JP2007212576A - 光学装置 - Google Patents

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昌宏 春原
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裕一 田口
Hiroshi Murayama
啓 村山
Hideaki Sakaguchi
秀明 坂口
Mitsutoshi Azuma
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Abstract

【課題】本発明は、プロジェクタ、光スイッチ、バーコード、コピー機等に適用される光学装置に関し、小型化を図ることのできる光学装置を提供することを課題とする。
【解決手段】光源13と、光源13から放出された光を所定の方向に反射するミラー36を有するミラー素子12と、ミラー素子12を収容すると共に、ミラー素子12が収容された空間Dを封止するミラー素子収容体11とを備えた光学装置10であって、光源13をミラー素子収容体11に設けた。
【選択図】図2

Description

本発明は、光学装置に係り、特にプロジェクタ、光スイッチ、バーコード、コピー機等に適用される光学装置に関する。
プロジェクタ、光スイッチ、バーコード、コピー機等には、図1に示すような光学装置が設けられている。
図1は、従来の光学装置を示す図である。
図1を参照するに、光学装置100は、光源101と、リフレクタ102と、ミラー素子収容体103と、ミラー素子104と、投影レンズ105とを有する。
光源101は、ミラー素子104、ミラー素子収容体103、及び投影レンズ105から離間した位置に設けられている。光源101は、ミラー素子104に向けて光を放出するためのものである。光源101としては、例えば、ハロゲンランプが用いられる。リフレクタ102は、光源101を囲むように設けられている。リフレクタ102は、ミラー素子104に向かうように光源101から放出された光を反射させるためのものである。
ミラー素子収容体103は、基板106と、カバー107とを有する。基板106は、ミラー素子104と電気的に接続される配線パターン(図示せず)を有する。カバー107は、基板106上に配設されたミラー素子104を囲むように設けられている。カバー107は、透光性を有した材料により構成されている。
ミラー素子104は、基板106上に設けられている。ミラー素子104は、基板106に設けられた配線パターン(図示せず)と電気的に接続されている。
ミラー素子104は、格子状に配置された複数のミラー109を有する。複数のミラー109は、ミラー素子104の上面側に設けられている。複数のミラー109は、他のミラー109とは独立してそれぞれ角度を変えることが可能な構成とされている。複数のミラー109は、その角度を変化させることで、オン状態/オフ状態の切り替えを行なう。オン状態とは、光源101からの光を投影レンズ105に反射させる状態であり、オフ状態とは、光源101からの光を投影レンズ105に反射させない状態のことである。
投影レンズ105は、光源101、リフレクタ102、ミラー素子収容体103、及びミラー素子104から離間するように配置されている。投影レンズ105は、ミラー109が反射した光を拡大投影するためのものである(例えば、特許文献1参照)。
なお、カラー画像を表示する場合には、光源101とミラー素子104との間に別途、カラーフィルタ(図示せず)を設ける。
特開2004−117931号公報
しかしながら、従来の光学装置100では、光源101及びリフレクタ102と、ミラー素子収容体103及びミラー素子104とをそれぞれ独立した構成要素として離間させた状態で配置していたため、光学装置100が大型化してしまい、光学装置100の小型化を図ることが困難であるという問題があった。
そこで本発明は、小型化を図ることのできる光学装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、光源と、前記光源から放出された光を反射するミラーを有するミラー素子と、前記ミラー素子を収容すると共に、前記ミラー素子が収容された空間を封止するミラー素子収容体とを備えた光学装置であって、前記光源を前記ミラー素子収容体の内部に設けたことを特徴とする光学装置が提供される。
本発明によれば、ミラー素子を収容すると共に、ミラー素子が収容された空間を封止するミラー素子収容体の内部に光源を設けることにより、ミラー素子収容体から離間した位置に光源を設けた従来の光学装置と比較して、光学装置の小型化を図ることができる。
本発明によれば、光学装置の小型化を図ることができる。
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る光学装置の断面図である。図2に示すAは、光源13から放出された光、及び反射部材14により反射された光源13の光の進行方向、Bはミラー素子12のミラー36に反射された光束の進行方向、Cは投影レンズ16を通過することにより拡大投影された光をそれぞれ示している。
図2を参照するに、第1の実施の形態の光学装置10は、ミラー素子収容体11と、ミラー素子12と、光源13と、反射部材14と、反射防止膜15と、投影レンズ16と、吸着剤17とを有する。
ミラー素子収容体11は、ミラー素子12を収容すると共にミラー素子12が収容された空間Dを密閉するためのものである。ミラー素子収容体11は、基板19と、カバー21とを有する。基板19は、基板本体22と、貫通ビア23,24とを有する。
基板本体22は、板状とされており、貫通孔26,27を有する。貫通孔26は、ミラー素子12が配設される領域の近傍に位置する基板本体22を貫通するように形成されている。貫通孔27は、光源13が配設される領域に対応する基板本体22を貫通するように形成されている。基板本体22の材料としては、例えば、シリコン、セラミック、Fe−Ni−Co合金等を用いることができる。基板本体22の材料としてシリコンやFe−Ni−Co合金を用いた場合、ビア23,24との絶縁のため、基板本体22の表面(貫通孔26,27を形成する基板本体22の表面も含む)に絶縁膜を設ける。
貫通ビア23は、貫通孔26に設けられている。貫通ビア23の上端部は、ワイヤ28を介して、ミラー素子12と電気的に接続(ワイヤボンディング接続)されている。貫通ビア23の下端部は、外部接続端子としての機能を奏する。
貫通ビア24は、貫通孔27に設けられている。貫通ビア24の上端部は、バンプ31を介して、光源13と電気的に接続されている。貫通ビア24の下端部は、外部接続端子としての機能を奏する。貫通ビア23,24の材料としては、例えば、導電金属を用いることができる。
カバー21は、カバー本体32と、光透過用窓部33とを有する。カバー本体32は、基板19上に設けられている。ミラー素子12と対向するカバー本体32には、貫通部32Aが形成されている。貫通部32Aは、ミラー素子12に設けられた複数のミラー36を露出するような形状とされている。カバー本体32の材料としては、例えば、樹脂、ガラス、金属等を用いることができる。具体的な樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。また、金属としては、例えば、鉄系合金、ニッケル系合金等を用いることができる。
光透過用窓部33は、カバー本体32の貫通部32Aに設けられている。光透過用窓部33は、ミラー36が反射した光をミラー素子収容体11の外部に放出するためのものである。光透過用窓部33の材料としては、光を透過させる機能を有する材料を用いることができる。具体的には、光透過用窓部33の材料としては、例えば、ガラスを用いることができる。
図3は、基板上に設けられたミラー素子、光源、反射部材、及び吸着剤を平面視した図である。
次に、図2及び図3を参照して、ミラー素子12、光源13、反射部材14の順に説明する。
ミラー素子12は、空間Dに露出された基板19上(ミラー素子収容体11の内部)に設けられている。ミラー素子12は、ミラー素子本体35と、複数のミラー36と、電極パッド37とを有する。ミラー素子本体35は、貫通ビア23により囲まれた基板本体22上に固定されている。
複数のミラー36は、ミラー素子本体35の上面35A側に設けられている。複数のミラー36は、格子状に配置されている。複数のミラー36は、それぞれ独立して角度を変えることが可能な構成とされている。複数のミラー36は、その角度を変化させることで、オン状態/オフ状態の切り替えを行なう。オン状態とは、光源13からの光を投影レンズ16に向けて反射させる状態のことである。オフ状態とは、光源13からの光を投影レンズ16に反射させない状態のことである。
電極パッド37は、ミラー素子本体35の上面35A側に設けられており、ミラー素子本体35と電気的に接続されている。電極パッド37は、ワイヤ28を介して、貫通ビア23と電気的に接続されている。
ミラー素子12としては、例えば、DMD(Digital Micromirror Device:TEXAS INSTURUMENTS社の登録商標)を用いることができる。DMDは、複数のミラー36と、ミラー素子本体35に設けられたメモリー素子(図示せず)とを有する。メモリー素子(図示せず)は、複数のミラー36の角度を変化させるためのものである。また、ミラー素子12としてメモリー素子を備えていないものを用いる場合には、図示していない電磁石をミラー素子12の周囲に設けて複数のミラー36の角度を変化させる。
光源13は、空間Dに露出された基板19上(ミラー素子収容体11の内部)に設けられている。光源13は、バンプ31と接触される電極パッド41を有する。光源13は、バンプ31を介して、貫通ビア24と電気的に接続されている。
このように、ミラー素子12を収容すると共に、ミラー素子12が収容された空間Dを封止するミラー素子収容体11の内部に光源13を設けることにより、ミラー素子収容体103から離間した位置に光源101を設けた従来の光学装置100と比較して、光学装置10の小型化を図ることができる。
また、ミラー素子収容体11の内部に光源13を設けることにより、光源13を支持する支持部材を設ける必要がなくなるため、光学装置10のコストを低減することができる。
光源13としては、例えば、発光素子を用いることができる。発光素子としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等を用いることができる。このような発光素子は、従来の光学装置100の光源101として使用されていたハロゲンランプと比較して非常に小型化されており、ハロゲンランプと同等の輝度を有する。
このように、光源13として発光素子を用いることにより、ミラー素子収容体11の内部に光源13を配置することが可能となる。
反射部材14は、光源13の上面13A,側面13B、及び背面13Cを囲むように基板本体22上に設けられている。反射部材14は、鏡面処理されている。反射部材14は、その内面14Aにより光源13から放出された光を反射することで、光源13の全面から放出された光を効率よくミラー素子12に導くためのものである。反射部材14の材料としては、例えば、鉄系合金、ニッケル系合金、アルミ系合金等の金属を用いることができる。また、反射部材14として、アルミ等の反射膜をコーティングしたガラスを用いてもよい。
次いで、図2を参照して、反射防止膜15、投影レンズ16、吸着剤17の順に説明する。
反射防止膜15は、空間Dに露出されたカバー本体32の面32Bを覆うように設けられている。反射防止膜15は、光が反射されることを防止するための膜である。反射防止膜15としては、例えば、樹脂にカーボンの粒子を含有させたカーボン含有樹脂を用いることができる。
反射防止膜15は、カバー本体32の面32Bが鏡面でない場合に有効である。カバー本体32の材料として樹脂やガラス等を用いた場合には、反射防止膜15とカバー本体32の間に光を遮断する遮光膜を設けるとよい。遮光膜としては、例えば、クロムを用いることができる。
また、カバー本体32の材料として金属を用い、かつカバー本体32の面32Bが鏡面である場合には、カバー本体32の面32Bが反射部材14の機能を奏するため、反射防止膜15が不要になると共に、反射部材14も不要となる。
投影レンズ16は、光透過用窓部33から上方に離間した位置に設けられている。投影レンズ16は、ミラー36が反射した光束を拡大投影するためのものである。
吸着剤17は、ミラー素子収容体11内に形成された空間Dに露出された基板本体22上(ミラー素子収容体11の内部)に設けられている。吸着剤17は、空間D内の水分及び/またはガス(例えば、O、CO、CO、N等のガス)を吸着するためのものである。吸着剤17としては、例えば、ゲッターと呼ばれるZr系合金を用いることができる。ゲッターとして適用可能なZr系合金としては、例えば、Zr−V−Fe−Ti合金を用いることができる。
このような吸着剤17をミラー素子収容体11の内部に設けることにより、空間Dに存在する水分及び/またはガス(例えば、O、CO、CO、N等のガス)を吸着して、空間Dに存在する水分及び/またはガスがミラー36の動作に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
本実施の形態に係る光学装置によれば、ミラー素子12を収容すると共に、ミラー素子12が収容された空間Dを封止するミラー素子収容体11の内部に光源13を設けることにより、ミラー素子収容体103から離間した位置に光源101を設けた従来の光学装置100と比較して、光学装置10の小型化を図ることができる。
また、ミラー素子収容体11の内部に光源13を設けることにより、光源13を支持する支持部材を設ける必要がなくなるため、光学装置10のコストを低減することができる。
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光学装置の断面図であり、図5は、基板上に設けられたミラー素子、光源、反射部材、及び吸着剤を平面視した図である。図4において、第1の実施の形態の光学装置10と同一構成部分には同一符号を付す。また、図5において、図4に示す光学装置50と同一構成部分には同一符号を付す。また、図5に示すFは、第1〜第3の発光素子52〜54が配列される方向(以下、「F方向」とする)を示している。
図4及び図5を参照するに、第2の実施の形態の光学装置50は、第1の実施の形態の光学装置10に設けられた光源13の代わりに光源51を設けた以外は光学装置10と同様に構成される。
光源51は、第1の発光素子52と、第2の発光素子53と、第3の発光素子54とを有する。第1〜第3の発光素子52〜54は、反射部材14と対向する基板本体22上に設けられている。第1〜第3の発光素子52〜54は、F方向に第1の発光素子52、第2の発光素子53、第3の発光素子54の順に配置されている。第1の発光素子52は、赤色発光する発光素子である。第2の発光素子53は、青色発光する発光素子である。第3の発光素子54は、緑色発光する発光素子である。第1〜第3の発光素子52〜54としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等を用いることができる。
本実施の形態の光学装置によれば、赤色発光する第1の発光素子52、青色発光する第2の発光素子53、及び緑色発光する第3の発光素子54から光源51を構成することにより、カラーフィルターを用いることなく、カラー画像を表示することが可能となるので、光学装置50の小型を図ることができる。
また、カラーフィルターが不要となることにより、光学装置50のコストを低減することができる。
なお、本実施の形態の光学装置50では、光源51として3つの発光素子(第1〜第3の発光素子52〜54)を用いた場合を例に挙げて説明したが、反射部材14と対向する基板本体22上のF方向に第1〜第3の発光素子52〜54を複数配置して光源を構成してもよい。
(第3の実施の形態)
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る光学装置の断面図である。図6において、第1の実施の形態の光学装置10と同一構成部分には同一符号を付す。また、図6に示すA1は、光源13が放出する光、及び反射部材68により反射された光源13の光の進行方向、B1はミラー素子12のミラー36に反射された光束の進行方向、C1は投影レンズ16を通過することにより拡大投影された光をそれぞれ示している。
図6を参照するに、第3の実施の形態の光学装置60は、ミラー素子収容体61と、ミラー素子12と、光源13と、反射部材68と、反射防止膜15と、投影レンズ16と、吸着剤17とを有する。
ミラー素子収容体61は、ミラー素子12を収容すると共に、ミラー素子12が収容された空間Gを封止するためのものである。ミラー素子収容体61は、基板62と、カバー63とを有する。基板62は、基板本体64と、貫通ビア23とを有する。
基板本体64は、板状とされており、貫通孔26を有する。貫通孔26は、ミラー素子12が配設される領域の近傍に位置する基板本体64を貫通するように形成されている。基板本体64の材料としては、例えば、シリコン、セラミック、Fe−Ni−Co合金等を用いることができる。
貫通ビア23は、貫通孔26に設けられている。貫通ビア23の上端部は、ワイヤ28を介して、基板62上に設けられたミラー素子12と電気的に接続(ワイヤボンディング接続)されている。貫通ビア23の下端部は、外部接続端子としての機能を奏する。
カバー63は、カバー本体65と、光透過用窓部33と、貫通ビア67とを有する。カバー本体65は、基板62上に設けられている。カバー本体65は、貫通部65Aと、傾斜部65Cと、貫通孔66とを有する。貫通部65Aは、ミラー素子12と対向するカバー本体65に形成されている。貫通部65Aは、ミラー素子12に設けられた複数のミラー36を露出するような形状とされている。
傾斜部65Cは、カバー本体65の一部分である。傾斜部65Cには、光源13及び反射部材68が配設される。貫通孔66は、傾斜部65Cを貫通するように形成されている。
カバー本体65の材料としては、例えば、樹脂、ガラス、金属等を用いることができる。具体的な樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。また、金属としては、例えば、鉄系合金、ニッケル系合金等を用いることができる。カバー本体65の材料として金属を用いる場合、ビア67との絶縁のため、カバー本体65の表面(貫通孔66を形成するカバー本体65の表面も含む)に絶縁膜を設ける。
光透過用窓部33は、カバー本体65の貫通部65Aに設けられており、ミラー36が反射した光をミラー素子収容体61の外部に放出するためのものである。
貫通ビア67は、貫通孔66に設けられている。貫通ビア67の一方の端部(空間G側に位置する端部)は、バンプ31を介して、光源13と電気的に接続されており、貫通ビア67の他方の端部は、外部接続端子としての機能を奏する。
図7は、図6に示す光源及び反射部材をH視した図である。
次に、図6及び図7を参照して、光源13、反射部材68の順に説明する。
光源13は、空間Gに露出されたカバー本体65の傾斜部65Cに設けられている。光源13は、バンプ31と接触される電極パッド41を有する。光源13は、バンプ31を介して、貫通ビア67と電気的に接続されている。
このように、光源13を空間Gに露出されたカバー本体65の傾斜部65Cに設けることにより、ミラー素子収容体103から離間した位置に光源101を設けた従来の光学装置100と比較して、光学装置60の小型化を図ることができる。
また、光源13をカバー本体65に設けることにより、基板62のサイズを小型化することが可能となるため、第1の実施の形態の光学装置10よりもさらに小型化を図ることができる。
さらに、光源13をカバー本体65に設けることにより、光源13を支持する支持部材を別途設ける必要がなくなるので、光学装置60のコストを低減することができる。
反射部材68は、光源13を囲むように傾斜部65Cに設けられている。反射部材68は、鏡面処理されている。反射部材68は、その内面68Aにより光源13から放出された光を反射することで、光源13の全面から放出された光をミラー素子12に導くためのものである。反射部材68の材料としては、例えば、鉄系合金、ニッケル系合金、アルミ系合金等の金属を用いることができる。
次いで、図6を参照して、反射防止膜15、投影レンズ16、吸着剤17の順に説明する。
反射防止膜15は、空間Gに露出されたカバー本体65の面65Bを覆うように設けられている。投影レンズ16は、光透過用窓部33から上方に離間した位置に設けられている。投影レンズ16は、ミラー36が反射した光束を拡大投影する。吸着剤17は、ミラー素子収容体61内に形成された空間Gに露出された基板本体64上に設けられている。反射防止膜15及び吸着剤17としては、第1の実施の形態で説明したようなものを用いることができる。
本実施の形態の光学装置によれば、光源13を空間Gに露出されたカバー本体65の傾斜部65Cに設けることにより、ミラー素子収容体103から離間した位置に光源101を設けた従来の光学装置100と比較して、光学装置60の小型化を図ることができる。
また、光源13をカバー本体65に設けることにより、基板62の面方向のサイズを小さくすることが可能となるので、さらに光学装置60の小型化を図ることができる。
さらに、光源13をカバー本体65に設けることにより、光源13を支持する支持部材を別途設ける必要がなくなるため、光学装置60のコストを低減することができる。
(第4の実施の形態)
図8は、本発明の第4の実施の形態に係る光学装置の断面図であり、図9は、図8に示す光源及び反射部材をK視した図である。図8及び図9において、第3の実施の形態の光学装置60と同一構成部分には同一符号を付す。また、図9に示すJは、第1〜第3の発光素子74〜76を配置する方向(以下、「J方向」とする)を示している。
図8及び図9を参照するに、第4の実施の形態の光学装置70は、第3の実施の形態の光学装置60に設けられた光源13及び反射部材68の代わりに光源71及び反射部材72を設けた以外は光学装置60と同様に構成される。
光源71は、第1の発光素子74と、第2の発光素子75と、第3の発光素子76とを有する。第1〜第3の発光素子74〜76は、空間Gに露出された傾斜部65Cに設けられている。第1〜第3の発光素子74〜76は、J方向に第1の発光素子74、第2の発光素子75、第3の発光素子76の順に配置されている。第1の発光素子74は、赤色発光する発光素子である。第2の発光素子75は、青色発光する発光素子である。第3の発光素子76は、緑色発光する発光素子である。第1〜第3の発光素子74〜76としては、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等を用いることができる。
反射部材72は、光源71を囲むように傾斜部65Cに設けられている。反射部材72は、鏡面処理されている。反射部材72は、その内面72Aにより光源71から放出された光を反射することで、光源71の全面から放出された光をミラー素子12に導くためのものである。反射部材72の材料としては、例えば、鉄系合金、ニッケル系合金、アルミ系合金等の金属を用いることができる。
本実施の形態の光学装置によれば、光源71を赤色発光する第1の発光素子74、青色発光する第2の発光素子75、及び緑色発光する第3の発光素子76から構成することにより、カラーフィルターを用いることなく、カラー画像を表示させることが可能となるため、光学装置70の小型を図ることができる。
また、カラーフィルターが不要となることにより、光学装置70のコストを低減することができる。
なお、本実施の形態の光学装置70では、光源51として3つの発光素子(第1〜第3の発光素子74〜76)を用いた場合を例に挙げて説明したが、傾斜部65CのJ方向に第1〜第3の発光素子52〜54を複数配置して光源を構成してもよい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明によれば、小型化が要求される光学装置に適用できる。
従来の光学装置を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係る発光装置の断面図である。 基板上に設けられたミラー素子、光源、反射部材、及び吸着剤を平面視した図である。 本発明の第2の実施の形態に係る光学装置の断面図である。 基板上に設けられたミラー素子、光源、反射部材、及び吸着剤を平面視した図 本発明の第3の実施の形態に係る光学装置の断面図である。 図6に示す光源及び反射部材をH視した図である。 本発明の第4の実施の形態に係る光学装置の断面図である。 図8に示す光源及び反射部材をK視した図である。
符号の説明
10,50,60,70 光学装置
11,61 ミラー素子収容体
12 ミラー素子
13,51,71 光源
13A,35A 上面
13B 側面
13C 背面
14,68,72 反射部材
14A,68A,72A 内面
16 投影レンズ
17 吸着剤
19,62 基板
21,63 カバー
22,64 基板本体
23,24,67 貫通ビア
26,27,66 貫通孔
28 ワイヤ
31 バンプ
32,65 カバー本体
32A,65A 貫通部
32B,65B 面
33 光透過用窓部
35 ミラー素子本体
36 ミラー
37,41 電極パッド
52,74 第1の発光素子
53,75 第2の発光素子
54,76 第3の発光素子
65C 傾斜部
D,G 空間

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源から放出された光を反射するミラーを有するミラー素子と、
    前記ミラー素子を収容すると共に、前記ミラー素子が収容された空間を封止するミラー素子収容体とを備えた光学装置であって、
    前記光源を前記ミラー素子収容体の内部に設けたことを特徴とする光学装置。
  2. 前記光源は、1または複数の発光素子であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
  3. 前記ミラー素子収容体の内部に、前記光源が放出する光を前記ミラーに向けて反射させる反射部材を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の光学装置。
  4. 前記ミラー素子収容体に、前記空間内の水分及び/またはガスを吸着する吸着剤を設けたことを特徴とする請求項1ないし3のうち、いずれか一項記載の光学装置。
  5. 前記複数の発光素子は、赤色発光する前記発光素子と、緑色発光する前記発光素子と、青色発光する前記発光素子とよりなることを特徴とする請求項2ないし4のうち、いずれか一項記載の光学装置。
  6. 前記ミラーと対向する前記ミラー素子収容体の部分に、前記ミラーが反射した光を透過させる光透過用窓部を設けたことを特徴とする請求項1ないし5のうち、いずれか一項記載の光学装置。
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