤層上に圧電素子１２を載置した後に押圧する。そして、前記接着剤層を熱硬化させることにより、圧電素子１２を伝達部１１ｃ上に接着させている。
【００１６】
圧電素子１２に交流電圧が印加されると、圧電素子１２が振動し、一対の支持梁１１ｂは第１軸線ａを中心にねじれ振動する。すると、ミラー１１ａが共振して、第１軸線ａ回りに揺動し、ミラー１１ａに入射した光が第１軸線ａ回りに走査される。
【００１７】
次に、回動駆動部２０について説明する。図１〜図３に示されるように、回動駆動部２０は、主に、基台２１、回動軸２２、磁界発生部２３、コイル２４とから構成されている。
【００１８】
基台２１は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。基台２１は、板状又はブロック状の基部２１ａと、この基部２１ａの両端から、基部２１ａの形成方向と直交する方向（上方）に延出する板状又はブロック状の支持部２１ｂ、２１ｃとから構成されている。
【００１９】
軸部材２２は、支持部２１ｂ、２１ｃ間に配設され、支持部２１ｂ、２１ｃに回動自在に軸支されている。本実施形態では、軸部材２２は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。本実施形態では、軸部材２２の一端は、支持部材２１ｂに取り付けられた軸受２５に軸支されている。また、軸部材２２の他端は、支持部材２１ｃに取り付けられた軸受２６に軸支されている。軸受２５、２６には、ボールベアリング等の転がり軸受、磁気軸受、流体軸受、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））や潤滑油等の低摩擦物質で軸部材２２と接触する滑り軸受等のラジアル軸受が含まれる。
【００２０】
図３に示されるように、軸部材２２の中間部分は、軸部材２２の上端から第２軸線ｂより下側位置まで切り欠かれた空間である基板配置部２２ａが形成されている。
基板配置部２２ａの一端側には、基板配置部２２ａの底面よりも上方にある平面である取付部２２ｂが形成されている。図３に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄが、軸部材２２の取付部２２ｂに載置された状態で取り付けられ、基板１１が基板配置部２２ａに配置されている。本実施形態では、被取付部１１ｄはスポット溶接により取付部２２ｂに取り付けられている。なお、接着剤による接着や、所定の治具を用いたクランピングなどによって、被取付部１１ｄが取付部２２ｂに取り付けられてもよい。図３に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄ以外は、基板配置部２２ａの底面から離間している。また、基板１１の上面、特に、ミラー１１ａの上面は、軸部材２２の回動中心である第２軸線ｂが通っている。図２に示されるように、基板１１を含む可動部１０は、第２軸線ｂを対称軸として、幅方向対称に形成されている。
【００２１】
図１や図３に示されるように、軸部材２２の下部には、磁界発生部２３が取り付けられている。本実施形態では、磁界発生部２３は板状の永久磁石であり、軸部材２２の下部から垂下して取り付けられている。なお、磁界発生部２３を電磁石で構成しても差し支え無い。
【００２２】
図１や図２に示されるように、磁界発生部２３を挟むように、一対のコイル２４が配設されている。本実施形態では、一対のコイル２４は、基台２１の基部２１ａ上に取り付けられている。なお、コイル２４内に、鉄心が配設されていても差し支え無い。一対のコイル２４に電流が流れると、磁界が発生し、この磁界と磁界発生部２３が発生する磁界の相互作用により、軸部材２２が回動される。一対のコイル２４に流れる電流を制御することにより、軸部材２２を第２軸線ｂ回りの任意の回動角度に回動させることができる。軸部材２２が回動すると、ミラー１１ａもまた第２軸線ｂ回りに回動されるので、ミラー１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査される。このように、ミラー１１ａの共振により、ミラー１１ａに入射した光が第１軸線ａ回りに走査され、軸部材２２の回動により、ミラー１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査されることにより、ミラー１１ａに入射した光が２次元走査される。
【００２３】
図１〜図３に示されるように、本発明では、圧電素子１２に駆動電流を供給する配線は、圧電素子１２に接続する第１配線３１と、第１配線３１と中継部４０で接続された第２配線３２とから構成されている。図２に示されるように、中継部４０は、第２軸線ｂ上にある。以下、図４の（Ａ）も用いて、中継部４０について説明する。
【００２４】
図１〜図３、図４の（Ａ）に示されるように、第２軸線ｂ上に位置する支持部２１ｂ上には、絶縁層３５が形成されている。なお、第２軸線ｂ上とは、第２軸線ｂの上方を含む概念である。この絶縁層３５により、中継部４０が構成されている。絶縁層３５は、例えば、エポキシ系絶縁材料等の絶縁体で構成されている。
図１〜図３、図４の（Ａ）に示されるように、絶縁層３５上には、第２配線３２の一端が接着されている。このように、第２配線３２は、絶縁層３５を介して、支持部２１ｂ上に取り付けられているので、第２配線３２と基台２１とは絶縁されている。本実施形態では、第２配線３２は、厚み１２μm〜５０μmのフィルム状の絶縁体（ベースフィルム）の上に接着層を形成し、さらにその上に厚み１２μm〜５０μm程度の導体箔を形成したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。前記絶縁体には、ポリイミド膜もしくはフォトソルダーレジスト膜が含まれる。また、前記導体箔には、銅箔、金泊、銀箔、アルミ箔が含まれる。このようなフレキシブルプリント基板は、繰り返し変形させることが可能であり、繰り返し変形により導体箔が断線すること無く、変形した場合であってもその電気的特性が維持される。
図１〜図３、図４（Ａ）に示されるように、第２配線３２の一端には、前記導体箔と電気的に接続する端子部３２ａが形成されている。
なお、第２配線３２の他端側は、後述する第１ドライバ１８１（図７に示す）の出力側に接続している。
【００２５】
図１〜図３に示されるように、第１配線３１の一端３１ａは、圧電素子１２に接続されている。第１配線３１は、金線、銀線、銅線等の導電率の良好な金属線である。図１や図２に示されるように、第１配線３１の一端３１ａは、圧電素子１２の幅方向中間位置、つまり、第２軸線ｂ上で、圧電素子１２に接続されている。第１配線３１は、第１配線３１は、第２配線３２よりも、単位長さ当たりの質量が小さく、その線径は２５〜７５μｍの細い金属線である。
このため、圧電素子１２の振動が阻害されない。第１配線３１の線径が７５μｍよりも太い場合には、圧電素子１２の振動が阻害され、ミラー１１ａに入射した光の第１軸線ａ回りの走査が阻害される。一方で、第１配線３１の線径が２５μｍよりも細い場合には、圧電素子１２の振動により、第１配線３１が断線する恐れが有る。なお、第１配線３１と圧電素子１２との接続は、第１配線３１の一端を、圧電素子１２に押し付けつつ、熱と超音波振動を加えて、第１配線３１と圧電素子１２の接続部分を合金化させるワイヤーボンディングなどにより行われる。
【００２６】
図１〜図３、図４（Ａ）に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂは、第２配線３２の端子部３２ａに接続している。第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２の端子部３２ａとの接続方法には、前記したワイヤーボンディング、半田付けが含まれる。
【００２７】
本実施形態では、基板１１と軸部材２２、軸部材２２と軸受２５、２６、軸受２５、２６と基台２１は相互に電気的に接続している。つまり、基板１１と基台２１は電気的に接続している。そして本実施形態では、基板１１、軸部材２２、及び、基台２１はグランド電位となっている。本実施形態では、第２配線３２は、絶縁層３５を介して基台２１に取り付けられているので、基台２１がグランド電位であっても第２配線３２と基台２１がショートすることが無い。このように、本実施形態では、基板１１、軸部材２２、及び、基台２１をグランド電位としているので、圧電素子１２に接続するグランド線を省略することが可能となり、低コスト化及び軽量化を実現することが可能となっている。
【００２８】
図２に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２との接続位置である中継部４０は、第２軸線ｂ上である。このため、可動部１０が回動駆動部２０に対して回動する際に、回動部１０の回動が阻害されない。第１の実施形態では、第１配線３１と第２配線３２が接続される中継部４０が基台２１側にあり、中継点４０と圧電素子１２間は、線径が細く質量の小さい第１配線３１で接続されているので、回動部１０の回動が阻害されないようになっている。
【００２９】
（第２の実施形態の２次元走査装置）
図４（Ｂ）、図５、図６を用いて、第１の実施形態の２次元光走査装置５０と異なる点について、以下、第２の実施形態の２次元走査装置６０について説明する。第２の実施形態の２次元走査装置６０は、中継部４５が、基板１１の被取付部１１ｄ上にある実施形態である。図４の（Ｂ）、図５、図６に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄ上には、中継部４５を構成する絶縁層３６が形成されている。絶縁層３６上には、第２配線３２の一端側が接着されている。このように、第２配線３２は、絶縁層３６を介して、被取付部１１ｄ上に取り付けられているので、第２配線３２と基板１１とは絶縁されている。これにより、基板１１がグランド電位であっても第２配線３２と基板１１がショートすることが無い。
【００３０】
図４の（Ｂ）、図５、図６に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂは、第２配線３２の端子部３２ａに接続している。第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２の端子部３２ａとの接続方法には、前記したワイヤーボンディング、半田付けが含まれる。図６に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２との接続位置である中継部４５は、第２軸線ｂ上である。このため、回動部１０の回動が第２配線３２によって阻害されない。
【００３１】
第２の実施形態では、第１配線３１と第２配線３２が接続される中継部４５が、基板１１の被取付部１１ｄ上にあるので、第１配線３１の圧電素子１２に接続される位置と中継部４５との間隔が、可動部１０が揺動しても常に一定に保たれる。従って、可動部１０の回動による、第１配線３１の断線が防止される。また、中継部４５には丈夫な第２配線３２が接着されているので、可動部１０の回動による、第２配線３２の断線が防止される。また、第１配線３１の線長が短いので、第１配線３１の質量による圧電素子１２の振動の阻害が抑制される。
【００３２】
（画像投影装置の説明）
次に図７を用いて、画像投影装置２００の説明をする。前記した第１の実施形態及び第２の実施形態における２次元光走査装置５０、６０は、画像を形成するために光を走査する構成として、画像投影装置２００に用いることが可能である。図７は、画像投影装置２００の全体構成について説明する図である。画像投影装置２００は、観察者の瞳孔９０１に入射した光束を用いて網膜９０２上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
【００３３】
画像投影装置２００は、光束生成手段１５０、光ファイバ１６１、コリメート光学系１６２、第１ドライバ１８１、第２ドライバ１８２、２次元光走査装置５０、及び、接眼光学系１９０を備える。光束生成手段１５０は、映像信号処理回路１２０、光源部１３０及び光合波部１４０から構成されている。なお、第１の実施形態の２次元光走査装置５０の代わりに、第２の実施形態の２次元走査装置６０が用いられても差し支えない。映像信号処理回路１２０は、外部から入力される映像信号に基づいて、画像を形成するためのＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
【００３４】
光源部１３０は、Ｂレーザドライバ１３１、Ｇレーザドライバ１３２、Ｒレーザドライバ１３３、Ｂレーザ１３４、Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６を備える。Ｂレーザドライバ１３１は、映像信号処理回路１２０からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ１３４を駆動する。Ｇレーザドライバ１３２は、映像信号処理回路１２０からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ１３５を駆動する。Ｒレーザドライバ１３３は、映像信号処理回路１２０からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ１３６を駆動する。Ｂレーザ１３４，Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
【００３５】
光合波部１４０は、コリメート光学系１４１、１４２、１４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１６１に導く集光光学系１４７とを備える。Ｂレーザ１３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系１４１によって平行光化される。平行光化された青色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４４に入射する。Ｇレーザ１３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系１４２によって平行光化される。平行光化された緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４５に入射する。Ｒレーザ１３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系１４３によって平行光化される。平行光化された赤色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４６に入射する。ダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６にそれぞれ入射した青色、緑色及び赤色レーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合波され、集光光学系１４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系１４７によって集光され、光ファイバ１６１へ入射する。
【００３６】
第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成するものである。第１ドライバ１８１の出力側は、第２配線３２と、グランドである基台２１に接続している。第２ドライバ１８２は、映像信号処理回路１２０から出力される水平同期信号に基づいて、２次元走査装置５０のコイル２４に供給する駆動電流を生成するものである。
【００３７】
光ファイバ１６１から出射したレーザ光は、コリメート光学系１６２によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、２次元光走査装置５０のミラー１１ａに入射する。２次元光走査装置５０の圧電素子１２は、第１ドライバ１８１から供給される駆動電流によって、ミラー１１ａを振動させることにより揺動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を垂直方向に走査させる。
２次元光走査装置５０のコイル２４は、第２ドライバ１８２から供給される駆動電流によって、可動部１０（軸部材２２）を回動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を水平方向に走査させる。
なお、水平方向は、例えば使用者に対して左右方向である。また、垂直方向は、例えば使用者に対して上下方向である。２次元光走査装置５０のミラー１１ａに入射したレーザ光は、水平方向及び垂直方向に走査された２次元走査光に変換される。接眼光学系１９０は、単一或いは複数のレンズから構成されている。２次元走査光は、接眼光学系１９０を介して、観測者の瞳孔９０１に平行光線として入射する。即ち、画像が観測者に提示される。
なお、圧電素子１２による垂直走査は高速であり、これと比較して、可動部１０の回動による水平走査は低速である。
【００３８】
以上説明した実施形態では、第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成しているが、第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される水平同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成する実施形態でも差し支え無い。同様に、第２ドライバ１８２は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０のコイル２４に供給する駆動電流を生成する実施形態でも差し支え無い。この実施形態の場合には、２次元光走査装置５０の圧電素子１２は、第１ドライバ１８１から供給される駆動電流によって、ミラー１１ａを共振させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を水平方向に走査させる。また、２次元光走査装置５０のコイル２４は、第２ドライバ１８２から供給される駆動電流によって、可動部１０を回動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を垂直方向に走査させる。
【００３９】
以上説明した実施形態では、光源部１３０は、レーザドライバ１３１〜１３３とレーザ１３４〜１３６とから構成されているが、光源部１３０は、電球、冷陰極管等の蛍光管、ＬＥＤ等であっても差し支え無い。
なお、網膜走査型ディスプレイの例で画像投影装置２００を説明したが、壁面やスクリーンに画像を投影する画像投影装置２００にも本発明の２次元光走査装置５０、６０を使用可能なことは言うまでもなく、この場合には、接眼光学系１９０の代わりに、２次元走査光を壁面やスクリーンに画像を結像させる結像光学系が使用される。
【００４０】
以上説明した実施形態では、第２配線３２はフレキシブルプリント基板であるが、第２配線３２はこれに限定されず、撚り導線、平編み導線等であっても差し支え無い。
【００４１】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う２次元光走査装置や画像投影装置もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 可動部
１１ 基板
１１ａ ミラー
１１ｂ 支持梁
１１ｃ 伝達部
１１ｄ 被取付部
１１ｅ 接続部
１２ 圧電素子
２０ 回動駆動部
２１ 基台
２２ 回動軸
２３ 磁界発生部
２４ コイル
２５ 軸受
２６ 軸受
３１ 第１配線
３２ 第２配線
３５ 絶縁層（第１の実施形態）
３６ 絶縁層（第２の実施形態）
４０ 中継部（第１の実施形態）
４５ 中継部（第２の実施形態）
５０ ２次元光走査装置（第１の実施形態）
６０ ２次元光走査装置（第２の実施形態）
２００ 画像投影装置
ａ 第１軸線
ｂ 第２軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等の光を２次元走査させる２次元光走査装置、これを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、振動するミラーによりレーザ光の走査を行う光走査装置が知られている。このような光走査装置は、梁部で回動可能に支持されたミラーを、圧電素子で共振させて回動させることにより、ミラーに入射する光を走査する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されるような光走査装置は、光を１次元方向しか走査させることができない。光を２次元走査させて画像を生成する場合には、２個の光走査装置を、それぞれの走査方向が直交するように配置させる必要があり、装置が大きくなってしまうという問題があった。また、２個の光走査装置を正確に配置させなければ、画像が歪んでしまうが、各光走査装置の位置合わせ（軸合わせ）が困難であり、２次元光走査装置の製造が困難であった。
本発明は、上記問題を解決し、装置が大きくならず、製造が困難でない２次元光走査装置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】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記中継部は、前記第２軸上に有ることを特徴とする。
これにより、回動部の回動が第１配線や第２配線によって阻害されない。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
前記中継部は、前記被固定部上に有ることを特徴とする。
これにより、第１配線の圧電素子に接続される位置と中継部との間隔が、可動部が揺動しても常に一定に保たれる。従って、可動部の回動による第１配線の断線が防止される。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする。
これにより、基板がグランド電位であっても第２配線と基板がショートすることが無い。このため、基板をグランド電位とすると、圧電素子に接続するグランド線を省略することが可能となり、低コスト化及び軽量化を実現することが可能となる。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第１軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第２軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、２次元走査させる２次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第１ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第２ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記２次元走査装置で２次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第１ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記第１ドライバに接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１軸線回りに揺動可能なミラーと、振動することにより前記ミラーを第１軸線回りに揺動させる圧電素子を有する可動部と、この可動部を前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、前記圧電素子に接続する第１配線と、一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、前記第１配線を前記第２配線よりも、単位長さ当たりの質量が小さい配線で構成した。これにより、圧電素子の振動は質量が小さい第１配線により阻害されること無い。このため、光を走査する可動部を、回動させて光を２次元走査させる構造を実現することが可能となり、装置が大きくならず、製造が困難で無い２次元光走査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の２次元光走査装置の斜視図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ断面図である。
【図４】中継部の拡大図である。
【図５】第２の実施形態の２次元光走査装置の斜視図である。
【図６】図５の上面図である。
【図７】画像投影装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態の２次元走査装置）
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態（第１の実施形態）を示す。図１に示されるように、２次元光走査装置５０は、回動駆動部２０と、この回動駆動部２０に回動可能に取り付けられた可動部１０とから構成されている。可動部１０は、ミラー１１ａに入射した光を第１軸線ａ回りに走査するものである。回動駆動部２０は、可動部１０を第１軸線ａと直交する第２軸線ｂ回りに回動させることにより、ミラー１１ａに入射した光を第２軸線ｂ回りに走査するものである。
【００１３】
図１〜図３に示されるように、可動部１０は、ミラー１１ａ、支持梁１１ｂ、接続部１１ｅ、伝達部１１ｃ、被取付部１１ｄが一体形成された基板１１と、伝達部１１ｃ上に貼設された圧電素子１２とから構成されている。
【００１４】
ミラー１１ａは、レーザ光等の光を反射する面である。ミラー１１ａは、本実施形態では、円形状であるが、これに限定されず、四角形状等であっても差し支えない。ミラー１１ａの両側には、ミラー１１ａから離れる方向に延出する支持梁１１ｂが形成されている。支持梁１１ｂの延出方向は、第１軸線ａ方向と一致している。つまり、支持梁１１ｂの中心を、第１軸線ａが通っている。この支持梁１１ｂによって、ミラー１１ａの両側が第１軸線ａ回りに揺動可能に弾性的に支持されている。つまり、支持梁１１ｂは、ミラー１１ａを第１軸線ａ回りに揺動可能に支持するトーションバーとしての役割を持っている。伝達部１１ｃは四角形状であり、一辺から延出する２本の接続部１１ｅが形成されている。２本の接続部１１ｅ間に、２本の支持梁１１ｂが位置し、支持梁１１ｂの端部が接続部１１ｅに接続している。
伝達部１１ｃの接続部１１ｅが形成されている辺と反対側の一端には、被取付部１１ｄが接続されている。本実施形態では、被取付部１１ｄは、長方形状となっている。本実施形態では、被取付部１１ｄは、その長手方向の中心で、伝達部１１ｃの一端と接続している。基板１１は、ステンレスやチタン等の金属板材を、エッチング加工やプレス加工等の除去加工をすることにより、ミラー１１ａ、支持梁１１ｂ、伝達部１１ｃ、被取付部１１ｄ、接続部１１ｅが一体に形成されて製造される。
【００１５】
伝達部１１ｃ上には、セラミックス製等の圧電素子１２が取り付けられている。本実施形態では、伝達部１１ｃと圧電素子１２は、導電性接着剤で接着されている。前記導電性接着剤は、熱硬化性を有するエポキシ系、アクリル系、シリコン系等の合成樹脂製の基剤内に、銀、金、銅等で構成された金属フィラーを分散させたものである。まず、伝達部１１ｃ上に導電性接着剤を塗布することで、接着剤層を形成する。次に、この接着剤層上に圧電素子１２を載置した後に押圧する。そして、前記接着剤層を熱硬化させることにより、圧電素子１２を伝達部１１ｃ上に接着させている。
【００１６】
圧電素子１２に交流電圧が印加されると、圧電素子１２が振動し、一対の支持梁１１ｂは第１軸線ａを中心にねじれ振動する。すると、ミラー１１ａが共振して、第１軸線ａ回りに揺動し、ミラー１１ａに入射した光が第１軸線ａ回りに走査される。
【００１７】
次に、回動駆動部２０について説明する。図１〜図３に示されるように、回動駆動部２０は、主に、基台２１、回動軸２２、磁界発生部２３、コイル２４とから構成されている。
【００１８】
基台２１は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。基台２１は、板状又はブロック状の基部２１ａと、この基部２１ａの両端から、基部２１ａの形成方向と直交する方向（上方）に延出する板状又はブロック状の支持部２１ｂ、２１ｃとから構成されている。
【００１９】
軸部材２２は、支持部２１ｂ、２１ｃ間に配設され、支持部２１ｂ、２１ｃに回動自在に軸支されている。本実施形態では、軸部材２２は、ステンレスやチタン等の金属材料で構成されている。本実施形態では、軸部材２２の一端は、支持部材２１ｂに取り付けられた軸受２５に軸支されている。また、軸部材２２の他端は、支持部材２１ｃに取り付けられた軸受２６に軸支されている。軸受２５、２６には、ボールベアリング等の転がり軸受、磁気軸受、流体軸受、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））や潤滑油等の低摩擦物質で軸部材２２と接触する滑り軸受等のラジアル軸受が含まれる。
【００２０】
図３に示されるように、軸部材２２の中間部分は、軸部材２２の上端から第２軸線ｂより下側位置まで切り欠かれた空間である基板配置部２２ａが形成されている。
基板配置部２２ａの一端側には、基板配置部２２ａの底面よりも上方にある平面である取付部２２ｂが形成されている。図３に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄが、軸部材２２の取付部２２ｂに載置された状態で取り付けられ、基板１１が基板配置部２２ａに配置されている。本実施形態では、被取付部１１ｄはスポット溶接により取付部２２ｂに取り付けられている。なお、接着剤による接着や、所定の治具を用いたクランピングなどによって、被取付部１１ｄが取付部２２ｂに取り付けられてもよい。図３に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄ以外は、基板配置部２２ａの底面から離間している。また、基板１１の上面、特に、ミラー１１ａの上面は、軸部材２２の回動中心である第２軸線ｂが通っている。図２に示されるように、基板１１を含む可動部１０は、第２軸線ｂを対称軸として、幅方向対称に形成されている。
【００２１】
図１や図３に示されるように、軸部材２２の下部には、磁界発生部２３が取り付けられている。本実施形態では、磁界発生部２３は板状の永久磁石であり、軸部材２２の下部から垂下して取り付けられている。なお、磁界発生部２３を電磁石で構成しても差し支え無い。
【００２２】
図１や図２に示されるように、磁界発生部２３を挟むように、一対のコイル２４が配設されている。本実施形態では、一対のコイル２４は、基台２１の基部２１ａ上に取り付けられている。なお、コイル２４内に、鉄心が配設されていても差し支え無い。一対のコイル２４に電流が流れると、磁界が発生し、この磁界と磁界発生部２３が発生する磁界の相互作用により、軸部材２２が回動される。一対のコイル２４に流れる電流を制御することにより、軸部材２２を第２軸線ｂ回りの任意の回動角度に回動させることができる。軸部材２２が回動すると、ミラー１１ａもまた第２軸線ｂ回りに回動されるので、ミラー１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査される。このように、ミラー１１ａの共振により、ミラー１１ａに入射した光が第１軸線ａ回りに走査され、軸部材２２の回動により、ミラー１１ａに入射した光が第２軸線ｂ回りに走査されることにより、ミラー１１ａに入射した光が２次元走査される。
【００２３】
図１〜図３に示されるように、本発明では、圧電素子１２に駆動電流を供給する配線は、圧電素子１２に接続する第１配線３１と、第１配線３１と中継部４０で接続された第２配線３２とから構成されている。図２に示されるように、中継部４０は、第２軸線ｂ上にある。以下、図４の（Ａ）も用いて、中継部４０について説明する。
【００２４】
図１〜図３、図４の（Ａ）に示されるように、第２軸線ｂ上に位置する支持部２１ｂ上には、絶縁層３５が形成されている。なお、第２軸線ｂ上とは、第２軸線ｂの上方を含む概念である。この絶縁層３５により、中継部４０が構成されている。絶縁層３５は、例えば、エポキシ系絶縁材料等の絶縁体で構成されている。
図１〜図３、図４の（Ａ）に示されるように、絶縁層３５上には、第２配線３２の一端が接着されている。このように、第２配線３２は、絶縁層３５を介して、支持部２１ｂ上に取り付けられているので、第２配線３２と基台２１とは絶縁されている。本実施形態では、第２配線３２は、厚み１２μm〜５０μmのフィルム状の絶縁体（ベースフィルム）の上に接着層を形成し、さらにその上に厚み１２μm〜５０μm程度の導体箔を形成したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）である。前記絶縁体には、ポリイミド膜もしくはフォトソルダーレジスト膜が含まれる。また、前記導体箔には、銅箔、金泊、銀箔、アルミ箔が含まれる。このようなフレキシブルプリント基板は、繰り返し変形させることが可能であり、繰り返し変形により導体箔が断線すること無く、変形した場合であってもその電気的特性が維持される。
図１〜図３、図４（Ａ）に示されるように、第２配線３２の一端には、前記導体箔と電気的に接続する端子部３２ａが形成されている。
なお、第２配線３２の他端側は、後述する第１ドライバ１８１（図７に示す）の出力側に接続している。
【００２５】
図１〜図３に示されるように、第１配線３１の一端３１ａは、圧電素子１２に接続されている。第１配線３１は、金線、銀線、銅線等の導電率の良好な金属線である。図１や図２に示されるように、第１配線３１の一端３１ａは、圧電素子１２の幅方向中間位置、つまり、第２軸線ｂ上で、圧電素子１２に接続されている。第１配線３１は、第１配線３１は、第２配線３２よりも、単位長さ当たりの質量が小さく、その線径は２５〜７５μｍの細い金属線である。
このため、圧電素子１２の振動が阻害されない。第１配線３１の線径が７５μｍよりも太い場合には、圧電素子１２の振動が阻害され、ミラー１１ａに入射した光の第１軸線ａ回りの走査が阻害される。一方で、第１配線３１の線径が２５μｍよりも細い場合には、圧電素子１２の振動により、第１配線３１が断線する恐れが有る。なお、第１配線３１と圧電素子１２との接続は、第１配線３１の一端を、圧電素子１２に押し付けつつ、熱と超音波振動を加えて、第１配線３１と圧電素子１２の接続部分を合金化させるワイヤーボンディングなどにより行われる。
【００２６】
図１〜図３、図４（Ａ）に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂは、第２配線３２の端子部３２ａに接続している。第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２の端子部３２ａとの接続方法には、前記したワイヤーボンディング、半田付けが含まれる。
【００２７】
本実施形態では、基板１１と軸部材２２、軸部材２２と軸受２５、２６、軸受２５、２６と基台２１は相互に電気的に接続している。つまり、基板１１と基台２１は電気的に接続している。そして本実施形態では、基板１１、軸部材２２、及び、基台２１はグランド電位となっている。本実施形態では、第２配線３２は、絶縁層３５を介して基台２１に取り付けられているので、基台２１がグランド電位であっても第２配線３２と基台２１がショートすることが無い。このように、本実施形態では、基板１１、軸部材２２、及び、基台２１をグランド電位としているので、圧電素子１２に接続するグランド線を省略することが可能となり、低コスト化及び軽量化を実現することが可能となっている。
【００２８】
図２に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２との接続位置である中継部４０は、第２軸線ｂ上である。このため、可動部１０が回動駆動部２０に対して回動する際に、回動部１０の回動が阻害されない。第１の実施形態では、第１配線３１と第２配線３２が接続される中継部４０が基台２１側にあり、中継点４０と圧電素子１２間は、線径が細く質量の小さい第１配線３１で接続されているので、回動部１０の回動が阻害されないようになっている。
【００２９】
（第２の実施形態の２次元走査装置）
図４（Ｂ）、図５、図６を用いて、第１の実施形態の２次元光走査装置５０と異なる点について、以下、第２の実施形態の２次元走査装置６０について説明する。第２の実施形態の２次元走査装置６０は、中継部４５が、基板１１の被取付部１１ｄ上にある実施形態である。図４の（Ｂ）、図５、図６に示されるように、基板１１の被取付部１１ｄ上には、中継部４５を構成する絶縁層３６が形成されている。絶縁層３６上には、第２配線３２の一端側が接着されている。このように、第２配線３２は、絶縁層３６を介して、被取付部１１ｄ上に取り付けられているので、第２配線３２と基板１１とは絶縁されている。これにより、基板１１がグランド電位であっても第２配線３２と基板１１がショートすることが無い。
【００３０】
図４の（Ｂ）、図５、図６に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂは、第２配線３２の端子部３２ａに接続している。第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２の端子部３２ａとの接続方法には、前記したワイヤーボンディング、半田付けが含まれる。図６に示されるように、第１配線３１の他端３１ｂと第２配線３２との接続位置である中継部４５は、第２軸線ｂ上である。このため、回動部１０の回動が第２配線３２によって阻害されない。
【００３１】
第２の実施形態では、第１配線３１と第２配線３２が接続される中継部４５が、基板１１の被取付部１１ｄ上にあるので、第１配線３１の圧電素子１２に接続される位置と中継部４５との間隔が、可動部１０が揺動しても常に一定に保たれる。従って、可動部１０の回動による、第１配線３１の断線が防止される。また、中継部４５には丈夫な第２配線３２が接着されているので、可動部１０の回動による、第２配線３２の断線が防止される。また、第１配線３１の線長が短いので、第１配線３１の質量による圧電素子１２の振動の阻害が抑制される。
【００３２】
（画像投影装置の説明）
次に図７を用いて、画像投影装置２００の説明をする。前記した第１の実施形態及び第２の実施形態における２次元光走査装置５０、６０は、画像を形成するために光を走査する構成として、画像投影装置２００に用いることが可能である。図７は、画像投影装置２００の全体構成について説明する図である。画像投影装置２００は、観察者の瞳孔９０１に入射した光束を用いて網膜９０２上に画像を投影することによって、観察者に虚像を視認させる装置である。この装置は、網膜走査型ディスプレイともいわれる。
【００３３】
画像投影装置２００は、光束生成手段１５０、光ファイバ１６１、コリメート光学系１６２、第１ドライバ１８１、第２ドライバ１８２、２次元光走査装置５０、及び、接眼光学系１９０を備える。光束生成手段１５０は、映像信号処理回路１２０、光源部１３０及び光合波部１４０から構成されている。なお、第１の実施形態の２次元光走査装置５０の代わりに、第２の実施形態の２次元走査装置６０が用いられても差し支えない。映像信号処理回路１２０は、外部から入力される映像信号に基づいて、画像を形成するためのＢ信号、Ｇ信号、Ｒ信号、水平同期信号及び垂直同期信号を発生する。
【００３４】
光源部１３０は、Ｂレーザドライバ１３１、Ｇレーザドライバ１３２、Ｒレーザドライバ１３３、Ｂレーザ１３４、Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６を備える。Ｂレーザドライバ１３１は、映像信号処理回路１２０からのＢ信号に応じた強度の青色の光束を発生させるように、Ｂレーザ１３４を駆動する。Ｇレーザドライバ１３２は、映像信号処理回路１２０からのＧ信号に応じた強度の緑色の光束を発生させるように、Ｇレーザ１３５を駆動する。Ｒレーザドライバ１３３は、映像信号処理回路１２０からのＲ信号に応じた強度の赤色の光束を発生させるように、Ｒレーザ１３６を駆動する。Ｂレーザ１３４，Ｇレーザ１３５及びＲレーザ１３６は、例えば半導体レーザや高調波発生機構付き固体レーザを用いて構成できる。
【００３５】
光合波部１４０は、コリメート光学系１４１、１４２、１４３と、このコリメートされたレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６と、合波されたレーザ光を光ファイバ１６１に導く集光光学系１４７とを備える。Ｂレーザ１３４から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系１４１によって平行光化される。平行光化された青色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４４に入射する。Ｇレーザ１３５から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系１４２によって平行光化される。平行光化された緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４５に入射する。Ｒレーザ１３６から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系１４３によって平行光化される。平行光化された赤色レーザ光は、ダイクロイックミラー１４６に入射する。ダイクロイックミラー１４４、１４５、１４６にそれぞれ入射した青色、緑色及び赤色レーザ光は、波長選択的に反射または透過されて１本の光束として合波され、集光光学系１４７に達する。合波されたレーザ光は、集光光学系１４７によって集光され、光ファイバ１６１へ入射する。
【００３６】
第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成するものである。第１ドライバ１８１の出力側は、第２配線３２と、グランドである基台２１に接続している。第２ドライバ１８２は、映像信号処理回路１２０から出力される水平同期信号に基づいて、２次元走査装置５０のコイル２４に供給する駆動電流を生成するものである。
【００３７】
光ファイバ１６１から出射したレーザ光は、コリメート光学系１６２によって平行光化される。平行光化されたレーザ光は、２次元光走査装置５０のミラー１１ａに入射する。２次元光走査装置５０の圧電素子１２は、第１ドライバ１８１から供給される駆動電流によって、ミラー１１ａを振動させることにより揺動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を垂直方向に走査させる。
２次元光走査装置５０のコイル２４は、第２ドライバ１８２から供給される駆動電流によって、可動部１０（軸部材２２）を回動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を水平方向に走査させる。
なお、水平方向は、例えば使用者に対して左右方向である。また、垂直方向は、例えば使用者に対して上下方向である。２次元光走査装置５０のミラー１１ａに入射したレーザ光は、水平方向及び垂直方向に走査された２次元走査光に変換される。接眼光学系１９０は、単一或いは複数のレンズから構成されている。２次元走査光は、接眼光学系１９０を介して、観測者の瞳孔９０１に平行光線として入射する。即ち、画像が観測者に提示される。
なお、圧電素子１２による垂直走査は高速であり、これと比較して、可動部１０の回動による水平走査は低速である。
【００３８】
以上説明した実施形態では、第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成しているが、第１ドライバ１８１は、映像信号処理回路１２０から出力される水平同期信号に基づいて、２次元走査装置５０の圧電素子１２に供給する駆動電流を生成する実施形態でも差し支え無い。同様に、第２ドライバ１８２は、映像信号処理回路１２０から出力される垂直同期信号に基づいて、２次元走査装置５０のコイル２４に供給する駆動電流を生成する実施形態でも差し支え無い。この実施形態の場合には、２次元光走査装置５０の圧電素子１２は、第１ドライバ１８１から供給される駆動電流によって、ミラー１１ａを共振させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を水平方向に走査させる。また、２次元光走査装置５０のコイル２４は、第２ドライバ１８２から供給される駆動電流によって、可動部１０を回動させ、ミラー１１ａに入射したレーザ光を垂直方向に走査させる。
【００３９】
以上説明した実施形態では、光源部１３０は、レーザドライバ１３１〜１３３とレーザ１３４〜１３６とから構成されているが、光源部１３０は、電球、冷陰極管等の蛍光管、ＬＥＤ等であっても差し支え無い。
なお、網膜走査型ディスプレイの例で画像投影装置２００を説明したが、壁面やスクリーンに画像を投影する画像投影装置２００にも本発明の２次元光走査装置５０、６０を使用可能なことは言うまでもなく、この場合には、接眼光学系１９０の代わりに、２次元走査光を壁面やスクリーンに画像を結像させる結像光学系が使用される。
【００４０】
以上説明した実施形態では、第２配線３２はフレキシブルプリント基板であるが、第２配線３２はこれに限定されず、撚り導線、平編み導線等であっても差し支え無い。
【００４１】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う２次元光走査装置や画像投影装置もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 可動部
１１ 基板
１１ａ ミラー
１１ｂ 支持梁
１１ｃ 伝達部
１１ｄ 被取付部
１１ｅ 接続部
１２ 圧電素子
２０ 回動駆動部
２１ 基台
２２ 回動軸
２３ 磁界発生部
２４ コイル
２５ 軸受
２６ 軸受
３１ 第１配線
３２ 第２配線
３５ 絶縁層（第１の実施形態）
３６ 絶縁層（第２の実施形態）
４０ 中継部（第１の実施形態）
４５ 中継部（第２の実施形態）
５０ ２次元光走査装置（第１の実施形態）
６０ ２次元光走査装置（第２の実施形態）
２００ 画像投影装置
ａ 第１軸線
ｂ 第２軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、駆動電流が供給されるコイルとを有し、前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界との相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記中継部は、前記第２軸上に有ることを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記中継部は、前記被固定部上に有ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２次元走査装置。
【請求項４】
前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２次元走査装置。
【請求項５】
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第１軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第２軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、２次元走査させる２次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第１ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第２ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記２次元走査装置で２次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第１ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記第１ドライバに接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする画像投影装置。
【請求項１】
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子とを有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、駆動電流が供給されるコイルとを有し、前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界との相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記圧電素子に駆動電流を供給する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記駆動電流を生成する駆動電源に接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さいことを特徴とする２次元光走査装置。
【請求項２】
前記中継部は、前記第２軸上に有ることを特徴とする請求項１に記載の２次元光走査装置。
【請求項３】
前記中継部は、前記被固定部上に有ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２次元走査装置。
【請求項４】
前記ミラー、前記一対の支持梁、前記伝達部、前記被取付部は、金属で一体に構成され、
前記中継部と前記被取付部との間に絶縁部を形成し、前記中継部と前記被取付部とを絶縁させたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２次元走査装置。
【請求項５】
光を反射するミラーと、
前記ミラーの両側を第１軸線回りに揺動可能に支持し、前記ミラーから離れる方向に延出する一対の支持梁と、
前記一対の支持梁が接続される伝達部と、
前記伝達部と前記支持梁との接続部分と反対端の前記伝達部に接続された被取付部と、
前記伝達部に設けられ、前記伝達部に振動を付与することで前記ミラーを前記第１軸線回りに揺動させる圧電素子と、を有する可動部と、
基台と、
前記基台に、前記第１軸線と直交する第２軸線回りに回動可能に軸支され、前記被取付部が取り付けられた回動軸と、
磁界を発生する磁界発生部と、
駆動電流が供給されるコイルを有し、
前記コイルが発生する磁界と前記磁界発生部が発生する磁界の相互作用により前記回動軸を第２軸線回りに回動させる回動駆動部とから構成され、
前記ミラーが前記圧電素子により前記第１軸回りに揺動されつつ、前記可動部が前記駆動部により第２軸回りに回動されて、前記ミラーに入射した光束を、２次元走査させる２次元光走査装置と、
前記圧電素子に供給する駆動電流を生成する第１ドライバと、
前記コイルに供給する駆動電流を生成する第２ドライバと、
前記ミラーに入射させる光を生成する光源部と、
前記２次元走査装置で２次元走査された光を、結像させるための光学系を有し、
前記第１ドライバと前記圧電素子間を接続する配線は、
前記圧電素子に接続する第１配線と、
一端が前記第１配線と中継部で接続され、他端が前記第１ドライバに接続された第２配線とから構成され、
前記第１配線は前記第２配線よりも単位長さ当たりの質量が小さい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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６８４２４（Ｐ２０１２−６８４２４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３０４７（Ｐ２０１０−２１３０４７）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【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５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【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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