JP2006119361A - 光偏向装置、光偏向アレー、光学システムおよび画像投影表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極bに固定電位V1、電極cに固定電位V2を与える。電極aの電位をV1、電極dの電位をV2、電極106の電位をV2にすると、板状部材107aは電極a,b側に傾く(第一軸(a))。電極aをV1、電極dをV2、電極106をV1にすると、板状部材は電極c,d側に傾く(第一軸(b))。電極aをV2、電極dをV1、電極106をV2、V1にすると、板状部材はそれぞれ電極b,d側、a、c側に傾く(第二軸(c)、(d))。
【選択図】図6
Description
本発明の光偏向装置では、板状部材に対向する複数電極の一部の電位を固定し、板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位を2レベルに切り換えるようにした。すなわち、支点部材を支点とする板状部材の回転運動にて複数電極群の内、第一電極群の電位と第二電極群の電位に対し、板状部材の導電体層に接する電極の電位を第二電極群側と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントより第一電極群と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントが強くなるような電位を第一のレベルとし、板状部材の導電体層に接する電極の電位を第一電極群側と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントより第二電極群と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントが強くなるような電位を第二レベルとすることを特徴とする。これにより、さらに確実に板状部材の傾斜変位を得ることができる。また、二軸でも、さらに有効に傾斜変位を得ることが可能である。同一基板の下層に駆動回路を設け、本装置の板状部材と複数電極群を上層に形成し、下層の一装置当たり少なくとも一つの能動素子で傾斜変位を制御でき、二次元アレイの光偏向装置を最小限の駆動素子数で効率良く駆動することができる。
本発明は、板状部材と対向する4個の電極のうち支点部材を中心に対角に位置する2電極それぞれが外部電位供給線に電気的に接続され、もう一方の対角に位置する2電極が半導体記憶装置の相補な2出力電位に接続され、光反射領域を有する板状部材に接触してまたは固定して電気的に接続された偏向方向の制御に寄与する1個の電極がもう一つの半導体記憶装置の任意の1出力電位に接続されていることを特徴としている。それにより、複数アレー状に配置した光偏向アレーの個々の光偏向装置の上記2電極に接続された外部電位供給線を互いの光偏向装置で共有することができ、アレーに含まれる外部電位供給線の総数および占有面積を大幅に低減できる。また、2組の半導体記憶装置からの出力電位を、もう一方の対角に位置する2電極および板状部材に電位を付与する1電極に接続する構成とすることにより、該半導体記憶装置に偏向軸を含めた光偏向方向に関するデータ(以下、光偏向データ)を電位として記憶することができ、該記憶されたデータはデータ供給後も電位として保持されるので、該当する光偏向装置の光偏向動作(傾斜変位)を任意時間に渡って保持できる。それにより、該半導体記憶装置へ接続される外部電位供給線は2次元アレーの各行および各列で配置したマトリックス状とすることが出来るので、アレーに含まれる外部電位供給線の総数および占有面積を大幅に低減でき、より高集積な2軸4方向への光偏向が可能な光偏向アレーを提供することが出来る。
本発明では、反射領域を有する板状部材の導電体層に電気的に接する電極と前記板状部材に対向する複数電極があり、この複数電極を2群に分け任意の電位をそれぞれ与え固定し、板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位を切り換えることで、板状部材の駆動を板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位のみの変化で切り換えられ、駆動回路が簡単になる。また、ヒンジ等で固定された軸を持たない板状部材を用いるため、双安定が容易に得られる。
(実施例11〜実施例16)
本発明では、2軸4方向に光偏向する光偏向装置を複数2次元に配置した光偏向アレーの駆動制御に要する外部電位供給線の数を大幅に削減することができ、高集積な光偏向アレーが得られる。
図1は、本発明の実施例1の構成を示す。基板101上に絶縁膜102を介し、複数の電極群103a,103cが設けられ、電極は図示しない絶縁膜104で覆われている。また、光反射領域を有する板状部材107aとその導電体層107bは、電極を兼ねる支点部材106の上に載っている。支点部材106の電極の頂部は導体が露出しており、板状部材107aの導電体層と電気的に接触し、支点部材106の電極から板状部材107aの導電体層へ電位を与えることができる。
図4は、本発明の実施例2の構成を示す。実施例2は、二軸動作(第一軸傾斜変位と第二軸傾斜変位)を行う実施例である。
(a)電極a103aの電位をV1とし、電極d103dの電位をV2とする。板状部材107aの導電体層107bに電気的に接する電極106の電位をV2とする。これにより、図3と同様にして板状部材107aは電極a,電極b側に傾く(第一軸傾斜変位)。
(b)電極a103aの電位をV1とし、電極d103dの電位をV2とする。板状部材107aの導電体層107bに電気的に接する電極106の電位をV1とする。これにより、図3と同様にして板状部材107aは電極c,電極d側に傾く(第一軸傾斜変位)。
(c)電極a103aの電位をV2とし、電極d103dの電位をV1とする。板状部材107aの導電体層107bに電気的に接する電極106の電位をV2とする。これにより、図3と同様にして板状部材107aは電極b,電極d側に傾く(第二軸傾斜変位)。
(d)電極a103aの電位をV2とし、電極d103dの電位をV1とする。板状部材107aの導電体層107bに電気的に接する電極106の電位をV1とする。これにより、図3と同様にして板状部材107aは電極a,電極c側に傾く(第二軸傾斜変位)。
実施例3では、板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位、すなわち板状部材の導電体層の電位を2つのレベルで切り換えることを少なくとも一つの3端子能動素子により行う。
図10は、実施例4の構成を示す。図10に示すように、SRAM206の出力の一方を板状部材107の導電体層に電気的に接する電極106に接続する。ワード線への信号により、SRAM206から読み出されたビット線の信号(V1またはV2)が板状部材107の導電体層に電気的に接続された電極106の電位をV1またはV2の2レベルに切り換える。
図11は、実施例5の構成を示す。本素子(図4、図5など)の二次元アレイにおいて、例えば電極bとその対角に位置する電極cをそれぞれ2レベル(V1、V2)に固定する場合を示す。全体の内のある範囲で、例えば全数の1/2の範囲の素子群として、行を2領域に分割する。この分割によりこれら領域の素子群は別々の軸選択ドライバ回路により制御される。すなわち、電極bを第一のレベル、電極cを第二のレベルに一時的に固定し、電極aを第一レベルとし、電極dの電位を第二レベルにする場合と電極aを第二レベルとし、電極dを第一レベルとする場合とをドライバ回路により選択する。このようにして、ある表示時間の内に2方向からの光を設定した領域ごとに選択して出力し表示できる。
図12は、実施例6の構成を示す。本素子の二次元アレイにおいて、例えば電極bとその対角に位置する電極cをそれぞれ2レベル(V1、V2)に固定する場合を示す。電極aと電極dの電位は、例えば列ドライバ回路などで一列ごとに第一レベルと第二レベルを切り換える。
図13は、実施例7の構成を示す。図13に示すように、実施例7では、SRAMを用いて軸選択(第一軸または第二軸)を行う。4電極の内、2電極の電位をそれぞれ固定し、他の2電極をSRAMの相補(SRAMの2つの出力は一方がONなら他方はOFFで相補の関係にある)の出力にそれぞれ接続する。
図14は、実施例8の構成を示す。図14に示すように、特に板状部材の導電体層に電気的に接する電極106を能動素子208の第1の端子と接続し、能動素子208の第2の端子とSRAMのワード線を接続すると、二次元アレイにおいて同一の行アドレス信号(ワード線)で第一軸と第二軸の切り換えと板状部材の傾斜のデータ(例えば、第一軸に傾斜させる場合には、SRAMにV1を書き込む)を書き込むことができる。
図15は、実施例9の構成を示す。実施例9は、本発明の光偏向装置を用いた投影装置の実施例である。
図16は、実施例10の構成を示す。実施例10は、二軸光偏向装置を用いた投影装置の実施例である。
本発明者らが先に発明した光偏向方法、光偏向装置、その製造方法およびその応用製品が特許文献2に開示されている。特許文献2では、固定部を持たない板状部材、すなわちミラーを空間に閉じ込めて静電引力により支点部位を中心に傾斜変位させ光偏向を行うことを特徴とし、1軸または2軸方向に光偏向する光偏向装置が開示されている。また、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合と、電気的に浮いている場合のそれぞれの構造の光偏向装置および光偏向方法(すなわち駆動方法)が開示されている。
・支点部材と基板と板状部材の接触で傾斜角が決定されるので、ミラーの偏向角の制御が容易かつ安定である。
・支点部材を中心として対向する電極に異なる電位を印加することにより高速に薄膜の板状部材を反転するので、応答速度を速くできる。
・板状部材が固定端を有していないので、捻り変形などの変形を伴わず長期的な劣化が少なく低電圧で駆動できる。
・半導体プロセスにより微細で軽量な板状部材を形成できるので、ストッパとの衝突による衝撃が少なく、長期的な劣化が少ない。
・規制部材や板状部材や光反射領域の構成を任意に決めることにより、反射光のON/OFF比(画像機器におけるS/N比、映像機器におけるコントラスト比)を向上できる。
・半導体プロセスおよび装置を使用できるので、低コストで微細化と集積化が可能である。
・支点部材を中心として複数の電極を配置することにより、1軸2次元の光偏向および2軸3次元の光偏向が可能である。
図21は、本発明の実施例11の光偏向装置を示す。実施例11の光偏向装置は、図17に示す光偏向装置を、光偏向機能部として基板上部に有している。図21(a)は、光偏向装置の上面図であり、特に光偏向機能部を示す。図21(b)はD−D’線上の断面図であり、光偏向機能部の他に、直下に構成された半導体記憶装置503、504および外部電位供給線505を示す。図21(c)は電極305a、305b、305c、305d、支点303を示し、各電極が半導体記憶装置503、504および外部電位供給線505に接続されていることを示す。なお、図21も図17と同様に、光偏向装置が複数2次元に配置された光偏向アレーの一つの光偏向装置として示す。
図23は、本発明の実施例12の構成を示す。図23は、図21の実施例11の光偏向装置において、半導体記憶装置としてSRAMを用いた光偏向装置(実施例12)の回路構成を示す。図23では、光偏向装置の電極305a〜305dおよび支点部材303に印加される電位の供給先が図示されている。
図24は、本発明の実施例13(光偏向アレー)の構成を示す。本発明の光偏向アレーは、上記した光偏向装置を複数1次元または2次元アレー状に配置している。図24は、図21(実施例11)の光偏向装置をm×n個の2次元アレーとした実施例13の上面図である。実施例13の構成の光偏向アレーとすることにより、高集積な2軸4方向の光偏向が可能な光偏向アレーを提供することができる。
図25は、本発明の実施例14(光偏向アレー)の構成を示す。本発明の光偏向アレーは、光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の電極305a、305dに接続されている2個の外部電位供給線1、外部電位供給線2のそれぞれが、アレーを構成する全光偏向装置に渡って、または複数の光偏向装置群ごとに互いに電気的に配線されている。
図26は、本発明の実施例15に係る光学システムを示す。本発明の光学システムは、本発明者らが先に発明した画像投影表示装置(特開2004−138881号公報)に用いられている光学システムが基となっている。すなわち、2軸4方向へ光偏向が可能な光偏向アレーを用い、RGB3原色に対応する3個の光源光を画像情報に応じてアレー面と垂直方向(法線方向)へ反射させ、投影レンズに導いて投影表示するシステムである。また、光学システムの光路、各色の切り換え、OFF光の吸収等システムの詳細は上記公報と同様であるのでその説明を省略する。
図28は、本発明の実施例16(画像投影表示装置)の構成を示す。本発明の画像投影表示装置は、上記した光学システムを投射光学システムとして用いるものである。図28の画像投影表示装置1101は、実施例15の光学システムを用いて、画像情報を投影レンズを通して画像表示部、すなわちスクリーン1102上に投影表示する。これにより、小型で、構成が簡単で、高精細(つまり高解像度)な画像投影表示装置を提供できる。
102、104 絶縁膜
103a〜103d 電極群
106 支点部材
107a 板状部材
107b 導電体層
Claims (29)
- 基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、前記複数の規制部材はそれぞれ上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記板状部材の導電体層とほぼ対向して基板上にそれぞれ設けられ、かつ前記板状部材の導電体層に電気的に接するかあるいは電位を確立する電極を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、前記光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、板状部材に対向する前記複数電極群の少なくとも一部の電極群の各電位を固定し、前記板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位を切り換えることにより、選択的に前記板状部材を偏向させることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1記載の光偏向装置において、前記板状部材に対向する前記複数電極の電位を少なくとも二つのレベルに固定し、前記板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位を少なくとも二つのレベルの間で変化させることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1記載の光偏向装置において、前記支点部材を中心に複数電極群を第一群と第二群に分け、前記支点部材の頂部を支点とする板状部材の回転運動によって、第二電極群側と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントより第一電極群と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントが強くなる、板状部材の導電体層に接する電極の電位を第一のレベルとし、第一電極群側と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントより第二電極群と板状部材の導電体層に働く静電力モーメントが強くなる、板状部材の導電体層に接する電極の電位を第二レベルとすることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1項記載の光偏向装置において、前記板状部材の導電体層に電気的に接する電極に、アドレス信号により選択される少なくとも一つの能動素子を設け、前記板状部材の電位を変化させることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項4記載の光偏向装置において、前記能動素子はSRAMであることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項記載の光偏向装置において、前記支点部材を囲む複数の電極を有し、複数電極の電位の組み合わせにより二つの軸を切り換えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項記載の光偏向装置において、前記支点部材を囲む複数の電極数とその形状は、板状部材の対角線に対称に形成されていることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項6記載の光偏向装置において、前記支点部材を囲む4電極を有し、板状部材の導電体層の電位と4電極の電位をそれぞれ変えることにより、板状部材が傾斜変位する方向を第1の軸または第2の軸に切り換えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、前記4電極の面積は、ほぼ等しいことを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、前記4電極は、板状部材のおおむね角の位置に配置されていることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、板状部材に対向する支点部材を囲む4つの電極を有し、その内、一組の対角に位置する2つの電極にそれぞれ固定の電位を与えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、板状部材に対向する支点部材を囲む4つの電極を有し、その内、一組の対角に位置する2つの電極の電位を2レベルに切り換えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、板状部材に対向する支点部材を囲む4電極の内、第一組の対角に位置する2電極の電位をそれぞれ所定の固定した2レベルにし、第二組の対角に位置する2電極の電位を2レベルに変化すると同時に同じ期間において板状部材の導電体層に電気的に接する電極の電位を2レベルに変化させることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項7乃至13のいずれか1項記載の光偏向装置において、板状部材を二次元アレイに配置し、前記板状部材に対向する支点部材を囲む4電極の内、第一組の対角に位置する2電極の電位を固定し、第二組の対角に位置する2電極の電位を同時に切り換えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項14記載の光偏向装置において、二次元アレイの一行に配置された板状部材に対向する支点部材を囲む4電極の内、第一組の対角に位置する2電極の電位を固定し、第二組の対角に位置する2電極の電位を同時に切り換えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項14または15記載の光偏向装置において、前記二次元アレイの行を複数に分割し、駆動することを特徴とする光偏向装置。
- 請求項12記載の光偏向装置において、前記一組の対角に位置する2電極にSRAMの相補の出力を与えることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項4記載の板状部材の導電体層に電気的に接する電極に設けられた能動素子のアドレス信号と請求項17記載のSRAMのアドレス信号とを共通することを特徴とする光偏向装置。
- 請求項8記載の光偏向装置において、前記4個の電極の内、支点部材を中心に対角に位置する2電極のそれぞれが外部電位供給線に接続され、前記4個の電極の内、支点部材を中心に他方の対角に位置する2電極が第1の半導体記憶装置の相補な2出力電位に接続され、前記板状部材に電気的に接続された電極が第2の半導体記憶装置の任意の1出力電位に接続されていることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項19記載の光偏向装置において、前記第1の半導体記憶装置の相補な2出力電位は、光偏向軸方向を決定する情報に基づく電位であり、前記第2の半導体記憶装置の1出力電位は、任意の光偏向軸における傾斜方向すなわち光偏向方向を決定する情報に基づく電位であることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項19または20記載の光偏向装置において、前記第1、第2の半導体記憶装置はSRAMであることを特徴とする光偏向装置。
- 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の光偏向装置を複数1次元または2次元アレー状に配置したことを特徴とする光偏向アレー。
- 請求項22記載の光偏向アレーにおいて、各光偏向装置の4個の電極の内、支点部材を中心に対角に位置する2電極に接続されている2本の外部電位供給線は、それぞれアレーを構成する全ての光偏向装置に渡ってまたは複数の光偏向装置群ごとに互いに電気的に配線されていることを特徴とする光偏向アレー。
- 請求項22または23記載の光偏向アレーと、該光偏向アレーを照明する光源とを有し、前記光偏向アレーからの反射光を色情報に応じて投射する投影レンズを有することを特徴とする光学システム。
- 請求項24記載の光学システムにおいて、色情報を、光偏向軸方向を決定する第1の情報および任意の光偏向軸における傾斜方向すなわち光偏向方向を決定する第2の情報に変換し、前記第1、第2の情報を、光偏向アレーを構成する各光偏向装置の第1、第2の半導体記憶装置にそれぞれ入力する制御チップを有することを特徴とする光学システム。
- 請求項24または25記載の光学システムにおいて、光偏向アレーを構成する各光偏向装置に対し、異なる3方向からそれぞれRGB3原色の入射光が入射され、色情報に応じて前記3方向の入射光が反射してそれぞれ任意の時間、投影レンズに導かれることを特徴とする光学システム。
- 請求項26記載の光学システムにおいて、前記光偏向アレーの投影レンズに導かれる反射光方向は、前記光偏向アレー面に対して垂直方向であることを特徴とする光学システム。
- 請求項26または27記載の光学システムにおいて、前記光偏向アレーを照明する光源は、RGB各色ともにLEDアレー光源であることを特徴とする光学システム。
- 請求項24乃至28のいずれか1項に記載の光学システムを投射光学システムとして用いることを特徴とする画像投影表示装置。
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