JP2001091889A - 光偏向器及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方向の光走査によって画像表示等を行う場
合の光偏向に好適なガルバノミラー型の光偏向器を提供
する。 【解決手段】 ベース２０に一対のねじりばね部１６，
１６を介して励振部１５を揺動自在に設け、この励振部
１５に一対のねじりばね部８，８を介して反射ミラー部
７を揺動自在に設け、この反射ミラー部７の表裏両面に
光反射面７ａ，７ｂを設け、励振部１５の揺動に共振し
て反射ミラー部７が一対のねじりばね部８，８を中心に
揺動し、反射ミラー部７の光反射面７ａ，７ｂにそれぞ
れ照射された光が反射ミラー部７の揺動によって反射角
が変更され、これによって光偏向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム等の
光を反射させて光偏向を行う光偏向器及び該光偏向器を
用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式複写機、レーザビームプリン
タ、バーコードリーダ等の光学機器の走査装置や、光デ
ィスクのトラッキング制御装置の光偏向装置や、レーザ
光をスキャニングして映像を投影する表示装置等には光
偏向器が使用されている。

【０００３】一般に、機械的に光偏向を行う光偏向器と
しては、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、騒動型反射鏡
（ガルバノミラー）等があるが、ガルバノミラー型のも
のはポリゴンミラー型のものに比べて機構が小型化で
き、又、最近の半導体プロセス技術ではシリコン基板を
用いたマイクロミラーの試作例なども報告されており、
さらに小型化、軽量化、低コスト化が期待できる。さら
に、小型軽量化による新たな用途として、光ディスクの
トラッキング制御のためのミラーとしての試作例もあ
る。

【０００４】このようなガルバノミラー型の光偏向器の
従来例が図７及び図８にそれぞれ示されている。図７は
第１従来例を示す光偏向器１Ａの分解斜視図である。図
７において、光偏向器１Ａのベース２は偏平長方形状を
有し、このベース２の左右両側には一対の立設部３，４
が一体的に構成されており、この立設部３，４上に振動
体５が配置されている。

【０００５】この振動体５は、方形状の外枠部６と、こ
の外枠部６の開口部６ａに配置された反射ミラー部７
と、この反射ミラー部７の略重心を通る軸上の位置で反
射ミラー部７と外枠部６とを連結する一対のねじりばね
部（揺動支持部）８，８とから一体的に構成されてい
る。外枠部６が立設部３，４上に固定されており、反射
ミラー部７は一対のねじりばね部８，８と外枠部６を介
してベース２に固定されている。反射ミラー部７はこの
一対のねじりばね部８，８を揺動中心軸として揺動自在
に構成されている。反射ミラー部７の表面には光反射膜
が配置されて光反射面７ａが形成されている。

【０００６】又、駆動手段Ｄは、ベース２上に配置され
た左右一対の固定電極１０，１１を有し、この一対の固
定電極１０，１１は反射ミラー部７の左右両側の裏面に
対向する位置に配置されている。この一対の固定電極１
０，１１の相手側の電極として反射ミラー部７が構成さ
れ、各固定電極１０，１１と反射ミラー部７との間には
各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して選択的に電圧を
印加できるように構成されている。

【０００７】上記構成において、一方の固定電極１０と
反射ミラー部７との間に電圧が印加されたときには反射
ミラー部７が静電力により吸引されて反射ミラー部７が
一対のねじりばね部８，８を揺動中心軸として反時計方
向に回転し、又、他方の固定電極１１と反射ミラー部７
との間に電圧が印加されたときには反射ミラー部７が静
電力により吸引されて反射ミラー部７が一対のねじりば
ね部８，８を揺動中心軸として時計方向に回転する。従
って、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を交互にオン・オフ
制御し、一対の固定電極１０，１１に交互に電圧を印加
することによって反射ミラー部７が揺動するものであ
る。この反射ミラー部７に照射された光は、反射ミラー
部７の揺動によって反射角が変更され、これによって光
偏向される。

【０００８】図８は第２従来例を示す光偏向器１Ｂの分
解斜視図である。図８において、この第２従来例にあっ
て前記第１従来例と略同一構成箇所は図面に同一符号を
付してその説明を省略し、異なる構成のみを説明する。
即ち、振動体１３は、左右一対の外枠部１４，１４と、
この一対の外枠部１４，１４の内側スペースに配置され
た励振部１５と、この励振部１５と一対の外枠部１４，
１４とを連結する一対のねじりばね部（外側揺動支持
部）１６，１６と、前記励振部１５の内側スペースに配
置された反射ミラー部７と、この反射ミラー部７の略重
心を通る軸上の位置で反射ミラー部７と励振部１５とを
連結する一対のねじりばね部（揺動支持部）８，８とか
ら一体的に構成されている。励振部１５は反射ミラー部
７よりも共振周波数が低く設定され、一対のねじりバネ
部１６，１６は一対のねじりバネ部８，８と同軸上に設
定されている。

【０００９】又、駆動手段Ｄの左右一対の固定電極１
０，１１は、励振部１５の左右両側の裏面に対向する位
置に配置されている。つまり、一対の固定電極１０，１
１の相手側の電極が励振部１５とされている。

【００１０】上記構成において、一対の固定電極１０，
１１に交互に電圧を印加して励振部１５を反射ミラー部
７の共振周波数近傍で振動させると、この励振部１５自
体を小さな振幅で揺動させてもこの振動に反射ミラー部
７が共振して大きな振幅で揺動する。この第２従来例に
よれば、反射ミラー部７に駆動力を働かせる面が必要な
い分、反射ミラー部７を小型、軽量化でき、高速駆動
で、且つ、広偏向角で揺動させることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記第１及
び第２従来例の光偏向器１Ａ，１Ｂを画像表示の光偏向
に使用する場合には、例えば図９に示すような構成とな
る。つまり、図９に示すように、光源１７からのレーザ
光を反射ミラー部７の光反射面７ａに照射し、この光反
射面７ａで反射する光をスクリーン１８に向けて照射す
るように配置される。そして、反射ミラー部７が図９の
反時計方向（矢印ａ方向）に移動すると、反射光が図９
の下から上方向（矢印ａ方向）にスクリーン１８上を走
査し、反射ミラー部７が図９の時計方向（矢印ｂ方向）
に移動すると、反射光が図９の上から下方向（矢印ｂ方
向）にスクリーン１８上を走査する。このように反射ミ
ラー部７の動きが往復動であるので、図９に示すよう
に、光走査も往復の動きになる。

【００１２】しかし、テレビジョンなど画像表示での走
査線は、一方向の走査であり、反射ミラー部７が反対方
向に動くときには光を走査させずに帰線時間としなけれ
ばならない。この帰線時間は、画像走査の速度よりはる
かに速くする必要があるが、第２従来例に示すようなガ
ルバノミラー型の光偏向器１Ｂであっても光偏向速度を
画像表示の帰線時間に相当する速度にするのは非常に困
難であり、又、仮に可能だとしても反射ミラー部７の往
復運動の往動と復動とで速度を変えるのは困難である。
また、逆位相で駆動する反射ミラー部７を２個用い、交
互に走査させる手段もあるが、２個の反射ミラー部７を
逆位相で精度良く制御することは非常に難しい。以上よ
り、従来では画像表示等に好適なガルバノミラー型の光
偏向器がなかった。

【００１３】そこで、本発明は、前記した課題を解決す
べくなされたものであり、一方向の光走査によって画像
表示等を行う場合の光偏向に好適なガルバノミラー型の
光偏向器及び該光偏向器を用いた表示装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光反
射面を有する反射ミラー部と、この反射ミラー部をベー
スに対して揺動自在に支持する揺動支持部と、前記反射
ミラー部に対して前記揺動支持部を中心に揺動する揺動
力を付与する駆動手段とを備えた光偏向器において、前
記光反射面を前記反射ミラー部の表裏両面に設けたこと
を特徴とする。

【００１５】請求項２の発明は、前記請求項１に記載の
光偏向器において、前記揺動支持部をねじりばね部とし
て構成すると共に、このねじりばね部の他端側を共振周
波数が前記反射ミラー部よりも低い励振部に固定し、前
記駆動手段が前記励振部を前記反射ミラー部の共振周波
数近傍で駆動させることによって前記反射ミラー部を揺
動させるようにしたことを特徴とする。

【００１６】請求項３の発明は、前記請求項１又は前記
請求項２に記載の光偏向器と、前記反射ミラー部の２面
の前記光反射面にそれぞれ光を照射する光照射手段と、
２面の前記光反射面からそれぞれ反射する２光路の反射
光を、前記反射ミラー部の往復動で光照射面の始点と終
点とを互いに逆とし、且つ、互いに逆方向に走査するよ
うに光路変更する光路変更手段とを備えたことを特徴と
する表示装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１８】図１〜図３は本発明の第１実施形態に係る
光偏向器１を示し、図１（Ａ）は光偏向器１の分解斜視
図、図１（Ｂ）は振動体１３の一部破断の側面図、図２
は振動体１３の平面図、図３は反射ミラー部７の光偏向
方向を示すための図１のＡ−Ａ線概略断面図である。

【００１９】図１〜図３において、この第１実施形態と
前記第２従来例とを比較して同一構成箇所については重
複説明を回避するため図面に同一符号を付してその説明
を省略し、異なる構成箇所のみを説明する。

【００２０】即ち、この第１実施形態では、光偏向器１
のベース２０は、上下一対のガラス基板２１，２２にて
構成され、この各ガラス基板２１，２２は光を透過する
ように例えば透明な材質で形成されている。この各ガラ
ス基板２１，２２の左右両側には一対の突出部２１ａ，
２２ａが一体的に構成されており、この左右の各突出部
２１ａ，２２ａ間に振動体１３の一対の外枠部１４，１
４が介在されている。振動体１３はその一対の外枠部１
４，１４が突出部２１ａ，２２ａで挾持された状態でベ
ース２０に固定されている。

【００２１】振動体１３は、前記第２従来例のものと略
同様であるが、反射ミラー部７の表裏両面に反射ミラー
面７ａ，７ｂが設けられている点が異なる。

【００２２】駆動手段Ｄは、下側のガラス基板２１と上
側のガラス基板２２とにそれぞれ配置された左右一対の
固定電極２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂを有し、この
４個の固定電極２３ａ，２３ｂ、２４ａ，２４ｂの対角
線状に配置された固定電極２３ａ，２４ｂ同士又は固定
電極２３ｂ，２４ａ同士を組として構成されている。そ
して、この組の固定電極２３ａ，２４ｂ（又は２３ｂ，
２４ａ）と励振部１５との間には各切替スイッチＳＷ
１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を介して選択的に電圧を印
加できるように構成されている。

【００２３】上記構成において、図３に示すように、４
個の固定電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂに電圧無
印加の状態では反射ミラー部７は中立位置に位置する。
この状態にあって切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオンさ
れると、固定電極２３ａ，２４ｂの静電力による吸引力
により励振部１５が一対のねじりばね部１６，１６を揺
動中心軸として図３の反時計方向に回転する。

【００２４】次に、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフ
され、且つ、切替スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンされる
と、固定電極２３ａ，２４ｂの吸引力が解除され、捩じ
られた一対のねじりばね部１６，１６が弾性復帰力によ
り励振部１５を元の位置に戻そうとすると共に、固定電
極２３ｂ，２４ａと励振部１５との間に電圧が印加さ
れ、固定電極２３ｂ，２４ａの静電力による吸引力によ
り励振部１５が一対のねじりばね部１６，１６を揺動中
心軸として図３の時計方向に回転する。

【００２５】次に、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオン
され、且つ、切替スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフされ、
このような切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ
４のオン・オフ制御が繰り返されると、励振部１５が反
射ミラー部７の共振周波数近傍で揺動し、この揺動に共
振して反射ミラー部７が一対のねじりばね部８，８を揺
動中心軸として揺動する。励振部１５自体を小さな振幅
で揺動させてもこの振動に反射ミラー部７が共振して大
きな振幅で揺動する。この揺動する反射ミラー部７の両
方の光反射面７ａ，７ｂにそれぞれ照射された光は、図
３に示すように、反射ミラー部７の揺動によって反射角
が変更され、これによって光偏向される。

【００２６】ここで、反射ミラー部７の両方の光反射面
７ａ，７ｂで反射された光は、図３に示すように、反射
ミラー部７の互いの反対面で反射されることからその光
偏向方向が互いに逆位相で、且つ、同期しているため、
この２光路の反射光から逆位相の精度の良い２走査光を
容易に得ることができる。従って、反射ミラー部７の往
復運動の往動と復動とで２光路の反射光を交互に使用す
ることによって走査線の帰線時間をなくす、又は、自由
に調整できる一方向の走査光を容易に作成できる。つま
り、一方向の光走査によって画像表示等を行う場合の光
偏向に好適なガルバノミラー型の光偏向器１が得られ
る。

【００２７】尚、前記第１実施形態では、励振部１５に
揺動力を作用させ、共振を利用して反射ミラー部７を揺
動させる構成としたので、反射ミラー部７に駆動力を働
かせる面が必要ないため、反射ミラー部７を小型、軽量
化でき、高速駆動で、且つ、広偏向角で揺動させること
ができる。但し、光偏向器１は、駆動手段Ｄの駆動で揺
動する反射ミラー部７の両面に光反射面７ａ，７ｂを有
するものであれば良く、共振を利用しない第１従来例の
ような構成であっても良い。

【００２８】尚、上記第１実施形態では、反射ミラー部
７が一対のガラス基板２１，２２によって単に固定され
ているのみであるが、陽極接合等の方法を用いて一対の
ガラス基板２１，２２を固定して反射ミラー部７を真空
封止すれば、空気抵抗の影響を除去できるため、高速駆
動に有効である。

【００２９】尚、また、図６に示した如く、本出願人が
先に特願平１０−３２５５２４号で提案した構造形態の
光偏向器を一部改良して、反射ミラー部７の両面に光反
射面を形成する構造（第１実施形態と同一構成部分には
同一符号を付して詳細な説明は省略）でも良く、この場
合に、駆動手段Ｄは反射ミラー部７の外にあるため、上
記第１実施形態と同様に反射ミラー部７を小型にでき
る。

【００３０】図４は本発明の第２実施形態を示し、上記
光偏向器１を用いた表示装置の概略構成図である。図４
において、光照射手段である２つのレーザ光源３０，３
１は、光偏向器１の反射ミラー部７の両面の光反射面７
ａ，７ｂにそれぞれ向けてレーザ光を発射する。光反射
面７ａ，７ｂで反射された２つの反射光の一方は直接に
スクリーン３２に射出され、他方は光路変更手段である
固定ミラー３３を介してスクリーン３２に射出される。
固定ミラー３３は、２光路の反射光が反射ミラー部７の
往復動でスクリーン３２の光照射面の始点と終点とを互
いに逆とし、且つ、互いに逆方向に走査するように設定
されている。

【００３１】つまり、反射ミラー部７が図４の反時計方
向（矢印ａ方向）に移動すると、固定ミラー３３で反射
された反射光が図４の上から下方向（矢印ｃ方向）にス
クリーン３２上を走査し、反射ミラー部７から直接の反
射光が図４の下から上方向にスクリーン３２上を走査す
る。又、反射ミラー部７が図４の時計方向（矢印ｂ方
向）に移動すると、反射ミラー部７から直接の反射光が
図４の上から下方向（矢印ｃ方向）にスクリーン３２上
を走査し、固定ミラー３３で反射された反射光が図４の
下から上方向にスクリーン３２上を走査する。従って、
レーザ光源３０，３１からのレーザ光を反射ミラー部７
の往復運動に合わせて交互に切り替えて、反射ミラー部
７の往復運動の往動と復動とで２光路の反射光を交互に
使用することによって走査線の帰線時間をなくす、又
は、自由に調整できる一方向の水平走査が可能である。

【００３２】又、垂直走査に関しては、光路の途中にガ
ルバノミラーを配置したり、又、レーザ光源、固定ミラ
ーを一体化したユニットをガルバノスキャナ等で駆動さ
せる等の手段で可能である。

【００３３】図５は本発明の第３実施形態を示し、上記
光偏向器１を用いた他の表示装置の概略構成図である。
図５において、光照射手段である２つのレーザ光源３
０，３１は、光偏向器１の反射ミラー部７の両面の光反
射面７ａ，７ｂにそれぞれ向けてレーザ光を発射する。
光反射面７ａ，７ｂで反射された２つの反射光の一方は
直接に光アドレス型空間変調素子３５に射出され、他方
は光路変更手段である固定ミラー３３を介して光アドレ
ス型空間変調素子３５に射出される。固定ミラー３３
は、２光路の反射光が反射ミラー部７の往復動で光アド
レス型空間変調素子３５の光照射面の始点と終点とを互
いに逆とし、且つ、互いに逆方向に走査するよう設定さ
れている。光アドレス型空間変調素子３５はこの光情報
を書き込み、これを表面側に明度、輝度等を増幅して液
晶で表示する。

【００３４】一方、ランプ３６からの光は赤外線カット
フィルタ３７、レンズ３８、波長フィルタ３９を通って
ポラリゼーション・ビームスプリッタ４０に入射され、
この反射光が光アドレス型空間変調素子３５に照射され
る。この光アドレス型空間変調素子３５を反射した光は
再びポラリゼーション・ビームスプリッタ４０に入射さ
れ、ここを透過した光がレンズ４１を介してスクリーン
３２に照射される。

【００３５】この表示装置は、光アドレス型空間変調素
子３５上にレーザ光で情報を書き込み、それを外部光で
増幅させて画像をスクリーン３２に表示するものである
が、この表示装置においてもレーザ光源３０，３１から
のレーザ光を反射ミラー部７の往復運動に合わせて交互
に切り替えて、反射ミラー部７の往復運動の往動と復動
とで２光路の反射光を交互に使用することによって走査
線の帰線時間をなくす、又は、自由に調整できる一方向
の走査によって光アドレス型空間変調素子３５上に情報
を書き込みことができる。

【００３６】尚、前記第２，第３実施形態によれば、光
偏向器１の適用例として表示装置を示したが、電子写真
式複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等
の光学機器の走査装置や、光ディスクのトラッキング制
御装置の光偏向装置等にも適用できることはもちろんで
ある。

【００３７】尚、前記各実施形態では、上下一対のガラ
ス基板２１，２２の両方に固定電極２３ａ，２３ｂ，２
４ａ，２４ｂを設けたが、いずれか一方にのみ設けても
良い。但し、前記実施形態のように一対のガラス基板２
１，２２の両方に固定電極２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２
４ｂを設けた方が強力な駆動力を付与できる。

【００３８】尚、前記各実施形態では、駆動手段Ｄは静
電力によって揺動力を付与するものであるが、揺動力を
付与できるものであれば良く、例えば電磁力、圧電バイ
モルフ、圧電積層アクチュエータによって構成しても良
い。但し、各実施形態のように静電力によって揺動力を
付与するものは励振部１５に駆動のための部材を何等設
ける必要がないため、構造が簡単である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、光反射面を有する反射ミラー部と、この反射ミ
ラー部をベースに対して揺動自在に支持する揺動支持部
と、前記反射ミラー部に対して前記揺動支持部を中心に
揺動する揺動力を付与する駆動手段とを備えた光偏向器
において、前記光反射面を前記反射ミラー部の表裏両面
に設けたので、反射ミラー部の往復運動の往動と復動と
で２光路の反射光を交互に使用することによって走査線
の帰線時間をなくす、又は、自由に調整できる一方向の
走査光を容易に作成できるため、一方向の光走査によっ
て画像表示等を行う場合の光偏向に好適なガルバノミラ
ー型の光偏向器を提供できる。

【００４０】請求項２の発明によれば、前記請求項１に
記載の光偏向器において、前記揺動支持部をねじりばね
部として構成すると共に、このねじりばね部の他端側を
共振周波数が前記反射ミラー部よりも低い励振部に固定
し、前記駆動手段が前記励振部を前記反射ミラー部の共
振周波数近傍で駆動させることによって前記反射ミラー
部を揺動させるようにしたので、請求項１の発明の効果
に加え、反射ミラー部に駆動力を働かせる面が必要ない
ため、反射ミラー部を小型、軽量化でき、高速駆動で、
且つ、広偏向角で揺動させることができる。

【００４１】請求項３の発明の表示装置によれば、前記
請求項１又は前記請求項２に記載の光偏向器と、前記反
射ミラー部の２面の前記光反射面にそれぞれ光を照射す
る光照射手段と、２面の前記光反射面からそれぞれ反射
する２光路の反射光を、前記反射ミラー部の往復動で光
照射面の始点と終点とを互いに逆とし、且つ、互いに逆
方向に走査するように光路変更する光路変更手段とを備
えたので、反射ミラー部の往復運動の往動と復動とで２
光路の反射光を交互に使用することによって走査線の帰
線時間をなくす、又は、自由に調整できる一方向の走査
光を容易に作成できるため、ガルバノミラー型の光偏向
器を使用した一方向の走査光による画像表示等を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示し、（Ａ）は光偏向
器の分解斜視図、（Ｂ）は同光偏向器に用いる振動体を
一部破断で示す側面図である。

【図２】本発明の第１実施形態を示し、振動体の平面図
である。

【図３】本発明の第１実施形態を示し、反射ミラー部の
光偏向方向を示すための図１のＡ−Ａ線概略断面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態を示し、上記光偏向器を
用いた表示装置の概略構成図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示し、上記光偏向器を
用いた表示装置の概略構成図である。

【図６】本発明の第１実施形態の改良例を示し、（Ａ）
は光偏向器の分解斜視図、（Ｂ）は同光偏向器の側面図
である。

【図７】第１従来例の光偏向器の分解斜視図である。

【図８】第２従来例の光偏向器の分解斜視図である。

【図９】従来例の光偏向器を適用した表示装置の概略構
成図である。

【符号の説明】 １ 光偏向器 ７ 反射ミラー部 ７ａ，７ｂ 光反射面 ８ ねじりばね部（揺動支持部） １５ 励振部 ２０ ベース ３０，３１ レーザ光源（光照射手段） ３３ 固定ミラー（光路変更手段） Ｄ 駆動手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光反射面を有する反射ミラー部と、この
   反射ミラー部をベースに対して揺動自在に支持する揺動
   支持部と、前記反射ミラー部に対して前記揺動支持部を
   中心に揺動する揺動力を付与する駆動手段とを備えた光
   偏向器において、 前記光反射面を前記反射ミラー部の表裏両面に設けたこ
   とを特徴とする光偏向器。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の光偏向器におい
   て、 前記揺動支持部をねじりばね部として構成すると共に、
   このねじりばね部の他端側を共振周波数が前記反射ミラ
   ー部よりも低い励振部に固定し、前記駆動手段が前記励
   振部を前記反射ミラー部の共振周波数近傍で駆動させる
   ことによって前記反射ミラー部を揺動させるようにした
   ことを特徴とする光偏向器。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は前記請求項２に記載の
   光偏向器と、 前記反射ミラー部の２面の前記光反射面にそれぞれ光を
   照射する光照射手段と、 ２面の前記光反射面からそれぞれ反射する２光路の反射
   光を、前記反射ミラー部の往復動で光照射面の始点と終
   点とを互いに逆とし、且つ、互いに逆方向に走査するよ
   うに光路変更する光路変更手段とを備えたことを特徴と
   する表示装置。