WO2009119568A1 - ２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置 Download PDF

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WO2009119568A1
WO2009119568A1 PCT/JP2009/055801 JP2009055801W WO2009119568A1 WO 2009119568 A1 WO2009119568 A1 WO 2009119568A1 JP 2009055801 W JP2009055801 W JP 2009055801W WO 2009119568 A1 WO2009119568 A1 WO 2009119568A1
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deflection
deflecting
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孝 菅原
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日本ビクター株式会社
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/085—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by electromagnetic means
    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a two-dimensional optical deflector and an image display apparatus using the same, and more particularly to a two-dimensional optical deflector for displaying an image by a raster scan method and an image display apparatus using the same.
  • Patent Document 1 discloses a one-dimensional optical deflector made of a soft resin such as polyimide or silicone resin and capable of deflecting light in one direction, and an image display device using the same.
  • the image display device disclosed in Patent Document 1 uses two one-dimensional optical deflectors, scans laser light emitted from a light source in the horizontal direction with one one-dimensional optical deflector, and the other The one-dimensional optical deflector scans in the vertical direction to display an image by a raster scan method.
  • the optical deflector can only deflect light in only one direction, so that a two-dimensional image is displayed. Requires two optical deflectors.
  • Patent Document 2 discloses a two-dimensional optical deflector made of Si (Silicon) and capable of deflecting light in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and an image display apparatus using the same. .
  • the laser beam can be scanned at high speed, so that a high-resolution image can be obtained. Can be displayed.
  • the scanning speed in the vertical direction is The number of frames per unit time (one second) is determined according to a so-called frame rate.
  • the scanning speed in the vertical direction is lower than the scanning speed in the horizontal direction, and the scanning speed in the horizontal direction changes according to individual differences of optical deflectors and environmental temperature changes.
  • the scanning speed in the vertical direction can be adjusted according to the frame rate.
  • the optical deflector disclosed in Patent Document 2 and an image display apparatus using the same use an optical deflector having a high resonance frequency for low-speed vertical scanning. Since the device can be driven only within a narrow range of the resonance frequency of Si or in the vicinity thereof, it is difficult to adjust the scanning speed in the vertical direction according to the frame rate, and improvement thereof is desired.
  • Si is fragile compared to a soft resin
  • an optical deflector made of Si and an image display device using the same may be easily damaged when an impact is applied from the outside. Improvement is desired.
  • the problem to be solved by the present invention is that a high-resolution image is obtained, the vertical scanning speed can be adjusted according to the frame rate, and a shock-resistant two-dimensional optical deflector and the same are used.
  • Another object of the present invention is to provide an image display apparatus.
  • one aspect of the present invention includes a first light deflecting element (10) that includes resin and deflects light (L) irradiated from the outside in one direction, and silicon.
  • a second optical deflecting element (50) for deflecting the light in the other direction, and the first optical deflecting element is provided with a pair of terminal portions (13, 14) arranged opposite to each other at a distance from each other.
  • the first deflection part (11) disposed between the pair of terminal parts, and the pair of first beam parts (16, 17) respectively connecting the first deflection part and the pair of terminal parts.
  • the second optical deflection element includes a frame-shaped support portion (52) fixed on the first deflection portion, and the first deflection portion within the frame of the support portion.
  • a second deflecting portion (53) which is disposed separately and has a mirror portion (63) for reflecting the light; and on both sides of the second deflecting portion.
  • a pair of first arm portions (54, 55) each having one end connected to the support portion, and arranged on both sides of the second deflection portion so as to face the first arm portion,
  • a pair of second arm parts (56, 57) each having one end connected to the support part, and a pair of second arm parts respectively connecting the other end of the first arm part and the second deflection part.
  • a beam part (58, 59), each other end of the second arm part and the second deflecting part are connected to each other and arranged opposite to each other with a predetermined gap.
  • the first deflection unit deflects the light at a resonance frequency of the resin or a frequency lower than the resonance frequency
  • the second deflection unit deflects the light at a resonance frequency of silicon. It is characterized by.
  • the two-dimensional optical deflector in another aspect of the present invention, the two-dimensional optical deflector, a semiconductor laser element (310) that irradiates the mirror part with the light, and a luminance that modulates the luminance of the semiconductor laser element according to image information. And providing an image display device (300) having a modulator (320).
  • the image (G) is displayed by deflecting the light in the horizontal direction by the second light deflection element and deflecting the light in the vertical direction by the first light deflection element.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a two-dimensional optical deflector in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the first optical deflection element in the two-dimensional optical deflector of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a second optical deflection element in the two-dimensional optical deflector of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a drive control circuit for driving the first optical deflection element of the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of the first optical deflection element and the second optical deflection element of the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of the image display apparatus according to the present invention.
  • Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 according to preferred examples.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a two-dimensional optical deflector in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view when viewed from the mirror side
  • FIG. 1C is a side view when viewed from the arrow S1 in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the third line y2 in FIG.
  • the two-dimensional optical deflector 100 mainly includes a support body 1 having a substantially U-shaped cross section, a first light deflection element 10 supported by the support body 1, and a first light.
  • the second optical deflection element 50 fixed on the deflection element 10 and the electromagnetic coil unit 90 fixed to the support 1 and driving the first optical deflection element 10 are configured.
  • the first light deflection element 10 will be described in detail with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the first optical deflection element 10 in the two-dimensional optical deflector according to the embodiment.
  • FIGS. 2 (a), 2 (b), and 2 (c) are diagrams. 1 (a), FIG. 1 (b), and FIG. 1 (c) respectively.
  • the first optical deflection element 10 mainly deflects a laser beam L described later in the vertical direction of an image G described later (corresponding to the vertical direction in FIG. 2A).
  • a first deflection unit 11, a first terminal unit 13 and a second terminal unit 14 which are arranged to face each other via the first deflection unit 11, and the first terminal unit 13 and the first deflection unit 11.
  • the second beam portion 17 that connects the second terminal portion 14 and the first deflection unit 11, and the second optical deflection element 50 in the first deflection unit 11.
  • the magnet base 19 fixed to the surface on the opposite side to the surface A11 to be fixed ⁇ the back surface in FIG. 2A ⁇ B11 and the first permanent magnet fixed to the magnet base 19 apart from each other 20 and a second permanent magnet 21.
  • the first deflection unit 11 includes a first electrode 23 and a second electrode 24 in the vicinity of the first beam portion 16, and a third electrode 25 and a fourth electrode in the vicinity of the second beam portion 17.
  • An electrode 26 is provided.
  • the first terminal portion 13 has a fifth electrode 28 and a sixth electrode 29, and the second terminal portion 14 has a seventh electrode 30 and an eighth electrode 31.
  • the first beam portion 16 electrically connects the first wiring 33 that electrically connects the first electrode 23 and the fifth electrode 28, and the second electrode 24 and the sixth electrode 29.
  • a second wiring 34 to be connected is provided.
  • the second beam portion 17 electrically connects the third wiring 35 that electrically connects the third electrode 25 and the seventh electrode 30, and electrically connects the fourth electrode 26 and the eighth electrode 31.
  • a fourth wiring 36 to be connected is provided.
  • the polarities of the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 are the same.
  • the polarities of the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 are shown as N poles on the side close to the electromagnetic coil unit 90 and S poles on the far side, respectively.
  • the side closer to the electromagnetic coil unit 90 may be the S pole
  • the far side may be the N pole.
  • first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 it is desirable to use a neodymium-based material having a large coercive force.
  • the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 can be made lighter and more compact.
  • One deflection unit 11 can be driven with a small driving force (power consumption).
  • the first light deflection element 10 has a first line x1 that connects the center of gravity of the first beam portion 16 and the center of gravity of the second beam portion 17 when FIG. 2A is viewed from the front of the drawing.
  • a second line y1 connecting the center of gravity of the first permanent magnet 19 and the center of gravity of the second permanent magnet 20 passes through the center of gravity G11 of the first deflection unit 11, respectively, and the first line x1 and the first line
  • the two lines y1 are configured to be orthogonal to each other.
  • the base material 38 of the first light deflection element 10 a flexible soft resin such as polyimide or silicone resin can be used, and the first light deflection element 10 is a well-known flexible resin. It can be manufactured using a method for manufacturing a wiring board.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the second optical deflection element 50 in the two-dimensional optical deflector of the embodiment
  • FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) are diagrams. 1 (a), FIG. 1 (b), and FIG. 1 (c) respectively.
  • the second light deflection element 50 is mainly arranged in a frame-like support portion 52 and in the frame of the support portion 52 so as to be separated from the support portion 52, and emits a laser beam L described later.
  • a second deflecting portion 53 for deflecting in the horizontal direction of the image G ⁇ corresponding to the left-right direction in FIG. 3A ⁇ and one end side of the second deflecting portion 53 are connected to one inner edge of the support portion 52, respectively.
  • One end side of each of the first arm portion 54 and the second arm portion 55 arranged via 53 and the inner edge portion of the support portion 52 facing the one inner edge portion are connected to each other, and the second deflection portion 53 is interposed therebetween.
  • the second deflection unit 53 has a reflectance of Al (aluminum), Au (gold), or the like on the surface opposite to the side where the second light deflection element 50 is fixed to the first light deflection element 10. It has the mirror part 63 in which the reflecting film which has a high metal as a main component was formed.
  • the mirror unit 63 reflects the laser light L emitted from the semiconductor laser element 310 in the image display device 300 described later.
  • the first to fourth arm portions 54, 55, 56, 57 have first to fourth piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 formed on one surface side corresponding to each arm portion.
  • the first to fourth piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 have a laminated structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode.
  • the first to fourth piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 By applying and vibrating the first to fourth piezoelectric elements 66, 67, 68, 69, the first to fourth arm portions 54, 55, 56, 57 can be vibrated correspondingly. it can.
  • the support portion 52 is formed on one surface side thereof, and is electrically connected to the upper electrodes of the first and second piezoelectric elements 66 and 67 via a wiring (not shown).
  • the tenth electrode 72 electrically connected to the respective lower electrodes of the second piezoelectric elements 66, 67 via a wiring (not shown) and the upper electrodes of the third and fourth piezoelectric elements 68, 69.
  • the eleventh electrode 73 electrically connected via the wiring not to be connected and the twelfth electrode electrically connected to the lower electrodes of the third and fourth piezoelectric elements 68 and 69 via the wiring not shown. 74.
  • the second light deflecting element 50 divides the gap between the third beam portion 58 and the fifth beam portion 60 into two parts and the fourth beam portion when FIG. 3A is viewed from the front of the drawing.
  • a third line y ⁇ b> 2 that bisects the gap between 59 and the sixth beam portion 61 is configured to pass through the center of gravity G ⁇ b> 53 of the second deflection portion 53.
  • the second light deflection element 50 includes a second deflection unit 53, first to fourth arm units 54, 55, 56, 57, and third to sixth beam units 58, 59, 60, 61. However, it is made thinner than the support portion 52.
  • the second optical deflecting element 50 described above can be manufactured by using a known semiconductor process, for example, an Si (Silicon) wafer such as SOI (Silicon on Insulator).
  • a laser beam L which will be described later, is irradiated toward the mirror unit 63 from the front side of the page.
  • the center of gravity G53 of the second deflection unit 53 of the second optical deflection element 50, and the first The center G11 of the first deflection unit 11 of the optical deflection element 10 is positioned on the optical path of the laser light L (on the extension line of the optical path), and the second optical deflection element 50 is connected to the third line y2. Is fixed to the surface A11 of the first deflection unit 11 of the first optical deflection element 10 so as to be orthogonal to the first line x1 of the first optical deflection element 10.
  • first optical deflection element 10 and the second optical deflection element 50 include the first electrode 23 and the ninth electrode 71, and the second electrode 24 and the tenth electrode 72.
  • the third electrode 25 and the eleventh electrode 73 are electrically connected to the fourth electrode 26 and the twelfth electrode 74 via, for example, a gold wire 80.
  • the electromagnetic coil unit 90 mainly includes a coil base 92 and a first coil 93 and a second coil 94 fixed to the coil base 92.
  • the first coil 93 and the second coil 94 are air core winding coils.
  • the first coil 93 corresponds to the first permanent magnet 20, and the second coil 94 corresponds to the second permanent magnet 21, and is fixed to the coil base 92.
  • first coil 93 and the second coil 94 do not come into contact with the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 when the first deflection unit 11 is driven in the vertical direction in particular.
  • Each is fixed to the coil base 92.
  • first coil 93 and the second coil 94 are connected in series, for example, via a wiring (not shown) so that the directions of the magnetic lines of force generated when the current is supplied are opposite to each other. .
  • FIG. 4 is a block diagram showing a drive control circuit for driving the second optical deflection element 50 in the two-dimensional optical deflector 100.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of the first optical deflection element 10 and the second optical deflection element 50.
  • the drive control circuit 200 mainly includes an amplifier 201, a noise removal filter (for example, a low-pass filter) 202, a phase adjuster 203, an automatic gain control circuit (hereinafter referred to as an AGC circuit) 204, and a drive amplifier. 205.
  • a noise removal filter for example, a low-pass filter
  • a phase adjuster 203 for example, a phase adjuster
  • an AGC circuit automatic gain control circuit
  • the amplifier 201 has an input side connected to the seventh electrode 30 and the eighth electrode 31 of the second terminal section 14 in the two-dimensional optical deflector 100, and an output side connected to the noise removal filter 202.
  • the output side of the noise removal filter 202 is connected to the phase adjuster 203 and the AGC circuit 204.
  • the output side of the phase adjuster 203 and the AGC circuit 204 is connected to the drive amplifier 205.
  • the output side of the drive amplifier 205 is connected to the fifth electrode 28 and the sixth electrode 29 of the first terminal portion 13 in the two-dimensional optical deflector 100.
  • the resonance drive signal Dh output from the drive amplifier 205 is input to the first piezoelectric element 66 and the second piezoelectric element 67 of the second optical deflection element 50 via the fifth electrode 28 and the sixth electrode 29. Is done.
  • the mirror portion 63 is in the primary rotation mode with the third line y2 (see FIGS. 1 and 3) as the rotation axis. Drive horizontally.
  • This voltage is amplified by the amplifier 201 and output as the detection signal Sn.
  • the detection signal Sn and the resonance drive signal Dh have a specific phase difference in the resonance mode with the resonance drive signal Dh by the phase adjuster 203 after the noise component is removed by the noise removal filter 202.
  • the phase-adjusted detection signal Sn is adjusted so that the amplitude of the sine wave generated by the AGC circuit 204 is constant, and then boosted to a predetermined value by the drive amplifier 205, and the fifth resonance drive signal Dh
  • the signal is input to the first piezoelectric element 66 and the second piezoelectric element 67 through the electrode 28 and the sixth electrode 29.
  • the second light deflection element 50 is mainly composed of silicon, and as shown in FIG. 5, the resonance frequency of silicon is as high as several tens of kHz. Therefore, the first piezoelectric element 66 and the second piezoelectric element are used. By inputting a drive signal Dh having substantially the same frequency as the resonance frequency of silicon to the element 67, the mirror unit 63 can be resonantly driven in the horizontal direction and at high speed.
  • the resonance drive signal Dh input to the first piezoelectric element 66 and the second piezoelectric element 67 by the two-dimensional optical deflector 100 and the drive control circuit 200 described above is used as the third piezoelectric element 68 and the fourth piezoelectric element.
  • the mirror unit 63 is always driven at the resonance frequency.
  • the first permanent magnet 20 is attracted to the first coil 93 and the second permanent magnet 21 is repelled by the second coil 94 by these lines of magnetic force.
  • the permanent magnet 20 side ⁇ the upper side in FIG. 1A and FIG. 2A ⁇ is driven in a direction approaching the second light deflection element 50.
  • the first deflecting unit 11 is arranged on the second permanent magnet 21 side ⁇ FIG. 1 (a) and FIG. 2 (a) is driven in a direction approaching the second light deflection element 50.
  • the mirror unit 63 is driven in the vertical direction with the first line x1 as the rotation axis. be able to.
  • the first light deflection element 10 is mainly composed of flexible soft resin such as polyimide or silicone resin, and as shown in FIG. 5, the resonance frequency of such soft resin.
  • the frequency characteristic of polyimide is shown as an example in FIG. 5
  • soft resin has a low Q value because of its low modulus of elasticity. Therefore, the first coil 93 and the second coil 94 are sinusoidal.
  • the first deflection unit 11 can be driven with a sufficient deflection angle even in the resonance frequency of the soft resin and in the vicinity thereof, and also in the non-resonance region lower than the resonance frequency.
  • the first light deflection element 10 mainly composed of a soft resin is driven to resonate or non-resonance at a low speed in the vertical direction, so that the mirror unit 63 and the first light deflection element 10 are driven at a low speed in the vertical direction. It can be driven.
  • the number thereof can be reduced as compared with the optical deflector disclosed in Patent Document 1 described above, and is disclosed in Patent Document 2 described above.
  • the area of use of the Si substrate, which is an expensive material can be reduced, so that the cost of the material can be reduced.
  • the second optical deflecting element 50 mainly containing fragile Si is the first optical deflector mainly containing a soft resin having excellent impact resistance. Since the first optical deflection element 10 is fixed to the element 10 and supported by the support 1, the impact is applied to the two-dimensional optical deflector 100 when the impact is applied from the outside. Since it can be absorbed by the optical deflection element 10, the second optical deflection element 50 can be prevented from being damaged.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of the image display apparatus according to the present invention.
  • the image display device 300 mainly includes the above-described two-dimensional optical deflector 100 and a semiconductor laser element 310 that emits laser light L toward the mirror unit 63 of the two-dimensional optical deflector 100.
  • the semiconductor laser element 310 includes a luminance modulation unit 320 that modulates luminance according to image information.
  • the two-dimensional light is supplied from the luminance modulation unit 320 to the semiconductor laser element 310 to emit laser light L from the semiconductor laser element 310 and the emitted laser light L is modulated in luminance according to image information of each pixel. Irradiate the mirror unit 63 of the deflector 100.
  • the luminance modulation is performed in synchronization with the second optical deflection element 50 and the first optical deflection element 10 of the two-dimensional optical deflector 100 driven by the above-described driving method.
  • the laser beam L irradiated to the mirror unit 63 is deflected in the horizontal direction by the second light deflection element 50 and deflected in the vertical direction by the first light deflection element 10.
  • a red (R) monochromatic image is displayed, and if an element that emits green laser light is used, green (G ) And a blue (B) monochromatic image is displayed if an element that emits blue laser light is used.
  • three semiconductor laser elements that emit these three colors of laser light and optical components such as a dichroic prism and a dichroic mirror that synthesize each laser light into one beam.
  • a two-dimensional optical deflector 100 and a three-color (R, G, B) image is superimposed on the screen P and displayed, so that a full-color image can be displayed.
  • the laser light L emitted from the semiconductor laser element 310 is deflected at a high speed in the horizontal direction by the second light deflection element 50, and at the same time by the first light deflection element 10. Since the image is deflected in the vertical direction at a low speed, a high-resolution image can be displayed.
  • the scanning speed can be adjusted in accordance with the frame rate because the first light deflection element 10 can be driven in a wide frequency range below the resonance frequency of the soft resin. It can be done easily.
  • the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 have the same polarity, and the direction of the lines of magnetic force between the first coil 93 and the second coil 94 is the same.
  • the present invention is not limited to this, and the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 have different polarities, and the first coil 93 and the second coil 94 have different polarities. It is good also as a structure from which the direction of a magnetic force line becomes the same.
  • the first and second arm portions 54 and 55 are driven by the first and second piezoelectric elements 66 and 67, and the third piezoelectric element is driven.
  • 68 and the fourth piezoelectric element 69 are configured to detect the vibration state of the second deflecting unit 53, but the present invention is not limited to this, and the third piezoelectric element 68 and the fourth piezoelectric element 69 are used to detect the vibration state.
  • the third arm unit 56 and the fourth arm unit 57 may be driven, and the vibration state of the second deflection unit 53 may be detected by the first piezoelectric element 66 and the second piezoelectric element 67.
  • the first to fourth piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 are used.
  • the first arm portion 54 and the second arm portion 55, and the third arm portion 56 and the fourth arm portion 57 may be driven in opposite phases.
  • the first permanent magnet 20 and the second permanent magnet 21 are provided in the first light deflection element 10, and the first coil 93 and the second coil 94 are provided in the electromagnetic coil unit 90.
  • the present invention is not limited to this, and the first light deflection element 10 is provided with the first coil 93 and the second coil 94, and the electromagnetic coil unit 90 is provided with the first permanent magnet 20 and the second coil. It is good also as a structure which provided the permanent magnet 21.
  • the electrodes 23, 24, 25, and 26 of the first light deflection element 10 and the electrodes 71, 72, 73, and 74 of the second light deflection element 50 are connected by the gold wire 80.
  • the present invention is not limited to this, and the electrodes 23, 24, 25, 26 of the first light deflection element 10 and the electrodes 71, 72, 73, 74 of the second light deflection element 50 are electrically connected. If so, the connection method is not particularly limited.
  • the deflection direction of the first light deflection element 10 and the deflection direction of the second light deflection element 50 are orthogonal to each other.
  • the present invention is not limited to this.
  • the deflection direction of the optical deflection element 10 and the deflection direction of the second optical deflection element 50 need only be different from each other.
  • a high-resolution image can be displayed, the vertical scanning speed can be adjusted according to the frame rate, and there is an effect of having impact resistance.

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Abstract

　樹脂を含み光Ｌを一方向に偏向する第１素子１０とＳｉを含み光を他方向に偏向する第２素子とを備え、第１素子は、対向配置された一対の端子部１３，１４、その間に配置された第１偏向部１１、これと端子部とを連結する第１梁部１６，１７を有し、第２素子は、枠状の支持部、その枠内に配置されてミラー部６３を有する第２偏向部５３、その両側に配置され支持部に一端が連結された第１アーム５４，５５、第１アームに対向配置され支持部に一端が連結された第２アーム５６，５７、第１アームの他端と第２偏向部とを連結する第２梁部５８，５９、第２アームの他端と第２偏向部とを連結し第２梁部と対向配置された第３梁部６０，６１を有し、第１及び第２偏向部の各重心は光の光路上に位置する。

Description

２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置
　本発明は、２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置に係り、特に、ラスタースキャン方式により画像を表示するための２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置に関する。
　フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、及びＨＭＤ（Head Mount Display）等の画像表示装置に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作製された光偏向器を用いる検討が盛んに行われている。
　例えば、特許文献１には、ポリイミドやシリコーン（Silicone）樹脂等の軟質樹脂からなり一方向に光偏向可能な１次元光偏向器、及び、これを用いた画像表示装置が開示されている。
　特許文献１に開示されている画像表示装置は、一次元光偏向器を２個用い、光源から出射されたレーザ光を、一方の１次元光偏向器で水平方向に走査（スキャン）し、他方の１次元光偏向器で垂直方向に走査することによって、ラスタースキャン方式による画像を表示するものである。
　しかしながら、特許文献１に開示されているような光偏向器及びこれを用いた画像表示装置では、軟質樹脂の共振周波数が数十Ｈｚと低いので、レーザ光を高速に走査することが難しい。
　レーザ光の走査スピードが遅いと表示される画像の解像度が低くなるため、高解像度の画像を表示することができない。そのため、走査スピードのさらなる改善が望まれる。
　また、特許文献１に開示されているような光偏向器及びこれを用いた画像表示装置では、光偏向器が一方向のみにしか光偏向することができないので、２次元の画像を表示するためには２個の光偏向器が必要である。
　このため、光学系が複雑になるので、画像表示装置の小型化が難しく、また、製品コストが高くなり、その改善が望まれる。
　そこで、上記問題を鑑みて、Ｓｉ（シリコン（Silicon））からなり水平方向及び垂直方向にそれぞれ光偏向できる２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置が、特許文献２に開示されている。
　特許文献２に開示されているような光偏向器及びこれを用いた画像表示装置によれば、Ｓｉの共振周波数は数十ＫＨｚと高いので、レーザ光を高速に走査できるため、高解像度の画像を表示することが可能になる。
　また、１個の光偏向器で水平方向及び垂直方向の各光偏向を一度にできるので、画像表示装置の小型化が可能になる。
特開２００６－２７６６５３号公報 特開２００４－１１０００５号公報
　ところで、ラスタースキャン方式により画像を表示する場合、上述したように水平方向の走査スピードが速いほど１フレーム内の走査線が増加するので、高解像度の画像が得られるが、垂直方向の走査スピードは、単位時間(１秒間)当たりのフレーム数、所謂フレームレートに応じて決定される。
　そのため、一般的に、垂直方向の走査スピードは、水平方向の走査スピードに比べて低速であり、かつ、光偏向器の個体差や環境温度変化に応じて、水平方向の走査スピードが変化した場合でも、１フレーム内に一定の走査線数を実現するためには、垂直方向の走査スピードがフレームレートに応じて調整できることが望ましい。
　しかしながら、特許文献２に開示されているような光偏向器及びこれを用いた画像表示装置では、低速の垂直方向の走査にも共振周波数の高い光偏向器を用いており、また、この光偏向器はＳｉの共振周波数またはその近傍の狭い範囲でしか駆動させることができないため、フレームレートに応じた垂直方向の走査スピードの調整が難しく、その改善が望まれる。
　また、特許文献２に開示されているような光偏向器及びこれを用いた画像表示装置では、１個の２次元光偏向器で高解像度の画像を表示できるものの、高価な材料であるＳｉ基板を使用し、かつ、１次元光偏向器に比べて、Ｓｉ基板の使用面積が拡大するため、材料コストが高くなり、その改善が望まれる。
　また、Ｓｉは軟質樹脂に比べて脆いため、Ｓｉからなる光偏向器及びこれを用いた画像表示装置は、外部から衝撃が与えられた場合に、その偏向部が容易に破損する虞があり、その改善が望まれる。
　そこで、本発明が解決しようとする課題は、高解像度の画像が得られ、フレームレートに応じて垂直走査スピードの調整が可能であり、耐衝撃性を有する、２次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本願発明の１つの側面は、樹脂を含み、外部から照射された光（Ｌ）を一方向に偏向する第１の光偏向素子（１０）と、シリコンを含み、前記光を他方向に偏向する第２の光偏向素子（５０）と、を備え、前記第１の光偏向素子は、互いに離間して対向配置された一対の端子部（１３，１４）と、前記一対の端子部間に配置された第１の偏向部（１１）と、前記第１の偏向部と前記一対の端子部とをそれぞれ連結する一対の第１の梁部（１６，１７）と、を有し、前記第２の光偏向素子は、前記第１の偏向部上に固定された枠状の支持部（５２）と、前記支持部の枠内に前記第１の偏向部と離間して配置され、前記光を反射するミラー部（６３）を有する第２の偏向部（５３）と、前記第２の偏向部の両側に配置され、前記支持部に一端がそれぞれ連結された一対の第１のアーム部（５４，５５）と、前記第２の偏向部の両側に前記第１のアーム部に対向して配置され、前記支持部に一端がそれぞれ連結された一対の第２のアーム部（５６，５７）と、前記第１のアーム部の各他端と前記第２の偏向部とをそれぞれ連結する一対の第２の梁部（５８，５９）と、前記第２のアーム部の各他端と前記第２の偏向部とをそれぞれ連結し、前記第２の梁部とそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された一対の第３の梁部（６０，６１）と、を有し、前記第１の偏向部の重心（Ｇ１１）及び前記第２の偏向部の重心（Ｇ５３）は、前記光の光路上に位置することを特徴とする２次元光偏向器（１００）を提供することである。
　ここで、前記第１の偏向部は、前記光を前記樹脂の共振周波数または前記共振周波数よりも低い周波数で偏向し、前記第２の偏向部は、前記光をシリコンの共振周波数で偏向することを特徴とする。
　また、本願発明の他の側面は、上記の２次元光偏向器と、前記ミラー部に前記光を照射する半導体レーザ素子（３１０）と、前記半導体レーザ素子を画像情報に応じて輝度変調する輝度変調部（３２０）と、を有する画像表示装置（３００）を提供することである。
　ここで、前記光を、前記第２の光偏向素子で水平方向に偏向し、前記第１の光偏向素子で垂直方向に偏向することによって、画像（Ｇ）を表示することを特徴とする。
図１は、本発明の実施例における２次元光偏向器の構成を説明するための図である。 図２は、本発明の２次元光偏向器における第１の光偏向素子を説明するための図である。 図３は、本発明の２次元光偏向器における第２の光偏向素子を説明するための図である。 図４は、実施例の第１の光偏向素子を駆動するための駆動制御回路を示すブロック図である。 図５は、実施例の第１の光偏向素子及び第２の光偏向素子の周波数特性を示す図である。 図６は、本発明の係る画像表示装置の実施例を説明するための模式的構成図である。
　本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１～図６を用いて説明する。
＜実施例＞
［２次元光偏向器の構成］
　まず、本発明の実施例における２次元光偏向器の構成について、図１を用いて説明する。
　図１は、本発明の実施例における２次元光偏向器の構成を説明するための図であり、図１（ａ）はミラー部側から見たときの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ｓ１から見たときの側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の第３の線ｙ２における断面図である。
　図１に示すように、２次元光偏向器１００は、主として、断面形状が略コ字状の支持体１と、支持体１に支持された第１の光偏向素子１０と、第１の光偏向素子１０上に固定された第２の光偏向素子５０と、支持体１に固定され第１の光偏向素子１０を駆動するための電磁コイルユニット９０と、を有して構成されている。
　ここで、第１の光偏向素子１０について、図２を用いて詳細に説明する。
　図２は、実施例の２次元光偏向器における第１の光偏向素子１０を説明するための図であり、図２（ａ），図２（ｂ），及び図２（ｃ）は、図１（ａ），図１（ｂ），及び図１（ｃ）にそれぞれ対応するものである。
　図２に示すように、第１の光偏向素子１０は、主として、後述するレーザ光Ｌを後述する画像Ｇの垂直方向｛図２（ａ）の上下方向に相当する｝に偏向するための第１の偏向部１１と、第１の偏向部１１を介して互いに対向配置された第１の端子部１３及び第２の端子部１４と、第１の端子部１３と第１の偏向部１１とを連結する第１の梁部１６と、第２の端子部１４と第１の偏向部１１とを連結する第２の梁部１７と、第１の偏向部１１において第２の光偏向素子５０が固定される面Ａ１１とは反対側の面｛図２（ａ）における奥側の面｝Ｂ１１に固定されたマグネットベース１９と、マグネットベース１９に互いに離間して固定された第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１と、を有して構成されている。
　第１の偏向部１１は、第１の梁部１６の近傍に第１の電極２３及び第２の電極２４を有し、第２の梁部１７の近傍に第３の電極２５及び第４の電極２６を有する。
　第１の端子部１３は第５の電極２８及び第６の電極２９を有し、第２の端子部１４は第７の電極３０及び第８の電極３１を有する。
　第１の梁部１６は、第１の電極２３と第５の電極２８とを電気的に接続する第１の配線３３、及び、第２の電極２４と第６の電極２９とを電気的に接続する第２の配線３４を有する。
　第２の梁部１７は、第３の電極２５と第７の電極３０とを電気的に接続する第３の配線３５、及び、第４の電極２６と第８の電極３１とを電気的に接続する第４の配線３６を有する。
　第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１は、極性が互いに同じである。
　図１及び図２では、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１の極性が、それぞれ、電磁コイルユニット９０に近い側をＮ極、遠い側をＳ極として示しているが、これに限定されるものではなく、それぞれ、電磁コイルユニット９０に近い側をＳ極、遠い側をＮ極としてもよい。
　第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１として、保磁力が大きいネオジウム系の材料を用いることが望ましい。
　第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１にネオジウム系の材料を用いることにより、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１をより軽量でより小型にすることができるので、第１の偏向部１１を少ない駆動力（消費電力）で駆動させることが可能になる。
　また、第１の光偏向素子１０は、図２（ａ）を紙面手前から見たときに、第１の梁部１６の重心と第２の梁部１７の重心とを結ぶ第１の線ｘ１、及び、第１の永久磁石１９の重心と第２の永久磁石２０の重心とを結ぶ第２の線ｙ１が、第１の偏向部１１の重心Ｇ１１をそれぞれ通り、第１の線ｘ１と第２の線ｙ１とが互いに直交するように構成されている。
　第１の光偏向素子１０の基材３８として、ポリイミドやシリコーン（Silicone）樹脂等の可撓性を有する軟質樹脂を用いることができ、また、この第１の光偏向素子１０は、周知のフレキシブル配線板の製造方法を用いて作製することができる。
　次に、第２の光偏向素子５０について、図３を用いて詳細に説明する。
　図３は、実施例の２次元光偏向器における第２の光偏向素子５０を説明するための図であり、図３（ａ），図３（ｂ），及び図３（ｃ）は、図１（ａ），図１（ｂ），及び図１（ｃ）にそれぞれ対応するものである。
　図３に示すように、第２の光偏向素子５０は、主として、枠状の支持部５２と、支持部５２の枠内にこの支持部５２と離間して配置され、後述するレーザ光Ｌを画像Ｇの水平方向｛図３（ａ）の左右方向に相当する｝に偏向するための第２の偏向部５３と、支持部５２の一内縁部に一端側がそれぞれ連結され、第２の偏向部５３を介して配置された第１のアーム部５４及び第２のアーム部５５と、支持部５２の上記一内縁部と対向する内縁部に一端側がそれぞれ連結され、第２の偏向部５３を介して配置された第３のアーム部５６及び第４のアーム部５７と、第１のアーム部５４の他端側と第２の偏向部５３とを連結する第３の梁部５８と、第２のアーム部５５の他端側と第２の偏向部５３とを連結する第４の梁部５９と、第３のアーム部５６の他端側と第２の偏向部５３とを連結する第５の梁部６０と、第４のアーム部５７の他端側と第２の偏向部５３とを連結する第６の梁部６１と、を有して構成されている。
　第２の偏向部５３は、第２の光偏向素子５０が第１の光偏向素子１０に固定される側とは反対側の面に、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等の反射率の高い金属を主成分とする反射膜が形成されたミラー部６３を有する。
　このミラー部６３は、後述する画像表示装置３００において、半導体レーザ素子３１０から出射されたレーザ光Ｌを反射するものである。
　第１～第４のアーム部５４，５５，５６，５７は、その一面側に各アーム部に対応して形成された、第１～第４の圧電素子６６，６７，６８，６９を有する。
　第１～第４の圧電素子６６，６７，６８，６９は、下部電極、圧電体膜、及び上部電極が順次積層された積層構造を有し、これら上部電極と下部電極との間に電圧を印加して第１～第４の圧電素子６６，６７，６８，６９を振動させることにより、これに対応して、第１～第４のアーム部５４，５５，５６，５７を振動させることができる。
　支持部５２は、その一面側にそれぞれ形成され、第１，第２の圧電素子６６，６７の各上部電極に図示しない配線を介して電気的に接続された第９の電極７１と、第１，第２の圧電素子６６，６７の各下部電極に図示しない配線を介して電気的に接続された第１０の電極７２と、第３，第４の圧電素子６８，６９の各上部電極に図示しない配線を介して電気的に接続された第１１の電極７３と、第３，第４の圧電素子６８，６９の各下部電極に図示しない配線を介して電気的に接続された第１２の電極７４と、を有する。
　また、第２の光偏向素子５０は、図３（ａ）を紙面手前から見たときに、第３の梁部５８と第５の梁部６０との間隙を二分すると共に第４の梁部５９と第６の梁部６１との間隙を二分する第３の線ｙ２が、第２の偏向部５３の重心Ｇ５３を通るように構成されている。
　また、第２の光偏向素子５０は、第２の偏向部５３、第１～第４のアーム部５４，５５，５６，５７、及び第３～第６の梁部５８，５９，６０，６１が、支持部５２に比べて薄くなされている。
　上述した第２の光偏向素子５０は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）等のＳｉ（シリコン（Silicon））ウエハを周知の半導体プロセスを用いて作製することができる。
　次に、第１の光偏向素子１０と第２の光偏向素子５０との関係について、図１に戻って説明する。
　図１（ａ）において、後述するレーザ光Ｌは紙面手前からミラー部６３に向かって照射されるが、第２の光偏向素子５０の第２の偏向部５３の重心Ｇ５３、及び、第１の光偏向素子１０の第１の偏向部１１の重心Ｇ１１が、レーザ光Ｌの光路上（光路の延長線上）に位置するように、また、第２の光偏向素子５０は、第３の線ｙ２が第１の光偏向素子１０の第１の線ｘ１と直交するように、第１の光偏向素子１０の第１の偏向部１１の面Ａ１１に固定されている。
　また、第１の光偏向素子１０と第２の光偏向素子５０とは、第１の電極２３と第９の電極７１とが、また、第２の電極２４と第１０の電極７２とが、また、第３の電極２５と第１１の電極７３とが、また、第４の電極２６と第１２の電極７４とが、例えば金ワイヤ８０を介して、それぞれ電気的に接続されている。
　次に、電磁コイルユニット９０について、同じく図１を用いて説明する。
　図１に示すように、電磁コイルユニット９０は、主として、コイルベース９２と、このコイルベース９２に固定された第１のコイル９３及び第２のコイル９４と、を有して構成されている。
　第１のコイル９３及び第２のコイル９４は、空芯の巻き線コイルである。
　第１のコイル９３は第１の永久磁石２０に対応して、第２のコイル９４は第２の永久磁石２１に対応して、それぞれコイルベース９２に固定されている。
　また、第１のコイル９３及び第２のコイル９４は、第１の偏向部１１が特に垂直方向に駆動した際に、第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１と接触しないように、それぞれコイルベース９２に固定されている。
　また、第１のコイル９３と第２のコイル９４とは、これらに通電したときに発生する磁力線の向きが互いに逆向きになるように、図示しない配線を介して、例えば直列に接続されている。
［２次元光偏向器の駆動方法］
　次に、上述した２次元光偏向器１００の駆動方法について、図１～図５を用いて説明する。
　図４は、２次元光偏向器１００において、第２の光偏向素子５０を駆動するための駆動制御回路を示すブロック図である。図５は、第１の光偏向素子１０及び第２の光偏向素子５０の周波数特性を示す図である。
　まず、上述した２次元光偏向器１００のミラー部６３を水平方向｛図１（ａ）及び図３（ａ）における左右方向｝に駆動させる方法について、図１，図３，図４，及び図５を用いて説明する。
　はじめに、ミラー部６３の水平方向の駆動を制御する駆動制御回路について、図４を用いて説明する。
　図４に示すように、駆動制御回路２００は、主として、増幅器２０１，ノイズ除去フィルタ（例えばローパスフィルタ）２０２，位相調整器２０３，自動利得制御回路（以下、ＡＧＣ回路と記す）２０４，及び駆動アンプ２０５を有して構成されている。
　増幅器２０１は、入力側が、２次元光偏向器１００における第２の端子部１４の第７の電極３０及び第８の電極３１に接続され、出力側がノイズ除去フィルタ２０２に接続されている。
　ノイズ除去フィルタ２０２は、出力側が、位相調整器２０３，ＡＧＣ回路２０４に接続されている。位相調整器２０３，ＡＧＣ回路２０４は、出力側が、駆動アンプ２０５に接続されている。
　駆動アンプ２０５は、出力側が、２次元光偏向器１００における第１の端子部１３の第５の電極２８及び第６の電極２９に接続されている。
　駆動アンプ２０５から出力された共振駆動信号Ｄｈは、第５の電極２８及び第６の電極２９を介して第２の光偏向素子５０の第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７に入力される。
　そして、第１のアーム部５４及び第２のアーム部５５が振動することにより、ミラー部６３は、第３の線ｙ２（図１及び図３参照）を回転軸とする第１次回転モードで水平方向に駆動する。
　さらに、ミラー部６３が駆動することにより、第３の圧電素子６８及び第４の圧電素子６９に応力歪みが生じ、この応力歪みに応じた電圧が発生する。
　この電圧は増幅器２０１で増幅され、検出信号Ｓｎとして出力される。
　検出信号Ｓｎは、ノイズ除去フィルタ２０２でノイズ成分が除去された後、位相調整器２０３で共振駆動信号Ｄｈとの共振モードにおける特定の位相差となるように、例えば検出信号Ｓｎと共振駆動信号Ｄｈとが互いに１８０度位相反転するように、位相調整される。
　位相調整された検出信号Ｓｎは、ＡＧＣ回路２０４で発生する正弦波の振幅が一定になるように調整された後、駆動アンプ２０５で所定の値に昇圧され、共振駆動信号Ｄｈとして、第５の電極２８及び第６の電極２９を介して第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７に入力される。
　前述したように、第２の光偏向素子５０はシリコンを主成分としており、図５に示すように、シリコンの共振周波数は数十ｋＨｚと高いため、第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７に、シリコンの共振周波数と略同じ周波数の駆動信号Ｄｈを入力することにより、ミラー部６３を、水平方向に、かつ高速に共振駆動することができる。
　上述した２次元光偏向器１００及び駆動制御回路２００により、第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７に入力される共振駆動信号Ｄｈを、第３の圧電素子６８及び第４の圧電素子６９からの検出信号Ｓｎと特定の位相関係になるようにフィードバックループ制御を行うことによって、ミラー部６３は常に共振周波数で駆動される。
　次に、上述した２次元光偏向器１００のミラー部６３を垂直方向｛図１（ａ）及び図２（ａ）における上下方向｝に駆動させる方法について、図１及び図２を用いて説明する。
　第１のコイル９３及び第２のコイル９４に通電することにより、これらコイル９３，９４に互いに逆向きとなる磁力線が発生する。
　これら磁力線により、例えば、第１の永久磁石２０は第１のコイル９３に引き寄せられ、第２の永久磁石２１は第２のコイル９４に反発するため、第１の偏向部１１は、第１の永久磁石２０側｛図１（ａ）及び図２（ａ）における上側｝が第２の光偏向素子５０に接近する方向に駆動する。
　また、第１のコイル９３及び第２のコイル９４に通電する電流の向きを逆向きにすることにより、第１の偏向部１１は、第２の永久磁石２１側｛図１（ａ）及び図２（ａ）における下側｝が第２の光偏向素子５０に接近する方向に駆動する。
　従って、第１のコイル９３及び第２のコイル９４に通電する電流の向きを所定の周期で交互に切り替えることにより、ミラー部６３を、第１の線ｘ１を回転軸として、垂直方向に駆動させることができる。
　また、前述したように、第１の光偏向素子１０は、ポリイミドやシリコーン樹脂等の可撓性を有する軟質樹脂を主成分としており、図５に示すように、このような軟質樹脂の共振周波数（図５には一例としてポリイミドの周波数特性を示す）は約５０Ｈｚと低く、また、軟質樹脂は、弾性率が低いためＱ値が低いので、第１のコイル９３及び第２のコイル９４に正弦波の駆動信号を入力することにより、第１の偏向部１１を、軟質樹脂の共振周波数及びその近傍、並びに、共振周波数よりも低い非共振領域においても十分な偏向角で駆動することができる。
　従って、軟質樹脂を主成分とする第１の光偏向素子１０を、垂直方向に、低速で共振駆動または非共振駆動させることにより、ミラー部６３を第１の光偏向素子１０と共に垂直方向に低速駆動させることができる。
　上述した２次元光偏向器１００によれば、前述した特許文献１に開示されているような光偏向器に比べて、その数を低減することができ、また、前述した特許文献２に開示されているような光偏向器に比べて、高価な材料であるＳｉ基板の使用面積を低減することができるので、材料のコストを安くすることができる。
　また、上述した２次元光偏向器１００によれば、特に、脆いＳｉを主成分とする第２の光偏向素子５０が、耐衝撃性に優れた軟質樹脂を主成分とする第１の光偏向素子１０に固定され、この第１の光偏向素子１０が支持体１に支持された構成を有するので、２次元光偏向器１００に外部から衝撃が与えられた場合に、この衝撃を第１の光偏向素子１０で吸収することができるため、第２の光偏向素子５０の破損を防止することができる。
［２次元光偏向器を用いた画像表示装置］
　次に、上述した２次元光偏向器１００を用いた画像表示装置について、図６を用いて説明する。
　図６は、本発明の係る画像表示装置の実施例を説明するための模式的構成図である。
　図６に示すように、画像表示装置３００は、主として、上述した２次元光偏向器１００と、この２次元光偏向器１００のミラー部６３に向けてレーザ光Ｌを出射する半導体レーザ素子３１０と、この半導体レーザ素子３１０を画像情報に応じて輝度変調する輝度変調部３２０と、を有して構成されている。
　次に、この画像表示装置３００を用いて、画像ＧをスクリーンＰに表示する表示方法について同じく図６を用いて説明する。
　輝度変調部３２０から半導体レーザ素子３１０に電力を供給して半導体レーザ素子３１０からレーザ光Ｌを出射すると共に、出射されるレーザ光Ｌを各画素の画像情報に応じて輝度変調しながら２次元光偏向器１００のミラー部６３に照射する。
　また、上述した駆動方法で駆動された２次元光偏向器１００の第２の光偏向素子５０及び第１の光偏向素子１０に同期させて輝度変調が行われる。
　ミラー部６３に照射されたレーザ光Ｌは、第２の光偏向素子５０で水平方向に偏向され、第１の光偏向素子１０で垂直方向に偏向される。
　各画素の画像情報に応じて、半導体レーザ素子３１０から出射されるレーザ光Ｌの出力強度と、第２の光偏向素子５０及び第１の光偏向素子１０の偏向角度とを同期させながらラスタースキャンすることにより、画像ＧをスクリーンＰに表示する。
　上述した画像表示装置３００において、半導体レーザ素子３１０として、赤色のレーザ光を出射する素子を用いれば赤色（Ｒ）の単色画像が表示され、緑色のレーザ光を出射する素子を用いれば緑色（Ｇ）の単色画像が表示され、青色のレーザ光を出射する素子を用いれば青色（Ｂ）の単色画像が表示される。
　また、上述した画像表示装置３００の変形例として、これら３色のレーザ光を出射する３個の半導体レーザ素子と、各レーザ光を１本のビームに合成するダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等の光学部品と、２次元光偏向器１００と、を有する構成とし、スクリーンＰに３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の画像を重畳させて表示することにより、フルカラーの画像を表示することができる。
　上述した画像表示装置３００によれば、特に、半導体レーザ素子３１０から出射されたレーザ光Ｌを、第２の光偏向素子５０で水平方向に高速に偏向すると共に、第１の光偏向素子１０で垂直方向に低速に偏向するので、高解像度の画像を表示することができる。
　また、上述した画像表示装置３００によれば、特に、第１の光偏向素子１０を軟質樹脂の共振周波数以下の広い周波数範囲で駆動させることができるので、フレームレートに応じて走査スピードの調整を容易に行うことができる。
　本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
　例えば、実施例では、２次元光偏向器１００において、第１の永久磁石２０と第２の永久磁石２１との極性が同じで、第１のコイル９３と第２のコイル９４との磁力線の向きが互いに異なる構成としたが、これに限定されるものではなく、第１の永久磁石２０と第２の永久磁石２１との極性が互いに異なり、第１のコイル９３と第２のコイル９４との磁力線の向きが同じになる構成としてもよい。
　また、実施例では、２次元光偏向器１００において、第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７で第１のアーム部５４及び第２のアーム部５５を駆動させ、第３の圧電素子６８及び第４の圧電素子６９で第２の偏向部５３の振動状態を検出する構成としたが、これに限定されるものではなく、第３の圧電素子６８及び第４の圧電素子６９で第３のアーム部５６及び第４のアーム部５７を駆動させ、第１の圧電素子６６及び第２の圧電素子６７で第２の偏向部５３の振動状態を検出する構成としてもよい。
　また、特に第２の偏向部５３の振動状態を検出する必要がない場合（例えば解像度があまり高くない画像を表示する場合）は、第１～第４の圧電素子６６，６７，６８，６９を用いて、第１のアーム部５４及び第２のアーム部５５と、第３のアーム部５６及び第４のアーム部５７と、を逆位相で駆動させるようにしてもよい。
　これにより、実施例よりもさらに広い偏向角を得ることができる。
　また、実施例では、第１の光偏向素子１０に第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１を設け、電磁コイルユニット９０に第１のコイル９３及び第２のコイル９４を設けた構成としたが、これに限定されるものではなく、第１の光偏向素子１０に第１のコイル９３及び第２のコイル９４を設け、電磁コイルユニット９０に第１の永久磁石２０及び第２の永久磁石２１を設けた構成としてもよい。
　また、実施例では、第１の光偏向素子１０の電極２３，２４，２５，２６と、第２の光偏向素子５０の電極７１，７２，７３，７４とを、金ワイヤ８０で接続したが、これに限定されるものではなく、第１の光偏向素子１０の電極２３，２４，２５，２６と第２の光偏向素子５０の電極７１，７２，７３，７４とが電気的に接続されていれば、その接続方法は特に限定しない。
　また、実施例では、第１の光偏向素子１０の偏向方向と第２の光偏向素子５０の偏向方向とが互いに直交する構成としたが、これに限定されるものではなく、少なくとも、第１の光偏向素子１０の偏向方向と第２の光偏向素子５０の偏向方向とが互いに異なっていればよい。
　本発明によれば、高解像度の画像を表示でき、フレームレートに応じて垂直走査スピードの調整が可能であり、耐衝撃性を有するという効果を奏する。

Claims (4)

  1. 　樹脂を含み、外部から照射された光を一方向に偏向する第１の光偏向素子と、
    　シリコンを含み、前記光を他方向に偏向する第２の光偏向素子と、
    を備え、
    　前記第１の光偏向素子は、
    　互いに離間して対向配置された一対の端子部と、
    　前記一対の端子部間に配置された第１の偏向部と、
    　前記第１の偏向部と前記一対の端子部とをそれぞれ連結する一対の第１の梁部と、
    を有し、
    　前記第２の光偏向素子は、
    　前記第１の偏向部上に固定された枠状の支持部と、
    　前記支持部の枠内に前記第１の偏向部と離間して配置され、前記光を反射するミラー部を有する第２の偏向部と、
    　前記第２の偏向部の両側に配置され、前記支持部に一端がそれぞれ連結された一対の第１のアーム部と、
    　前記第２の偏向部の両側に前記第１のアーム部に対向して配置され、前記支持部に一端がそれぞれ連結された一対の第２のアーム部と、
    　前記第１のアーム部の各他端と前記第２の偏向部とをそれぞれ連結する一対の第２の梁部と、
    　前記第２のアーム部の各他端と前記第２の偏向部とをそれぞれ連結し、前記第２の梁部とそれぞれ所定の間隙を有して対向配置された一対の第３の梁部と、
    を有し、
    　前記第１の偏向部の重心及び前記第２の偏向部の重心は、前記光の光路上に位置することを特徴とする２次元光偏向器。
  2. 　前記第１の偏向部は、前記光を前記樹脂の共振周波数または前記共振周波数よりも低い周波数で偏向し、
    　前記第２の偏向部は、前記光をシリコンの共振周波数で偏向することを特徴とする請求項１記載の２次元光偏向器。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の２次元光偏向器と、
    　前記ミラー部に前記光を照射する半導体レーザ素子と、
    　前記半導体レーザ素子を画像情報に応じて輝度変調する輝度変調部と、
    を有する画像表示装置。
  4. 　前記光を、前記第２の光偏向素子で水平方向に偏向し、前記第１の光偏向素子で垂直方向に偏向することによって、画像を表示することを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
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