JP3781710B2 - 可動ミラー装置及びこれを採用したプロジェクタ - Google Patents
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- G03B21/14—Details
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Description
【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が変えられる可動ミラー装置及びこれを採用したプロジェクタに係り、特に、マイクロミラーが複数の回転軸を中心として傾斜可能となっていてカラーホイール無しでもカラー画像の具現が可能な可動ミラー装置及びこれを採用したプロジェクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、可動ミラー装置は、静電引力により駆動可能に設けられた複数のマイクロミラーを含み、各マイクロミラーの傾斜角度または傾斜方向に応じて反射角を異ならしめて入射する光の反射経路を変える。この種の可動ミラー装置は、プロジェクションテレビの画像表示装置、スキャナー、複写機及びファクシミリなどの光走査装置に適用される。特に、画像表示装置に採用時に、マイクロミラーは画素数だけ2次元的に配列され、各々のマイクロミラーを各画素に対する映像信号に基づき独立的に駆動させて入射光の反射角度を決めることにより画像が生成される。
【0003】
図1を参照すれば、従来の可動ミラー装置115は、基板100と、この基板100上に対向配置される一対のアドレス電極101及びバイアス電極102と、ポスト105により支持されたマイクロミラー106と、前記マイクロミラー106及びポスト105の間に連結されてマイクロミラー106の傾斜時にトーションを受けるトーションヒンジ110とを含んでなる。前記バイアス電極102に電圧を印加する時、前記ポスト105及びトーションヒンジ110を介して前記マイクロミラー106に電圧が印加される。また、前記一対のアドレス電極101のうち何れか一方の電極に電圧を印加すれば、そのアドレス電極101及び前記マイクロミラー106の間にかかった電位差により発生した静電引力によりマイクロミラー106が前記トーションヒンジ110を中心として回動する。そして、前記アドレス電極101及び前記マイクロミラー106の間にかかった電位差がなくなれば、前記トーションヒンジ110の復元力により前記マイクロミラー106が水平状態に復元される。ここで、前記マイクロミラー106が前記トーションヒンジ110を基準として何れか一方に傾斜した場合には、所定カラーに対してオン、他の方向に傾斜した場合にはオフとして作用する。
【0004】
図2には、前述の如き従来の可動ミラー装置を採用したプロジェクタが示されている。光源120から出射されたビームが第1の集光レンズ122により集光されてカラーホイール125に入射する。可動ミラー装置によりカラー画像を具現するために、前記カラーホイール125を高速回転させてレッド(R)、グリーン(G)及びブルー(B)を順次に可動ミラー装置115に照明する。すなわち、前記カラーホイール125を通ったビームは第2の集光レンズ127を通って画素数だけのマイクロミラー106が配列された可動ミラー装置115に入射する。各画素に対する映像信号に基づく可動ミラー装置のオン−オフ駆動により各々のマイクロミラー106が傾斜すれば、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投射レンズ系133に向かい、この投射レンズ系133により拡大されたビームがスクリーン135に結像される。
【0005】
この場合、カラーホイール125を高速回転させるために騷音が発生し、機械的な運動により安定性に欠けるという不利があるばかりではなく、機械的な限界のために一定以上の速度が得難いためにカラーブレーキアップ現象を引き起こすおそれがある。また、前記カラーホイール125の境界部分において光損失が起きるが、これを低減するためにはごく狭いビーム径に光をフォーカシングしなければならない。しかしながら、ビーム径を縮めるには一定の限界があるため、光損失は回避できない。さらに、カラーホイールそのもののコストが極めて高価であるため、コスト高の一要因となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロミラーを複数の回転軸を中心として傾斜可能にしてカラーホイール無しにもカラー画像の具現が可能な可動ミラー装置及びこれを採用したプロジェクタを提供するところにある。
【0010】
本発明に係る可動ミラー装置は、複数のマイクロミラーの各々を独立に制御し得る可動ミラー装置であり、
基板、
前記基板に設けられたバイアス電極、
前記バイアス電極上に立設された所定数の第1のポストにより支持されて前記バイアス電極と同じ電圧を帯びるリジッド部と、前記マイクロミラーを支持するための第2のポストを支持して前記マイクロミラーに自身と同じ電圧を帯びさせる中央部と、前記リジッド部と前記中央部との間に連結されて両者に同じ電圧を帯びさせ、前記マイクロミラーが複数の回転軸を中心として傾斜する時にその傾斜方向に応じてねじれ、又はたわむように弾性変形する、少なくとも一つのスプリングヒンジと、を備えた支持板、及び、
前記マイクロミラーに対向するように前記基板上に配置され、前記バイアス電極の電圧とは異なる電圧が印加される四つのアドレス電極、
を含むことを特徴とする。
【0011】
前記アドレス電極は好ましくは、前記マイクロミラーの各コーナーまたは各辺に対向するように配置される。
また、前記スプリングヒンジは好ましくは、前記複数の回転軸の各々に対して同じ復元力を有するような構造となっている。更に好ましくは、前記スプリングヒンジは、前記中央部を中心としてマイクロミラーの対角線方向または辺方向に対して平行に少なくとも一つ配置される。その上、前記スプリングヒンジは好ましくは、前記中央部の各辺から延設される。
前記リジッド部は好ましくは、その外形が閉鎖型に形成される。更に好ましくは、前記リジッド部は、多角形の形状を有する。
前記支持板、特に好ましくは、前記リジッド部は、前記マイクロミラーの回動時に前記マイクロミラーが所定角度以上傾かないようにするストッパーを備える。
【0012】
本発明に係るプロジェクタは、
光を照射する光源、
光源からの光を波長領域に応じて分岐させて相異なる角度に反射及び/又は透過させる光分岐ユニット、
前記光分岐ユニットを通った入射光を選択的に反射する可動ミラー装置、及び、
前記可動ミラー装置から入射する光を透過させ、スクリーンに向けて拡散させる投射レンズユニット、
を含む。
【0013】
本発明に係るプロジェクタでは特に、前記可動ミラー装置は、
基板、
各々独立に複数の回転軸を中心として傾斜し、前記光分岐ユニットを通った入射光を反射する複数のマイクロミラー、
前記基板に設けられたバイアス電極、
前記バイアス電極上に立設された所定数の第1のポストにより支持されて前記バイアス電極と同じ電圧を帯びるリジッド部と、前記マイクロミラーを支持するための第2のポストを支持して前記マイクロミラーに自身と同じ電圧を帯びさせる中央部と、前記リジッド部と前記中央部との間に連結されて両者に同じ電圧を帯びさせ、前記マイクロミラーが複数の回転軸を中心として傾斜する時にその傾斜方向に応じてねじれ、又はたわむように弾性変形する、少なくとも一つのスプリングヒンジと、を備えた支持板、及び、
前記マイクロミラーに対向するように前記基板上に配置され、前記バイアス電極の電圧とは異なる電圧が印加される四つのアドレス電極、
を含むことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。図3及び図4を参照すれば、本発明に係る可動ミラー装置は、基板1と、複数の回転軸を基準として傾斜可能であるマイクロミラー10と、複数のアドレス電極20及びこのアドレス電極20との相互作用による静電引力により前記マイクロミラー10を回動せしめるバイアス電極25と、前記マイクロミラー10及び前記バイアス電極25の間に挟まれた支持板30とを含む。
【0015】
前記支持板30は、前記バイアス電極25上に設けられた所定数の第1のポスト27により支持され、前記マイクロミラー10を支持するための第2のポスト33が支持される中央部35と、前記マイクロミラー10が傾斜時に弾性変形される少なくとも一つ以上のスプリングヒンジ37とを備えてなる。
これらに加えて、前記スプリングヒンジ37の弾性力を安定的に保障するために、前記スプリングヒンジ37の周りにリジッド部39をさらに備えても良い。従って、前記支持板30は、前記第2のポスト33が支持される中央部35と、所定数の第1のポスト27により支持されるリジッド部39と、前記中央部35及びリジッド部39の間に少なくとも一つ以上連結されたスプリングヒンジ37とを備える構成とすることができる。前記リジッド部39は、前記中央部35を中心として閉鎖型に形成される。前記リジッド部39の外形は、前記アドレス電極20とマイクロミラー10との対向面を考慮して決められ、例えば、多角形または円形の外形を有する。
【0016】
また、前記支持板30には、前記マイクロミラー10の傾斜時に所定角度θ以上傾斜することを防止するために、ストッパー38が備えられる。前記ストッパー38は、前記マイクロミラー10が傾斜した時に前記マイクロミラー10の下面に当接可能に位置する。
一方、前記バイアス電極25に電圧が加えられると、前記第1のポスト27、前記スプリングヒンジ37、第2のポスト33を介して前記マイクロミラー10まで同じ電圧を帯び、これとは異なる電圧を有するアドレス電極20との静電引力により前記マイクロミラー10が所定方向に傾斜する。前記アドレス電極20は複数配置されるが、例えば前記マイクロミラー10が水平状態を維持する時、第1,第2,第3及び第4のアドレス電極20a,20b,20c,20dをマイクロミラー10の各コーナーに対向配置できる。
【0017】
また、前記スプリングヒンジ37は、図5及び図6に示されたように、前記中央部35を中心として前記マイクロミラー10に対して対角線方向に少なくとも一つ以上備えられる。
前記の如き構成された可動ミラー装置の作用について説明すれば、下記の通りである。
【0018】
前記基板1にはSRAMが内蔵されており、SRAMから画像信号に基づき前記第1ないし第4のアドレス電極20a,20b,20c,20dのうち選択的に電圧が印加される。例えば、前記第1及び第2のアドレス電極20a,20bに所定の電圧を印加し、前記バイアス電極25に前記第1及び第2のアドレス電極20a,20bに印加された電圧とは異なる電圧を印加すれば、その電圧差によって前記マイクロミラー10及び前記第1のアドレス電極20aの間に静電引力が発生する。従って、図4に示されたように、前記マイクロミラー10が前記第1及び第2のアドレス電極20a側に傾斜する。この時、前記スプリングヒンジ37が弾性変形されつつ前記マイクロミラー10が所定方向に傾斜する。静電引力の大きさ及び前記スプリングヒンジ37の特性によって前記マイクロミラー10の傾き方向が決められ、前記ストッパー38により所定角度θを維持しつつ支持される。一方、第1及び第2のアドレス電極20a,20b及びバイアス電極25に同じ電圧が加えられれば、等電位をなすためにそれらの間に発生した静電引力が解除され、スプリングヒンジ37の復元力によりマイクロミラー10が水平状態に復元される。これと同様に、第1ないし第4のアドレス電極20a,20b,20c,20dのうち選択的に電圧が加えられれば、マイクロミラー10は四方への傾き運動ができる。この時、マイクロミラー10がいかなる方向に傾いても、スプリングヒンジ37の復元力、すなわち、トーション及びテンションが同じ条件下で作用するようにスプリングヒンジ37を配することが望ましい。
【0019】
前述した例では、前記スプリングヒンジ37が前記マイクロミラー10の対角線方向に一つ備えられているが、図6に示すように、前記マイクロミラー10の対角線方向に第1及び第2のスプリングヒンジ40a,40bが備える構造としても良い。
あるいは、図7に示すように、前記マイクロミラー10の辺方向に対して平行に第3及び第4のスプリングヒンジ41a,41bを配置できる。
【0020】
さらに他の実施形態として、図8に示すように、前記第2のポスト33が支持される中心部35の各辺から延びた第5,第6,第7及び第8のスプリングヒンジ45a,45b,45c,45dを備える構造とすることができる。
前記スプリングヒンジの色々な配置に対する実施形態は、前記マイクロミラー10の複数の回動軸に対していずれも同じ条件の配置を満足している。
【0021】
以上、前記アドレス電極20が前記マイクロミラー10の各コーナーに対向配置された場合を説明したが、図9に示すように、アドレス電極を前記マイクロミラー10の辺方向に対して対向配置しても良い。この場合、第5,第6,第7及び第8のアドレス電極50a,50b,50c,50dがマイクロミラー10の各辺方向に配置されており、前述した支持板30を同様に適用できる。
【0022】
このようにアドレス電極50a,50b,50c,50dがマイクロミラー10の辺方向に配された場合には、マイクロミラー10の辺方向に平行である第3及び第4の回転軸X',Y'を中心としてマイクロミラー10が回動する。
前述の如く、本発明に係る可動ミラー装置は、多軸駆動、特に、2軸駆動が可能であり、マイクロミラー10が四方に傾斜可能である。このように構成されたマイクロミラー10が複数配列されて各々独立的に傾斜するように調節されることにより画像が形成される。
【0023】
次は、図面に基づき、前記可動ミラー装置を採用したプロジェクタについて詳細に説明する。
図10を参照すれば、本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタは、光を照射する光源50と、この光源50からのビームを波長領域に応じて分離させて相異なる角度に透過及び/または反射させる光分岐ユニット60と、前記光分岐ユニット60から各々分離されたR,G,Bの3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路をガイドする可動ミラー装置55と、前記可動ミラー装置55からの光がスクリーン70に向かうように拡大透過させる投射レンズユニット65とを含む。
【0024】
前記可動ミラー装置55は、複数のマイクロミラー10が2次元的に配列されて各々の画像信号に基づき独立的に駆動されることによって光の進路を変える。本発明に係る可動ミラー装置は前述の通りであり、ここでは簡単に一つのマイクロミラー10の駆動状態のみを表わして説明する。従来のように、マイクロミラー106の回転軸が一つである時には可動ミラー装置により各カラーごとにオン−オフの2状態が選択された。ところが、本発明のように、回転軸が多数、特に、2つである時には、前記マイクロミラー10が左右上下の四方に傾斜可能であるので、カラーホイール(図2の125)無しでカラー画像が具現できる。
【0025】
前記光分岐ユニット60は、前記光源50からの光を波長領域に応じてR,G,Bの3色に分離させるものであって、第1の2色ミラー61、第2の2色ミラー63及び一対の第1及び第2の全反射ミラー62,64を備える。例えば、前記第1の2色ミラー61はレッド反射用の2色ミラーであって、レッド波長領域の光は前記第1の全反射ミラー62側に反射させる一方、残りのグリーン及びブルー波長領域の光は透過させる。そして、前記第2の2色ミラー63は、例えば、グリーン波長領域の光を反射させて残りの光は透過させるグリーン反射用の2色ミラーである。前記第1の2色ミラー61を透過したグリーン光G及びブルー光Bは前記第2の2色ミラー63に入射した後、グリーン光Gは前記第2の全反射ミラー64側に反射され、ブルー光Bはそのまま透過される。
【0026】
従って、前記レッド光Rは前記第1の全反射ミラー62により、前記グリーン光Gは前記第2の全反射ミラー64により、そして前記ブルー光Bは前記第2の2色ミラー63により相異なる角度に可動ミラー装置55側に入射する。これにより、R,G,Bの各々の相異なる入射角及び各々の入射角に対応する前記マイクロミラー10の傾斜角に応じてR,G,Bが選択的に前記投射レンズユニット65に入射してカラー画像を具現する。
【0027】
図11は、可動ミラー装置55の未作動時の準備状態を示すものであって、可動ミラー装置の一構成要素であるマイクロミラー10一つのみを代表的に表わし、マイクロミラーの動作によるカラー画像具現について説明する。ここで、R,G,Bで表わされたものは各々、前記第2の2色ミラー63、第1,第2の全反射ミラー62,64から出射される光の出射点を図式的に示すものである。そして、BALCKにて示すものは、ブラック画像の形成のためのマイクロミラー10の傾斜を定めるための参考用である。この時、所定の基準軸Iに対して前記マイクロミラー10が傾いていない状態では、R,G,Bのいずれの光も前記投射レンズユニット65に入射することができない。
【0028】
一方、図12のように、前記マイクロミラー10がY軸を中心として図中の矢印の反対方向に回動して傾斜する場合、レッドRのみ投射レンズユニット65側に入り、残りの色の光は前記投射レンズユニット65の外側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10がY軸を中心として図中の矢印方向に傾斜する場合、ブルーBのみ前記投射レンズユニット65に入り、残りのレッドやグリーンは投射レンズユニット65の外側に発散されてブルーカラーが具現される。
【0029】
また、図13のように、前記マイクロミラー10がX軸を中心として図中の矢印方向に傾けば、R,G,Bだけではなく、余計な表面反射光も前記投射レンズユニット65に入射でき、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。
前述の如く、本発明に係る可動ミラー装置において、前記アドレス電極20a,20b,20c,20d,50a,50b,50c,50dのうち選択的に電圧を印加することにより前記マイクロミラー10を少なくとも2本の回転軸を中心として四方に傾斜させることができ、その傾いた方向に応じてR,G,Bカラーを選択的に具現できる。
【0030】
【発明の効果】
前述の如く、本発明に係る可動ミラー装置及びこれを採用したプロジェクタは、1パネル方式でありつつカラーホイールが不要であるため、カラーホイールの高速回転による騷音と振動震動及び機械的運動による不安定性が除去されるだけではなく、相対的に高価であるカラーホイールの製作コストを節減させることにより生産コストが節減される。また、カラーホイールの境界部分において発生する光損失が低減でき、電力の消耗が低減できるので、携帯型装置の構成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の可動ミラー装置の概略的な斜視図である。
【図2】従来の可動ミラー装置を採用したプロジェクタの概略的な配置図である。
【図3】本発明の一実施の形態による可動ミラー装置の分解斜視図である。
【図4】図3のIV−IV線断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態による可動ミラー装置の平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態による可動ミラー装置のスプリングヒンジの配置図である。
【図7】本発明の他の実施の形態による可動ミラー装置のスプリングヒンジの配置図である。
【図8】本発明の他の実施の形態による可動ミラー装置のスプリングヒンジの配置図である。
【図9】本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタの概略的な構成図である。
【図10】本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタの作動を説明するための図面である。
【図11】本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタの作動を説明するための図面である。
【図12】本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタの作動を説明するための図面である。
【図13】本発明に係る可動ミラー装置を採用したプロジェクタの作動を説明するための図面である。
【符号の説明】
1 基板
10 マイクロミラー
20 アドレス電極
20a,20b,20c,20d 第1ないし第4アドレス電極 25
バイアス電極
27 第1のポスト
30 支持板
33 第2のポスト
35 中央部
37 スプリングヒンジ
38 ストッパー
39 リジッド部
Claims (21)
- 複数のマイクロミラーの各々を独立に制御し得る可動ミラー装置において、
基板、
前記基板に設けられたバイアス電極、
前記バイアス電極上に立設された所定数の第1のポストにより支持されて前記バイアス電極と同じ電圧を帯びるリジッド部と、前記マイクロミラーを支持するための第2のポストを支持して前記マイクロミラーに自身と同じ電圧を帯びさせる中央部と、前記リジッド部と前記中央部との間に連結されて両者に同じ電圧を帯びさせ、前記マイクロミラーが複数の回転軸を中心として傾斜する時にその傾斜方向に応じてねじれ、又はたわむように弾性変形する、少なくとも一つのスプリングヒンジと、を備えた支持板、及び、
前記マイクロミラーに対向するように前記基板上に配置され、前記バイアス電極の電圧とは異なる電圧が印加される四つのアドレス電極、
を含むことを特徴とする可動ミラー装置。 - 前記アドレス電極は、前記マイクロミラーの各コーナーに対向するように配置されたことを特徴とする請求項1に記載の可動ミラー装置。
- 前記スプリングヒンジは、前記複数の回転軸の各々に対して同じ復元力を有するような構造となっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の可動ミラー装置。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部を中心として前記マイクロミラーの対角線方向または辺方向に対して平行に少なくとも一つ配されることを特徴とする請求項3に記載の可動ミラー装置。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部の各辺から延設されることを特徴とする請求項4に記載の可動ミラー装置。
- 前記支持板は、前記マイクロミラーの回動時に前記マイクロミラーが所定角度以上傾かないようにするストッパーを備えることを特徴とする請求項4に記載の可動ミラー装置。
- 前記アドレス電極は、前記マイクロミラーの各辺に対向するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の可動ミラー装置。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部を中心として前記マイクロミラーの対角線方向または辺方向に対して平行に少なくとも一つ配されることを特徴とする請求項7に記載の可動ミラー装置。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部の各辺から延設されることを特徴とする請求項8に記載の可動ミラー装置。
- 前記リジッド部は、その外形が閉鎖型に形成されることを特徴とする請求項1、4、又は8に記載の可動ミラー装置。
- 前記リジッド部は、多角形の形状を有することを特徴とする請求項10に記載の可動ミラー装置。
- 前記リジッド部は、前記マイクロミラーの回動時に前記マイクロミラーが所定角度以上傾かないようにするストッパーを備えることを特徴とする請求項11に記載の可動ミラー装置。
- 光を照射する光源、
光源からの光を波長領域に応じて分岐させて相異なる角度に反射及び/又は透過させる光分岐ユニット、
前記光分岐ユニットを通った入射光を選択的に反射する可動ミラー装置、及び、
前記可動ミラー装置から入射する光を透過させ、スクリーンに向けて拡散させる投射レンズユニット、
を含むプロジェクタであり、
前記可動ミラー装置は、
基板、
各々独立に複数の回転軸を中心として傾斜し、前記光分岐ユニットを通った入射光を反射する複数のマイクロミラー、
前記基板に設けられたバイアス電極、
前記バイアス電極上に立設された所定数の第1のポストにより支持されて前記バイアス電極と同じ電圧を帯びるリジッド部と、前記マイクロミラーを支持するための第2のポストを支持して前記マイクロミラーに自身と同じ電圧を帯びさせる中央部と、前記リジッド部と前記中央部との間に連結されて両者に同じ電圧を帯びさせ、前記マイクロミラーが複数の回転軸を中心として傾斜する時にその傾斜方向に応じてねじれ、又はたわむように弾性変形する、少なくとも一つのスプリングヒンジと、を備えた支持板、及び、
前記マイクロミラーに対向するように前記基板上に配置され、前記バイアス電極の電圧とは異なる電圧が印加される四つのアドレス電極、
を含むことを特徴とするプロジェクタ。 - 前記アドレス電極は、前記マイクロミラーの各コーナーに対向するように配置されることを特徴とする請求項13に記載のプロジェクタ。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部を中心として前記マイクロミラーの対角線方向または辺方向に対して平行に少なくとも一つ配されることを特徴とする請求項13又は14に記載のプロジェクタ。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部の各辺から延設されることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクタ。
- 前記リジッド部は、前記マイクロミラーの回動時に前記マイクロミラーが所定角度以上傾かないようにするストッパーを備えることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクタ。
- 前記アドレス電極は、前記マイクロミラーの各辺に対向するように配置されることを特徴とする請求項13に記載のプロジェクタ。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部を中心として前記マイクロミラーの対角線方向または辺方向に対して平行に少なくとも一つ配されることを特徴とする請求項13又は18に記載のプロジェクタ。
- 前記スプリングヒンジは、前記中央部の各辺から延設されることを特徴とする請求項19に記載のプロジェクタ。
- 前記リジッド部は、前記マイクロミラーの回動時に前記マイクロミラーが所定角度以上傾かないようにするストッパーを備えることを特徴とする請求項19に記載のプロジェクタ。
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