JP5557113B2

JP5557113B2 - Image display device

Info

Publication number: JP5557113B2
Application number: JP2011003877A
Authority: JP
Inventors: 将史影山; 博幸松田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012145753A

Description

本発明は、例えばレーザビーム等を走査して画像を表示する画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device that displays an image by scanning, for example, a laser beam.

レーザ光等の光線を偏光・走査する光走査装置は、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光走査装置については、多角柱ミラーをモータで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエータによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光走査装置においては、ミラーやモータを電磁アクチュエータで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光走査装置の小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。 An optical scanning device that polarizes and scans a light beam such as a laser beam is used in an optical apparatus such as an image projection device or a laser printer. Some of these optical scanning devices include a polygon mirror that scans reflected light by rotating a polygonal column mirror with a motor, a galvano mirror that rotates and vibrates a plane mirror using an electromagnetic actuator, and the like. However, in such an optical scanning device, a mechanical drive mechanism for driving a mirror or a motor by an electromagnetic actuator is required. However, since the drive mechanism is relatively large and expensive, the optical scanning device There is a problem that downsizing of the apparatus is hindered and the price is increased.

そこで、光走査装置の小型化、低価格化及び生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光走査装置（いわゆる、ＭＥＭＳミラー）の開発が進んでいる。 Therefore, in order to reduce the size of the optical scanning device, reduce the price, and improve the productivity, components such as mirrors and elastic beams are made using micromachining technology that micro-processes silicon and glass using semiconductor manufacturing technology. Development of an integrally formed MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical scanning device (so-called MEMS mirror) is in progress.

このようなＭＥＭＳミラーを用いた１次元走査の光走査装置を２組配置し、各々のミラーで反射される光線をそれぞれ水平走査、垂直走査することにより、投影面に２次元画像を表示させる画像投影装置が開発されている。また、水平走査及び垂直走査ができる２次元走査の光走査装置を用いれば、単体でラスター走査（水平走査及び垂直走査）でき、小型化及び低価格化に繋がる。 An image for displaying a two-dimensional image on the projection plane by arranging two sets of one-dimensional scanning optical scanning devices using such MEMS mirrors and horizontally and vertically scanning light beams reflected by the respective mirrors. Projection devices have been developed. Further, if a two-dimensional scanning optical scanning device capable of horizontal scanning and vertical scanning is used, raster scanning (horizontal scanning and vertical scanning) can be performed alone, leading to miniaturization and cost reduction.

例えば特許文献１には、ＭＥＭＳミラーを走査することで画像を表示できる装置が開示されている。特に、特許文献１では、ＭＥＭＳミラーに対向して、閉管型の流路を設けることで、ダンピングを抑えて、高い周波数かつ大きい振幅でミラーを駆動できるようにしている。 For example, Patent Document 1 discloses an apparatus that can display an image by scanning a MEMS mirror. In particular, in Patent Document 1, a closed tube-type flow path is provided opposite to the MEMS mirror so that damping can be suppressed and the mirror can be driven with a high frequency and a large amplitude.

特開２００９−１９９０５１号公報JP 2009-199051 A

ところで、ＭＥＭＳミラーを用いたレーザ走査式の画像表示装置では、一般に垂直走査にはノコギリ波を用いて駆動を行うが、最下部からの折り返しにおいてミラー動作にリンギングが生じる場合がある。ＭＥＭＳミラーは一種の超小型精密の板バネであり、固有振動のＱ値が非常に高く、わずかな衝撃により大きな振動が生じ、これがリンギングとなって現れ出力画像を乱す（輝度ムラ、画像歪み）要因となる。 By the way, in a laser scanning image display apparatus using a MEMS mirror, generally, driving is performed using a sawtooth wave for vertical scanning, but ringing may occur in the mirror operation when folding from the bottom. A MEMS mirror is a kind of ultra-small precision leaf spring that has a very high Q value of natural vibration, causing a large vibration due to a slight impact, which appears as ringing and disturbs the output image (brightness unevenness, image distortion). It becomes a factor.

又、水平走査は高周波の共振駆動で行われるため、高速での広い振り角を得るためにミラーの小型化ならびに抵抗成分を小さくすることが求められるのに対し、垂直駆動は低周波の非共振（DC）駆動であるため、広い振り角と高いダンピング性が求められるという実情もある。 Also, since horizontal scanning is performed by high-frequency resonant drive, it is required to reduce the size of the mirror and reduce the resistance component in order to obtain a wide swing angle at high speed, whereas vertical drive is non-resonant at low frequency. Due to the (DC) drive, there is a fact that a wide swing angle and high damping properties are required.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ミラーを高精度に駆動でき、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an image display device that can drive a mirror with high accuracy and display a high-definition image.

請求項１に記載の画像表示装置は、
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、を有する画像表示装置において、
前記走査部は、前記レーザビームを反射しつつスクリーンの水平方向に走査するように傾動する第１ミラーと、前記第１ミラーを保持する第１ホルダと、前記レーザビームを反射しつつスクリーンの垂直方向に走査するように傾動する第２ミラーと、前記第２ミラーを気密的に保持する第２ホルダとを有し、
前記第１ミラーは、前記第１ホルダに対して大気開放状態で保持されていることを特徴とする。 An image display device according to claim 1 is provided.
In an image display device having a laser light source and a scanning unit that scans a laser beam emitted from the laser light source in a horizontal direction and a vertical direction of a screen,
The scanning unit includes a first mirror that tilts to scan in the horizontal direction of the screen while reflecting the laser beam, a first holder that holds the first mirror, and a vertical position of the screen that reflects the laser beam. It possesses a second mirror tilts so as to scan in a direction, and a second holder for holding the second mirror hermetically,
The first mirror is held in an open state with respect to the first holder .

本発明によれば、前記第２ホルダが、前記第２ミラーを気密的に保持しているので、傾動する前記第２ミラーを、前記第２ホルダ内部に密封された気体を用いてダンピングさせることで、リンギング等を生じることなく、低周波の非共振駆動を行わせることができ、また前記第２ミラーの広い振り角を阻害する恐れもない。尚、第２ホルダ内に収容される気体は空気が好ましいが、それに限られない。 According to the present invention, since the second holder holds the second mirror in an airtight manner, the tilting second mirror is damped using a gas sealed inside the second holder. Thus, non-resonant driving at a low frequency can be performed without causing ringing or the like, and there is no possibility of hindering a wide swing angle of the second mirror. In addition, although the gas accommodated in a 2nd holder has preferable air, it is not restricted to it.

更に、前記第１ミラーは、前記第１ホルダに対して大気開放状態で保持されているので、高周波の共振駆動で行われる前記第１ミラーの動作を阻害せず、高速での広い振り角を確保できる。特に、高周波の共振駆動である前記第１ミラーと、低周波の非共振駆動である前記第２ミラーとを別体とすることで、それぞれの特性に好適な保持状態を確保することで、適切な動作を実現できる。 Furthermore, since the first mirror is held in an open state with respect to the first holder, it does not hinder the operation of the first mirror performed by high-frequency resonance driving, and has a wide swing angle at high speed. It can be secured. In particular, by ensuring that the first mirror that is high-frequency resonance driving and the second mirror that is low-frequency non-resonance driving are separated, ensuring a suitable holding state for each characteristic, Can be realized.

請求項２に記載の画像表示装置は、
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、を有する画像表示装置において、
前記走査部は、前記レーザビームを反射しつつスクリーンの水平方向に走査するように傾動する第１ミラーと、前記第１ミラーを保持する第１ホルダと、前記レーザビームを反射しつつスクリーンの垂直方向に走査するように傾動する第２ミラーと、前記第２ミラーを気密的に保持する第２ホルダとを有し、
前記第１ホルダは、前記第１ミラーに面した通気口を有することを特徴とする。これにより、高周波の共振駆動で行われる前記第１ミラーの動作を阻害せず、高速での広い振り角を確保できる。 An image display device according to claim 2 is provided.
In an image display device having a laser light source and a scanning unit that scans a laser beam emitted from the laser light source in a horizontal direction and a vertical direction of a screen,
The scanning unit includes a first mirror that tilts to scan in the horizontal direction of the screen while reflecting the laser beam, a first holder that holds the first mirror, and a vertical position of the screen that reflects the laser beam. A second mirror that tilts so as to scan in a direction, and a second holder that hermetically holds the second mirror,
The first holder has a vent opening facing the first mirror. As a result, it is possible to secure a wide swing angle at high speed without impeding the operation of the first mirror performed by high-frequency resonance driving.

請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１ミラーと前記第２ミラーとは反射面の面積が異なることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect , the first mirror and the second mirror have different reflective surface areas.

請求項４に記載の画像表示装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記レーザ光原側に前記第１ミラーが配置され、前記第１ミラーが反射したレーザビームを前記第２ミラーが反射することを特徴とする。これにより前記第１ミラーで反射したレーザビームを前記第２ミラーで更に反射してスクリーン上に走査できる。 The image display device according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the first mirror is disposed on the laser beam source side, and the laser beam reflected by the first mirror is The second mirror reflects. Accordingly, the laser beam reflected by the first mirror can be further reflected by the second mirror and scanned on the screen.

請求項５に記載の画像表示装置は、請求項４に記載の発明において、前記第１ミラーの面積より、前記第２ミラーの面積が大きいことを特徴とする。これにより前記第１ミラーが傾いても、それから出射したレーザビームを前記第２ミラーで捕獲し反射できる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the fourth aspect , the area of the second mirror is larger than the area of the first mirror. Thereby, even if the first mirror is inclined, the laser beam emitted from the first mirror can be captured and reflected by the second mirror.

本発明によれば、ミラーを高精度に駆動でき、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a mirror can be driven with high precision and the image display apparatus which can display a high-definition image can be provided.

本発明にかかる第１の実施の形態の画像表示装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an image display device according to a first embodiment of the present invention. 図２（ａ）は、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１を正面から見た図であり、図２（ｂ）は、（ａ）の第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１をIIB-IIB線で切断して矢印方向に見た図である。2A is a view of the first MEMS mirror MEMS1 as viewed from the front, and FIG. 2B is a view of the first MEMS mirror MEMS1 of FIG. 2A cut along the line IIB-IIB and viewed in the direction of the arrow. It is. 図３（ａ）は、第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２を正面から見た図であり、図３（ｂ）は、（ａ）の第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２をIIIB-IIIB線で切断して矢印方向に見た図である。3A is a view of the second MEMS mirror MEMS2 as viewed from the front, and FIG. 3B is a view of the second MEMS mirror MEMS2 of FIG. 3A cut along the line IIIB-IIIB and viewed in the direction of the arrow. It is. 第１ＭＥＭＳミラーの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a 1st MEMS mirror. 第１ＭＥＭＳミラーの別な変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of a 1st MEMS mirror. 本発明にかかる第２の実施の形態の画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the image display apparatus 1 of 2nd Embodiment concerning this invention. 画像表示装置１の斜視図である。1 is a perspective view of an image display device 1. FIG. 光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。3 is a plan view showing a detailed configuration of the optical scanner 9. FIG. ２次元走査ミラー１５の図８のIX-IX方向の断面図である。It is sectional drawing of the IX-IX direction of FIG. ２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う状態を表示する図である。It is a figure which displays the state which deflects the laser beam W using the two-dimensional scanning mirror.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる第１の実施の形態の画像表示装置を示す概略図である。図１において、画像表示装置は、赤色のレーザビームを出射する赤色光源ＬＤｒと、赤色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｒと、赤色のレーザビームを反射するミラーＭＲｒと、青色のレーザビームを出射する青色光源ＬＤｂと、青色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、青色のレーザビームを反射するが赤色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｂと、緑色のレーザビームを出射する緑色光源ＬＤｇと、緑色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するが緑色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｇと、ハーフミラーＨＦと、メインミラーＭＭと、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１と、第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２と、センサレンズＳＬと、検出器ＰＤとを有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the image display device includes a red light source LDr that emits a red laser beam, a collimator CLr that converts the red laser beam into a parallel beam, a mirror MRr that reflects the red laser beam, and a blue laser beam. A blue light source LDb that emits light, a collimator CLb that converts a blue laser beam into a parallel beam, a dichroic mirror MRb that reflects a blue laser beam but transmits a red laser beam, and a green light that emits a green laser beam. A light source LDg, a collimator CLb that converts a green laser beam into a parallel beam, a dichroic mirror MRg that reflects a red laser beam and a blue laser beam but transmits a green laser beam, a half mirror HF, and a main mirror MM, first MEMS mirror MEMS1, and second MEMS mirror And EMS 2, has a sensor lens SL, and a detector PD.

赤色光源ＬＤｒから出射された赤色のレーザビームは、コリメータＣＬｒを通過してミラーＭＲｒで反射された後、ダイクロミラーＭＲｂを透過する。又、青色光源ＬＤｂから出射された青色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、ダイクロミラーＭＲｂで反射される。つまり、ダイクロミラーＭＲｂから赤色のレーザビームと青色のレーザビームが出射され、ダイクロミラーＭＲｇに入射する。一方、緑色光源ＬＤｇから出射された緑色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、更にダイクロミラーＭＲｇを通過するが、ダイクロミラーＭＲｇは赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するので、各色のレーザビームは、ここで結合されて光路が一致するようになる。すなわち、ダイクロミラーＭＲｇが結合手段を構成する。 The red laser beam emitted from the red light source LDr passes through the collimator CLr, is reflected by the mirror MRr, and then passes through the dichroic mirror MRb. The blue laser beam emitted from the blue light source LDb passes through the collimator CLb and is reflected by the dichroic mirror MRb. That is, a red laser beam and a blue laser beam are emitted from the dichroic mirror MRb and enter the dichroic mirror MRg. On the other hand, the green laser beam emitted from the green light source LDg passes through the collimator CLb and further passes through the dichroic mirror MRg. The dichroic mirror MRg reflects the red laser beam and the blue laser beam. These laser beams are combined here so that their optical paths coincide. That is, the dichroic mirror MRg constitutes a coupling means.

ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームは、ハーフミラーＨＦで一部が反射され、残りは通過して、更にメインミラーＭＭで反射され、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１に入射する。第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１は、１軸回りに傾くように駆動される。第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１からの反射光は、次に第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２に入射する。第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２は、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１の傾動軸とは直交する軸回りに傾くように駆動される。第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２からの反射光は、スクリーンＳＣ上に照射されるが、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１を繰り返し傾動させることで、スクリーンの水平方向に往復走査され、第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２を傾動させることで、スクリーンの垂直方向に走査されることとなる。これらを組み合わせることで、ラスター走査が行われる。これにより画像が形成される。 A part of the laser beam of each color emitted from the dichroic mirror MRg is reflected by the half mirror HF, the rest passes through, is further reflected by the main mirror MM, and enters the first MEMS mirror MEMS1. The first MEMS mirror MEMS1 is driven to tilt around one axis. The reflected light from the first MEMS mirror MEMS1 then enters the second MEMS mirror MEMS2. The second MEMS mirror MEMS2 is driven to tilt around an axis orthogonal to the tilt axis of the first MEMS mirror MEMS1. The reflected light from the second MEMS mirror MEMS2 is irradiated on the screen SC. By repeatedly tilting the first MEMS mirror MEMS1, the screen is reciprocated in the horizontal direction of the screen, and by tilting the second MEMS mirror MEMS2, the screen Will be scanned in the vertical direction. Raster scanning is performed by combining these. As a result, an image is formed.

図２（ａ）は、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１を正面から見た図であり、図２（ｂ）は、（ａ）の第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１をIIB-IIB線で切断して矢印方向に見た図である。この第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１は、シリコンなどの半導体基板１００に対して、フォトリソグラフやエッチングなどの半導体製造技術を用いて加工を施すことにより、製造されるものである。 2A is a view of the first MEMS mirror MEMS1 as viewed from the front, and FIG. 2B is a view of the first MEMS mirror MEMS1 of FIG. 2A cut along the line IIB-IIB and viewed in the direction of the arrow. It is. The first MEMS mirror MEMS1 is manufactured by processing a semiconductor substrate 100 such as silicon using a semiconductor manufacturing technique such as photolithography or etching.

半導体基板１００は、本例では、２枚のシリコン層の間に酸化層を挟んでなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板１００からなる。このＳＯＩ基板１００の一方のシリコン層の表面側が図２（ａ）に表されている。 In this example, the semiconductor substrate 100 is composed of an SOI (silicon on insulator) substrate 100 in which an oxide layer is sandwiched between two silicon layers. The surface side of one silicon layer of the SOI substrate 100 is shown in FIG.

ＳＯＩ基板１００における一方のシリコン層に対して、トレンチエッチングを施すことにより、図２に示されるような構造体１１０〜１４０が形成されている。図２に示されるＳＯＩ基板１００の中央部にミラー（第１ミラー）１１０が位置している。本例では、ミラー１１０は矩形板状をなしているが、円盤状でも良い。 Structures 110 to 140 as shown in FIG. 2 are formed by performing trench etching on one silicon layer in the SOI substrate 100. A mirror (first mirror) 110 is located at the center of the SOI substrate 100 shown in FIG. In this example, the mirror 110 has a rectangular plate shape, but may have a disk shape.

ミラー１１０は、その反射面に金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められており、基材１２０に対して、バネ部としての一対の梁部１３０を介して連結されている。この基材１２０は、ミラー１１０の周囲に位置する矩形枠状のフレーム１２１を有している。このフレーム１２１は、たとえばＳＯＩ基板１００における他方のシリコン層に対して酸化層を介して支持されており、フレーム１２１およびその支持部を含めて基材１２０が構成されている。フレーム１２１は、ホルダ１５０を介して不図示の筐体に取り付けられる。ホルダ（第１ホルダ）１５０は、図２（ｂ）に示すように、フレーム１２１との当接部以外は凹状に形成され、中央に開口１５０ａを有し、内部を大気開放状態にしている。ミラー１１０はフレーム１２１を介して宙づりになった状態であり、即ち上下面がオープンに保持されている。 The mirror 110 is formed with a reflective film made of a metal thin film such as gold or aluminum on the reflection surface thereof, and the reflectance of incident light is increased, and a pair of beam portions as spring portions with respect to the base material 120. They are connected via 130. The base material 120 has a rectangular frame-shaped frame 121 positioned around the mirror 110. This frame 121 is supported, for example, on the other silicon layer of the SOI substrate 100 via an oxide layer, and a base material 120 is configured including the frame 121 and its supporting portion. The frame 121 is attached to a housing (not shown) via the holder 150. As shown in FIG. 2B, the holder (first holder) 150 is formed in a concave shape except for the abutting portion with the frame 121, has an opening 150a in the center, and the inside is open to the atmosphere. The mirror 110 is suspended via the frame 121, that is, the upper and lower surfaces are held open.

また、このフレーム１２１の内周部においては、一方のシリコン層の下側に位置する酸化層は、犠牲層エッチングなどにより除去されている。つまり、フレーム１２１の内周に位置する一方のシリコン層からなる構造体は、その下の他方のシリコン層とは離間した状態となっている。 Further, in the inner peripheral portion of the frame 121, the oxide layer located under one of the silicon layers is removed by sacrificial layer etching or the like. That is, the structure composed of one silicon layer located on the inner periphery of the frame 121 is in a state of being separated from the other silicon layer below it.

ミラー１１０は、１組の両端にて梁部１３０を介してフレーム１２１に連結され支持されている。この梁部１３０は、本実施形態では、傾動型のミラー１１０を実現するものであり、この梁部１３０の弾性力によって、図２（ａ）中の矢印Ｙ１方向に、ミラー１１０を回転振動させることができるようになっている。 The mirror 110 is connected to and supported by the frame 121 via a beam portion 130 at one set of both ends. In this embodiment, the beam portion 130 realizes the tilting mirror 110. The elastic force of the beam portion 130 causes the mirror 110 to rotate and vibrate in the direction of the arrow Y1 in FIG. Be able to.

また、ミラー１１０のもう１組の両端には、ミラー１１０を駆動する、すなわち回転振動させるための力として静電気力を印加するための駆動電極１４０が設けられている。本例では、駆動電極１４０は、ミラー１１０からフレーム１２１側に突出して形成された櫛歯部と、フレーム１２１からミラー１１０側に突出して形成された櫛歯部とから構成されている。 In addition, driving electrodes 140 for applying an electrostatic force as a force for driving the mirror 110, that is, rotating and oscillating the mirror 110, are provided at both ends of the mirror 110. In this example, the drive electrode 140 includes a comb tooth portion that protrudes from the mirror 110 to the frame 121 side and a comb tooth portion that protrudes from the frame 121 to the mirror 110 side.

そして、駆動電極１４０は、ミラー１１０側の櫛歯部とフレーム１２１側の櫛歯部との間に電圧を印加することにより、これら両櫛歯部の間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力の印加によって、ミラー１１０は、梁部１３０の弾性力の作用により、矢印Ｙ１方向に回転振動するようになっている。即ち、駆動電極１４０に高周波の交番電圧を印加することで、ミラー１１０はＹ１方向両方向に、高周波の共振による往復回動するようになっている。 The drive electrode 140 generates an electrostatic force between the comb teeth by applying a voltage between the comb teeth on the mirror 110 side and the comb teeth on the frame 121 side. Then, by applying this electrostatic force, the mirror 110 rotates and vibrates in the direction of the arrow Y1 due to the action of the elastic force of the beam portion 130. That is, by applying a high-frequency alternating voltage to the drive electrode 140, the mirror 110 is reciprocally rotated by high-frequency resonance in both directions in the Y1 direction.

このとき、図２（ｂ）に示すように、ミラー１１０は、ホルダ１５０に対してオープンに、即ちミラー１１０の両面が大気開放状態になるように支持されているので、空気抵抗が小さく、ミラー面積が小さいことも相まって、高周波の共振駆動を妨げることがない。尚、駆動電極１４０の代わりに、圧電素子を設けても良いし、電磁式に駆動するものでも良い。 At this time, as shown in FIG. 2B, the mirror 110 is supported so as to be open to the holder 150, that is, both surfaces of the mirror 110 are open to the atmosphere. Coupled with the small area, high-frequency resonance driving is not hindered. A piezoelectric element may be provided in place of the drive electrode 140, or an electromagnetic drive may be used.

図３（ａ）は、第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２を正面から見た図であり、図３（ｂ）は、（ａ）の第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２をIIIB-IIIB線で切断して矢印方向に見た図である。この第２ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ２も、シリコンなどの半導体基板２００に対して、フォトリソグラフやエッチングなどの半導体製造技術を用いて加工を施すことにより、製造されるものである。 3A is a view of the second MEMS mirror MEMS2 as viewed from the front, and FIG. 3B is a view of the second MEMS mirror MEMS2 of FIG. 3A cut along the line IIIB-IIIB and viewed in the direction of the arrow. It is. The second MEMS mirror MEMS2 is also manufactured by processing the semiconductor substrate 200 such as silicon using a semiconductor manufacturing technique such as photolithography or etching.

半導体基板２００は、本例では、２枚のシリコン層の間に酸化層を挟んでなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板２００からなる。このＳＯＩ基板２００の一方のシリコン層の表面側が図３（ａ）に表されている。 In this example, the semiconductor substrate 200 includes an SOI (silicon-on-insulator) substrate 200 in which an oxide layer is sandwiched between two silicon layers. The surface side of one silicon layer of the SOI substrate 200 is shown in FIG.

ＳＯＩ基板２００における一方のシリコン層に対して、トレンチエッチングを施すことにより、図３に示されるような構造体２１０〜２４０が形成されている。図３に示されるＳＯＩ基板２００の中央部にミラー（第２ミラー）２１０が位置している。本例では、ミラー２１０は矩形板状をなしているが、円盤状でも良い。 Structures 210 to 240 as shown in FIG. 3 are formed by performing trench etching on one silicon layer in the SOI substrate 200. A mirror (second mirror) 210 is located at the center of the SOI substrate 200 shown in FIG. In this example, the mirror 210 has a rectangular plate shape, but may have a disk shape.

ミラー１１０より面積の大きいミラー２１０（幅Δ１＜幅Δ２）は、その反射面に金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められており、基材２２０に対して、バネ部としての一対の梁部２３０を介して連結されている。この基材２２０は、ミラー２１０の周囲に位置する矩形枠状のフレーム２２１を有している。このフレーム２２１は、たとえばＳＯＩ基板２００における他方のシリコン層に対して酸化層を介して支持されており、フレーム２２１およびその支持部を含めて基材２２０が構成されている。フレーム２２１は、ホルダ２５０を介して不図示の筐体に取り付けられる。ホルダ２５０は、図３（ｂ）に示すように、フレーム１２１との当接部以外は凹状に形成されているが開口は設けられていない。又、フレーム１２１の上方は、透明なカバー２５１により覆われている。第２ホルダを構成するカバー２５１とホルダ２５０とで気密された空間内（内部は大気圧）で、ミラー２１０は宙づりになった状態で保持されている。 The mirror 210 having a larger area than the mirror 110 (width Δ1 <width Δ2) has a reflection film formed of a metal thin film such as gold or aluminum on the reflection surface thereof, and the reflectance of incident light is increased. 220 is connected to a pair of beam portions 230 as spring portions. The base material 220 has a rectangular frame-shaped frame 221 positioned around the mirror 210. This frame 221 is supported, for example, on the other silicon layer of the SOI substrate 200 via an oxide layer, and a base material 220 is configured including the frame 221 and its supporting portion. The frame 221 is attached to a housing (not shown) via the holder 250. As shown in FIG. 3B, the holder 250 is formed in a concave shape except for the contact portion with the frame 121, but is not provided with an opening. The upper part of the frame 121 is covered with a transparent cover 251. The mirror 210 is held in a suspended state in a space (inside the atmospheric pressure) hermetically sealed by the cover 251 and the holder 250 constituting the second holder.

また、このフレーム２２１の内周部においては、一方のシリコン層の下側に位置する酸化層は、犠牲層エッチングなどにより除去されている。つまり、フレーム２２１の内周に位置する一方のシリコン層からなる構造体は、その下の他方のシリコン層とは離間した状態となっている。 Further, in the inner peripheral portion of the frame 221, the oxide layer located under one of the silicon layers is removed by sacrificial layer etching or the like. That is, the structure composed of one silicon layer located on the inner periphery of the frame 221 is in a state of being separated from the other silicon layer below it.

ミラー２１０は、１組の両端にて梁部２３０を介してフレーム２２１に連結され支持されている。この梁部２３０は、本実施形態では、回転振動型のミラー２１０を実現するものであり、この梁部２３０の弾性力によって、図３（ａ）に示すように、矢印Ｙ１方向（図２（ａ））の傾動軸と直交する矢印Ｘ１方向に、ミラー２１０を回転振動させることができるようになっている。 The mirror 210 is connected to and supported by the frame 221 via the beam portion 230 at one set of both ends. In this embodiment, the beam portion 230 realizes the rotational vibration type mirror 210, and by the elastic force of the beam portion 230, as shown in FIG. The mirror 210 can be rotated and oscillated in the direction of the arrow X1 orthogonal to the tilt axis of a)).

また、ミラー２１０のもう１組の両端には、ミラー２１０を駆動する、すなわち回転振動させるための力として静電気力を印加するための駆動電極２４０が設けられている。本例では、駆動電極２４０は、ミラー２１０からフレーム２２１側に突出して形成された櫛歯部と、フレーム２２１からミラー２１０側に突出して形成された櫛歯部とから構成されている。 In addition, driving electrodes 240 for applying an electrostatic force as a force for driving the mirror 210, that is, rotating and oscillating the mirror 210, are provided at both ends of the mirror 210. In this example, the drive electrode 240 includes a comb tooth portion that protrudes from the mirror 210 to the frame 221 side, and a comb tooth portion that protrudes from the frame 221 to the mirror 210 side.

そして、駆動電極２４０は、ミラー２１０側の櫛歯部とフレーム２２１側の櫛歯部との間に電圧を印加することにより、これら両櫛歯部の間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力の印加によって、ミラー２１０は、梁部２３０の弾性力の作用により、矢印Ｘ１方向に回転振動するようになっている。即ち、駆動電極２４０に低周波のノコギリ刃状の電圧を印加することで、ミラー２１０は、低高周波の非共振による回動を行うようになっている。 The drive electrode 240 generates an electrostatic force between the comb teeth by applying a voltage between the comb teeth on the mirror 210 side and the comb teeth on the frame 221 side. Then, by applying this electrostatic force, the mirror 210 is rotated and vibrated in the direction of the arrow X1 by the action of the elastic force of the beam portion 230. That is, by applying a low-frequency sawtooth voltage to the drive electrode 240, the mirror 210 is rotated by non-resonance at a low frequency.

このとき、図３（ｂ）に示すように、ミラー２１０は、ホルダ２５０とカバー２５１により気密状態に保持されているので、空気抵抗が大きく、ミラー面積が大きいことも相まって、リンギングを抑制して精度良い低周波の非共振駆動を行うことができる。尚、駆動電極２４０の代わりに、圧電素子を設けても良いし、電磁式に駆動するものでも良い。 At this time, as shown in FIG. 3B, since the mirror 210 is held in an airtight state by the holder 250 and the cover 251, the ring resistance is suppressed in combination with a large air resistance and a large mirror area. Accurate low-frequency non-resonant driving can be performed. A piezoelectric element may be provided in place of the drive electrode 240, or an electromagnetic drive may be used.

図４は、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１の変形例を示す、図２（ｂ）と同様な図である。本変形例では、ホルダ１５０’に開口を設ける代わりに、ミラー１１０の表面に対向して、大気に下方する通気口１５０ｂ’を設けている。それ以外は、上述の実施の形態と同様である。本変形例によれば、ミラー１１０の両面が、通気口１５０ｂ’を介して大気開放状態になるように支持されているので、空気抵抗が小さく、ミラー面積が小さいことも相まって、高周波の共振駆動を妨げることがない。 FIG. 4 is a view similar to FIG. 2B, showing a modification of the first MEMS mirror MEMS1. In this modification, instead of providing an opening in the holder 150 ′, a vent 150 b ′ facing the surface of the mirror 110 is provided downward to the atmosphere. Other than that, it is the same as the above-mentioned embodiment. According to this modification, both surfaces of the mirror 110 are supported so as to be open to the atmosphere via the vent 150b ′, so that high-frequency resonance driving is coupled with a low air resistance and a small mirror area. Will not be disturbed.

図５は、第１ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳ１の別な変形例を示す、図２（ｂ）と同様な図である。本変形例では、ホルダ１５０”に開口を設けておらず、また透明なカバー１５１を設けて、ミラー１１０を大気から気密し、且つ内部を真空にしている。それ以外は、上述の実施の形態と同様である。本変形例によれば、ミラー１１０の両面が空気に接しておらず、高周波の共振駆動を妨げることがない。 FIG. 5 is a view similar to FIG. 2B, showing another modification of the first MEMS mirror MEMS1. In this modification, the holder 150 ″ is not provided with an opening, and a transparent cover 151 is provided to hermetically seal the mirror 110 from the atmosphere, and the inside is evacuated. Otherwise, the above-described embodiment. According to this modification, both surfaces of the mirror 110 are not in contact with air, and high-frequency resonance driving is not hindered.

図６は、本発明にかかる第２の実施の形態による画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。図７は、画像表示装置１の斜視図である。本実施の形態では、第１ＭＥＭＳミラーと第２ＭＥＭＳミラーとを一体化したミラー部１６を有する。画像表示装置１は、例えば光スキャナプロジェクタに搭載され、レーザ光源７（７ｒ，７ｇ，７ｂ）、コリメータＣＬ（ＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ）、レーザ制御部１００、ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）、ハーフミラーＨＦ、検出器ＰＤ、光スキャナ９（走査部）、位相検出部１１０、及び同期信号出力部１２０を備えている。 FIG. 6 is a block diagram showing the overall configuration of the image display device 1 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a perspective view of the image display device 1. In this Embodiment, it has the mirror part 16 which integrated the 1st MEMS mirror and the 2nd MEMS mirror. The image display device 1 is mounted on, for example, an optical scanner projector, and includes a laser light source 7 (7r, 7g, 7b), a collimator CL (CLr, CLg, CLb), a laser control unit 100, and a dichroic mirror 8 (8r, 8g, 8b). , A half mirror HF, a detector PD, an optical scanner 9 (scanning unit), a phase detection unit 110, and a synchronization signal output unit 120.

レーザ制御部１００は、フレームメモリ２、画像処理用メモリ３，ラインバッファメモリ４、表示コントローラ５、変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）、ドライバ１３、及びシステムコントローラ１４を備え、レーザ光源７を制御する。 The laser controller 100 includes a frame memory 2, an image processing memory 3, a line buffer memory 4, a display controller 5, a modulator 6 (6 r, 6 g, 6 b), a driver 13, and a system controller 14. Control.

フレームメモリ２は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、主画像の画像データ（以下、「主画像データ」と表す。）を１フレーム単位で一時的に記憶する。ここで、主画像としては、例えば、映画、テレビ番組等が挙げられる。なお、主画像データは、例えばＲ，Ｇ，Ｂの色成分からなるカラーの画像データとするが、モノクロの画像データであってもよい。 The frame memory 2 temporarily stores image data of the main image (hereinafter referred to as “main image data”) in units of one frame based on the horizontal synchronization signal and the vertical synchronization signal. Here, examples of the main image include a movie and a TV program. The main image data is, for example, color image data composed of R, G, and B color components, but may be monochrome image data.

画像処理用メモリ３に記憶された画像データは、表示画像の歪みを補正する処理等を施される。 The image data stored in the image processing memory 3 is subjected to a process for correcting distortion of the display image.

ラインバッファメモリ４は、画像処理用メモリ３の第１の領域と第２の領域から交互に、水平方向の複数ライン単位で順次に出力される主画像データを記憶する。 The line buffer memory 4 stores main image data sequentially output in units of a plurality of lines in the horizontal direction alternately from the first area and the second area of the image processing memory 3.

表示コントローラ５は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、フレームメモリ２への１フレームの主画像データの書き込み制御、画像処理用メモリ３における画像処理、画像処理用メモリ３からラインバッファメモリ４への画像データの書き込み制御、及びラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる制御等を行う。ここで、ライバッファメモリ４に記憶された画像データは、Ｒ色成分が変調器６ｒに出力され、Ｇ色成分が変調器６ｇに出力され、Ｂ色成分が変調器６ｂに出力される。 The display controller 5 controls the writing of main image data of one frame to the frame memory 2 based on the horizontal synchronization signal and the vertical synchronization signal, the image processing in the image processing memory 3, and the image processing memory 3 to the line buffer memory 4 The image data is written into the image buffer, and the image data is sequentially output from the line buffer memory 4 to the modulator 6 in units of one pixel. Here, in the image data stored in the live buffer memory 4, the R color component is output to the modulator 6r, the G color component is output to the modulator 6g, and the B color component is output to the modulator 6b.

具体的には、表示コントローラ５は、同期信号出力部１２０から垂直同期信号が入力されると、１フレーム分の主画像データをフレームメモリ２に記憶させる。また、ラインバッファメモリ４に、キャラクターメモリ３に記憶された副画像データの先頭の１ライン分を記憶させる。そして、ラインバッファメモリ４に記憶された副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。 Specifically, the display controller 5 stores main image data for one frame in the frame memory 2 when a vertical synchronization signal is input from the synchronization signal output unit 120. The line buffer memory 4 stores the first one line of the sub-image data stored in the character memory 3. Then, the sub image data stored in the line buffer memory 4 is sequentially output to the modulator 6 in units of one pixel.

そして、水平同期信号が入力されると、ラインバッファメモリ４に次の１ライン分の副画像データを記憶させ、ラインバッファメモリ４から次の１ライン分の副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。これにより、スクリーン１０に主画像データで強度が変調されたレーザビームがラスター走査され、主画像が表示されることになる。ラスター走査が画面右下まで行われれば、再びレーザビームを画面左上まで戻す。その間に、フレームバッファ２には新たな画像データが読み込まれ、上述のようにして、次の画像を表示する準備がなされる。以上を繰り返すことで、複数枚の画像を表示できる。 When the horizontal synchronizing signal is input, the sub-image data for the next line is stored in the line buffer memory 4, and the sub-image data for the next line is sequentially stored in units of one pixel from the line buffer memory 4. The signal is output to the modulator 6. As a result, the laser beam whose intensity is modulated with the main image data is raster-scanned on the screen 10 to display the main image. When raster scanning is performed to the lower right of the screen, the laser beam is returned to the upper left of the screen again. In the meantime, new image data is read into the frame buffer 2 and preparations for displaying the next image are made as described above. By repeating the above, a plurality of images can be displayed.

変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）は、それぞれラインバッファメモリ４から１画素単位で順次に出力される画像データのＲ，Ｇ，Ｂ成分を用いて、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるＲ，Ｇ，Ｂのレーザビームの強度を変調する。 The modulator 6 (6r, 6g, 6b) is emitted from the laser light sources 7r, 7g, 7b using the R, G, B components of the image data sequentially output from the line buffer memory 4 in units of one pixel. R, G, and B laser beam intensities are modulated.

レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂは、例えば、レーザダイオードにより構成され、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを射出する。コリメータＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを平行ビームに変換する。 The laser light sources 7r, 7g, and 7b are configured by, for example, laser diodes, and emit red (R), green (G), and blue (B) laser beams, respectively. The collimators CLr, CLg, and CLb convert red (R), green (G), and blue (B) laser beams into parallel beams.

ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）は、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されたレーザビームを合波して、一本のレーザビームＷにする。検出器ＰＤは、図２に示すような検出面を有し、ハーフミラーＨＦにより反射されたレーザビームＷの一部を検出する。 The dichroic mirror 8 (8r, 8g, 8b) combines the laser beams emitted from the laser light sources 7r, 7g, 7b into a single laser beam W. The detector PD has a detection surface as shown in FIG. 2 and detects a part of the laser beam W reflected by the half mirror HF.

光スキャナ９は、例えば２次元の光スキャナにより構成され、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、レーザビームＷを２次元的に走査（ラスター走査）し、スクリーン１０に画像を表示する。スクリーン１０は、ラスター走査されるレーザビームＷが投影されて、画像を表示させる。 The optical scanner 9 is constituted by a two-dimensional optical scanner, for example, and scans the laser beam W two-dimensionally (raster scanning) based on the horizontal synchronization signal and the vertical synchronization signal, and displays an image on the screen 10. The screen 10 projects a raster-scanned laser beam W to display an image.

検出器ＰＤは、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるレーザビームの強度を各々モニタし、モニタ信号を変調器６ｒ，６ｇ，６ｂに出力する機能も有する。なお、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂは、このモニタ信号から、レーザビームの強度の時間平均値が既定値になるようにレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂをＡＰＣ（auto power control）制御する。これにより、レーザビームの発振強度が安定化されると共に、レーザ光源７の破損が防止される。 The detector PD also has a function of monitoring the intensity of the laser beam emitted from each of the laser light sources 7r, 7g, and 7b and outputting a monitor signal to the modulators 6r, 6g, and 6b. The modulators 6r, 6g, and 6b perform APC (auto power control) control of the laser light sources 7r, 7g, and 7b from the monitor signal so that the time average value of the intensity of the laser beam becomes a predetermined value. Thereby, the oscillation intensity of the laser beam is stabilized and the laser light source 7 is prevented from being damaged.

位置検出部（ＰＲ）１２は、例えば赤外発光ダイオード等の発光素子及びフォトトランジスタ等の受光素子を含むフォトリフレクタにより構成され、発光素子から出力された光を対象物であるミラー部１６（図８参照）に当て、反射光を受光素子で検出し、ミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を示す検出信号を動作状態検出部１３及び位相検出部１１０に出力する。 The position detection unit (PR) 12 is configured by a photo reflector including a light emitting element such as an infrared light emitting diode and a light receiving element such as a phototransistor, for example, and the light output from the light emitting element is a mirror unit 16 (FIG. 8), the reflected light is detected by the light receiving element, and detection signals indicating the horizontal and vertical tilt angles of the mirror unit 16 are output to the operation state detection unit 13 and the phase detection unit 110.

システムコントローラ１４は、ドライバ１３を介して光スキャナ９への駆動信号を出力すると共に、主画像を表示しない場合、画像を表示しない黒画像を表示するように表示コントローラ５に指示する。 The system controller 14 outputs a drive signal to the optical scanner 9 via the driver 13 and instructs the display controller 5 to display a black image that does not display an image when the main image is not displayed.

位相検出部１１０は、位置検出部１２により検出された検出信号を用いてミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を検出する。 The phase detection unit 110 detects the horizontal and vertical tilt angles of the mirror unit 16 using the detection signal detected by the position detection unit 12.

同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出されたミラー部１６の傾斜角度に基づいて水平同期信号及び垂直同期信号を表示コントローラ５に出力する。ここで、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出された水平方向の傾斜角度が１ラインの走査を開始する角度となった場合に水平同期信号を出力すればよい。また、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により垂直方向の傾斜角度が１フレームの先頭の１ラインの走査を開始する角度となった場合に垂直同期信号を出力すればよい。 The synchronization signal output unit 120 outputs a horizontal synchronization signal and a vertical synchronization signal to the display controller 5 based on the tilt angle of the mirror unit 16 detected by the phase detection unit 110. Here, the synchronization signal output unit 120 may output a horizontal synchronization signal when the horizontal inclination angle detected by the phase detection unit 110 becomes an angle at which scanning of one line starts. In addition, the synchronization signal output unit 120 may output a vertical synchronization signal when the phase detection unit 110 sets the vertical inclination angle to the angle at which scanning of the first line of one frame starts.

次に、光スキャナ９の動作について説明する。図８は、光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。光スキャナ９は、２次元走査ミラー１５により構成され、２次元走査ミラー１５を図７の筐体ＢＸに固定する固定枠７０と、固定枠７０の内側に可動部分として枠状に形成された可動枠３０と、可動枠３０の内側に形成された方形状のミラー部１６とを備えている。尚、ミラー部１６は、透明なカバー１５１により覆われて気密状態で固定枠７０を介して筐体ＢＸ（図７）内に保持されている。カバー１５１と筐体ＢＸが、第１ホルダ及び第２ホルダを兼ねる。これによりミラー部１６を、カバー１５１と筐体ＢＸ内部に密封された気体を用いてダンピングさせることで、リンギング等を生じることなく、低周波の非共振駆動を行わせることができ、またミラー部１６の広い振り角を阻害する恐れもない。 Next, the operation of the optical scanner 9 will be described. FIG. 8 is a plan view showing a detailed configuration of the optical scanner 9. The optical scanner 9 includes a two-dimensional scanning mirror 15, a fixed frame 70 that fixes the two-dimensional scanning mirror 15 to the housing BX in FIG. 7, and a movable that is formed in a frame shape as a movable part inside the fixed frame 70. A frame 30 and a rectangular mirror portion 16 formed inside the movable frame 30 are provided. The mirror unit 16 is covered with a transparent cover 151 and is held in the housing BX (FIG. 7) via the fixed frame 70 in an airtight state. The cover 151 and the housing BX also serve as the first holder and the second holder. As a result, the mirror unit 16 is damped using the gas sealed inside the cover 151 and the housing BX, so that low-frequency non-resonant driving can be performed without causing ringing or the like. There is no fear of obstructing 16 wide swing angles.

ミラー部１６は、ミラー部１６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー２１，２２を介して、Ｙ軸方向の両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。また、可動枠３０は、Ｙ軸に直交し、ミラー部１６の中心を通るＸ軸近傍の端部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれに一端が接続された曲がり梁４１，４２，４３，４４により、Ｘ軸の両側から固定枠７０に弾性的に支持されている。これらの固定枠７０、曲がり梁４１〜４４、可動枠３０、ミラー部１６、及びトーションバー２１，２２は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。 The mirror unit 16 is elastically supported by the movable frame 30 from both sides in the Y-axis direction via torsion bars 21 and 22 that extend outward along the Y-axis passing through the center of the mirror unit 16. In addition, the movable frame 30 is bent beams 41, 42, 43, 44 having one end connected to each of the end portions 30a, 30b, 30c, 30d in the vicinity of the X axis that are orthogonal to the Y axis and pass through the center of the mirror portion 16. Thus, the fixing frame 70 is elastically supported from both sides of the X axis. The fixed frame 70, the bending beams 41 to 44, the movable frame 30, the mirror portion 16, and the torsion bars 21 and 22 are integrally formed by anisotropic etching of the silicon substrate.

また、第１ミラー及び第２ミラーを兼ねるミラー部１６の表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められている。また、曲がり梁４１，４２，４３，４４の表面には、電気−機械変換素子である圧電素子５１，５２，５３，５４が接着等により貼り付けられ、４つのユニモルフ部６１，６２，６３，６４が形成されている。曲がり梁４１〜４４は、圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、可動枠３０にＹ軸及びＸ軸回りに独立に傾動トルクを作用させ、可動枠３０をＹ軸及びＸ軸を２軸で回動させる。 In addition, a reflection film made of a metal thin film such as gold or aluminum is formed on the surface of the mirror portion 16 which also serves as the first mirror and the second mirror, and the reflectance of incident light is increased. In addition, piezoelectric elements 51, 52, 53, and 54, which are electro-mechanical conversion elements, are attached to the surfaces of the bending beams 41, 42, 43, and 44 by bonding or the like, and the four unimorph portions 61, 62, 63, 64 is formed. The bending beams 41 to 44 cause tilting torque to act independently on the movable frame 30 around the Y axis and the X axis by bending deformation of the piezoelectric elements 51 to 54, and rotate the movable frame 30 about the Y axis and the X axis. Move.

ここで、可動枠３０の回動動作について図９を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は２次元走査ミラー１５の図８のIX-IX方向の断面図である。なお、図９（ａ）は静止時を示し、図９（ｂ）〜（ｅ）は駆動時を示している。 Here, the rotation operation of the movable frame 30 will be described with reference to FIG. 9A to 9E are cross-sectional views of the two-dimensional scanning mirror 15 in the IX-IX direction of FIG. FIG. 9A shows a stationary state, and FIGS. 9B to 9E show a driving state.

図９（ａ）に示すように、圧電素子５１，５２の表裏には、それぞれ上部プラス（＋）電極５１１，５２１、下部マイナス（−）電極５１２、５２２が設けられており、上部（＋）電極５１１（５２１）と下部（−）電極５１２（５２２）との間に分極反転を起こさない範囲で交流電圧を印加することで、圧電素子５１、５２を伸縮させ、ユニモルフ部６１，６２を厚み方向に変位させる。同様に、圧電素子５３，５４の表裏には、それぞれ上部（＋）電極５３１，５４１（図略）、下部（−）電極５３２，５４２（図略）が設けられている。 As shown in FIG. 9 (a), upper and lower plus (+) electrodes 511 and 521 and lower minus (−) electrodes 512 and 522 are provided on the front and back of the piezoelectric elements 51 and 52, respectively. By applying an AC voltage between the electrode 511 (521) and the lower (−) electrode 512 (522) in a range that does not cause polarization reversal, the piezoelectric elements 51 and 52 are expanded and contracted, and the unimorph portions 61 and 62 are thickened. Displace in the direction. Similarly, upper (+) electrodes 531 and 541 (not shown) and lower (−) electrodes 532 and 542 (not shown) are provided on the front and back surfaces of the piezoelectric elements 53 and 54, respectively.

最初に、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に圧電素子５１と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図９（ｂ）に示すように、ユニモルフ部６１は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６２は上方に曲がる。同様に、圧電素子５３，５４にも圧電素子５１，５２とそれぞれ同じ位相の電圧を印加すると、ユニモルフ部６３は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６４は上方に曲がる。 First, the rotation operation around the X axis will be described. When a voltage in the direction in which the driver 13 extends to the piezoelectric element 51 is applied and a voltage in a direction in which the phase opposite to that of the piezoelectric element 51 is contracted is applied to the piezoelectric element 52, one end of each of the unimorph portions 61 and 62 is fixed and held on the fixed frame 70. Therefore, as shown in FIG. 9B, the unimorph portion 61 bends downward, while the unimorph portion 62 bends upward. Similarly, when voltages having the same phase as the piezoelectric elements 51 and 52 are applied to the piezoelectric elements 53 and 54, the unimorph part 63 bends downward, while the unimorph part 64 bends upward.

これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として矢印Ｐ方向に傾く。また、圧電素子５１〜５４に、図９（ｂ）の場合とは逆位相の電圧を印加すると、前述と同様の原理で、図９（ｃ）に示すように、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、Ｘ軸を中心として矢印Ｑ方向に傾く。そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用され、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。 As a result, tilting torque about the X axis acts on the movable frame 30, and the movable frame 30 tilts in the direction of arrow P about the X axis. When a voltage having a phase opposite to that in the case of FIG. 9B is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, the movable frame 30 has an X axis as shown in FIG. Tilt torque about the X axis acts and tilts in the direction of arrow Q about the X axis. When an AC voltage that maintains such a phase relationship is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, the unimorph parts 61 to 64 follow the AC voltage and repeat vertical vibrations so that the movable frame 30 tilts like a seesaw. Torque is applied, and the movable frame 30 rotates and vibrates up to a predetermined displacement angle about the X axis.

次に、Ｙ軸回りの回動動作についついて説明する。ドライバ１３が圧電素子５１，５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、それぞれのユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図９（ｄ）に示すように、いずれも下方に曲がる。一方、圧電素子５３、５４に圧電素子５１、５２と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、図９（ｅ）に示すように、ユニモルフ部６３、６４はいずれも上方に曲がる。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。 Next, the rotation operation around the Y axis will be described. When the driver 13 applies a voltage extending in either direction to the piezoelectric elements 51 and 52, one end of each of the unimorph portions 61 and 62 is fixed and held by the fixed frame 70, and therefore, as shown in FIG. As you can see, they all turn downward. On the other hand, when a voltage in a direction in which the phase opposite to that of the piezoelectric elements 51 and 52 contracts is applied to the piezoelectric elements 53 and 54, the unimorph parts 63 and 64 both bend upward as shown in FIG. Thereby, a tilting torque about the Y axis acts on the movable frame 30, and the movable frame 30 tilts about the Y axis.

そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。 When an AC voltage that maintains such a phase relationship is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, the unimorph parts 61 to 64 follow the AC voltage and repeat vertical vibrations so that the movable frame 30 tilts like a seesaw. Torque acts, and the movable frame 30 rotates and vibrates up to a predetermined displacement angle around the Y axis.

このように、ドライバ１３から４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１６のＸ軸及びＹ軸周りの傾きを任意に制御することができる。また、曲がり梁４１〜４４は、Ｙ軸及びＸ軸を挟んで対称に配置され、曲がり梁４１〜４４に設けられたそれぞれの圧電素子５１〜５４は、同じ位相あるいは互いに１８０度異なる逆位相の駆動信号で駆動されるようにしたので、可動枠３０を片振れなしにＹ軸及びＸ軸の２軸で独立して回動させることができる。 In this way, by applying predetermined voltages from the driver 13 to the four unimorph parts 61 to 64, the inclination of the mirror part 16 supported by the movable frame 30 around the X axis and the Y axis is arbitrarily controlled. be able to. Further, the bending beams 41 to 44 are arranged symmetrically across the Y axis and the X axis, and the piezoelectric elements 51 to 54 provided on the bending beams 41 to 44 have the same phase or opposite phases that are 180 degrees different from each other. Since it is driven by the drive signal, the movable frame 30 can be independently rotated about the Y axis and the X axis without any swing.

次に、２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う方法について、図１０を用いて説明する。レーザ光源７から射出されたレーザビームＷを２次元走査ミラー１５でラスター走査して画像を生成する。 Next, a method for deflecting the laser beam W using the two-dimensional scanning mirror 15 will be described with reference to FIG. The laser beam W emitted from the laser light source 7 is raster scanned by the two-dimensional scanning mirror 15 to generate an image.

ここで、水平方向の走査周波数は例えば３０ｋＨｚ、垂直方向の走査周波数は例えば６０Ｈｚ程度である。また、ミラー部１６の水平、垂直方向の傾斜角度はそれぞれほぼ±１０度である。また、ミラー部１６の水平走査は正弦波の駆動電圧を用いた機械共振振動を行うことから、水平方向の走査領域の左右の周辺部は水平走査速度が極端に低下する。そのため、図１０に示すように、画像表示領域１７の水平域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。 Here, the horizontal scanning frequency is, for example, 30 kHz, and the vertical scanning frequency is, for example, about 60 Hz. Further, the horizontal and vertical inclination angles of the mirror section 16 are each about ± 10 degrees. Further, since the horizontal scanning of the mirror unit 16 performs mechanical resonance vibration using a sinusoidal drive voltage, the horizontal scanning speed is extremely reduced in the left and right peripheral portions of the horizontal scanning region. Therefore, as shown in FIG. 10, the horizontal area of the image display area 17 is a slightly inner area without using all of the scanning area 18.

垂直走査はノコギリ波の駆動電圧を用いて行われていることから、ミラー部１６の走査の直線性の良好な領域のみを通常の画像表示に使用するので、水平走査と同様、通常の画像表示領域１７の垂直域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。 Since the vertical scanning is performed using a sawtooth drive voltage, only the region with good scanning linearity of the mirror unit 16 is used for normal image display. The vertical region of the region 17 is a region slightly inside without using the entire scanning region 18.

次に、画像表示装置１の動作について説明する。電源が投入されると、システムコントローラ１４は、表示コントローラ５に、黒画像データをラインバッファメモリ４へ出力するように指示する。 Next, the operation of the image display device 1 will be described. When the power is turned on, the system controller 14 instructs the display controller 5 to output black image data to the line buffer memory 4.

上述したように、入力される画像データに応じて、ラインバッファメモリ４への画像データが書き込まれる。 As described above, the image data is written to the line buffer memory 4 in accordance with the input image data.

変調器６は、レーザ光源７を発振させ、ラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で読み出し、読み出した画像データを用いてレーザ光源７から射出されるレーザビームを変調する。 The modulator 6 oscillates the laser light source 7, reads image data from the line buffer memory 4 in units of one pixel, and modulates the laser beam emitted from the laser light source 7 using the read image data.

レーザ光源７から射出された３本のレーザビームはダイクロミラー８により一本のレーザビームＷに合波され、ミラー部１６に入射する。 The three laser beams emitted from the laser light source 7 are combined into one laser beam W by the dichroic mirror 8 and enter the mirror unit 16.

レーザビームＷは、走査駆動されるミラー部１６によりラスター走査され、スクリーン１０上に投影され、これにより高精細な画像を形成できる。 The laser beam W is raster-scanned by the scanning-driven mirror unit 16 and projected onto the screen 10, thereby forming a high-definition image.

図６に示す変調器６として、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator）を採用してもよい。この場合、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂをレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂとダイクロミラー８ｒ，８ｇ，８ｂとの間に設置すればよい。 As the modulator 6 shown in FIG. 6, an AOM (Acoustic Optical Modulator) may be adopted. In this case, the modulators 6r, 6g, 6b may be installed between the laser light sources 7r, 7g, 7b and the dichroic mirrors 8r, 8g, 8b.

ＣＬｂコリメータ
ＣＬｒコリメータ
ＨＦハーフミラー
ＬＤｂ青色光源
ＬＤｇ緑色光源
ＬＤｒ赤色光源
ＭＥＭＳＭＥＭＳミラー
ＭＭメインミラー
ＭＲｂダイクロミラー
ＭＲｇダイクロミラー
ＭＲｒミラー
ＰＤ検出器
ＳＬセンサレンズ
２フレームメモリ
３画像処理用メモリ
４ラインバッファメモリ
６，６ｒ，６ｇ，６ｂ変調器
７，７ｒ，７ｇ，７ｂレーザ光源
８，８ｒ，８ｇ，８ｂダイクロミラー
９光スキャナ
１０スクリーン
１４システムコントローラ
１５２次元走査ミラー
１６ミラー部
１７画像表示領域
１８走査領域
１００レーザ制御部
１２０同期信号出力部 CLb collimator CLr collimator HF half mirror LDb blue light source LDg green light source LDr red light source MEMS MEMS mirror MM main mirror MRb dichroic mirror MRg dichroic mirror MRr mirror PD detector SL sensor lens 2 frame memory 3 image processing memory 4 line buffer memory 6, 6r, 6g, 6b Modulator 7, 7r, 7g, 7b Laser light source 8, 8r, 8g, 8b Dichroic mirror 9 Optical scanner 10 Screen 14 System controller 15 Two-dimensional scanning mirror 16 Mirror unit 17 Image display area 18 Scanning area 100 Laser Control unit 120 Sync signal output unit

Claims

In an image display device having a laser light source and a scanning unit that scans a laser beam emitted from the laser light source in a horizontal direction and a vertical direction of a screen,
The scanning unit includes a first mirror that tilts to scan in the horizontal direction of the screen while reflecting the laser beam, a first holder that holds the first mirror, and a vertical position of the screen that reflects the laser beam. It possesses a second mirror tilts so as to scan in a direction, and a second holder for holding the second mirror hermetically,
The image display device according to claim 1, wherein the first mirror is held in an open state with respect to the first holder .

In an image display device having a laser light source and a scanning unit that scans a laser beam emitted from the laser light source in a horizontal direction and a vertical direction of a screen,
The scanning unit includes a first mirror that tilts to scan in the horizontal direction of the screen while reflecting the laser beam, a first holder that holds the first mirror, and a vertical position of the screen that reflects the laser beam. A second mirror that tilts so as to scan in a direction, and a second holder that hermetically holds the second mirror,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the first holder has a vent opening facing the first mirror.

The image display apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first mirror and the second mirror, characterized in that different areas of the reflective surface.

Wherein the first mirror is disposed in the laser light source side, the image display apparatus according to any one of claims 1 to 3, a laser beam the first mirror is reflected the second mirror, wherein the reflecting .

The image display device according to claim 4 , wherein an area of the second mirror is larger than an area of the first mirror.