JP2003149577A - 光走査装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、水平走査用及び垂直走査用のミラ
ーに微小偏向素子を用いることで光走査装置を集積化す
ることにより、小型化、低消費電力化を図り、携帯用情
報機器や家庭用ＴＶ等にも利用できる光走査装置及び表
示装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の光走査装置は、光源手段からの
光ビームを偏向し往復して水平走査を行う振動ミラー
と、振動ミラーの回転軸と垂直な回転軸を有し、振動ミ
ラーで走査された光ビームを偏向して水平走査位置を垂
直方向に移動する偏向ミラーとを有し、被走査面を２次
元的に走査する。更に、振動ミラー及び偏向ミラーを軸
支するミラー支持部を具備する単一の基体を有し、この
基体には振動ミラー及び偏向ミラーのいずれかの回転軸
とも平行となるように形成した実装面を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光走査装置及び表示
装置に関し、特にＰＣ等の情報機器や家庭用ＴＶのディ
スプレイ、会議室用のプロジェクタ等に適用する画像表
示装置又は立体表示装置に関する。また、実体に照射し
て戻ってきた光を検出する検出手段を配備することによ
り３次元形状計測装置やバーコード読取装置としても応
用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来の光走査装置において、垂直走査用
としてガルバノミラーが多く用いられ、水平方向の繰り
返し走査に同期してガルバノミラーの角度を等速に可変
し、１画面走査の終了と同時に急峻に初期状態まで戻す
というパルス駆動を行っている。そのガルバノミラーを
用いた従来の光走査装置の一例として、特開平９−９０
４０２号公報には水平走査用のポリゴンミラーと垂直走
査用のガルバノミラーを用いた例が、また特開平６−１
９４６０３号公報には２枚の振動ミラーの組み合わせに
より表示装置を構成した例がそれぞれ開示されている。
更に、特開２０００−１９４０６６号公報には、複数の
光源を２つのポリゴンミラーを組み合わせて一括で走査
した例が開示されている。

【０００３】一方、特許第２，７２２，３１４号明細書
等に開示されるように、ガルバノミラーをマイクロマシ
ン技術により、トーションバーとミラーとをＳｉ基板に
よりエッチング加工することで、２次元走査ミラーを集
積化する例が知られている。しかし、このような振動ミ
ラーは垂直走査の周波数を水平走査に対して十分小さく
できないため、表示装置の仕様には適合しない。また、
２つの１次元走査ミラーを組み合わせる方法によって
も、周波数が遅いとトーションバーが細くなりすぎて加
工できないという問題がある。

【０００４】また、特開２００１−６６５２９号公報に
は、ミラーの傾きが大きくなるほど駆動トルクが必要と
なるために、微小な回転角しかとれないという欠点に対
し、２枚の振動ミラーを対向して多重反射させることで
走査角を拡大する等の対策が提案されている。

【０００５】次に、表示装置において、情報機器は小型
化が進み、ネットワーク技術の発展に伴って携帯用端末
としてのニーズが高まりつつある。従来、このような情
報機器のディスプレイとしては液晶パネルが多く用いら
れるが、１画面に数百万個の画素を作り込まなければな
らないため、画面サイズが大きくなるに従って生産効率
が悪く、また背面光の利用効率も悪くなるため、消費電
力が大きいという欠点がある。これに対し、投写型の表
示装置は画面サイズによらず装置本体が小型化でき、光
源部が簡素化できるので、生産効率が良いという利点が
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投写型
の表示装置によれば、走査線間の継ぎ目を目立たなくす
るために水平走査用の偏向装置を数十ｋＨｚの走査周波
数で高速駆動する必要があり、従来は水平走査用として
ポリゴンミラーが、また垂直走査用としては水平走査と
の同期がとりやすいガルバノミラーが用いられ３次元的
に高精度な位置決めを行って組付けており、装置全体が
構造的に大掛かりとなるため、多目的ホールや劇場等の
大型スクリーン用のプロジェクタに限られていた。ま
た、ポリゴンミラーの高速回転に伴う振動や騒音を抑制
するため、頑丈な構造体が必要であり、電力損失が大き
く小型化、低消費電力化への支障になっていた。

【０００７】本発明はこれらの問題点を解決するための
ものであり、水平走査用及び垂直走査用のミラーに微小
偏向素子を用いることで光走査装置を集積化することに
より、小型化、低消費電力化を図り、携帯用情報機器や
家庭用ＴＶ等にも利用できる光走査装置及び表示装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明の光走査装置は、光源手段からの光ビーム
を偏向し往復して水平走査を行う振動ミラーと、振動ミ
ラーの回転軸と垂直な回転軸を有し、振動ミラーで走査
された光ビームを偏向して水平走査位置を垂直方向に移
動する偏向ミラーとを有し、被走査面を２次元的に走査
する。更に、振動ミラー及び偏向ミラーを軸支するミラ
ー支持部を具備する単一の基体を有し、この基体には振
動ミラー及び偏向ミラーのいずれかの回転軸とも平行と
なるように形成した実装面を設けてなることに特徴があ
る。よって、実装面に直立した回転軸を持たないので装
置全体が偏平化でき、各軸支部を表面実装適した構成に
できるので、振動ミラー及び偏向ミラーを含む微小偏向
素子を用いて単一の光走査モジュールに集積化され、生
産効率が向上すると共に、装置全体の小型・軽量化が図
れる。

【０００９】また、基体に、振動ミラー及び偏向ミラー
に回転力を発生するミラー回動手段と、ミラー回動手段
に結線される端子群とを設け、端子群を介して回路接続
を行うことにより、光走査モジュール内部では最短距離
で結線することで簡素化されるので、生産効率が向上す
るとともに、装置全体の小型・軽量化が図れる。

【００１０】更に、基体に、振動ミラー、偏向ミラー及
びミラー回動手段を内包し、光ビームの透過窓を有する
封止手段を設け、端子群が封止した内外を貫通してなる
ことにより、振動ミラー及び偏向ミラーを含む微小偏向
素子に直接触れることがないので、例えば異物付着によ
る走査特性の劣化や組付時の素子の破損を未然に防止で
きる。また、内部を減圧状態とする、あるいは粘性抵抗
の小さいガスを封入することで空気抵抗を軽減できるの
で、駆動トルクが低減され消費電力が低減できる。

【００１１】また、他の発明としての光走査装置は、光
源手段を、光ビームが振動ミラーの回転軸を含む垂直断
面内において入射するように設けたことに特徴がある。
よって、振動ミラーと偏向ミラーとが水平走査中心を対
称軸として配置されるので、上下に重ねることができ、
光走査装置内部の空間を効率的に活用でき装置全体の小
型・軽量化が図れる。

【００１２】更に、光源手段は、各原色に対応して異な
る波長帯域の光ビームを各々射出し、垂直断面内におい
て各光ビームが被走査面近傍で交差するように配列して
なる複数の発光源を含み、各々の水平走査位置を揃えて
同一の振動ミラー及び偏向ミラーにより一括走査する。
よって、単一の光走査装置でカラー画像が表示できるの
で、装置全体の小型・軽量化が図れる。また、被走査面
で各色ビームスポットを重ね合わせて表示することがで
きるので、単一の光走査装置であっても色のにじみやむ
らのない高品位なカラー画像が表示できる。

【００１３】また、別の発明としての表示装置は、光源
手段からの光ビームを往復して水平走査を行う振動ミラ
ーと、振動ミラーで偏向された光ビームを偏向し、水平
走査位置を垂直方向に移動する偏向ミラーとを単一基体
上に具備する光走査モジュールと、振動ミラー及び偏向
ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する走査
光学系とを有することに特徴がある。よって、振動ミラ
ー、偏向ミラーを単一の光走査モジュールに集積化する
ことができ、装置全体が簡素化され、小型・軽量化が図
れる。また、さらに発光源を含めて集積化することによ
り、複数画像を重ね合わせてカラー画像または立体像を
表示する場合においても、複数の光走査モジュールを組
み合わせるだけで済み、チップ同士の位置合わせが容易
に行えるので、生産効率を向上できる。

【００１４】更に、別の発明としての表示装置は、光源
手段からの光ビームを往復して水平走査を行う振動ミラ
ーと、振動ミラーで偏向された光ビームを偏向して水平
走査位置を垂直方向に移動する偏向ミラーとを単一基体
上に備える光走査モジュールと、振動ミラー及び偏向ミ
ラーで走査された光ビームにより画像信号の入力を行う
空間変調素子と、空間変調素子の出力面に表示された画
像を拡大して表示する投写光学系とを有することに特徴
がある。よって、振動ミラー、偏向ミラーを単一の光走
査モジュールに集積化することができ、ダイクロイック
プリズムの各入射面毎に、空間変調素子と上記光走査モ
ジュールとを対にして組み合わせ配置する簡単な構成で
済む。また、フレキシブルケーブル等を用いて電装系を
含めて集約化できるので、装置全体が簡素化でき生産効
率が向上し、小型・軽量化が図れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の光走査装置は、光源手段
からの光ビームを偏向し往復して水平走査を行う振動ミ
ラーと、振動ミラーの回転軸と垂直な回転軸を有し、振
動ミラーで走査された光ビームを偏向して水平走査位置
を垂直方向に移動する偏向ミラーとを有し、被走査面を
２次元的に走査する。更に、振動ミラー及び偏向ミラー
を軸支するミラー支持部を具備する単一の基体を有し、
この基体には振動ミラー及び偏向ミラーのいずれかの回
転軸とも平行となるように形成した実装面を設けてな
る。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の表示装置に用いる光走査モジ
ュールチップの構成を示す分解斜視図である。同図にお
いて、水平走査を行うミラー基板１０２はＳｉ基板をエ
ッチングにより裏側を四角くくり貫いて所定の厚さに枠
部と天板部とを残し、天板部には振動ミラー１００及び
それを軸支するトーションバー１０１をその周囲を貫通
して形成する。本実施例では２００μｍのＳｉ基板を用
い振動ミラーの厚さ、つまり天板部は６０μｍである。
ミラー幅は２ｍｍ×１ｍｍで全面にＡｕ等の金属被膜を
蒸着し反射面となす。また、その両端部には櫛歯状に凹
凸が形成され可動電極１０４となす。可動電極と対向し
た基板端面は上記櫛歯形状と噛み合うように５μｍのク
リアランスをもって固定電極１０５が形成され、各電極
は振動ミラーが水平状態のときに基板に厚さ方向に同一
部位で対向する。トーションバー１０１は振動ミラー１
００の走査周波数に応じてトーションバー１０１を回転
軸とした振動モードで共振するよう寸法が定められ、本
実施例では幅１００μｍ程度、長さ１ｍｍ程度としてい
る。

【００１７】ところで、ミラー基板１０２はその表面を
ウェハの研磨面となし、電極と基板との絶縁用に窒化膜
を形成しているため、エッチングによって貫通された振
動ミラー１００は表裏の内部応力差によりトーションバ
ー１０１の断面に捩じれを生じて僅かに傾いており、可
動電極１０４と固定電極１０５とは数μｍの段差を有し
ている。そのため、固定電極１０５の一方に電圧を印加
すると静電力により振動ミラー１００は水平な状態まで
トーションバー１０１を捩じって回転し、交流電圧を印
加すると往復振動する。この振幅は微少であるが、交流
電圧を振動ミラー１００に固有な機械的共振周波数に相
当する周波数になるよう印加すると振動ミラー１００は
励振され振幅を拡大し、本実施例では±３°で正弦波振
動させている。また、電極を櫛歯状としているのは、こ
れにより外周長をできるだけ長くして電極の面積をかせ
ぐためで、低電圧でより大きな静電トルクが得られるよ
う配慮している。ミラー基板１０２の上面には２枚のＳ
ｉ基板１０６、１０７を貼り合せて構成した対向ミラー
基板が接合される。第１の基板１０６は結晶面方位(１
１１)から、第２のＳｉ基板１０７は結晶面方位(１１
０)から各々９°スライス角度を傾けたウェハを用い、
エッチングにより結晶面(１１１)を露出させて基板面よ
り各々９°、２６．３°傾いた反射面１０８、１０９を
形成している。第１のＳｉ基板１０６には反射面に挟ま
れた開口１１０を形成し、反射面の長手方向が水平走査
方向と合うように接合される。開口１１０から振動ミラ
ー１００の法線と約２０°の角度をもって入射した光ビ
ームは反射面１０９で反射され、再度振動ミラー１００
で反射し、反射面１０８に入射され反射点を移動しなが
ら振動ミラー１００との間でさらに３回反射を繰り返
し、開口１１０から射出される。

【００１８】本実施例では、図２に示すように、振動ミ
ラー１００で合計５回反射させることで、走査角θｐは
±３０°まで拡大することができる。なお、振動ミラー
１００の走査周波数は、１５．７ｋＨｚとすることで、
ＮＴＳＣ映像信号の水平走査周期と一致させることがで
きる。垂直走査を行うポリゴンミラー１１１は１０面体
のＡｌ製角柱の両端に円筒の軸部を形成してなり長さは
３ｍｍ、断面の内接円径は１ｍｍである。図３に示すよ
うに、ポリゴンミラー１１１の軸部１１２は圧電素子１
１３に板ばね１１４を用いて押し付けられる。圧電素子
１１３は歪み方向の一端を固定端、もう一方を自由端と
しており、電圧を一定割合で増加するよう印加すると自
由端側に伸張または圧縮し、ポリゴンミラー１１１はそ
の摩擦力につれて回転する。その後に電圧を急峻に解除
すると圧電素子１１３は元の長さに復帰するが、ポリゴ
ンミラー１１１はすべりによりその状態を保ったまま回
転されない。この繰り返しにより、鋸波状の電圧を加え
ることで段階的にミラー角度を変えることができる。な
お、本実施例におけるポリゴンミラー１１１の回転数は
３６０ｒｐｍで、走査角θＶは±２０°である。

【００１９】図４は円柱軸の一部をスライスしてミラー
面を形成した別の実施例で、ウォブルモータの原理を利
用して駆動した例である。ステータ基板１１５には軸部
１１６を数十μｍのクリアランスで受ける円筒溝が形成
され、その円周上には均等間隔で複数の電極が放射状に
形成される。これら電極の一部に電圧を印加すると静電
力により軸部１１６が吸着され、リレー方式に電圧を印
加する電極を切り換えると、それにつれてミラー１１４
が回転する。本実施例ではミラー１１４を６０Ｈｚ程度
で揺動するように往復回転させており、軸部１１６の離
脱を防止するためにクリアランスを保って抑え１１７が
設けられている。図５はＳｉ基板を用いた実施例で、Ｔ
字状のバー２３１が結合されたミラー部２３０をエッチ
ングにより一体形成している。そのＴ字状のバー２３１
を構成する腕の一方には圧電素子２３２が介在され、基
体の斜面２３３に固定されている。ここで、圧電素子２
３２に電圧を印加すると双方の腕に段差を生じＴ字状の
バー２３１が歪められてミラー部２３０が傾き、電圧の
増加とともに回転角度を可変することができる。

【００２０】次に、図１の光源部は３原色ＲＧＢに対応
した波長帯域にて光ビームを射出する３つの半導体素子
１１８、１１９、１２０を基体１３０に設けた突起側面
１３５に副走査方向に配列して接合され、赤色光を発光
する半導体素子１１８としてはＧａＩｎＰ系やＡｌＧａ
Ａｓ系の半導体、緑色光を発光する半導体素子１１９と
してはＧａＮ系やＧａＩｎＰ系の半導体、青色光を発光
する半導体素子１２０としてはＧａＮ系の半導体を用い
る。図６は垂直走査断面において、カップリングレンズ
の光軸と走査レンズの光軸とが一致するように偏向ミラ
ーの角度を設定した際の主光線を示すが、図示するよう
に緑色発光用の半導体素子１１９を光軸上に、赤色発光
用の半導体素子１１８、青色発光用の半導体素子１２０
は各々被走査面近傍で主光線が光軸と交差するように垂
直方向にｄ１、ｄ２だけ偏心させて配置される。光源
は、上記した発光ダイオード等の半導体素子の他、半導
体レーザと非線形光学結晶を組み合わせたＳＨＧ光源や
有機ＥＬ素子、蛍光表示管等を用いてもよく、その射出
ビームがＲＧＢに対応した波長帯域でなくとも、単色の
発光源を用いフィルタを介してＲＧＢに対応させるよう
にしてもよい。

【００２１】図７は発光部に有機ＥＬ素子を用いた例
で、基体上に陽極となる電極パターン２０１を形成し、
その発光部に相当する部分を開口とした絶縁層上に、ホ
ール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極
電極２０９を順次堆積形成した一般的な構成をなす。発
光層にはＺｎＯ:Ｚｎ蛍光体を用い、光軸の延長上の３
個所に開口を配列して発光ドット２０３、２０４、２０
５を形成し、陰極を分けて個別に変調できるようにして
いる。プリズム２０６にはＧ，Ｂの波長帯域をカットす
るフィルタ面２０７、Ｂの波長帯域のみを透過するフィ
ルタ面２０８を有し、プリズム下面の各々の発光ドット
に対応する位置から各光ビームが入射され、光軸を合わ
せて射出される。ここでは発光ドット２０３を赤色発光
用の半導体素子、２０４を緑色発光用の半導体素子、２
０５を青色発光用の半導体素子として扱っている。発光
ドットの波長帯域は４００〜７００nｍでブロードに分
布しており、上記フィルタ面での透過率を調整してプリ
ズムから射出されるＲＧＢの光量を均一にしている。

【００２２】次に、図１の基体１３０は焼結金属で成形
され、絶縁材を介してリード端子１３１が挿入され、ミ
ラー基板１０２を接着する接合面１３１、ポリゴンミラ
ー１１１の軸受となす凹部１３２、カップリングレンズ
１３３を接着するＶ溝１３４、半導体素子１１８、１１
９、１２０を接合する突起１３５、プリズムミラー１３
６を保持する斜面１３７、及びＰＩＮフォトダイオード
１３８を保持する保持面１３９が一体形成される。ミラ
ー基板１０２の固定電極１０５、ポリゴンミラー１１１
を回転する圧電素子１１３、半導体素子１１８、１１
９、１２０の電極は各々リード端子１３１の基体上側に
突出した端部とワイヤーボンディングにより配線され、
モジュールチップが回路基板に実装された際にスルーホ
ールにリード端子の下側突出部を挿入し半田づけして、
回路基板に形成された回路との接続がなされる。なお、
基体１３０にはセラミックや樹脂、またリード端子１３
１はリードフレームを用いて一体形成することもでき
る。基体外縁の段差部１４０には板金製のカバー１４１
が、不活性ガス中で装着され封止される。カバー１４１
には光ビームを射出する窓ガラス１４２が設けられ、本
実施例ではその上面に第１の走査レンズ１４３を接着し
ている。窓ガラス１４２の一部にはホログラム１４４が
形成されており、振動ミラー１００、ポリゴンミラー１
１１で走査され、被走査面上で垂直方向、水平方向の起
点となる位置を通過する光ビームを折り返して、ＰＩＮ
フォトダイオード１３８に入射するようにしている。第
１の走査レンズ１４３は窓ガラス１４２自体に回折格子
を形成したフレネルレンズとする等としてもよい。各半
導体素子１１８、１１９、１２０から射出した各光ビー
ムは、第１面を軸対象の非球面、第２面を垂直方向のみ
に曲率を有するシリンダ面を有するカップリングレンズ
１３３に入射され、水平方向には概略平行光束に、垂直
方向には振動ミラー面近傍で各発光素子から射出した光
ビームが交差する収束光束に変換される。各光ビームは
図２の右側面からみた断面図に示すようにプリズムミラ
ー１３６の下斜面で下方向に反射され、振動ミラー１０
０に約２０°の角度で入射される。振動ミラー１００に
入射した光ビームは、前述したように対向ミラーとの間
で繰り返し反射されて上方に射出され、ポリゴンミラー
１１１のある１面に入射する。光ビームはポリゴンミラ
ー１１１で偏向された後、プリズムミラー１３６の上面
で反射されて上方に射出され、第１の走査レンズ１４３
を介してモジュールチップ外部へ射出される。走査光学
系を構成する第１の走査レンズ１４３は第１面を平面、
第２面を水平、垂直方向で曲率の異なる凸曲面となし、
図８に示す実施例の如く、第１面を凹曲面、第２面を凸
曲面となす第２の走査レンズ１５１とにより、被走査面
としてのスクリーン１５４にミラー１５３を介して数百
μｍの混色されたビームスポットとして投射され、矢印
方向に沿って順次画像形成を行う。このスクリーン１５
４として、プロジェクタにはフロント型、家庭用ＴＶに
はリア型等用途に合わせていずれの方式でもよく、また
例えば、車載用ＴＶであればフロントガラス等、画像を
写し出すことが可能であれば、構成部品として特に配備
しなくてもよい。回路基板１５２には受信した映像デー
タを各色毎に１ライン分の画像データに展開して一時保
存する画像処理部１５５、上記したＰＩＮフォトダイオ
ード１３８の検出信号から得られる同期信号を基に画像
データを読み出す書込制御部１５６、画像データに基づ
いて各半導体素子を変調する光源駆動部１５７、及び振
動ミラー１００の固定電極１０５、ポリゴンミラー１１
１の圧電素子１１３に所定周波数の駆動信号を印可する
各駆動部がＩＣ化されて実装されている。

【００２３】ところで、一般的に、走査光学系レンズに
はミラーの等角速度回転に対して被走査面での走査速度
が一定となるｆθ光学系が用いられるが、本実施例のよ
うに図１の振動ミラー１００が正弦波状に角速度が変化
する場合、走査中央では走査速度が速く周辺で遅くなり
各画素の水平走査方向の間隔が不均一になってしまう。
そこで、本実施例では、実質的に画周波数が書込開始か
ら画像終端にかけて周期的に変化するようにすること
で、被走査面での各画素の印字位置と１画素に相当する
点灯時間を１走査内で可変している。

【００２４】図９に示すブロック図を用いてその説明を
行う。基準クロックは上記同期信号をトリガとして位相
が合わせられ、プログラマブル分周器３０１で分周され
てパルス生成部３０２に与えられる。パルス生成部３０
２では上記分周されたクロックパルスをもとにパルス数
をカウントし、予め記憶され読み出された可変データに
応じて各画素に対応したパルス幅を有する画素クロック
を生成する。ＰＬＬ部３０３では、画素クロックの位相
を検出し、位相差がある場合は更新した画素クロックを
出力する。画素クロックは振動ミラー毎に固有の共振周
波数に基づいて設定されるが、本実施例の場合、図１０
に示すように、画像開始から画像中央にかけて段階的に
周波数ｆｋを高くし、つまり画像開始の周波数ｆ１から
段階的に高くして画像中央の周波数ｆｈに至り、終端の
周波数ｆ１まで段階的に下げるように可変データを設定
している。よって、結果として画像開始側では画像中央
に対して位相を早めてクロックパルス幅を長く、画像終
端側では画像中央に対して位相を遅らせパルス幅を長く
することで、被走査面では全走査領域で隣接画素の間隔
が揃えられる。図中、Ｓは書込領域を示す。また、垂直
走査開始側と終端側とで水平走査方向での画像幅が異な
っていても、上記分周比を水平走査毎に切り換えること
で、歪みを補正できる。図９の光源駆動部３０４では画
素クロックに沿って上記画像データで発光素子を変調す
る。輝度信号はＤＡＣ(Ｄ／Ａ変換器)３０５を経て入力
され、発光素子に印加する電流を可変して発光量を制御
する。

【００２５】図１１は制御回路のタイミング図である。
ポリゴンモータの駆動信号は上記したように鋸波状で、
その正の部分のみを整流し負の部分を０とした波形であ
り、振動ミラーの駆動信号と３／４周期だけ位相をずら
して、その往復走査の内、複走査期間に動作するように
している。同期信号はポリゴンミラーの１面に１回、垂
直走査の開始側で発生され、上記したようにこれと位相
同期した基準クロックを基に、所定カウントで画像書き
出しがなされるようタイミングがはかられる。基準クロ
ックは１画面に１回、上記したように画像の書き出し開
始点にて、リセットされ、１画面内の水平走査は同位相
の画素クロックにて書込みを行っており、振動ミラーの
走査周期に合わせ、水平走査毎にダミーの同期信号を発
生して画像データの読み出しを行っている。なお、水平
走査毎に光ビームを検出するセンサを別途配備し、１走
査毎に画素クロックの位相を合わせるようにしてもよ
い。

【００２６】本実施例では、書込みを振動ミラーの往走
査期間のみに行うようにしており、各水平走査線で走査
方向が一致するようにしている。従って、書込期間中は
垂直走査を行わず、次の書込みまでの期間に水平走査位
置を移動する。

【００２７】図１２はポリゴンミラーの駆動期間に対応
した水平走査線の様子を示す図である。同図の（ａ）
は、振動ミラーの往復いずれの期間中もポリゴンミラー
を駆動した場合、同図の（ｂ）は、振動ミラーの往期間
中にポリゴンミラーを駆動した場合、同図の（ｃ）は、
振動ミラーの複期間中にポリゴンミラーを駆動した場合
である。同図に示すいずれの場合も振動ミラーの往走査
期間に書込みを行った場合で、同図の(ａ)では鋸波の周
波数が１／２で済む、または、一般的なモータのような
定回転駆動に適用できるが、走査線間隔は広がってしま
うという欠点がある。一方、垂直方向にも同様に水平走
査線の間隔を可変することができる。

【００２８】図９に示したブロック図において、ポリゴ
ンモータを駆動する鋸波信号は波形形成部３０６にて振
動ミラーと位相を１／４または３／４周期遅らせたクロ
ックをもとに生成され、図１３に示すように、利得制御
部３０７により上記同期信号から所定時間後予め記憶さ
れた可変データに基づいて垂直走査の開始から終端にか
けて周期を変えずに徐々に振幅が大きくなるようにし、
この振幅列が各面毎に繰り返されるようにしている。本
実施例では、図８に示す如くスクリーンに近接した位置
から斜め上方に投写することに伴い、垂直走査の開始端
の方が終端よりも光路長が長く水平走査線の間隔が間延
びする傾向があり、この水平走査線の間隔も均等になる
よう補正することができる。なお、鋸波信号の振幅は上
記のように単調な変化に限らず走査レンズの結像特性に
応じて自在に設定することもできる。

【００２９】図１４は発光素子を単一としたモジュール
チップによる表示装置の一例を示す斜視図である。同図
において、発光素子としては、例えば白色光を発光する
ＺｎＳｅ系半導体を用いる。それ以外の構成は上記と同
様であるので説明を省くが、光走査モジュール１７１、
１７２、１７３を各々ＲＧＢに対応して単一のフレキシ
ブル配線板１７６上に配列し、被走査面上で各色走査領
域に合わせビームスポットを重ね合わせた例である。モ
ジュールチップの各窓ガラスにはＲＧＢの各波長帯域に
対応したフィルタを形成し、色分解された光ビームが各
々透過され、各色に対応する第２の走査レンズを連続し
て成形したレンズアレイ１７４により被走査面に結像す
る。また、偏光特性の異なる光ビームを射出する等によ
り複数のモジュールチップを組み合わせスクリーン上で
画像信号間に視差を持たせれば、同様な構成で立体表示
も可能となる。

【００３０】図１５は単一発光素子のモジュールチップ
を用いて空間変調素子の入力面に各々画像信号を書込む
例を示す斜視図である。同図において、発光素子として
はＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ等を用い、入力面で
数μｍのビームスポットに絞り込んでいる。空間変調素
子１８２は、透明電極が形成されたガラス基板間に、Ｐ
ＩＮフォトダイオードをアレイ状に形成した光導電層、
Ａｌ／Ｃｒ反射電極、厚さ１μｍ程の液晶層とそれを挟
む配向層からなる強誘電液晶層を形成した一般的なもの
を用いている。照明光源１８３からの投写光はコンデン
サレンズ１８４を介し、回転式の色分解フィルタ１８５
によりＲＧＢいずれかの成分が取り出されて各出力面を
照明し、出力面に表示された画像を投影レンズ１８６に
よりスクリーンに投写する。残像効果の高いスクリーン
(被走査面)を用い、時系列にフィルタを切り換えて各色
画像を順次書込むことでカラー画像を表示する。プリズ
ム対１８７は投写光の光軸に近接させて、空間変調素子
の正面から照射するためのものであり、導入された光は
プリズム接合面で下方に反射され出力面を照明し、プリ
ズム接合面を通過して投影レンズ１８６に入射される。

【００３１】図１６は単一発光素子のモジュールチップ
及び空間変調素子をＲＧＢに対応して配備した例を示す
斜視図である。同図において、照明光源１９４からの投
写光はコンデンサレンズ１９５を介してダイクロイック
プリズム１９６の接合面に形成されたフィルタよりＲＧ
Ｂに色分解されて各出力面を照明し、出力面に表示され
た各色画像を合成して投影レンズ１９７によりスクリー
ンに投写する。各モジュールチップ１８８，１８９，１
９０は単一のフレキシブル配線板１９８上に実装され、
ダイクロイックプリズム１９６を構成する各入射面に対
向して空間変調素子と対で配備される。空間変調素子１
９１，１９２、１９３は各々赤色、緑色、青色に対応さ
せておりフレキシブル配線板１９８を介して配線がまと
められ装着される。プリズム対１９９は投写光の光軸に
近接させて、ダイクロイックプリズム１９６に照明光を
導入する。

【００３２】なお、上記実施例では集積化を狙う観点か
らモジュールチップの中に光源手段及びカップリングレ
ンズも同封しているが、チップサイズをより小さくする
観点からモジュールチップの外部に配備することもでき
る。

【００３３】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変
形や置換可能であることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光走査装
置は、光源手段からの光ビームを偏向し往復して水平走
査を行う振動ミラーと、振動ミラーの回転軸と垂直な回
転軸を有し、振動ミラーで走査された光ビームを偏向し
て水平走査位置を垂直方向に移動する偏向ミラーとを有
し、被走査面を２次元的に走査する。更に、振動ミラー
及び偏向ミラーを軸支するミラー支持部を具備する単一
の基体を有し、この基体には振動ミラー及び偏向ミラー
のいずれかの回転軸とも平行となるように形成した実装
面を設けてなることに特徴がある。よって、実装面に直
立した回転軸を持たないので装置全体が偏平化でき、各
軸支部を表面実装適した構成にできるので、微小偏向素
子を用いて単一の光走査モジュールに集積化され、生産
効率が向上すると共に、装置全体の小型・軽量化が図れ
る。

【００３５】また、基体に、振動ミラー及び偏向ミラー
に回転力を発生するミラー回動手段と、ミラー回動手段
に結線される端子群とを設け、端子群を介して回路接続
を行うことにより、光走査モジュール内部では最短距離
で結線することで簡素化されるので、生産効率が向上す
るとともに、装置全体の小型・軽量化が図れる。

【００３６】更に、基体に、振動ミラー、偏向ミラー及
びミラー回動手段を内包し、光ビームの透過窓を有する
封止手段を設け、端子群が封止した内外を貫通してなる
ことにより、微小偏向素子に直接触れることがないの
で、例えば、異物付着による走査特性の劣化や組付時の
素子の破損を未然に防止できる。また、内部を減圧状態
とする、あるいは粘性抵抗の小さいガスを封入すること
で空気抵抗を軽減できるので、駆動トルクが低減され消
費電力が低減できる。

【００３７】また、他の発明としての光走査装置は、光
源手段を、光ビームが振動ミラーの回転軸を含む垂直断
面内において入射するように設けたことに特徴がある。
よって、振動ミラーと偏向ミラーとが水平走査中心を対
称軸として配置されるので、上下に重ねることができ、
光走査装置内部の空間を効率的に活用でき装置全体の小
型・軽量化が図れる。

【００３８】更に、光源手段は、各原色に対応して異な
る波長帯域の光ビームを各々射出し、垂直断面内におい
て各光ビームが被走査面近傍で交差するように配列して
なる複数の発光源を含み、各々の水平走査位置を揃えて
同一の振動ミラー及び偏向ミラーにより一括走査する。
よって、単一の光走査装置でカラー画像が表示できるの
で、装置全体の小型・軽量化が図れる。また、被走査面
で各色ビームスポットを重ね合わせて表示することがで
きるので、単一の光走査装置であっても色のにじみやむ
らのない高品位なカラー画像が表示できる。

【００３９】また、別の発明としての表示装置は、光源
手段からの光ビームを往復して水平走査を行う振動ミラ
ーと、振動ミラーで偏向された光ビームを偏向し、水平
走査位置を垂直方向に移動する偏向ミラーとを単一基体
上に具備する光走査モジュールと、振動ミラー及び偏向
ミラーで走査された光ビームを被走査面に結像する走査
光学系とを有することに特徴がある。よって、振動ミラ
ー、偏向ミラーを単一の光走査モジュールに集積化する
ことができ、装置全体が簡素化され、小型・軽量化が図
れる。また、さらに発光源を含めて集積化することによ
り、複数画像を重ね合わせてカラー画像または立体像を
表示する場合においても、複数の光走査モジュールを組
み合わせるだけで済み、チップ同士の位置合わせが容易
に行えるので、生産効率を向上できる。

【００４０】更に、別の発明としての表示装置は、光源
手段からの光ビームを往復して水平走査を行う振動ミラ
ーと、振動ミラーで偏向された光ビームを偏向して水平
走査位置を垂直方向に移動する偏向ミラーとを単一基体
上に備える光走査モジュールと、振動ミラー及び偏向ミ
ラーで走査された光ビームにより画像信号の入力を行う
空間変調素子と、空間変調素子の出力面に表示された画
像を拡大して表示する投写光学系とを有することに特徴
がある。よって、振動ミラー、偏向ミラーを単一の光走
査モジュールに集積化することができ、ダイクロイック
プリズムの各入射面毎に、空間変調素子と上記光走査モ
ジュールとを対にして組み合わせ配置する簡単な構成で
済む。また、フレキシブルケーブル等を用いて電装系を
含めて集約化できるので、装置全体が簡素化でき生産効
率が向上し、小型・軽量化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置に用いる光走査モジュールチ
ップの構成を示す分解斜視図である。

【図２】本実施例における振動ミラー及びトーションバ
ーを有するミラー基板を示す断面図である。

【図３】本実施例におけるポリゴンミラーを示す断面図
である。

【図４】円柱軸の一部をスライスしてミラー面を形成し
た別の例を示す断面図である。

【図５】Ｓｉ基板を用いたミラー部の構成を示す斜視図
である。

【図６】垂直走査断面において、カップリングレンズの
光軸と走査レンズの光軸とが一致するように偏向ミラー
の角度を設定した際の主光線を示す図である。

【図７】発光部に有機ＥＬ素子を用いた例を示す分解斜
視図である。

【図８】別の発明の投写型の表示装置の構成を示す概略
図である。

【図９】駆動系回路の構成を示すブロック図である。

【図１０】可変データの周波数特性を示す図である。

【図１１】図９の駆動系回路における各駆動信号波形を
示す図である。

【図１２】ポリゴンミラーの駆動期間に対応した水平走
査線の様子を示す図である。

【図１３】可変データに基づく鋸波信号の振幅の変化を
示す図である。

【図１４】発光素子を単一としたモジュールチップによ
る表示装置の一例を示す斜視図である。

【図１５】単一発光素子のモジュールチップを用いて空
間変調素子の入力面に各々画像信号を書込む例を示す斜
視図である。

【図１６】単一発光素子のモジュールチップ及び空間変
調素子をＲＧＢに対応して配備した例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１００；振動ミラー、１０１；トーションバー、１０
２；ミラー基板、１０４；可動電極、１０５；固定電
極、１０６；第１のＳｉ基板、１０７；第２のＳｉ基
板、１０８、１０９；反射面、１１０；開口、１１１；
ポリゴンミラー、１１３；圧電素子。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段からの光ビームを偏向し往復し
   て水平走査を行う振動ミラーと、該振動ミラーの回転軸
   と垂直な回転軸を有し、前記振動ミラーで走査された光
   ビームを偏向して水平走査位置を垂直方向に移動する偏
   向ミラーとを有し、被走査面を２次元的に走査する光走
   査装置において、 前記振動ミラー及び前記偏向ミラーを軸支するミラー支
   持部を具備する単一の基体を有し、該基体には前記振動
   ミラー及び前記偏向ミラーのいずれかの回転軸とも平行
   となるように形成した実装面を設けてなることを特徴と
   する光走査装置。
2. 【請求項２】 前記基体に、前記振動ミラー及び前記偏
   向ミラーに回転力を発生するミラー回動手段と、該ミラ
   ー回動手段に結線される端子群とを設け、該端子群を介
   して回路接続を行う請求項１記載の光走査装置。
3. 【請求項３】 前記基体に、前記振動ミラー、前記偏向
   ミラー及び前記ミラー回動手段を内包し、光ビームの透
   過窓を有する封止手段を設け、前記端子群が封止した内
   外を貫通してなる請求項２記載の光走査装置。
4. 【請求項４】 光源手段からの光ビームを偏向し往復し
   て水平走査を行う振動ミラーと、該振動ミラーの回転軸
   と垂直な回転軸を有し、前記振動ミラーで走査された光
   ビームを偏向して水平走査位置を垂直方向に移動する偏
   向ミラーとを有し、被走査面を２次元的に走査する光走
   査装置において、 前記光源手段を、光ビームが前記振動ミラーの回転軸を
   含む垂直断面内において入射するように設けたことを特
   徴とする光走査装置。
5. 【請求項５】 前記光源手段は、各原色に対応して異な
   る波長帯域の光ビームを各々射出し、垂直断面内におい
   て各光ビームが被走査面近傍で交差するように配列して
   なる複数の発光源を含み、各々の水平走査位置を揃えて
   同一の前記振動ミラー及び前記偏向ミラーにより一括走
   査する請求項４記載の光走査装置。
6. 【請求項６】 光源手段からの光ビームを往復して水平
   走査を行う振動ミラーと、該振動ミラーで偏向された光
   ビームを偏向し、水平走査位置を垂直方向に移動する偏
   向ミラーとを単一基体上に具備する光走査モジュール
   と、 前記振動ミラー及び前記偏向ミラーで走査された光ビー
   ムを被走査面に結像する走査光学系とを有することを特
   徴とする表示装置。
7. 【請求項７】 光源手段からの光ビームを往復して水平
   走査を行う振動ミラーと、該振動ミラーで偏向された光
   ビームを偏向して水平走査位置を垂直方向に移動する偏
   向ミラーとを単一基体上に備える光走査モジュールと、 前記振動ミラー及び前記偏向ミラーで走査された光ビー
   ムにより画像信号の入力を行う空間変調素子と、 該空間変調素子の出力面に表示された画像を拡大して表
   示する投写光学系とを有することを特徴とする表示装
   置。