(57)【要約】  本発明は、二次元スキャナに係る。当該二次元スキャナは、第１の軸の周囲に回転可能である第１のミラー（１）及び第２の軸の周囲に回転可能である第２のミラー（２）と、反射表面（６）とを有する。第１のミラー及び第２のミラーは、同一の基板（３）上に形成され、共通の平面において平行ではない夫々の回転の軸（４，５）を有する。反射表面は、第１のミラーによって反射される光ビームが、その後は表面（６）によって、また最終的には第２のミラー（２）によって反射されるよう、配置される。結果として、大変小型の二次元スキャナがもたらされる。２つの個別のミラーは、互いに対して独立しているが、依然として大変近接して与えられ得、画像の歪曲を排除するか、少なくとも低減する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元スキャナであって：
第１の軸の周囲に回転可能である第１のミラー、及び第２の軸の周囲に回転可能である第２のミラーと、
反射表面と、
を有し、
前記第１のミラー及び第２のミラーは、同一の基板上に形成され、共通の平面において平行ではない夫々の回転の軸を有し、
前記反射表面は、前記第１のミラーによって反射される光ビームが、その後は前記表面によって、また最終的には前記第２のミラーによって反射されるよう、配置される、
二次元スキャナ。
【請求項２】
前記反射表面は、前記第１及び第２の軸に対して固定される、
請求項１記載の二次元スキャナ。
【請求項３】
前記反射表面は、前記共通平面に対して平行である、
請求項２記載の二次元スキャナ。
【請求項４】
前記第１及び第２の軸は、互いに対して垂直である、
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の二次元スキャナ。
【請求項５】
前記第１及び第２のミラーは、ＭＥＭＳスキャナによって形成される、
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の二次元スキャナ。
【請求項６】
前記第１及び第２のミラーは各々、前記基板において形成される２つの別個のトーションスキャナの回転プレートによって形成される、
請求項５記載の二次元スキャナ。
【請求項７】
前記基板は、シリコンを有する、
請求項５又は６記載の二次元スキャナ。
【請求項８】
前記第１のミラーは、第１の共振周波数を有して振動するよう適合され、前記第２のミラーは、第２の共振周波数を有して振動するよう適合され、
前記第１の周波数は、前記第２の周波数とは異なる、
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の二次元スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸の周囲に回転可能であるミラーの形状における少なくとも２つの一次元スキャナを有する二次元スキャナに係る。
【背景技術】
【０００２】
レーザ投射系に対して使用される従来の二次元スキャナにおいて、小型の高周波ＭＥＭＳ（メムス、ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）ミラーはしばしば、より遅くより大きな従来のミラーと組み合わされる。典型的には、高周波はｋＨｚのオーダであり、低周波はＨｚのオーダである。しかしながら、かかる系は、大きすぎて大半の市販製品において求められる寸法低減に応じることができない。
【０００３】
それため、従来のミラーを第２のＭＥＭＳスキャナ（又は同等の寸法を有する他のスキャナ）と置き換えることが望ましい。しかしながら、ＭＥＭＳスキャナ等の小さな寸法を有する２つの別個のスキャナ位置合わせは、非常に困難であり、かかる解決策の実現を大変困難なものとしている。
【０００４】
１つの解決策は、より小さなスキャナがより大きなトーションスキャナの表面上に形成される、２Ｄ  ＭＥＭＳである。故に、より小さなスキャナの反射表面は、２Ｄ走査を実行し得る。２つのトーションスキャナを組み合わせることによる２Ｄスキャナの一例は、ＵＳ５，６２９，７９０（特許文献１）において示される。かかる２Ｄスキャナに関する問題は、両ミラーの特徴が互いに対して密接に関係している、ことである。言い換えれば、寸法及び周波数は、互いから独立して選択され得ない。そのため、現在の２Ｄ  ＭＥＭＳのうち、所望の（ｍｍのオーダの）寸法を有する周波数の所望の組合せ（１０ｋＨｚ／１００Ｈｚのオーダ）を満たすものはない。
【０００５】
そのため、２つの独立した１Ｄスキャナを使用することが望ましい。しかしながら、ＭＥＭＳスキャナのパッケージングが典型的には非常にかさばるため、２つのスキャナは、互いから比較的大きな距離を置いて位置決めされる。この距離は、補正されない場合に画像の歪曲を生じさせる。複雑な曲面ミラー系を有するかかる歪曲補正の一例は、ＵＳ２００４／００２７６４１（特許文献２）中に示される。
【特許文献１】ＵＳ５，６２９，７９０
【特許文献２】ＵＳ２００４／００２７６４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、この問題を克服すること、及び小型のレーザ投射系における使用に対して適切な２Ｄスキャナを与えること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この及び他の目的は、冒頭に記載されるスキャナを有して達成される。当該スキャナにおいて、２つのミラーは、共通の平面において平行ではない夫々の回転の軸を有して、同一の基板上に形成される。また、反射表面は、第１のミラーによって反射された光ビームが続いて反射表面によって、最終的には第２のミラーによって反射されるよう、配置される。
【０００８】
本発明によれば、第１のミラーは第１の方向において前出の光ビームを走査することができ、第２のミラーは第２の方向において光ビームを走査することができる。結果として、大変小型の二次元スキャナがもたらされる。２つの個別のミラーは、互いに対して独立しているが、依然として大変近接して与えられ得、画像の歪曲を排除するか、少なくとも低減する。
【０００９】
反射表面は望ましくは、第１及び第２の軸に対して固定される。この結果、単純且つ剛性な設計がもたらされ、２つの回転ミラーの所定の位置に対して、スキャナへの所定の入射角は常に同一の出力をもたらす。望ましい一実施例によれば、反射表面は、第１及び第２のミラーの共通平面と平行である。
【００１０】
第１及び第２の軸は、互いに対して垂直であり得、単純な２Ｄスキャンをもたらす。第１のミラーはｘ方向において走査する一方、第２のミラーはｙ方向において走査する。
【００１１】
第１及び第２のミラーは、ＭＥＭＳミラーによって有利に形成され得る。該ＭＥＭＳミラーは、適切な特徴を有して容易に製造され得る。２つのＭＥＭＳを同一の基板上に与えることによって、本発明に従った２Ｄスキャナは実現され得る。
【００１２】
例えば、第１及び第２のミラーは各々、基板において形成される２つの別個のＭＥＭＳトーションスキャナの回転部分上に形成され得る。かかるトーションスキャナは、先行技術において既知であり、同一基板における複数のかかるスキャナを製造することは可能である、と考えられる。基板は、シリコンを有し得る。
【００１３】
第１の回転ミラーは、第１の共振周波数を有して振動するよう適合され得、第２の回転ミラーは、第２の共振周波数を有して振動するよう適合され得る。第１の周波数は、第２の周波数とは異なる。これは、スキャナがディスプレイ装置において使用される際に有用である。ディスプレイ装置においては、低周波数はスウィープ（ｓｗｅｅｐ）に対応し得（フレーム毎に１回）、高周波数は線走査（ｌｉｎｅ  ｓｃａｎ）に対応し得る（各フレームにおける各線に対して１回）。上述された通り、より低い周波数は典型的にはＨｚのオーダであり、高周波数はｋＨｚのオーダである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のこの及び他の態様はこれより、本発明の現時点で望ましい実施例を図示する添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
【００１５】
図１中のスキャナは、例えばシリコン基板である共通基板３上に形成される２つの回転ミラー１及び２を有する。各ミラーは、ここでは互いに対して実質的に垂直である軸４，５の周囲に回転可能である。
【００１６】
他の反射表面６は、２つの一次元スキャナ１及び２から距離をおいて与えられる。図示される例では、表面６は、平らであり、スキャナ１，２に対して固定され、また軸４，５の平面に対して実質的に平行である。これは必須ではなく、反射表面６を配置する複数の他の方途が可能である。
【００１７】
図１はまた、ミラー１，２及び反射表面６を有するスキャナとは別に、変調光源７及びスクリーン８を示す。光源７からの光ビーム９は、第１のスキャナ１上へと方向付けられ、軸４に対して垂直である方向において走査される。走査されたビームは続いて、反射表面６によって反射され、第２のスキャナ２上へと方向付けられ、第２の軸５に対して垂直である第２の方向において走査される。結果として、単一のビーム９は、２次元範囲にわたって走査される。
【００１８】
図１中、光源が画像データを使用して変調される（振幅及び／又は色変調）ため、所望の画像は、ビームがスクリーン８にわたって走査される際に生成される。スクリーンは、反射型スクリーン又は透過型のいずれかであるユーザによって観られるスクリーンであり得るか、あるいは、適切な投射系（図示せず）が前方に置かれ得る。
【００１９】
あるいは、図２中に示される通り、光源は、無変調光源７’であり、空間光変調器１０は、走査された光ビームを画像へと変換するよう配置される。例えば、変調器は、液晶光弁等の光弁のアレイであり得る。続いて変調光は、場合によっては投射系によって再度、スクリーン１０上へと投射される。
【００２０】
各ミラー１，２は、図３中に示されるトーションスキャナ等の既知の種類のマイクロスキャナ（ＭＥＭＳスキャナとも称される）であり得る。トーションスキャナ１１は、２つのトーションバー１４又はバネによって周囲のベース部１３から懸架される（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）プレート状の範囲１２を有する。アクチュエータ１５，１６は、プレート１２を共振周波数において振動させるよう配置される。ここでは該アクチュエータは、静電であり、２つの巻き線１５，１６を有し、プレート１２とベース部１３との間に電圧差を与える。あるいは、バイモルフアクチュエータ、又は圧電アクチュエータであり得る。適切なアクチュエータを使用してプレートを動作させることによって、プレート１２は、バー１４によって定められる軸の周囲にピボットするようにされ得る。該プレートは更に、反射表面１７を備えられ、ピボットプレート１２が一次元スキャナとして働くようにする。
【００２１】
かかる種類の２つのＭＥＭＳトーションスキャナは、同一の基板上に形成され得る。これは、実質的に従来の製造工程を使用して可能であるべきである。所望される場合、各スキャナのアクチュエータは、クロストークを避けるよう、互いから隔離され得る。スキャナ１，２は、基板３上で互いに独立して形成されるため、異なる共振周波数等の異なる特性を有して設計され得る。そのため、１つのミラー１，２はｋＨｚのオーダにおいて高共振周波数を有し得、他のミラー１，２はＨｚのオーダにおいてより低い共振周波数を有する。
【００２２】
当業者は、本発明が上述された望ましい実施例に決して制限されない、ことを理解する。多くの修正及び変形は、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、２つのミラー１，２の軸は、垂直である必要はない。それらが平行ではない限り、２Ｄスキャナは、ミラーの適切な制御によって実現され得る。更には、追加的なミラー又は他の光学素子は、例えば光源７から第１のミラー１までビームを案内するよう、あるいは、スキャナ２からスクリーン８上へと走査されたビームを案内するよう、スキャナに対して加えられ得る。
【００２３】
本願中、スキャナは、ディスプレイ装置に関連して説明されてきた。当然のことながら、ここに開示されるスキャナに対する多くの他の適用は、ディスプレイ分野及び他の分野において想定され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に従ったスキャナを有する投射系の第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明に従ったスキャナを有する投射系の第２の実施例の斜視図である。
【図３】図１中のスキャナに対して適切である回転ミラーの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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