JP3571016B2 - マイクロミラーデバイス及びこれを採用したプロジェクター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロミラーを駆動して入射光の反射経路を変換できるようになったマイクロミラーデバイスに係り、特にマイクロミラーが多軸の回動軸を中心として傾き自在になっていてカラースイッチ機能を行えるマイクロミラーデバイス及びこれを採用したプロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にマイクロミラーデバイスは、静電力により駆動自在に設けられた複数のマイクロミラーを含んで各ミラーの傾き角度または傾き方向によって反射角を異にすることによって入射される光の反射経路を変換させる。このマイクロミラーデバイスはプロジェクションテレビの画像表示装置、スキャナ、複写器及びファクシミリなどの光走査装置に適用される。特に、画像表示装置として採用時にマイクロミラーは画素数だけ二次元的に配列され、それぞれのマイクロミラーを各画素に対する映像信号によって独立的に駆動させて入射光の反射角度を決定することによって画像を生成する。
【０００３】
図１を参照すれば、従来のマイクロミラーデバイス５は基板１０と、この基板１０上に形成されたアドレス電極１１及びランディング電極１２と、一対のポスト１５により支持されたマイクロミラー１６と、前記マイクロミラー１６とポスト１５との間に連結されてマイクロミラー１６が傾く時にトーションを受けるトーションヒンジ１５とを含んで構成される。前記ランディング電極１２に電圧を印加する時に前記マイクロミラー１６に電圧が印加される。この時、前記アドレス電極１１と前記マイクロミラー１６との間にかかった電位差により生じる静電力によりマイクロミラー１６が稼動される。
【０００４】
図２を参照すれば、前述したような従来のマイクロミラーデバイスを採用したプロジェクターが示されている。光源２０から出射されたビームが第１コンデンサー２２により集光されてカラーホイール２５に入射される。ここで、一つのマイクロミラー１６でカラーを構成するために前記カラーホイール２５を高速で回転させてＲ、Ｇ、Ｂを順次にマイクロミラー１６に照明する方式でカラー画像を具現する。一方、前記カラーホイール２５を通過したビームは、第２コンデンサー２７を経由して画素数だけのマイクロミラーデバイス５が配列されたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）チップ３０に入射される。各画素に対する映像信号に係るＤＭＤ駆動によりそれぞれのマイクロミラー１６が所定角度に傾けば、各画素に対応するカラーのビームが適当な角度に反射されてプロジェクションレンズ３３に向かい、このプロジェクションレンズ３３により拡大されたビームがスクリーン３５に結ばれる。
【０００５】
この場合、前記カラーホイール２５は高速で回転するので騷音が生じ機械的な運動により安全性に不利であり、カラーホイールの境界部分で光損失が生じ、これを減らすためにはとても小さなビームサイズで光を集束せねばならない。ところが光源２０が点光源ではなくある程度の大きさを有しているためにビームサイズを小さくするには限界があるので光損失は不回避である。それだけでなくカラーホイール自体も非常に高コストであるので製造コストの上昇の一要因になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を勘案して案出されたものであり、マイクロミラーを多軸の回動軸を中心として傾き自在にしてカラーホイールなしにカラースイッチ機能を行えるマイクロミラーデバイス及びこれを採用したプロジェクターを提供することにその目的がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明に係るマイクロミラーデバイスは、マイクロミラーを駆動するためのマイクロミラーデバイスにおいて、基板と、前記基板に備えられた電極と、所定個数の第１ポストにより支持され、前記それぞれの第１ポストに支持される部分をヒンジ点として多軸の回動軸を中心として傾き自在に配置された支持フレームとを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記電極は互いに向い合う電極同士で対をなして対称的に配置され、各電極ごとに２つずつ一セットで備わったことを特徴とする。
【０００９】
また、前記マイクロミラーは、二つの回動軸を基準として傾くことを特徴とする。
【００１０】
また、前記回動軸は、互いに直交することを特徴とする。
【００１１】
また、前記支持フレームは、前記マイクロミラーを支持するための第２ポストを支持する中央部と、前記第１ポストと前記中央部との間に連結された二対のスプリングとからなっていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記スプリングは点対称型で形成されてマイクロミラーが傾く時に歪み弾性変形されるようにジグザグ状で形成されたことを特徴とする。
【００１３】
前記目的を達成するために本発明に係るプロジェクターは、光を照射する光源と、光源からの光を波長領域によって分岐させて相異なる角度で反射及び／または透過させる光分岐ユニットと、前記光分岐ユニットを経由した入射光を選択的に反射させうるように多軸の回動軸を中心として傾く複数のマイクロミラーを独立的に所定の方向及び角度で回動させて画像を形成する複数のマイクロミラーデバイスと、前記マイクロミラーデバイスから入射される光がスクリーンに向かうように拡大透過させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、前記マイクロミラーデバイスは、基板と、前記基板に備えられた電極と、所定個数の第１ポストにより支持され、前記それぞれの第１ポストに支持される部分をヒンジ点として多軸の回動軸を中心として傾き自在に配置された支持フレームと、前記支持フレームに突設された第２ポストと、前記第２ポストにより支持され、前記電極との相互作用により傾くようになっているマイクロミラーとを含むことを特徴とする。
【００１５】
前記目的を達成するために本発明に係るマイクロミラーデバイスは、マイクロミラーを駆動するためのマイクロミラーデバイスにおいて、ＳＲＡＭが内蔵された基板と、前記基板上に備わって静電力により前記マイクロミラーを傾ける複数の電極と、前記基板上に立てられた３つ以上のポストと、前記ポストにより支持された支持フレームとを含み、前記マイクロミラーが前記電極との相互作用により四方向に傾きうるようになっていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態に対して詳細に説明する。
図３及び図４を参照すれば、本発明に係るマイクロミラーデバイス１４０は、基板１００と、この基板１００に備えられた複数の電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄと、複数の第１ポスト１１０により支持され、前記第１ポスト１１０に支持される部分をヒンジ点として多軸の回動軸を中心として傾き自在に配置された支持フレーム１２０と、前記支持フレーム１２０に突設された第２ポスト１２５と、前記第２ポスト１２５とにより支持され、その一面に入射された光を反射させるマイクロミラー１３０とを含んでなされる。
【００１７】
前記基板１００にはＳＲＡＭが内蔵されており、このＳＲＡＭに前記第１ポスト１１０が接続されており、前記第１ポスト１１０はまた前記支持フレーム１２０と第２ポスト１２５とを通じて前記マイクロミラー１３０に電気的に連結される。したがって、前記基板１００から電源が供給されれば前記第１ポスト１１０、支持フレーム１２０及び第２ポスト１２５を経て前記マイクロミラー１３０に電源が印加される。また、前記電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄのうちでいずれか一つに電圧が印加されれば前記電極と前記マイクロミラー１３０との間に静電力が生じて前記マイクロミラー１３０が傾く。
【００１８】
この時、前記電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄは前記基板１００の四方に相互対称的に配置されて前記マイクロミラー１３０が多軸駆動できるようにする。例えば、前記マイクロミラー１３０がＸ軸及びＹ軸の二軸を中心として傾くように構成できる。また、前記二軸は互いに直交するように構成することによってマイクロミラー１３０を四方向に傾けうる。
【００１９】
すなわち、前記マイクロミラー１３０を前記電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄのうちで互いに向い合う一対の電極により一軸（Ｘ−Ｘ軸）を中心として傾けられ、向い合う他の対の電極により他軸（Ｙ−Ｙ軸）を中心として傾けられる。したがって、前記マイクロミラー１３０は四方向の反射角を選択できるようになる。
【００２０】
前記それぞれの電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄは２つずつ一セットで構成されて備わりうる。すると、前記マイクロミラー１３０が傾く時に各電極の非対称的な配置によって一方向に偏向して傾くことを防止する。
【００２１】
一方、前記支持フレーム１２０は図５に示したように、前記第２ポスト１２５を支持する中央部１２２と、前記それぞれの第１ポスト１１０と前記中央部１２２との間に連結されたスプリング１２４とからなる。前記スプリング１２４は前記マイクロミラー１３０が静電力により傾く時に歪み弾性変形される。したがって、静電力の発生により前記マイクロミラー１３０が傾く時にその回動軸（Ｘ−Ｘ軸またはＹ−Ｙ軸）上に互いに向い合う各対のスプリング２４は歪み弾性変形される。これにより静電力解除時に前記マイクロミラー１３０が前記歪み弾性変形の復原力により復元される。そして、前記スプリング１２４の復原力と静電力との間に平衡をなす地点までマイクロミラー１３０が傾く。前記マイクロミラー１３０の傾き角度及び方向は前記電極の電圧の大きさ及びいずれの電極に電圧を印加するかによって決定される。
【００２２】
一方、前記第１ポスト１１０は複数で構成され、少なくとも三つ以上で構成されうる。
【００２３】
前述したように本発明に係るマイクロミラーデバイス１４０は多軸駆動、特に、２軸駆動ができてマイクロミラー１３０を四方に傾けうる。このように構成されたマイクロミラーデバイス１４０が複数配列されて各々独立的にマイクロミラー１３０を所定角度及び方向に傾くように調節することによって画像を形成する。
【００２４】
これ以外にマイクロミラー１３０を駆動するためのマイクロミラーデバイス１４０のさらに他の実施形態で、基板１００に画像を形成するための情報が貯蔵されているＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）（図示せず）が内蔵されている。前記ＳＲＡＭの画像情報によって前記マイクロミラー１３０の傾き角度及び方向が調節される。そして、前記基板１００上に３つ以上のポスト１１０が立てられ、前記ポストにより支持フレーム１２０が支持される。
【００２５】
次は前記のマイクロミラーデバイスを採用したプロジェクターについて図面を参照して詳細に説明する。
図６を参照すれば、本発明に係るマイクロミラーデバイスを採用したプロジェクターは、光を照射する光源１５０と、この光源１５０からのビームを波長領域によって分離させて各々相異なる角度で透過及び／または反射させる光分岐ユニット１６０と、前記光分岐ユニット１６０から各々分離されたＲ、Ｇ、Ｂの三色光を集束及び／または発散させることにより入射光の進行経路をガイドするマイクロミラーデバイス１４０と、前記マイクロミラーデバイス１４０からの光がスクリーン１７０に向かうように拡大透過させる投射レンズユニット１６５とを含む。
【００２６】
前記マイクロミラーデバイス１４０は、マイクロミラー１３０を所定の傾斜角度（θ）で傾けて光の進行経路を変更する。マイクロミラー１３０の回動軸が一つである時にはマイクロミラーデバイスにより各カラーごとにｏｎ−ｏｆｆの二つの状態が選択された。ところが本発明の実施形態のように回動軸が２つである時にはマイクロミラー１３０が左右上下の四方向に傾きうるのでカラーホイールなしでもカラーを具現できる。
【００２７】
前記光源１５０は光を生成するランプ１５３と、このランプ１５３から出射された光を反射させその進行経路を案内する反射鏡１５５とを含む。前記反射鏡１５５は、前記ランプ１５３の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする楕円形である場合もあり、前記ランプ１５３の位置を一焦点としこのランプ１５３から出射され前記反射鏡１５５で反射された光が平行光になるようになっている放物鏡である場合もある。
【００２８】
前記光分岐ユニット１６０は前記光源１５０からの光を波長領域によってＲ、Ｇ、Ｂの三色に分離させるものであり、第１二色ミラー１６１、第２二色ミラー１６３及び一対の第１及び第２全反射ミラー１６２、１６４を具備する。例えば、前記第１二色ミラー１６１はレッド（Ｒ）反射用二色ミラーであって、レッド波長領域の光は前記第１全反射ミラー１６２側に反射させる一方、残りのグリーン（Ｇ）とブルー（Ｂ）波長領域の光は透過させる。そして、前記第２二色ミラー１６３は、例えばグリーン波長領域の光を反射させ、残りの光は透過させるグリーン反射用二色ミラーであって、前記第１二色ミラー１６１を透過したグリーン光（Ｇ）とブルー光（Ｂ）は前記第２二色ミラー１６３に入射された後、グリーン光は前記第２全反射ミラー１６４側に反射され、ブルー光はそのまま透過される。
【００２９】
したがって、前記レッド光は前記第１全反射ミラー１６２により、前記グリーン光は前記第２全反射ミラー１６４により、そして前記ブルー光は前記第２二色ミラー１６３により相異なる角度でマイクロミラーデバイス１４０側に入射される。すると、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの相異なる入射角とそれぞれの入射角に対応する前記マイクロミラー１３０の傾斜角とによってＲ、Ｇ、Ｂが選択的に前記投射レンズユニット１６５に入射されてカラーを具現する。
【００３０】
図７は、マイクロミラーデバイス１４０の未作動時の準備状態を示すものであり、Ｒ、Ｇ、Ｂで表示されたものは各々前記第２二色ミラー１６３、第１、２全反射ミラー１６２、１６４から出射される光の出発点を図式的に示したものである。そして、ＢＬＡＣＫで表示されたものは、ブラック画像の形成のためのマイクロミラーの傾斜を定めるために参考用で表示したものである。この時、所定の基準軸Ｉに対してマイクロミラー１３０が傾かない状態ではＲ、Ｇ、Ｂ全て投射レンズユニット１６５に入れない。
【００３１】
一方、図８のように前記マイクロミラー１３０がＹ軸を中心として図面上で矢印方向に回動して傾く場合に、レッド（Ｒ）だけ投射レンズユニット１６５に入り、残りの他の色の光は投射レンズユニット１６５の外に発散されてレッドカラーが具現される。また、前記マイクロミラー１３０がＹ軸を中心として矢印の反対方向に傾く場合、ブルー（Ｂ）だけ投射レンズユニット１６５に入り、残りのレッドやグリーンは投射レンズユニット１６５の外に発散されてブルーカラーとなる。
【００３２】
また、図９のように前記マイクロミラー１３０がＸ軸を中心として図面上で矢印方向に傾けばＲ、Ｇ、Ｂ全てだけでなく不要な表面反射光も全て投射レンズユニット１６５に入射せずブラック画像が具現される。そして、反対方向に傾けばグリーンカラー（Ｇ）となる。
【００３３】
前記のように、本発明に係るマイクロミラーデバイスを使用することによって前記電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄのうちでいずれの電極に電圧を印加するかによってマイクロミラー１３０を四方に傾けられ、その傾いた方向によってＲ、Ｇ、Ｂカラーを選択的に具現できるので本発明ではカラーホイールなしにマイクロミラーデバイスがカラースイッチ作用を行える。
【００３４】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係るマイクロミラーデバイス及びこれを採用したプロジェクターは１パネル方式でありながらカラーホイールが要らないために、カラーホイールの高速回転による騷音と機械的運動による不安定性がなく、生産コストが節減される。
【００３５】
また、従来の１パネル方式の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ光を経時的に変調して送らねばならないので３パネル方式に比べて光量が１／３に減り、リフレッシュし続けねばならないのでカラーブレーキ現象が激しい。しかし本発明の場合、従来の１パネル方式に比べて光量が改善される。すなわち、白色は１／３に光量が減って従来と同じであるが、単色の場合、３パネル方式と同一光量を得られ、２色の合成色の場合に２／３に減って従来の１パネル方式に比べて輝度を向上させうる利点がある。
【００３６】
それだけでなく、動画像ではない場合にリフレッシュ頻度が非常に減るためにカラーブレーキ現象を減らしうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマイクロミラーデバイスの斜視図である。
【図２】従来のマイクロミラーデバイスを採用したプロジェクターの概略的な配置図である。
【図３】本発明に係るマイクロミラーデバイスの分離斜視図である。
【図４】本発明に係るマイクロミラーデバイスの断面図である。
【図５】本発明に係るマイクロミラーデバイスの支持フレームの平面図である。
【図６】本発明に係るマイクロミラーデバイスを採用したプロジェクターの概略的な配置図である。
【図７】本発明に係るマイクロミラーデバイスの未作動時の状態を示す図である。
【図８】本発明に係るマイクロミラーデバイスの作動説明図である。
【図９】本発明に係るマイクロミラーデバイスの作動説明図である。
【符号の説明】
１００ 基板
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ 電極
１１０ 第１ポスト
１２０ 支持フレーム
１２２ 中央部
１２４ スプリング
１２５ 第２ポスト
１３０ マイクロミラー
１４０ マイクロミラーデバイス

Claims (12)

1. マイクロミラーを駆動するためのマイクロミラーデバイスにおいて、
   基板と、
   前記基板に備えられた電極と、
   所定個数の第１ポストにより支持され、前記それぞれの第１ポストに支持される部分をヒンジ点として多軸の回動軸を中心として傾き自在に配置された支持フレームとを含み、
   前記電極は互いに向い合う電極同士で対をなして対称的に配置され、各電極ごとに２つずつ一セットで備わった
   ことを特徴とするマイクロミラーデバイス。
2. 前記マイクロミラーは、
   二つの回動軸を基準として傾くことを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーデバイス。
3. 前記回動軸は、
   互いに直交することを特徴とする請求項２に記載のマイクロミラーデバイス。
4. 前記支持フレームは、
   前記マイクロミラーを支持するための第２ポストを支持する中央部と、
   前記第１ポストと前記中央部との間に連結された二対のスプリングとからなっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちでいずれか一つに記載のマイクロミラーデバイス。
5. 前記スプリングは点対称型で形成されてマイクロミラーが傾く時に歪み弾性変形されるようにジグザグ状で形成されたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロミラーデバイス。
6. 光を照射する光源と、
   光源からの光を波長領域によって分岐させて相異なる角度で反射及び/または透過させる光分岐ユニットと、
   前記光分岐ユニットを経由した入射光を選択的に反射させうるように多軸の回動軸を中心として傾く複数のマイクロミラーを独立的に所定の方向及び角度で回動させて画像を形成する複数のマイクロミラーデバイスと、
   前記マイクロミラーデバイスから入射される光がスクリーンに向かうように拡大透過させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクター。
7. 前記マイクロミラーデバイスは、
   基板と、
   前記基板に備えられた電極と、
   所定個数の第１ポストにより支持され、前記それぞれの第１ポストに支持される部分をヒンジ点として多軸の回動軸を中心として傾き自在に配置された支持フレームと、
   前記支持フレームに突設された第２ポストと、
   前記第２ポストにより支持され、前記電極との相互作用により傾くようになっているマイクロミラーとを含むことを特徴とする請求項６に記載のプロジェクター。
8. 前記電極は互いに向い合う電極同士で対をなして対称的に配置され、各電極ごとに２つずつ一セットで備わったことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクター。
9. 前記マイクロミラーは、
   二つの回動軸を基準として傾くことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のプロジェクター。
10. 前記回動軸は、
    互いに直交することを特徴とする請求項９に記載のプロジェクター。
11. 前記支持フレームは、
    前記第２ポストを支持する中央部と、
    前記第１ポストと前記中央部との間に連結された二対のスプリングとからなっていることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のうちでいずれか一つに記載のプロジェクター。
12. 前記スプリングは点対称型で形成されてマイクロミラーが傾く時に歪み弾性変形されるようにジグザグ状で形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクター。

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