JP4582043B2 - 光偏向子、光偏向器、及び表示装置 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載されている光偏向子について、図11を用いて説明する。
図11に示すように、光偏向子41は、固定部2と、この固定部2上に固定される振動体3と、振動体3の反射ミラー部12を駆動する駆動部4とから構成されている。
固定部2は、ベース6と、このベース6の両端部に一体化して形成された一対の支持部7,8とからなり、コ字形状を有している。一対の支持部7,8の間のベース6の中央部には、凹部6Aが形成されている。
即ち、一対の振動子9,10、捩じりバネ部13A,13B,14A,14B及び光反射ミラー部12は、全体として一体化されている。
そして、反射ミラー部12の表面には、光反射膜12Aが形成されている。
そして、この反射ミラー部12の温度上昇は、捩じりバネ部13A,13B,14A,14Bへ伝導して、この捩じりバネ部13A,13B,14A,14Bのバネ定数を変化させるので、光偏向子の共振周波数を変化させてしまう。
図12は、シリコンの共振周波数の温度依存性を示す図である。図13は、シリコンのヤング率の温度依存性を示す図である。図14は、光偏向子の共振特性を示す図である。
図12に示すシリコンの共振周波数の温度依存性の横軸は温度(℃)、縦軸は共振周波数(Hz)であり、図13に示すシリコンのヤング率の温度依存性の横軸は温度(℃)、縦軸はシリコンのヤング率(MPa)であり、図14に示す光偏向子の共振特性の横軸は周波数(Hz)、縦軸は光偏向子にレーザ光を照射した時の反射光の偏向角度(deg)である。
また、図13に示すように、シリコンのヤング率は、温度が高くなると、直線的に減少する傾向があり、シリコンのヤング率は、温度が30℃では、165.6MPaであったものが、温度が80℃では、164.7MPaまで減少し、この温度間では、−0.1%/℃の割合で減少する。
上記したように、光偏向子41に50℃の温度上昇がある場合には、50Hzの周波数変動を生じるので、光偏向子41が発熱を生じて80℃の温度になった場合には、30℃の温度のときのQ値が得られる共振周波数で動作している光偏向子の偏向角度は、大幅に変化してしまうことになる。
光偏向子41の反射ミラー部12は、ミクロンオーダーの大きさであり、アーム部9B,9C,10B,10Cと捩じりバネ部13A,13B,14A,14Bを介して接続されているため、反射ミラー部12で吸収されたレーザ光の発熱が逃げにくい構造である。
このため、反射ミラー部12で反射されるレーザ光の偏向角度が変化してしまうので、スクリーン上に所定の位置に画像を投影することができなくなってしまう。
1)ベース上の一端側に形成された直方体形状を有する第1の支持部と、前記ベース上の他端側に形成され、前記第1の支持部に対して所定の間隙を有して対向配置された直方体形状を有する第2の支持部と、前記第1の支持部及び前記第2の支持部の上方に配置され、下面側が前記第1の支持部の上面側及び前記第2の支持部の上面側に固定された振動体と、前記振動体を駆動する駆動部と、前記振動体の上面側又は下面側に前記第1の支持部及び前記第2の支持部を覆うように配置され、前記振動体、前記第1の支持部、及び前記第2の支持部に接する下向きコ字形状を有する熱伝導体と、を備え、前記振動体は、前記第1の支持部側に固定された第1の振動固定部と、前記第1の振動固定部から前記第2の支持部に向かって延在し、先端部が自由端である一対の第1のアーム部と、前記第2の支持部側に固定された第2の振動固定部と、前記第2の振動固定部から前記第1の支持部に向かって延在し、先端部が自由端である一対の第2のアーム部と、前記一対の第1のアーム部及び前記一対の第2のアーム部の間に配置され、前記第1の面側に光反射面を有するミラー部と、前記一対の第1のアーム部と前記ミラー部とを連結する一対の第1の捩じりばね部と、前記一対の第2のアーム部と前記ミラー部とを連結する一対の第2の捩じりばね部と、を備え、前記一対の第1の捩じりばね部と前記一対の第2の捩じりばね部とは、前記ミラー部の重心を通る所定の軸に対して線対称に配置されており、前記駆動部は、前記一対の第1のアーム部又は前記一対の第2のアーム部を駆動して、前記ミラー部を、前記所定の軸を回転軸として所定の回転方向又は前記所定の回転方向とは逆向きの回転方向に回転させ、前記熱伝導体が前記振動体の上面側に配置されている場合には、前記振動体は、前記第1の振動固定部が前記第1の支持部の上面に固定され、かつ前記第2の振動固定部が前記第2の支持部の上面に固定され、前記熱伝導体は、下面が前記振動体の上面に接し、かつ前記下向きコ字形状の一方の内側面が前記第1の支持部の外側面に接し、かつ前記下向きコ字形状の他方の内側面が前記第2の支持部の外側面に接し、前記熱伝導体が前記振動体の下面側に配置されている場合には、前記振動体は、前記第1の振動固定部が前記熱伝導体を介して前記第1の支持部の上面に固定され、かつ前記第2の振動固定部が前記熱伝導体を介して前記第2の支持部の上面に固定され、前記熱伝導体は、上面が前記振動体の下面に接し、かつ前記下向きコ字形状の一方の内側面が前記第1の支持部の外側面に接し、かつ前記下向きコ字形状の他方の内側面が前記第2の支持部の外側面に接していることを特徴とする光偏向子。
2)前記熱伝導体は、Au,Ag,Cu,Al,AlN,SiC,DLC,Al2O3,ダイヤモンド,又はカーボングラファイトを含むことを特徴とする1)記載の光偏向子。
3)1)又は2)記載の光偏向子と、前記光偏向子を温度調節する温度調節部と、を備えていることを特徴とする光偏向器。
4)レーザ光を照射するレーザ光源と、前記レーザ光を所定の方向に走査する、2)もしくは2)記載の光偏向子、又は3)記載の光偏向器と、を備えていることを特徴とする表示装置。
また、本発明に係る表示装置によれば、レーザ光によりスクリーン上に投影される画像の偏向角度の変化を低減でき、所定位置に画像を形成できる。
図1は、本発明の実施例1の光偏向子を示す斜視図である。
図2は、実施例1の光偏向子における固定部、固体伝熱体及び振動体を一体化した様子を示す斜視図である。図3は、振動体の平面図である。図4は、光偏向子の側面図である。
図5は、本発明の実施例2の光偏向子を示す斜視図である。
図6は、本発明の実施例3の光偏向子を示す斜視図である。
図7は、参考例の光偏向子を示す斜視図である。
図8は、本発明の実施例5の光偏向子を示す斜視図である。
図9は、本発明の実施例1〜3及び5の光偏向子を用いた表示装置を示す概略図である。
図10は、本発明の実施例1〜3及び5の光偏向子を用いた他の表示装置を示す概略図である。
図1及び図2において、光偏向子1は、固定部2と、この固定部2に載置される振動体3、駆動部4と、高い伝導率を有する固体伝熱体5とから構成されている。
固定部2は、ベース6と、このベース6の両端部に一体化して形成された一対の支持部7,8とからなり、コ字形状を有している。一対の支持部7,8の間のベース6の中央部には、凹部6Aが形成されている。
一対の振動子9,10は、振動固定部9A,10Aの両端部に形成された各2本ずつのアーム部9B,9C,10B,10Cと、各アーム部9B,9C,10B,10Cの先端に反射ミラー部12と連結する捩じりバネ部13A,13B,14A,14Bとを有している。この光偏向子1を共振モードで動作させる時は、捩じりバネ部13A,13B,14A,14Bと反射ミラー部12で構成される振動系の共振モードの中で軸Lを中心とした回転を生ずるモード(第1次回転モード)を用いる。
光反射膜12Aの材料としてはAl,Au等を用いることができる。
尚、振動子9,10の各アーム部9B,9C,10B,10Cへの電圧印加は、前述した様に振動子9,10同士が捩じり部13A,13B,14A,14B及び反射ミラー部12を介して接続されているため、いずれか一方の振動子をコモン電極として印加すれば良い。
固体伝熱体5は、熱伝導率の高い材料からなり、Au,Ag,Cu,Al,AlN,SiC,DLC,Al2O3,ダイヤモンド,カーボングラファイト又はそれらの混合物が用いられる。固体伝熱体5に代えて、放熱体でも良く、この放熱体の材料としては、熱伝達率が高い材料が用いられる。
図4(A)に示すように、固定電極15,15に電圧が印加された時には振動子9のアーム部9B,9Cの先端部が静電力によって吸引されて下方に移動する。すると、アーム部9B,9Cの下方移動が捩じりバネ部13A,13Bを介して反射ミラー部12に伝達され、これが回転トルクとなって反射ミラー部12が重心Gを通る軸Lを中心として反時計方向に回転する。
この結果、光偏向子1の共振周波数の変動を低減することができるため、画像の偏向角度の変化を低減することができる。
図5に示すように、実施例2の光偏向子18は、実施例1に示す固体伝熱体5を固定部2と振動体3との間に挿入して、反射ミラー部12の裏面(反射ミラー部12の固定部2に対向する面)に接し、かつ一対の振動子7,8、一対の捩じりバネ部13A,13B、一対の捩じりバネ部14A,14Bに接するようにしたものであり、それ以外は同様である。
実施例2についても、実施例1と同様な効果が得られる。
図6に示すように、実施例3の光偏向子19は、実施例1の固体伝熱体5の代わりに、ベース6の凹部6Aに対向する裏面側の反射ミラー部12の面及び凹部6Aに固体伝熱体20,21をそれぞれ形成したものであり、それ以外は同様である。
実施例3についても、実施例1と同様な効果が得られる。
なお、反射ミラー部12の表面に固体伝熱体20を設けても良い。
図7に示すように、参考例の光偏向子22は、凹部23Aを有する固定部23と、凹部23A内に配置された反射ミラー部12と、この反射ミラー部12の重心Gを通る軸Lに対しこの軸Lの近傍の軸対称位置の両端と固定部23の凹部23Aを挟んだ両辺を連結する一対の捩じりバネ部24A、24Bと、反射ミラー部12の裏面(反射ミラー部12の固定部2に対向する面)及び凹部23Aの底部に形成されたそれぞれ固体伝熱体20,21と、前記反射ミラー部12を一対の捩じりバネ部24A,24Bを中心として駆動させる駆動部4と、を備えている。
なお、固体伝熱体20は、反射ミラー部12の表面に形成しても良い。
図8に示すように、実施例5の光偏向子25は、実施例1〜3に示す光偏向子1,18,19のいずれかを温度調節台26上に載置したものである。
この温度調節台26としては、Cu製プレートとヒータ、ペルチェ素子、温度センサ等を組み合わせたもの、ヒータ内蔵のヒートシンク構造、このヒートシンクに組み込まれた冷却ファン及び温度センサが一体となったものが用いられる。
次に、実施例1〜3及び5の光偏向子を用いた表示装置27,32について説明する。
図9に示すように、表示装置27は、レーザ光を出射するレーザ光源28と、外部から供給される水平周波数に同期して反射ミラー部を水平方向に振動させて、レーザ光源28から出射されたレーザ光を水平走査する水平走査用光偏向子29と、外部から供給される垂直周波数に同期して反射ミラー部が垂直方向に振動させて、水平走査用光偏向子29で水平走査されたレーザ光を垂直走査して、スクリーン31に2次元画像を投影する垂直走査用光偏向子30とから構成される。
水平走査用偏向子29及び垂直走査用偏向子30の偏向角度の変化が低減できるので、スクリーン31上の所定位置にレーザ光による2次元画像を投影することができる。
図10に示すように、表示装置32は、レーザ光を出射するレーザ光源28と、外部から供給される水平周波数に同期して反射ミラー部12を水平方向に振動させて、レーザ光源28から出射されたレーザ光を水平走査する水平走査用光偏向子29と、外部から供給される垂直周波数に同期して反射ミラー部12を垂直方向に振動させ、水平走査用光偏向子29で水平走査されたレーザ光を垂直走査して、スクリーン31に投影する垂直走査用光偏向子30と、垂直走査用光偏向子30で垂直走査されたレーザ光を集光する集光レンズ33とから構成される。
光アドレス型空間光変調素子34の読み出し側には、ランプ35と、ランプ35から出射された光をカットする赤外線カットフィルタ36と、赤外線カットフィルタでカットされた光を集光するレンズ37と、レンズ37で集光された光のうち所定の波長を通過させる波長フィルタ38とが順次配置されている。
実施例7も、実施例6と同様な効果が得られる。
Claims (4)
- ベース上の一端側に形成された直方体形状を有する第1の支持部と、
前記ベース上の他端側に形成され、前記第1の支持部に対して所定の間隙を有して対向配置された直方体形状を有する第2の支持部と、
前記第1の支持部及び前記第2の支持部の上方に配置され、下面側が前記第1の支持部の上面側及び前記第2の支持部の上面側に固定された振動体と、
前記振動体を駆動する駆動部と、
前記振動体の上面側又は下面側に前記第1の支持部及び前記第2の支持部を覆うように配置され、前記振動体、前記第1の支持部、及び前記第2の支持部に接する下向きコ字形状を有する熱伝導体と、
を備え、
前記振動体は、
前記第1の支持部側に固定された第1の振動固定部と、
前記第1の振動固定部から前記第2の支持部に向かって延在し、先端部が自由端である一対の第1のアーム部と、
前記第2の支持部側に固定された第2の振動固定部と、
前記第2の振動固定部から前記第1の支持部に向かって延在し、先端部が自由端である一対の第2のアーム部と、
前記一対の第1のアーム部及び前記一対の第2のアーム部の間に配置され、前記第1の面側に光反射面を有するミラー部と、
前記一対の第1のアーム部と前記ミラー部とを連結する一対の第1の捩じりばね部と、
前記一対の第2のアーム部と前記ミラー部とを連結する一対の第2の捩じりばね部と、
を備え、
前記一対の第1の捩じりばね部と前記一対の第2の捩じりばね部とは、前記ミラー部の重心を通る所定の軸に対して線対称に配置されており、
前記駆動部は、前記一対の第1のアーム部又は前記一対の第2のアーム部を駆動して、前記ミラー部を、前記所定の軸を回転軸として所定の回転方向又は前記所定の回転方向とは逆向きの回転方向に回転させ、
前記熱伝導体が前記振動体の上面側に配置されている場合には、
前記振動体は、前記第1の振動固定部が前記第1の支持部の上面に固定され、かつ前記第2の振動固定部が前記第2の支持部の上面に固定され、
前記熱伝導体は、下面が前記振動体の上面に接し、かつ前記下向きコ字形状の一方の内側面が前記第1の支持部の外側面に接し、かつ前記下向きコ字形状の他方の内側面が前記第2の支持部の外側面に接し、
前記熱伝導体が前記振動体の下面側に配置されている場合には、
前記振動体は、前記第1の振動固定部が前記熱伝導体を介して前記第1の支持部の上面に固定され、かつ前記第2の振動固定部が前記熱伝導体を介して前記第2の支持部の上面に固定され、
前記熱伝導体は、上面が前記振動体の下面に接し、かつ前記下向きコ字形状の一方の内側面が前記第1の支持部の外側面に接し、かつ前記下向きコ字形状の他方の内側面が前記第2の支持部の外側面に接していることを特徴とする光偏向子。 - 前記熱伝導体は、Au,Ag,Cu,Al,AlN,SiC,DLC,Al2O3,ダイヤモンド,又はカーボングラファイトを含むことを特徴とする請求項1記載の光偏向子。
- 請求項1又は2記載の光偏向子と、
前記光偏向子を温度調節する温度調節部と、
を備えていることを特徴とする光偏向器。 - レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光を所定の方向に走査する、請求項1もしくは2記載の光偏向子、又は請求項3記載の光偏向器と、
を備えていることを特徴とする表示装置。
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