(57)【要約】【課題】本発明は、描画精度を向上させることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するため本発明は、ミラー部６と、このミラー部６を振動させる駆動部とを有する光学反射素子５と、ミラー部６を収容するパッケージ１８とを備え、このパッケージ１８は、ミラー部６の上方に光透過部２７を有し、この光透過部２７の表面２７Ａは、ミラー部６に中心点２８を有する球面の一部で構成されるものとした。これにより本発明は、不要な反射光がスクリーン等の走査面上に当たるのを抑制でき、結果として描画精度を向上させることが出来る。【選択図】図５
2010060689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、このミラー部を振動させる駆動部とを有する光学反射素子と、
前記ミラー部を収容するパッケージとを備え、
このパッケージは、前記ミラー部の上方に光透過部を有し、
この光透過部の表面は、前記ミラー部に中心点を有する球面の一部で構成される光学反射素子ユニット。
【請求項２】
前記光透過部は、
ほぼ等厚である請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項３】
前記光透過部の端部は、
平板状の部材と一体化されている請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項４】
前記光透過部の内面には、
この光透過部と屈折率の異なる膜が設けられている請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【請求項５】
前記光透過部の内面には、
この光透過部より可視光の反射率が低い膜が設けられている請求項１に記載の光学反射素子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置などに用いられる光学反射素子ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７の光学反射素子ユニット１は、光学反射素子２とパッケージ３とを備えている。この光学反射素子２は、圧電素子や電磁コイルなどで振動させたミラー部に光を入射し、反射させることによって、光を走査し、例えばスクリーン等の走査面上に画像を投影することができる。そして光学反射素子２は、ミラー部をゴミや湿気などから保護するため、パッケージ３で封止される。このパッケージ３は、ミラー部の上方に、透明な光透過部４を備えている。
【０００３】
この出願に類似する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００３−７５６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光学反射素子ユニット１の描画精度が低いという課題があった。
【０００５】
その理由は、光源からの光が光透過部４の表面で反射し、この不要な反射光が走査面上に当たるからである。そしてその結果、二重ドットが発生するなど、走査面上に不要な描画が投影されるのである。
【０００６】
そこで本発明は、光学反射素子ユニット１の描画精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そしてこの目的を達成するために本発明は、ミラー部と、このミラー部を振動させる駆動部とを有する光学反射素子と、ミラー部を収容するパッケージとを備え、このパッケージは、ミラー部の上方に光透過部を有し、この光透過部の表面は、ミラー部に中心点を有する球面の一部で構成されるものとした。
【発明の効果】
【０００８】
これにより本発明は、描画精度を向上させることができる。
【０００９】
その理由は、不要な反射光が走査面上に当たるのを抑制できるからである。
【００１０】
すなわち、光透過部を上記構成とすることにより、光源の位置に拠らず、光源からミラー部へと光を照射すると、その光は光透過部の表面に対して垂直に入射する。したがって、光透過部の表面における反射光は、入射光と光路とが一致し、この不要な反射光は走査面方向から反れるのである。
【００１１】
そしてその結果、描画精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態における光学反射素子５は、ミラー部６と、このミラー部６を介して対向するとともに、このミラー部６の端部とそれぞれ連結された一対の駆動部７と、これらの駆動部７と連結され、これらの駆動部７およびミラー部６の外周を囲む枠体８と、この枠体８を介して対向するとともに、この枠体８とそれぞれ連結された一対の駆動部９と、これらの駆動部９と連結されるとともに、これらの駆動部９および枠体８の外周を囲う枠形状の支持体１０とを備えている。
【００１３】
さらに、駆動部７は、その中心軸Ｓ１に垂直な複数の振動板７Ａ〜７Ｄが、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。
【００１４】
また駆動部９は、その中心軸Ｓ２に垂直な複数の振動板９Ａ〜９Ｅが、同一平面上で折り返し連結されたミアンダ形状である。
【００１５】
なお、中心軸Ｓ１と中心軸Ｓ２とは、ミラー部６の重心で直交する関係にある。そして対となる駆動部７は、中心軸Ｓ２に対して線対称形であり、対となる駆動部９は、中心軸Ｓ１に対して線対称形である。
【００１６】
また本実施の形態では、駆動部７および駆動部９は圧電駆動するものであり、複数の振動板７Ａ〜７Ｄ、振動板９Ａ〜９Ｅ上には、それぞれ圧電素子（図２（ｂ）に示す１１）が配置されている。なお、圧電素子１１は、全ての振動板７Ａ〜７Ｄ、振動板９Ａ〜９Ｅ上に配置してもよく、あるいはいずれかの振動板７Ａ〜７Ｄ、振動板９Ａ〜９Ｅ上に配置してもよい。
【００１７】
そして図２（ｂ）に示すように、これらの圧電素子１１は、ベースとなる基板１２上に、絶縁層１３を介して形成されている。すなわちこの圧電素子１１は、駆動部７と駆動部９に共通に設けられた接地電極１４と、この接地電極１４上に共通に設けられた圧電層１５と、この圧電層１５上にそれぞれ電気的に独立するように設けられた駆動電極（第一振動部７上では駆動電極１６Ａ、１６Ｂ）とを備えている。
【００１８】
ここで基板１２の材料としては、シリコンやガラス、石英、ステンレスなどの金属が挙げられ、絶縁層１３としては、二酸化珪素などが挙げられる。接地電極１４としては、圧電層１５の結晶配向性を高める観点から、白金などが好ましく、圧電層１５としては、高い圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛などが挙げられる。また駆動電極１６Ａ、１６Ｂは、金などで形成できる。
【００１９】
そしてこれらの接地電極１４、圧電層１５、駆動電極１６Ａ、１６Ｂは、それぞれスパッタやＣＤＶ法などで形成できる。またベースとなる基板１２は、ウエットエッチングなどの薄膜形成技術により、所望の形状に加工できる。
【００２０】
そして図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態における駆動部７上では、駆動電極１６Ａ、１６Ｂは、駆動部７の複数の振動板（図１の７Ａ〜７Ｄ）上にそれぞれ交互に配置されている。ここで、幅広の駆動電極１６Ａが配置されている振動板上には、幅細に形成された駆動電極１６Ｂの配線を引き回せばよく、幅広の駆動電極１６Ｂが配置された振動板には、幅細に形成された駆動電極１６Ａの配線を引き回せばよい。このように細く形成した配線を素子上に引き回すことによって、例えば支持体１０上に設けた外部電極（図示せず）に引き出すことができる。
【００２１】
また図１の駆動部９の複数の振動板９Ａ〜９Ｅ上にも、それぞれ電気的に独立した二本の駆動電極（図示せず）を交互に配置した。そしてこれらの駆動電極も外部電極（図示せず）に引き出した。
【００２２】
ここで前述のように、電気的に独立した二つの駆動電極（例えば図２(ａ)の１６Ａ、１６Ｂ）を図１の振動板７Ａ〜７Ｄに交互に配置し、それぞれ逆位相の交流電圧を印加すれば、振動板７Ａ〜７Ｄはそれぞれ逆方向に撓み振動し、図３のように中心軸Ｓ１を中心に変位が蓄積され、ミラー部６を大きく反復回転振動させることができる。またこれらの駆動電極１６Ａ、１６Ｂに印加する電気信号は、駆動部７に固有の共振周波数の電圧とすることにより、さらに駆動効率を高めることができる。
【００２３】
また駆動部９も同様に、複数の振動板９Ａ〜９Ｅにそれぞれ逆位相の交流電圧を交互に印加することにより、枠体８を大きく反復回転振動させることができる。また駆動部９も共振駆動させることにより、駆動効率を高めることができる。
【００２４】
なお本実施の形態では、ミラー部６のサイズは１ｍｍ×１ｍｍ程度とした。そして駆動部７と駆動部９とは、それぞれ異なる共振駆動周波数を有し、その周波数比は１０倍〜１００倍程度である。例えば本実施の形態では、駆動部７の共振周波数が１０ｋＨｚ、駆動部９の共振周波数が２００Ｈｚ程度である。
【００２５】
なお、本実施の形態では、各振動板７Ａ〜７Ｄ、９Ａ〜９Ｅにはそれぞれ電気的に独立した二つの駆動電極を交互に配置したが、それぞれ各振動板に共通の駆動電極で駆動させてもよい。この場合は、各振動板は図３に示すような動作をしないため、振動効率は低下するが、ミラー部６を振動させることは出来る。
【００２６】
次に、上記光学反射素子を用いた光学反射素子ユニットについて説明する。
【００２７】
図４に示すように、本実施の形態の光学反射素子ユニット１７は、上記光学反射素子５がパッケージ１８で気密封止されたものである。このパッケージ１８内は、ミラー部６への質量負荷を防ぐため、真空に保たれるか、あるいはＨｅガスなどの軽い気体が充填されていることが望ましい。
【００２８】
そしてこのパッケージ１８は、平板状の底部１９と、この底部１９上に配置された、可動用スペーサ２０と、この可動用スペーサ２０上に設けられた素子用スペーサ２１と、この素子用スペーサ２１上に配置された焦点距離調整板２２と、この焦点距離調整板２２上に設けられた蓋部２３とを備えている。
【００２９】
ここで図５に示すように、可動用スペーサ２０には、図１に示す光学反射素子５のミラー部６、駆動部７、枠体８、駆動部９のそれぞれの変位駆動が可能なキャビティ２４が設けられている。
【００３０】
また素子用スペーサ２１には、前述のキャビティ２４の上方位置に、光学反射素子５をはめ込めるようなキャビティ２５が設けられている。このキャビティ２５は、キャビティ２４よりも大きい。なお光学反射素子５の外部電極は、図４に示すように、ワイヤーボンディング等で素子用スペーサ２１上に引き出される。
【００３１】
さらに図５に示す焦点距離調整板２２は、前述のキャビティ２５の上方に、このキャビティ２５よりも大きいキャビティ２６が設けられ、このキャビティ２６を通って、光源からの光が光学反射素子５へと透過する。
【００３２】
また蓋部２３は、ミラー部６全体の上方を覆う光透過部２７を有している。そして図４に示すように、この光透過部２７の表面２７Ａは、ミラー部６の反射面６Ａに中心点２８を有する球面の一部で構成される。なおこの中心点２８は、少なくともミラー部６に配置することで、後述のごとく光学反射素子ユニット１７の描画精度を向上させることができるが、本実施の形態のように、中心点２８はミラー部６の反射面６Ａに形成することが好ましい。これにより反射面６Ａの一点と光透過部の表面２７Ａとの距離を一定にすることができ、高精度に光を走査させることができる。なお、本実施の形態において、中心点２８から光透過部２７の表面２７Ａの任意の点までの半径ｒ1、ｒ2、ｒ3は等しくなっている。また中心点２８は、ミラー部６の中心に設けることが好ましい。ミラー部６の中心をターゲットに直進光を照射することが多いからである。
【００３３】
本実施の形態では、このような光透過部２７の構成により、光学反射素子ユニット１７の描画精度を向上させることができる。
【００３４】
その理由は、不要な反射光がスクリーン等の走査面上に当たるのを抑制できるからである。
【００３５】
すなわち、図７に示すような従来の光学反射素子ユニット１では、光源からの光が、光透過部４の表面で反射し、不要な反射光としてスクリーンなどの走査面上に当たり、描画精度を低下させていた。
【００３６】
これに対して本実施の形態では、図４に示すように、光透過部２７を、ミラー部６に中心点２８を有する球面の一部で構成することにより、光源からミラー部６への直進光は、光透過部２７の表面２７Ａに対して垂直に入射する。したがって、光源からの入射光と光透過部２７の表面２７Ａにおける反射光の光路とが一致し、不要な反射光を走査面から反らすことができる。そしてその結果、高い描画精度を実現できる。
【００３７】
なお、たとえば光透過部２７を、ミラー部６の光反射面６Ａに対してやや傾斜させた平面で構成した場合も、光透過部２７の表面２７Ａからの不要な反射光を走査面から反らすこともできる。しかしこの場合は光透過部２７の傾斜角度によって光源の位置やスクリーンの位置が限定されるため、装置の設計自由度を奪うことになる。
【００３８】
これに対し本実施の形態では、光透過部２７の表面２７Ａのいずれの点に光源からの光を入射しても、光透過部２７の表面２７Ａからの不要な反射光は光源の方向へと進むため、この不要な反射光を走査面上から効率よく反らせることができ、装置の設計自由度を高めることができる。
【００３９】
また本実施の形態では、光透過部２７はほぼ等厚で形成されている。すなわち、本実施の形態では、光透過部２７の内面２７Ｂも、ミラー部６に中心点２８を有する球面の一部で構成される。これにより本実施の形態では、描画精度を向上させることが出来る。
【００４０】
すなわち、図７に示す従来の光学反射素子ユニット１では、光源から入射した光が光透過部４の内面に対して斜めに入射しミラー部側へ出射する際に、光が屈折することがあった。このように光が屈折したりすると、光軸が複数になり、描画精度が低下することがあった。例えば、光軸が多重になった光学反射素子２で画像を投影すると、ドットが乱れるなどの課題がある。
【００４１】
これに対し本実施の形態では、光源から入射した光は、光透過部２７の内面２７Ｂに対してもほぼ垂直に入射するため、光をこの内面２７Ｂからミラー部６側に向って殆ど屈折させずに直進して出射させることが出来る。したがって、光軸のぶれを抑制でき、描画精度を向上させることができる。
【００４２】
また本実施の形態の蓋部２３は、光透過部２７と、この光透過部２７の端部と繋がっている平板部２９とで構成される。この平板部２９は、ミラー部６の反射面６Ａに対して平行な平板状の部材である。そしてこの光透過部２７と平板部２９とは射出成形あるいはプレス等により一枚の樹脂板やガラス板が一体形成されたものである。
【００４３】
このように光透過部２７の外周には平板部２９を設けることで、生産性を向上させることができる。すなわち、湾曲している光透過部２７は、その端部と他の部材とを接合することが難しく、この接合工程で生産効率が低下することがある。これに対し本実施の形態では、平板部２９と、この平板部２９とほぼ平行な焦点距離調整板２２の上面とを接合すればよいため、接合が容易であるとともに、接合領域も大きくなり、接着強度を向上させることが出来る。なお、焦点距離調整板２２を設けない場合は、素子用スペーサ２１の表面や光学反射素子５表面に直接接合してもよい。
【００４４】
なお、光透過部２７は、図６に示すように、ほぼ半球形状のドーム型でもよい。ただしこの場合は半径が大きくなるに伴って、光透過部２７全体が大きくなり、光学反射素子ユニット１７の小型化が図れなくなる。したがって、図４に示すように、光透過部２７としては、ドーム型の頂上部分のみを用い、端部は平板部２９と組み合わせることが小型化にも寄与する。
【００４５】
さらに本実施の形態では、光透過部２７の内面２７Ｂには、この光透過部２７と光（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の屈折率の異なる膜（図示せず）、すなわち反射防止膜を形成した。本実施の形態では、反射防止膜の屈折率は、光透過部２７と光透過部２７内部の気体との中間とした。この反射防止膜の材質や厚みは、用いる光の波長や入射角から選択、設計すればよい。
【００４６】
このように光透過部２７の内面２７Ｂに反射防止膜を形成することによって、パッケージ１８の内部の光が、光透過部２７の内面２７Ｂで乱反射するのを抑制できる。そしてこれにより光透過部２７の内部に発生する迷光を低減し、スクリーン上に不要な画像が映り込むのを抑制する事ができる。なお、本実施の形態では、光透過部２７の内面２７Ｂもミラー部６に中心点２８を有する球面で構成されるため、ミラー部６から内面２７Ｂに入射する光は、この内面２７Ｂのいずれの領域においても入射角がほぼ垂直となる。したがって反射防止膜の設計が容易となり、生産性に優れる。
【００４７】
またこの反射防止膜を設けることによって、光源以外からの不要な外部光がミラー部６に入射するのを抑制することができる。
【００４８】
すなわち、本実施の形態では、光源からの光は光透過部２７の表面２７Ａに対して直進するため、光源以外からの不要な外部光とは、光透過部２７の表面２７Ａに対し斜めに入射する光を指す。ここで光透過部２７と反射防止膜とは光の屈折率が異なるため、この界面に斜めに入射する外部光は反射しやすくなる。したがって、不要な外部光は、光透過部２７の内部まで透過しにくくなり、不要な外部光がミラー部６に入射するのを抑制することができる。そしてその結果、この光学反射素子５で高精度な描画のディスプレイ装置を実現できる。
【００４９】
また上述の反射防止膜としては、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の反射率が光透過部よりも低い膜を用いてもよい。これにより光透過部２７の内面２７Ｂにおける反射を抑制し、スクリーン上に不要な画像が映りこむのを抑制できる。
【００５０】
なお、パッケージ１８には少なくともミラー部６を収容することで、ミラー部６をゴミや湿気から保護することができ、描画精度を向上させることができるが、本実施の形態のように、駆動部７、９、枠体８も同様に収容する事がより望ましい。これらにもゴミが付着すると、このゴミが質量となって振動に影響を及ぼすからであり、また湿気等によって素子の信頼性が低下することがあるからである。
【００５１】
また本実施の形態では、駆動部７及び駆動部９はミアンダ形としたが、その他カンチレバー形や十字形、音叉形の駆動部でもよい。また駆動部７および駆動部９は、それぞれ圧電駆動方式以外にも、静電駆動方式や電磁駆動方式にも応用ができる。また本実施の形態の光学反射素子５は、それぞれ中心軸Ｓ１、Ｓ２の異なる駆動部７、９を用いたため、ミラー部は二軸駆動するが、例えば駆動部７のみを用いて一次駆動させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の光学反射素子は、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの小型画像投影装置や、レーザープリンタ、電子写真装置の小型化かつ高精度化に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における光学反射素子の斜視図
【図２】（ａ）図１のＰ部における斜視図、（ｂ）図１のＰ部における断面図（図２（ａ）のＹＹ断面）
【図３】本発明の実施の形態１における光学反射素子の動作を示す側面図
【図４】本発明の実施の形態１における光学反射素子ユニットの断面図
【図５】同光学反射素子ユニットの組立図
【図６】本発明の実施の形態１における別の例の光学反射素子ユニットの断面図
【図７】従来の光学反射素子ユニットの断面図
【符号の説明】
【００５４】
５  光学反射素子
６  ミラー部
６Ａ  反射面
７  駆動部
７Ａ〜７Ｄ  振動板
８  枠体
９  駆動部
９Ａ〜９Ｅ  振動板
１０  支持体
１１  圧電素子
１２  基板
１３  絶縁層
１４  接地電極
１５  圧電層
１６Ａ、１６Ｂ  駆動電極
１７  光学反射素子ユニット
１８  パッケージ
１９  底部
２０  可動用スペーサ
２１  素子用スペーサ
２２  焦点距離調整板
２３  蓋部
２４  キャビティ
２５  キャビティ
２６  キャビティ
２７  光透過部
２７Ａ  表面
２７Ｂ  内面
２８  中心点
２９  平板部
【図１】
2010060689.tif 000003
【図２】
2010060689.tif 000004
【図３】
2010060689.tif 000005
【図４】
2010060689.tif 000006
【図５】
2010060689.tif 000007
【図６】
2010060689.tif 000008
【図７】
2010060689.tif 000009