JP2000066122A - マイクロ光学素子、複合マイクロ光学素子、及び、画像表示装置 - Google Patents
マイクロ光学素子、複合マイクロ光学素子、及び、画像表示装置Info
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- JP2000066122A JP2000066122A JP10233320A JP23332098A JP2000066122A JP 2000066122 A JP2000066122 A JP 2000066122A JP 10233320 A JP10233320 A JP 10233320A JP 23332098 A JP23332098 A JP 23332098A JP 2000066122 A JP2000066122 A JP 2000066122A
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- actuator
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Abstract
(57)【要約】
【課題】能動型光学素子アレイの場合、個々の光学素子
面積を小さくすると、アクチュエータ部のばね長等が長
く取れず、駆動電圧が大きくなる。 【解決手段】マイクロ光学素子４０１の下部に隣の光学
素子のアクチュエータ１０１、及び、駆動回路の一部を
挿入する事により、駆動電圧が低く、しかも、個々の光
学素子面積が非常に小さい能動型光学素子アレイを構成
した。これにより、体積効率が良くでき、マイクロ光学
素子の大きさを小さくする事と、マイクロアクチュエー
タに投入するエネルギーを小さくするという、相反する
課題を同時に解決出来た。
面積を小さくすると、アクチュエータ部のばね長等が長
く取れず、駆動電圧が大きくなる。 【解決手段】マイクロ光学素子４０１の下部に隣の光学
素子のアクチュエータ１０１、及び、駆動回路の一部を
挿入する事により、駆動電圧が低く、しかも、個々の光
学素子面積が非常に小さい能動型光学素子アレイを構成
した。これにより、体積効率が良くでき、マイクロ光学
素子の大きさを小さくする事と、マイクロアクチュエー
タに投入するエネルギーを小さくするという、相反する
課題を同時に解決出来た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロマシンによ
りマイクロ光学素子を動かし光スイッチングする能動型
光学素子、及び、画像表示装置に関するものである。
りマイクロ光学素子を動かし光スイッチングする能動型
光学素子、及び、画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の光スイッチング素子は、マ
イクロ光学素子の投影面積内にアクチュエータ部を収め
ていた。このマイクロ光学素子をライン状に並べたり、
アレイ状に並べたりしたプリンターヘッド、又は、画像
表示素子等が商品化されている。
イクロ光学素子の投影面積内にアクチュエータ部を収め
ていた。このマイクロ光学素子をライン状に並べたり、
アレイ状に並べたりしたプリンターヘッド、又は、画像
表示素子等が商品化されている。
【０００３】従来の画像表示装置は、特開平５−１９６
８８０に示されている静電力で駆動するアクチュエータ
の上部に反射ミラーを構成し、ばねで固定されたヒンジ
を静電力で微少に回転させると、反射ミラーが傾き、反
射光の出射方位が変化する事を利用して光スイッチング
をするものである。また、上記特許では、ばねの支柱が
光学素子と光学素子の境界上に設置されている。
８８０に示されている静電力で駆動するアクチュエータ
の上部に反射ミラーを構成し、ばねで固定されたヒンジ
を静電力で微少に回転させると、反射ミラーが傾き、反
射光の出射方位が変化する事を利用して光スイッチング
をするものである。また、上記特許では、ばねの支柱が
光学素子と光学素子の境界上に設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ光学素子をラ
イン状に並べたり、アレイ状に並べたりしたプリンター
ヘッド、又は、画像表示素子等の場合、ライン状、又
は、アレイ状に並べた素子の大きさは、省電力、ローコ
スト化の為、小さい方が望ましい。素子を小さくするに
は個々のマイクロ光学素子を小さくする必要がある。そ
れに伴いアクチュエータ部も小さい必要があるが、要求
変位量を満たす為にはある大きさが必要となる。そこ
で、マイクロ光学素子の投影面積内にアクチュエータ部
が収まらない、という問題が発生する。特開平５−１９
６８８０に示されているばねの支柱が、光学素子と隣の
光学素子との境界上にあるのでは、十分な、ばねの長さ
をとる事が出来ないし、この様な構造では隣の光学素子
の下にバネ部が入り込む事が出来ないという問題も生ず
る。
イン状に並べたり、アレイ状に並べたりしたプリンター
ヘッド、又は、画像表示素子等の場合、ライン状、又
は、アレイ状に並べた素子の大きさは、省電力、ローコ
スト化の為、小さい方が望ましい。素子を小さくするに
は個々のマイクロ光学素子を小さくする必要がある。そ
れに伴いアクチュエータ部も小さい必要があるが、要求
変位量を満たす為にはある大きさが必要となる。そこ
で、マイクロ光学素子の投影面積内にアクチュエータ部
が収まらない、という問題が発生する。特開平５−１９
６８８０に示されているばねの支柱が、光学素子と隣の
光学素子との境界上にあるのでは、十分な、ばねの長さ
をとる事が出来ないし、この様な構造では隣の光学素子
の下にバネ部が入り込む事が出来ないという問題も生ず
る。
【０００５】また、マイクロ光学素子とアクチュエータ
を結合している部材に対しマイクロ光学素子が、マイク
ロ光学素子の重心を大きく外れたところで結合されてい
る場合、高次共振、及び、歪み、内部応力による破壊と
いった問題を生ずる。
を結合している部材に対しマイクロ光学素子が、マイク
ロ光学素子の重心を大きく外れたところで結合されてい
る場合、高次共振、及び、歪み、内部応力による破壊と
いった問題を生ずる。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためのもので
あり、より小さいマイクロ光学素子アレイを実現し、高
次共振も抑圧され、しかも、信頼性あるマイクロ光学素
子、及び、画像表示素子を提供することを主な目的とす
る。
あり、より小さいマイクロ光学素子アレイを実現し、高
次共振も抑圧され、しかも、信頼性あるマイクロ光学素
子、及び、画像表示素子を提供することを主な目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、 １）マイクロ光学素子、及び、マイクロアクチュエー
タ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学素子におい
て、マイクロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ
以上の隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、
全部が存在するよう構成したことを特徴とする。
明の構成は、 １）マイクロ光学素子、及び、マイクロアクチュエー
タ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学素子におい
て、マイクロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ
以上の隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、
全部が存在するよう構成したことを特徴とする。
【０００８】２）１）記載のマイクロ光学素子は、光を
反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を回
折する、機能を有するものであることを特徴とする。
反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を回
折する、機能を有するものであることを特徴とする。
【０００９】３）１）記載のマイクロ光学素子は、エハ゛ネ
ッセント光を抽出し反射する機能を有するものであることを
特徴とする。
ッセント光を抽出し反射する機能を有するものであることを
特徴とする。
【００１０】４）１）記載のマイクロ光学素子は、マイ
クロ光学素子の投影エリア内に、ばね、又は、圧電素子
を支持している支柱、又は、下電極と電気的結合させる
為の導電性の柱の全が、存在することを特徴とする。
クロ光学素子の投影エリア内に、ばね、又は、圧電素子
を支持している支柱、又は、下電極と電気的結合させる
為の導電性の柱の全が、存在することを特徴とする。
【００１１】５）１）記載のマイクロ光学素子が平面的
にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆動
回路で制御され、光スイッチングすることにより画像を
表示することを特徴とする。
にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆動
回路で制御され、光スイッチングすることにより画像を
表示することを特徴とする。
【００１２】６）マイクロ光学素子とマイクロアクチュ
エータを結合部材を有する能動型光学素子において、マ
イクロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ以上の
隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、全部が
存在する構造を持ち、しかも、マイクロ光学素子の重心
を実質的に含む位置に結合部材の結合部が有ること、前
記結合部は1ヶ所以上の結合部によりマイクロ光学素子
と結合されていることを特徴とする。
エータを結合部材を有する能動型光学素子において、マ
イクロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ以上の
隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、全部が
存在する構造を持ち、しかも、マイクロ光学素子の重心
を実質的に含む位置に結合部材の結合部が有ること、前
記結合部は1ヶ所以上の結合部によりマイクロ光学素子
と結合されていることを特徴とする。
【００１３】７）６）記載のマイクロ光学素子は、光を
反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を回
折する、機能を有するものであることを特徴とする。
反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を回
折する、機能を有するものであることを特徴とする。
【００１４】８）６）記載のマイクロ光学素子は、エハ゛ネ
ッセント光を抽出し反射する機能を有するものであることを
特徴とする。
ッセント光を抽出し反射する機能を有するものであることを
特徴とする。
【００１５】９）６）記載のマイクロ光学素子が平面的
にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆動
回路で制御され、光スイッチングすることにより画像を
表示することを特徴とする。
にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆動
回路で制御され、光スイッチングすることにより画像を
表示することを特徴とする。
【００１６】１０）マイクロ光学素子、及び、マイクロ
アクチュエータ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学
素子において、マイクロ光学素子の投影エリア内に少な
くとも１つ以上の隣の駆動回路、又は、電極構造の一
部、又は、全部が存在することを特徴とする。
アクチュエータ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学
素子において、マイクロ光学素子の投影エリア内に少な
くとも１つ以上の隣の駆動回路、又は、電極構造の一
部、又は、全部が存在することを特徴とする。
【００１７】１１）１０）記載の複合マイクロ光学素子
が平面的にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエー
タと駆動回路がモノリシックに構成され、能動型光学素
子で光スイッチングすることを特徴とする。
が平面的にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエー
タと駆動回路がモノリシックに構成され、能動型光学素
子で光スイッチングすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明の実施
例１におけるアクチュエータ部を示す概略図である。こ
れは、両持ちの圧電アクチュエータによって上部のマイ
クロ光素子を上下するものである。このマイクロ光学素
子１０３はアレイ状に並んでおり、マイクロ光学素子は
１μｍの間隔を持ちアレイ状に並んでいる。斜線の１０
２は電極も兼ねた支柱で、圧電素子の動くスペースを作
っている。実施例１では、圧電アクチュエータはモノモ
ルフを用いたが、バイモルフでも同様の構造が実現でき
る。モノモルフ圧電素子は長さに比例して変位が大きく
なる為、実施例１では、１０Ｖ以下の電圧で０．３μｍ
変位をとりたい為モノモルフ圧電素子の長さが１６μｍ
必要となる。実施例１では、電極を兼ねた支柱１０２を
隣のマイクロ光学素子の下に設置し、隣の素子は、９０
度回転した配置にした。これにより、長さ１６μｍのモ
ノモルフ圧電素子が、１０μｍ×１０μｍのマイクロ光
学素子アレイで実現できた。
例１におけるアクチュエータ部を示す概略図である。こ
れは、両持ちの圧電アクチュエータによって上部のマイ
クロ光素子を上下するものである。このマイクロ光学素
子１０３はアレイ状に並んでおり、マイクロ光学素子は
１μｍの間隔を持ちアレイ状に並んでいる。斜線の１０
２は電極も兼ねた支柱で、圧電素子の動くスペースを作
っている。実施例１では、圧電アクチュエータはモノモ
ルフを用いたが、バイモルフでも同様の構造が実現でき
る。モノモルフ圧電素子は長さに比例して変位が大きく
なる為、実施例１では、１０Ｖ以下の電圧で０．３μｍ
変位をとりたい為モノモルフ圧電素子の長さが１６μｍ
必要となる。実施例１では、電極を兼ねた支柱１０２を
隣のマイクロ光学素子の下に設置し、隣の素子は、９０
度回転した配置にした。これにより、長さ１６μｍのモ
ノモルフ圧電素子が、１０μｍ×１０μｍのマイクロ光
学素子アレイで実現できた。
【００１９】（実施例２）図２は実施例２における静電
アクチュエータ部を示す概略図である。ばねを支持する
支柱２０２に接続されたばね２０１は電極２０４に接続
されている。実施例２は１０μｍ×１０μｍのマイクロ
光学素子２０３のアレイで、個々のマイクロ光学素子を
上下に静電アクチュエータで駆動する事を実現した例で
ある。静電アクチュエータの駆動電圧を低減するには、
ばね定数がばねの長さの３乗に反比例する為、ばねの長
さを長く取る事が最も望ましい。本実施例では、１０μ
ｍ×１０μｍのマイクロ光学素子でありながら、１０μ
ｍ以上の長さを持つばねを実現したのである。これによ
り、従来の駆動電圧を１／４にする事が出来た。また、
一つのマイクロ光学素子が小さい為、０．９インチでHD
TV（１９２０＊１０８０）の画素数が実現でき、コスト
ダウンと共に、省エネルギーも実現できた。
アクチュエータ部を示す概略図である。ばねを支持する
支柱２０２に接続されたばね２０１は電極２０４に接続
されている。実施例２は１０μｍ×１０μｍのマイクロ
光学素子２０３のアレイで、個々のマイクロ光学素子を
上下に静電アクチュエータで駆動する事を実現した例で
ある。静電アクチュエータの駆動電圧を低減するには、
ばね定数がばねの長さの３乗に反比例する為、ばねの長
さを長く取る事が最も望ましい。本実施例では、１０μ
ｍ×１０μｍのマイクロ光学素子でありながら、１０μ
ｍ以上の長さを持つばねを実現したのである。これによ
り、従来の駆動電圧を１／４にする事が出来た。また、
一つのマイクロ光学素子が小さい為、０．９インチでHD
TV（１９２０＊１０８０）の画素数が実現でき、コスト
ダウンと共に、省エネルギーも実現できた。
【００２０】（実施例３）図３は、図１に示した圧電ア
クチュエータ上部に光散乱光学素子を設けたマイクロ光
学素子の断面図である。３０１は光が入射すると光散乱
を起す光学素子である。この光学素子３０１と、上下に
動かす事の出来る圧電アクチュエータ１０１とは、接合
部材３０４によって接合されている。圧電アクチュエー
タ１０１は光学素子３０１の上面を、光導入部３０２の
下面と密着する位置と、光導入部３０２の下面と０．５
μｍ程度の間隔３０５になる位置に移動させる事が出来
る。光導入部３０２の下面に全反射条件を満たす角度で
入射する光線３０６は、光学素子上面と光導入部３０２
の下面の間隔が０．５μｍ程度であると、全反射し３０
８の方向に出射する。一方、光学素子上面と光導入部３
０２の下面が密着していると光線３０６は光学素子３０
１に入射し光散乱を起し、３０７の方向に出射する。こ
の２つの状態で光スイッチングが出来るわけである。図
に示すように、左の光学素子を駆動しているアクチュエ
ータは紙面に対し横方向に圧電素子が延び上部の光学素
子の幅に対し約１．５倍の長さが取れる。右の光学素子
を駆動しているアクチュエータは紙面に対し垂直方向に
圧電素子が延びているため、この図の断面図上では幅が
狭くて良く、紙面に対し垂直方向には、左の光学素子を
駆動している圧電アクチュエータと同様に上部の光学素
子の幅に対し約１．５倍の長さが取れている。この様に
して圧電素子の有効長を上部の光学素子の幅より長く取
る事が出来、上部の光学素子の面積を小さくしたにも関
わらず、光学素子を上下させ光スイッチングを行う駆動
電圧をより低く出来た。
クチュエータ上部に光散乱光学素子を設けたマイクロ光
学素子の断面図である。３０１は光が入射すると光散乱
を起す光学素子である。この光学素子３０１と、上下に
動かす事の出来る圧電アクチュエータ１０１とは、接合
部材３０４によって接合されている。圧電アクチュエー
タ１０１は光学素子３０１の上面を、光導入部３０２の
下面と密着する位置と、光導入部３０２の下面と０．５
μｍ程度の間隔３０５になる位置に移動させる事が出来
る。光導入部３０２の下面に全反射条件を満たす角度で
入射する光線３０６は、光学素子上面と光導入部３０２
の下面の間隔が０．５μｍ程度であると、全反射し３０
８の方向に出射する。一方、光学素子上面と光導入部３
０２の下面が密着していると光線３０６は光学素子３０
１に入射し光散乱を起し、３０７の方向に出射する。こ
の２つの状態で光スイッチングが出来るわけである。図
に示すように、左の光学素子を駆動しているアクチュエ
ータは紙面に対し横方向に圧電素子が延び上部の光学素
子の幅に対し約１．５倍の長さが取れる。右の光学素子
を駆動しているアクチュエータは紙面に対し垂直方向に
圧電素子が延びているため、この図の断面図上では幅が
狭くて良く、紙面に対し垂直方向には、左の光学素子を
駆動している圧電アクチュエータと同様に上部の光学素
子の幅に対し約１．５倍の長さが取れている。この様に
して圧電素子の有効長を上部の光学素子の幅より長く取
る事が出来、上部の光学素子の面積を小さくしたにも関
わらず、光学素子を上下させ光スイッチングを行う駆動
電圧をより低く出来た。
【００２１】（実施例４）図４は、図１に示した圧電ア
クチュエータ上部に光反射構造を持つマイクロプリズム
を設けたマイクロ光学素子の断面図である。４０１は光
が入射すると、V構造を持ったプリズム斜面に反射構造
を持ち、斜め方向から入射した光４０２を入射面と垂直
方向に出射するマイクロプリズムである。このマイクロ
プリズム４０１と、上下に動かす事の出来る圧電アクチ
ュエータ１０１とは、接合部材４０４によって接合され
ている。圧電アクチュエータ１０１は光学素子４０１の
上面を、光導入部４０５の下面と密着する位置と、光導
入部４０５の下面と０．５μｍ程度の間隔４０６になる
位置に移動させる事が出来る。光導入部４０５の下面に
全反射条件を満たす角度で入射する光線４０７は、光学
素子上面と光導入部４０５の下面の間隔が０．５μｍ程
度であると、全反射し４０８の方向に出射する。一方、
光学素子上面と光導入部４０５の下面が密着していると
光線４０７はマイクロプリズム４０１に入射し、光線４
０２になり、斜面４０９で反射し４０３の方向に出射す
る。この２つの状態で光スイッチングが出来るわけであ
る。図に示すように、左のマイクロプリズムを駆動して
いるアクチュエータは紙面に対し横方向に圧電素子が延
び上部のマイクロプリズムの幅に対し約１．５倍の長さ
が取れる。右のマイクロプリズムを駆動しているアクチ
ュエータは紙面に対し垂直方向に圧電素子が延びている
ため、この図の断面図上では幅が狭くて良く、紙面に対
し垂直方向には、左のマイクロプリズムを駆動している
圧電アクチュエータと同様に上部のマイクロプリズムの
幅に対し約１．５倍の長さが取れている。この様にして
圧電素子の有効長を上部のマイクロプリズムの幅より長
く取る事が出来、上部のマイクロプリズムの面積を小さ
くしたにも関わらず、マイクロプリズムを上下させ光ス
イッチングを行う駆動電圧をより低く出来た。
クチュエータ上部に光反射構造を持つマイクロプリズム
を設けたマイクロ光学素子の断面図である。４０１は光
が入射すると、V構造を持ったプリズム斜面に反射構造
を持ち、斜め方向から入射した光４０２を入射面と垂直
方向に出射するマイクロプリズムである。このマイクロ
プリズム４０１と、上下に動かす事の出来る圧電アクチ
ュエータ１０１とは、接合部材４０４によって接合され
ている。圧電アクチュエータ１０１は光学素子４０１の
上面を、光導入部４０５の下面と密着する位置と、光導
入部４０５の下面と０．５μｍ程度の間隔４０６になる
位置に移動させる事が出来る。光導入部４０５の下面に
全反射条件を満たす角度で入射する光線４０７は、光学
素子上面と光導入部４０５の下面の間隔が０．５μｍ程
度であると、全反射し４０８の方向に出射する。一方、
光学素子上面と光導入部４０５の下面が密着していると
光線４０７はマイクロプリズム４０１に入射し、光線４
０２になり、斜面４０９で反射し４０３の方向に出射す
る。この２つの状態で光スイッチングが出来るわけであ
る。図に示すように、左のマイクロプリズムを駆動して
いるアクチュエータは紙面に対し横方向に圧電素子が延
び上部のマイクロプリズムの幅に対し約１．５倍の長さ
が取れる。右のマイクロプリズムを駆動しているアクチ
ュエータは紙面に対し垂直方向に圧電素子が延びている
ため、この図の断面図上では幅が狭くて良く、紙面に対
し垂直方向には、左のマイクロプリズムを駆動している
圧電アクチュエータと同様に上部のマイクロプリズムの
幅に対し約１．５倍の長さが取れている。この様にして
圧電素子の有効長を上部のマイクロプリズムの幅より長
く取る事が出来、上部のマイクロプリズムの面積を小さ
くしたにも関わらず、マイクロプリズムを上下させ光ス
イッチングを行う駆動電圧をより低く出来た。
【００２２】（実施例５）図５は本発明の実施例５にお
ける画像表示装置を示す概略図である。光源５０１より
出射した光はレンズ５０２により色フィルタ５０３上に
集光させ、コリメートレンズ５０４により平行光となり
光導入プリズム５０５に入射する。光導入プリズム５０
５に入射した光５０６は、実施例１〜４で示した能動型
マイクロ光学素子アレイ５０７に入射し、画素表示とし
て選択的に５０８に出射される。画像情報を持った光５
０８は投射レンズ５０９によってスクリーンに投影さ
れ、動画等を表示するのである。このように、非常に小
さいマイクロ光学素子アレイが実現した為、非常に、部
品点数の少ない、小型で明るい画像表示装置が実現可能
となった。
ける画像表示装置を示す概略図である。光源５０１より
出射した光はレンズ５０２により色フィルタ５０３上に
集光させ、コリメートレンズ５０４により平行光となり
光導入プリズム５０５に入射する。光導入プリズム５０
５に入射した光５０６は、実施例１〜４で示した能動型
マイクロ光学素子アレイ５０７に入射し、画素表示とし
て選択的に５０８に出射される。画像情報を持った光５
０８は投射レンズ５０９によってスクリーンに投影さ
れ、動画等を表示するのである。このように、非常に小
さいマイクロ光学素子アレイが実現した為、非常に、部
品点数の少ない、小型で明るい画像表示装置が実現可能
となった。
【００２３】（実施例６）図６は本発明の実施例６にお
ける静電アクチュエータを示す概略図である。実施例６
に示すアクチュエータは、最下層に下電極６０１を設
け、ばね固定支柱６０５に支えられたばね６０３、及
び、ばね６０３に接続された中間電極６０２があり、上
部に支柱６０７で支えられた上部電極６０６によって構
成された静電駆動型アクチュエータである。支柱６０５
及び６０７、及びばね６０３は導体であり、各電極に駆
動回路からの駆動電圧を印可する事が出来る。下電極６
０１に５Vの電圧をかけ、中間電極６０２には０V、上部
電極６０６にも０Vの電圧を印可すると、中間電極に接
続されたマイクロ光学素子との結合部材、及びマイクロ
光学素子が下に駆動される。逆に、下電極６０１に０V
の電圧をかけ、中間電極６０２にも０V、上部電極６０
６は５Vの電圧を印可すると、中間電極に接続されたマ
イクロ光学素子との結合部材、及びマイクロ光学素子が
上に駆動される。一点斜線で示した領域が１１μｍ角の
大きさであり、ばね支柱６０５、及び、ばね６０３が斜
め隣の領域に入り込んでいる。この様な形状のアクチュ
エータを斜め方向に整列させる事により、アレイ構造に
しても矛盾無く配置できる。また、この様な構造にした
為に、マイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを結
合部６０４を大きく出来、しかも、１０μｍを超えるば
ね長を実現できた。このばね長により５V駆動という低
電圧でマイクロ光学素子を０．５μｍ上下に移動する事
が出来た。
ける静電アクチュエータを示す概略図である。実施例６
に示すアクチュエータは、最下層に下電極６０１を設
け、ばね固定支柱６０５に支えられたばね６０３、及
び、ばね６０３に接続された中間電極６０２があり、上
部に支柱６０７で支えられた上部電極６０６によって構
成された静電駆動型アクチュエータである。支柱６０５
及び６０７、及びばね６０３は導体であり、各電極に駆
動回路からの駆動電圧を印可する事が出来る。下電極６
０１に５Vの電圧をかけ、中間電極６０２には０V、上部
電極６０６にも０Vの電圧を印可すると、中間電極に接
続されたマイクロ光学素子との結合部材、及びマイクロ
光学素子が下に駆動される。逆に、下電極６０１に０V
の電圧をかけ、中間電極６０２にも０V、上部電極６０
６は５Vの電圧を印可すると、中間電極に接続されたマ
イクロ光学素子との結合部材、及びマイクロ光学素子が
上に駆動される。一点斜線で示した領域が１１μｍ角の
大きさであり、ばね支柱６０５、及び、ばね６０３が斜
め隣の領域に入り込んでいる。この様な形状のアクチュ
エータを斜め方向に整列させる事により、アレイ構造に
しても矛盾無く配置できる。また、この様な構造にした
為に、マイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを結
合部６０４を大きく出来、しかも、１０μｍを超えるば
ね長を実現できた。このばね長により５V駆動という低
電圧でマイクロ光学素子を０．５μｍ上下に移動する事
が出来た。
【００２４】（実施例７）図７は本発明の実施例７にお
けるマイクロ光学素子アレイを説明する概略図である。
このマイクロ光学素子は実施例６における静電アクチュ
エータの上部にマイクロ光学素子とマイクロアクチュエ
ータを結合部６０４を介しマイクロ光学素子７０１を結
合させた物である。図に示す十字マーク７０２はマイク
ロ光学素子の重心を示しており、結合部６０４のほぼ中
央に位置している。この様に配置しても、光学素子アレ
イとして矛盾無く配列する事が出来る。本実施例７によ
り、動作途中は、平行移動はせず、上下電極の絶縁スト
ッパー等で止まる事により、電極に平行状態で停止する
事が出来、しかも、接合部とほぼ重心位置で接合されて
いる為、歪みの発生の少ない安定した光スイッチング素
子アレイが実現できた。
けるマイクロ光学素子アレイを説明する概略図である。
このマイクロ光学素子は実施例６における静電アクチュ
エータの上部にマイクロ光学素子とマイクロアクチュエ
ータを結合部６０４を介しマイクロ光学素子７０１を結
合させた物である。図に示す十字マーク７０２はマイク
ロ光学素子の重心を示しており、結合部６０４のほぼ中
央に位置している。この様に配置しても、光学素子アレ
イとして矛盾無く配列する事が出来る。本実施例７によ
り、動作途中は、平行移動はせず、上下電極の絶縁スト
ッパー等で止まる事により、電極に平行状態で停止する
事が出来、しかも、接合部とほぼ重心位置で接合されて
いる為、歪みの発生の少ない安定した光スイッチング素
子アレイが実現できた。
【００２５】（実施例８）図８は本発明の実施例８にお
けるマイクロ光学素子アレイを説明する断面図である。
断面形状は、図７の７０３と７０４で示した線状の断面
図である。マイクロ光学素子７０１は結合部６０４でば
ね６０３に接続されている。ばねの上部には、上電極６
０６が設けてある、支柱は断面形状の為この図では見え
ない。また、ばねは支柱６０５により支えられている。
ばねと接続さえれている中間電極の下部には下電極６０
５がある。この構造により、中間電極と上下の電極との
電位差により静電力が発生し駆動出来るのである。この
断面形状の図でも解るように、マイクロ光学素子の投影
面積内には隣のアクチュエータ部の一部が入り込んで、
空間利用効率を上げている。ばねは、駆動回路８０１の
出力につながっており、下電極６０１も駆動回路８０１
のもう一方の出力につながっている為、アクチュエータ
の下部に位置する駆動回路でアクチュエータを制御出来
る構造となっている。この駆動回路はアクチュエータの
下部に無くずれていても、各アクチュエータを駆動出来
る配列であれば良い。また、光学素子７０１の投影面積
内にも駆動回路８０１はすべて存在せず、隣の光学素子
の下部に入り込んだ形となっている。この様に、マイク
ロ光学素子、マイクロアクチュエータ、駆動回路がそれ
ぞれ一番効率が良い配列ができる事により、非常に体積
利用効率が良く、しかも、駆動エネルギーを小さく出来
る能動型マイクロ光学素子アレイが実現できた。
けるマイクロ光学素子アレイを説明する断面図である。
断面形状は、図７の７０３と７０４で示した線状の断面
図である。マイクロ光学素子７０１は結合部６０４でば
ね６０３に接続されている。ばねの上部には、上電極６
０６が設けてある、支柱は断面形状の為この図では見え
ない。また、ばねは支柱６０５により支えられている。
ばねと接続さえれている中間電極の下部には下電極６０
５がある。この構造により、中間電極と上下の電極との
電位差により静電力が発生し駆動出来るのである。この
断面形状の図でも解るように、マイクロ光学素子の投影
面積内には隣のアクチュエータ部の一部が入り込んで、
空間利用効率を上げている。ばねは、駆動回路８０１の
出力につながっており、下電極６０１も駆動回路８０１
のもう一方の出力につながっている為、アクチュエータ
の下部に位置する駆動回路でアクチュエータを制御出来
る構造となっている。この駆動回路はアクチュエータの
下部に無くずれていても、各アクチュエータを駆動出来
る配列であれば良い。また、光学素子７０１の投影面積
内にも駆動回路８０１はすべて存在せず、隣の光学素子
の下部に入り込んだ形となっている。この様に、マイク
ロ光学素子、マイクロアクチュエータ、駆動回路がそれ
ぞれ一番効率が良い配列ができる事により、非常に体積
利用効率が良く、しかも、駆動エネルギーを小さく出来
る能動型マイクロ光学素子アレイが実現できた。
【００２６】（実施例９）図９は本発明の実施例９にお
けるマイクロ光学素子アレイを説明する断面図である。
断面形状は、図７の７０３と７０４で示した線の直行方
向の断面図である。上部電極６０１は、両側の支持支柱
６０７によって支持されているマイクロ光学素子７０１
は結合部６０４によって中間電極６０２と接続されてい
る。結合部６０４は上部電極の後に見える位置である。
上部電極、下部電極、ばね支持支柱は夫々駆動回路のそ
れぞれの出力に接続されている。駆動回路は、個々のの
マイクロ光学素子を駆動するアクチュエータ毎にある
為、アレイ状に並んだマイクロ光学素子を独立に駆動す
る事が出来る。しかも、各々のマイクロ光学素子の下部
に位置している為、画像表示装置の様な数百万画素にな
っても、各素子への独立配線を必要としない為、１００
ピン程度の配線で済む。従って、非常に回路面積の少な
くした画像表示装置が実現できる。
けるマイクロ光学素子アレイを説明する断面図である。
断面形状は、図７の７０３と７０４で示した線の直行方
向の断面図である。上部電極６０１は、両側の支持支柱
６０７によって支持されているマイクロ光学素子７０１
は結合部６０４によって中間電極６０２と接続されてい
る。結合部６０４は上部電極の後に見える位置である。
上部電極、下部電極、ばね支持支柱は夫々駆動回路のそ
れぞれの出力に接続されている。駆動回路は、個々のの
マイクロ光学素子を駆動するアクチュエータ毎にある
為、アレイ状に並んだマイクロ光学素子を独立に駆動す
る事が出来る。しかも、各々のマイクロ光学素子の下部
に位置している為、画像表示装置の様な数百万画素にな
っても、各素子への独立配線を必要としない為、１００
ピン程度の配線で済む。従って、非常に回路面積の少な
くした画像表示装置が実現できる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、 １）マイクロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ
以上の隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、
全部が存在する能動型マイクロ光学素子が実現できた事
で、マイクロ光学素子アレイにおいて、個々のマイクロ
光学素子の大きさを小さくする事と、マイクロ光学素子
を駆動するマイクロアクチュエータに投入するエネルギ
ーを小さくするという、相反する課題を同時に解決し、
個々のマイクロ光学素子を非常に小さくし、しかも、ア
クチュエータに投入する電気的エネルギーも少なく出来
た。
以上の隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、
全部が存在する能動型マイクロ光学素子が実現できた事
で、マイクロ光学素子アレイにおいて、個々のマイクロ
光学素子の大きさを小さくする事と、マイクロ光学素子
を駆動するマイクロアクチュエータに投入するエネルギ
ーを小さくするという、相反する課題を同時に解決し、
個々のマイクロ光学素子を非常に小さくし、しかも、ア
クチュエータに投入する電気的エネルギーも少なく出来
た。
【００２８】２）本発明の能動型マイクロ光学素子アレ
イを画像表示装置に用いる事により、より省電力の画像
表示装置が実現できたと共に、１つの画像表示素子が小
さく出来た為、HDTVの様な高画素数の画像表示素子でも
０．９インチ以下になり、一枚のシリコンウエハーから
取れる画像表示素子の数が飛躍的に向上した。
イを画像表示装置に用いる事により、より省電力の画像
表示装置が実現できたと共に、１つの画像表示素子が小
さく出来た為、HDTVの様な高画素数の画像表示素子でも
０．９インチ以下になり、一枚のシリコンウエハーから
取れる画像表示素子の数が飛躍的に向上した。
【００２９】３）マイクロ光学素子、マイクロアクチュ
エータ、駆動回路がそれぞれ独立に一番効率が良い配列
ができる事により、非常に体積利用効率が良く、しか
も、駆動エネルギーを小さく出来る能動型マイクロ光学
素子アレイが実現できた。また、マイクロ光学素子アレ
イの下部に、アクチュエータとモノリシックに駆動回路
が構成できる為、画像表示装置としての回路構成を飛躍
的に少なく出来、装置の小型化に貢献した。
エータ、駆動回路がそれぞれ独立に一番効率が良い配列
ができる事により、非常に体積利用効率が良く、しか
も、駆動エネルギーを小さく出来る能動型マイクロ光学
素子アレイが実現できた。また、マイクロ光学素子アレ
イの下部に、アクチュエータとモノリシックに駆動回路
が構成できる為、画像表示装置としての回路構成を飛躍
的に少なく出来、装置の小型化に貢献した。
【図１】 本発明の実施例１におけるアクチュエータ部
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】 実施例２における静電アクチュエータ部を示
す概略図である。
す概略図である。
【図３】 圧電アクチュエータ上部に光散乱光学素子を
設けたマイクロ光学素子の断面図である。
設けたマイクロ光学素子の断面図である。
【図４】 圧電アクチュエータ上部に光反射構造を持つ
マイクロプリズムを設けたマイクロ光学素子の断面図で
ある。
マイクロプリズムを設けたマイクロ光学素子の断面図で
ある。
【図５】 本発明の実施例５における画像表示装置を示
す概略図である。
す概略図である。
【図６】 本発明の実施例６における静電アクチュエー
タを示す概略図である。
タを示す概略図である。
【図７】 本発明の実施例７におけるマイクロ光学素子
アレイを説明する概略図である。
アレイを説明する概略図である。
【図８】 実施例８におけるマイクロ光学素子アレイを
説明する断面図である。
説明する断面図である。
【図９】 実施例９におけるマイクロ光学素子アレイを
説明する断面図である。
説明する断面図である。
１０１…モノモルフ型圧電素子 １０２…圧電素子を支える支柱 ３０１…光学素子 ３０２…光導入部 ３０６…入射光線 ３０７…散乱光
Claims (11)
- 【請求項１】 マイクロ光学素子、及び、マイクロアク
チュエータ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学素子
において、マイクロ光学素子の投影エリア内に少なくと
も１つ以上の隣のマイクロアクチュエータ構造の一部、
又は、全部が存在することを特徴とするマイクロ光学素
子。 - 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ光学素子は、光
を反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を
回折する、機能を有するものであることを特徴とするマ
イクロ光学素子。 - 【請求項３】 請求項１記載のマイクロ光学素子は、エハ
゛ネッセント光を抽出し反射する機能を有するものであること
を特徴とするマイクロ光学素子。 - 【請求項４】 請求項１記載のマイクロ光学素子は、マ
イクロ光学素子の投影エリア内に、ばね、又は、圧電素
子を支持している支柱、又は、下電極と電気的結合させ
る為の導電性の柱の全てが、存在する事を特徴とするマ
イクロ光学素子。 - 【請求項５】 請求項１記載のマイクロ光学素子が平面
的にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆
動回路で制御され、光スイッチングすることにより画像
を表示することを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項６】 マイクロ光学素子とマイクロアクチュエ
ータを結合部材を有する能動型光学素子において、マイ
クロ光学素子の投影エリア内に少なくとも１つ以上の隣
のマイクロアクチュエータ構造の一部、又は、全部が存
在する構造を持ち、しかも、マイクロ光学素子の重心を
実質的に含む位置に結合部材の結合部が有る事、前記結
合部は1ヶ所以上の結合部によりマイクロ光学素子と結
合されている事、を特徴とするマイクロ光学素子。 - 【請求項７】 請求項６記載のマイクロ光学素子は、光
を反射する、又は、入射した光を散乱する、又は、光を
回折する、機能を有するものであることを特徴とするマ
イクロ光学素子。 - 【請求項８】 請求項６記載のマイクロ光学素子は、エハ
゛ネッセント光を抽出し反射する機能を有するものであること
を特徴とするマイクロ光学素子。 - 【請求項９】 請求項６記載のマイクロ光学素子が平面
的にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエータが駆
動回路で制御され、光スイッチングすることにより画像
を表示することを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１０】 マイクロ光学素子、及び、マイクロア
クチュエータ、駆動回路をアレイ状に持つ能動型光学素
子において、マイクロ光学素子の投影エリア内に少なく
とも１つ以上の隣の駆動回路、又は、電極構造の一部、
又は、全部が存在することを特徴とする複合マイクロ光
学素子。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の複合マイクロ光学素
子が平面的にアレイ状に配置され、マイクロアクチュエ
ータと駆動回路がモノリシックに構成され、能動型光学
素子で光スイッチングすることにより画像を表示するこ
とを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10233320A JP2000066122A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | マイクロ光学素子、複合マイクロ光学素子、及び、画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10233320A JP2000066122A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | マイクロ光学素子、複合マイクロ光学素子、及び、画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000066122A true JP2000066122A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16953301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10233320A Pending JP2000066122A (ja) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | マイクロ光学素子、複合マイクロ光学素子、及び、画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000066122A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6420422B1 (en) | 1987-09-18 | 2002-07-16 | Sucampo Pharmaceuticals, Inc. | Ocular hypotensive agents |
| WO2003009046A1 (fr) * | 2001-07-19 | 2003-01-30 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Dispositif de modulation optique, unite d'affichage et dispositif d'exposition |
| JP2004335856A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Canon Inc | 固体撮像素子、その製造方法、固体撮像素子を用いたカメラ、光学素子、及びこれを備えた撮影装置 |
-
1998
- 1998-08-19 JP JP10233320A patent/JP2000066122A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6420422B1 (en) | 1987-09-18 | 2002-07-16 | Sucampo Pharmaceuticals, Inc. | Ocular hypotensive agents |
| WO2003009046A1 (fr) * | 2001-07-19 | 2003-01-30 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Dispositif de modulation optique, unite d'affichage et dispositif d'exposition |
| US7050219B2 (en) | 2001-07-19 | 2006-05-23 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Light-modulating element, display element, and exposure element |
| CN100345025C (zh) * | 2001-07-19 | 2007-10-24 | 富士胶片株式会社 | 光调制元件、显示元件及曝光元件 |
| KR100861059B1 (ko) * | 2001-07-19 | 2008-09-30 | 후지필름 가부시키가이샤 | 광변조 소자, 표시 소자 및 노광 소자 |
| JP2004335856A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Canon Inc | 固体撮像素子、その製造方法、固体撮像素子を用いたカメラ、光学素子、及びこれを備えた撮影装置 |
| JP4579503B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2010-11-10 | キヤノン株式会社 | 固体撮像素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050118 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050317 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050412 |