JPH0251121A - 小型光学ディスプレイ装置のための低振動の共振型走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、振動するミラーを介して表示される列状に並
べられた発光デバイスを用いて、ラスタ走査画像を発生
するようにした、ディスプレイ装置に関する。更に詳し
くは、本発明は、この種の装置における、ミラーの高速
振動により発生される振動を、低減するための手段に関
する。

（従来の技術） 例えば図形、数字、それに画像情報等の情報を視覚的に
表示することのできるディスプレイ装置には、多種多様
なものがある。それらの装置の中には、矩形のバタンの
内部において電子ビームを反復して掃引することにより
テスタが形成されるようにした、ごく普通の陰極線管が
含まれている。画像は、このヒ゛−ムを選択的に変調し
てテスタ上に一点と暗点とを発生させることによって、
形成される。

別種のディスプレイ装置としては、列状に並べられた発
光デバイスが、表示すべき情報に基づいて変調されるよ
うにした、エレクトロメカニクス式の走査システムがあ
る０発光状態とされたデバイス列が、振動するミラーば
よってラスタに変換され、それによって虚像のテスタ両
像が形成される。斯かるエレクトロメカニクス式の装置
は、普通の「ベージ」全体の実像を形成するために必要
とされる発光デバイスの個数と比較してはるかに少ない
個数の発光デバイスによって、このページ全体のディス
プレイを形成することができるという利点を備えている
。

動作についで説明すると、′ｅ、ｉモークによってミラ
ーが一定の軸芯の周りに物理的に回動させられている状
態で、発光しているデバイスの拡大された虚像がこのミ
ラーから反射されている。ミラーを直接的に駆動して振
動させることも可能であるが、ミラーを駆動するのに必
要な電力を低減するためには、共振型のエレクトロメカ
ニクス式の振動器を用いてミラーを駆動するようにする
ことができる。斯かる振動器においては、フレームに取
付けられたスプリングにミラーが取付けられており、そ
れによって、このミラーの質量とこのスプリングとが機
械的な共振器を構成している。電磁モータが、このスプ
リング／ミラー系の共振周波数で、このミラー質量を振
動させる。この方式によって、比較的大きな振動を発生
させるために僅かな量の電力しか必要としないようにな
っている。この種の従来の共振型振動器は、米国特許部
４．６３２５０１号に示されており、同特許においては
、ミラーは薄板状のスプリング材を介してベースに取付
けられている。

（発明が解決しようとする課題） この従来のミラー／スプリング振動器システムに付随す
る問題は、ミラーの角振動敬を高めるにはこのミラーを
加速及び減速するためのスプリング力を大きくする必要
があるということである。

このスプリング力はこの装置のベースへも加わって「反
作用力」を生じる。ベースが比較的質♀：の大きな物体
にしっかりと止着されている場合には　この力は大した
問題ではない、し７かしながら、ディスプレイ装置を質
量の大きな物体に取付けることが不可能ないし望ま＋／
　＜ないという場合には、即ぢ例えばハンドφベルト型
のディスプレイ、眼鏡装着型の７’４スプレイ、または
「ヘツズφアップ」　（”ｈ　ｅ　ａ　ｄ、ｓ　−ａ　
ｐ　”　）型のディスプレイ等の場合には、この力が振
動を発生さセ、そしてこの振動は、ましな場合〒あって
も、うっとおしいものであるし、更に場合によっては、
その振動のために映像がぼめけたり、また、認識不能と
なることさえある。加えて、この振動はディスプレイに
組み合わされている振動の影響を受は易い装置、例えば
顕微鏡等の装置の、機能を損なうこともあり得る。更に
は、たとえその振動が許容し得るものであったとしても
、振動が外部の構造へ伝達されてｌ／”る場合には、ミ
ラーを振動させるのに必要な電力が増大している。この
ように余計な電力が必要とされるということは、結局、
モータがこのディスプレイを充分な振幅をもって確実に
駆動できるようにするためにはより大きなモータが必要
とされるということであり、その結果、ポータプル型デ
ィスブ１／イのバッテリの消耗が増加することにもなる
。

この問題が更に重大となるのは、ミラーが、その中央部
の近傍ではなく末端部の近傍の点の周りに回動じなけれ
ばならないように、そのシステムの構造が設計されてい
る場合である。この種の構造は、ハンド・ベルト型ディ
スプレイに採用するのに好都合な構造であり、なぜなら
ば、この構造はより小さなレンズを使用することを可能
とし、その結果、ディスプレイが更にコンパクトになる
からである。

従って本発明の目的は、取付は用ベースに伝達される反
作用力の合力が低減される。光学デイスプレイ装置のた
めの共振型走査装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、共振型走査を行なう光学ディス
プレイ装置の振動を低減する。共振型走査装置を提供す
ることにある。

本発明の更なる目的は、ミラーを駆動する電磁モータが
効率的に動作できるようにした、共振型走査装置を提供
することにある。

本発明の更なる目的は、取付は用ベースに伝達される反
作用力の合力を、釣合い質量構造を用いて低減している
、共振型スキャナ（走査器）ｊＪｌ造を提供することに
ある。

本発明の更なる目的は、ミラーがそれを中心として振動
するところの回動点が、そのミラーの中心から離隔した
位置に位置付けられている、共振型走査装置を提供する
ことにある。

（課題を達成するための手段） 以上の諸口的並びに以上の諸聞題は、本発明の１つの具
体的実施例において達成され且つ解決されており、同実
施例においては、共振型走査装置は互いに逆方向へ運動
するミラーと釣合い質量とを備えている。これら両方の
質量は同一の載置用ベースに取付けられているため、運
動しているそれらの質量によって発生される夫々の反作
用力がこのベースにおいて打ち消されて、全体としての
振動が相轟に低減されるような構造に、構成することが
可能となっている。

更に詳細に説明すると、ミラーの支持構造は、ミラーを
一方のアームに取付け、釣合い質量を他方のアームに取
付けた「音叉」構造により、構成されている。駆動モー
タは、磁石とコイルとから成る構造により構成されてお
り、この構造はアームの一方ないし双方を駆動すること
によって、それらのアームを互いに逆方向へ運動させる
。

１つの実施例においては、ミラーは、互いに交叉した複
数の撓みスプリングによってディスプレイ装置のベース
に取付けられている。釣合い質量もまた、スプリングに
よってこの映像ディスプレイ装置のベースに取付けられ
ている。これらの、ミラーの撓みスプリングと釣合い質
量のスプリングとの双方の剛性は、ミラーと釣合い質量
とが略々同一の共振周波数を持つように選定されている
。

この実施例においては、ボイス・コイル型電磁モータを
用いて、ミラーと釣合い質量とが駆動されている。この
モータは、音叉構造の一方のアームに取付けられた永久
磁石部分並びにそれ・に組み合わされた磁束帰還経路と
、他方のアームに取付けられたコイルとを備えている。

適切に制御された電流がコイルへ供給されると、永久磁
石がこのコイルによって交互に吸引及び反発される。こ
のようにして、駆動力がミラーと釣合いＬｉｔとの両方
に加えられ、それによってそれらの各々は、この駆動力
の周波数で振動することになる、ミラーと釣合い質量と
を加速及び減速するスプリング力は、更に撓みスプリン
グによってベースにも加えられ、そして「反作用力」を
生じる。釣合い質量の幾何学的形状と釣合い質量の回動
点の位置との両方が、釣合い質量によってベースへ加え
られる反作用力が、ミラーによってベースへ加えられる
反作用力を略々打ち消すように１選定されている。

加えて、電磁モータの幾何学的形状は、ミラーと釣合い
質量とへ加えられる駆動力が、それらのミラーと釣合い
質量とへ作用する空気抵抗力に略々等しくなるように選
定されており、その結果、駆動力に起因してベースに加
わる力の合力は、ごく僅かしか存在しないか、または全
く存在しなくなっている。

（実施例） 第１図は、米国特許第４６３２５０１号に示されている
種類の、典型例の従来技術に係る共振型エレクトロメカ
ニクス式スキャナ（走査器）の模式図である。この装置
は同米国特許中に詳しく説明されているため、ここでは
詳細には説明しない。第１図において、この共振型スキ
ャナは、１９８７年７月２７日付出願の米国特許出願第
０７８２９５号で扱われている種類の、走査された画像
を表示する画像ディスプレイ装置に使用されている共振
型スキャナであり、同米国特許出願は、本願の基礎米国
出願の同時継続出願であって、その発明の名称は小型画
像ディスプレイ・システム（Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ　Ｖｉ
ｄｅｏ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ）であり、本発
明の譲り受は人に対して譲渡されている。このディスプ
レイ装置は同米国特許出願の中に詳細に記載されている
ため、ここではその動作について簡単に説明するだけと
する。また、同米国出願はここに言及したことにより本
開示に組込まれる。

この種の走査画像ディスプレイ装置においては、発光デ
バイス１０（具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）等
であれば良い）の列が電気的に付勢されて選択的に発光
され、それによって、発光しているラインが形成される
。第１図においては、ＬＥＤの列は図の紙面に対して垂
直な方向に延在している。

ＬＥＤ列１０から出た光は、模式的にレンズ５で表わさ
れている光学系を通過し、この光学系はＬＥＤの拡大さ
れた虚像を形成するにの虚像は、ミラー３０が反復して
矢印１６の方向に振動させられている間、このミラー３
０から観察者の眼へと反射されている。ミラー３０が運
動している状態にあるときに１列１０内の複数のＬＥＤ
を選択的に発光させることによって、矩形のラスタを形
成することができ、このラスタを観察者は観察すること
ができる。

ミラーを運動させる機構は、一般的に共振型スキャナと
呼称されている。この機構はベース２０を含み、ベース
２０には板バネのスプリング３４を介して平面鏡のミラ
ー３０が取付けられており、スプリング３４は図の紙面
に対して垂直な方向に延伸している。ミラー３０は、２
個の円筒形の永久磁石４４及び４５と２個のリング形の
コイル４６及び４７とから構成されている駆動モータに
よって、振動させられる。動作について説明すると、コ
イル４６及び４７のうちの一方、例えばコイル４７が付
勢されると、このコイルに対応する永久磁石４５が、こ
れらのコイル４７と磁石４５によって形成される夫々の
相対的な磁場に応じて、コイル４７の中へ吸引されるか
または反発される。この結果生じる力が、ミ５−３０を
スプリング３４との連結点を中心として回動させ、それ
によってミラー３０が矢印の方向に振動することになる
。

他方のコイル（この例においてはコイル４６）は、ミラ
ーの運動を検出するだめの検出コイルとして使用されて
いる。磁石４４のコイル４６に対する相対的な運動によ
って発生される電気信号が、駆動コイル４７へ供給され
る電流を制御するために駆動回路（不図示）によって利
用されており、この利用は、一般的な方式で、そして先
に言及した米国特許第４６３２５０１号に記載されてい
るようにして行なわれる。

実際には、ミラー３０の質量及び幾何学的形状、並びに
スプリング３４のバネ定数は、所望の動作周波数の共振
賀硫系が形成されるように選択される０以上の方式によ
り、もしミラーが非共振的に駆動されるようにしたなら
ば必要とされることになる駆動力と比較して、はるかに
小さい駆動力で、ミラー３０の大きな偏位角が得られる
ようになっている。

第１図に示されたミラー駆動システムに付随する問題は
、ミラー質量３０を振動させているスプリング力が、ベ
ース２０並びにこのベース２０に取付けられているいず
れの支持構造に対しても、加わっているということであ
る。ミラー３０は、一般的には非常に小さいものではあ
るが、このミラーの運動は典型的な例としてはその周波
数が充分に高く、従って上記の力はその振幅が大きい。

この大振幅の力がベース２０に伝達され、そしてこのベ
ース２０をそれに応じて振動させるのである。

第２図は本発明のミラー・アセンブリの部分断面図を示
す、第１図の要素に対応している第２図の要素には、同
一の引用符号が付されいる。この第２図の構成において
は、ミラー３０は、２本のアームを備えたバランス式ア
センブリの一部分となっている。一方のアームは、ミラ
ー３０、ミラー支持部材３６．及び駆動コイル４６から
成っている。他方のアームは、ウェイ）４０と永久磁石
４４とから構成されている。ミラー・アーム（ミラーを
含む方のアーム）は、２枚の撓みスプリング３２及び３
４を介してベース４を置部杓２１に取付けられている。

スプリング３２及び３４はいずれも図の紙面に対して暇
直の方向に延展している板バネである。１＆！に説明す
るように、これら２枚のスプリングは互いに交叉するよ
うに組み合わされて用いられており、それによってミラ
ー・アセンブリが１つの軸芯の周りに回動するようにそ
の回動に制約を加えている。

ミラー３０は、接着剤ないし接合剤を用いて。

ミラー支持部材３６（この部材は適当なプラスチックそ
の他の材質から凌るものとすることができる）に直接に
取付けられている。スプリング３２の一端は、ネジ、リ
ベット、ないしはその他の１１ニ着具により、ミラー支
持部材３６に取付けられている。スプリング３２の他端
は、別の止着具によってベース載置部材２１に取付けら
れでいる。更に第２のスプリング３４も、止着具３７に
よってミラー支持部材３６に、そして止着具３９によっ
てベース２１に夫々取付けられている。図中には明白に
示されていないが、スプリングの撓み点を機械的に定め
るために、止着具３９には通常は角ワッシャが併せて用
いられる。２枚の撓みスプリング３２と３４とは２　、
ニラ−３０とミラー支持部材３６とが結果的に、これら
のスプリング３２と３４とが交叉する点４８の周りに回
動するように、互いに協働している。駆動モータの作用
によって、ミラー・アームは点４８を中心と１５で矢印
１６の方向に振動する。

ウェイ）４０は止着具４３によってスプリング４２の一
端に取付けられている。このスプリング４２も、図の紙
面に対して垂直の方向に延展１．ている板バネである７
スプリング４２の他端は止着具４５によって′く−ス２
１に取付けられている。

従ってウェイト４０は結果的に、スプリング４２上の取
付は点４３と４５との間に位置している中間の点を中心
として回動することになる。

ミラー３０とウェイト４０とは、永久磁石４４、ウェイ
ト４０、及びコイル４６から構成されるボイス・コ・イ
ル型電磁モータによって駆動される。磁石４４はウェイ
ト４０に固着されており、一方、コイル４６はミラー支
持部材３６に固着されている。ウェイト４０は、張り出
し部４１を備える形状に形成されており、この張り出し
部４１は磁束の帰還経路を完成するように機能し、てお
り、それによってこのモータの効率を向上させている。

正弦波電流（ないしはその他の周期的主流、例えば矩形
波ないし、電流パルス等）を電気コイル４６へ供給する
ための回路（不図示）が備えられている。本発明の１つ
の特徴に拠って、撓み運動のために疲労を生じる別、没
の配線を用いずに済ませるために、コイル４６とこの駆
動回路との間は、スプリング３２及び３４によって接続
されている。

コイル４６内の正弦波電流は、波状に変動する磁場を発
生しており、この磁場のために、磁石４４とコイル４６
とはこの電流の周波数で交互に吸引及び反発されている
。このＪ］：弦波駆動電流の周波数は、ミ５・−３０が
、このミラー３０とスプリング３２とによって構成され
るスプリング／質量系の共振周波数で、部分円弧を描い
て回動するように選択されている。−収約には、望まし
い共振周波数はこのスキャナの使用法に応じて定められ
る。先に言及した走査画像ディスプレイｅ・システムに
おいては、適切な共振周波数は、ディスプレイの「フリ
７カ（ちらつき）」を排除するのに必要な最低のディス
ブ１／・ｆ−リフレッシュ速度に応じて定められる。共
振周波数は、ミラー３０の質量及び寸法形状、並びにス
プリング３２のバネ定数を選択することによって通常の
方法で選定することができる。

有利なことに、具体例の構成を採用するならば軽量の駆
動コイルをミラー　・アセンブリ上に配設することがで
き、重量の大きな磁石構造をミラー會アセンブリとに配
設する必要がなくなる。この構成は、ひいては電磁駆動
モータを、高効率で動作するように設計することを司能
にし、なぜならば、釣合いアーム（ウェイトを含む力の
アー・ム）十の永久磁石構造を大きく玉いものとするこ
とができ、それによって、ミラー会アームの質量を増加
させることなく高強度の磁場を発生させることができる
からである。

走査画像ディスプレイに使用される場合には、具体例の
スキャナは更なる利点を有する。事実上のミラー回動点
４８がミラー３０の中心から離れた箇所に位置している
ため、より小さなミラーを用いて所与の「出光瞳孔部」
を備えた光学系を構成することができる。この利点は第
３Ａ図及び第３Ｂ図に説明されており、それらの図は２
つのディスプレイ争システムを示してし）て、それらの
システムは、各々、振動する走査ミラーを使用し−Ｃい
る。第３Ａ図及び第３Ｂ図の中の要素と位置のうち、第
２図に示されている要素と位置に対応しているものには
、同一の引用符号が付されている。

出光瞳孔部１１Ｏは、その領域に使用者のＩＮ！１５が
位置していれば画像の全体を観察することのできる領域
であると定義される。第３Ａ図においては、ディスプレ
イ・システムは、中央部の近傍を中心として回動するミ
ラーを備えるように構成されている。同図に示されてい
るように、出光瞳孔部１１０の大きさはミラーが揺動す
る円弧とディスプレイの寸法形状とに応じて定まる。

第３Ｂ図においては、本発明の１つの特性に従ってミラ
ーが末端部の近傍を中心として回動する場合に、レンズ
５及びケースの寸法がはるかに小さなものであるにもか
かわらず、第３Ａｌｌｉ９の出光瞳孔部と大きさが同一
の出光瞳孔部を得ることが可能となっている。

第４図は、上記の具体的実施例の共振型走査装置の部分
斜視図を、それに付随するハウジングと共に示しており
、このハ１クジングは部分的に想像線で詳細に描かれて
いる。第４図はミラー３０及びウェイト４０とベース載
置部材２１との間の、撓みスプリング３２．３４、及び
４２による接続構造を図示している。第４図においては
、第２図に示されている要素に対応する要素には同一の
引用符号が付されている。

撓みスプリング３４は１例えば、１枚の板バネ材料から
製作されたＵ字形のスプリングである。

同様に、撓みスプリング３２も１枚の板から成る板バネ
であり、この板バネは、スプリング３４の脚部と脚部と
の間に、このスプリング３４の面に対し直角を成すよう
にして取付けられている。斯かる「交叉」スプリング構
造は、ミラー質量３０の連動が略々純粋な回転運動とな
るように、その連動に対して規制を加んており、これと
対照的に、従来の装置に広く用いられている１枚のスプ
リングから成る構造は、望ましくない捩れ運動を生じ易
い。スプリング４２もまた、Ｕ字形のスプリングであり
、これはウェイト４０をベース２１に止着している。

反作用力を打ち消すための、ミラー・アセンブリ及び釣
合い質量の構成は、従来の一般的な方式によって実現す
ることができる。詳しく説明すると、従来の機械４Ｉ成
理論に拠れば、賀竜／スプリング系に作用する反作用力
は、概念上の「打撃点（ポイン）−オブーパーカッショ
ン）」に作用する一対の力のベクトルで表わすこ・ヒが
できる、実際に運動している部材は、質量と慣性回転モ
ーメントとの両方を持っているが、それらは、打撃点に
位置する等価の点質量としてモデル化することができる
。

二次の力ベクトルは、打撃点と系の回動点とを通るベク
トルであり、遠心力を表わしている。

−次の力ベクトルは、打撃点を通るベクトルであり、二
次の力のベクトルに対［２て直角の方向を持ち、そして
、質量を平行移動及び回動点の周りに回転させるために
必要な力を表わしている。

動作について説明すると、以−ヒの具体例の共振型スキ
ャナにおいては、−次の力ベクトルはその大きさが比較
的大きくしかも正弦波状に変化しており、これがミラー
を前後方向に加速する（この力の大きさははミラーの運
動の両端の部分で最大となる）、この力は、ミラー←ア
セングリの等画質量とミラーの運動の振幅のみによって
定まり、回動点の位ごと構成とを適切に定めれば、釣合
い質量によって発生される反作用力によって実質的に打
ぢ消ｔことが−ｒ！きる。詳細に説明すると、ミラ一並
びに釣合い質量の幾何学的配置は、夫々の一次の力ベク
トルが互いに同−線五に位置するように調整されていな
ければならない０本発明に従って構成された５０ヘルツ
の走査周波数で動作するある１つの具体的実施例におい
ては、この力は約４２グラム重（ｇｒａｓｓ−ｆｏｒｃ
ｅ：　ｇｍｆ）であることが判明している。また、ミラ
ー質量を３．３６グラム、釣合い質量を１０．９５グラ
ムとすることによって、この力が効果的に打ち消される
ことが判明している。

ミラー・アセンブリには更に、はるかに小さい引きずり
力も作用している。この力は空気抵抗に起因する、基本
的には速度に比例する力である。

本発明の原理に従って構成された、先に説明した具体的
実施例においては、ミラー・アセンブリのみについての
ｒＱＪの値は約１００であり、その結果として、約０．
４ｇｒａｆの引きずり力が生じている（このｒＱＪの値
は減衰の指標値であり、共振のピークの鋭さに関係する
値である）。引きずり力に起因するエネルギの損失分を
補充するために、ポイス参コイルーモータ４６が、ミラ
ー３゜を運動させる力を供給している。この駆動力が正
弦波であれば、引きずりに起因する上に説明した力を、
この駆動力が、実質的にバランスさせるようにすること
ができる。

同様にして、釣合いアセンブリに対しても引きずり力が
作用している。上に説明した好適実施例においては、釣
合い質量のみについてのｒＱＪの値が２００であるのに
応じて、この引きずり力は約０　、２ｇ脂「となってい
る、ミラーやアセンブリのみについてのｒＱＪの方がよ
り小さいのは、ミラー・アセンブリの表面積がより大き
いためである。この具体的実施例において、完全に打ち
消されなかったモータの力に起因する余分な力をできる
限り小さくするためには、ボイス・コイルΦモータによ
ってミラーと釣合い質量とに加えられるモータ・トルク
が、０．４対０．２の比率となるようにすべきである。

この具体的実施例の幾何学的配置は、略々この結果が得
られるように構成されている。

正弦波状に変化する駆動力がこの適切な比率で加えられ
れば、理論的には、その結果ベースに加わる駆動に関連
した力の合力は実質的にゼロとなるのであるが、非正弦
波状に変化する駆動力が用いられることもある。駆動力
が周期的ではあるが正弦波状に変化するものではない場
合には、ベースに小さな合力が加わることになるが、し
かしながらこの力も、モータ駆動回路が単純化されるで
あろうことを考慮するならば、容認し得るものであろう
。

更には、ミラーの等価質量は、直線上を運動するのでは
なく僅かに湾曲した円孤上を運動するため、この等価質
量の横方向への運動に起因する。

（先に言及したところの）二次の力ベクトルも存在する
。この二次の力ベクトルは、遠心力を表わすベクトルで
ある。この二次の力ベクトルの大きさは略々正弦波状に
変化し、その周波数はミラーの運動の周波数の２倍であ
る。この倍周波数の力は装置のベースに小さな振動を引
き起こし、ないしは、このベースがその動きを阻止され
ている場合にはその反作用力が支持構造へと伝達される
。

同様の力が釣合い質量アセンブリにも加わる。ミラーと
釣合いウェイトとの構成が具体的実施例に示されている
ようになっている場合には、ミラー舎アセンブリと釣合
い質量アセンブリとについての夫々の倍周波数の力は、
互いに同方向であり、従って打ち消し合うことはない、
しかしながら、ミラー質量と釣合い質量の横方向への運
動の大きさは極めて小さく、例えばこの具体的実施例に
おいては、ミラーについては約±４２ミクロン、釣合い
質量については約±５ミクロンであるため、発生する振
動は許容し得るものとなっている。

全重量が４２グラムのディスプレイに組込まれる場合に
は、結果として生じるケースの振動は±７ミクロンとな
る。

更にまた、このスキャナーアセンブリを、ディスプレイ
のケースの僅かな運動を許容する可撓性を有する！！置
部材にａｍすることによって、アンバランスな力により
引き起こされた振動が、ディスプレイが取付けられてい
る構造の振動を引き起こすことのないようにすることも
可能である。

第４図は更に、撓みスプリング３２及び３４を介した、
コイル４６の電気接続構造をも示している。ミラー３０
を支持するために２枚の別体の撓みスプリング３２と３
４とが用いられているため、これらのスプリングをコイ
ル４６へ電流を運ぶためにも利用することができ、それ
によって、反復する撓み運動によって破損するおそれの
ある別体の配線を使用せずに済むようにしである。

詳細に説明すると、コイル４６の一方のリード線５０は
、止着具３７を介して撓みスプリング３４ば取付けられ
ている。もう一方のリード線５５は止着具３５を介して
撓みスプリング３２に取付けられている。コイル４６へ
の電気接続は、撓みスプリング３２と３４の他端の、夫
々の上着具３３と３９とに適当な電気接続を施すことに
より完成される０以上により、電流はこれらの撓みスプ
リングを通ってコイル４６へ運ばれる。

第５図〜第８図は、好適構造のボイス・コイル中モータ
を使用している別実施例の共振型スキャナ装置を示して
いる。この好適構造はエア・ギャップ内の磁場の強度を
高めることによってモータ効率を向上させている。モー
タの構成が第２図及び第４図に示されているようになっ
ている場合には、ドーナツ形のコイル４６の内径部と磁
石４４との間のエア・ギャップが、ミラー３０とウェイ
ト４０とが描く異なった円弧の間のずれを吸収するのに
充分な大きさでなければならず、そのため結果的に非効
率的となっている。物理的な衝突を避けるために必要な
比較的大きなすきまは、結果的にエア・ギャップ内にお
ける磁束漏れを増加させると共に、このエア・ギャップ
内の磁場強度を弱め、従ってモータ効率を低下させる。

第５図〜第８図に示されているモータ構造は、漏れ磁束
が減少するように磁気回路を最適化することによって、
モータ効率を向上させている。

このアセンブリの構成要素のうち、第２図及び第４図に
示された実施例のものと変っていない構成要素には、同
一の番号が付されている。詳細に説明すると、第４図に
示されたドーナツ形のコイル４６は、第５図及び第６図
に示されている角型のコイル６６によって代替されてい
る。第４図に示された単一の円筒形の磁石４４に替えて
、ウェイト４０が形状変更され、第７図の断面図に示さ
れているように、３本のフィンガ部７０．７２、及び７
４を備えたｒＥＪ字形とされている。中央のフィンガ部
７２は、第７図及び第８図に示すように、コイル６６の
角型の開口の内部に挿通されている。２本の側部フィン
ガ部７０と７４には、磁石７３と７５が備えられており
、それらの磁石は第７図及び第８図に示すようにコイル
６６の外側に位置している。

更に第５図には、ウェイ）４０に形成されたスロット７
６が示されている。このスロットは、以下に説明するよ
うに機械的センサを収容するために利用されており、こ
のセンサは、ミラー３０の位置を検出して電気信号を発
生し、この電気信号が駆動電流を制御することによって
、ミラー３０とウェイ）４０とが確実に、適切な共振周
波数で振動するようになっている。

第６図〜第８図は更に、スプリング４２をウェイ）４０
に取付けるための改良された機構を示している０図示さ
れているように、スプリング４２は２枚の挟持部材４５
と４７との間に挟持されている。挟持部材４５と４７に
は長穴５１　（第６図に図示されている）が形成されて
おり、この長穴５１は、これらの挟持部材が止着具４３
の外側を摺動できるようにしている。スプリング４２の
、止着具４３で止着されている端部には長孔は形成され
ておらず、そのためウェイト４２とベース２１との間の
距離は機構的に一定とされている。

しかしながら、挟持部材４５と４７とをウェイト４０に
対して相対的に移動させ、それによって、スプリング４
２のウェイ）４０に対する取付は点を、実際の効果の上
から変更することができる。

従って、装置の基本的な幾何学的形状を変化させること
なく、共振周波数を、ｉｍする目的でスプリングの実効
長さを変化させることが、可能となっている。

第９図は、位置センナ機構を嵌装された状態にある、第
５図〜第８図の共振型走査装置の部分断面図である。こ
の機構の主要構成要素は、更に第１０図に示されている
部分分解図の中にも図示されている。このセンサ機構は
、「フラグ（旗状部材）」８０を含み、このフラグ８０
は角型コイル−ユニット６６の一端に取付けられている
。この走査装置が組上げられた状態にあるときには、フ
ラグ８０はＬＥＤと光電セルとから成る検出ユニット９
０の２本のアームの間に延在している。

第１０図に示すように、検出ユニット９０は蔵置用ブラ
ケット９２を含んでおり、このフラグ−／　トは第９図
に示すように、スキャナφ／＼ウジングに固定されてい
る。２本のアーム９４と９６はこのブラケット９２から
送出しており、フラグ８０の両側に位置している。アー
ム９４にはＬＥＤ７’／＜イス９８が取付けられ、そし
てアーム９６にはフォトダイオード１００が取付けられ
ている。

動作について説明するならば、ミラー３０が最大通常動
作角度の約７０％を超える角度に亙って回動すると、Ｌ
ＥＤ９８から送出された光がフォトダイオード１００に
よって検出され、このときフォトダイオード１００は電
気信号を発生する。

ミラー３０の回動の角度が最大通常動作角度の約７０％
より小さいときには、フラグ８０がＬＥＤ９８とフォト
ダイオード１００との間に介在しており、従って、ＬＥ
０９８から送出された光がダイオード１００に到達する
ことを阻止している。

このとき、ダイオード１００から送出される信号はとだ
える０以上の結果、ミラー３０とウェイト４０とが振動
すると、フォトダイオード１００から振動する電気信号
が発生される。この信号を利用して、この電磁駆動モー
タのコイル６６へ電流を供給する駆動電子回路の制御が
行なわれている。

駆動電子回路のブロック回路図が第１１図に示されてい
る。この回路の基本要素は、比較器１０２、フェーズ・
ロック番ル−プ（ＰＬＬ）１０４、自動ゲイン制御回路
１０６、及びパワー・アンプ１０８から成っている。こ
れらの要素は一般的な周波数制御ループを構成するよう
に接続されている。更に詳細に説明すると、フォトダイ
オードｌＯＯから送出される振動する出力信号は比較器
１０２の一方の入力へ供給される。比較器１０２は、波
形を標準化してゼロ拳クロッシング点を明確化するため
に、この電圧信号のレベルを基準電圧と比較する。この
比較器の出力はパルス列信号であり、この信号を用いて
、この電子回路の他の部分が駆動される。

比較器１０２からの出力は一般的なフェーズ・ロックＯ
ループ回路１０４へ供給され、この回路１０４は振動周
波数を適切な値に保持するように調整されている。この
ようなフェーズ・ロック・ループの動作は通常のもので
あるので、ここでは詳細には説明しない０回路１０４は
パワーΦアンプを制御する制御信号を発生する。

比較器１０２の出力は更に一般的な自動ゲイン制ｍ　（
ＡＧＣ）回路１０６へも供給され、この回路１０６は振
幅制御信号を発生する。

フェーズ中ロック・ループ回路１０４とＡＧＣ回路】０
６とによって発生された人々の制御信号はパワー・アン
プへ供給されており、このパワー・アンプはポイス拳コ
イルへ駆動電流を供給し、それによってフィードバック
争ループを完成している。

図面の第１２図は、小型ディスプレイ装置に組込まれた
具体的実施例の共振型走査装置を示している。この小型
ディスプレイ装置は、先に言及した本願の基礎米国出願
の同時継続出願である米国特許出願第０７８２９５号に
詳細に記載されている種類のものである。このディスプ
レイ装置の動作及び構成は同米国特許出願の中に詳細に
説明されているため、ここでは簡明を旨として詳細に説
明を繰返すことはしない、また、同米国特許出願はここ
に言及したことにより本開示に包含される。このＦイス
プレイ装置はベース１０を含み、このベース上に、この
ディスプレイを構成してＩ、する種々の光学要素が載置
されている。ベース１０の一端にはヘッダ・ブロック５
が取付けられており、その中に発光デバイス（例えば発
フォトダイオード等）のアレイ１５が取付けられている
。このアレイは、通常は、複数のデバイスを２列に並べ
、しかもそれらのデバイスが、デバイスとデバイスとの
間のギャップを埋めるように互い違いに配列されている
。線形のアレイとすれば良い、それらのデバイスは透明
なカバー〇プレート１７によって覆われているゆ デバイス１５から送出された光は、レンズＪ９ど２３と
が取付けられているハウジング１８を含む光学系を介し
て、ミラー３０上に投射される。

先に言及した米国特許出願第０７８２９５号に記載され
ている原理に従って、このレンズ系はミラー３０を介し
てアレイ１５の像を投射する。

ミラー３０の駆動は、リード線５０と５５（これらは４
図に示されでいる）を介してコイル４６・＼周期的電流
を供給することによ・って行なわれ、それによってミラ
ー３０とウェイト４０とが振動させられる。このミラー
３０の振動によって、線形アレイ１５に基づくテスク画
像が形成される。

以上に本発明の好適実施例を説明したが、未発明の木質
及び範囲から逸脱することなく種々の改変及び変更を施
し得ることは当業者には圓らかであろう。例を挙げれば
、ミラー争アセンブリを支持するために用いられている
一対の撓みスプリングに替えて、その他の一般的な構成
、例えば４本リンク機構（この場合ミラーの各端部は別
設のリンクによってベースに取付けられる）等を１本発
明の本質及び範囲から逸脱することなく使用することが
できる。同様に、ミラーがベースに、その一端において
ではなく中央部において取付けられるようにした。異な
った幾何学的配置を採用することも可能である０本発明
は上に開示された好適実施例に限定されるものではない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、典型例の従来技術の共振型エレクトロメカニ
クス式スキャナの模式図である。 第２図は、本発明に従って構成された共振型スキャナの
部分断面図である。 第３Ａ図は、ミラー中央部の近傍を中心として回動する
走査ミラーを用いた小型ディスプレイの模式図である。 第３Ｂ図は、ミン一端部の近傍を中心として回動する走
査ミラーを用いた小型ディスプレイの模式図である。 第４図は、第２図に示された共振型スキャナの斜視１図
である。 第５図は、効率が向」ニされた駆動モータを採用してい
る好適実施例の共振型スキャナの斜視図である。 第６図は、釣合い質量がその−Ｌに重ねられているミラ
ー・アセンブリを示す、好適構造の駆動モータの平面図
である。図を簡明化するためにミラー・アセンブリをベ
ースに連結しているスプリング４２は省略されている。 第７図は、好適実施例の駆動モータの、第６図に示され
ている７−７線に沿った断面図である。 第８図は、好適実施例の駆動モータの、第６図に示され
ている８−８線に沿った、別の断面図である。 第９図は、ミラー３０の位置を検出するためのセンサ・
フラグを用いた、別実施例の縦断面図である。 第１０図は、第９図に示された実施例の一部分の部分分
解図であり、ボイス費コイルを、センサ争フラグ、釣合
い質量、及びセンサ・アセンブリと共に示す図である。 第１１図は、具体例の駆動回路の電気回路図である。 第１２図は、本発明に係るスキャナ装置の具体的実施例
を採用している小型光学ディスプレイ装置の斜視図であ
る。 尚、図中、 １０・・・・・・発光デバイス、 ２１・・・・・・ベース、 ３０・・・・・・ミラー ３２・・・・・・スプリング、 ３４・・・・・・スプリング。 ３６・・・・・・ミラー支持部材、 ４０・・・・・・ウェイト ４２・・・・・・スプリング、 ４４・・・・・・永久磁石、 ４６・・・・・・コイル、 ４８・・・・・・ミラー回動点、 ６６・・・・・・角型コイル、 ７０．７２．７４・・・フィンガ部、 ７３．７５・・・永久磁石、 ８０・・・・・・フラグ、 ９０・・・・・・検出ユニット、 ９８・・・・・・ＬＥＤ、 １００・・・フォトダイオード、 １０２・・・比較器、 １０４・・・フェーズ・ロック・ループ回路（ＰＬＬ）
、 １０６・・・自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）、１０８・
・・パワー・アンプ。 （外４名） 図面の浄書（内容に変更なし ベ 手 書防力 事件の表示 平成１年特許願第１２２７０２号 ２゜ 発明の名称 小型光学ディスプレイ装置のだめの低振動の共振型走査
装置３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所 名　称　　リフレクション・テクノロジー争インコーボ
レーテッド ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付 ６、補正の対象 適正な図面 平成 １年 ８月２９日 （発送臼） ７゜ 補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共振型エレクトロメカニクス式走査装置であって、 ベースと、 ミラーと、 前記ミラーが前記ベースに対して相対的に振動自在であ
   るように前記ミラーを前記ベースに連結している第１ス
   プリング手段であって、前記ミラーと前記第１スプリン
   グ手段とは、第１機械的共振振動周波数を有すると共に
   第１反作用力を前記ベースへ伝達する、第１スプリング
   ／質量系を形成していることと、 釣合い質量と、 前記釣合い質量が前記ベースに対して相対的に振動自在
   であるように前記釣合い質量を前記ベースに連結してい
   る第２スプリング手段であって、前記釣合い質量と前記
   第２スプリング手段とは、前記第１機械的共振振動周波
   数と略々等しい第２機械的共振振動周波数を有すると共
   に第２反作用力を前記ベースへ伝達する、第２スプリン
   グ／質量系を形成していることと、 前記ミラーと前記釣合い質量との少なくとも一方に対し
   て運動を課すための駆動モータ手段が備えられ、前記第
   １スプリング手段と前記第２スプリング手段とは、前記
   第１反作用力と前記第２反作用力とが前記ベースにおい
   て略々打ち消し合うように、前記ベースに連結されてい
   ることと、を含むことを特徴とする共振型エレクトロメ
   カニクス式走査装置。 ２、前記第１スプリング手段が、第１撓みスプリングと
   第２撓みスプリングとから成り、該第１撓みスプリング
   と該第２撓みスプリングとが、前記ミラーを前記ベース
   に連結していると共に異なった平面上に位置しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の共振型エレクトロメカニ
   クス式走査装置。 ３、前記第１スプリング手段と前記第２スプリング手段
   とが、板バネ状の撓みスプリングから成ることを特徴と
   する請求項１記載の共振型エレクトロメカニクス式走査
   装置。 ４、前記駆動モータ手段が、ボイス・コイル型電磁モー
   タから成ることを特徴とする請求項１記載の共振型エレ
   クトロメカニクス式走査装置。 ５、前記ボイス・コイル型電磁モータが、前記ミラーに
   取付けられた導電性コイルと、前記釣合い質量に取付け
   られた永久磁石と、前記コイルと前記磁石との間に磁気
   回路を形成する手段とを備えることを特徴とする請求項
   ４記載の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 ６、前記ボイス・コイル型電磁モータが、前記釣合い質
   量に取付けられた導電性コイルと、前記ミラーに取付け
   られた永久磁石とを備えることを特徴とする請求項４記
   載の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 ７、前記第１スプリング手段が、少なくとも２つの別体
   のスプリングから成り、それらのスプリングの各々が導
   電性を有しており、それらのスプリングが、前記導電性
   コイルへの２つの電気接続構造を形成するように前記導
   電性コイルに接続されていることを特徴とする請求項５
   記載の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 ８、更に、前記ミラーの位置を検出するための手段を備
   えることを特徴とする請求項１記載の共振型走査装置。 ９、共振型エレクトロメカニクス式走査装置であって、 ベースと、 ミラーと、 前記ミラーが前記ベースに対して相対的に第１枢動点を
   中心として振動自在であるように前記ミラーを前記ベー
   スに連結している第１スプリング手段であって、前記ミ
   ラーと前記第１スプリング手段とは、第１機械的共振振
   動周波数を有すると共に第１反作用力を前記ベースへ伝
   達する、第１スプリング／質量系を形成していることと
   、釣合い質量と、 前記釣合い質量が前記ベースに対して相対的に第２枢動
   点を中心として振動自在であるように前記釣合い質量を
   前記ベースに連結している第２スプリング手段であって
   、前記釣合い質量と前記第２スプリング手段とは、前記
   第１機械的共振振動周波数と略々等しい第２機械的共振
   振動周波数を有すると共に第２反作用力を前記ベースへ
   伝達する、第２スプリング／質量系を形成していること
   と、 前記ミラーと前記釣合い質量とに取付けられた前記ミラ
   ーと前記釣合い質量とに対して逆向きの運動を同時に課
   すためのボイス・コイル型駆動モータ手段を備え、前記
   第１枢動点は、前記第１反作用力と前記第２反作用力と
   が前記ベースにおいて略々打ち消し合うような、前記ベ
   ース上における前記第２枢動点に対する相対位置に、位
   置付けられていることと、 を特徴とする共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 １０、更に、前記ミラーと前記ベースとの間に連結され
   た第３スプリングを備え、前記第１スプリングと前記第
   ３スプリングとが異なった平面上に位置していることを
   特徴とする請求項９記載の共振型エレクトロメカニクス
   式走査装置。 １１、前記第１スプリングと前記第３スプリングとが、
   板バネ状の撓みスプリングであることを特徴とする請求
   項１０記載の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 １２、前記ボイス、コイル型駆動モータが、導電性コイ
   ルと永久磁石とを備えることを特徴とする請求項１０記
   載の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 １３、前記導電性コイルが２本のリード線を有し、且つ
   、前記第１スプリングがそれらのリード線の一方に接続
   されていると共に前記第３スプリングがそれらのリード
   線の他方に接続されており、それによって、前記導電性
   コイルへの２つの電気接続構造が構成されていることを
   特徴とする請求項１２記載の共振型エレクトロメカニク
   ス式走査装置。 １４、更に、光源と、該光源から発生された光を検出す
   るための光検出器と、前記ミラーに取付けられた、前記
   ミラーの動きに応答して前記光源からの光が前記光検出
   器へ到達することを周期的に阻止するための手段とを備
   えることを特徴とする請求項９記載の共振型エレクトロ
   メカニクス式走査装置。 １５、選択された情報を表示するラスタ画像を発生する
   ための小型光学ディスプレイ装置であって、 発光デバイスの線形アレイと、 ミラーと、 前記線形アレイと前記ミラーとの間に配設された光学系
   であって、該光学系は前記線形アレイの虚像を前記ミラ
   ーを介して投射することと、ベースと、 前記ミラーが前記ベースに対して相対的に振動自在であ
   るように前記ミラーを前記ベースに連結している第１ス
   プリング手段であって、前記ミラーと前記第１スプリン
   グ手段とは、第１機械的共振振動周波数を有すると共に
   第１反作用力を前記ベースへ加える、第１スプリング／
   質量系を形成していることと、 釣合い質量と、 前記釣合い質量が前記ベースに対して相対的に振動自在
   であるように前記釣合い質量を前記ベースに連結してい
   る第２スプリング手段であって、前記釣合い質量と前記
   第２スプリング手段とは、前記第１機械的共振振動周波
   数と略々等しい第２機械的共振振動周波数を有すると共
   に第２反作用力を前記ベースへ加える、第２スプリング
   ／質量系を形成していることと、 駆動モータ手段であって、該駆動モータ手段は、前記ミ
   ラーと前記釣合い質量とに対して逆向きの運動を課し、
   それによって前記線形アレイの前記虚像が前記ミラーの
   運動により掃引されてラスタ表示が発生され、前記第１
   反作用力と前記第２反作用力とが前記ベースにおいて略
   々打ち消し合っていることと、 を含むことを特徴とする小型光学ディスプレイ装置。 １６、前記第１スプリング手段が、第１撓みスプリング
   と第２撓みスプリングとから成り、該第１撓みスプリン
   グと該第２撓みスプリングとが、前記ミラーを前記ベー
   スに連結していると共に異なった平面上に位置している
   ことを特徴とする、請求項１５記載の小型光学ディスプ
   レイ装置。 １７、前記第１スプリング手段と前記第２スプリング手
   段とが、板バネ状の撓みスプリングから成ることを特徴
   とする請求項１５記載の小型光学ディスプレイ装置。 １８、前記駆動モータ手段が、導電性コイルと永久磁石
   とを有するボイス・コイル型電磁モータから成ることを
   特徴とする請求項１６記載の小型光学ディスプレイ装置
   。 １９、前記第１撓みスプリングと前記第２撓みスプリン
   グとが導電性を有しており、且つ前記導電性コイルへの
   ２つの電気接続構造を形成するように前記導電性コイル
   に接続されていることを特徴とする請求項１８記載の小
   型光学ディスプレイ装置。 ２０、選択された情報を表示するラスタ画像を発生する
   ための小型光学ディスプレイ装置であって、 発光デバイスの線形アレイと、 ミラーと、 前記線形アレイと前記ミラーとの間に配設された光学系
   であって、該光学系は前記線形アレイの虚像を前記ミラ
   ーを介して投射することと、ベースと、 前記ミラーを前記ベースに連結している第１撓みスプリ
   ング及び第２撓みスプリングと、 釣合い質量と、 前記釣合い質量が前記ミラーに近接して位置するように
   前記釣合い質量を前記ベースに連結している第３撓みス
   プリングと、 内のり寸法と外のり寸法とを有する導電性角型コイルで
   あって、該コイルは前記ミラーに取付けられていること
   と、 第１フィンガ部、第２フィンガ部、及び第３フィンガ部
   を有する前記釣合い質量に取付けられた永久磁石構造で
   あって、前記第１フィンガ部と前記第３フィンガ部とは
   前記ミラーと前記釣合い質量とが互いに相対的に運動す
   るときに前記コイルの両側を通過するように構成されて
   おり、前記第２フィンガ部は前記コイルの前記内のり寸
   法の内側に挿通されるように構成されていることと、 周期的電流を前記コイルへ供給し、それによって前記ミ
   ラーと前記釣合い質量とを互いに逆方向へ、前後方向へ
   、部分円弧を描いて、一定の枢動点の周りに回動させる
   ための駆動回路手段と、を含むことを特徴とする小型光
   学ディスプレイ装置。 ２１、更に、光源と、該光源から光を受取るように構成
   された光検出器と、前記ミラーに取付けられたフラグ部
   材とを備え、前記フラグ部材は、前記ミラーが所定の角
   度に亙って回動するときには、前記光源と前記光検出器
   との間を運動して前記光源からの光が前記光検出器に到
   達することを阻止することを特徴とする請求項２０記載
   の共振型エレクトロメカニクス式走査装置。 ２２、ベースと、ミラーと、前記ミラーを第１の箇所に
   おいて前記ベースに連結している第１スプリングと、前
   記ミラーを前記ベースに対して相対的に振動させるため
   の駆動機構とを有し、前記ミラーの運動によって発生さ
   れる反作用力が前記スプリングを介して前記ベースへ伝
   達される発光デバイスの線形アレイに基づくラスタ画像
   を発生する小型ディスプレイ装置における、前記反作用
   力に起因する前記ベースの振動を低減させるための方法
   であって、 Ａ、第２の箇所において前記ベースに取付けられた第２
   スプリングを介して釣合い質量を前記ベースに取付ける
   ステップを含み、前記ミラー／第１スプリング系の機械
   的共振周波数は、前記釣合い質量／第２スプリング系の
   機械的共振周波数と略々等しく、 Ｂ、前記釣合い質量を振動させるための駆動機構を装備
   するステップを含み、前記釣合い質量の振動によって発
   生される反作用力は、前記第２スプリングを介して前記
   ベースへ伝達され、 Ｃ、前記第１スプリング取付け箇所の前記第２スプリン
   グ取付け箇所に対する相対的な位置を、前記ミラーの反
   作用力が前記釣合い質量の反作用力によって略々打ち消
   されるように、位置付けるステップを含む、 ことを特徴とする方法。 ２３、選択された情報を表示するラスタ画像を発生する
   ための小型光学ディスプレイ装置であって、 発光デバイスのアレイと、 ミラーと、 前記アレイと前記ミラーとの間に配設された光学系であ
   って、該光学系は前記アレイの虚像を前記ミラーを介し
   て投射することと、 ベースと、 前記ミラーが前記べースに対して相対的に振動自在であ
   るように前記ミラーを前記ベースに連結している第１ス
   プリング手段と、 前記スプリング手段上の前記ミラーと前記ベースとの間
   に位置する点の周りを前記ミラーが回動するように前記
   ミラーに対して振動運動を課す駆動モータ手段であって
   、それによって前記アレイの前記虚像が前記ミラーの運
   動により掃引されてラスタ表示が発生されることと、 を含むことを特徴とする小型光学ディスプレイ装置。