JP2011002490A - Photonic crystal, light reflecting device, light reflecting device assembly, and head-worn display - Google Patents

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Norihiko Saruta
訓彦 猿田
Kazuya Hayashibe
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light reflecting device using a photonic crystal that achieves a further increased deflection angle and having a simple configuration and structure.SOLUTION: The light reflecting device 12 includes a two- or three-dimensional photonic crystal 10 which includes a light entrance face 13, a light reflection face 14 having a light reflecting film 15 formed thereon and reflecting incident light from the light entrance face 13, and a light exit face 16 allowing the light reflected on the light reflection face 14 to exit, and which includes pores 11 having an elliptic cross-sectional shape arrayed in the crystal. The array of the pores 11 has a face-centered placement, in which the array pitch PTof the pores 11 along the x-axis direction of the photonic crystal 10 is different from the array pitch PTof the pores 11 along the y-axis direction, and the dispersion plane in a wave number space shows a rectangular shape having an aspect ratio of 4 or more.

Description

本発明は、フォトニック結晶、光反射装置、光反射装置組立体、及び、頭部装着型ディスプレイに関する。   The present invention relates to a photonic crystal, a light reflecting device, a light reflecting device assembly, and a head-mounted display.

近年、フォトニック結晶による様々な応用が研究されているが、その1つに、スーパープリズム現象を用いたビーム偏向技術を挙げることができる。そして、ビーム偏向技術は、光偏向素子や表示装置、プリンタへの応用が期待されている。フォトニック結晶を用いることにより、非常に小型であって、可動部が少なく、信頼性の高い光学コンポーネントを実現することが可能となる。   In recent years, various applications using photonic crystals have been studied. One of them is a beam deflection technique using a super prism phenomenon. The beam deflection technology is expected to be applied to optical deflection elements, display devices, and printers. By using a photonic crystal, it is possible to realize a highly reliable optical component that is very small and has few movable parts.

ところで、スーパープリズム現象が発現されるのはフォトニック結晶の内部のみである。それ故、フォトニック結晶によるスーパープリズム現象を用いた光偏向素子にあっては、フォトニック結晶における光出射面と光入射面とが平行であれば、フォトニック結晶への入射角とフォトニック結晶からの出射角とは等しくなってしまう(例えば、特開2201−013439参照。   By the way, the super prism phenomenon is manifested only inside the photonic crystal. Therefore, in the light deflection element using the super prism phenomenon by the photonic crystal, if the light exit surface and the light incident surface of the photonic crystal are parallel, the incident angle to the photonic crystal and the photonic crystal Is equal to the emission angle from (see, for example, JP-A-2201-103439).

フォトニック結晶の光入射面及び光出射面が平面であり、且つ、光出射面と光入射面が平行でない構造を有する光走査装置が、例えば、特開2006−251106に開示されている。この光走査装置は、光源と、光源からの光を走査する走査手段と、走査手段によって走査される光の走査範囲を拡大する走査範囲拡大手段とを有し、走査範囲拡大手段は第1のフォトニック結晶と第2のフォトニック結晶から構成されている。そして、この光走査装置にあっては、入射位置を0〜84mm走査することで、出射位置を0〜210mm走査しており、走査範囲を2.5倍、拡大できるとされている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-251106 discloses an optical scanning device having a structure in which a light incident surface and a light emitting surface of a photonic crystal are flat and the light emitting surface and the light incident surface are not parallel. The optical scanning device includes a light source, a scanning unit that scans light from the light source, and a scanning range expansion unit that expands a scanning range of light scanned by the scanning unit. It is composed of a photonic crystal and a second photonic crystal. In this optical scanning device, by scanning the incident position from 0 to 84 mm, the emission position is scanned from 0 to 210 mm, and the scanning range can be expanded by 2.5 times.

特開2201−013439JP2201-13439 特開2006−251106JP 2006-251106 A

しかしながら、光反射装置、係る光反射装置を組み込んだ光反射装置組立体、係る光反射装置組立体を組み込んだ頭部装着型ディスプレイ等の技術分野にあっては、光の入射角に対する出射角の割合である振り角(光偏向角度)を、特開2006−251106に開示された技術よりも一層拡大させたいという要請がある。また、特開2006−251106に開示された光走査装置にあっては、走査範囲拡大手段は第1のフォトニック結晶と第2のフォトニック結晶から構成されており、走査範囲拡大手段の構造、構成が複雑である。   However, in the technical field of a light reflection device, a light reflection device assembly incorporating such a light reflection device, a head-mounted display incorporating such a light reflection device assembly, etc., the emission angle relative to the incident angle of light There is a demand for further increasing the swing angle (light deflection angle), which is a ratio, than the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-251106. Further, in the optical scanning device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-251106, the scanning range expanding means is composed of a first photonic crystal and a second photonic crystal, and the structure of the scanning range expanding means, The configuration is complicated.

従って、本発明の目的は、振り角の一層の拡大を達成し得るフォトニック結晶、係るフォトニック結晶を用い、しかも、簡素な構成、構造を有する光反射装置、係る光反射装置を組み込んだ光反射装置組立体、及び、係る光反射装置組立体を組み込んだ頭部装着型ディスプレイを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to use a photonic crystal capable of achieving further expansion of the swing angle, a light reflecting device having such a simple structure and structure, and light incorporating such a light reflecting device. It is an object of the present invention to provide a reflection device assembly and a head-mounted display incorporating the light reflection device assembly.

上記の目的を達成するための本発明のフォトニック結晶は、断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶であって、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、
波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形である。
The photonic crystal of the present invention for achieving the above object is a two-dimensional or more photonic crystal in which holes having an elliptical cross-sectional shape are arranged inside,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction.
The shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle having an aspect ratio of 4 or more.

上記の目的を達成するための本発明の光反射装置は、
光入射面、光反射膜が形成され、光入射面から入射した光が反射される光反射面、及び、光反射面で反射された光が出射される光出射面を備えており、
断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶から成り、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形である。
In order to achieve the above object, the light reflecting device of the present invention comprises:
A light incident surface, a light reflecting film is formed, a light reflecting surface on which light incident from the light incident surface is reflected, and a light emitting surface from which light reflected by the light reflecting surface is emitted,
It consists of two or more dimensional photonic crystals with vacancies whose cross-sectional shape is elliptical,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction. The shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle having an aspect ratio of 4 or more.

上記の目的を達成するための本発明の光反射装置組立体は、
(イ)光反射装置、及び、
(ロ)ミラー構造体、
を備えた光反射装置組立体であって、
光反射装置は、上記の本発明の光反射装置から成り、
ミラー構造体は、
(A)ミラー本体部、及び、該ミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えたミラー、
(B)ミラー本体部の裏面に上端部が固定された複数の支柱、
(C)それぞれの支柱の下端部に一端部が固定された変位部材、並びに、
(D)変位部材の他端部を固定する支持部、
から成る。
In order to achieve the above object, a light reflecting device assembly of the present invention comprises:
(A) a light reflection device, and
(B) Mirror structure,
A light reflector assembly comprising:
The light reflecting device comprises the above-described light reflecting device of the present invention,
The mirror structure is
(A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) A plurality of support columns whose upper ends are fixed to the back surface of the mirror main body,
(C) a displacement member having one end fixed to the lower end of each column, and
(D) a support portion for fixing the other end of the displacement member;
Consists of.

上記の目的を達成するための本発明の頭部装着型ディスプレイは、
(A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、及び、
(B)画像表示装置、
を備えた頭部装着型ディスプレイであって、
画像表示装置は、
(B−1)画像生成装置、及び、
(B−2)画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される導光手段、
から構成されており、
画像生成装置は、本発明の光反射装置組立体を含む。ここで、画像生成装置に備えられた光源から出射された光は、具体的には、ミラー構造体によって走査・反射され、光反射装置に入射し、光反射装置から出射され、導光手段に入射する。あるいは又、画像生成装置に備えられた光源から出射された光は、具体的には、光反射装置に入射し、光反射装置から出射され、ミラー構造体によって走査・反射され、光反射装置に再入射し、光反射装置から出射され、導光手段に入射する。
To achieve the above object, the head-mounted display of the present invention is
(A) a spectacle-type frame to be worn on the observer's head; and
(B) an image display device,
A head-mounted display comprising:
The image display device
(B-1) an image generation device, and
(B-2) Light guide means attached to the image generation apparatus, in which light emitted from the image generation apparatus is incident, guided, and emitted toward the observer's pupil;
Consists of
The image generating device includes the light reflecting device assembly of the present invention. Here, the light emitted from the light source provided in the image generating device is specifically scanned and reflected by the mirror structure, enters the light reflecting device, is emitted from the light reflecting device, and is directed to the light guiding means. Incident. Alternatively, the light emitted from the light source provided in the image generating device is specifically incident on the light reflecting device, emitted from the light reflecting device, scanned / reflected by the mirror structure, and then applied to the light reflecting device. The light reenters, is emitted from the light reflection device, and enters the light guide.

本発明のフォトニック結晶、光反射装置、光反射装置組立体、あるいは、頭部装着型ディスプレイにあっては、フォトニック結晶の内部には、断面形状が楕円形の空孔が配列されており、空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形である。このようなフォトニック結晶にあっては、分散面の一様な領域を用いるため、入射角、波長分散に対する設計余裕が大きい。また、波数空間上での分散面の形状をアスペクト比4以上とすることで、振り角(光偏向角度)の拡大率(出射角/入射角の比)を例えば4倍以上と大きくすることができる。しかも、波数空間上での分散面の形状を長方形とすることで、入射角と出射角の関係に関して線形性を保つことができるし、光入射面のどの位置から光が入射しても、入射角と出射角の関係を或る関係に維持することができる。 In the photonic crystal, the light reflecting device, the light reflecting device assembly, or the head-mounted display of the present invention, holes having an elliptical cross-sectional shape are arranged inside the photonic crystal. The hole arrangement is face-centered, and the hole arrangement pitch PT x along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the hole arrangement pitch PT y along the y-axis direction. The shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle having an aspect ratio of 4 or more. In such a photonic crystal, since a uniform region of the dispersion surface is used, there is a large design margin for the incident angle and wavelength dispersion. Further, by setting the shape of the dispersion surface in the wave number space to an aspect ratio of 4 or more, it is possible to increase the swing angle (light deflection angle) enlargement ratio (ratio of exit angle / incident angle), for example, 4 times or more. it can. Moreover, by making the shape of the dispersion surface in the wave number space rectangular, it is possible to maintain linearity with respect to the relationship between the incident angle and the outgoing angle, and no matter where the light is incident, it is incident The relationship between the angle and the exit angle can be maintained in a certain relationship.

図1の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1のフォトニック結晶の概念図、及び、実施例1の光反射装置の模式図である。1A and 1B are a conceptual diagram of a photonic crystal of Example 1, and a schematic diagram of a light reflecting device of Example 1, respectively. 図2の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1のフォトニック結晶における波数空間上での分散面のグラフ、及び、実施例1の光反射装置における入射角と出射角の関係を示すグラフである。2A and 2B are graphs of a dispersion surface on the wave number space in the photonic crystal of Example 1, and the relationship between the incident angle and the emission angle in the light reflecting device of Example 1, respectively. It is a graph to show. 図3の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1及び比較例1の光反射装置における振り角拡大範囲と振り角拡大率の関係をシミュレーションした結果、及び、振り角拡大範囲と振り角線形性の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。(A) and (B) of FIG. 3 are the results of simulating the relationship between the swing angle expansion range and the swing angle expansion ratio in the light reflecting devices of Example 1 and Comparative Example 1, respectively, and the swing angle expansion range and swing. It is a graph which shows the result of having simulated the relationship of angular linearity. 図4は、光反射装置の光入射面への入射光の入射角と光出射面からの出射光の出射角との関係をシミュレーションした結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a result of simulating the relationship between the incident angle of incident light on the light incident surface of the light reflecting device and the outgoing angle of emitted light from the light emitting surface. 図5の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例2及び実施例3の光反射装置組立体の概念図である。FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams of the light reflecting device assemblies of Example 2 and Example 3, respectively. 図6の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例4のミラー構造体の模式的な一部端面図、及び、実施例4のミラー構造体を上方から眺めた模式図である。FIGS. 6A and 6B are a schematic partial end view of the mirror structure of Example 4 and a schematic view of the mirror structure of Example 4 as viewed from above. 図7は、実施例4のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the arrangement of the displacement members and the struts that constitute the mirror structure according to the fourth embodiment. 図8は、実施例4にミラー構造体において、構造計算により変位部材の変位状態をシミュレーションした結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a result of simulating the displacement state of the displacement member by structural calculation in the mirror structure according to the fourth embodiment. 図9の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例5のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図、並びに、ミラーと変位部材の変位の状態を模式的に示す図である。FIGS. 9A and 9B are diagrams schematically showing the disposition of the displacement member and the struts constituting the mirror structure of Example 5, and the state of displacement of the mirror and the displacement member, respectively. FIG. 図10は、実施例6のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the arrangement of the displacement members and the struts constituting the mirror structure according to the sixth embodiment. 図11は、実施例7のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the arrangement of the displacement members and the struts that constitute the mirror structure according to the seventh embodiment. 図12の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例8のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図、並びに、ミラーと変位部材の変位の状態を模式的に示す図である。FIGS. 12A and 12B are diagrams schematically showing the disposition of the displacement member and the struts constituting the mirror structure of Example 8, and the state of displacement of the mirror and the displacement member, respectively. FIG. 図13は、実施例9のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically illustrating the arrangement of the displacement members and the struts that constitute the mirror structure according to the ninth embodiment. 図14の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例10のミラー構造体を上方から眺めた模式図、及び、実施例10のミラー構造体におけるミラーの一部を拡大して斜めから眺めた模式図である。14A and 14B are a schematic view of the mirror structure of Example 10 as viewed from above, and an enlarged view of a part of the mirror in the mirror structure of Example 10, respectively. It is a schematic diagram. 図15の(A)及び(B)は、それぞれ、図16の矢印P−P及び矢印Q−Qに沿った実施例11のミラー構造体の模式的な一部端面図である。FIGS. 15A and 15B are schematic partial end views of the mirror structure of Example 11 along arrows PP and QQ in FIG. 16, respectively. 図16は、実施例11のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically illustrating the arrangement of the displacement members and the struts constituting the mirror structure according to the eleventh embodiment. 図17は、実施例11のミラー構造体を上方から眺めた模式図である。FIG. 17 is a schematic view of the mirror structure of Example 11 as viewed from above. 図18は、実施例11のミラー構造体の変形例を上方から眺めた模式図である。FIG. 18 is a schematic view of a modification of the mirror structure according to the eleventh embodiment as viewed from above. 図19の(A)〜(C)は、実施例4のミラー構造体の製造方法を説明するための変位部材等の模式的な一部端面図である。19A to 19C are schematic partial end views of a displacement member and the like for explaining the method for manufacturing the mirror structure according to the fourth embodiment. 図20の(A)〜(C)は、図19の(C)に引き続き、実施例4のミラー構造体の製造方法を説明するための変位部材等の模式的な一部端面図である。20 (A) to 20 (C) are schematic partial end views of a displacement member and the like for explaining the manufacturing method of the mirror structure of Example 4 following FIG. 19 (C). 図21の(A)〜(C)は、図20の(C)に引き続き、実施例4のミラー構造体の製造方法を説明するための変位部材等の模式的な一部端面図である。FIGS. 21A to 21C are schematic partial end views of a displacement member and the like for explaining the manufacturing method of the mirror structure of Example 4 following FIG. 20C. 図22は、実施例12における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。FIG. 22 is a schematic view of the head-mounted display in Example 12 as viewed from the front. 図23は、実施例12における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図である。FIG. 23 is a schematic view of the head-mounted display (provided that the frame is removed) in Example 12 as viewed from the front. 図24は、実施例12における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。FIG. 24 is a schematic view of the head-mounted display in Example 12 as viewed from above. 図25は、実施例12における頭部装着型ディスプレイを観察者の頭部に装着した状態を上方から眺めた図(但し、画像表示装置のみを示し、フレームの図示は省略)である。FIG. 25 is a view of the state in which the head-mounted display in Example 12 is mounted on the observer's head from above (however, only the image display device is shown and the frame is not shown). 図26は、実施例12における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置の概念図である。FIG. 26 is a conceptual diagram of an image display device incorporated in a head mounted display in Example 12. 図27の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例13における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置の概念図、及び、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図である。FIGS. 27A and 27B are a conceptual diagram of an image display device incorporated in a head-mounted display in Example 13 and an enlarged view of a part of a reflective volume hologram diffraction grating, respectively. It is typical sectional drawing. 図28は、実施例14における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。FIG. 28 is a schematic view of the head-mounted display in Example 14 as viewed from the front. 図29は、実施例14における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図である。FIG. 29 is a schematic view of the head-mounted display in Example 14 (provided that the frame is assumed to be removed) as viewed from the front. 図30は、実施例14における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。FIG. 30 is a schematic view of the head-mounted display in Example 14 as viewed from above. 図31は、実施例15における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。FIG. 31 is a schematic diagram of a head mounted display in Example 15 as viewed from the front. 図32は、実施例15における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図である。FIG. 32 is a schematic view of the head-mounted display (provided that the frame is removed) in Example 15 as viewed from the front. 図33は、実施例15における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。FIG. 33 is a schematic view of the head-mounted display in Example 15 as viewed from above. 図34は、本発明のミラー構造体を適用した表示装置の概念図である。FIG. 34 is a conceptual diagram of a display device to which the mirror structure of the present invention is applied.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。尚、フォトニック結晶の説明においては、座標系、座標軸をアルファベットの小文字、x軸,y軸で表し、ミラー構造体の説明においては、座標系、座標軸をアルファベットの大文字、X軸,Y軸で表す。
1.本発明のフォトニック結晶、光反射装置、光反射装置組立体、及び、頭部装着型ディスプレイ、全般に関する説明
2.実施例1(本発明のフォトニック結晶、光反射装置)
3.実施例2(本発明の光反射装置組立体)
4.実施例3(実施例2の別の変形)
5.実施例4(本発明の光反射装置組立体を構成するミラー構造体、第1Aの構成のミラー構造体)
6.実施例5(実施例4の変形)
7.実施例6(実施例4の別の変形)
8.実施例7(実施例4の別の変形)
9.実施例8(実施例4の別の変形、第1Bの構成のミラー構造体)
10.実施例9(実施例4の別の変形)
11.実施例10(実施例4の別の変形)
12.実施例11(第2の態様に係るミラー構造体)
13.実施例12(本発明の頭部装着型ディスプレイ)
14.実施例13(実施例12の変形)
15.実施例14(実施例12の別の変形)
16.実施例15(実施例12の別の変形、その他)
17.実施例16(本発明の光反射装置組立体を適用した表示装置、その他)
Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are examples. The description will be given in the following order. In the description of the photonic crystal, the coordinate system and coordinate axes are represented by lower case letters of the alphabet, the x axis, and the y axis. In the description of the mirror structure, the coordinate system and coordinate axes are represented by upper case letters of the alphabet, the X axis, and the Y axis. To express.
1. 1. General description of the photonic crystal, light reflecting device, light reflecting device assembly, and head-mounted display of the present invention Example 1 (photonic crystal of the present invention, light reflection device)
3. Example 2 (Light Reflector Assembly of the Present Invention)
4). Example 3 (another modification of Example 2)
5). Example 4 (mirror structure constituting the light reflecting device assembly of the present invention, mirror structure having the structure of 1A)
6). Example 5 (Modification of Example 4)
7). Example 6 (another modification of Example 4)
8). Example 7 (another modification of Example 4)
9. Example 8 (another modification of Example 4, the mirror structure having the configuration 1B)
10. Example 9 (another modification of Example 4)
11. Example 10 (another modification of Example 4)
12 Example 11 (mirror structure according to second embodiment)
13. Example 12 (head mounted display of the present invention)
14 Example 13 (Modification of Example 12)
15. Example 14 (another modification of Example 12)
16. Example 15 (another modification of Example 12 and others)
17. Example 16 (display device to which the light reflecting device assembly of the present invention is applied, etc.)

[本発明のフォトニック結晶、光反射装置、光反射装置組立体、及び、頭部装着型ディスプレイ、全般に関する説明]
本発明の光反射装置組立体あるいは本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、
PTy>PTxの関係にあり、
光反射装置の光入射面はy軸と平行であり、
光反射装置の光出射面はx軸と平行であり、
光源から出射された光は、ミラーの光反射層で反射され、光反射装置の光入射面に入射し、光反射面で反射され、光出射面から出射される形態とすることができる。
[Description of Photonic Crystal, Light Reflector, Light Reflector Assembly, and Head-Mounted Display of the Present Invention]
In the light reflection device assembly of the present invention or the head mounted display of the present invention,
PT y > PT x
The light incident surface of the light reflecting device is parallel to the y-axis,
The light exit surface of the light reflecting device is parallel to the x-axis,
The light emitted from the light source is reflected by the light reflecting layer of the mirror, enters the light incident surface of the light reflecting device, is reflected by the light reflecting surface, and can be emitted from the light emitting surface.

あるいは又、本発明の光反射装置組立体あるいは本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、
PTy>PTxの関係にあり、
光反射装置の光入射面はx軸と平行であり、
光反射装置の光出射面はy軸と平行であり、
光源から出射された光は、光反射装置の光入射面に入射し、光反射面で反射され、光出射面から出射され、ミラーの光反射層にて反射されて、光反射装置の光出射面から再入射し、光反射面で反射され、光源からの光入射面への入射方向とは異なる方向に、光入射面から出射される形態とすることができる。
Alternatively, in the light reflecting device assembly of the present invention or the head mounted display of the present invention,
PT y > PT x
The light incident surface of the light reflecting device is parallel to the x-axis,
The light exit surface of the light reflecting device is parallel to the y-axis,
The light emitted from the light source enters the light incident surface of the light reflecting device, is reflected by the light reflecting surface, is emitted from the light emitting surface, is reflected by the light reflecting layer of the mirror, and is emitted by the light reflecting device. The light can be reincident from the surface, reflected by the light reflecting surface, and emitted from the light incident surface in a direction different from the incident direction from the light source to the light incident surface.

以上の好ましい形態を含む本発明の光反射装置組立体あるいは本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、あるいは又、本発明の光反射装置にあっては、
PTy>PTxの関係にあり、
入射光のx軸方向における波数ベクトルの大きさをkx、y軸方向における波数ベクトルの大きさをkyとし、(PTx・kx)/(PTy・ky)の値をm(但し、mは2以上の整数)、x軸方向と光反射面との成す角度をθとしたとき、
tan(θ)=m (1)
を満足する構成とすることが望ましい。即ち、(PTx・kx)/(PTy・ky)の値がmとなるように、PTx,PTy,kx,kyの値を設計し、且つ、式(1)を満足するように角度θを決定することが望ましい。そして、これによって、光反射装置に入射した光が光反射面で反射されるとき、反射前の角度と反射後の角度の差を90度とすることができる。即ち、光反射面への入射角θIと光反射面からの出射角θOとの和を90度とすることができる。但し、「m」の値は整数であることに限定されない。
In the light reflecting device assembly of the present invention including the above preferred embodiment or the head mounted display of the present invention, or alternatively, in the light reflecting device of the present invention,
PT y > PT x
The magnitude of the wave vector in the x-axis direction of the incident light k x, the magnitude of the wave vector and k y in the y-axis direction, the value of (PT x · k x) / (PT y · k y) m ( However, m is an integer of 2 or more), and when the angle formed by the x-axis direction and the light reflecting surface is θ,
tan (θ) = m (1)
It is desirable that the configuration satisfies the above. That is, a so that the value of (PT x · k x) / (PT y · k y) is m, designed PT x, PT y, k x , the value of k y, and the formula (1) It is desirable to determine the angle θ to satisfy. Thus, when the light incident on the light reflecting device is reflected by the light reflecting surface, the difference between the angle before reflection and the angle after reflection can be 90 degrees. That is, the sum of the incident angle θ I to the light reflecting surface and the exit angle θ O from the light reflecting surface can be 90 degrees. However, the value of “m” is not limited to an integer.

あるいは又、以上の好ましい形態、構成を含む本発明の光反射装置組立体、本発明の頭部装着型ディスプレイあるいは本発明の光反射装置にあっては、あるいは、本発明のフォトニック結晶にあっては、分散面の長辺の長さは、真空における分散面の直径の(1/2)1/2以上であることが望ましく、これによって、より一層大きな振り角を達成することができる。 Alternatively, in the light reflecting device assembly of the present invention, the head-mounted display of the present invention, or the light reflecting device of the present invention including the above preferred forms and configurations, or in the photonic crystal of the present invention. Therefore, the length of the long side of the dispersion surface is desirably (1/2) 1/2 or more of the diameter of the dispersion surface in a vacuum, and thereby a larger swing angle can be achieved.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光反射装置組立体あるいは本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、
ミラー構造体は、4本の支柱及び4つの変位部材を有し、
各支柱の上端部は、ミラーの重心の周りに固定されており、
対向する第1の支柱及び第3の支柱は、ミラー構造体におけるX軸上に配置され、残りの第2の支柱及び第4の支柱は、ミラー構造体におけるY軸上に配置されており、
第1の支柱の下端部は第1の変位部材の一端部に固定されており、第2の支柱の下端部は第2の変位部材の一端部に固定されており、第3の支柱の下端部は第3の変位部材の一端部に固定されており、第4の支柱の下端部は第4の変位部材の一端部に固定されている態様とすることができる。尚、このような態様を、便宜上、『第1の態様に係るミラー構造体』と呼ぶ。ここで、X軸とY軸が交差する原点は、ミラーの重心と一致することが好ましい。
In the light reflection device assembly of the present invention or the head-mounted display of the present invention including the preferred form and configuration described above,
The mirror structure has four columns and four displacement members,
The upper end of each column is fixed around the center of gravity of the mirror,
Opposing first and third struts are disposed on the X axis in the mirror structure, and the remaining second and fourth struts are disposed on the Y axis in the mirror structure.
The lower end of the first support column is fixed to one end of the first displacement member, the lower end of the second support column is fixed to one end of the second displacement member, and the lower end of the third support column. The portion may be fixed to one end portion of the third displacement member, and the lower end portion of the fourth support column may be fixed to one end portion of the fourth displacement member. In addition, such an aspect is referred to as a “mirror structure according to the first aspect” for convenience. Here, the origin where the X axis and the Y axis intersect is preferably coincident with the center of gravity of the mirror.

そして、上述した第1の態様に係るミラー構造体にあっては、
ミラー構造体におけるX軸に沿って、第3の変位部材の他端部、第3の変位部材の一端部、第1の変位部材の一端部、及び、第1の変位部材の他端部が、この順で配置されており、
ミラー構造体におけるY軸に沿って、第4の変位部材の他端部、第4の変位部材の一端部、第2の変位部材の一端部、及び、第2の変位部材の他端部が、この順で配置されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第1Aの構成のミラー構造体』と呼ぶ。
And in the mirror structure according to the first aspect described above,
Along the X axis in the mirror structure, the other end of the third displacement member, one end of the third displacement member, one end of the first displacement member, and the other end of the first displacement member are Are arranged in this order,
Along the Y axis in the mirror structure, the other end of the fourth displacement member, one end of the fourth displacement member, one end of the second displacement member, and the other end of the second displacement member are The arrangement may be made in this order. Such a configuration is referred to as “a mirror structure having the configuration of 1A” for convenience.

即ち、第1Aの構成のミラー構造体にあっては、ミラーの重心を原点としたガウス座標を想定し、
第1の支柱の固定中心座標を(X1,0)、
第2の支柱の固定中心座標を(0,Y2)、
第3の支柱の固定中心座標を(X3,0)、
第4の支柱の固定中心座標を(0,Y4)、
第1の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’1,Y’1)、
第2の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’2,Y’2)、
第3の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’3,Y’3)、
第4の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’4,Y’4)としたとき、
X’3<X3<0<X1<X’1
Y’4<Y4<0<Y2<Y’2
の関係にある。尚、
1 =−X3
X’1=−X’3
Y’1= Y’3
2 =−Y4
Y’2=−Y’4
X’2= X’4
を満足することが好ましい。
That is, in the mirror structure having the configuration 1A, assuming Gaussian coordinates with the center of gravity of the mirror as the origin,
The fixed center coordinates of the first column are (X 1 , 0),
The fixed center coordinates of the second column are (0, Y 2 ),
The fixed center coordinates of the third column are (X 3 , 0),
The fixed center coordinates of the fourth column are (0, Y 4 ),
The fixed center coordinates of the other end of the first displacement member are (X ′ 1 , Y ′ 1 ),
The fixed center coordinates of the other end of the second displacement member are (X ′ 2 , Y ′ 2 ),
The fixed center coordinates of the other end of the third displacement member are (X ′ 3 , Y ′ 3 ),
When the fixed center coordinate of the other end of the fourth displacement member is (X ′ 4 , Y ′ 4 ),
X ′ 3 <X 3 <0 <X 1 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 4 <0 <Y 2 <Y ′ 2
Are in a relationship. still,
X 1 = −X 3
X ′ 1 = −X ′ 3
Y ' 1 = Y' 3
Y 2 = −Y 4
Y ′ 2 = −Y ′ 4
X ' 2 = X' 4
Is preferably satisfied.

ここで、第1Aの構成のミラー構造体にあっては、
各変位部材の外形形状は二等辺三角形であり、
変位部材の一端部は、該二等辺三角形の頂角の近傍に相当し、
変位部材の他端部は、該二等辺三角形の底辺に相当する構成とすることができる。但し、各変位部材の外形形状は、二等辺三角形に限定されず、例えば、矩形、長方形、台形等、任意の形状とすることもできる。
Here, in the mirror structure having the configuration of 1A,
The outer shape of each displacement member is an isosceles triangle,
One end of the displacement member corresponds to the vicinity of the apex angle of the isosceles triangle,
The other end of the displacement member can be configured to correspond to the base of the isosceles triangle. However, the outer shape of each displacement member is not limited to an isosceles triangle, and may be an arbitrary shape such as a rectangle, a rectangle, or a trapezoid.

あるいは又、第1Aの構成のミラー構造体にあっては、
各変位部材は、二等辺三角形部と、二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部の部分から突出した突出部とから成り、
二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部の部分の近傍には、二等辺三角形の底辺と平行に延びる溝部が設けられており、
変位部材の一端部は、突出部から構成されており、
変位部材の他端部は、二等辺三角形の底辺に相当する二等辺三角形部の部分から構成されている構成とすることができる。そして、このような構成において、溝部は、二等辺三角形の底辺に相当する二等辺三角形部の部分まで延びている構成とすることもできる。即ち、二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部の部分は繋がっているが、二等辺三角形部の他の部分は溝部によって分離されている構造とすることができる。但し、各変位部材の外形形状は、このような疑似二等辺三角形に限定されず、例えば、疑似矩形、疑似長方形、疑似台形等とすることもできる。そして、このように溝部を設けることで、より小さい駆動力で大きな振り角を実現することができる。
Alternatively, in the mirror structure having the configuration of the first 1A,
Each displacement member is composed of an isosceles triangle portion and a protruding portion protruding from the portion of the isosceles triangle portion corresponding to the apex angle of the isosceles triangle,
In the vicinity of the portion of the isosceles triangle corresponding to the apex angle of the isosceles triangle, a groove extending in parallel with the base of the isosceles triangle is provided,
One end of the displacement member is composed of a protrusion,
The other end portion of the displacement member can be configured by a portion of an isosceles triangle portion corresponding to the base of the isosceles triangle. And in such a structure, a groove part can also be set as the structure extended to the part of the isosceles triangle part corresponded to the base of an isosceles triangle. That is, the isosceles triangle portion corresponding to the apex angle of the isosceles triangle is connected, but other portions of the isosceles triangle portion are separated by the groove portion. However, the outer shape of each displacement member is not limited to such a pseudo isosceles triangle, and may be, for example, a pseudo rectangle, a pseudo rectangle, a pseudo trapezoid, or the like. By providing the groove portion in this way, a large swing angle can be realized with a smaller driving force.

ラスタースキャンを行う場合、高速でのX軸周りのミラーの回動を共振に基づき行い、低速でのY軸周りのミラーの回動を非共振に基づき行うことが好ましい。そのため、高速でのX軸周りのミラーの回動を生じさせるための第2の変位部材及び第4の変位部材には、高い固有周波数が求められ、一方、低速でのY軸周りのミラーの回動を生じさせるための第1の変位部材及び第3の変位部材には、非共振でも大きな変位が得られるような大きな駆動力が求められる。   When performing raster scanning, it is preferable to rotate the mirror around the X axis at high speed based on resonance, and to rotate the mirror around the Y axis at low speed based on non-resonance. Therefore, a high natural frequency is required for the second displacement member and the fourth displacement member for causing the rotation of the mirror around the X axis at high speed, while the mirror around the Y axis at low speed is required. The first displacement member and the third displacement member for causing the rotation are required to have a large driving force that can obtain a large displacement even in non-resonance.

そして、このような要請に対処するために、第1Aの構成のミラー構造体にあっては、
第1の変位部材及び第3の変位部材はミアンダ構造を有し、
第2の変位部材及び第4の変位部材は片持ち梁構造(板バネ構造、カンチレバー構造)を有する構成とすることが好ましい。そして、この場合、第1の変位部材及び第3の変位部材は、第2の変位部材及び第4の変位部材よりも低い周波数で駆動される構成とすることができる。また、このような構成の第1Aの構成のミラー構造体にあっては、第1の変位部材の他端部は、2箇所において支持部に固定されており、第3の変位部材の他端部は、2箇所において支持部に固定されている構成とすることができる。即ち、第1の変位部材の他端部は、固定中心座標(X’1,Y’11),(X’1,Y’12)の2箇所で支持部に固定されており、第3の変位部材の他端部は、固定中心座標(X’3,Y’31),(X’1,Y’32)の2箇所で支持部に固定されており、第2の変位部材の他端部は、固定中心座標(X’2,Y’2)の1箇所で支持部に固定されており、第4の変位部材の他端部は、固定中心座標(X’4,Y’4)の1箇所で支持部に固定されているとした場合、
X’1 =−X’3
Y’11= Y’31
Y’12= Y’32
Y’2 =−Y’4
X’2 = X’4
を満足することが好ましい。
In order to cope with such a request, in the mirror structure having the configuration of 1A,
The first displacement member and the third displacement member have a meander structure,
It is preferable that the second displacement member and the fourth displacement member have a cantilever structure (plate spring structure, cantilever structure). In this case, the first displacement member and the third displacement member can be driven at a lower frequency than the second displacement member and the fourth displacement member. Further, in the mirror structure having the configuration 1A having such a configuration, the other end portion of the first displacement member is fixed to the support portion at two locations, and the other end portion of the third displacement member. A part can be set as the structure currently fixed to the support part in two places. That is, the other end portion of the first displacement member is fixed to the support portion at two locations of fixed center coordinates (X ′ 1 , Y ′ 11 ) and (X ′ 1 , Y ′ 12 ). The other end of the displacement member is fixed to the support at two locations of fixed center coordinates (X ′ 3 , Y ′ 31 ) and (X ′ 1 , Y ′ 32 ), and the other end of the second displacement member The portion is fixed to the support portion at one fixed central coordinate (X ′ 2 , Y ′ 2 ), and the other end of the fourth displacement member is fixed central coordinate (X ′ 4 , Y ′ 4 ). If it is fixed to the support part at one place,
X ′ 1 = −X ′ 3
Y '11 = Y' 31
Y '12 = Y' 32
Y ′ 2 = −Y ′ 4
X ' 2 = X' 4
Is preferably satisfied.

あるいは又、上述した第1の態様に係るミラー構造体にあっては、
ミラー構造体におけるX軸に沿って、第3の変位部材の他端部、第1の変位部材の一端部、第3の変位部材の一端部、及び、第1の変位部材の他端部が、この順で配置されており、
ミラー構造体におけるY軸に沿って、第4の変位部材の他端部、第2の変位部材の一端部、第4の変位部材の一端部、及び、第2の変位部材の他端部が、この順で配置されている構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第1Bの構成のミラー構造体』と呼ぶ。
Alternatively, in the mirror structure according to the first aspect described above,
Along the X axis in the mirror structure, the other end of the third displacement member, one end of the first displacement member, one end of the third displacement member, and the other end of the first displacement member are Are arranged in this order,
Along the Y axis in the mirror structure, the other end of the fourth displacement member, one end of the second displacement member, one end of the fourth displacement member, and the other end of the second displacement member are The arrangement may be made in this order. Such a configuration is referred to as a “mirror structure of the 1B configuration” for convenience.

即ち、第1Bの構成のミラー構造体にあっては、ミラーの重心を原点としたガウス座標を想定し、
第1の支柱の固定中心座標を(X1,0)、
第2の支柱の固定中心座標を(0,Y2)、
第3の支柱の固定中心座標を(X3,0)、
第4の支柱の固定中心座標を(0,Y4)、
第1の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’1,Y’1)、
第2の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’2,Y’2)、
第3の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’3,Y’3)、並びに、
第4の変位部材の他端部の固定中心座標を(X’4,Y’4)としたとき、
X’3<X1<0<X3<X’1
Y’4<Y2<0<Y4<Y’2
の関係にある。尚、
3 =−X1
X’3=−X’1
Y’3= Y’1
4 =−Y2
Y’4=−Y’2
X’4= X’2
を満足することが好ましい。
That is, in the mirror structure having the configuration 1B, assuming Gaussian coordinates with the center of gravity of the mirror as the origin,
The fixed center coordinates of the first column are (X 1 , 0),
The fixed center coordinates of the second column are (0, Y 2 ),
The fixed center coordinates of the third column are (X 3 , 0),
The fixed center coordinates of the fourth column are (0, Y 4 ),
The fixed center coordinates of the other end of the first displacement member are (X ′ 1 , Y ′ 1 ),
The fixed center coordinates of the other end of the second displacement member are (X ′ 2 , Y ′ 2 ),
The fixed center coordinates of the other end of the third displacement member are (X ′ 3 , Y ′ 3 ), and
When the fixed center coordinate of the other end of the fourth displacement member is (X ′ 4 , Y ′ 4 ),
X ′ 3 <X 1 <0 <X 3 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 2 <0 <Y 4 <Y ′ 2
Are in a relationship. still,
X 3 = −X 1
X ′ 3 = −X ′ 1
Y ' 3 = Y' 1
Y 4 = −Y 2
Y ′ 4 = −Y ′ 2
X ' 4 = X' 2
Is preferably satisfied.

以上に説明した各種の構成、形態を含む第1の態様に係るミラー構造体において、支柱の下端部が固定された変位部材の部分よりも変位部材の他端部側に位置する変位部材の領域には、ヒンジ部が設けられている構成とすることができる。また、このような構成を含む以上に説明した各種の構成、形態を含む第1の態様に係るミラー構造体において、支柱の下端部が固定された変位部材の部分よりも変位部材の他端部側に位置する変位部材の領域は、ミアンダ構造を有する構成とすることができる。   In the mirror structure according to the first aspect including the various configurations and forms described above, the region of the displacement member located on the other end side of the displacement member with respect to the portion of the displacement member to which the lower end portion of the column is fixed It can be set as the structure by which the hinge part is provided. Further, in the mirror structure according to the first aspect including the various configurations and forms described above including such a configuration, the other end portion of the displacement member is more than the portion of the displacement member to which the lower end portion of the column is fixed. The region of the displacement member located on the side may have a meander structure.

更には、以上に説明した各種の構成、形態を含む第1の態様に係るミラー構造体にあっては、
各支柱の上端部が固定されたミラーの部分の周囲には、トーションバーで分離された分離溝が設けられており、
第1の支柱の上端部が固定されたミラーの部分とミラーのその他の部分とは、X軸に沿って延びる第1のトーションバーによって連結されており、
第2の支柱の上端部が固定されたミラーの部分とミラーのその他の部分とは、Y軸に沿って延びる第2のトーションバーによって連結されており、
第3の支柱の上端部が固定されたミラーの部分とミラーのその他の部分とは、X軸に沿って延びる第3のトーションバーによって連結されており、
第4の支柱の上端部が固定されたミラーの部分とミラーのその他の部分とは、Y軸に沿って延びる第4のトーションバーによって連結されている構成とすることができる。
Furthermore, in the mirror structure according to the first aspect including the various configurations and forms described above,
A separation groove separated by a torsion bar is provided around the mirror portion to which the upper end of each column is fixed.
The part of the mirror to which the upper end of the first column is fixed and the other part of the mirror are connected by a first torsion bar extending along the X axis,
The part of the mirror to which the upper end of the second column is fixed and the other part of the mirror are connected by a second torsion bar extending along the Y axis,
The part of the mirror to which the upper end portion of the third column is fixed and the other part of the mirror are connected by a third torsion bar extending along the X axis,
The part of the mirror to which the upper end portion of the fourth column is fixed and the other part of the mirror can be connected by a fourth torsion bar extending along the Y axis.

あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光反射装置組立体あるいは本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、
ミラー構造体は、4本の支柱及び4つの変位部材を有し、
各支柱の上端部は、ミラー本体部の外周部に固定されており、
第1の支柱の下端部は第1の変位部材の一端部に固定されており、第2の支柱の下端部は第2の変位部材の一端部に固定されており、第3の支柱の下端部は第3の変位部材の一端部に固定されており、第4の支柱の下端部は第4の変位部材の一端部に固定されている態様とすることができる。尚、このような態様を、便宜上、『第2の態様に係るミラー構造体』と呼ぶ。
Alternatively, in the light reflection device assembly of the present invention or the head-mounted display of the present invention including the preferred form and configuration described above,
The mirror structure has four columns and four displacement members,
The upper end of each column is fixed to the outer periphery of the mirror body,
The lower end of the first support column is fixed to one end of the first displacement member, the lower end of the second support column is fixed to one end of the second displacement member, and the lower end of the third support column. The portion may be fixed to one end portion of the third displacement member, and the lower end portion of the fourth support column may be fixed to one end portion of the fourth displacement member. In addition, such an aspect is referred to as a “mirror structure according to the second aspect” for convenience.

そして、このような第2の態様に係るミラー構造体にあっては、
ミラー本体部は、第1の辺、及び、該第1の辺と対向した第3の辺がX方向に延び、第2の辺、及び、該第2の辺と対向した第4の辺がY方向に延びる矩形形状を有し、
第1の支柱の上端部は、ミラー本体部の第3の辺と第4の辺が交差する第4コーナー部近傍に固定されており、
第2の支柱の上端部は、ミラー本体部の第2の辺と第3の辺が交差する第3コーナー部近傍に固定されており、
第3の支柱の上端部は、ミラー本体部の第1の辺と第2の辺が交差する第2コーナー部近傍に固定されており、
第4の支柱の上端部は、ミラー本体部の第4の辺と第1の辺が交差する第1コーナー部近傍に固定されており、
第1の支柱の下端部に一端部が固定された第1の変位部材の他端部、及び、第2の支柱の下端部に一端部が固定された第2の変位部材の他端部は、第1の辺に相当するミラー本体部の部分に固定されており、
第3の支柱の下端部に一端部が固定された第3の変位部材の他端部、及び、第4の支柱の下端部に一端部が固定された第4の変位部材の他端部は、第3の辺に相当するミラー本体部の部分に固定されている構成とすることができる。
And in such a mirror structure according to the second aspect,
The mirror main body has a first side and a third side facing the first side extending in the X direction, and a second side and a fourth side facing the second side. Having a rectangular shape extending in the Y direction;
The upper end portion of the first support column is fixed in the vicinity of the fourth corner portion where the third side and the fourth side of the mirror main body portion intersect,
The upper end portion of the second support column is fixed in the vicinity of the third corner portion where the second side and the third side of the mirror body portion intersect,
The upper end portion of the third column is fixed in the vicinity of the second corner portion where the first side and the second side of the mirror main body portion intersect,
The upper end portion of the fourth support column is fixed in the vicinity of the first corner portion where the fourth side and the first side of the mirror main body portion intersect,
The other end of the first displacement member whose one end is fixed to the lower end of the first column, and the other end of the second displacement member whose one end is fixed to the lower end of the second column are , Is fixed to the part of the mirror main body corresponding to the first side,
The other end of the third displacement member with one end fixed to the lower end of the third column, and the other end of the fourth displacement member with one end fixed to the lower end of the fourth column are The mirror main body portion corresponding to the third side may be fixed.

ここで、ミラーの重心を原点としたガウス座標を想定し、原点を通り、ミラーにおけるX方向をX軸、原点を通り、ミラーにおけるY方向をY軸としたとき、ミラー本体部における第1の支柱の上端部の固定位置とミラー本体部における第2の支柱の上端部の固定位置、ミラー本体部における第3の支柱の上端部の固定位置とミラー本体部における第4の支柱の上端部の固定位置とは、Y軸に対して対称に位置し、ミラー本体部における第1の支柱の上端部の固定位置とミラー本体部における第4の支柱の上端部の固定位置、ミラー本体部における第2の支柱の上端部の固定位置とミラー本体部における第3の支柱の上端部の固定位置とは、X軸に対して対称に位置していることが望ましい。   Here, assuming a Gaussian coordinate with the center of gravity of the mirror as the origin, and passing through the origin, the X direction in the mirror is the X axis, the origin is passed, and the Y direction in the mirror is the Y axis, the first in the mirror body The fixed position of the upper end of the column and the fixed position of the upper end of the second column in the mirror main body, the fixed position of the upper end of the third column in the mirror main unit, and the upper end of the fourth column in the mirror main unit The fixed position is located symmetrically with respect to the Y axis, the fixed position of the upper end of the first column in the mirror main body, the fixed position of the upper end of the fourth column in the mirror main unit, and the first position in the mirror main unit. It is desirable that the fixed position of the upper end portion of the second support column and the fixed position of the upper end portion of the third support column in the mirror main body are positioned symmetrically with respect to the X axis.

また、第1の辺及び第3の辺の長さをL1、第2の辺及び第4の辺の長さをL2としたとき、第1の支柱の上端部はミラー本体部の第3の辺と第4の辺が交差する第4コーナー部『近傍』に固定されているとは、第3の辺、第4の辺、第4コーナー部からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第4コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第1の支柱の上端部が固定されていることを意味する。同様に、第2の支柱の上端部はミラー本体部の第2の辺と第3の辺が交差する第3コーナー部『近傍』に固定されているとは、第2の辺、第3の辺、第3コーナー部からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第3コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第2の支柱の上端部が固定されていることを意味する。同様に、第3の支柱の上端部はミラー本体部の第1の辺と第2の辺が交差する第2コーナー部『近傍』に固定されているとは、第1の辺、第2の辺、第2コーナー部からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第2コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第3の支柱の上端部が固定されていることを意味する。同様に、第4の支柱の上端部はミラー本体部の第4の辺と第1の辺が交差する第1コーナー部『近傍』に固定されているとは、第4の辺、第1の辺、第1コーナー部からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第1コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第4の支柱の上端部が固定されていることを意味する。ここで、c1は0乃至0.2の範囲内のいずれかの値であり、c2も0乃至0.2の範囲内のいずれかの値であることが望ましい。但し、これに限定するものではないし、場合によっては、支柱の上端部は、ミラー本体部のコーナー部近傍に固定されていなくともよい。 Further, when the length of the first side and the third side is L 1 and the length of the second side and the fourth side is L 2 , the upper end of the first column is the first of the mirror main body. 3 is fixed at the fourth corner “near” where the fourth side intersects with the fourth side is c 1 · L along the X direction from the third side, the fourth side, and the fourth corner. 1 apart boundary, and means that the upper end of the first strut in a region surrounded by the boundary at a distance c 2 · L 2 along the fourth corner portion in the Y direction is fixed . Similarly, the upper end portion of the second support column is fixed to the “near” third corner portion where the second side and the third side of the mirror main body portion intersect with each other. In a region surrounded by a side, a boundary separated by c 1 · L 1 along the X direction from the third corner, and a boundary separated by c 2 · L 2 along the Y direction from the third corner It means that the upper end part of the 2nd support | pillar is being fixed. Similarly, the upper end portion of the third support column is fixed to the second corner portion “near” where the first side and the second side of the mirror body portion intersect with each other. In a region surrounded by a side, a boundary separated by c 1 · L 1 along the X direction from the second corner, and a boundary separated by c 2 · L 2 along the Y direction from the second corner It means that the upper end portion of the third support column is fixed. Similarly, the upper end portion of the fourth column is fixed to the “near” first corner portion where the fourth side and the first side of the mirror main body portion intersect with each other. In a region surrounded by a side, a boundary separated by c 1 · L 1 along the X direction from the first corner, and a boundary separated by c 2 · L 2 along the Y direction from the first corner It means that the upper end portion of the fourth column is fixed. Here, c 1 is any value within a range of 0 to 0.2, and c 2 is preferably any value within a range of 0 to 0.2. However, the present invention is not limited to this. In some cases, the upper end portion of the support column may not be fixed near the corner portion of the mirror main body portion.

そして、このような構成を含む第2の態様に係るミラー構造体にあっては、第1の変位部材、第2の変位部材、第3の変位部材及び第4の変位部材はミアンダ構造を有する構成とすることができる。   In the mirror structure according to the second aspect including such a configuration, the first displacement member, the second displacement member, the third displacement member, and the fourth displacement member have a meander structure. It can be configured.

以上に説明した各種の構成、形態、第1の態様、第2の態様を含むミラー構造体において、変位部材を、バイモルフ型、ユニモルフ型、モノモルフ型又は積層型(マルチモルフ型)の圧電アクチュエータから構成することができるが、これに限定するものではなく、その他、変位部材を、静電駆動アクチュエータ、熱駆動アクチュエータ、磁界を印加したときに形状が変化するジュール効果を有する磁歪材料から構成された電磁駆動アクチュエータ、磁気トルクを利用した電磁駆動アクチュエータ、あるいは、高分子ゲルから構成された電気化学駆動アクチュエータから構成することもできる。   In the mirror structure including the various configurations, forms, the first mode, and the second mode described above, the displacement member includes a bimorph type, a unimorph type, a monomorph type, or a stacked type (multimorph type) piezoelectric actuator. However, the present invention is not limited to this. In addition, the displacement member may be an electrostatic drive actuator, a heat drive actuator, or an electromagnetic wave composed of a magnetostrictive material having a Joule effect whose shape changes when a magnetic field is applied. A drive actuator, an electromagnetic drive actuator using magnetic torque, or an electrochemical drive actuator made of a polymer gel can also be used.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の光反射装置組立体、頭部装着型ディスプレイ、光反射装置あるいはフォトニック結晶(以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ場合がある)において、2次元以上のフォトニック結晶、即ち、2次元フォトニック結晶あるいは3次元フォトニック結晶を構成する材料は、入射光に対して透明であり、しかも、比誘電率の高い材料(例えば、誘電体材料)から構成することが好ましく、具体的には、例えば、酸化チタン(TiO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、五酸化タンタル(Ta25)、酸化ジルコニウム(ZrO2)を例示することができる。空孔の断面とは、xy平面で空孔を切断したときの断面である。空孔内には、例えば、空気が充填されている。空孔の断面形状は楕円形であるが、楕円の長軸(長さ:VDL)はy軸と平行であり、短軸(長さ:VDS)はx軸と平行であることが、波数空間における等周波数面のアスペクト比(ky/kx)をより大きくできるといった理由から好ましい。空孔はz軸と平行にフォトニック結晶の内部を延びている。空孔の配列は面心配置であるが、ここで、「面心配置」とは、例えば、x軸と平行な辺を短辺、y軸と平行な辺を長辺とした長方形の4つの頂点に空孔が配置され、しかも、長方形の中心に更に1つの空孔が配置された状態を指す。光入射面、光反射面及び光出射面は、平面であり、光入射面のどの位置から光が入射しても、入射角と出射角の関係を或る所定の関係に維持することができる。 The light reflecting device assembly, head-mounted display, light reflecting device or photonic crystal (hereinafter collectively referred to simply as “the present invention”) of the present invention including the various preferred embodiments and configurations described above. 2) or more photonic crystal, that is, a material constituting the two-dimensional photonic crystal or the three-dimensional photonic crystal is transparent to incident light and has a high relative dielectric constant. A material (for example, a dielectric material) is preferably used. Specifically, for example, titanium oxide (TiO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO) 2 ) can be illustrated. The cross section of the hole is a cross section when the hole is cut in the xy plane. For example, air is filled in the air holes. The cross-sectional shape of the hole is elliptical, but the major axis (length: VD L ) of the ellipse is parallel to the y axis, and the minor axis (length: VD S ) is parallel to the x axis. This is preferable because the aspect ratio (k y / k x ) of the equal frequency surface in the wave number space can be increased. The holes extend inside the photonic crystal parallel to the z-axis. The arrangement of the holes is a face-centered arrangement. Here, the “face-centered arrangement” means, for example, four rectangular shapes each having a side parallel to the x-axis as a short side and a side parallel to the y-axis as a long side. This indicates a state in which a hole is arranged at the apex, and one more hole is arranged at the center of the rectangle. The light incident surface, the light reflecting surface, and the light emitting surface are flat surfaces, and the relationship between the incident angle and the emitting angle can be maintained in a predetermined relationship regardless of the position of the light incident surface. .

波数空間(逆格子ベクトルによって構成された空間のことであり、逆格子空間とも呼ばれる)上での分散面は、結晶中の光伝搬を決定する等周波数面とも呼ばれるが、その形状は、アスペクト比4以上の長方形である。尚、長方形の長辺は、長方形の中心に向かって凸状に湾曲し、長方形の短辺は、長方形の中心から離れる方向に凸状に湾曲している場合もあるが、係る形状も長方形に包含される。但し、湾曲は小さければ小さいほど、好ましい。   The dispersion surface on the wave number space (which is a space composed of reciprocal lattice vectors, also called reciprocal lattice space) is also called an iso-frequency surface that determines the light propagation in the crystal, but its shape has an aspect ratio 4 or more rectangles. The long side of the rectangle is curved in a convex shape toward the center of the rectangle, and the short side of the rectangle may be curved in a convex shape in a direction away from the center of the rectangle. Is included. However, the smaller the curvature, the better.

一般に、フォトニック結晶における光が入射する面(光入射面)及び出射する面(光出射面)には、反射防止膜を形成する必要がある。しかしながら、本発明のフォトニック結晶に関しては、反射防止膜が無くとも、光透過率70%以上を確保できるため、必ずしも反射防止膜は必要ではない。但し、一層高い光透過率が要求される場合には、反射防止膜を形成してもよい。この反射防止膜は、酸化シリコン膜(SiOX)、酸窒化シリコン膜(SiON)、酸化ニオブ膜(NbOx)、窒化チタン膜(TiO2)、酸窒化チタン膜(TiON)、低屈折率材料と高屈折率材料とから成る多層積層膜(例えば、酸化シリコン膜と酸化ニオブ膜とから成る多層積層膜、酸化シリコン膜と酸化チタン膜の多層積層膜)から構成することができ、例えば、各種の塗布法やスパッタリング法等の物理的気相成長法によって形成することができるし、フィルム状の反射防止膜を配置(例えば、接着)してもよい。 In general, it is necessary to form an antireflection film on a light incident surface (light incident surface) and a light emitting surface (light emitting surface) in the photonic crystal. However, for the photonic crystal of the present invention, an antireflection film is not always necessary because a light transmittance of 70% or more can be secured without an antireflection film. However, when a higher light transmittance is required, an antireflection film may be formed. The antireflection film includes a silicon oxide film (SiO x ), a silicon oxynitride film (SiON), a niobium oxide film (NbO x ), a titanium nitride film (TiO 2 ), a titanium oxynitride film (TiON), and a low refractive index material. And a high-refractive-index material (for example, a multi-layer multi-layer film composed of a silicon oxide film and a niobium oxide film, a multi-layer multi-layer film composed of a silicon oxide film and a titanium oxide film). The film may be formed by a physical vapor deposition method such as a coating method or a sputtering method, or a film-like antireflection film may be disposed (for example, adhered).

光反射面には光反射膜が形成されているが、光反射膜は、金属膜あるいは合金膜から構成することができ、例えば、各種の物理的気相成長法(PVD法)や各種の化学的気相成長法(CVD法)にて形成することができる。光反射膜を構成する材料として、具体的には、金(Au)、銀(Au)、アルミニウム(Al)を例示することができる。あるいは又、フィルム状の光反射膜を光反射面に配置(例えば、接着)してもよい。   Although the light reflecting film is formed on the light reflecting surface, the light reflecting film can be composed of a metal film or an alloy film, for example, various physical vapor deposition methods (PVD methods) and various chemicals. It can be formed by a chemical vapor deposition method (CVD method). Specific examples of the material constituting the light reflecting film include gold (Au), silver (Au), and aluminum (Al). Alternatively, a film-like light reflecting film may be disposed (for example, adhered) on the light reflecting surface.

ミラー構造体における変位部材を構成するユニモルフ型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する1枚の圧電材料薄膜が変位部材を構成する基層(支持構造体)上に形成された構造を有する。また、バイモルフ型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する2枚の圧電材料薄膜が変位部材を構成する基層(支持構造体)を介して積層された構造を有し、一方の圧電材料薄膜が伸びたとき、他方の圧電材料薄膜が縮む。尚、2枚の圧電材料薄膜を、分極方向を対称に配置した形式(シリーズ・タイプ)と、分極方向を非対称に(同一方向に)配置した形式(パラレル・タイプ)とがある。積層型の圧電アクチュエータは、例えば、長さ方向に伸縮する多数の圧電材料薄膜と基層とが積層された構造を有する。そして、これらの構造を有する変位部材にあっては、長さ方向に伸縮する圧電材料薄膜の動きによって、その一端部が駆動(上下動)される。基層(支持構造体)は、例えば、シリコン層、あるいは、酸化シリコン層、あるいは、シリコン層と酸化シリコン層との積層構造から構成することができる。   The unimorph type piezoelectric actuator constituting the displacement member in the mirror structure has, for example, a structure in which one piezoelectric material thin film that expands and contracts in the length direction is formed on a base layer (support structure) constituting the displacement member. . The bimorph type piezoelectric actuator has a structure in which, for example, two piezoelectric material thin films that expand and contract in the length direction are stacked via a base layer (support structure) constituting a displacement member, and one piezoelectric material When the thin film stretches, the other piezoelectric material thin film shrinks. There are two types of piezoelectric material thin films, a type in which the polarization directions are arranged symmetrically (series type), and a type in which the polarization directions are arranged asymmetrically (in the same direction) (parallel type). A laminated piezoelectric actuator has, for example, a structure in which a large number of piezoelectric material thin films that extend and contract in the length direction and a base layer are laminated. In the displacement member having these structures, one end of the displacement member is driven (moved up and down) by the movement of the piezoelectric material thin film that expands and contracts in the length direction. The base layer (support structure) can be constituted by, for example, a silicon layer, a silicon oxide layer, or a stacked structure of a silicon layer and a silicon oxide layer.

圧電材料薄膜を構成する材料として、PbZrO3とPbTiO3の固溶体であるPZT[ジルコン酸チタン酸鉛、Pb(Zr,Ti)O3];PZTにNb、Co、Mnを添加したPZT系セラミックス材料;PZTにペロブスカイトABO3を加えた3成分系のPZT系セラミックス材料;PbTiO3系セラミックス材料;LiNbO3系セラミックス材料;BaTiO3−SiO2−Al23やBaTiO3−Nb25といったBaTiO3系セラミックス材料;マグネシウム・ニオブ酸鉛[Pb(Mg,Nb)O3]系セラミックス材料;ZnO;AlNを例示することができる。 PZT [lead zirconate titanate, Pb (Zr, Ti) O 3 ], which is a solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 ; a PZT ceramic material in which Nb, Co, and Mn are added to PZT Ternary PZT ceramic material obtained by adding perovskite ABO 3 to PZT; PbTiO 3 ceramic material; LiNbO 3 ceramic material; BaTiO 3 such as BaTiO 3 —SiO 2 —Al 2 O 3 and BaTiO 3 —Nb 2 O 5 Examples thereof include: 3 series ceramic materials; magnesium-lead niobate [Pb (Mg, Nb) O 3 ] series ceramic materials; ZnO; AlN.

圧電材料薄膜は、例えば、
(1)RFマグネトロンスパッタリング法等を含むスパッタリング法や、エキシマレーザ等を用いたレーザアブレーション法といった各種物理的気相成長法(PVD法)
(2)原料として、例えば、Pb(C254、Zr(DPM)4、Ti(i−C37O)4等の有機金属化合物を用いたMOCVD法
(3)例えば、酢酸鉛[Pb(CH3COOH)2]、チタンイソプロポキシド[Ti(OCH(CH324]、及び、ジルコンイソプロポキシド[Zr(OCH2CH2CH34]を金属原料として用い、係る原料溶液をスピンコーティング法等で成膜し、熱処理することによって緻密化、結晶化させて圧電材料薄膜を得るゾル・ゲル法
(4)PZT系セラミックス材料粉末をスラリー化し、スピンコーティング法等に基づき圧電材料薄膜を成膜するコンポジット法を含む、スピンコーティング法
(5)スクリーン印刷法
(6)メッキ法、
(7)ジルコニウム、チタン等の水溶液を圧力容器内に入れ、加熱、加圧することで圧電材料薄膜を成膜する水熱合成法
(8)サブミクロンサイズの原料粉末を合すと混合してエアロゾルとし、吹き付けることで圧電材料薄膜を成膜するエアロゾルデポジッション法
等によって成膜することができる。
The piezoelectric material thin film is, for example,
(1) Various physical vapor deposition methods (PVD method) such as sputtering method including RF magnetron sputtering method and laser ablation method using excimer laser etc.
(2) MOCVD method using an organic metal compound such as Pb (C 2 H 5 ) 4 , Zr (DPM) 4 , Ti (i-C 3 H 7 O) 4 as a raw material (3) For example, acetic acid Lead [Pb (CH 3 COOH) 2 ], titanium isopropoxide [Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ] and zircon isopropoxide [Zr (OCH 2 CH 2 CH 3 ) 4 ] as metal raw materials A sol-gel method in which a piezoelectric material thin film is obtained by forming a film of the raw material solution by a spin coating method or the like and then heat-treating and densifying it. (4) Slurry a PZT ceramic material powder, and spin coating method Spin coating method (5) screen printing method (6) plating method, including composite method for forming a piezoelectric material thin film based on
(7) Hydrothermal synthesis method in which an aqueous solution of zirconium, titanium or the like is placed in a pressure vessel, and heated and pressurized to form a piezoelectric material thin film. (8) Submicron-sized raw material powder is mixed and mixed to form an aerosol. Then, it can be formed by an aerosol deposition method or the like for forming a piezoelectric material thin film by spraying.

変位部材を構成する基層(支持構造体)と圧電材料薄膜との間には下部電極を設け、圧電材料薄膜の上には上部電極を設ける。下部電極として、Pt/Ti積層構造を挙げることができる。尚、Ti層が基層と接し、Ti層は密着層として機能する。また、上部電極を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、酸化ルテニウム(RuOX)、酸化イリジウム(IrOX)、又は酸化イリジウム−ハフニウム(Ir−Hf−O系材料)、Ru、Ru2/Ruの積層構造、Ir、IrO2/Irの積層構造、Pt、Pd、Pt/Tiの積層構造、Pt/Taの積層構造、Pt/Ti/Taの積層構造、La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)、Pt/LSCOの積層構造、YBa2Cu37を例示することができる。電極の成膜は、スパッタリング法やパルスレーザアブレーション法にて行うことができる。また、電極のパターニングは、例えばイオンミーリング法やRIE法にて行うことができる。 A lower electrode is provided between the base layer (support structure) constituting the displacement member and the piezoelectric material thin film, and an upper electrode is provided on the piezoelectric material thin film. An example of the lower electrode is a Pt / Ti laminated structure. The Ti layer is in contact with the base layer, and the Ti layer functions as an adhesion layer. Moreover, platinum (Pt), gold (Au), ruthenium oxide (RuO x ), iridium oxide (IrO x ), or iridium oxide-hafnium (Ir—Hf—O-based material), Ru are used as the material constituting the upper electrode. , Ru 2 / Ru laminated structure, Ir, IrO 2 / Ir laminated structure, Pt, Pd, Pt / Ti laminated structure, Pt / Ta laminated structure, Pt / Ti / Ta laminated structure, La 0.5 Sr 0.5 Examples include CoO 3 (LSCO), a laminated structure of Pt / LSCO, and YBa 2 Cu 3 O 7 . The electrode can be formed by sputtering or pulsed laser ablation. The patterning of the electrode can be performed by, for example, an ion milling method or an RIE method.

変位部材を静電駆動アクチュエータから構成する場合、変位部材に可動電極を設け、変位部材の下方に駆動電極を設け、変位部材の可動電極と駆動電極との間に生じる静電力によって、変位部材を駆動(上下動)させればよい。   When the displacement member is composed of an electrostatic drive actuator, a movable electrode is provided on the displacement member, a drive electrode is provided below the displacement member, and the displacement member is moved by an electrostatic force generated between the movable electrode and the drive electrode of the displacement member. It may be driven (moved up and down).

変位部材を熱駆動アクチュエータから構成する場合、熱膨張係数の異なる2種類の材料層(例えば、Si層とAu層の積層構造、Si層とAl層の積層構造、熱膨張係数の異なるポリイミド層の積層構造)を積層した熱バイモルフ型とし、これらの2種類の材料層に例えば電流を流すことで温度変化を生じさせる。その結果、変位部材が撓み、これによって、変位部材が駆動(上下動)される。あるいは、厚さの異なる2本の梁を先端で結合したU字型とし、電流を流すと、細い梁構造の方が太い梁構造よりも抵抗値が高いので発熱量が多く、その結果、変位部材が太い梁構造に向かって曲がり、変位部材が駆動(上下動)される。あるいは又、変位部材を、例えばTiとNiの合金から成る形状記憶合金から構成してもよい。   When the displacement member is composed of a thermally driven actuator, two types of material layers having different thermal expansion coefficients (for example, a laminated structure of Si layer and Au layer, a laminated structure of Si layer and Al layer, a polyimide layer having different thermal expansion coefficients) A thermal bimorph type having a laminated structure is formed, and a temperature change is caused by, for example, passing an electric current through these two kinds of material layers. As a result, the displacement member bends and thereby the displacement member is driven (moved up and down). Alternatively, if two beams with different thicknesses are combined into U-shapes at the tip and current is passed, the thin beam structure has a higher resistance value than the thick beam structure, resulting in more heat generation, resulting in displacement The member bends toward the thick beam structure, and the displacement member is driven (moved up and down). Alternatively, the displacement member may be made of a shape memory alloy made of, for example, an alloy of Ti and Ni.

ミラーを構成する光反射層は、ミラー本体部の表面(おもてめん)に形成された金属膜あるいは合金膜から構成することができ、例えば、各種の物理的気相成長法(PVD法)や各種の化学的気相成長法(CVD法)にて形成することができる。光反射層を構成する材料として、具体的には、金(Au)、銀(Au)、アルミニウム(Al)を例示することができる。ミラー本体部は、具体的には、例えば、シリコン層、あるいは、酸化シリコン層、あるいは、シリコン層と酸化シリコン層との積層構造から構成することができる。ミラー本体部の外形形状は、円形、楕円形、長円形(半円と2本の線分が組み合わされた形状)、正方形、長方形、台形等を含む矩形等、本質的に任意の形状とすることができる。また、光反射層の外形形状も、円形、楕円形、長円形、正方形、長方形、台形等を含む矩形等、本質的に任意の形状とすることができる。ミラー本体部と光反射層とを、同じ、あるいは、類似、あるいは、相似した外形形状としてもよいし、異なる外形形状としてもよい。更には、ミラー本体部と光反射層とを大きさとしてもよいし、光反射層よりもミラー本体部を大きくしてもよい。場合によっては、ミラー本体部を、光反射層支持部、及び、光反射層支持部を取り囲む可動フレームから構成してもよく、この場合、可動フレームの四隅近傍の可動フレーム裏面に複数の支柱の上端部を固定すればよく、また、可動フレームと光反射層支持部とを連結した状態で一体的に形成すればよい。支柱は、基本的に伸縮することの無い、剛体から構成されており、より具体的には、例えば、シリコン、あるいは、酸化シリコン、あるいは、シリコンと酸化シリコンとの組合せから構成することができる。支柱の軸線に垂直な面で支柱を切断したときの支柱の断面形状は、円形、楕円形、長円形、正方形、長方形、台形等を含む矩形等、本質的に任意の形状とすることができる。支柱及び変位部材の数は、上述したとおり、4であることが好ましいが、これに限定するものではなく、3、あるいは、5以上であってもよい。   The light reflecting layer constituting the mirror can be composed of a metal film or an alloy film formed on the surface of the mirror main body (for example, various kinds of physical vapor deposition methods (PVD methods)). And various chemical vapor deposition methods (CVD methods). Specific examples of the material constituting the light reflection layer include gold (Au), silver (Au), and aluminum (Al). Specifically, the mirror main body can be constituted by, for example, a silicon layer, a silicon oxide layer, or a stacked structure of a silicon layer and a silicon oxide layer. The external shape of the mirror main body is essentially an arbitrary shape such as a circle, an ellipse, an oval (a combination of a semicircle and two line segments), a square, a rectangle, a rectangle including a trapezoid, and the like. be able to. Also, the outer shape of the light reflecting layer can be essentially any shape such as a circle, an ellipse, an oval, a square, a rectangle, a rectangle including a trapezoid, and the like. The mirror main body and the light reflecting layer may have the same, similar, or similar outer shape, or may have different outer shapes. Furthermore, the mirror main body and the light reflecting layer may be made larger, or the mirror main body may be made larger than the light reflecting layer. In some cases, the mirror main body portion may be composed of a light reflecting layer supporting portion and a movable frame surrounding the light reflecting layer supporting portion. In this case, a plurality of support columns are provided on the back surface of the movable frame near the four corners of the movable frame. What is necessary is just to fix an upper end part, and what is necessary is just to form integrally in the state which connected the movable frame and the light reflection layer support part. The strut is basically composed of a rigid body that does not expand and contract, and more specifically can be composed of, for example, silicon, silicon oxide, or a combination of silicon and silicon oxide. The cross-sectional shape of the column when the column is cut along a plane perpendicular to the axis of the column can be essentially any shape such as a circle, ellipse, oval, square, rectangle, trapezoid, and other rectangles. . As described above, the number of columns and displacement members is preferably four, but is not limited to this, and may be three or five or more.

支柱の上端部はミラー本体部の裏面に固定されているが、具体的には、支柱とミラー本体部とを、例えば、周知の接合技術(ボンディング技術)によって接合すればよい。ここで、接合技術(ボンディング技術)として、エポキシ系接着剤、BCB(Benzo-CycloButene)、CYTOP等の有機系材料、ガラスフリット、水ガラス等を接着層として用いる方法だけでなく、ハンダ層等を接着層として用いる方法、陽極接合法、酸素等のプラズマによってウエハ表面を処理する方法を含むウエハ直接接合法、表面活性化常温接合法を挙げることもできる。支柱の下端部は変位部材の一端部に固定されているが、具体的には、例えば、支柱を変位部材上に形成すればよい。変位部材の他端部は支持部に固定されているが、具体的には、例えば、支持部を変位部材の他端部上に形成すればよい。トーションバーは周知の加工方法に基づくミラーの加工によって形成することができる。   Although the upper end part of the support | pillar is being fixed to the back surface of a mirror main-body part, what is necessary is just to join a support | pillar and a mirror main-body part, for example with a well-known joining technique (bonding technique). Here, as a bonding technique (bonding technique), not only a method using an epoxy-based adhesive, an organic material such as BCB (Benzo-CycloButene), CYTOP, glass frit, water glass, etc., but also a solder layer, etc. Examples thereof include a method used as an adhesive layer, an anodic bonding method, a wafer direct bonding method including a method of treating a wafer surface with plasma such as oxygen, and a surface activated room temperature bonding method. Although the lower end part of the support | pillar is being fixed to the one end part of a displacement member, what is necessary is just to form a support | pillar on a displacement member specifically, for example. The other end portion of the displacement member is fixed to the support portion. Specifically, for example, the support portion may be formed on the other end portion of the displacement member. The torsion bar can be formed by processing a mirror based on a known processing method.

本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、画像表示装置を、1つ備えていてもよいし(片眼型)、2つ備えていてもよい(両眼型)。   The head-mounted display of the present invention may include one image display device (one eye type) or two (binocular type).

本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、フレームは観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた2つのテンプル部と、各テンプル部の先端部に取り付けられたモダン部から成り、更には、ノーズパッドを備えている。フレーム及びノーズパッドの組立体は、リムが無い点を除き、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。フレームを構成する材料は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から構成することができる。   In the head-mounted display of the present invention, the frame includes a front part disposed in front of the observer, two temple parts rotatably attached to both ends of the front part via hinges, and each temple part. It consists of a modern part attached to the tip, and it also has a nose pad. The frame and nose pad assembly has substantially the same structure as normal glasses except that there is no rim. The material constituting the frame can be composed of the same material as that constituting normal glasses such as metal, alloy, plastic, and a combination thereof.

そして、頭部装着型ディスプレイのデザイン上、あるいは、頭部装着型ディスプレイの装着の容易性といった観点から、1あるいは2の画像生成装置からの配線(信号線や電源線等)が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部から外部に延び、外部回路(制御回路)に接続されている形態とすることが望ましい。更には、各画像生成装置はヘッドホン部を備えており、各画像生成装置からのヘッドホン部用配線が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部からヘッドホン部へと延びている形態とすることが一層望ましい。ヘッドホン部として、例えば、インナーイヤー型のヘッドホン部、カナル型のヘッドホン部を挙げることができる。ヘッドホン部用配線は、より具体的には、モダン部の先端部から、耳介(耳殻)の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部へと延びている形態とすることが好ましい。   From the viewpoint of the design of the head-mounted display or the ease of mounting of the head-mounted display, the wiring (signal lines, power lines, etc.) from one or two image generation devices is connected to the temple section, And, it is desirable to extend from the front end of the modern part to the outside through the inside of the modern part and to be connected to an external circuit (control circuit). Further, each image generation device includes a headphone unit, and the headphone unit wiring from each image generation device is routed from the tip of the modern unit to the headphone unit via the inside of the temple unit and the modern unit. It is more desirable to have an extended form. Examples of the headphone unit include an inner ear type headphone unit and a canal type headphone unit. More specifically, the headphone part wiring preferably has a form extending from the tip part of the modern part to the headphone part so as to wrap around the back side of the auricle (ear shell).

本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、撮像装置は、フロント部の中央部分に取り付けられている形態とすることができる。撮像装置は、具体的には、例えば、CCDあるいはCMOSセンサーから成る固体撮像素子とレンズから構成されている。撮像装置からの配線は、例えば、フロント部の裏面を通し、一方の画像表示装置に接続すればよく、更には、画像生成装置から延びる配線に含ませればよい。   In the head-mounted display of the present invention, the imaging device can be configured to be attached to the central portion of the front portion. Specifically, the imaging device is configured by a solid-state imaging device and a lens made up of, for example, a CCD or a CMOS sensor. The wiring from the imaging device may be connected to one image display device through the back surface of the front portion, for example, and may be included in the wiring extending from the image generation device.

本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、導光手段は、
(a)全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置され、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を偏向させる第1偏向手段、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を導光板から出射させるために、導光板の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段、
から構成されている形態とすることができる。尚、「全反射」という用語は、内部全反射、あるいは、導光板内部における全反射を意味する。以下においても同様である。
In the head-mounted display of the present invention, the light guide means is
(A) A light guide plate that is disposed on the center side of the observer's face as a whole, is incident on the light emitted from the image generation apparatus, is guided, and is emitted toward the observer's pupil;
(B) first deflecting means for deflecting the light incident on the light guide plate so that the light incident on the light guide plate is totally reflected inside the light guide plate; and
(C) a second deflecting means for deflecting the light propagated through the light guide plate by total reflection a plurality of times in order to emit the light propagated through the light guide plate by total reflection from the light guide plate;
It can be set as the form comprised from. The term “total reflection” means total internal reflection or total reflection inside the light guide plate. The same applies to the following.

そして、本発明の頭部装着型ディスプレイにおけるこのような形態において、第1偏向手段は、導光板に入射された光を反射し;第2偏向手段は、導光板の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する構成とすることができる。更には、この場合、第1偏向手段は反射鏡として機能し、第2偏向手段は半透過鏡として機能する構成とすることができる。   And in such a form in the head mounted display of this invention, the 1st deflection means reflects the light which injected into the light-guide plate; the 2nd deflection means propagated the inside of the light-guide plate by total reflection The light can be transmitted and reflected over a plurality of times. Furthermore, in this case, the first deflecting unit may function as a reflecting mirror, and the second deflecting unit may function as a semi-transmissive mirror.

このような構成において、第1偏向手段は、例えば、合金を含む金属から構成され、導光板に入射された光を反射させる光反射膜(一種のミラー)や、導光板に入射された光を回折させる回折格子(例えば、ホログラム回折格子膜)から構成することができる。また、第2偏向手段は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体や、ハーフミラー、偏光ビームスプリッター、ホログラム回折格子膜から構成することができる。そして、第1偏向手段や第2偏向手段は、導光板の内部に配設されている(導光板の内部に組み込まれている)が、第1偏向手段においては、導光板に入射された平行光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された平行光が反射又は回折される。一方、第2偏向手段においては、導光板の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射又は回折され、導光板から平行光の状態で出射される。   In such a configuration, the first deflecting means is made of, for example, a metal containing an alloy, and reflects light incident on the light guide plate (a kind of mirror) or light incident on the light guide plate. A diffraction grating (for example, a hologram diffraction grating film) to be diffracted can be used. Further, the second deflecting means can be constituted by a multilayer laminated structure in which a large number of dielectric laminated films are laminated, a half mirror, a polarization beam splitter, or a hologram diffraction grating film. The first deflecting unit and the second deflecting unit are disposed inside the light guide plate (incorporated inside the light guide plate), but in the first deflecting unit, the parallel light incident on the light guide plate is provided. The parallel light incident on the light guide plate is reflected or diffracted so that the light is totally reflected inside the light guide plate. On the other hand, in the second deflecting means, the parallel light propagated by total reflection inside the light guide plate is reflected or diffracted multiple times and emitted from the light guide plate in the state of parallel light.

あるいは又、本発明の頭部装着型ディスプレイにおけるこのような形態において、第1偏向手段は、導光板に入射された光を回折し;第2偏向手段は、導光板の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する構成とすることができる。そして、この場合、第1偏向手段及び第2偏向手段は回折格子素子から成る形態とすることができ、更には、回折格子素子は、反射型回折格子素子から成り、あるいは又、透過型回折格子素子から成り、あるいは又、一方の回折格子素子は反射型回折格子素子から成り、他方の回折格子素子は透過型回折格子素子から成る構成とすることができる。尚、反射型回折格子素子として、反射型体積ホログラム回折格子を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第1偏向手段を、便宜上、『第1回折格子部材』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第2偏向手段を、便宜上、『第2回折格子部材』と呼ぶ場合がある。   Alternatively, in such a form of the head-mounted display of the present invention, the first deflecting means diffracts the light incident on the light guide plate; the second deflecting means propagates through the light guide plate by total reflection. It is possible to adopt a configuration that diffracts the emitted light over a plurality of times. In this case, the first deflecting means and the second deflecting means can be formed of a diffraction grating element. Further, the diffraction grating element is composed of a reflection type diffraction grating element, or alternatively, a transmission type diffraction grating. Alternatively, one diffraction grating element can be a reflection type diffraction grating element, and the other diffraction grating element can be a transmission type diffraction grating element. An example of the reflective diffraction grating element is a reflective volume hologram diffraction grating. The first deflecting means composed of the reflective volume hologram diffraction grating is referred to as a “first diffraction grating member” for convenience, and the second deflecting means composed of the reflective volume hologram diffraction grating is referred to as “second diffraction grating member” for convenience. Sometimes called.

第1回折格子部材あるいは第2回折格子部材を、異なるP種類(例えば、P=3であり、赤色、緑色、青色の3種類)の波長帯域(あるいは、波長)を有するP種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。尚、各回折格子層には1種類の波長帯域(あるいは、波長)に対応する干渉縞が形成されている。あるいは又、異なるP種類の波長帯域(あるいは、波長)を有するP種類の光の回折反射に対応するために、1層の回折格子層から成る第1回折格子部材あるいは第2回折格子部材にP種類の干渉縞が形成されている構成とすることもできる。あるいは又、画角を例えば三等分して、第1回折格子部材あるいは第2回折格子部材を、各画角に対応する回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。そして、これらの構成を採用することで、各波長帯域(あるいは、波長)を有する光が第1回折格子部材あるいは第2回折格子部材において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。   Diffraction of P types of light having different P types (for example, P = 3, three types of red, green, and blue) wavelength bands (or wavelengths) from the first diffraction grating member or the second diffraction grating member. In order to cope with reflection, a P-layer diffraction grating layer composed of a reflective volume hologram diffraction grating can be laminated. Each diffraction grating layer is formed with interference fringes corresponding to one type of wavelength band (or wavelength). Alternatively, in order to cope with diffraction reflection of P types of light having different P types of wavelength bands (or wavelengths), P is applied to the first diffraction grating member or the second diffraction grating member formed of one diffraction grating layer. It can also be set as the structure in which the kind of interference fringe is formed. Alternatively, for example, the angle of view can be divided into three equal parts, and the first diffraction grating member or the second diffraction grating member can be configured by laminating diffraction grating layers corresponding to each angle of view. By adopting these configurations, the diffraction efficiency increases when the light having each wavelength band (or wavelength) is diffracted and reflected by the first diffraction grating member or the second diffraction grating member, and the diffraction acceptance angle is increased. Increase and optimization of the diffraction angle can be achieved.

第1回折格子部材及び第2回折格子部材を構成する材料として、フォトポリマー材料を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第1回折格子部材及び第2回折格子部材の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。反射型体積ホログラム回折格子とは、+1次の回折光のみを回折反射するホログラム回折格子を意味する。回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材を構成する部材(例えば、フォトポリマー材料)に対して一方の側の第1の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材を構成する部材に対して他方の側の第2の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材を構成する部材の内部に記録すればよい。第1の所定の方向、第2の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角(スラント角)を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材(あるいは回折格子層)の表面と干渉縞の成す角度を意味する。第1回折格子部材及び第2回折格子部材を、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層の積層構造から構成する場合、このような回折格子層の積層は、P層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、P層の回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層(接着)すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて1層の回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼り付けて回折格子層を作製することで、P層の回折格子層を作製してもよい。   As a material constituting the first diffraction grating member and the second diffraction grating member, a photopolymer material can be cited. The constituent materials and basic structure of the first diffraction grating member and the second diffraction grating member made of the reflective volume hologram diffraction grating may be the same as those of the conventional reflective volume hologram diffraction grating. The reflection type volume hologram diffraction grating means a hologram diffraction grating that diffracts and reflects only + 1st order diffracted light. Interference fringes are formed on the diffraction grating member from the inside to the surface, and the method for forming the interference fringes itself may be the same as the conventional forming method. Specifically, for example, a member constituting the diffraction grating member is irradiated with object light from a first predetermined direction on one side to a member constituting the diffraction grating member (for example, photopolymer material), and at the same time Is irradiated with reference light from a second predetermined direction on the other side, and interference fringes formed by the object light and the reference light may be recorded inside the member constituting the diffraction grating member. By appropriately selecting the first predetermined direction, the second predetermined direction, the wavelength of the object light and the reference light, the desired pitch of the interference fringes on the surface of the diffraction grating member, the desired inclination angle of the interference fringes ( Slant angle) can be obtained. The inclination angle of the interference fringes means an angle formed between the surface of the diffraction grating member (or the diffraction grating layer) and the interference fringes. In the case where the first diffraction grating member and the second diffraction grating member are formed of a laminated structure of P-layer diffraction grating layers made of a reflective volume hologram diffraction grating, such a diffraction grating layer is laminated with a P-layer diffraction grating. After each layer is produced separately, the P diffraction grating layer may be laminated (adhered) using, for example, an ultraviolet curable adhesive. In addition, after producing a single diffraction grating layer using a photopolymer material having adhesiveness, the photopolymer material having adhesiveness is sequentially attached thereon to produce a diffraction grating layer, whereby the P layer A diffraction grating layer may be produced.

あるいは又、本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、導光手段は、画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置され、画像生成装置から出射された光が入射され、観察者の瞳に向かって出射される半透過ミラーから構成されている形態とすることができる。尚、画像生成装置から出射された光は、空気中を伝播して半透過ミラーに入射する構造としてもよいし、例えば、ガラス板やプラスチック板等の透明な部材(具体的には、後述する導光板を構成する材料と同様の材料から成る部材)の内部を伝播して半透過ミラーに入射する構造としてもよい。尚、半透過ミラーを、この透明な部材を介して画像生成装置に取り付けてもよいし、半透過ミラーを、この透明な部材とは別の部材を介して画像生成装置に取り付けてもよい。   Alternatively, in the head-mounted display of the present invention, the light guide means is disposed closer to the center of the observer's face than the image generating device, and the light emitted from the image generating device is incident thereon, and the observer's pupil It can be set as the form comprised from the semi-transmission mirror radiate | emitted toward. The light emitted from the image generating apparatus may be structured to propagate in the air and enter the semi-transmissive mirror, or, for example, a transparent member such as a glass plate or a plastic plate (specifically, described later) A structure may be adopted in which the light propagates through the inside of a member made of the same material as the material constituting the light guide plate and enters the semi-transmissive mirror. Note that the semi-transmissive mirror may be attached to the image generating apparatus through this transparent member, or the semi-transmissive mirror may be attached to the image generating apparatus through a member different from the transparent member.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、画像生成装置は、
(イ)光源、
(ロ)光源から出射された光を平行光とするコリメート光学系、
(ハ)コリメート光学系から出射された平行光を走査する走査手段、及び、
(ニ)走査手段によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系、
から構成されている形態とすることができる。
In the head-mounted display of the present invention including the preferred form and configuration described above, the image generation device includes:
(B) Light source,
(B) a collimating optical system that collimates the light emitted from the light source;
(C) scanning means for scanning parallel light emitted from the collimating optical system; and
(D) a relay optical system that relays and emits parallel light scanned by the scanning means;
It can be set as the form comprised from.

ここで、走査手段が、本発明の光反射装置組立体に相当する。即ち、コリメート光学系から出射された平行光は、光反射装置組立体を構成するミラー構造体によって走査・反射され、光反射装置に入射し、光反射装置から出射され、リレー光学系を経由して導光手段に入射する。あるいは又、コリメート光学系から出射された平行光は、光反射装置に入射し、光反射装置から出射され、ミラー構造体によって走査・反射され、光反射装置に再入射し、光反射装置から出射され、導光手段に入射する。ミラー構造体の数は、例えば、1である。   Here, the scanning means corresponds to the light reflecting device assembly of the present invention. That is, the parallel light emitted from the collimating optical system is scanned and reflected by the mirror structure constituting the light reflecting device assembly, enters the light reflecting device, is emitted from the light reflecting device, and passes through the relay optical system. Incident on the light guiding means. Alternatively, the parallel light emitted from the collimating optical system enters the light reflecting device, is emitted from the light reflecting device, is scanned and reflected by the mirror structure, reenters the light reflecting device, and is emitted from the light reflecting device. And enters the light guiding means. The number of mirror structures is, for example, 1.

このような構成の画像生成装置における光源として発光素子を挙げることができ、具体的には、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を挙げることができる。また、発光素子として、例えば、半導体レーザ素子や固体レーザ、LEDを例示することができる。このような構成の画像生成装置における画素(仮想の画素)の数も、頭部装着型ディスプレイに要求される仕様に基づき決定すればよく、画素(仮想の画素)の数の具体的な値として、320×240、640×480、854×480、1024×768、1920×1080を例示することができる。また、光源を赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子から構成する場合、例えば、クロスプリズムを用いて色合成を行うことが好ましい。リレー光学系は、周知のリレー光学系から構成すればよい。   Examples of the light source in the image generating apparatus having such a configuration include a light emitting element, and specifically, a red light emitting element, a green light emitting element, a blue light emitting element, and a white light emitting element. Moreover, as a light emitting element, a semiconductor laser element, a solid state laser, and LED can be illustrated, for example. The number of pixels (virtual pixels) in the image generating apparatus having such a configuration may be determined based on the specifications required for the head-mounted display. As a specific value of the number of pixels (virtual pixels), 320 × 240, 640 × 480, 854 × 480, 1024 × 768, and 1920 × 1080. Further, when the light source is composed of a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element, it is preferable to perform color synthesis using, for example, a cross prism. What is necessary is just to comprise a relay optical system from a known relay optical system.

このような構成の画像生成装置において、コリメート光学系にて複数の平行光とされた光を導光板に入射させるが、このような、平行光であることの要請は、これらの光が導光板へ入射したときの光波面情報が、第1偏向手段と第2偏向手段を介して導光板から出射された後も保存される必要があることに基づく。尚、複数の平行光を生成させるためには、具体的には、コリメート光学系における焦点距離の所(位置)に、例えば、クロスプリズムにおける光出射部を位置させればよい。コリメート光学系は、画素の位置情報を導光手段の光学系における角度情報に変換する機能を有する。コリメート光学系として、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、ホログラムレンズを、単独、若しくは、組み合わせた、全体として正の光学的パワーを持つ光学系を例示することができる。   In the image generating apparatus having such a configuration, the collimated optical system makes a plurality of parallel lights incident on the light guide plate. However, the request for such parallel light is that these lights are the light guide plate. This is based on the fact that the light wavefront information at the time of incidence on the light needs to be preserved even after being emitted from the light guide plate via the first deflecting means and the second deflecting means. Note that, in order to generate a plurality of parallel lights, specifically, for example, a light emitting portion in a cross prism may be positioned at a position (position) of a focal length in a collimating optical system. The collimating optical system has a function of converting pixel position information into angle information in the optical system of the light guide. As the collimating optical system, an optical system having a positive optical power as a whole, which is a single lens or a combination of a convex lens, a concave lens, a free-form surface prism, and a hologram lens, can be exemplified.

導光板は、導光板の軸線(Y’方向)と平行に延びる2つの平行面(第1面及び第2面)を有している。光が入射する導光板の面を導光板入射面、光が出射する導光板の面を導光板出射面としたとき、第1面によって導光板入射面及び導光板出射面が構成されていてもよいし、第1面によって導光板入射面が構成され、第2面によって導光板出射面が構成されていてもよい。導光板を構成する材料として、石英ガラスやBK7等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料(例えば、PMMA、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、AS樹脂を含むスチレン系樹脂)を挙げることができる。導光板の形状は、平板に限定するものではなく、湾曲した形状を有していてもよい。   The light guide plate has two parallel surfaces (a first surface and a second surface) extending parallel to the axis (Y ′ direction) of the light guide plate. When the surface of the light guide plate on which light is incident is the light guide plate entrance surface, and the surface of the light guide plate on which light is emitted is the light guide plate exit surface, the light guide plate entrance surface and the light guide plate exit surface are configured by the first surface. Alternatively, the light guide plate entrance surface may be configured by the first surface, and the light guide plate exit surface may be configured by the second surface. As a material constituting the light guide plate, glass containing optical glass such as quartz glass or BK7, or plastic material (for example, PMMA, polycarbonate resin, acrylic resin, amorphous polypropylene resin, styrene resin containing AS resin) ). The shape of the light guide plate is not limited to a flat plate, and may have a curved shape.

本発明の頭部装着型ディスプレイを両眼型とする場合、
導光手段は、全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置されており、
2つの画像表示装置を結合する結合部材を更に有し、
結合部材は、観察者の2つの瞳の間に位置するフレームの中央部分の観察者に面する側に取り付けられており、
結合部材の射影像は、フレームの射影像内に含まれる構成とすることが好ましい。
When the head-mounted display of the present invention is binocular,
The light guiding means is disposed on the center side of the observer's face as a whole than the image generating device,
A coupling member that couples the two image display devices;
The coupling member is attached to the observer-facing side of the central part of the frame located between the two pupils of the observer,
The projection image of the coupling member is preferably included in the projection image of the frame.

このように、結合部材を、観察者の2つの瞳の間に位置するフレームの中央部分に取り付けられている構造とすることによって、即ち、画像表示装置は、フレームに、直接、取り付けられた構造とはなっていなければ、観察者がフレームを頭部に装着したとき、テンプル部が外側に向かって広がった状態となり、その結果、フレームが変形したとしても、係るフレームの変形によって、画像生成装置あるいは導光手段の変位(位置変化)が生じることがないか、生じたとしても、極僅かである。それ故、左右の画像の輻輳角が変化してしまうことを確実に防止することができる。しかも、フレームのフロント部の剛性を高める必要がないので、フレームの重量増加、デザイン性の低下、コストの増加を招くことがない。また、画像表示装置は、眼鏡型のフレームに、直接、取り付けられていないので、観察者の嗜好によってフレームのデザインや色等を自由に選択することが可能であるし、フレームのデザインが受ける制約も少なく、デザイン上の自由度が高い。加えて、結合部材は、観察者とフレームとの間に配置されており、しかも、結合部材の射影像は、フレームの射影像内に含まれる。云い換えれば、観察者の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材はフレームによって隠されている。従って、高いデザイン性、意匠性を頭部装着型ディスプレイに与えることができる。   In this way, the coupling member is structured to be attached to the central portion of the frame located between the two pupils of the observer, that is, the image display apparatus is directly attached to the frame. Otherwise, when the observer wears the frame on the head, the temple portion spreads outward, and as a result, even if the frame is deformed, the image generation apparatus Alternatively, the displacement (position change) of the light guide means does not occur or even if it occurs. Therefore, it is possible to reliably prevent the convergence angle of the left and right images from changing. In addition, since it is not necessary to increase the rigidity of the front portion of the frame, there is no increase in the weight of the frame, a decrease in design, and an increase in cost. Further, since the image display device is not directly attached to the eyeglass-type frame, it is possible to freely select the frame design and color according to the preference of the observer, and the restrictions imposed by the frame design There are few, and the freedom degree in design is high. In addition, the coupling member is disposed between the observer and the frame, and the projection image of the coupling member is included in the projection image of the frame. In other words, when the head-mounted display is viewed from the front of the observer, the coupling member is hidden by the frame. Therefore, high design and design can be given to the head-mounted display.

尚、結合部材は、観察者の2つの瞳の間に位置するフロント部の中央部分(通常の眼鏡におけるブリッジの部分に相当する)の観察者に面する側に取り付けられている構成とすることが好ましい。   Note that the coupling member is configured to be attached to the side facing the observer of the central part of the front part (corresponding to the bridge part in normal glasses) located between the two pupils of the observer. Is preferred.

結合部材によって2つの画像表示装置が結合されているが、具体的には、結合部材の各端部に、画像生成装置が、取付け状態調整可能に取り付けられている形態とすることができる。そして、この場合、各画像生成装置は、観察者の瞳よりも外側に位置している構成とすることが好ましい。更には、このような構成にあっては、一方の画像生成装置の取付部中心とフレームの一端部(一方の智、ヨロイ)との間の距離をα、結合部材の中心からフレームの一端部(一方の智)までの距離をβ、他方の画像生成装置の取付部中心とフレームの一端部(一方の智)との間の距離をγ、フレームの長さをLとしたとき、0.01×L≦α≦0.30×L、好ましくは、0.05×L≦α≦0.25×L、0.35×L≦β≦0.65×L、好ましくは、0.45×L≦β≦0.55×L、0.70×L≦γ≦0.99×L、好ましくは、0.75×L≦γ≦0.95×Lを満足することが望ましい。結合部材の各端部への画像生成装置の取付けは、具体的には、例えば、結合部材の各端部の3箇所に貫通孔を設け、貫通孔に対応した螺合部を画像生成装置に設け、各貫通孔にビスを通し、画像生成装置に設けられた螺合部に螺合させる。ビスと螺合部との間にはバネを挿入しておく。こうして、ビスの締め付け状態によって、画像生成装置の取付け状態(結合部材に対する画像生成装置の傾き)を調整することができる。   The two image display devices are coupled to each other by the coupling member. Specifically, the image generation device can be attached to each end of the coupling member so that the mounting state can be adjusted. In this case, it is preferable that each image generating device is located outside the observer's pupil. Furthermore, in such a configuration, the distance between the center of the mounting portion of one image generating apparatus and one end of the frame (one wisdom, armor) is α, and the end of the frame from the center of the coupling member When the distance to (one wisdom) is β, the distance between the attachment center of the other image generating apparatus and one end of the frame (one wisdom) is γ, and the length of the frame is L. 01 × L ≦ α ≦ 0.30 × L, preferably 0.05 × L ≦ α ≦ 0.25 × L, 0.35 × L ≦ β ≦ 0.65 × L, preferably 0.45 × It is desirable to satisfy L ≦ β ≦ 0.55 × L, 0.70 × L ≦ γ ≦ 0.99 × L, and preferably satisfy 0.75 × L ≦ γ ≦ 0.95 × L. Specifically, for example, the attachment of the image generating device to each end of the coupling member is provided with three through holes at each end of the coupling member, and screwed portions corresponding to the through holes are provided in the image generating device. The screw is passed through each through hole and screwed into a screwing portion provided in the image generating apparatus. A spring is inserted between the screw and the screwing portion. Thus, the mounting state of the image generating device (the inclination of the image generating device with respect to the coupling member) can be adjusted by the tightening state of the screws.

ここで、画像生成装置の取付部中心とは、画像生成装置が結合部材に取り付けられている状態において、画像生成装置及びフレームを仮想平面に射影したときに得られる画像生成装置の射影像が、フレームの射影像の重なっている部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。また、結合部材の中心とは、結合部材がフレームに取り付けられている状態において、結合部材がフレームに接している部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。フレームの長さとは、フレームが湾曲している場合、フレームの射影像の長さである。尚、射影方向は、観察者の顔に対して垂直な方向とする。   Here, the attachment center of the image generation device is a projection image of the image generation device obtained when the image generation device and the frame are projected onto a virtual plane in a state where the image generation device is attached to the coupling member. A bisection point along the axial direction of the frame where the projected images of the frame overlap. The center of the coupling member refers to a bisector along the axial direction of the frame where the coupling member is in contact with the frame when the coupling member is attached to the frame. The frame length is the length of the projected image of the frame when the frame is curved. The projection direction is a direction perpendicular to the face of the observer.

あるいは又、結合部材によって2つの画像表示装置が結合されているが、具体的には、結合部材が、2つの導光手段を結合している形態とすることもできる。尚、2つの導光手段が一体的に作製されている場合があり、このような場合、係る一体的に作製された導光手段に結合部材が取り付けられているが、係る形態も、結合部材が2つの導光手段を結合している形態に包含される。一方の画像生成装置の中心とフレームの一端部との間の距離をα’他方の画像生成装置の中心とフレームの一端部との間の距離をγ’としたとき、α’,γ’の値も上述したα,γの値と同様とすることが望ましい。尚、画像生成装置の中心とは、画像生成装置が導光手段に取り付けられている状態において、画像生成装置及びフレームを仮想平面に射影したときに得られる画像生成装置の射影像が、フレームの射影像の重なっている部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。   Alternatively, although the two image display devices are coupled by the coupling member, specifically, the coupling member may be configured to couple the two light guide means. In some cases, the two light guide means are integrally manufactured. In such a case, the coupling member is attached to the integrally manufactured light guide means. Is included in a form in which two light guide means are combined. Α ′ is the distance between the center of one image generation device and one end of the frame, and α ′ is the distance between the center of the other image generation device and one end of the frame is γ ′. The values are preferably the same as the values of α and γ described above. Note that the center of the image generation device means that the projection image of the image generation device obtained when the image generation device and the frame are projected onto the virtual plane in a state where the image generation device is attached to the light guide means. A bisection point along the axial direction of the frame where the projected images overlap.

結合部材の形状は、結合部材の射影像がフレームの射影像内に含まれる限りにおいて、本質的に任意であり、例えば、棒状、細長い板状を例示することができる。結合部材を構成する材料も、金属や合金、プラスチック、これらの組合せを挙げることができる。   The shape of the coupling member is essentially arbitrary as long as the projection image of the coupling member is included in the projection image of the frame, and examples thereof include a rod shape and an elongated plate shape. Examples of the material constituting the coupling member include metals, alloys, plastics, and combinations thereof.

実施例1は、本発明のフォトニック結晶及び光反射装置に関する。実施例1のフォトニック結晶の概念図を図1の(A)に示すが、実施例1のフォトニック結晶は、断面形状が楕円形の空孔11が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶10である。そして、空孔11の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶10のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっている。また、図2の(A)に波数空間上での分散面を示すように、分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形である。尚、図2の(A)において、分散面のx方向の長さをDx、y方向の長さをDyで示す。ここで、アスペクト比4以上の長方形とは、Dy/Dxの値が4以上であることを意味する。また、図2の(A)において、円形は、真空における分散面を示す。 Example 1 relates to a photonic crystal and a light reflecting device of the present invention. A conceptual diagram of the photonic crystal of Example 1 is shown in FIG. 1A. The photonic crystal of Example 1 is a two-dimensional or more photo in which holes 11 having an elliptical cross section are arranged inside. Nick crystal 10. The arrangement of the holes 11 is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal 10 and the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction are Is different. Further, as shown in FIG. 2A, the dispersion surface in the wave number space is a rectangle having an aspect ratio of 4 or more. In FIG. 2A, the x-direction length of the dispersion surface is denoted by D x , and the y-direction length is denoted by D y . Here, a rectangle having an aspect ratio of 4 or more means that the value of D y / D x is 4 or more. In FIG. 2A, a circle indicates a dispersion surface in a vacuum.

また、実施例1の光反射装置12は、図1の(B)に模式図を示すように、光入射面13、光反射膜15が形成され、光入射面13から入射した光が反射される光反射面14、及び、光反射面14で反射された光が出射される光出射面16を備えた実施例1のフォトニック結晶10(あるいはフォトニック結晶体)から成る。尚、光入射面13、光反射面14及び光出射面16は、平面である。   Further, in the light reflecting device 12 of Example 1, a light incident surface 13 and a light reflecting film 15 are formed, and light incident from the light incident surface 13 is reflected, as shown schematically in FIG. The photonic crystal 10 (or photonic crystal body) of Example 1 provided with the light reflecting surface 14 and the light emitting surface 16 from which the light reflected by the light reflecting surface 14 is emitted. The light incident surface 13, the light reflecting surface 14, and the light emitting surface 16 are flat surfaces.

ここで、実施例1において、フォトニック結晶10は、2次元フォトニック結晶であり、屈折率2.5を有する酸化チタン(TiO2)から成る。空孔11の断面形状、即ち、xy平面で空孔11を切断したときの断面形状は楕円形である。空孔11内には、空気(屈折率:1.0)が充填されている。空孔11の断面形状において、楕円の長軸(長さ:VDL)はy軸と平行であり、短軸(長さ:VDS)はx軸と平行である。空孔11はz軸と平行にフォトニック結晶10の内部を延びている。x軸と平行な辺を短辺、y軸と平行な辺を長辺とした長方形の4つの頂点のそれぞれに空孔11が配置されており、しかも、長方形の中心に更に1つの空孔11が配置されている。尚、フォトニック結晶10、あるいは、光反射装置12、それ自体は、周知の方法で作製することができる。 Here, in Example 1, the photonic crystal 10 is a two-dimensional photonic crystal and is made of titanium oxide (TiO 2 ) having a refractive index of 2.5. The cross-sectional shape of the hole 11, that is, the cross-sectional shape when the hole 11 is cut in the xy plane is an ellipse. The air holes 11 are filled with air (refractive index: 1.0). In the cross-sectional shape of the hole 11, the long axis (length: VD L ) of the ellipse is parallel to the y axis, and the short axis (length: VD S ) is parallel to the x axis. The holes 11 extend inside the photonic crystal 10 in parallel with the z-axis. A hole 11 is arranged at each of four vertices of a rectangle having a side parallel to the x-axis as a short side and a side parallel to the y-axis as a long side, and one more hole 11 at the center of the rectangle. Is arranged. The photonic crystal 10 or the light reflecting device 12 itself can be produced by a known method.

具体的には、
PTy=1.35PTx
VDL=0.75PTx
VDS=0.40PTx
であり、入射光の波長を640nm(赤色)とする場合、PTx=198.4μm、入射光の波長を520nm(緑色)とする場合、PTx=161.2μm、入射光の波長を450nm(青色)とする場合、PTx=139.5μmである。
In particular,
PT y = 1.35PT x
VD L = 0.75PT x
VD S = 0.40PT x
When the wavelength of incident light is 640 nm (red), PT x = 198.4 μm, and when the wavelength of incident light is 520 nm (green), PT x = 161.2 μm and the wavelength of incident light is 450 nm ( In the case of blue), PT x = 139.5 μm.

そして、図2の(A)に示すように、フォトニック結晶10にあっては、分散面の長辺の長さDxは、真空における分散面の直径の(1/2)1/2以上である。 Then, as shown in (A) in FIG. 2, in the photonic crystal 10, the length D x of the long sides of the dispersion surface, the diameter of the dispersion surface in the vacuum (1/2) 1/2 or more It is.

また、入射光のx軸方向における波数ベクトルの大きさをkx、y軸方向における波数ベクトルの大きさをkyとし、(PTx・kx)/(PTy・ky)の値をm(但し、mは2以上の整数)、x軸方向と光反射面14との成す角度をθとしたとき、
tan(θ)=m (1)
を満足する。具体的には、
x=1.70
y=0.32
m =4
θ =76.0(度)
である。このような構成とすることで、光反射装置12に入射した光が光反射面14で反射されるとき、反射前の角度と反射後の角度の差を90度とすることができる。即ち、光反射面への入射角θIと光反射面からの出射角θOとの和を90度とすることができる。
Furthermore, the size k x of the wave vector in the x-axis direction of the incident light, the magnitude of the wave vector and k y in the y-axis direction, the value of (PT x · k x) / (PT y · k y) m (where m is an integer greater than or equal to 2), and the angle between the x-axis direction and the light reflecting surface 14 is θ,
tan (θ) = m (1)
Satisfied. In particular,
k x = 1.70
k y = 0.32
m = 4
θ = 76.0 (degrees)
It is. With such a configuration, when the light incident on the light reflecting device 12 is reflected by the light reflecting surface 14, the difference between the angle before reflection and the angle after reflection can be 90 degrees. That is, the sum of the incident angle θ I to the light reflecting surface and the exit angle θ O from the light reflecting surface can be 90 degrees.

実施例1の光反射装置12における入射角と出射角の関係を求めた結果を,図2の(B)のグラフに示す。また、実施例1の光反射装置12における振り角拡大範囲(単位:任意)と振り角拡大率の関係をシミュレーションした結果を図3の(A)に示し、振り角拡大範囲(単位:任意)と振り角線形性の関係をシミュレーションした結果を図3の(B)に示す。ここで、振り角拡大範囲とは、所望の入射光角度変化(実施例1の例では±10度)に対する、振り角拡大が可能となる入射光角度範囲であり、波数空間上では、真空の等周波数面の半径をRとすると、下記のように表される。
y/(2R・sin10°)
また、振り角拡大率とは、入射光の角度変化に対する出射光の角度変化の比率を表し、波数空間上ではDx/Dyで表される。更には、振り角線形性とは、入射光角度と出射光角度の関係がどの程度線形であるかを表す指標であり、ミラー反射による波数ベクトルの境界条件(図2の(A)の斜め線参照)の傾きと、等周波数面の長辺の最大傾きとの比率で表される。尚、x軸と平行な辺を短辺、y軸と平行な辺を長辺とした長方形の4つの頂点にのみ空孔が配置されているフォトニック結晶を比較例1のフォトニック結晶として、同様のシミュレーションを行った。その結果を、図3の(A)及び(B)に示す。尚、図3の(A)及び(B)において、実施例1の結果を黒三角印で示し、比較例1の結果を黒菱形印で示す。また、各特性における所望の範囲を「In spec」で表示した範囲で示す。
The result of obtaining the relationship between the incident angle and the outgoing angle in the light reflecting device 12 of Example 1 is shown in the graph of FIG. Moreover, the result of simulating the relationship between the swing angle expansion range (unit: arbitrary) and the swing angle expansion ratio in the light reflecting device 12 of Example 1 is shown in FIG. 3A, and the swing angle expansion range (unit: arbitrary). FIG. 3B shows the result of simulating the relationship between and the swing angle linearity. Here, the swing angle expansion range is an incident light angle range in which the swing angle can be expanded with respect to a desired change in the incident light angle (± 10 degrees in the example of the first embodiment). If the radius of the equifrequency surface is R, it is expressed as follows.
D y / (2R · sin10 °)
The swing angle enlargement ratio represents the ratio of the angle change of the emitted light to the angle change of the incident light, and is expressed by D x / D y in the wave number space. Furthermore, the swing angle linearity is an index indicating how linear the relationship between the incident light angle and the outgoing light angle is, and the boundary condition of the wave vector due to mirror reflection (the oblique line in FIG. 2A). Reference) and the maximum slope of the long side of the equal frequency surface. Note that a photonic crystal in which holes are arranged only at four vertices of a rectangle having a side parallel to the x axis as a short side and a side parallel to the y axis as a long side is used as the photonic crystal of Comparative Example 1. A similar simulation was performed. The results are shown in FIG. 3 (A) and (B). 3A and 3B, the results of Example 1 are indicated by black triangle marks, and the results of Comparative Example 1 are indicated by black rhombus marks. In addition, a desired range in each characteristic is indicated by a range indicated by “In spec”.

図2の(B)から、入射角と出射角との間には良い線形性があり、図3の(A)及び(B)から、実施例1のフォトニック結晶10の特性は、比較例1のフォトニック結晶の特性よりも優れていることが判る。   From FIG. 2B, there is good linearity between the incident angle and the outgoing angle, and from FIG. 3A and FIG. 3B, the characteristics of the photonic crystal 10 of Example 1 are comparative examples. It can be seen that the characteristics are superior to those of photonic crystal No. 1.

更には、光反射装置12の光入射面13への入射光の入射角と、光出射面16からの出射光の出射角との関係をシミュレーションした結果を図4に示す。図4から、入射角が−10度から+10度の範囲において、出射角は−41度から+42度の範囲に拡大されていることが判る。即ち、振り角(光偏向角度)の拡大率(出射角/入射角の比)は約4倍となっていることが判る。尚、Dy/Dxの値が大きいほど、振り角の拡大率を増大させることができるし、Dxの値が大きいほど、振り角の拡大範囲の増大を図ることができるし、分散面の長辺が直線に近づくほど、入射角と出射角の関係の線形性が良好となる。 Furthermore, the result of simulating the relationship between the incident angle of the incident light on the light incident surface 13 of the light reflecting device 12 and the outgoing angle of the outgoing light from the light outgoing surface 16 is shown in FIG. From FIG. 4, it can be seen that in the range of the incident angle from −10 degrees to +10 degrees, the emission angle is expanded to the range of −41 degrees to +42 degrees. That is, it can be seen that the enlargement ratio (ratio of exit angle / incident angle) of the swing angle (light deflection angle) is about four times. The larger the value of D y / D x, the larger the swing angle enlargement ratio, and the larger the value of D x , the greater the swing angle enlargement range can be achieved. The closer the long side of a to the straight line, the better the linearity of the relationship between the incident angle and the outgoing angle.

このように、実施例1のフォトニック結晶あるいは光反射装置にあっては、分散面の一様な領域を用いるが故に、入射角、波長分散に対する設計余裕が大きい。また、波数空間上での分散面の形状をアスペクト比4以上としているので、振り角(光偏向角度)の拡大率(出射角/入射角の比)を4倍以上と大きくすることができる。しかも、波数空間上での分散面の形状を長方形とすることで、入射角と出射角の関係に関して良好な線形性を保つことができる。   As described above, in the photonic crystal or the light reflecting device according to the first embodiment, since the uniform region of the dispersion surface is used, the design margin with respect to the incident angle and the wavelength dispersion is large. Further, since the shape of the dispersion surface in the wave number space is set to an aspect ratio of 4 or more, the enlargement ratio (the ratio of the emission angle / incident angle) of the swing angle (light deflection angle) can be increased to 4 times or more. Moreover, by making the shape of the dispersion surface in the wave number space rectangular, it is possible to maintain good linearity with respect to the relationship between the incident angle and the outgoing angle.

実施例2は、本発明の光反射装置組立体に関する。概念図を図5の(A)に示す実施例2の光反射装置組立体17は、
(イ)光反射装置12、及び、
(ロ)ミラー構造体20A、
を備えた光反射装置組立体である。そして、光反射装置12は、上述した実施例1の光反射装置12から成る。
Example 2 relates to the light reflecting device assembly of the present invention. The light reflecting device assembly 17 of Example 2 whose conceptual diagram is shown in FIG.
(A) the light reflecting device 12, and
(B) Mirror structure 20A,
Is a light reflection device assembly. The light reflecting device 12 includes the light reflecting device 12 of the first embodiment described above.

一方、ミラー構造体20Aは、
(A)ミラー本体部23、及び、ミラー本体部23の表面に設けられた光反射層22を備えたミラー21、
(B)ミラー本体部23の裏面24に上端部30Aが固定された複数の支柱30、
(C)それぞれの支柱30の下端部30Bに一端部40Aが固定された変位部材40、並びに、
(D)変位部材40の他端部40Bを固定する支持部60、
から成る。
On the other hand, the mirror structure 20A
(A) The mirror main body 23 and the mirror 21 including the light reflecting layer 22 provided on the surface of the mirror main body 23,
(B) A plurality of support columns 30 having an upper end 30A fixed to the back surface 24 of the mirror main body 23.
(C) Displacement member 40 in which one end 40A is fixed to lower end 30B of each support column 30, and
(D) a support portion 60 that fixes the other end portion 40B of the displacement member 40;
Consists of.

実施例2の光反射装置組立体17にあっては、実施例1と同様に、PTy>PTxの関係にある。また、光反射装置12の光入射面13はy軸と平行であり、光反射装置12の光出射面16はx軸と平行である。そして、光源から出射された光は、ミラー21の光反射層22で反射され、光反射装置12の光入射面13に入射し、光反射面14で反射され、光出射面16から出射される。 In the light reflecting device assembly 17 according to the second embodiment, as in the first embodiment, PT y > PT x is satisfied . The light incident surface 13 of the light reflecting device 12 is parallel to the y axis, and the light emitting surface 16 of the light reflecting device 12 is parallel to the x axis. The light emitted from the light source is reflected by the light reflecting layer 22 of the mirror 21, enters the light incident surface 13 of the light reflecting device 12, is reflected by the light reflecting surface 14, and is emitted from the light emitting surface 16. .

更には、ミラー21の角度を|θM|だけ変化させると、ミラー21に入射し、ミラー21から出射する光の角度は、|2θM|、変化する。また、実施例1にて説明したとおり、振り角(光偏向角度)の拡大率(出射角/入射角の比)は約4倍となっている。従って、ミラー21に入射し、最終的に光反射装置12から出射される光は、ミラー21の角度が|θM|だけ変化したとき、約|8θM|、変化する。このように、実施例2の光反射装置組立体17にあっては、ミラー21の角度変化の約8倍の大きさの振り角(光偏向角度)を得ることができる。 Furthermore, when the angle of the mirror 21 is changed by | θ M |, the angle of light incident on the mirror 21 and emitted from the mirror 21 changes by | 2θ M |. Further, as described in the first embodiment, the enlargement ratio (the ratio of the emission angle / incident angle) of the swing angle (light deflection angle) is about four times. Accordingly, the light incident on the mirror 21 and finally emitted from the light reflecting device 12 changes by about | 8θ M | when the angle of the mirror 21 changes by | θ M |. Thus, in the light reflecting device assembly 17 of the second embodiment, a swing angle (light deflection angle) that is about eight times as large as the angle change of the mirror 21 can be obtained.

実施例3は、実施例2の変形である。概念図を図5の(B)に示す実施例3の光反射装置組立体18にあっても、実施例1と同様に、PTy>PTxの関係にある。また、光反射装置12Aの光入射面13Aはx軸と平行であり、光反射装置12Aの光出射面16Aはy軸と平行である。そして、光源から出射された光は、光反射装置12Aの光入射面13Aに入射し、光反射膜15Aが形成された光反射面14Aで反射され、光出射面16Aから出射され、ミラー21の光反射層22にて反射されて、光反射装置12Aの光出射面16Aから再入射し、光反射面14Aで反射され、光源からの光入射面13Aへの入射方向とは異なる方向に、光入射面13Aから出射される。 The third embodiment is a modification of the second embodiment. Even in the light reflecting device assembly 18 of the third embodiment whose conceptual diagram is shown in FIG. 5B, as in the first embodiment, there is a relationship of PT y > PT x . The light incident surface 13A of the light reflecting device 12A is parallel to the x axis, and the light emitting surface 16A of the light reflecting device 12A is parallel to the y axis. The light emitted from the light source enters the light incident surface 13A of the light reflecting device 12A, is reflected by the light reflecting surface 14A on which the light reflecting film 15A is formed, is emitted from the light emitting surface 16A, and is reflected on the mirror 21. Reflected by the light reflecting layer 22, re-entered from the light emitting surface 16A of the light reflecting device 12A, reflected by the light reflecting surface 14A, and light in a direction different from the incident direction from the light source to the light incident surface 13A. The light exits from the incident surface 13A.

例えば、ミラー21がy軸と平行に配置されている場合を想定する。このような場合、入射角−20度で光反射装置12に入射した光は、光出射面16Aから−5度の出射角で出射し、ミラー21によって反射され、光反射装置12に入射角+5度で光出射面16Aから再入射する。そして、最終的に、光反射装置12から出射角+20度で出射される。そして、実施例3にあっても、ミラー21の角度を|θM|だけ変化させると、実施例2と同様に、最終的に光反射装置12から出射される光は、約|8θM|、変化する。このように、実施例3の光反射装置組立体18にあっても、ミラー21の角度変化の約8倍の大きさの振り角(光偏向角度)を得ることができる。 For example, it is assumed that the mirror 21 is arranged in parallel with the y axis. In such a case, light incident on the light reflecting device 12 at an incident angle of −20 degrees is emitted from the light emitting surface 16A at an output angle of −5 degrees, reflected by the mirror 21, and incident on the light reflecting device 12 at an incident angle of +5. It re-enters from the light exit surface 16A at a degree. Finally, the light is emitted from the light reflecting device 12 at an emission angle of +20 degrees. Even in the third embodiment, when the angle of the mirror 21 is changed by | θ M |, the light finally emitted from the light reflecting device 12 is about | 8θ M | as in the second embodiment. ,Change. Thus, even in the light reflecting device assembly 18 of the third embodiment, a swing angle (light deflection angle) that is about eight times as large as the angle change of the mirror 21 can be obtained.

実施例4、あるいは後述する実施例5〜実施例11は、実施例2あるいは実施例3の光反射装置組立体17,18を構成するミラー構造体(2次元MEMSスキャナ)に関する。   Example 4 or Examples 5 to 11 to be described later relate to a mirror structure (two-dimensional MEMS scanner) constituting the light reflecting device assemblies 17 and 18 of Example 2 or Example 3.

実施例4は、第1の態様に係るミラー構造体(2次元MEMSスキャナ)、より具体的には、第1Aの構成のミラー構造体に関する。実施例4のミラー構造体の模式的な一部端面図、及び、実施例4のミラー構造体を上方から眺めた模式図を、それぞれ、図6の(A)及び(B)に示し、実施例4のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に図7に示す。   Example 4 relates to the mirror structure (two-dimensional MEMS scanner) according to the first aspect, and more specifically, to the mirror structure having the configuration of 1A. A schematic partial end view of the mirror structure of Example 4 and a schematic view of the mirror structure of Example 4 viewed from above are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. FIG. 7 schematically shows the arrangement of the displacement members and the struts constituting the mirror structure of Example 4.

実施例4のミラー構造体20Aは、実施例2にて説明したとおり、
(A)ミラー本体部23、及び、このミラー本体部23の表面に設けられた光反射層22を備えたミラー21、
(B)ミラー本体部23の裏面24に上端部30Aが固定された複数の支柱30、
(C)それぞれの支柱30の下端部30Bに一端部40Aが固定された変位部材40、並びに、
(D)変位部材40の他端部40Bを固定する支持部60、
から成る。
As described in Example 2, the mirror structure 20A of Example 4 is as follows.
(A) Mirror main body 23 and a mirror 21 including a light reflecting layer 22 provided on the surface of the mirror main body 23,
(B) A plurality of support columns 30 having an upper end 30A fixed to the back surface 24 of the mirror main body 23.
(C) Displacement member 40 in which one end 40A is fixed to lower end 30B of each support column 30, and
(D) a support portion 60 that fixes the other end portion 40B of the displacement member 40;
Consists of.

ここで、実施例4のミラー構造体20Aは4本の支柱30及び4つの変位部材40を有し、各支柱30の上端部30Aはミラー21の重心の周りに固定されており、対向する第1の支柱31及び第3の支柱33はX軸上に配置されており、残りの第2の支柱32及び第4の支柱34はY軸上に配置されている。尚、図7、後述する図9〜図13において、各支柱30(31,32,33,34)の固定中心を「+」印で示し、ミラー21の重心を、4本の支柱30(31,32,33,34)で囲まれた「×」印で示す。更には、各変位部材40(41,42,43,44)の固定中心は、変位部材40(41,42,43,44)の外側に記した白抜き四角の中心に「+」印を配して記号を付した部分に隣接して位置する。そして、第1の支柱31の下端部30Bは第1の変位部材41の一端部40Aに固定されており、第2の支柱32の下端部30Bは第2の変位部材42の一端部40Aに固定されており、第3の支柱33の下端部30Bは第3の変位部材43の一端部40Aに固定されており、第4の支柱34の下端部30Bは第4の変位部材44の一端部40Aに固定されている。X軸とY軸が交差する原点は、ミラー21の重心と一致している。   Here, the mirror structure 20A according to the fourth embodiment includes four support columns 30 and four displacement members 40, and the upper end portion 30A of each support column 30 is fixed around the center of gravity of the mirror 21, and is opposed to the first one. The first support column 31 and the third support column 33 are arranged on the X axis, and the remaining second support column 32 and the fourth support column 34 are arranged on the Y axis. In FIG. 7 and FIGS. 9 to 13 to be described later, the fixed center of each column 30 (31, 32, 33, 34) is indicated by “+”, and the center of gravity of the mirror 21 is set to four columns 30 (31. , 32, 33, 34). Furthermore, the fixed center of each displacement member 40 (41, 42, 43, 44) is arranged with a “+” mark at the center of the white square marked on the outside of the displacement member 40 (41, 42, 43, 44). And located adjacent to the part marked with a symbol. The lower end 30B of the first column 31 is fixed to one end 40A of the first displacement member 41, and the lower end 30B of the second column 32 is fixed to one end 40A of the second displacement member 42. The lower end 30B of the third column 33 is fixed to one end 40A of the third displacement member 43, and the lower end 30B of the fourth column 34 is fixed to one end 40A of the fourth displacement member 44. It is fixed to. The origin where the X axis and the Y axis intersect is coincident with the center of gravity of the mirror 21.

そして、X軸に沿って、第3の変位部材43の他端部40B、第3の変位部材43の一端部40A、第1の変位部材41の一端部40A、及び、第1の変位部材41の他端部40Bが、この順で配置されている。一方、Y軸に沿って、第4の変位部材44の他端部40B、第4の変位部材44の一端部40A、第2の変位部材42の一端部40A、及び、第2の変位部材42の他端部40Bが、この順で配置されている。即ち、実施例4のミラー構造体20Aにあっては、ミラー21の重心を原点としたガウス座標を想定し、
第1の支柱31の固定中心座標を(X1,0)、
第2の支柱32の固定中心座標を(0,Y2)、
第3の支柱33の固定中心座標を(X3,0)、
第4の支柱34の固定中心座標を(0,Y4)、
第1の変位部材41の他端部40Bの固定中心座標を(X’1,Y’1)、
第2の変位部材42の他端部40Bの固定中心座標を(X’2,Y’2)、
第3の変位部材43の他端部40Bの固定中心座標を(X’3,Y’3)、
第4の変位部材44の他端部40Bの固定中心座標を(X’4,Y’4)としたとき、
X’3<X3<0<X1<X’1
Y’4<Y4<0<Y2<Y’2
の関係にある。更には、
1 =−X3
X’1=−X’3
Y’1= Y’3
2 =−Y4
Y’2=−Y’4
X’2= X’4
を満足する。
Then, along the X axis, the other end portion 40B of the third displacement member 43, one end portion 40A of the third displacement member 43, one end portion 40A of the first displacement member 41, and the first displacement member 41 are arranged. The other end portion 40B is arranged in this order. On the other hand, along the Y axis, the other end 40B of the fourth displacement member 44, one end 40A of the fourth displacement member 44, one end 40A of the second displacement member 42, and the second displacement member 42 are provided. The other end portion 40B is arranged in this order. That is, in the mirror structure 20A of Example 4, assuming Gaussian coordinates with the center of gravity of the mirror 21 as the origin,
The fixed center coordinates of the first column 31 are (X 1 , 0),
The fixed center coordinates of the second support column 32 are (0, Y 2 ),
The fixed center coordinate of the third column 33 is (X 3 , 0),
The fixed center coordinates of the fourth column 34 are (0, Y 4 ),
The fixed center coordinates of the other end portion 40B of the first displacement member 41 are (X ′ 1 , Y ′ 1 ),
The fixed center coordinates of the other end portion 40B of the second displacement member 42 are (X ′ 2 , Y ′ 2 ),
The fixed center coordinates of the other end 40B of the third displacement member 43 are (X ′ 3 , Y ′ 3 ),
When the fixed center coordinate of the other end portion 40B of the fourth displacement member 44 is (X ′ 4 , Y ′ 4 ),
X ′ 3 <X 3 <0 <X 1 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 4 <0 <Y 2 <Y ′ 2
Are in a relationship. Furthermore,
X 1 = −X 3
X ′ 1 = −X ′ 3
Y ' 1 = Y' 3
Y 2 = −Y 4
Y ′ 2 = −Y ′ 4
X ' 2 = X' 4
Satisfied.

また、実施例4のミラー構造体20Aにあっては、各変位部材40(41,42,43,44)の外形形状は二等辺三角形であり、変位部材40(41,42,43,44)の一端部40Aは、この二等辺三角形の頂角の近傍に相当し、変位部材40(41,42,43,44)の他端部40Bは、この二等辺三角形の底辺に相当する。   Further, in the mirror structure 20A of Example 4, the outer shape of each displacement member 40 (41, 42, 43, 44) is an isosceles triangle, and the displacement member 40 (41, 42, 43, 44). One end portion 40A corresponds to the vicinity of the apex angle of the isosceles triangle, and the other end portion 40B of the displacement member 40 (41, 42, 43, 44) corresponds to the base of the isosceles triangle.

実施例4あるいは後述する実施例5〜実施例11にあっては、変位部材40は、ユニモルフ型の圧電アクチュエータ、より具体的には、長さ方向に伸縮する1枚の圧電材料薄膜53が変位部材40を構成する基層(支持構造体)51,52上に形成された構造を有する。そして、長さ方向に伸縮する圧電材料薄膜53の動きによって、変位部材40の一端部40Aが駆動(上下動)される。ここで、圧電材料薄膜53は、PbZrO3とPbTiO3の固溶体であるPZT[ジルコン酸チタン酸鉛、Pb(Zr,Ti)O3]から成る。基層(支持構造体)は、シリコン層51と酸化シリコン層(具体的には、SiO2層)52の積層構造を有する。光反射層22は、アルミニウム(Al)層から構成されている。ミラー本体部23は、シリコン層と酸化シリコン層(具体的には、SiO2層)との積層構造から構成されている、支柱30は、シリコン層と、その表面に形成された酸化シリコン層(具体的には、SiO2層)との組合せから構成されている。支柱の軸線に垂直な面で支柱を切断したときの支柱30の断面形状を円形としたが、これに限定するものではない。また、ミラー本体部23及び光反射層22の外形形状を円形としたが、これに限定するものではないし、ミラー本体部23と光反射層22とを同じ大きさとしたが、このような形態に限定するものではない。変位部材40を構成する基層(支持構造体)と圧電材料薄膜53との間には下部電極(図示せず)が設けられており、圧電材料薄膜53の上には上部電極(図示せず)が設けられている。ここで、下部電極はPt/Ti積層構造を有する。尚、Ti層が基層を構成するシリコン層51と接し、Ti層は密着層として機能する。上部電極は白金(Pt)から成る。 In Example 4 or Examples 5 to 11 described later, the displacement member 40 is a unimorph type piezoelectric actuator, more specifically, a single piezoelectric material thin film 53 that expands and contracts in the length direction is displaced. It has a structure formed on base layers (support structures) 51 and 52 constituting the member 40. The one end portion 40A of the displacement member 40 is driven (moved up and down) by the movement of the piezoelectric material thin film 53 that expands and contracts in the length direction. Here, the piezoelectric material thin film 53 is made of PZT [lead zirconate titanate, Pb (Zr, Ti) O 3 ], which is a solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 . The base layer (support structure) has a laminated structure of a silicon layer 51 and a silicon oxide layer (specifically, an SiO 2 layer) 52. The light reflecting layer 22 is composed of an aluminum (Al) layer. The mirror main body 23 is composed of a laminated structure of a silicon layer and a silicon oxide layer (specifically, an SiO 2 layer). The support column 30 is composed of a silicon layer and a silicon oxide layer ( Specifically, it is composed of a combination with the SiO 2 layer. The cross-sectional shape of the column 30 when the column is cut along a plane perpendicular to the axis of the column is circular. However, the present invention is not limited to this. Although the outer shapes of the mirror body 23 and the light reflection layer 22 are circular, the present invention is not limited to this, and the mirror body 23 and the light reflection layer 22 have the same size. It is not limited. A lower electrode (not shown) is provided between the base layer (support structure) constituting the displacement member 40 and the piezoelectric material thin film 53, and an upper electrode (not shown) is provided on the piezoelectric material thin film 53. Is provided. Here, the lower electrode has a Pt / Ti laminated structure. The Ti layer is in contact with the silicon layer 51 constituting the base layer, and the Ti layer functions as an adhesion layer. The upper electrode is made of platinum (Pt).

以下、図19の(A)〜(C)、図20の(A)〜(C)、図21の(A)〜(C)を参照して、実施例4のミラー構造体の製造方法を説明する。   Hereinafter, with reference to (A) to (C) of FIG. 19, (A) to (C) of FIG. 20, and (A) to (C) of FIG. 21, the manufacturing method of the mirror structure of Example 4 will be described. explain.

[工程−400]
先ず、SOI基板を準備する。このSOI基板は、シリコン半導体基板から成る支持層80、SiO2から成る酸化シリコン層(ボックス層)52、シリコン層(活性層)51の周知の3層構造を有する。支持層80、酸化シリコン層(ボックス層)52、シリコン層(活性層)51の厚さとして、それぞれ、0.3mm以上、1μm、30μmを例示することができる。そして、シリコン層(活性層)51の上に、下部電極、圧電材料薄膜53、上部電極を周知の方法で成膜する(図19の(A)参照)。次いで、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、上部電極、圧電材料薄膜53、下部電極をパターニングし、更には、シリコン層(活性層)51、酸化シリコン層(ボックス層)52をパターニングする。こうして、支持層80上に変位部材40を得ることができる(図19の(B)参照)。変位部材40の一部は、一種の配線として支持層80上を延在している。
[Step-400]
First, an SOI substrate is prepared. This SOI substrate has a known three-layer structure of a support layer 80 made of a silicon semiconductor substrate, a silicon oxide layer (box layer) 52 made of SiO 2 , and a silicon layer (active layer) 51. Examples of the thicknesses of the support layer 80, the silicon oxide layer (box layer) 52, and the silicon layer (active layer) 51 are 0.3 mm or more, 1 μm, and 30 μm, respectively. Then, a lower electrode, a piezoelectric material thin film 53, and an upper electrode are formed on the silicon layer (active layer) 51 by a known method (see FIG. 19A). Next, the upper electrode, the piezoelectric material thin film 53, and the lower electrode are patterned based on the known lithography technique and dry etching technique, and further, the silicon layer (active layer) 51 and the silicon oxide layer (box layer) 52 are patterned. Thus, the displacement member 40 can be obtained on the support layer 80 (see FIG. 19B). A part of the displacement member 40 extends on the support layer 80 as a kind of wiring.

[工程−410]
その後、変位部材40を含む支持層80の全面に、周知の方法に基づき、保護膜としてのレジスト層81を形成し(図19の(C)参照)、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、支持層80を裏面からパターニングすることで、支持部60及び支柱30を得る(図20の(A)参照)。その後、残された支持層80(支持部60及び支柱30)に熱酸化処理を施し、支持層80(支持部60及び支柱30)の表面に酸化膜82を形成する(図20の(B)参照)。尚、酸化膜82は、図20の(B)〜(C)、及び、図21の(A)〜(C)にのみ図示している。
[Step-410]
Thereafter, a resist layer 81 as a protective film is formed on the entire surface of the support layer 80 including the displacement member 40 based on a known method (see FIG. 19C), and based on a known lithography technique and dry etching technique. Then, by patterning the support layer 80 from the back surface, the support portion 60 and the support column 30 are obtained (see FIG. 20A). Thereafter, the remaining support layer 80 (support unit 60 and support column 30) is subjected to a thermal oxidation process to form an oxide film 82 on the surface of the support layer 80 (support unit 60 and support column 30) (FIG. 20B). reference). The oxide film 82 is illustrated only in FIGS. 20B to 20C and FIGS. 21A to 21C.

[工程−420]
一方、ミラー形成のために、別のSOI基板を準備する。このSOI基板も、シリコン半導体基板から成る基板83、酸化シリコン層84、シリコン層85の周知の3層構造を有する。そして、SOI基板のシリコン層85と酸化膜82とを重ね合わせて、周知の接合技術(ボンディング技術)によって接合する(図20の(C)、図21の(A)参照)。尚、酸化シリコン層84、シリコン層85は、図20の(C)、及び、図21の(A)〜(C)にのみ図示している。
[Step-420]
On the other hand, another SOI substrate is prepared for mirror formation. This SOI substrate also has a known three-layer structure of a substrate 83 made of a silicon semiconductor substrate, a silicon oxide layer 84, and a silicon layer 85. Then, the silicon layer 85 and the oxide film 82 of the SOI substrate are overlapped and bonded by a known bonding technique (bonding technique) (see FIG. 20C and FIG. 21A). Note that the silicon oxide layer 84 and the silicon layer 85 are shown only in FIG. 20C and FIGS. 21A to 21C.

[工程−430]
その後、例えば、ウエットエッチング法に基づき基板83を除去し、露出した酸化シリコン層84上に、周知のスパッタリング法に基づきアルミニウム層22’を形成する(図21の(B)参照)。
[Step-430]
Thereafter, for example, the substrate 83 is removed based on a wet etching method, and an aluminum layer 22 ′ is formed on the exposed silicon oxide layer 84 based on a known sputtering method (see FIG. 21B).

[工程−440]
次いで、周知のリソグラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき、アルミニウム層22’、酸化シリコン層84、シリコン層85をパターニングすることで、光反射層22及びミラー本体部23から構成されたミラー21を得ることができる(図21(C)参照)。
[Step-440]
Next, the aluminum layer 22 ′, the silicon oxide layer 84, and the silicon layer 85 are patterned based on the well-known lithography technique and dry etching technique to obtain the mirror 21 including the light reflecting layer 22 and the mirror main body 23. (See FIG. 21C).

[工程−450]
その後、レジスト層81を除去し、スペーサ61を接着することで、図6の(A)等に示した実施例4のミラー構造体20Aを得ることができる。
[Step-450]
Thereafter, by removing the resist layer 81 and adhering the spacer 61, the mirror structure 20A of Example 4 shown in FIG. 6A and the like can be obtained.

例えば、第1の変位部材41の一端部40Aを上方に変位させ、第3の変位部材43の一端部40Aを下方に変位させれば、ミラー21が、図6の(A)において左手側が下方に傾いた状態を得ることができる。即ち、ミラー21をY軸の周りで反時計回りに回転させることができる。また、第1の変位部材41の一端部40Aを下方に変位させ、第3の変位部材43の一端部40Aを上方に変位させれば、ミラー21が、図6の(A)において右手側が下方に傾いた状態を得ることができる。即ち、ミラー21をY軸の周りで時計回りに回転させることができる。一方、第2の変位部材42の一端部40Aを上方に変位させ、第4の変位部材43の一端部40Aを下方に変位させれば、ミラー21が、図6の(A)において手前側が下方に傾いた状態を得ることができる。即ち、ミラー21をX軸の周りで或る方向に回転させることができる。また、第2の変位部材42の一端部40Aを下方に変位させ、第4の変位部材43の一端部40Aを上方に変位させれば、ミラー21が、図6の(A)において手前側が上方に傾いた状態を得ることができる。即ち、ミラー21をX軸の周りで或る方向とは反対の方向に回転させることができる。更には、第1の変位部材41、第2の変位部材42、第3の変位部材43、第4の変位部材44の上方あるいは下方への変位を独立して制御することで、ミラー21の法線を任意の方向に制御することができる。尚、X軸周りのミラーの回動を共振に基づき行ってもよいし、非共振に基づき行ってもよい。同様に、Y軸周りのミラーの回動を共振に基づき行ってもよいし、非共振に基づき行ってもよい。   For example, if the one end portion 40A of the first displacement member 41 is displaced upward and the one end portion 40A of the third displacement member 43 is displaced downward, the mirror 21 moves downward on the left hand side in FIG. Can be obtained. That is, the mirror 21 can be rotated counterclockwise around the Y axis. Further, if the one end portion 40A of the first displacement member 41 is displaced downward and the one end portion 40A of the third displacement member 43 is displaced upward, the mirror 21 moves downward on the right hand side in FIG. Can be obtained. That is, the mirror 21 can be rotated clockwise around the Y axis. On the other hand, if the one end portion 40A of the second displacement member 42 is displaced upward and the one end portion 40A of the fourth displacement member 43 is displaced downward, the mirror 21 moves downward on the near side in FIG. Can be obtained. That is, the mirror 21 can be rotated in a certain direction around the X axis. Further, if the one end portion 40A of the second displacement member 42 is displaced downward and the one end portion 40A of the fourth displacement member 43 is displaced upward, the mirror 21 is moved upward in FIG. 6A. Can be obtained. That is, the mirror 21 can be rotated around the X axis in a direction opposite to a certain direction. Further, by independently controlling the upward or downward displacement of the first displacement member 41, the second displacement member 42, the third displacement member 43, and the fourth displacement member 44, the method of the mirror 21 is controlled. The line can be controlled in any direction. The rotation of the mirror around the X axis may be performed based on resonance or based on non-resonance. Similarly, the rotation of the mirror around the Y axis may be performed based on resonance or based on non-resonance.

実施例4のミラー構造体20Aにおいて、ミラー本体部23及び光反射層22の外形形状を直径1.3mmの円形とし、支柱30の高さを400μm、支柱30の断面を直径40μmの円形とし、支柱30の固定中心をミラー21の中心(重心)から40μmの所とし、変位部材40における二等辺三角形の底辺の長さを2.0mm、変位部材40における二等辺三角形の底辺から支柱30の固定位置までの距離を1.0mmとして、構造計算により変位部材40の変位状態をシミュレーションした結果を図8に示す。尚、2つの電極に対して80ボルト及び−80ボルトの正弦波を逆位相で印加した。シミュレーションの結果、共振駆動時のミラー21の振り角は±6.3度、共振周波数は23.4kHzであり、例えば、後述する表示装置において十分に使用できる特性を示した。   In the mirror structure 20A of Example 4, the outer shape of the mirror main body 23 and the light reflecting layer 22 is a circle having a diameter of 1.3 mm, the height of the column 30 is 400 μm, and the cross section of the column 30 is a circle having a diameter of 40 μm. The fixed center of the column 30 is 40 μm from the center (center of gravity) of the mirror 21, the length of the base of the isosceles triangle in the displacement member 40 is 2.0 mm, and the column 30 is fixed from the bottom of the isosceles triangle in the displacement member 40. FIG. 8 shows the result of simulating the displacement state of the displacement member 40 by structural calculation, assuming that the distance to the position is 1.0 mm. Note that sine waves of 80 volts and -80 volts were applied to the two electrodes in opposite phases. As a result of the simulation, the swing angle of the mirror 21 during resonance driving is ± 6.3 degrees and the resonance frequency is 23.4 kHz. For example, the characteristics that can be sufficiently used in a display device described later have been shown.

実施例4のミラー構造体20Aにあっては、複数の支柱30は、その上端部30Aがミラー本体部23の裏面24に固定されており、その下端部30Bが変位部材40の一端部40Aに固定されており、変位部材40の他端部40Bは支持部60に固定されている。そして、図示しない駆動回路から上部電極及び下部電極に電圧を印加し、圧電材料薄膜53を伸縮させることによって、ミラー21へ近づく方向及びミラー21から離れる方向への複数の変位部材40の独立した変位を生じさせることができる。即ち、ミラー21を回動(駆動)するための変位部材40とミラー21を支持(保持)する支柱30とが別の構造体であるが故に、変位部材40の駆動力増大とミラー21の角度変位の容易さとを両立させることができる。また、ミラー21と支柱30が連結されているため、ミラー21を回動方向にのみ動作させることが容易であるし、支柱30以外にミラー21を支持する構造は必要ない。従って、構造、構成が簡素であるにも拘わらず、ミラー21へ近づく方向及びミラー21から離れる方向への複数の変位部材40の独立した変位によって、ミラー21をより大きな角度で傾けることが可能となる。しかも、各々の支柱30が独立に駆動(上下動)されるため、X方向及びY方向の2方向への駆動の際、クロストークが生じ難い。また、或る軸周りのミラー21の回動に寄与する変位部材40と、別の軸周りの回動に寄与する変位部材40との設計を独立して行えば、ラスタースキャン動作に好適なミラー構造体20Aを容易に実現することができる。そして、ミラー21の角度を偏向させるミラー構造体20A(2次元MEMSスキャナ)において、変位部材等の構造をミラー21の下側に配置することができるので、ミラー構造体20Aの小型化を図ることができる結果、表示装置等の小型化を実現することができる。このようにして、従来のミラー構造体では実現が難しい、小型・高速・大振り角の3要素を全て満たすMEMSスキャナを実現することができる。   In the mirror structure 20 </ b> A of the fourth embodiment, the upper ends 30 </ b> A of the plurality of columns 30 are fixed to the back surface 24 of the mirror main body 23, and the lower ends 30 </ b> B are connected to one end 40 </ b> A of the displacement member 40. The other end portion 40B of the displacement member 40 is fixed to the support portion 60. Then, by applying a voltage to the upper electrode and the lower electrode from a drive circuit (not shown) and expanding and contracting the piezoelectric material thin film 53, independent displacement of the plurality of displacement members 40 in the direction approaching the mirror 21 and the direction away from the mirror 21 is achieved. Can be generated. That is, since the displacement member 40 for rotating (driving) the mirror 21 and the support column 30 for supporting (holding) the mirror 21 are different structures, the driving force of the displacement member 40 is increased and the angle of the mirror 21 is increased. Both ease of displacement can be achieved. Further, since the mirror 21 and the support column 30 are connected, it is easy to operate the mirror 21 only in the rotation direction, and a structure for supporting the mirror 21 other than the support column 30 is not necessary. Therefore, despite the simple structure and configuration, the mirror 21 can be tilted at a larger angle by independent displacement of the plurality of displacement members 40 in the direction approaching the mirror 21 and the direction away from the mirror 21. Become. In addition, since each support column 30 is independently driven (moved up and down), it is difficult for crosstalk to occur when driving in two directions, the X direction and the Y direction. Further, if the design of the displacement member 40 that contributes to the rotation of the mirror 21 around a certain axis and the displacement member 40 that contributes to the rotation around another axis are performed independently, the mirror is suitable for a raster scan operation. The structure 20A can be easily realized. In the mirror structure 20A (two-dimensional MEMS scanner) that deflects the angle of the mirror 21, the structure such as the displacement member can be arranged below the mirror 21, so that the mirror structure 20A can be downsized. As a result, downsizing of the display device or the like can be realized. In this way, it is possible to realize a MEMS scanner that satisfies all three elements of small size, high speed, and large swing angle, which is difficult to realize with a conventional mirror structure.

実施例5は、実施例4の変形である。実施例5のミラー構造体を構成する変位部材及び支柱の配置を模式的に図9の(A)に示し、ミラーと変位部材の変位の状態を模式的に図9の(B)に示す。実施例5のミラー構造体において、各変位部材40は、二等辺三角形部40Cと、二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部40Cの部分から突出した突出部40Dとから成る。そして、二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部40Cの部分の近傍には、二等辺三角形の底辺と平行に延びる溝部45が設けられている。更には、変位部材40の一端部40Aは、突出部40Dから構成されており、変位部材40の他端部40Bは、二等辺三角形の底辺に相当する二等辺三角形部40Cの部分から構成されている。尚、図9の(B)において、溝部45を丸印で示した。   The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. FIG. 9A schematically shows the arrangement of the displacement members and the struts constituting the mirror structure of Example 5, and FIG. 9B schematically shows the displacement state of the mirror and the displacement member. In the mirror structure according to the fifth embodiment, each displacement member 40 includes an isosceles triangular portion 40C and a protruding portion 40D protruding from the portion of the isosceles triangular portion 40C corresponding to the apex angle of the isosceles triangle. And the groove part 45 extended in parallel with the base of an isosceles triangle is provided in the vicinity of the part of the isosceles triangle part 40C applicable to the vertex angle of an isosceles triangle. Furthermore, one end portion 40A of the displacement member 40 is constituted by a projecting portion 40D, and the other end portion 40B of the displacement member 40 is constituted by a portion of an isosceles triangle portion 40C corresponding to the base of the isosceles triangle. Yes. In FIG. 9B, the groove 45 is indicated by a circle.

ところで、実施例4のような構造を採用する場合、ミラー21が傾く方向と変位部材が変位する方向とが一致しない。即ち、例えば、Y軸周りにミラー21が反時計回りに傾くとき、第1の変位部材41及び第3の変位部材43は、ミラー21とは反対の方向、即ち、Y軸周りに時計回りに回転する。尚、このような現象を、便宜上、『変位部材の反対方向の回転』と呼ぶ。そして、その結果、変位部材40と支柱30の接続部、支柱30とミラー21の接続部に、望ましくない応力が発生する虞がある。この応力は、ミラー21の駆動を制限する上、接続部の破壊等の原因となる可能性がある。   By the way, when a structure like Example 4 is employ | adopted, the direction in which the mirror 21 inclines and the direction in which a displacement member displaces do not correspond. That is, for example, when the mirror 21 is tilted counterclockwise around the Y axis, the first displacement member 41 and the third displacement member 43 are opposite to the mirror 21, that is, clockwise around the Y axis. Rotate. Such a phenomenon is referred to as “rotation of the displacement member in the opposite direction” for convenience. As a result, undesired stresses may be generated at the connection portion between the displacement member 40 and the support column 30 and at the connection portion between the support column 30 and the mirror 21. This stress limits the driving of the mirror 21 and may cause damage to the connecting portion.

実施例5にあっては、溝部45(ジョイント構造)を設けることにより、図9の(B)に概念図を示すように、支柱30の角度変化がより容易に生じるため、変位部材40等に不所望の応力が発生することを低減することができる。それ故、より小さい駆動力で大きな振り角を実現でき、更には、より信頼性の高いミラー構造体を得ることができる。   In the fifth embodiment, by providing the groove 45 (joint structure), as shown in the conceptual diagram of FIG. 9B, the change in the angle of the support column 30 is more easily generated. Generation of undesired stress can be reduced. Therefore, a large swing angle can be realized with a smaller driving force, and a more reliable mirror structure can be obtained.

実施例6は、実施例5の変形である。図10に、実施例6のミラー構造体を構成する変位部材40及び支柱30の配置を模式的に示す。実施例6にあっては、溝部45は、二等辺三角形の底辺に相当する二等辺三角形部40Cの部分まで延びている。即ち、二等辺三角形の頂角に該当する二等辺三角形部40Cの部分は繋がっているが、二等辺三角形部40Cの他の部分は溝部45によって分離されている。即ち、1本の支柱30に対して、2つの圧電材料薄膜53が備えられた構造を有する。   The sixth embodiment is a modification of the fifth embodiment. In FIG. 10, arrangement | positioning of the displacement member 40 and the support | pillar 30 which comprise the mirror structure of Example 6 is shown typically. In the sixth embodiment, the groove 45 extends to a portion of the isosceles triangle portion 40C corresponding to the base of the isosceles triangle. That is, the portion of the isosceles triangle portion 40C corresponding to the apex angle of the isosceles triangle is connected, but the other portion of the isosceles triangle portion 40C is separated by the groove 45. That is, it has a structure in which two piezoelectric material thin films 53 are provided for one column 30.

例えば、図10において、ミラー21がY軸の周りに時計回りに傾いているとき、第2の変位部材42を構成する二等辺三角形部401の圧電材料薄膜53に印加する電圧と、二等辺三角形部402の圧電材料薄膜53に印加する電圧とを僅かに変えて、二等辺三角形部401の方をより下側(−Z方向)に変位させる。すると、第2の変位部材42を構成する突出部40DがY軸周りに時計回りに更に傾き、結果として第2の支柱32も同様に傾く。このように実施例6のミラー構造体にあっては、ミラーの傾き(回動)をより細かく制御することができ、X軸及びY軸周りのクロストークがより少なく、より振り角の大きなミラー構造体を得ることができる。 For example, in FIG. 10, when the mirror 21 is tilted clockwise around the Y axis, the voltage applied to the piezoelectric material thin film 53 of the isosceles triangle portion 40 1 constituting the second displacement member 42 and the isosceles The voltage applied to the piezoelectric material thin film 53 of the triangular part 40 2 is slightly changed to displace the isosceles triangular part 40 1 further downward (−Z direction). Then, the protrusion 40D that constitutes the second displacement member 42 is further inclined clockwise around the Y axis, and as a result, the second support column 32 is similarly inclined. As described above, in the mirror structure according to the sixth embodiment, the mirror tilt (rotation) can be controlled more finely, the crosstalk around the X axis and the Y axis is less, and the mirror has a larger swing angle. A structure can be obtained.

実施例7も実施例4の変形である。図11に、実施例7のミラー構造体を構成する変位部材40及び支柱30の配置を模式的に示す。   The seventh embodiment is also a modification of the fourth embodiment. In FIG. 11, arrangement | positioning of the displacement member 40 and the support | pillar 30 which comprise the mirror structure of Example 7 is shown typically.

ラスタースキャンを行う場合、高速でのX軸周りのミラー21の回動を共振に基づき行い、低速でのY軸周りのミラー21の回動を非共振に基づき行うが、そのために、高速でのX軸周りのミラー21の回動を生じさせるための第2の変位部材42及び第4の変位部材44には、高い固有周波数が求められ、一方、低速でのY軸周りのミラー21の回動を生じさせるための第1の変位部材41及び第3の変位部材43には、非共振でも大きな変位が得られるような大きな駆動力が求められる。   When performing a raster scan, the mirror 21 is rotated about the X axis at high speed based on resonance, and the mirror 21 is rotated about the Y axis at low speed based on non-resonance. A high natural frequency is required for the second displacement member 42 and the fourth displacement member 44 for causing the rotation of the mirror 21 around the X axis, while the rotation of the mirror 21 around the Y axis at a low speed is required. The first displacement member 41 and the third displacement member 43 for causing the movement are required to have a large driving force that can obtain a large displacement even in non-resonance.

実施例7のミラー構造体にあっては、第1の変位部材41及び第3の変位部材43は、低速でのY軸周りのミラー21の回動ではあるが、大きな駆動力が得られるようにミアンダ構造を有する。一方、第2の変位部材42及び第4の変位部材44は、高速でのX軸周りのミラー21の回動を可能とする片持ち梁構造(板バネ構造、カンチレバー構造)を有する。そして、第1の変位部材41及び第3の変位部材43は、第2の変位部材42及び第4の変位部材44よりも低い周波数で駆動される。また、第1の変位部材41の他端部40Bは、2箇所において支持部60に固定されており、第3の変位部材43の他端部40Bは、2箇所において支持部60に固定されている。   In the mirror structure of the seventh embodiment, the first displacement member 41 and the third displacement member 43 rotate the mirror 21 around the Y axis at a low speed, but a large driving force can be obtained. Has a meander structure. On the other hand, the second displacement member 42 and the fourth displacement member 44 have a cantilever structure (plate spring structure, cantilever structure) that enables the mirror 21 to rotate around the X axis at high speed. The first displacement member 41 and the third displacement member 43 are driven at a lower frequency than the second displacement member 42 and the fourth displacement member 44. Further, the other end portion 40B of the first displacement member 41 is fixed to the support portion 60 at two locations, and the other end portion 40B of the third displacement member 43 is fixed to the support portion 60 at two locations. Yes.

具体的には、第1の変位部材41の他端部40Bは、固定中心座標(X’1,Y’11),(X’1,Y’12)の2箇所で支持部60に固定されており、第3の変位部材43の他端部40Bは、固定中心座標(X’3,Y’31),(X’1,Y’32)の2箇所で支持部60に固定されており、第2の変位部材42の他端部40Bは、固定中心座標(X’2,Y’2)の1箇所で支持部60に固定されており、第4の変位部材44の他端部40Bは、固定中心座標(X’4,Y’4)の1箇所で支持部60に固定されているとした場合、
X’1 =−X’3
Y’11= Y’31
Y’12= Y’32
Y’2 =−Y’4
X’2 = X’4
を満足する。
Specifically, the other end portion 40B of the first displacement member 41 is fixed to the support portion 60 at two locations of fixed center coordinates (X ′ 1 , Y ′ 11 ) and (X ′ 1 , Y ′ 12 ). The other end portion 40B of the third displacement member 43 is fixed to the support portion 60 at two locations of fixed center coordinates (X ′ 3 , Y ′ 31 ) and (X ′ 1 , Y ′ 32 ). The other end portion 40B of the second displacement member 42 is fixed to the support portion 60 at one fixed central coordinate (X ′ 2 , Y ′ 2 ), and the other end portion 40B of the fourth displacement member 44. Is fixed to the support portion 60 at one fixed central coordinate (X ′ 4 , Y ′ 4 ),
X ′ 1 = −X ′ 3
Y '11 = Y' 31
Y '12 = Y' 32
Y ′ 2 = −Y ′ 4
X ' 2 = X' 4
Satisfied.

実施例7にあっては、X軸周りのミラー21の駆動に寄与する第2の変位部材42及び第4の変位部材44と、Y軸周りのミラー21の駆動に寄与する第1の変位部材41及び第3の変位部材43の構造を異なるものとすることで、ミラーのラスタースキャン動作をより容易に行うことができる。尚、第1の変位部材41、第2の変位部材42、第3の変位部材43及び第4の変位部材44の形状、構造、構成については、図11に示した形状、構造、構成に限定されるものではなく、各変位部材41,42,43,44の駆動に求められる仕様に合わせればよい。   In the seventh embodiment, the second displacement member 42 and the fourth displacement member 44 that contribute to driving the mirror 21 around the X axis, and the first displacement member that contributes to driving the mirror 21 around the Y axis. By making the structures of 41 and the third displacement member 43 different, the raster scan operation of the mirror can be performed more easily. In addition, about the shape, structure, and structure of the 1st displacement member 41, the 2nd displacement member 42, the 3rd displacement member 43, and the 4th displacement member 44, it is limited to the shape, structure, and structure shown in FIG. Instead, it may be adapted to the specifications required for driving the displacement members 41, 42, 43, 44.

実施例8は、実施例4の変形であるが、第1Bの構成のミラー構造体に関する。実施例8のミラー構造体を構成する変位部材40及び支柱30の配置を模式的に図12の(A)に示し、ミラー21と変位部材40の変位の状態を模式的に図12の(B)に示す。   Example 8 is a modification of Example 4, but relates to a mirror structure having the configuration 1B. FIG. 12A schematically shows the arrangement of the displacement member 40 and the column 30 constituting the mirror structure of Example 8, and the displacement state of the mirror 21 and the displacement member 40 is schematically shown in FIG. ).

実施例8のミラー構造体にあっては、X軸に沿って、第3の変位部材43の他端部40B、第1の変位部材41の一端部40A、第3の変位部材43の一端部40A、及び、第1の変位部材41の他端部40Bが、この順で配置されており、Y軸に沿って、第4の変位部材44の他端部40B、第2の変位部材42の一端部40A、第4の変位部材44の一端部40A、及び、第2の変位部材42の他端部40Bが、この順で配置されている。   In the mirror structure according to the eighth embodiment, the other end portion 40B of the third displacement member 43, one end portion 40A of the first displacement member 41, and one end portion of the third displacement member 43 along the X axis. 40A and the other end 40B of the first displacement member 41 are arranged in this order, and the other end 40B of the fourth displacement member 44 and the second displacement member 42 of the second displacement member 42 are arranged along the Y axis. One end 40A, one end 40A of the fourth displacement member 44, and the other end 40B of the second displacement member 42 are arranged in this order.

即ち、実施例8のミラー構造体にあっては、ミラー21の重心を原点としたガウス座標を想定し、
第1の支柱31の固定中心座標を(X1,0)、
第2の支柱32の固定中心座標を(0,Y2)、
第3の支柱33の固定中心座標を(X3,0)、
第4の支柱34の固定中心座標を(0,Y4)、
第1の変位部材41の他端部40Bの固定中心座標を(X’1,Y’1)、
第2の変位部材42の他端部40Bの固定中心座標を(X’2,Y’2)、
第3の変位部材43の他端部40Bの固定中心座標を(X’3,Y’3)、並びに、
第4の変位部材44の他端部40Bの固定中心座標を(X’4,Y’4)としたとき、
X’3<X1<0<X3<X’1
Y’4<Y2<0<Y4<Y’2
の関係にある。尚、
3 =−X1
X’3=−X’1
Y’3= Y’1
4 =−Y2
Y’4=−Y’2
X’4= X’2
を満足する。
That is, in the mirror structure of Example 8, assuming Gaussian coordinates with the center of gravity of the mirror 21 as the origin,
The fixed center coordinates of the first column 31 are (X 1 , 0),
The fixed center coordinates of the second support column 32 are (0, Y 2 ),
The fixed center coordinate of the third column 33 is (X 3 , 0),
The fixed center coordinates of the fourth column 34 are (0, Y 4 ),
The fixed center coordinates of the other end portion 40B of the first displacement member 41 are (X ′ 1 , Y ′ 1 ),
The fixed center coordinates of the other end portion 40B of the second displacement member 42 are (X ′ 2 , Y ′ 2 ),
The fixed center coordinates of the other end portion 40B of the third displacement member 43 are (X ′ 3 , Y ′ 3 ), and
When the fixed center coordinate of the other end portion 40B of the fourth displacement member 44 is (X ′ 4 , Y ′ 4 ),
X ′ 3 <X 1 <0 <X 3 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 2 <0 <Y 4 <Y ′ 2
Are in a relationship. still,
X 3 = −X 1
X ′ 3 = −X ′ 1
Y ' 3 = Y' 1
Y 4 = −Y 2
Y ′ 4 = −Y ′ 2
X ' 4 = X' 2
Satisfied.

ところで、実施例5において説明したと同様に、実施例4のように、
X’3<X3<0<X1<X’1
Y’4<Y4<0<Y2<Y’2
の関係にあるとき、『変位部材の反対方向の回転』が生じる。一方、実施例8にあっては、
X’3<X1<0<X3<X’1
Y’4<Y2<0<Y4<Y’2
の関係にあるが故に、ミラー21が傾く方向と変位部材が変位する方向とが一致する。即ち、例えば、Y軸周りにミラー21が反時計回りに傾くとき、第1の変位部材41及び第3の変位部材43も、ミラー21と同じ方向、即ち、Y軸周りに反時計回りに回転する。その結果、変位部材40と支柱30の接続部、支柱30とミラー21の接続部に、望ましくない応力が発生することが無く、高い信頼性を有し、より小さい駆動力で大きな振り角を実現するミラー構造体を得ることができる。
By the way, as described in the fifth embodiment, as in the fourth embodiment,
X ′ 3 <X 3 <0 <X 1 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 4 <0 <Y 2 <Y ′ 2
In this relationship, “rotation of the displacement member in the opposite direction” occurs. On the other hand, in Example 8,
X ′ 3 <X 1 <0 <X 3 <X ′ 1
Y ′ 4 <Y 2 <0 <Y 4 <Y ′ 2
Therefore, the direction in which the mirror 21 is tilted coincides with the direction in which the displacement member is displaced. That is, for example, when the mirror 21 tilts counterclockwise around the Y axis, the first displacement member 41 and the third displacement member 43 also rotate in the same direction as the mirror 21, that is, counterclockwise around the Y axis. To do. As a result, no undesired stress is generated in the connecting portion between the displacement member 40 and the column 30 and the connecting portion between the column 30 and the mirror 21, and high reliability is achieved and a large swing angle is realized with a smaller driving force. A mirror structure can be obtained.

実施例9も実施例4の変形である。実施例9のミラー構造体を構成する変位部材40及び支柱30の配置を図13に模式的に示す。   The ninth embodiment is also a modification of the fourth embodiment. FIG. 13 schematically shows the arrangement of the displacement member 40 and the column 30 that constitute the mirror structure of the ninth embodiment.

実施例9のミラー構造体にあっては、支柱30の下端部30Bが固定された変位部材40の部分よりも変位部材40の他端部40B側に位置する変位部材40の領域には、ヒンジ部46が設けられている。あるいは又、実施例9のミラー構造体にあっては、支柱30の下端部30Bが固定された変位部材40の部分よりも変位部材40の他端部40B側に位置する変位部材40の領域は、ミアンダ構造を有する。即ち、ヒンジ部46はミアンダ構造を有する。   In the mirror structure according to the ninth embodiment, the region of the displacement member 40 located on the other end portion 40B side of the displacement member 40 with respect to the portion of the displacement member 40 to which the lower end portion 30B of the column 30 is fixed has a hinge. A portion 46 is provided. Alternatively, in the mirror structure according to the ninth embodiment, the region of the displacement member 40 located on the other end portion 40B side of the displacement member 40 from the portion of the displacement member 40 to which the lower end portion 30B of the support column 30 is fixed is as follows. , Having a meander structure. That is, the hinge part 46 has a meander structure.

実施例9にあっては、実施例4と同様に『変位部材の反対方向の回転』が生じるが、ミアンダ構造を有するヒンジ部46が設けられているが故に、不所望の応力の影響を少なくすることができる。また、各支柱に対応する変位部材を2段構造とすることで、X軸及びY軸周りのクロストークがより少なく、より振り角の大きなミラー構造体を得ることができる。尚、実施例9にて説明したヒンジ部46を、必要に応じて、あるいは、構造上、可能ならば、他の実施例のミラー構造体に適用することができることは、云うまでもない。   In the ninth embodiment, “rotation in the opposite direction of the displacement member” occurs as in the fourth embodiment. However, since the hinge portion 46 having the meander structure is provided, the influence of undesired stress is reduced. can do. In addition, since the displacement member corresponding to each column has a two-stage structure, a mirror structure with less crosstalk around the X axis and the Y axis and a larger swing angle can be obtained. Needless to say, the hinge portion 46 described in the ninth embodiment can be applied to a mirror structure of another embodiment if necessary or structurally possible.

実施例10も実施例4の変形である。実施例10のミラー構造体を上方から眺めた模式図、及び、実施例10のミラー構造体におけるミラー21の一部を拡大して斜めから眺めた模式図を、図14の(A)及び(B)に示す。   The tenth embodiment is also a modification of the fourth embodiment. 14A is a schematic view of the mirror structure of Example 10 as viewed from above, and FIG. 14A is a schematic view of a part of the mirror 21 in the mirror structure of Example 10 as viewed from an angle. Shown in B).

実施例10のミラー構造体にあっては、各支柱30の上端部30Aが固定されたミラー21の部分の周囲には、トーションバー47で分離された分離溝48が設けられている。そして、第1の支柱31の上端部30Aが固定されたミラー21の部分とミラー21のその他の部分とは、X軸に沿って延びる第1のトーションバー47によって連結されており、第2の支柱32の上端部30Aが固定されたミラー21の部分とミラー21のその他の部分とは、Y軸に沿って延びる第2のトーションバー47によって連結されており、第3の支柱33の上端部30Aが固定されたミラー21の部分とミラー21のその他の部分とは、X軸に沿って延びる第3のトーションバー47によって連結されており、第4の支柱34の上端部30Aが固定されたミラー21の部分とミラー21のその他の部分とは、Y軸に沿って延びる第4のトーションバー47によって連結されている。即ち、トーションバー47の延びる方向の射影像は、このトーションバー47に対応して設けられた変位部材40の変位によってミラー21に生じる回動における回動軸の射影像と直交している。   In the mirror structure of the tenth embodiment, a separation groove 48 separated by a torsion bar 47 is provided around the portion of the mirror 21 to which the upper end portion 30A of each column 30 is fixed. The portion of the mirror 21 to which the upper end portion 30A of the first support column 31 is fixed and the other portion of the mirror 21 are connected by a first torsion bar 47 extending along the X axis, The portion of the mirror 21 to which the upper end portion 30A of the support column 32 is fixed and the other portion of the mirror 21 are connected by a second torsion bar 47 extending along the Y axis, and the upper end portion of the third support column 33. The part of the mirror 21 to which 30A is fixed and the other part of the mirror 21 are connected by a third torsion bar 47 extending along the X axis, and the upper end part 30A of the fourth column 34 is fixed. The part of the mirror 21 and the other part of the mirror 21 are connected by a fourth torsion bar 47 extending along the Y axis. That is, the projection image in the extending direction of the torsion bar 47 is orthogonal to the projection image of the rotation shaft in the rotation generated in the mirror 21 due to the displacement of the displacement member 40 provided corresponding to the torsion bar 47.

実施例5にて説明したように、例えば、Y軸周りに反時計回りにミラー21が傾いた状態では、第1の変位部材41と第3の変位部材43は、ミラー21と反対の方向、即ち、Y軸周りに時計回りに回転している。即ち、『変位部材の反対方向の回転』が生じる。実施例10においては、各支柱30の上端部30Aが固定されたミラー21の部分の周囲には、トーションバー47で分離された分離溝48が設けられている。従って、例えば、Y軸周りに反時計回りにミラー21が傾いた状態であっても、微小なトーションバー47がこのミラー21の傾きを吸収し、第2の支柱32や第4の支柱34は反時計回りにそれほど傾かない。このように、ミラー21と支柱30の接続部にミラー21を回動させることができる機構(具体的には、トーションバー47)を設けることにより、X軸及びY軸周りのクロストークがより少なく、より振り角の大きなミラー構造体を得ることができる。尚、トーションバー47の長さが長いほど、変位部材の反対方向の回転に起因した不所望の応力の発生を抑制することができるが、トーションバー47の長さが長すぎると各支柱の上下方向の駆動も吸収してしまうため、好適な長さに設定する必要がある。   As described in the fifth embodiment, for example, in a state where the mirror 21 is tilted counterclockwise around the Y axis, the first displacement member 41 and the third displacement member 43 are opposite to the mirror 21. That is, it rotates clockwise around the Y axis. That is, “rotation of the displacement member in the opposite direction” occurs. In the tenth embodiment, a separation groove 48 separated by a torsion bar 47 is provided around the portion of the mirror 21 to which the upper end portion 30A of each column 30 is fixed. Therefore, for example, even when the mirror 21 is tilted counterclockwise around the Y axis, the minute torsion bar 47 absorbs the tilt of the mirror 21, and the second column 32 and the fourth column 34 are Does not tilt so much counterclockwise. Thus, by providing a mechanism (specifically, a torsion bar 47) that can rotate the mirror 21 at the connecting portion between the mirror 21 and the support column 30, there is less crosstalk around the X axis and the Y axis. Thus, a mirror structure having a larger swing angle can be obtained. As the length of the torsion bar 47 increases, the generation of undesired stress due to the rotation of the displacement member in the opposite direction can be suppressed. However, if the length of the torsion bar 47 is too long, Since driving in the direction is also absorbed, it is necessary to set a suitable length.

実施例11も、実施例4の変形であるが、第2の態様に係るミラー構造体(2次元MEMSスキャナ)に関する。図16の矢印P−P及び矢印Q−Qに沿った実施例11のミラー構造体20Bの模式的な一部端面図を、それぞれ、図15の(A)及び(B)に示す。また、実施例11のミラー構造体を構成する変位部材140及び支柱130の配置を図16に模式的に示す。更には、実施例11のミラー構造体を上方から眺めた模式図を図17に示す。   Example 11 is also a modification of Example 4, but relates to the mirror structure (two-dimensional MEMS scanner) according to the second aspect. FIGS. 15A and 15B show schematic partial end views of the mirror structure 20B of Example 11 along arrows PP and QQ in FIG. 16, respectively. Further, FIG. 16 schematically shows the arrangement of the displacement member 140 and the column 130 that constitute the mirror structure of the eleventh embodiment. Furthermore, the schematic diagram which looked at the mirror structure of Example 11 from the upper side is shown in FIG.

実施例11のミラー構造体20Bにあっては、4本の支柱130(131,132,133,134)及び4つの変位部材140(141,142,143,144)を有している。そして、各支柱130の上端部130Aは、ミラー本体部123の外周部に固定されており、第1の支柱131の下端部130Bは第1の変位部材141の一端部140Aに固定されており、第2の支柱132の下端部130Bは第2の変位部材142の一端部140Aに固定されており、第3の支柱133の下端部130Bは第3の変位部材143の一端部140Aに固定されており、第4の支柱134の下端部130Bは第4の変位部材144の一端部140Aに固定されている。より具体的には、ミラー本体部123は、第1の辺、及び、この第1の辺と対向した第3の辺がX方向に延び、第2の辺、及び、この第2の辺と対向した第4の辺がY方向に延びる矩形形状を有する。そして、第1の支柱131の上端部130Aは、ミラー本体部123の第3の辺と第4の辺が交差する第4コーナー部近傍に固定されており、第2の支柱132の上端部130Aは、ミラー本体部123の第2の辺と第3の辺が交差する第3コーナー部近傍に固定されており、第3の支柱133の上端部130Aは、ミラー本体部123の第1の辺と第2の辺が交差する第2コーナー部近傍に固定されており、第4の支柱134の上端部130Aは、ミラー本体部123の第4の辺と第1の辺が交差する第1コーナー部近傍に固定されており、第1の支柱131の下端部130Bに一端部140Aが固定された第1の変位部材141の他端部140B、及び、第2の支柱132の下端部130Bに一端部140Aが固定された第2の変位部材142の他端部140Bは、第1の辺に相当するミラー本体部123の部分に固定されており、第3の支柱133の下端部130Bに一端部140Aが固定された第3の変位部材143の他端部140B、及び、第4の支柱134の下端部130Bに一端部140Aが固定された第4の変位部材144の他端部140Bは、第3の辺に相当するミラー本体部123の部分に固定されている。   The mirror structure 20B according to the eleventh embodiment includes four support columns 130 (131, 132, 133, 134) and four displacement members 140 (141, 142, 143, 144). And the upper end part 130A of each support | pillar 130 is being fixed to the outer peripheral part of the mirror main-body part 123, the lower end part 130B of the 1st support | pillar 131 is being fixed to the one end part 140A of the 1st displacement member 141, The lower end portion 130B of the second support column 132 is fixed to one end portion 140A of the second displacement member 142, and the lower end portion 130B of the third support column 133 is fixed to the one end portion 140A of the third displacement member 143. The lower end portion 130B of the fourth column 134 is fixed to one end portion 140A of the fourth displacement member 144. More specifically, the mirror main body 123 has a first side and a third side facing the first side extending in the X direction, and the second side and the second side. The opposed fourth sides have a rectangular shape extending in the Y direction. The upper end portion 130A of the first column 131 is fixed in the vicinity of the fourth corner portion where the third side and the fourth side of the mirror main body 123 intersect, and the upper end portion 130A of the second column 132 is fixed. Is fixed in the vicinity of the third corner where the second side and the third side of the mirror main body 123 intersect, and the upper end portion 130A of the third support column 133 is fixed to the first side of the mirror main body 123. Are fixed in the vicinity of the second corner where the second side intersects, and the upper end portion 130A of the fourth column 134 is the first corner where the fourth side and the first side of the mirror main body 123 intersect. The other end portion 140B of the first displacement member 141 is fixed to the lower end portion 130B of the first column 131, and the other end portion 140B of the second column 132 is fixed to the lower end portion 130B of the first column 131. Second displacement member to which part 140A is fixed The other end portion 140B of 42 is fixed to a portion of the mirror main body 123 corresponding to the first side, and a third displacement member 143 in which the one end portion 140A is fixed to the lower end portion 130B of the third support column 133. The other end portion 140B of the fourth displacement member 144 and the other end portion 140B of the fourth displacement member 144 fixed to the lower end portion 130B of the fourth column 134 are the mirror body portion 123 corresponding to the third side. It is fixed to the part.

ここで、ミラー121の重心を原点としたガウス座標を想定し、原点を通り、ミラー121におけるX方向をX軸、原点を通り、ミラー121におけるY方向をY軸としたとき、ミラー本体部123における第1の支柱131の上端部130Aの固定位置とミラー本体部123における第2の支柱132の上端部130Aの固定位置、ミラー本体部123における第3の支柱133の上端部130Aの固定位置とミラー本体部123における第4の支柱134の上端部130Aの固定位置とは、Y軸に対して対称に位置している。また、ミラー本体部123における第1の支柱131の上端部130Aの固定位置とミラー本体部123における第4の支柱134の上端部130Aの固定位置、ミラー本体部123における第2の支柱132の上端部130Aの固定位置とミラー本体部123における第3の支柱133の上端部130Aの固定位置とは、X軸に対して対称に位置している。   Here, assuming a Gaussian coordinate with the center of gravity of the mirror 121 as the origin, when passing through the origin, the X direction in the mirror 121 is taken as the X axis, the origin is taken, and the Y direction in the mirror 121 is taken as the Y axis, the mirror body 123 The fixed position of the upper end portion 130A of the first support column 131 in the mirror body, the fixed position of the upper end portion 130A of the second support column 132 in the mirror body 123, and the fixed position of the upper end portion 130A of the third support column 133 in the mirror body 123 The fixed position of the upper end portion 130A of the fourth column 134 in the mirror main body 123 is located symmetrically with respect to the Y axis. In addition, the fixed position of the upper end portion 130A of the first column 131 in the mirror main body 123, the fixed position of the upper end portion 130A of the fourth column 134 in the mirror main body 123, and the upper end of the second column 132 in the mirror main body 123. The fixing position of the portion 130A and the fixing position of the upper end portion 130A of the third support column 133 in the mirror main body 123 are located symmetrically with respect to the X axis.

より具体的には、第1の辺及び第3の辺の長さをL1、第2の辺及び第4の辺の長さをL2としたとき、第3の辺、第4の辺、第4コーナー部(図16において、白抜きの丸印の中央に「D」を記した印で示す)からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第4コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第1の支柱131の上端部130Aが固定されている。同様に、第2の辺、第3の辺、第3コーナー部(図16において、白抜きの丸印の中央に「C」を記した印で示す)からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第3コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第2の支柱132の上端部130Aが固定されている。同様に、第1の辺、第2の辺、第2コーナー部(図16において、白抜きの丸印の中央に「B」を記した印で示す)からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第2コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第3の支柱133の上端部130Aが固定されている。同様に、第4の辺、第1の辺、第1コーナー部(図16において、白抜きの丸印の中央に「A」を記した印で示す)からX方向に沿ってc1・L1だけ離れた境界、及び、第1コーナー部からY方向に沿ってc2・L2だけ離れた境界によって囲まれた領域内に第4の支柱134の上端部130Aが固定されている。ここで、例えば、c1=0.2、c2=0.2である。 More specifically, the length of the first side and the third side L 1, when the length of the second side and the fourth side was L 2, a third side, a fourth side , A boundary separated by c 1 · L 1 along the X direction from the fourth corner portion (indicated by a mark with “D” in the center of the white circle in FIG. 16), and the fourth corner portion The upper end portion 130A of the first support column 131 is fixed in a region surrounded by a boundary separated by c 2 · L 2 along the Y direction. Similarly, c 1 · L along the X direction from the second side, the third side, and the third corner portion (indicated by a mark with “C” in the center of the white circle in FIG. 16) The upper end portion 130A of the second support column 132 is fixed in a region surrounded by a boundary separated by 1 and a boundary separated from the third corner portion by c 2 · L 2 along the Y direction. Similarly, c 1 · L along the X direction from the first side, the second side, and the second corner (indicated by a mark with “B” in the center of the white circle in FIG. 16). The upper end portion 130A of the third support column 133 is fixed in a region surrounded by a boundary separated by 1 and a boundary separated from the second corner portion by c 2 · L 2 along the Y direction. Similarly, c 1 · L along the X direction from the fourth side, the first side, and the first corner portion (indicated by the mark “A” in the center of the white circle in FIG. 16). 1 apart boundary, and the upper end portion 130A of the fourth post 134 is fixed to a region surrounded by the boundary at a distance c 2 · L 2 along the first corner portion in the Y direction. Here, for example, c 1 = 0.2 and c 2 = 0.2.

そして、実施例11のミラー構造体20Bにあっては、第1の変位部材141、第2の変位部材142、第3の変位部材143及び第4の変位部材144は、限定するものではないが、ミアンダ構造を有する。   In the mirror structure 20B according to the eleventh embodiment, the first displacement member 141, the second displacement member 142, the third displacement member 143, and the fourth displacement member 144 are not limited. , Having a meander structure.

以上に説明した点を除き,実施例11のミラー構造体20Bの構成、構造は、実施例4のミラー構造体20Aの構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   Except for the points described above, the configuration and structure of the mirror structure 20B according to the eleventh embodiment can be the same as the configuration and structure of the mirror structure 20A according to the fourth embodiment.

尚、図18に実施例11のミラー構造体の変形例を上方から眺めた模式図を示すように、ミラー本体部123を、光反射層支持部123A、及び、光反射層支持部123Aを取り囲む可動フレーム123Bから構成してもよく、この場合、可動フレーム123Bの四隅近傍の可動フレーム裏面に複数の支柱130の上端部を固定すればよく、また、可動フレーム123Bと光反射層支持部123Aとを連結した状態で一体的に形成すればよい。   In addition, as shown in the schematic diagram which looked at the modification of the mirror structure of Example 11 from the upper part in FIG. 18, the mirror main-body part 123 surrounds the light reflection layer support part 123A and the light reflection layer support part 123A. The movable frame 123B may be configured. In this case, the upper ends of the plurality of columns 130 may be fixed to the movable frame back surface in the vicinity of the four corners of the movable frame 123B, and the movable frame 123B and the light reflection layer support 123A May be integrally formed in a connected state.

実施例12は、本発明の頭部装着型ディスプレイ(HMD,Head Mounted Display)に関する。実施例12の頭部装着型ディスプレイにあっては、実施例2〜実施例3にて説明した光反射装置組立体、実施例4〜実施例11にて説明したミラー構造体を適用している。   Example 12 relates to a head mounted display (HMD) according to the present invention. In the head mounted display of the twelfth embodiment, the light reflecting device assembly described in the second to third embodiments and the mirror structure described in the fourth to eleventh embodiments are applied. .

実施例12における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図22に示し、頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図23に示す。また、頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図24に示し、頭部装着型ディスプレイを観察者240の頭部に装着した状態を上方から眺めた図を図25に示す。更には、実施例12における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置の概念図を図26に示す。尚、図25においては、便宜上、画像表示装置のみを示し、フレームの図示は省略しており、図26あるいは後述する図27においては、光反射装置組立体17が組み込まれた例を図示している。   FIG. 22 shows a schematic view of the head mounted display in Example 12 as viewed from the front, and FIG. 22 shows a schematic view of the head mounted display (provided that the frame is removed) as viewed from the front. 23. FIG. 24 shows a schematic view of the head-mounted display viewed from above, and FIG. 25 shows a view of the head-mounted display mounted on the head of the observer 240 from above. Furthermore, FIG. 26 shows a conceptual diagram of an image display device incorporated in a head-mounted display in Example 12. In FIG. 25, only the image display device is shown for the sake of convenience, and the illustration of the frame is omitted. In FIG. 26 or FIG. 27 described later, an example in which the light reflection device assembly 17 is incorporated is shown. Yes.

実施例12における頭部装着型ディスプレイは、
(A)観察者240の頭部に装着される眼鏡型のフレーム210、及び、
(B)2つの画像表示装置300、
を備えている。
The head mounted display in Example 12 is
(A) a glasses-type frame 210 attached to the head of the observer 240, and
(B) two image display devices 300,
It has.

ここで、各画像表示装置300は、
(イ)光源351、
(ロ)光源351から出射された光を平行光とするコリメート光学系352、
(ハ)コリメート光学系352から出射された平行光を走査する走査手段353、及び、
(ニ)走査手段353によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系354、
から構成されている。尚、画像生成装置310全体が筐体313(図26では、一点鎖線で示す)内に納められており、係る筐体313には開口部(図示せず)が設けられており、開口部を介してリレー光学系354から光が出射される。そして、各筐体313が、結合部材220の端部分に、ビスあるいは接着剤(図示せず)を用いて取り付けられている。また、筐体313に、導光手段320が取り付けられている。
Here, each image display device 300 includes:
(A) Light source 351,
(B) a collimating optical system 352 that collimates the light emitted from the light source 351;
(C) scanning means 353 for scanning the parallel light emitted from the collimating optical system 352, and
(D) a relay optical system 354 that relays and emits parallel light scanned by the scanning means 353;
It is composed of Note that the entire image generation apparatus 310 is housed in a housing 313 (indicated by a one-dot chain line in FIG. 26), and the housing 313 is provided with an opening (not shown). Then, light is emitted from the relay optical system 354. Each housing 313 is attached to the end portion of the coupling member 220 using screws or an adhesive (not shown). In addition, the light guide unit 320 is attached to the housing 313.

光源351は、赤色を発光する赤色発光素子351R、緑色を発光する緑色発光素子351G、青色を発光する青色発光素子351Bから構成されており、各発光素子は半導体レーザ素子や固体レーザから成る。光源351から出射された3原色の光は、クロスプリズム355を通過することで色合成が行われ、光路が一本化され、全体として正の光学的パワーを持つコリメート光学系352に入射し、平行光として出射される。そして、この平行光は、全反射ミラー356で反射され、入射した平行光を2次元的に走査する実施例2〜実施例3にて説明した光反射装置組立体17,18から成る走査手段353によって水平走査及び垂直走査が行われ、即ち、X方向及びY方向のラスタースキャンが行われ、一種の2次元画像化され、仮想の画素が生成される。そして、仮想の画素からの光は、周知のリレー光学系から構成されたリレー光学系354を通過し、平行光とされた光束が導光手段320に入射する。   The light source 351 includes a red light emitting element 351R that emits red light, a green light emitting element 351G that emits green light, and a blue light emitting element 351B that emits blue light. Each light emitting element includes a semiconductor laser element or a solid-state laser. The light of the three primary colors emitted from the light source 351 passes through the cross prism 355, color synthesis is performed, the optical path is unified, and enters the collimating optical system 352 having a positive optical power as a whole, It is emitted as parallel light. Then, the parallel light is reflected by the total reflection mirror 356, and scanning means 353 comprising the light reflecting device assemblies 17 and 18 described in the second to third embodiments for scanning the incident parallel light two-dimensionally. Thus, horizontal scanning and vertical scanning are performed, that is, raster scanning in the X direction and Y direction is performed to form a kind of two-dimensional image, and a virtual pixel is generated. Then, light from the virtual pixel passes through a relay optical system 354 including a known relay optical system, and a light beam that has been converted into parallel light enters the light guide unit 320.

尚、場合によっては、赤色発光素子351Rから出射された赤色光、緑色発光素子351Gから出射された緑色光、青色発光素子351Bから出射された青色光のそれぞれに最適化された3種類の光反射装置12を備えており(具体的には、入射光の波長に対する、例えば、PTx,PTy,VDL,VDSの最適化)、更には、これらの3種類の光反射装置12から出射された赤色光、緑色光及び青色光の光路を一本化し、リレー光学系354へと出射するための光合成手段を備えていてもよい。 In some cases, three types of light reflections optimized for red light emitted from the red light emitting element 351R, green light emitted from the green light emitting element 351G, and blue light emitted from the blue light emitting element 351B, respectively. (specifically, with respect to the wavelength of the incident light, for example, optimization of PT x, PT y, VD L , VD S) provided with a device 12, furthermore, emitted from these three types of optical reflector 12 There may be provided a light combining means for unifying the optical paths of the red light, the green light and the blue light and outputting them to the relay optical system 354.

頭部装着型ディスプレイは、上述したとおり、2つの画像表示装置300を結合する結合部材220を有している。結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cの観察者に面する側に(即ち、観察者240とフレーム210との間に)、例えば、ビス(図示せず)を用いて取り付けられている。更には、結合部材220の射影像は、フレーム210の射影像内に含まれる。即ち、観察者240の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材220はフレーム210によって隠されており、結合部材220は視認されない。   As described above, the head-mounted display includes the coupling member 220 that couples the two image display devices 300. The coupling member 220 is on the side facing the viewer of the central portion 210C of the frame 210 located between the two pupils 241 of the viewer 240 (ie, between the viewer 240 and the frame 210), for example, a screw. (Not shown). Further, the projection image of the coupling member 220 is included in the projection image of the frame 210. That is, when the head-mounted display is viewed from the front of the observer 240, the coupling member 220 is hidden by the frame 210, and the coupling member 220 is not visually recognized.

具体的には、一方の画像生成装置310Aの取付部中心310ACとフレーム210の一端部(一方の智)210Aとの間の距離をα、結合部材220の中心220Cからフレームの一端部(一方の智)210Aまでの距離をβ、他方の画像生成装置310Bの取付部中心310BCとフレームの一端部(一方の智)210Aとの間の距離をγ、フレームの長さをLとしたとき、
α=0.1×L
β=0.5×L
γ=0.9×L
である。
Specifically, the distance between the attachment portion center 310A C of one image generation device 310A and one end (one wisdom) 210A of the frame 210 is α, and the center 220 C of the coupling member 220 is connected to one end of the frame ( The distance to 210A is β, the distance between the attachment center 310B C of the other image generating device 310B and one end (one side) 210A of the frame is γ, and the length of the frame is L. When
α = 0.1 × L
β = 0.5 × L
γ = 0.9 × L
It is.

そして、結合部材220によって2つの画像表示装置300が結合されているが、具体的には、結合部材220の各端部に、画像生成装置310A,310Bが、取付け状態調整可能に取り付けられている。各画像生成装置310A,310Bは、観察者240の瞳241よりも外側に位置している。ここで、結合部材220の各端部への画像生成装置(具体的には、画像生成装置310A,310B)の取付けは、具体的には、例えば、結合部材の各端部の3箇所に貫通孔(図示せず)を設け、貫通孔に対応したタップ付きの孔部(螺合部。図示せず)を画像生成装置310A,310Bに設け、各貫通孔にビス(図示せず)を通し、画像生成装置310A,310Bに設けられた孔部に螺合させる。ビスと孔部との間にはバネを挿入しておく。こうして、ビスの締め付け状態によって、画像生成装置の取付け状態(結合部材に対する画像生成装置の傾き)を調整することができる。取付け後、蓋(図示せず)によってビスを隠す。尚、図23、図29、図32において、結合部材220,230を明示するために、結合部材220,230に斜線を付した。   The two image display devices 300 are coupled by the coupling member 220. Specifically, the image generation devices 310A and 310B are attached to the respective end portions of the coupling member 220 so that the mounting state can be adjusted. . Each of the image generation devices 310 </ b> A and 310 </ b> B is located outside the pupil 241 of the observer 240. Here, the attachment of the image generation device (specifically, the image generation devices 310A and 310B) to each end of the coupling member 220 is specifically, for example, penetrated through three positions at each end of the coupling member. A hole (not shown) is provided, and a tapped hole (screwed portion; not shown) corresponding to the through hole is provided in the image generating devices 310A and 310B, and a screw (not shown) is passed through each through hole. Then, they are screwed into holes provided in the image generating apparatuses 310A and 310B. A spring is inserted between the screw and the hole. Thus, the mounting state of the image generating device (the inclination of the image generating device with respect to the coupling member) can be adjusted by the tightening state of the screws. After installation, the screw is hidden by a lid (not shown). In FIG. 23, FIG. 29, and FIG. 32, the coupling members 220 and 230 are hatched to clearly show the coupling members 220 and 230.

フレーム210は、観察者240の正面に配置されるフロント部210Bと、フロント部210Bの両端に蝶番211を介して回動自在に取り付けられた2つのテンプル部212と、各テンプル部212の先端部に取り付けられたモダン部(先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる)213から成り、結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフロント部210Bの中央部分210C(通常の眼鏡におけるブリッジの部分に相当する)に取り付けられている。そして、結合部材220の観察者240に面する側にノーズパッド214が取り付けられている。尚、図24、図30あるいは図33においては、ノーズパッド214の図示を省略している。フレーム210及び結合部材220は金属や合金、プラスチック、あるいは、これらの組合せから作製されており、結合部材220の形状は湾曲した棒状である。尚、結合部材220の形状は、結合部材220の射影像がフレーム210の射影像内に含まれる限りにおいて、本質的に任意であり、例えば、棒状の他、細長い板状を例示することができる。   The frame 210 includes a front portion 210B disposed in front of the observer 240, two temple portions 212 rotatably attached to both ends of the front portion 210B via hinges 211, and tip portions of the temple portions 212. The connecting member 220 is a central portion 210C (ordinary glasses) of the front portion 210B located between the two pupils 241 of the observer 240. (Corresponding to the bridge part). A nose pad 214 is attached to the side of the coupling member 220 facing the observer 240. 24, 30 or 33, the nose pad 214 is not shown. The frame 210 and the coupling member 220 are made of metal, alloy, plastic, or a combination thereof, and the shape of the coupling member 220 is a curved rod shape. The shape of the coupling member 220 is essentially arbitrary as long as the projection image of the coupling member 220 is included in the projection image of the frame 210. For example, an elongated plate shape can be exemplified in addition to a rod shape. .

更には、一方の画像生成装置310Aから延びる配線(信号線や電源線等)215が、テンプル部212、及び、モダン部213の内部を介して、モダン部213の先端部から外部に延び、外部回路(制御回路)に接続されている。更には、各画像生成装置310A,310Bはヘッドホン部216を備えており、各画像生成装置310A,310Bから延びるヘッドホン部用配線217が、テンプル部212、及び、モダン部213の内部を介して、モダン部213の先端部からヘッドホン部216へと延びている。ヘッドホン部用配線217は、より具体的には、モダン部213の先端部から、耳介(耳殻)の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部216へと延びている。このような構成にすることで、ヘッドホン部216やヘッドホン部用配線217が乱雑に配置されているといった印象を与えることがなく、すっきりとした頭部装着型ディスプレイとすることができる。   Furthermore, a wiring (a signal line, a power supply line, etc.) 215 extending from one image generation apparatus 310A extends to the outside from the distal end portion of the modern portion 213 via the temple portion 212 and the inside of the modern portion 213. It is connected to a circuit (control circuit). Further, each of the image generation devices 310A and 310B includes a headphone unit 216, and a headphone unit wiring 217 extending from each of the image generation devices 310A and 310B is provided through the temple unit 212 and the modern unit 213. It extends from the front end of the modern part 213 to the headphone part 216. More specifically, the headphone section wiring 217 extends from the tip of the modern section 213 to the headphone section 216 so as to wrap around the auricle (ear shell). With such a configuration, the headphone unit 216 and the headphone unit wiring 217 are not randomly arranged, and a clean head-mounted display can be obtained.

また、フロント部210Bの中央部分210Cには、CCDあるいはCMOSセンサーから成る固体撮像素子とレンズ(これらは図示せず)とから構成された撮像装置218が取り付けられている。具体的には、中央部分210Cには貫通孔が設けられており、中央部分210Cに設けられた貫通孔と対向する結合部材220の部分には凹部が設けられており、この凹部内に撮像装置218が配置されている。中央部分210Cに設けられた貫通孔から入射した光が、レンズによって固体撮像素子に集光される。固体撮像素子からの信号は、撮像装置218から延びる配線(図示せず)を介して、画像生成装置310Aに送出される。尚、配線は、結合部材220とフロント部210Bとの間を通り、一方の画像生成装置310Aに接続されている。このような構成にすることで、撮像装置が頭部装着型ディスプレイに組み込まれていることを、視認させ難くすることができる。   In addition, an image pickup device 218 composed of a solid-state image pickup device composed of a CCD or CMOS sensor and a lens (these are not shown) is attached to the central portion 210C of the front portion 210B. Specifically, a through hole is provided in the central portion 210C, and a concave portion is provided in a portion of the coupling member 220 that faces the through hole provided in the central portion 210C. 218 is arranged. The light incident from the through hole provided in the central portion 210C is condensed on the solid-state image sensor by the lens. A signal from the solid-state imaging device is sent to the image generation device 310A via a wiring (not shown) extending from the imaging device 218. Note that the wiring passes between the coupling member 220 and the front portion 210B, and is connected to one image generation device 310A. With such a configuration, it can be made difficult to visually recognize that the imaging device is incorporated in the head-mounted display.

実施例12にあっては、図26に示すように、リレー光学系354にて平行光とされた光束が入射され、導光され、出射される導光手段320は、
(a)全体として画像生成装置310よりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310から出射された光が入射され、導光され、観察者240の瞳241に向かって出射される導光板321、
(b)導光板321に入射された光が導光板321の内部で全反射されるように、導光板321に入射された光を偏向させる第1偏向手段330、及び、
(c)導光板321の内部を全反射により伝播した光を導光板321から出射させるために、導光板321の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段340、
から構成されている。
In the twelfth embodiment, as shown in FIG. 26, the light guide means 320 into which the light beam converted into parallel light by the relay optical system 354 is incident, guided, and emitted is
(A) As a whole, it is disposed closer to the center of the face of the observer 240 than the image generating apparatus 310, the light emitted from the image generating apparatus 310 is incident, guided, and emitted toward the pupil 241 of the observer 240. Light guide plate 321,
(B) first deflecting means 330 for deflecting the light incident on the light guide plate 321 so that the light incident on the light guide plate 321 is totally reflected inside the light guide plate 321; and
(C) second deflecting means 340 for deflecting the light propagated in the light guide plate 321 by total reflection several times in order to emit the light propagated in the light guide plate 321 by total reflection from the light guide plate 321;
It is composed of

第1偏向手段330及び第2偏向手段340は導光板321の内部に配設されている。そして、第1偏向手段330は、導光板321に入射された光を反射し、第2偏向手段340は、導光板321の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する。即ち、第1偏向手段330は反射鏡として機能し、第2偏向手段340は半透過鏡として機能する。より具体的には、導光板321の内部に設けられた第1偏向手段330は、アルミニウムから成り、導光板321に入射された光を反射させる光反射膜(一種のミラー)から構成されている。一方、導光板321の内部に設けられた第2偏向手段340は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体から構成されている。誘電体積層膜は、例えば、高誘電率材料としてのTiO2膜、及び、低誘電率材料としてのSiO2膜から構成されている。誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体に関しては、特表2005−521099に開示されている。図面においては6層の誘電体積層膜を図示しているが、これに限定するものではない。誘電体積層膜と誘電体積層膜との間には、導光板321を構成する材料と同じ材料から成る薄片が挟まれている。尚、第1偏向手段330においては、導光板321に入射された平行光が導光板321の内部で全反射されるように、導光板321に入射された平行光が反射(又は回折)される。一方、第2偏向手段340においては、導光板321の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射(又は回折)され、導光板321から平行光の状態で出射される。 The first deflecting unit 330 and the second deflecting unit 340 are disposed inside the light guide plate 321. The first deflecting unit 330 reflects the light incident on the light guide plate 321, and the second deflecting unit 340 transmits and reflects the light propagated through the light guide plate 321 by total reflection over a plurality of times. To do. That is, the first deflecting unit 330 functions as a reflecting mirror, and the second deflecting unit 340 functions as a semi-transmissive mirror. More specifically, the first deflecting means 330 provided inside the light guide plate 321 is made of aluminum and is composed of a light reflecting film (a kind of mirror) that reflects the light incident on the light guide plate 321. . On the other hand, the second deflecting means 340 provided inside the light guide plate 321 is composed of a multilayer laminated structure in which a large number of dielectric laminated films are laminated. The dielectric laminated film is composed of, for example, a TiO 2 film as a high dielectric constant material and an SiO 2 film as a low dielectric constant material. A multilayer laminated structure in which a large number of dielectric laminated films are laminated is disclosed in JP-T-2005-521099. In the drawing, a six-layer dielectric laminated film is shown, but the present invention is not limited to this. A thin piece made of the same material as that constituting the light guide plate 321 is sandwiched between the dielectric laminated film and the dielectric laminated film. In the first deflecting means 330, the parallel light incident on the light guide plate 321 is reflected (or diffracted) so that the parallel light incident on the light guide plate 321 is totally reflected inside the light guide plate 321. . On the other hand, in the second deflecting unit 340, the parallel light propagated through the light guide plate 321 by total reflection is reflected (or diffracted) a plurality of times and emitted from the light guide plate 321 in the state of parallel light.

第1偏向手段330は、導光板321の第1偏向手段330を設ける部分324を切り出すことで、導光板321に第1偏向手段330を形成すべき斜面を設け、係る斜面に光反射膜を真空蒸着した後、導光板321の切り出した部分324を第1偏向手段330に接着すればよい。また、第2偏向手段340は、導光板321を構成する材料と同じ材料(例えば、ガラス)と誘電体積層膜(例えば、真空蒸着法にて成膜することができる)とが多数積層された多層積層構造体を作製し、導光板321の第2偏向手段340を設ける部分325を切り出して斜面を形成し、係る斜面に多層積層構造体を接着し、研磨等を行って、外形を整えればよい。こうして、導光板321の内部に第1偏向手段330及び第2偏向手段340が設けられた導光手段320を得ることができる。   The first deflecting means 330 cuts a portion 324 of the light guide plate 321 where the first deflecting means 330 is provided, thereby providing the light guide plate 321 with a slope on which the first deflecting means 330 is to be formed, and vacuuming the light reflecting film on the slope. After vapor deposition, the cut out portion 324 of the light guide plate 321 may be bonded to the first deflecting unit 330. The second deflecting unit 340 is formed by laminating a large number of the same material (for example, glass) as that constituting the light guide plate 321 and a dielectric laminated film (for example, a film can be formed by a vacuum deposition method). A multilayer laminated structure is manufactured, and a portion 325 provided with the second deflecting means 340 of the light guide plate 321 is cut out to form a slope, and the multilayer laminated structure is adhered to the slope and polished to adjust the outer shape. That's fine. In this way, the light guide unit 320 in which the first deflecting unit 330 and the second deflecting unit 340 are provided inside the light guide plate 321 can be obtained.

導光板321は、導光板321の軸線と平行に延びる2つの平行面(第1面322及び第2面323)を有している。第1面322と第2面323とは対向している。そして、光入射面に相当する第1面322から平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、光出射面に相当する第1面322から出射される。   The light guide plate 321 has two parallel surfaces (a first surface 322 and a second surface 323) extending in parallel with the axis of the light guide plate 321. The first surface 322 and the second surface 323 are opposed to each other. Then, parallel light enters from the first surface 322 corresponding to the light incident surface, propagates through the interior by total reflection, and then exits from the first surface 322 corresponding to the light exit surface.

このように、実施例12における頭部装着型ディスプレイ(HMD)にあっては、結合部材220が2つの画像表示装置300を結合しており、この結合部材220は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cに取り付けられている。即ち、各画像表示装置300は、フレーム210に、直接、取り付けられた構造とはなっていない。従って、観察者240がフレーム210を頭部に装着したとき、テンプル部212が外側に向かって広がった状態となり、その結果、フレーム210が変形したとしても、このようなフレーム210の変形によって、画像生成装置310A,310Bの変位(位置変化)が生じないか、生じたとしても、極僅かである。それ故、左右の画像の輻輳角が変化してしまうことを確実に防止することができる。しかも、フレーム210のフロント部210Bの剛性を高める必要がないので、フレーム210の重量増加、デザイン性の低下、コストの増加を招くことがない。また、画像表示装置300は、眼鏡型のフレーム210に、直接、取り付けられていないので、観察者の嗜好によってフレーム210のデザインや色等を自由に選択することが可能であるし、フレーム210のデザインが受ける制約も少なく、デザイン上の自由度が高い。加えて、観察者の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材220はフレーム210に隠れている。従って、高いデザイン性、意匠性を頭部装着型ディスプレイに与えることができる。   As described above, in the head-mounted display (HMD) according to the twelfth embodiment, the coupling member 220 couples the two image display devices 300, and the coupling member 220 includes the two pupils of the observer 240. It is attached to the central portion 210C of the frame 210 located between 241. That is, each image display device 300 is not directly attached to the frame 210. Accordingly, when the observer 240 wears the frame 210 on the head, the temple portion 212 is expanded outward, and as a result, even if the frame 210 is deformed, the deformation of the frame 210 causes the image to be deformed. The displacement (position change) of the generation devices 310A and 310B does not occur, or even a slight amount. Therefore, it is possible to reliably prevent the convergence angle of the left and right images from changing. In addition, since it is not necessary to increase the rigidity of the front portion 210B of the frame 210, there is no increase in the weight of the frame 210, a decrease in design, and an increase in cost. Further, since the image display device 300 is not directly attached to the eyeglass-type frame 210, the design and color of the frame 210 can be freely selected according to the preference of the observer. There are few restrictions on the design, and the degree of freedom in design is high. In addition, the coupling member 220 is hidden by the frame 210 when the head-mounted display is viewed from the front of the observer. Therefore, high design and design can be given to the head-mounted display.

実施例13は実施例12の変形である。実施例13における頭部装着型ディスプレイに組み込まれた画像表示装置400の概念図を図27の(A)に示す。また、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図を図27の(B)に示す。実施例13にあっては、画像生成装置310は、実施例12と同様の構成、構造を有する。また、導光手段420は、第1偏向手段及び第2偏向手段の構成、構造が異なる点を除き、基本的な構成、構造、即ち、
(a)全体として画像生成装置310よりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310から出射された光が入射され、導光され、観察者240の瞳241に向かって出射される導光板421、
(b)導光板421に入射された光が導光板421の内部で全反射されるように、導光板421に入射された光を偏向させる第1偏向手段、及び、
(c)導光板421の内部を全反射により伝播した光を導光板421から出射させるために、導光板421の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第2偏向手段、
から構成されている点は、実施例12の導光手段320と同じである。
The thirteenth embodiment is a modification of the twelfth embodiment. FIG. 27A shows a conceptual diagram of the image display device 400 incorporated in the head mounted display in the thirteenth embodiment. FIG. 27B is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of the reflective volume hologram diffraction grating. In the thirteenth embodiment, the image generation apparatus 310 has the same configuration and structure as the twelfth embodiment. The light guide unit 420 has a basic configuration and structure except that the configuration and structure of the first deflection unit and the second deflection unit are different.
(A) As a whole, it is disposed closer to the center of the face of the observer 240 than the image generating apparatus 310, the light emitted from the image generating apparatus 310 is incident, guided, and emitted toward the pupil 241 of the observer 240. Light guide plate 421,
(B) first deflection means for deflecting the light incident on the light guide plate 421 so that the light incident on the light guide plate 421 is totally reflected inside the light guide plate 421;
(C) second deflecting means for deflecting the light propagated in the light guide plate 421 by total reflection multiple times in order to emit the light propagated in the light guide plate 421 by total reflection from the light guide plate 421;
This is the same as the light guiding means 320 of the twelfth embodiment.

実施例13にあっては、第1偏向手段及び第2偏向手段は導光板421の表面(具体的には、導光板421の第2面423)に配設されている。そして、第1偏向手段は、導光板421に入射された光を回折し、第2偏向手段は、導光板421の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する。ここで、第1偏向手段及び第2偏向手段は、回折格子素子、具体的には反射型回折格子素子、より具体的には反射型体積ホログラム回折格子から成る。以下の説明において、反射型体積ホログラム回折格子から成る第1偏向手段を、便宜上、『第1回折格子部材430』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第2偏向手段を、便宜上、『第2回折格子部材440』と呼ぶ。   In the thirteenth embodiment, the first deflecting means and the second deflecting means are disposed on the surface of the light guide plate 421 (specifically, the second surface 423 of the light guide plate 421). The first deflecting unit diffracts the light incident on the light guide plate 421, and the second deflecting unit diffracts the light propagated through the light guide plate 421 by total reflection over a plurality of times. Here, the first deflecting unit and the second deflecting unit include a diffraction grating element, specifically a reflective diffraction grating element, and more specifically a reflective volume hologram diffraction grating. In the following description, the first deflecting means composed of the reflective volume hologram diffraction grating is referred to as “first diffraction grating member 430” for convenience, and the second deflecting means composed of the reflective volume hologram diffraction grating is referred to as “first This is referred to as “2 diffraction grating member 440”.

そして、実施例13にあっては、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を、異なるP種類(具体的には、P=3であり、赤色、緑色、青色の3種類)の波長帯域(あるいは、波長)を有するP種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層が積層されて成る構成としている。尚、フォトポリマー材料から成る各回折格子層には、1種類の波長帯域(あるいは、波長)に対応する干渉縞が形成されており、従来の方法で作製されている。より具体的には、赤色の光を回折反射する回折格子層と、緑色の光を回折反射する回折格子層と、青色の光を回折反射する回折格子層とが積層された構造を、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440は有する。回折格子層(回折光学素子)に形成された干渉縞のピッチは一定であり、干渉縞は直線状であり、Z’軸方向に平行である。尚、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440の軸線方向をY’軸方向、法線方向をX’軸方向とする。ここで、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440のY’軸方向はミラーのX軸の方向に相当し、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440のZ’軸方向はミラーのY軸の方向に相当する。図27の(A)及び(B)においては、第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を1層で示した。このような構成を採用することで、各波長帯域(あるいは、波長)を有する光が第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。   In Example 13, the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 are made of different P types (specifically, P = 3, and three types of red, green, and blue). In order to cope with diffraction reflection of P types of light having a wavelength band (or wavelength), a P-layer diffraction grating layer composed of a reflective volume hologram diffraction grating is laminated. Each diffraction grating layer made of a photopolymer material is formed with interference fringes corresponding to one type of wavelength band (or wavelength), and is produced by a conventional method. More specifically, a structure in which a diffraction grating layer that diffracts and reflects red light, a diffraction grating layer that diffracts and reflects green light, and a diffraction grating layer that diffracts and reflects blue light is stacked. The diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 include. The pitch of the interference fringes formed in the diffraction grating layer (diffractive optical element) is constant, the interference fringes are linear, and are parallel to the Z′-axis direction. The axial direction of the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 is defined as the Y′-axis direction, and the normal direction is defined as the X′-axis direction. Here, the Y′-axis direction of the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 corresponds to the X-axis direction of the mirror, and the Z′-axis direction of the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440. Corresponds to the Y-axis direction of the mirror. 27A and 27B, the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 are shown as one layer. By adopting such a configuration, the diffraction efficiency increases when the light having each wavelength band (or wavelength) is diffracted and reflected by the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440, and the diffraction acceptance angle. And the diffraction angle can be optimized.

第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を構成する材料として、上述したとおり、フォトポリマー材料を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。反射型体積ホログラム回折格子とは、+1次の回折光のみを回折反射するホログラム回折格子を意味する。回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材を構成する部材(例えば、フォトポリマー材料)に対して一方の側の第1の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材を構成する部材に対して他方の側の第2の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材を構成する部材の内部に記録すればよい。第1の所定の方向、第2の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角(スラント角)を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材(あるいは回折格子層)の表面と干渉縞の成す角度を意味する。第1回折格子部材430及び第2回折格子部材440を、反射型体積ホログラム回折格子から成るP層の回折格子層の積層構造から構成する場合、このような回折格子層の積層は、P層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、P層の回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層(接着)すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて1層の回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼り付けて回折格子層を作製することで、P層の回折格子層を作製してもよい。   As described above, examples of the material constituting the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 include a photopolymer material. The constituent materials and the basic structure of the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 made of the reflective volume hologram diffraction grating may be the same as the constituent materials and structures of the conventional reflective volume hologram diffraction grating. . The reflection type volume hologram diffraction grating means a hologram diffraction grating that diffracts and reflects only + 1st order diffracted light. Interference fringes are formed on the diffraction grating member from the inside to the surface, and the method for forming the interference fringes itself may be the same as the conventional forming method. Specifically, for example, a member constituting the diffraction grating member is irradiated with object light from a first predetermined direction on one side to a member constituting the diffraction grating member (for example, photopolymer material), and at the same time Is irradiated with reference light from a second predetermined direction on the other side, and interference fringes formed by the object light and the reference light may be recorded inside the member constituting the diffraction grating member. By appropriately selecting the first predetermined direction, the second predetermined direction, the wavelength of the object light and the reference light, the desired pitch of the interference fringes on the surface of the diffraction grating member, the desired inclination angle of the interference fringes ( Slant angle) can be obtained. The inclination angle of the interference fringes means an angle formed between the surface of the diffraction grating member (or the diffraction grating layer) and the interference fringes. In the case where the first diffraction grating member 430 and the second diffraction grating member 440 are configured from a laminated structure of P-layer diffraction grating layers made of a reflective volume hologram diffraction grating, such a diffraction grating layer is laminated on the P-layer. After producing the diffraction grating layers separately, the P diffraction grating layers may be laminated (adhered) using, for example, an ultraviolet curable adhesive. In addition, after producing a single diffraction grating layer using a photopolymer material having adhesiveness, the photopolymer material having adhesiveness is sequentially attached thereon to produce a diffraction grating layer, whereby the P layer A diffraction grating layer may be produced.

図27の(B)に反射型体積ホログラム回折格子の拡大した模式的な一部断面図を示す。反射型体積ホログラム回折格子には、傾斜角φを有する干渉縞が形成されている。ここで、傾斜角φとは、反射型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を指す。干渉縞は、反射型体積ホログラム回折格子の内部から表面に亙り、形成されている。干渉縞は、ブラッグ条件を満たしている。ここで、ブラッグ条件とは、以下の式(A)を満足する条件を指す。式(A)中、mは正の整数、λは波長、dは格子面のピッチ(干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔)、Θは干渉縞へ入射する角度の余角を意味する。また、入射角ψにて回折格子部材に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式(B)のとおりである。   FIG. 27B is an enlarged schematic partial cross-sectional view of a reflective volume hologram diffraction grating. In the reflection type volume hologram diffraction grating, interference fringes having an inclination angle φ are formed. Here, the inclination angle φ refers to an angle formed between the surface of the reflective volume hologram diffraction grating and the interference fringes. The interference fringes are formed from the inside to the surface of the reflection type volume hologram diffraction grating. The interference fringes satisfy the Bragg condition. Here, the Bragg condition refers to a condition that satisfies the following formula (A). In equation (A), m is a positive integer, λ is the wavelength, d is the pitch of the grating plane (the interval in the normal direction of the imaginary plane including the interference fringes), and Θ is the angle of incidence of the incident on the interference fringes To do. In addition, when light enters the diffraction grating member at the incident angle ψ, the relationship among Θ, the tilt angle φ, and the incident angle ψ is as shown in Expression (B).

m・λ=2・d・sin(Θ) (A)
Θ=90°−(φ+ψ) (B)
m · λ = 2 · d · sin (Θ) (A)
Θ = 90 °-(φ + ψ) (B)

第1回折格子部材430は、上述したとおり、導光板421の第2面423に配設(接着)されており、第1面422から導光板421に入射されたこの平行光が導光板421の内部で全反射されるように、導光板421に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第2回折格子部材440は、導光板421の第2面423に配設(接着)されており、導光板421の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、導光板421から平行光のまま第1面422から出射する。   As described above, the first diffraction grating member 430 is disposed (adhered) to the second surface 423 of the light guide plate 421, and the parallel light incident on the light guide plate 421 from the first surface 422 is generated on the light guide plate 421. The parallel light incident on the light guide plate 421 is diffracted and reflected so as to be totally reflected inside. Furthermore, the second diffraction grating member 440 is disposed (adhered) to the second surface 423 of the light guide plate 421, and the parallel light propagated through the light guide plate 421 by total reflection is diffracted and reflected a plurality of times. Then, the light is emitted from the first surface 422 as parallel light from the light guide plate 421.

そして、導光板421にあっても、赤色、緑色及び青色の3色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。このとき、導光板421が薄く導光板421の内部を進行する光路が長いため、各画角によって第2回折格子部材440に至るまでの全反射回数は異なっている。より詳細に述べれば、導光板421に入射する平行光のうち、第2回折格子部材440に近づく方向の角度をもって入射する平行光の反射回数は、第2回折格子部材440から離れる方向の角度をもって導光板421に入射する平行光の反射回数よりも少ない。これは、第1回折格子部材430において回折反射される平行光であって、第2回折格子部材440に近づく方向の角度をもって導光板421に入射する平行光の方が、これと逆方向の角度をもって導光板421に入射する平行光よりも、導光板421の内部を伝播していく光が導光板421の内面と衝突するときの導光板421の法線と成す角度が小さくなるからである。また、第2回折格子部材440の内部に形成された干渉縞の形状と、第1回折格子部材430の内部に形成された干渉縞の形状とは、導光板421の軸線に垂直な仮想面に対して対称な関係にある。   Even in the light guide plate 421, parallel light of three colors of red, green, and blue is emitted after propagating through the interior by total reflection. At this time, since the light guide plate 421 is thin and the optical path traveling through the light guide plate 421 is long, the total number of reflections until reaching the second diffraction grating member 440 differs depending on the angle of view. More specifically, out of the parallel light incident on the light guide plate 421, the number of reflections of the parallel light incident at an angle in a direction approaching the second diffraction grating member 440 has an angle in a direction away from the second diffraction grating member 440. This is less than the number of reflections of parallel light incident on the light guide plate 421. This is parallel light that is diffracted and reflected by the first diffraction grating member 430, and parallel light incident on the light guide plate 421 with an angle in a direction approaching the second diffraction grating member 440 is opposite to this angle. This is because the angle formed with the normal line of the light guide plate 421 when the light propagating through the light guide plate 421 collides with the inner surface of the light guide plate 421 is smaller than the parallel light incident on the light guide plate 421. In addition, the shape of the interference fringes formed inside the second diffraction grating member 440 and the shape of the interference fringes formed inside the first diffraction grating member 430 are in a virtual plane perpendicular to the axis of the light guide plate 421. There is a symmetrical relationship.

実施例13における頭部装着型ディスプレイは、上述したとおり、導光手段420が異なる点を除き、実質的に、実施例12における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。   As described above, the head-mounted display in the thirteenth embodiment has substantially the same configuration and structure as the head-mounted display in the twelfth embodiment except that the light guide means 420 is different. Is omitted.

実施例14も、実施例12の変形である。実施例14における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図28に示し、実施例14における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図29に示す。また、実施例14における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図30に示す。   Example 14 is also a modification of Example 12. FIG. 28 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 14 as viewed from the front, and the head-mounted display in Example 14 (provided that the frame is removed) is viewed from the front. A schematic diagram is shown in FIG. FIG. 30 shows a schematic diagram of the head-mounted display in Example 14 as viewed from above.

実施例14にあっては、導光手段は、画像生成装置310A,310Bよりも観察者240の顔の中心側に配置され、画像生成装置310A,310Bから出射された光が入射され、観察者240の瞳241に向かって出射される半透過ミラー520から構成されている。尚、実施例14にあっては、画像生成装置310A,310Bから出射された光は、ガラス板やプラスチック板等の透明な部材521の内部を伝播して半透過ミラー520に入射する構造としているが、空気中を伝播して半透過ミラー520に入射する構造としてもよい。   In the fourteenth embodiment, the light guiding unit is arranged closer to the center side of the face of the observer 240 than the image generating apparatuses 310A and 310B, and the light emitted from the image generating apparatuses 310A and 310B is incident thereon. It is composed of a semi-transmissive mirror 520 that emits toward 240 pupils 241. In the fourteenth embodiment, the light emitted from the image generating apparatuses 310A and 310B propagates through the inside of a transparent member 521 such as a glass plate or a plastic plate and enters the semi-transmissive mirror 520. However, it may have a structure that propagates in the air and enters the semi-transmissive mirror 520.

各画像生成装置310A,310Bは、結合部材220の両端部分に、例えば、ビスを用いて取り付けられている。また、部材521が各画像生成装置310A,310Bに取り付けられ、半透過ミラー520が部材521に取り付けられている。実施例14における頭部装着型ディスプレイは、以上の相違点を除き、実質的に、実施例12における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。   Each of the image generation devices 310A and 310B is attached to both end portions of the coupling member 220 using, for example, screws. Further, a member 521 is attached to each of the image generation apparatuses 310A and 310B, and a semi-transmissive mirror 520 is attached to the member 521. The head-mounted display in Example 14 has substantially the same configuration and structure as the head-mounted display in Example 12 except for the above differences, and thus detailed description thereof is omitted.

実施例15も、実施例12の変形である。実施例12における頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図31に示し、実施例15における頭部装着型ディスプレイ(但し、フレームを除去したと想定したときの状態)を正面から眺めた模式図を図32に示す。また、実施例15における頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図33に示す。   The fifteenth embodiment is also a modification of the twelfth embodiment. FIG. 31 shows a schematic view of the head-mounted display in Example 12 as viewed from the front, and the head-mounted display in Example 15 (provided that the frame is removed) as viewed from the front. A schematic diagram is shown in FIG. Moreover, the schematic diagram which looked at the head mounted display in Example 15 from upper direction is shown in FIG.

実施例15における頭部装着型ディスプレイにあっては、棒状の結合部材230が、実施例12と異なり、2つの画像生成装置310A,310Bを結合する代わりに、2つの導光手段320を結合している。尚、2つの導光手段320を一体的に作製し、係る一体的に作製された導光手段320に結合部材230が取り付けられている形態とすることもできる。   In the head mounted display according to the fifteenth embodiment, unlike the twelfth embodiment, the bar-shaped coupling member 230 couples the two light guides 320 instead of coupling the two image generation devices 310A and 310B. ing. The two light guides 320 may be integrally manufactured, and the coupling member 230 may be attached to the integrally manufactured light guide 320.

ここで、実施例15における頭部装着型ディスプレイにあっても、結合部材230は、観察者240の2つの瞳241の間に位置するフレーム210の中央部分210Cに、例えば、ビスを用いて取り付けられており、各画像生成装置310は、観察者240の瞳241よりも外側に位置している。尚、各画像生成装置310は、導光手段320の端部に取り付けられている。結合部材230の中心230Cからフレーム210の一端部までの距離をβ、フレーム210の長さをLとしたとき、β=0.5×Lを満足している。尚、実施例15においても、α’の値、γ’の値は、実施例12のαの値、γの値と同じ値である。 Here, even in the head-mounted display according to the fifteenth embodiment, the coupling member 230 is attached to the central portion 210C of the frame 210 located between the two pupils 241 of the observer 240 using, for example, screws. Each image generation device 310 is located outside the pupil 241 of the observer 240. Each image generation device 310 is attached to an end portion of the light guide unit 320. When the distance from the center 230 C of the coupling member 230 to one end of the frame 210 is β and the length of the frame 210 is L, β = 0.5 × L is satisfied. In the fifteenth embodiment, the α ′ and γ ′ values are the same as the α and γ values in the twelfth embodiment.

実施例15にあっては、フレーム210、各画像表示装置300、画像生成装置310、導光手段320は、実施例12において説明したフレーム210、画像表示装置300、画像生成装置310、導光手段320と同じ構成、構造を有する。それ故、これらの詳細な説明は省略する。また、実施例15における頭部装着型ディスプレイも、以上の相違点を除き、実質的に、実施例12における頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。   In the fifteenth embodiment, the frame 210, each image display device 300, the image generation device 310, and the light guide means 320 are the frame 210, the image display device 300, the image generation device 310, and the light guide means described in the twelfth embodiment. It has the same configuration and structure as 320. Therefore, these detailed explanations are omitted. Further, the head-mounted display in Example 15 has substantially the same configuration and structure as the head-mounted display in Example 12 except for the above differences, and thus detailed description thereof is omitted.

また、実施例15における棒状の結合部材230が2つの導光手段320を結合している構成、構造を、実施例13〜実施例14において説明した頭部装着型ディスプレイに適用することができる。   In addition, the configuration and structure in which the bar-shaped coupling member 230 in the fifteenth embodiment couples the two light guides 320 can be applied to the head mounted display described in the thirteenth to fourteenth embodiments.

実施例16は、実施例2〜実施例3にて説明した光反射装置組立体、実施例4〜実施例11にて説明したミラー構造体を適用した表示装置、より具体的には、画像表示装置に関する。図34に実施例16の表示装置の概念図を示す。実施例16の表示装置は、例えば、半導体レーザ素子や固体レーザといった発光素子から成る光源、光源から出射された光を平行光とし、コリメートするレンズ群(図34では、1枚のレンズで示す)、レンズ群から出射された平行光が入射され、この平行光をX方向及びY方向にラスタースキャンする実施例2〜実施例3にて説明した光反射装置組立体17,18、及び、光反射装置組立体17,18から出射された光が衝突し、最終的に画像が表示されるスクリーンから構成された画像表示装置、具体的には、画像表示用のプロジェクターである。   Example 16 is a light reflecting device assembly described in Examples 2 to 3, a display device to which the mirror structure described in Examples 4 to 11 is applied, and more specifically, an image display. Relates to the device. FIG. 34 is a conceptual diagram of a display device according to the sixteenth embodiment. In the display device of Example 16, for example, a light source composed of a light emitting element such as a semiconductor laser element or a solid-state laser, and a lens group for collimating light emitted from the light source as collimated light (shown as one lens in FIG. 34) The light reflecting device assemblies 17 and 18 described in the second to third embodiments, in which the parallel light emitted from the lens group is incident and the parallel light is raster scanned in the X direction and the Y direction, and the light reflection It is an image display device composed of a screen on which the light emitted from the device assemblies 17 and 18 collides, and finally displays an image, specifically, a projector for image display.

表示装置における画素の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、320×240、640×480、854×480、1024×768、1920×1080を例示することができる。ミラー構造体の数は、例えば、1である。   The number of pixels in the display device may be determined based on specifications required for the image display device. As specific values of the number of pixels, 320 × 240, 640 × 480, 854 × 480, 1024 × 768, 1920 X1080 can be illustrated. The number of mirror structures is, for example, 1.

表示装置においてカラー表示を行う場合、光源は、赤色を出射する赤色発光素子、緑色を出射する緑色発光素子、青色を出射する青色発光素子、これらの発光素子から出射された光を1本の光に纏めるためのダイクロイックプリズムから構成されていてもよい。あるいは又、光源を、白色光を出射する1つの発光素子から構成し、この発光素子から出射された白色光を、赤色、緑色及び青色のカラーフィルターを、逐次、通過させ、赤色、緑色、青色の光の三原色を取り出す構成とすることもできる。あるいは又、光源を、白色光を出射する1つの発光素子、ダイクロイックプリズム及び波長選択を行う狭帯域フィルタから構成することで、赤色、緑色、青色の光の三原色を取り出す構成とすることもできる。但し、カラー表示の方法は、以上に説明した方法に限定するものではなく、本質的に任意の方法とすることができる。また、光源として、その他、有機EL(Electro Luminescence)発光素子、無機EL発光素子、発光ダイオード(LED)を用いることもできる。   When performing color display in a display device, the light source is a red light emitting element that emits red, a green light emitting element that emits green, a blue light emitting element that emits blue, and light emitted from these light emitting elements is a single light. The dichroic prism may be composed of the following dichroic prisms. Alternatively, the light source is composed of a single light emitting element that emits white light, and the white light emitted from the light emitting element is sequentially passed through the red, green, and blue color filters to obtain red, green, and blue. It is also possible to take out the three primary colors of light. Alternatively, the light source may be configured from one light emitting element that emits white light, a dichroic prism, and a narrow band filter that performs wavelength selection to extract the three primary colors of red, green, and blue light. However, the color display method is not limited to the method described above, and can be essentially any method. In addition, an organic EL (Electro Luminescence) light emitting element, an inorganic EL light emitting element, and a light emitting diode (LED) can also be used as the light source.

尚、場合によっては、赤色発光素子から出射された赤色光、緑色発光素子から出射された緑色光、青色発光素子から出射された青色光のそれぞれに最適化された3種類の光反射装置12を備えており(具体的には、入射光の波長に対する、例えば、PTx,PTy,VDL,VDSの最適化)、更には、これらの3種類の光反射装置12から出射された赤色光、緑色光及び青色光の光路を一本化し、スクリーンへと出射するための光合成手段を備えていてもよい。 In some cases, three types of light reflecting devices 12 optimized for red light emitted from the red light emitting element, green light emitted from the green light emitting element, and blue light emitted from the blue light emitting element are provided. (specifically, with respect to the wavelength of the incident light, for example, optimization of PT x, PT y, VD L , VD S) provided and, furthermore, red emitted from these three types of optical reflector 12 A light combining means for unifying the light paths of the light, the green light, and the blue light and emitting them to the screen may be provided.

ラスタースキャンを行う場合、前述したとおり、高速でのX軸周りのミラーの回動を共振に基づき行い、低速でのY軸周りのミラーの回動を非共振に基づき行うことが好ましい。そして、この場合には、低速でのY軸周りのミラーの回動によって表示装置の垂直方向のスキャンが行われ、高速でのX軸周りのミラーの回動によって表示装置の水平方向のスキャンが行われる。尚、表示装置、それ自体の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。   When performing a raster scan, as described above, it is preferable to rotate the mirror around the X axis at high speed based on resonance and to rotate the mirror around the Y axis at low speed based on non-resonance. In this case, the vertical scanning of the display device is performed by rotating the mirror around the Y axis at a low speed, and the horizontal scanning of the display device is performed by rotating the mirror around the X axis at a high speed. Done. In addition, since a display apparatus and the structure and structure of itself can be made into a known structure and structure, detailed description is abbreviate | omitted.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明したフォトニック結晶、光反射装置、光反射装置組立体、頭部装着型ディスプレイ、ミラー構造体の構成、構造、各部の形状、使用した材料、製造方法は例示であり、適宜変更することができる。場合によっては、ミラー構造体の代わりに、電気光学素子や音響光学素子と光反射装置とを組み合わせて光反射装置組立体を構成してもよい。フォトニック結晶や光反射装置、光反射装置組立体に入射する光は可視光だけでなく、赤外線やミリ波といった電磁波とすることもできる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The photonic crystal, light reflecting device, light reflecting device assembly, head mounted display, configuration of mirror structure, structure, shape of each part, material used, and manufacturing method described in the examples are examples, and may be changed as appropriate. can do. In some cases, instead of the mirror structure, an electro-optic element or an acousto-optic element and a light reflecting device may be combined to form a light reflecting device assembly. The light incident on the photonic crystal, the light reflecting device, and the light reflecting device assembly can be not only visible light but also electromagnetic waves such as infrared rays and millimeter waves.

実施例12〜実施例15に説明した頭部装着型ディスプレイにおいて、例えば、導光板に表面レリーフ型ホログラム(米国特許第20040062505A1参照)を配置してもよい。実施例6あるいは実施例7、実施例15の導光手段320にあっては、回折格子素子を透過型回折格子素子から構成することもできるし、あるいは又、第1偏向手段及び第2偏向手段の内のいずれか一方を反射型回折格子素子から構成し、他方を透過型回折格子素子から構成する形態とすることもできる。あるいは又、回折格子素子を、反射型ブレーズド回折格子素子とすることもできる。また、実施例にあっては、専ら、画像表示装置を2つ備えた両眼型としたが、画像表示装置を1つ備えた片眼型としてもよい。   In the head-mounted display described in Examples 12 to 15, for example, a surface relief hologram (see US 20040062505A1) may be arranged on the light guide plate. In the light guide means 320 of the sixth embodiment, the seventh embodiment, and the fifteenth embodiment, the diffraction grating element can be formed of a transmission type diffraction grating element, or the first deflection means and the second deflection means. Any one of the above may be configured by a reflection type diffraction grating element, and the other may be configured by a transmission type diffraction grating element. Alternatively, the diffraction grating element can be a reflective blazed diffraction grating element. Further, in the embodiment, the binocular type is provided exclusively with two image display devices, but may be a single eye type including one image display device.

10・・・フォトニック結晶、11・・・空孔、12・・・光反射装置、13・・・光入射面、14・・・光反射面、15・・・光反射膜、16・・・光出射面、17,18・・・光反射装置組立体、20,20B・・・ミラー構造体、21,121・・・ミラー、22・・・光反射層、22’・・・アルミニウム層、23,123・・・ミラー本体部、24・・・裏面、30,130・・・支柱、30A,130A・・・上端部、30B,130B・・・下端部、31,131・・・第1の支柱、32,132・・・第2の支柱、33,133・・・第3の支柱、34,134・・・第4の支柱、40,140・・・変位部材、40A,140A・・・一端部、40B,140B・・・他端部、40C・・・二等辺三角形部、40D・・・突出部、41,141・・・第1の変位部材、42,142・・・第2の変位部材、43,143・・・第3の変位部材、44,144・・・第4の変位部材、45・・・溝部、46・・・ヒンジ部、47・・・トーションバー、48・・・分離溝、51・・・シリコン層(活性層)、52・・・酸化シリコン層(ボックス層)、53・・・圧電材料薄膜、60・・・支持部、61・・・スペーサ、80・・・支持層、81・・・レジスト層、82・・・酸化膜、83・・・基板、84・・・酸化シリコン層、85・・・シリコン層、210・・・フレーム、210A・・・フレームの一端部、210B・・・フロント部、210C・・・フレームの中央部分、211・・・蝶番、212・・・テンプル部、313・・・モダン部、214・・・ノーズパッド、215・・・配線(信号線や電源線等)、216・・・ヘッドホン部、217・・・ヘッドホン部用配線、218・・・撮像装置、220,230・・・結合部材、240・・・観察者、241・・・瞳、300,400・・・画像表示装置、310・・・画像生成装置、313・・・筐体、320,420・・・導光手段、321,421・・・導光板、322,422・・・導光板の第1面、323,423・・・導光板の第2面、324,325・・・導光板の一部分、330・・・第1偏向手段、340・・・第2偏向手段、430・・・第1偏向手段(第1回折格子部材)、440・・・第2偏向手段(第2回折格子部材)、352・・・コリメート光学系、353・・・走査手段、354・・・リレー光学系、355・・・クロスプリズム、356・・・全反射ミラー、520・・・半透過ミラー、521・・・部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Photonic crystal, 11 ... Hole, 12 ... Light reflecting device, 13 ... Light incident surface, 14 ... Light reflecting surface, 15 ... Light reflecting film, 16 ... Light emitting surface, 17, 18 ... light reflecting device assembly, 20, 20B ... mirror structure, 21, 121 ... mirror, 22 ... light reflecting layer, 22 '... aluminum layer , 23, 123 ... mirror body, 24 ... back, 30, 130 ... support, 30A, 130A ... upper end, 30B, 130B ... lower end, 31, 131 ... first 1 support, 32, 132 ... second support, 33, 133 ... third support, 34, 134 ... fourth support, 40, 140 ... displacement members, 40A, 140A .... One end, 40B, 140B ... the other end, 40C ... isosceles triangle, 40D ... Output part, 41, 141 ... 1st displacement member, 42, 142 ... 2nd displacement member, 43, 143 ... 3rd displacement member, 44, 144 ... 4th displacement member , 45 ... groove, 46 ... hinge, 47 ... torsion bar, 48 ... separation groove, 51 ... silicon layer (active layer), 52 ... silicon oxide layer (box layer) 53 ... piezoelectric material thin film, 60 ... support portion, 61 ... spacer, 80 ... support layer, 81 ... resist layer, 82 ... oxide film, 83 ... substrate, 84 ... Silicon oxide layer, 85 ... Silicon layer, 210 ... Frame, 210A ... One end of frame, 210B ... Front part, 210C ... Center part of frame, 211 ... Hinges , 212 ... Temple part, 313 ... Modern part, 214 Nose pads, 215 ... wiring (signal lines, power supply lines, etc.), 216 ... headphone part, 217 ... headphone part wiring, 218 ... imaging device, 220, 230 ... coupling member, 240 ... observer, 241 ... pupil, 300, 400 ... image display device, 310 ... image generation device, 313 ... housing, 320, 420 ... light guide means, 321, 421: Light guide plate, 322, 422: First surface of light guide plate, 323, 423: Second surface of light guide plate, 324, 325: Part of light guide plate, 330: First Deflection means, 340 ... second deflection means, 430 ... first deflection means (first diffraction grating member), 440 ... second deflection means (second diffraction grating member), 352 ... collimating optics System, 353 ... scanning means, 354 ... relay optical system, 355 ... Cross prism, 356 ... Total reflection mirror, 520 ... Transflective mirror, 521 ... Member

Claims (17)

(イ)光反射装置、及び、
(ロ)ミラー構造体、
を備えた光反射装置組立体であって、
光反射装置は、
光入射面、光反射膜が形成され、光入射面から入射した光が反射される光反射面、及び、光反射面で反射された光が出射される光出射面を備えており、
断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶から成り、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形であり、
ミラー構造体は、
(A)ミラー本体部、及び、該ミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えたミラー、
(B)ミラー本体部の裏面に上端部が固定された複数の支柱、
(C)それぞれの支柱の下端部に一端部が固定された変位部材、並びに、
(D)変位部材の他端部を固定する支持部、
から成る光反射装置組立体。
(A) a light reflection device, and
(B) Mirror structure,
A light reflector assembly comprising:
The light reflection device
A light incident surface, a light reflecting film is formed, a light reflecting surface on which light incident from the light incident surface is reflected, and a light emitting surface from which light reflected by the light reflecting surface is emitted,
It consists of two or more dimensional photonic crystals with vacancies whose cross-sectional shape is elliptical,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction. The shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle with an aspect ratio of 4 or more,
The mirror structure is
(A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) A plurality of support columns whose upper ends are fixed to the back surface of the mirror main body,
(C) a displacement member having one end fixed to the lower end of each column, and
(D) a support portion for fixing the other end of the displacement member;
A light reflector assembly comprising:
PTy>PTxの関係にあり、
光反射装置の光入射面はy軸と平行であり、
光反射装置の光出射面はx軸と平行であり、
光源から出射された光は、ミラーの光反射層で反射され、光反射装置の光入射面に入射し、光反射面で反射され、光出射面から出射される請求項1に記載の光反射装置組立体。
PT y > PT x
The light incident surface of the light reflecting device is parallel to the y-axis,
The light exit surface of the light reflecting device is parallel to the x-axis,
The light reflected from the light source according to claim 1, wherein the light emitted from the light source is reflected by the light reflecting layer of the mirror, enters the light incident surface of the light reflecting device, is reflected by the light reflecting surface, and is emitted from the light emitting surface. Device assembly.
PTy>PTxの関係にあり、
光反射装置の光入射面はx軸と平行であり、
光反射装置の光出射面はy軸と平行であり、
光源から出射された光は、光反射装置の光入射面に入射し、光反射面で反射され、光出射面から出射され、ミラーの光反射層にて反射されて、光反射装置の光出射面から再入射し、光反射面で反射され、光源からの光入射面への入射方向とは異なる方向に、光入射面から出射される請求項1に記載の光反射装置組立体。
PT y > PT x
The light incident surface of the light reflecting device is parallel to the x-axis,
The light exit surface of the light reflecting device is parallel to the y-axis,
The light emitted from the light source enters the light incident surface of the light reflecting device, is reflected by the light reflecting surface, is emitted from the light emitting surface, is reflected by the light reflecting layer of the mirror, and is emitted by the light reflecting device. The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein the light reflecting device assembly is incident again from the surface, reflected by the light reflecting surface, and emitted from the light incident surface in a direction different from an incident direction from the light source to the light incident surface.
PTy>PTxの関係にあり、
入射光のx軸方向における波数ベクトルの大きさをkx、y軸方向における波数ベクトルの大きさをkyとし、(PTx・kx)/(PTy・ky)の値をm(但し、mは2以上の整数)、x軸方向と光反射面との成す角度をθとしたとき、
tan(θ)=m
を満足する請求項1に記載の光反射装置組立体。
PT y > PT x
The magnitude of the wave vector in the x-axis direction of the incident light k x, the magnitude of the wave vector and k y in the y-axis direction, the value of (PT x · k x) / (PT y · k y) m ( However, m is an integer of 2 or more), and when the angle formed by the x-axis direction and the light reflecting surface is θ,
tan (θ) = m
The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein:
分散面の長辺の長さは、真空における分散面の直径の(1/2)1/2以上である請求項1に記載の光反射装置組立体。 2. The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein the length of the long side of the dispersion surface is not less than (1/2) 1/2 of the diameter of the dispersion surface in vacuum. ミラー構造体は、4本の支柱及び4つの変位部材を有し、
各支柱の上端部は、ミラーの重心の周りに固定されており、
対向する第1の支柱及び第3の支柱は、ミラー構造体におけるX軸上に配置され、残りの第2の支柱及び第4の支柱は、ミラー構造体におけるY軸上に配置されており、
第1の支柱の下端部は第1の変位部材の一端部に固定されており、第2の支柱の下端部は第2の変位部材の一端部に固定されており、第3の支柱の下端部は第3の変位部材の一端部に固定されており、第4の支柱の下端部は第4の変位部材の一端部に固定されている請求項1に記載の光反射装置組立体。
The mirror structure has four columns and four displacement members,
The upper end of each column is fixed around the center of gravity of the mirror,
Opposing first and third struts are disposed on the X axis in the mirror structure, and the remaining second and fourth struts are disposed on the Y axis in the mirror structure.
The lower end of the first column is fixed to one end of the first displacement member, the lower end of the second column is fixed to one end of the second displacement member, and the lower end of the third column The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein the portion is fixed to one end of the third displacement member, and the lower end of the fourth support column is fixed to one end of the fourth displacement member.
ミラー構造体におけるX軸に沿って、第3の変位部材の他端部、第3の変位部材の一端部、第1の変位部材の一端部、及び、第1の変位部材の他端部が、この順で配置されており、
ミラー構造体におけるY軸に沿って、第4の変位部材の他端部、第4の変位部材の一端部、第2の変位部材の一端部、及び、第2の変位部材の他端部が、この順で配置されている請求項6に記載の光反射装置組立体。
Along the X axis in the mirror structure, the other end of the third displacement member, one end of the third displacement member, one end of the first displacement member, and the other end of the first displacement member are Are arranged in this order,
Along the Y axis in the mirror structure, the other end of the fourth displacement member, one end of the fourth displacement member, one end of the second displacement member, and the other end of the second displacement member are The light reflecting device assembly according to claim 6, arranged in this order.
第1の変位部材及び第3の変位部材はミアンダ構造を有し、
第2の変位部材及び第4の変位部材は片持ち梁構造を有する請求項7に記載の光反射装置組立体。
The first displacement member and the third displacement member have a meander structure,
The light reflecting device assembly according to claim 7, wherein the second displacement member and the fourth displacement member have a cantilever structure.
ミラー構造体におけるX軸に沿って、第3の変位部材の他端部、第1の変位部材の一端部、第3の変位部材の一端部、及び、第1の変位部材の他端部が、この順で配置されており、
ミラー構造体におけるY軸に沿って、第4の変位部材の他端部、第2の変位部材の一端部、第4の変位部材の一端部、及び、第2の変位部材の他端部が、この順で配置されている請求項6に記載の光反射装置組立体。
Along the X axis in the mirror structure, the other end of the third displacement member, one end of the first displacement member, one end of the third displacement member, and the other end of the first displacement member are Are arranged in this order,
Along the Y axis in the mirror structure, the other end of the fourth displacement member, one end of the second displacement member, one end of the fourth displacement member, and the other end of the second displacement member are The light reflecting device assembly according to claim 6, arranged in this order.
ミラー構造体は、4本の支柱及び4つの変位部材を有し、
各支柱の上端部は、ミラー本体部の外周部に固定されており、
第1の支柱の下端部は第1の変位部材の一端部に固定されており、第2の支柱の下端部は第2の変位部材の一端部に固定されており、第3の支柱の下端部は第3の変位部材の一端部に固定されており、第4の支柱の下端部は第4の変位部材の一端部に固定されている請求項1に記載の光反射装置組立体。
The mirror structure has four columns and four displacement members,
The upper end of each column is fixed to the outer periphery of the mirror body,
The lower end of the first support column is fixed to one end of the first displacement member, the lower end of the second support column is fixed to one end of the second displacement member, and the lower end of the third support column. The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein the portion is fixed to one end of the third displacement member, and the lower end of the fourth support column is fixed to one end of the fourth displacement member.
変位部材は、バイモルフ型、ユニモルフ型又は積層型の圧電アクチュエータである請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の光反射装置組立体。   The light reflecting device assembly according to claim 1, wherein the displacement member is a bimorph type, unimorph type, or stacked type piezoelectric actuator. (A)観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、及び、
(B)画像表示装置、
を備えた頭部装着型ディスプレイであって、
画像表示装置は、
(B−1)画像生成装置、及び、
(B−2)画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される導光手段、
から構成されており、
画像生成装置は光反射装置組立体を含み、
光反射装置組立体は、
(イ)光反射装置、及び、
(ロ)ミラー構造体、
を備えており、
光反射装置は、
光入射面、光反射膜が形成され、光入射面から入射した光が反射される光反射面、及び、光反射面で反射された光が出射される光出射面を備えており、
断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶から成り、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形であり、
ミラー構造体は、
(A)ミラー本体部、及び、該ミラー本体部の表面に設けられた光反射層を備えたミラー、
(B)ミラー本体部の裏面に上端部が固定された複数の支柱、
(C)それぞれの支柱の下端部に一端部が固定された変位部材、並びに、
(D)変位部材の他端部を固定する支持部、
から成る頭部装着型ディスプレイ。
(A) a spectacle-type frame to be worn on the observer's head; and
(B) an image display device,
A head-mounted display comprising:
The image display device
(B-1) an image generation device, and
(B-2) Light guide means attached to the image generation apparatus, in which light emitted from the image generation apparatus is incident, guided, and emitted toward the observer's pupil;
Consists of
The image generating device includes a light reflector assembly;
The light reflector assembly is
(A) a light reflection device, and
(B) Mirror structure,
With
The light reflection device
A light incident surface, a light reflecting film is formed, a light reflecting surface on which light incident from the light incident surface is reflected, and a light emitting surface from which light reflected by the light reflecting surface is emitted,
It consists of two or more dimensional photonic crystals with vacancies whose cross-sectional shape is elliptical,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction. The shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle with an aspect ratio of 4 or more,
The mirror structure is
(A) Mirror main body, and a mirror provided with a light reflecting layer provided on the surface of the mirror main body,
(B) A plurality of support columns whose upper ends are fixed to the back surface of the mirror main body,
(C) a displacement member having one end fixed to the lower end of each column, and
(D) a support portion for fixing the other end of the displacement member;
Head mounted display consisting of
光入射面、光反射膜が形成され、光入射面から入射した光が反射される光反射面、及び、光反射面で反射された光が出射される光出射面を備えており、
断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶から成り、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形である光反射装置。
A light incident surface, a light reflecting film is formed, a light reflecting surface on which light incident from the light incident surface is reflected, and a light emitting surface from which light reflected by the light reflecting surface is emitted,
It consists of two or more dimensional photonic crystals with vacancies whose cross-sectional shape is elliptical,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction. A light reflecting device in which the shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle having an aspect ratio of 4 or more.
PTy>PTxの関係にあり、
入射光のx軸方向における波数ベクトルの大きさをkx、y軸方向における波数ベクトルの大きさをkyとし、(PTx・kx)/(PTy・ky)の値をm(但し、mは2以上の整数)、x軸方向と光反射面との成す角度をθとしたとき、
tan(θ)=m
を満足する請求項13に記載の光反射装置。
PT y > PT x
The magnitude of the wave vector in the x-axis direction of the incident light k x, the magnitude of the wave vector and k y in the y-axis direction, the value of (PT x · k x) / (PT y · k y) m ( However, m is an integer of 2 or more), and when the angle formed by the x-axis direction and the light reflecting surface is θ,
tan (θ) = m
The light reflecting device according to claim 13, wherein:
分散面の長辺の長さは、真空における分散面の直径の(1/2)1/2以上である請求項13に記載の光反射装置。 The light reflecting device according to claim 13, wherein the length of the long side of the dispersion surface is not less than (1/2) 1/2 of the diameter of the dispersion surface in vacuum. 断面形状が楕円形の空孔が内部に配列された2次元以上のフォトニック結晶であって、
空孔の配列は面心配置であり、且つ、フォトニック結晶のx軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTxとy軸方向に沿った空孔の配列ピッチPTyとは異なっており、
波数空間上での分散面の形状はアスペクト比4以上の長方形であるフォトニック結晶。
A photonic crystal of two or more dimensions in which pores having an elliptical cross-sectional shape are arranged inside,
The arrangement of the holes is a face-centered arrangement, and the arrangement pitch PT x of the holes along the x-axis direction of the photonic crystal is different from the arrangement pitch PT y of the holes along the y-axis direction.
A photonic crystal in which the shape of the dispersion surface in the wave number space is a rectangle with an aspect ratio of 4 or more.
分散面の長辺の長さは、真空における分散面の直径の(1/2)1/2以上である請求項16に記載のフォトニック結晶。 The photonic crystal according to claim 16, wherein the length of the long side of the dispersion surface is (1/2) 1/2 or more of the diameter of the dispersion surface in vacuum.
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