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JP2009258645A - Two-dimensional optical beam deflector and image display device using the same - Google Patents

Two-dimensional optical beam deflector and image display device using the same Download PDF

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JP2009258645A
JP2009258645A JP2009007681A JP2009007681A JP2009258645A JP 2009258645 A JP2009258645 A JP 2009258645A JP 2009007681 A JP2009007681 A JP 2009007681A JP 2009007681 A JP2009007681 A JP 2009007681A JP 2009258645 A JP2009258645 A JP 2009258645A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
unit
deflection
pair
deflecting
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009007681A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Sugawara
孝 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Victor Company of Japan Ltd filed Critical Victor Company of Japan Ltd
Priority to JP2009007681A priority Critical patent/JP2009258645A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional optical beam deflector in which scanning speed is adjustable according to the frame rate per image and which beam deflector has an antishock characteristic, and to provide an image display using the optical beam deflector. <P>SOLUTION: The two-dimensional optical beam deflector 100 includes a deflection element 10 which contains resin and deflects light L in one direction and a deflection element 50 which contains Si and deflects light L in other direction. The deflection element 10 includes a pair of terminal sections 13, 14 disposed to face each other, a deflecting section 11 disposed therebetween, and beam sections 16, 17 for connecting them. The deflection element 50 includes: a frame-like support section 52; a deflecting section 53 which is arranged within the frame and has a mirror section 63; arms 54, 55 and 56, 57 which are disposed on its both sides and have each one end connected to the support section 52; beam sections 58, 59 and 60, 61 for connecting the other ends of the arms 54, 55 and 56, 57 to the deflecting section 11. The deflecting sections 11, 53 each have the center of gravity located on the optical path of light L. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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。   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.

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。   Studies are being actively conducted on the use of optical deflectors fabricated by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology for image display devices such as front projectors, rear projectors, and HMDs (Head Mount Displays).

例えば、特許文献1には、ポリイミドやシリコーン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、一次元光偏向きを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。
For example, 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 light deflectors, scans the laser light emitted from the light source in the horizontal direction with one one-dimensional light deflector, and the other The one-dimensional optical deflector scans in the vertical direction to display an image by a raster scan method.

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。
However, in the optical deflector disclosed in Patent Document 1 and the image display apparatus using the same, it is difficult to scan the laser beam at high speed because the resonance frequency of the soft resin is as low as several tens of Hz.
When the scanning speed of the laser beam is slow, the resolution of the displayed image is low, and thus a high resolution image cannot be displayed. Therefore, further improvement in scanning speed is desired.

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。
Further, in the optical deflector disclosed in Patent Document 1 and the image display device using the same, the optical deflector can only deflect light in only one direction, so that a two-dimensional image is displayed. Requires two optical deflectors.
For this reason, since the optical system becomes complicated, it is difficult to reduce the size of the image display device, and the product cost is increased, and improvement thereof is desired.

そこで、上記問題を鑑みて、Si(シリコン)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。   In view of the above problem, Patent Document 2 discloses a two-dimensional optical deflector made of Si (silicon) and capable of optically deflecting in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and an image display device using the same.

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。
According to the optical deflector disclosed in Patent Document 2 and the image display apparatus using the same, since the resonance frequency of Si is as high as several tens of KHz, the laser beam can be scanned at high speed, so that a high-resolution image can be obtained. Can be displayed.
In addition, since each optical deflection in the horizontal direction and the vertical direction can be performed at one time by one optical deflector, the image display device can be miniaturized.

特開2006−276653号公報JP 2006-276653 A 特開2004−110005号公報JP 2004-110005 A

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。
By the way, when displaying an image by the raster scanning method, as described above, the higher the scanning speed in the horizontal direction, the more scanning lines in one frame, so that a high-resolution image can be obtained, but 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.
Therefore, generally, 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. However, in order to realize a certain number of scanning lines within one frame, it is desirable that the scanning speed in the vertical direction can be adjusted according to the frame rate.

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。   However, 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.

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次元光偏向素子に比べて、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。   Further, in the optical deflector disclosed in Patent Document 2 and an image display apparatus using the same, a high resolution image can be displayed by one two-dimensional optical deflector, but an Si substrate which is an expensive material And the use area of the Si substrate is increased as compared with the one-dimensional optical deflecting element, so that the material cost is increased and the improvement thereof is desired.

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。   Further, since 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.

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。   Therefore, 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.

上記の課題を解決するために、本願発明は次の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。
1)2次元光偏向器において、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、Si(シリコン)を含み、前記光を前記一方向との異なる他の方向に偏向する第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)。
2)前記第1の偏向部を、前記一対の第1の梁部の各重心を通る線(x1)を軸として揺動させる第1の駆動部(20,21,93,94)と、前記第2の偏向部を、前記一対の第2の梁部と前記一対の第3の梁部との間隙を二分する線(y2)を軸として揺動させる第2の駆動部(66,67)と、をさらに有することを特徴とする1)記載の2次元光偏向器(100)。
3)前記第1の偏向部を、前記一対の第1の梁部の各重心を通る線を軸(x1)として揺動させる第3の駆動部(20,21,93,94)と、前記第1の偏向部を揺動させて前記第2の偏向部に振動を与え、前記第2の偏向部を、前記一対の第2の梁部と前記一対の第3の梁部との間隙を二分する線(y2)を軸として揺動させる第4の駆動部(420,421,493,494)と、をさらに有することを特徴とする1)記載の2次元光偏向器(400)。
4)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Siの共振周波数で偏向することを特徴とする1)乃至3)のいずれかに記載の2次元光偏向器。
5)1)乃至4)のいずれかに記載の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(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)。
6)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3)記載の画像表示装置である。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following two-dimensional optical deflector and an image display device using the same.
1) A two-dimensional optical deflector comprising a first optical deflecting element (10) that includes resin and deflects light (L) irradiated from the outside in one direction, and Si (silicon); A second optical deflecting element (50) that deflects in another direction different from the one direction, and the first optical deflecting element is a pair of terminal portions (13, 14) that are opposed to each other and spaced from each other. ), A first deflection portion (11) disposed between the pair of terminal portions, and a pair of first beam portions (16, 16) respectively connecting the first deflection portion and the pair of terminal portions. 17), and the second light deflection element includes a frame-like support portion (52) fixed on the first deflection portion, and the first deflection within the frame of the support portion. A second deflection section (53) having a mirror section (63) that is disposed apart from the first section and reflects the light, and both the second deflection section. A pair of first arm portions (54, 55) each having one end connected to the support portion, and opposite to the first arm portion on both sides of the second deflection portion, A pair of second arm portions (56, 57) each having one end connected to the support portion, and a pair of second arms respectively connecting the other end of the first arm portion and the second deflection portion. The beam portions (58, 59), the other end of the second arm portion, and the second deflection portion are connected to each other, and are arranged to face each other with a predetermined gap. And a center of gravity (G11) of the first deflection unit and a center of gravity (G53) of the second deflection unit are on the optical path of the light. A two-dimensional optical deflector (100),
2) a first drive unit (20, 21, 93, 94) that swings the first deflecting unit about a line (x1) passing through the center of gravity of the pair of first beam portions; Second drive unit (66, 67) for swinging the second deflecting unit about a line (y2) that bisects the gap between the pair of second beam units and the pair of third beam units The two-dimensional optical deflector (100) according to 1), further comprising:
3) a third drive section (20, 21, 93, 94) that swings the first deflection section about an axis (x1) that passes through the center of gravity of the pair of first beam sections; The first deflecting unit is swung to apply vibration to the second deflecting unit, and the second deflecting unit is configured to have a gap between the pair of second beam units and the pair of third beam units. The two-dimensional optical deflector (400) according to 1), further comprising a fourth drive unit (420, 421, 493, 494) that swings about the bisecting line (y2).
4) The first deflection unit deflects the light at a resonance frequency of the resin or a frequency lower than the resonance frequency, and the second deflection unit deflects the light at a resonance frequency of Si. The two-dimensional optical deflector according to any one of 1) to 3), which is characterized in that
5) The two-dimensional optical deflector according to any one of 1) to 4), a semiconductor laser element (310) that irradiates the mirror part with the light, and luminance modulation of the semiconductor laser element according to image information An image display device (300) having a luminance modulation section (320).
6) The image (G) is displayed by deflecting the light in the horizontal direction with the second light deflection element and deflecting the light in the vertical direction with the first light deflection element 3) It is an image display apparatus of description.

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。   According to the present invention, 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.

本発明の実施例1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。It is a figure for demonstrating the structure of the two-dimensional optical deflector in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における光偏向素子10を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical deflection | deviation element 10 in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における光偏向素子50を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical deflection | deviation element 50 in Example 1 of this invention. 実施例1における光偏向素子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。FIG. 3 is a block diagram illustrating a drive control circuit for driving the optical deflection element 50 according to the first embodiment. 光偏向素子(樹脂)及び光偏向素子(Si)の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a light deflection element (resin) and a light deflection element (Si). 本発明の実施例2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。It is a figure for demonstrating the structure of the two-dimensional optical deflector in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における光偏向素子410を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical deflection | deviation element 410 in Example 2 of this invention. 実施例2におけるミラー部63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。FIG. 10 is a block diagram illustrating a drive control circuit for driving a mirror unit 63 in Embodiment 2. 実施例2における光偏向素子50を加振駆動された状態を示す模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the optical deflection element 50 in Example 2 is driven to be excited. 本発明に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。It is a typical block diagram for demonstrating the Example of the image display apparatus which concerns on this invention.

本発明の実施の形態を、好ましい実施例である実施例1及び実施例2により図1〜図10を用いて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10 according to preferred embodiments 1 and 2. FIG.

<実施例1>
[2次元光偏向器の構成]
まず、本発明の実施例1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1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、同図中の(a)はミラー部側から見たときの平面図、(b)は(a)の矢印S1の方向から見たときの側面図、(c)は(a)の線y2における模式的断面図である。
<Example 1>
[Configuration of two-dimensional optical deflector]
First, the configuration of the two-dimensional optical deflector in Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a two-dimensional optical deflector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view when viewed from the mirror side, and FIG. A side view when seen from the direction of arrow S1 in (a), (c) is a schematic cross-sectional view taken along line y2 in (a).

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に支持された光偏向素子10と、光偏向素子10上に固定された光偏向素子50と、支持体1に固定され光偏向素子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。   As shown in FIG. 1, the two-dimensional optical deflector 100 mainly includes a support body 1 having a substantially U-shaped cross section, an optical deflection element 10 supported by the support body 1, and fixed on the optical deflection element 10. And the electromagnetic coil unit 90 that is fixed to the support 1 and drives the optical deflection element 10.

ここで、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1の2次元光偏向器における光偏向素子10を説明するための図であり、同図中の(a),(b),及び(c)は、図1の(a),(b),及び(c)にそれぞれ対応するものである。
Here, the optical deflection element 10 will be described in detail with reference to FIG.
2A and 2B are diagrams for explaining the optical deflection element 10 in the two-dimensional optical deflector of the first embodiment. FIGS. 2A, 2B, and 2C in FIG. ), (B), and (c), respectively.

図2に示すように、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}に偏向するための偏向部11と、偏向部11を介して互いに対向配置された端子部13,14と、端子部13と偏向部11とを連結する梁部16と、端子部14と偏向部11とを連結する梁部17と、偏向部11において光偏向素子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にマグネットベース19が固定され、さらにこのマグネットベース19に互いに離間して固定された一対の永久磁石20,21と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 2, the optical deflection element 10 mainly includes a deflection unit 11 for deflecting a laser beam L described later in a vertical direction {corresponding to the vertical direction in FIG. 2A) of an image G described later. The terminal portions 13 and 14 arranged to face each other via the deflection portion 11, the beam portion 16 that connects the terminal portion 13 and the deflection portion 11, and the beam portion 17 that connects the terminal portion 14 and the deflection portion 11, The magnet base 19 is fixed to a surface B11 opposite to the surface A11 to which the light deflecting element 50 is fixed in the deflecting unit 11 {the back surface in FIG. 2A}, and further separated from the magnet base 19 from each other. And a pair of permanent magnets 20 and 21 fixed thereto.

偏向部11は、梁部16の近傍に電極23,24を有し、梁部17の近傍に電極25,26を有する。   The deflection unit 11 has electrodes 23 and 24 in the vicinity of the beam portion 16, and electrodes 25 and 26 in the vicinity of the beam portion 17.

端子部13は電極28,29を有し、端子部14は電極30,31を有する。   The terminal portion 13 has electrodes 28 and 29, and the terminal portion 14 has electrodes 30 and 31.

梁部16は、電極23と電極28とを電気的に接続する配線33、及び、電極24と電極29とを電気的に接続する配線34を有する。
梁部17は、電極25と電極30とを電気的に接続する配線35、及び、電極26と電極31とを電気的に接続する配線36を有する。
The beam portion 16 includes a wiring 33 that electrically connects the electrode 23 and the electrode 28 and a wiring 34 that electrically connects the electrode 24 and the electrode 29.
The beam portion 17 includes a wiring 35 that electrically connects the electrode 25 and the electrode 30 and a wiring 36 that electrically connects the electrode 26 and the electrode 31.

永久磁石20と永久磁石21とは極性の向きが互いに同じである。
図1及び図2では、永久磁石20及び永久磁石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。
永久磁石20,21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。
永久磁石20,21にネオジウム系の材料を用いることにより、永久磁石20,21をより軽量でより小型にすることができるので、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。
The permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 have the same polarity direction.
In FIGS. 1 and 2, the polarities of the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 are shown as the N pole on the side close to the electromagnetic coil unit 90 and the S pole on the far side, but the present invention is not limited to this. The side closer to the electromagnetic coil unit 90 may be the S pole, and the far side may be the N pole.
It is desirable to use a neodymium-based material having a large coercive force as the permanent magnets 20 and 21.
By using a neodymium-based material for the permanent magnets 20 and 21, the permanent magnets 20 and 21 can be made lighter and more compact, so that the deflection unit 11 can be driven with less driving force (power consumption). become.

また、光偏向素子10は、図1(a)及び図2(a)を紙面手前から見たときに、梁部16の重心と梁部17の重心とを結ぶ線x1、及び、永久磁石20の重心と永久磁石21の重心とを結ぶ線y1が、偏向部11の重心G11をそれぞれ通り、線x1と線y1とが互いに直交するように構成されている。   The light deflection element 10 includes a line x1 connecting the center of gravity of the beam portion 16 and the center of gravity of the beam portion 17 and the permanent magnet 20 when FIG. 1A and FIG. A line y1 connecting the center of gravity of the permanent magnet 21 and the center of gravity of the permanent magnet 21 passes through the center of gravity G11 of the deflecting unit 11, and the lines x1 and y1 are configured to be orthogonal to each other.

光偏向素子10の基材38として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用いることができ、また、この光偏向素子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。   A flexible soft resin such as polyimide or silicone resin can be used as the base material 38 of the optical deflecting element 10, and the optical deflecting element 10 is manufactured by using a known flexible wiring board manufacturing method. Can do.

次に、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1の2次元光偏向器における光偏向素子50を説明するための図であり、同図中の(a),(b),及び(c)は、図1の(a),(b),及び(c)にそれぞれ対応するものである。
Next, the optical deflection element 50 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the optical deflection element 50 in the two-dimensional optical deflector according to the first embodiment, and (a), (b), and (c) in FIG. ), (B), and (c), respectively.

図3に示すように、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を後述する画像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、偏向部53を介して配置された一対のアーム部54,55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、偏向部53を介して配置された一対のアーム部56,57と、アーム部54の他端側と偏向部53とを連結する梁部58と、アーム部55の他端側と偏向部53とを連結する梁部59と、アーム部56の他端側と偏向部53とを連結する梁部60と、アーム部57の他端側と偏向部53とを連結する梁部61と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 3, the light deflection element 50 is mainly disposed 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 an image that will be described later with laser light L that will be described later. A deflecting portion 53 for deflecting in the horizontal direction G (corresponding to the left-right direction in FIG. 3A) and one end side of each of the supporting portions 52 are connected to each other and arranged via the deflecting portion 53. A pair of arm portions 54, 55, a pair of arm portions 56, 57 disposed at one end side to the inner edge portion of the support portion 52 facing the one inner edge portion and disposed via the deflection portion 53, and the arm portion 54, respectively. A beam portion 58 connecting the other end side of the arm portion 55 and the deflection portion 53, a beam portion 59 connecting the other end side of the arm portion 55 and the deflection portion 53, and the other end side of the arm portion 56 and the deflection portion 53. The beam portion 60 to be connected, the other end side of the arm portion 57 and the deflection portion 53 are connected. It is configured to include the parts 61, the.

偏向部53は、光偏向素子50が光偏向素子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。
The deflecting unit 53 is a reflective film mainly composed of a highly reflective metal such as Al (aluminum) or Au (gold) on the surface opposite to the side where the light deflecting element 50 is fixed to the light deflecting element 10. Has a mirror part 63 formed thereon.
The mirror unit 63 reflects the laser light L emitted from the semiconductor laser element 310 in the image display device 300 described later.

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圧電素子66,67,68,69を有する。
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それぞれ有し、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、これに対応してアーム部54,55,56,57を振動させることができる。
The arm portions 54, 55, 56, 57 have piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 formed on one surface side corresponding to the respective arm portions.
Each of the piezoelectric elements 66, 67, 68, and 69 has a laminated structure in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated. A voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to apply the piezoelectric element. By vibrating 66, 67, 68, 69, the arm portions 54, 55, 56, 57 can be vibrated correspondingly.

支持部52は、その一面側にそれぞれ形成され、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電極71と、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電極72と、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電極73と、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電極74と、を有する。   The support portion 52 is formed on one surface side thereof, and is electrically connected to each upper electrode of the piezoelectric elements 66 and 67 via a wiring (not shown) and illustrated on each lower electrode of the piezoelectric elements 66 and 67. Electrode 72 electrically connected to the upper electrode of the piezoelectric elements 68 and 69, electrode 73 electrically connected to the upper electrodes of the piezoelectric elements 68 and 69, and lower electrodes of the piezoelectric elements 68 and 69, respectively. And an electrode 74 electrically connected via a wiring (not shown).

また、光偏向素子50は、図3(a)を紙面手前から見たときに、梁部58と梁部60との間隙を二分すると共に梁部59と梁部61との間隙を二分する線y2が、偏向部53の重心G53を通るように構成されている。   The light deflection element 50 is a line that bisects the gap between the beam portion 58 and the beam portion 60 and bisects the gap between the beam portion 59 and the beam portion 61 when FIG. y <b> 2 is configured to pass through the center of gravity G <b> 53 of the deflecting unit 53.

また、光偏向素子50は、偏向部53、アーム部54,55,56,57、及び梁部58,59,60,61が支持部52に比べて薄くなされている。   Further, in the optical deflection element 50, the deflection portion 53, the arm portions 54, 55, 56, 57 and the beam portions 58, 59, 60, 61 are made thinner than the support portion 52.

上述した光偏向素子50は、例えばSOI(Silicon on Insulator)等のSi(シリコン)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。   The optical deflection 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).

次に、光偏向素子10と光偏向素子50との関係を図1に戻って説明する。   Next, the relationship between the optical deflection element 10 and the optical deflection element 50 will be described with reference back to FIG.

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、光偏向素子50の偏向部53の重心G53、及び光偏向素子10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、光偏向素子50の線y2が光偏向素子10の線x1と直交するように、光偏向素子50は光偏向素子10の偏向部11の面A11に固定されている。
また、光偏向素子10と光偏向素子50とは、電極23と電極71とが、また、電極24と電極72とが、また、電極25と電極73とが、また、電極26と電極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。
In FIG. 1A, a laser beam L, which will be described later, is emitted toward the mirror unit 63 from the front side of the paper, but the center of gravity G53 of the deflection unit 53 of the optical deflection element 50 and the deflection unit 11 of the optical deflection element 10 are irradiated. The optical deflection element 50 is arranged so that the center of gravity G11 is positioned on the optical path of the laser light L (on the extension line of the optical path) and the line y2 of the optical deflection element 50 is orthogonal to the line x1 of the optical deflection element 10. It is fixed to the surface A11 of the deflection unit 11 of the optical deflection element 10.
In addition, the optical deflection element 10 and the optical deflection element 50 include an electrode 23 and an electrode 71, an electrode 24 and an electrode 72, an electrode 25 and an electrode 73, an electrode 26 and an electrode 74, Are electrically connected via gold wires 80, for example.

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。   Next, the electromagnetic coil unit 90 will be described with reference to FIG.

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に固定された一対のコイル93,94と、を有して構成されている。コイル93,94は空芯の巻き線コイルである。   As shown in FIG. 1, the electromagnetic coil unit 90 mainly includes a coil base 92 and a pair of coils 93 and 94 fixed to the coil base 92. The coils 93 and 94 are air core winding coils.

コイル93は永久磁石20に対応して、コイル94は永久磁石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、コイル93及びコイル94は、偏向部11が特に垂直方向に駆動した際に、永久磁石20及び永久磁石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、コイル93とコイル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。
The coil 93 corresponds to the permanent magnet 20, and the coil 94 corresponds to the permanent magnet 21 and is fixed to the coil base 92.
Further, the coil 93 and the coil 94 are respectively fixed to the coil base 92 so as not to come into contact with the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 when the deflecting unit 11 is driven in the vertical direction.
In addition, the coil 93 and the 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 energizing them are opposite to each other.

[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、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り、図5は、光偏向素子10及び光偏向素子50の周波数特性を示す図である。
[Driving method of two-dimensional optical deflector]
Next, a method for driving the above-described two-dimensional optical deflector 100 will be described with reference to FIGS.
4 is a block diagram showing a drive control circuit for driving the optical deflection element 50 in the two-dimensional optical deflector 100, and FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics of the optical deflection element 10 and the optical deflection element 50. It is.

まず、上述した2次元光偏向器100のミラー部63(偏向部53)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。   First, a method of driving the mirror unit 63 (deflection unit 53) of the above-described two-dimensional optical deflector 100 in the horizontal direction {left and right direction in FIGS. 1A and 3A} will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIGS.

はじめに、ミラー部63(偏向部53)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。   First, a drive control circuit for controlling the horizontal drive of the mirror unit 63 (deflection unit 53) will be described with reference to FIG.

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。   As shown in FIG. 4, 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.

増幅器201は、入力側が2次元光偏向素子100における端子部14の電極30及び電極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に接続されており、位相調整器203は出力側がAGC回路204に接続されており、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次元光偏向素子100における端子部13の電極28及び電極29に接続されている。
The amplifier 201 has an input side connected to the electrode 30 and the electrode 31 of the terminal unit 14 in the two-dimensional optical deflection element 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, the output side of the phase adjuster 203 is connected to the AGC circuit 204, and the output side of the AGC circuit 204 is connected to the drive amplifier 205.
The output side of the drive amplifier 205 is connected to the electrode 28 and the electrode 29 of the terminal portion 13 in the two-dimensional optical deflection element 100.

駆動アンプ205から出力された共振駆動信号Dhは、電極28及び電極29を介して光偏向素子50の圧電素子66及び圧電素子67に入力される。
そして、アーム部54及びアーム部55が振動することにより、ミラー部63(偏向部53)は、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(偏向部53)が駆動することにより、圧電素子68及び圧電素子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、電極28及び電極29を介して圧電素子66及び圧電素子67に入力される。
The resonance drive signal Dh output from the drive amplifier 205 is input to the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67 of the light deflection element 50 through the electrode 28 and the electrode 29.
As the arm portion 54 and the arm portion 55 vibrate, the mirror portion 63 (deflection portion 53) is driven in the horizontal direction in the primary rotation mode with the line y2 (see FIGS. 1 and 3) as the rotation axis. To do.
Further, when the mirror unit 63 (deflection unit 53) is driven, stress distortion occurs in the piezoelectric element 68 and the piezoelectric element 69, and a voltage corresponding to the stress distortion is generated.
This voltage is amplified by the amplifier 201 and output as the detection signal Sn.
For example, 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. Are phase-adjusted so that they are 180 degrees out of phase with each other.
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 resonance drive signal Dh This is input to the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67 through the electrode 29.

前述したように、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、圧電素子66及び圧電素子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(偏向部53)を、水平方向に、かつ高速に共振駆動することができる。   As described above, the optical deflection element 50 is mainly composed of silicon. As shown in FIG. 5, since the resonance frequency of silicon is as high as several tens of kHz, the piezoelectric resonance frequency of silicon is reduced between the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67. By inputting the drive signal Dh having substantially the same frequency, the mirror unit 63 (deflection unit 53) can be resonantly driven in the horizontal direction and at high speed.

上述した2次元光偏向器100及び駆動制御回路200により、圧電素子66及び圧電素子67に入力される共振駆動信号Dhを、圧電素子68及び圧電素子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り、ミラー部63(偏向部53)を常に共振周波数で駆動することができる。   The resonance drive signal Dh input to the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67 by the two-dimensional optical deflector 100 and the drive control circuit 200 described above has a specific phase relationship with the detection signal Sn from the piezoelectric element 68 and the piezoelectric element 69. By performing the feedback loop control as described above, the mirror unit 63 (deflection unit 53) can always be driven at the resonance frequency.

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。   Next, a method of driving the mirror unit 63 of the above-described two-dimensional optical deflector 100 in the vertical direction {vertical direction in FIGS. 1A and 2A} will be described with reference to FIGS. .

コイル93及びコイル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、永久磁石20はコイル93に引き寄せられ、永久磁石21はコイル94と反発するため、偏向部11は、永久磁石20側{図1(a)及び図2(a)における上側}が光偏向素子50に接近する方向に駆動する。
また、コイル93及びコイル94に通電する電流の向きを逆向きにすることにより、偏向部11は、永久磁石21側{図1(a)及び図2(a)における下側}が光偏向素子50に接近する方向に駆動する。
By energizing the coil 93 and the coil 94, magnetic lines of force opposite to each other are generated in the coils 93 and 94.
Due to these lines of magnetic force, for example, the permanent magnet 20 is attracted to the coil 93 and the permanent magnet 21 is repelled from the coil 94, so that the deflection unit 11 is on the permanent magnet 20 side {the upper side in FIG. 1 (a) and FIG. } Is driven in a direction approaching the light deflection element 50.
Further, by reversing the direction of the current applied to the coil 93 and the coil 94, the deflecting unit 11 has the permanent magnet 21 side {lower side in FIG. 1 (a) and FIG. 2 (a)} on the optical deflection element. Drive in a direction approaching 50.

従って、コイル93及びコイル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、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。   Therefore, by alternately switching the direction of the current supplied to the coil 93 and the coil 94 at a predetermined cycle, the mirror unit 63 can be driven in the vertical direction with the line x1 as the rotation axis.

また、前述したように、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4に示すように、このような軟質樹脂の共振周波数(図4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、コイル93及びコイル94に正弦波の駆動信号を入力することにより、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。   Further, as described above, the light deflection element 10 is mainly composed of a flexible soft resin such as polyimide or silicone resin. As shown in FIG. 4, the resonance frequency of such a soft resin (FIG. 4). Shows a frequency characteristic of polyimide as an example), and soft resin has a low Q value because of its low elastic modulus. Therefore, by inputting a sinusoidal drive signal to coil 93 and coil 94 The 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 in the non-resonance region lower than the resonance frequency.

従って、軟質樹脂を主成分とする光偏向素子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。   Therefore, the mirror unit 63 can be driven at a low speed in the vertical direction together with the light deflection element 10 by driving the optical deflection element 10 mainly composed of a soft resin in the vertical direction at low speed or non-resonance driving.

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、これらに対して素子の材料コストを安くすることができる。   According to the two-dimensional optical deflector 100 described above, 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. Compared to such an optical deflector, the area of use of the Si substrate, which is an expensive material, can be reduced, so that the material cost of the element can be reduced.

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光偏向素子10に固定され、この光偏向素子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、この衝撃を光偏向素子10で吸収することができるため、光偏向素子50の破損を防止することができる。   Further, according to the above-described two-dimensional optical deflector 100, in particular, the light deflection element 50 mainly composed of brittle Si is fixed to the light deflection element 10 mainly composed of a soft resin having excellent impact resistance, Since the optical deflection element 10 has a configuration supported by the support 1, when an impact is applied to the two-dimensional optical deflector 100 from the outside, the impact can be absorbed by the optical deflection element 10. Damage to the optical deflection element 50 can be prevented.

<実施例2>
[2次元光偏向器の構成]
次に、本発明の実施例2における2次元光偏向器の構成について、図6を用いて説明する。
図6は、本発明の実施例2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、同図中の(a)はミラー部側から見たときの平面図、(b)は(a)の矢印S2の方向から見たときの側面図、(c)は(a)の線y2における模式的断面図である。
なお、説明をわかりやすくするために実施例1と同じ構成部には同じ符号を付す。
<Example 2>
[Configuration of two-dimensional optical deflector]
Next, the configuration of the two-dimensional optical deflector in Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
6A and 6B are diagrams for explaining the configuration of the two-dimensional optical deflector according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a plan view when viewed from the mirror portion side, and FIG. A side view when seen from the direction of arrow S2 in (a), (c) is a schematic cross-sectional view taken along line y2 in (a).
In order to make the description easy to understand, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図6に示すように、2次元光偏向器400は、主として、断面形状が略コ字状の支持体401と、支持体401に支持された光偏向素子410と、光偏向素子410上に固定された光偏向素子50と、支持体401に固定され光偏向素子410,50を駆動するための電磁コイルユニット490と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 6, the two-dimensional optical deflector 400 mainly includes a support body 401 having a substantially U-shaped cross section, an optical deflection element 410 supported by the support body 401, and fixed on the optical deflection element 410. And the electromagnetic coil unit 490 that is fixed to the support 401 and drives the optical deflection elements 410 and 50.

ここで、光偏向素子410について図7を用いて詳細に説明する。
図7は、実施例2の2次元光偏向器における光偏向素子410を説明するための図であり、同図中の(a),(b),及び(c)は、図6の(a),(b),及び(c)にそれぞれ対応するものである。
Here, the optical deflection element 410 will be described in detail with reference to FIG.
7A and 7B are diagrams for explaining the optical deflection element 410 in the two-dimensional optical deflector according to the second embodiment. FIGS. 7A, 7B, and 7C in FIG. ), (B), and (c), respectively.

図7に示すように、光偏向素子410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7(a)の上下方向に相当する}に偏向するための偏向部11と、偏向部11を介して互いに対向配置された端子部13,14と、端子部13と偏向部11とを連結する梁部16と、端子部14と偏向部11とを連結する梁部17と、偏向部11において光偏向素子50が固定される面A11とは反対側の面{図7(a)における奥側の面}B11にマグネットベース419が固定され、さらにこのマグネットベース419に互いに離間して固定された一対の永久磁石20,21と、同じくマグネットベース419に互いに離間して固定された一対の永久磁石420,421と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 7, the light deflection element 410 mainly includes a deflection unit 11 for deflecting a laser beam L described later in a vertical direction {corresponding to the vertical direction in FIG. 7A) of an image G described later. The terminal portions 13 and 14 arranged to face each other via the deflection portion 11, the beam portion 16 that connects the terminal portion 13 and the deflection portion 11, and the beam portion 17 that connects the terminal portion 14 and the deflection portion 11, The magnet base 419 is fixed to the surface B11 opposite to the surface A11 to which the light deflecting element 50 is fixed in the deflecting unit 11 {the back surface in FIG. 7A}, and further separated from the magnet base 419. And a pair of permanent magnets 420 and 421 which are fixed to the magnet base 419 separately from each other.

偏向部11は、梁部16の近傍に電極23,24を有し、梁部17の近傍に電極25,26を有する。   The deflection unit 11 has electrodes 23 and 24 in the vicinity of the beam portion 16, and electrodes 25 and 26 in the vicinity of the beam portion 17.

端子部13は電極28,29を有し、端子部14は電極30,31を有する。   The terminal portion 13 has electrodes 28 and 29, and the terminal portion 14 has electrodes 30 and 31.

梁部16は、電極23と電極28とを電気的に接続する配線33、及び、電極24と電極29とを電気的に接続する配線34を有する。
梁部17は、電極25と電極30とを電気的に接続する配線35、及び、電極26と電極31とを電気的に接続する配線36を有する。
The beam portion 16 includes a wiring 33 that electrically connects the electrode 23 and the electrode 28 and a wiring 34 that electrically connects the electrode 24 and the electrode 29.
The beam portion 17 includes a wiring 35 that electrically connects the electrode 25 and the electrode 30 and a wiring 36 that electrically connects the electrode 26 and the electrode 31.

永久磁石20と永久磁石21とは極性の向きが互いに同じであり、永久磁石420と永久磁石421とは極性の向きが互いに同じである。
図6及び図7では、永久磁石20及び永久磁石21の極性並びに永久磁石420及び永久磁石421の極性が、それぞれ、電磁コイルユニット490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490に近い側をS極、遠い側をN極としてもよい。
永久磁石20,21及び永久磁石420,421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。
永久磁石20,21及び永久磁石420,421にネオジウム系の材料を用いることにより、永久磁石20,21及び永久磁石420,421をそれぞれより軽量でより小型にすることができるので、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。
The permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 have the same polarity direction, and the permanent magnet 420 and the permanent magnet 421 have the same polarity direction.
6 and 7, the polarities of the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 and the polarities of the permanent magnet 420 and the permanent magnet 421 are shown as the N pole on the side close to the electromagnetic coil unit 490 and the S pole on the far side, respectively. However, the present invention is not limited to this, and the side closer to the electromagnetic coil unit 490 may be the south pole and the far side may be the north pole.
As the permanent magnets 20 and 21 and the permanent magnets 420 and 421, it is desirable to use a neodymium-based material having a large coercive force.
By using a neodymium-based material for the permanent magnets 20 and 21 and the permanent magnets 420 and 421, the permanent magnets 20 and 21 and the permanent magnets 420 and 421 can be made lighter and smaller, respectively. It is possible to drive with a small driving force (power consumption).

光偏向素子410は、図1(a)及び図2(a)を紙面手前から見たときに、梁部16の重心と梁部17の重心とを結ぶ線x1、及び、永久磁石20の重心と永久磁石21の重心とを結ぶ線y1が、偏向部11の重心G11をそれぞれ通り、線x1と線y1とが互いに直交するように構成されている。
永久磁石420及び永久磁石421は、これらの重心がそれぞれ線x1上に位置するように配置されている。
The light deflection element 410 includes a line x1 connecting the center of gravity of the beam portion 16 and the center of gravity of the beam portion 17 and the center of gravity of the permanent magnet 20 when FIG. 1A and FIG. A line y1 connecting the center of gravity of the permanent magnet 21 and the center of gravity of the permanent magnet 21 passes through the center of gravity G11 of the deflecting unit 11, and the line x1 and the line y1 are configured to be orthogonal to each other.
The permanent magnet 420 and the permanent magnet 421 are arranged such that their center of gravity is located on the line x1.

光偏向素子410の基材38として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用いることができ、また、この光偏向素子410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。   A flexible soft resin such as polyimide or silicone resin can be used as the base material 38 of the optical deflecting element 410, and the optical deflecting element 410 is manufactured by using a known flexible wiring board manufacturing method. Can do.

図6に示す実施例2の光偏向素子50の構成は、前述した実施例1の光偏向素子50(図1及び図3参照)の構成と同じなのでその説明を省略する。   The configuration of the optical deflection element 50 of the second embodiment shown in FIG. 6 is the same as the configuration of the optical deflection element 50 (see FIGS. 1 and 3) of the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.

次に、光偏向素子410と光偏向素子50との関係について図6を用いて説明する。   Next, the relationship between the light deflection element 410 and the light deflection element 50 will be described with reference to FIG.

図6(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、光偏向素子50の偏向部53の重心G53、及び光偏向素子410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、光偏向素子50の線y2が光偏向素子410の線x1と直交するように、光偏向素子50は光偏向素子10の偏向部11の面A11に固定されている。
また、光偏向素子410と光偏向素子50とは、電極23と電極71とが、また、電極24と電極72とが、また、電極25と電極73とが、また、電極26と電極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。
In FIG. 6A, a laser beam L, which will be described later, is irradiated toward the mirror unit 63 from the front side of the paper, but the gravity center G53 of the deflection unit 53 of the light deflection element 50 and the deflection unit 11 of the light deflection element 410. The optical deflection element 50 is arranged so that the center of gravity G11 is positioned on the optical path of the laser light L (on the extension line of the optical path), and the line y2 of the optical deflection element 50 is orthogonal to the line x1 of the optical deflection element 410. It is fixed to the surface A11 of the deflection unit 11 of the optical deflection element 10.
The optical deflection element 410 and the optical deflection element 50 include the electrode 23 and the electrode 71, the electrode 24 and the electrode 72, the electrode 25 and the electrode 73, the electrode 26 and the electrode 74, and the like. Are electrically connected via gold wires 80, for example.

次に、電磁コイルユニット490について、同じく図6を用いて説明する。   Next, the electromagnetic coil unit 490 will be described with reference to FIG.

図6に示すように、電磁コイルユニット490は、主として、コイルベース492と、このコイルベース492に固定された一対のコイル93,94と、同じくコイルベース492に固定された一対のコイル493,494と、を有して構成されている。コイル93,94及びコイル493,494はそれぞれ空芯の巻き線コイルである。   As shown in FIG. 6, the electromagnetic coil unit 490 mainly includes a coil base 492, a pair of coils 93 and 94 fixed to the coil base 492, and a pair of coils 493 and 494 similarly fixed to the coil base 492. And is configured. The coils 93 and 94 and the coils 493 and 494 are air core winding coils, respectively.

コイル93は永久磁石20に対応して、コイル94は永久磁石21に対応して、また、コイル493は永久磁石420に対応して、コイル494は永久磁石421に対応して、それぞれコイルベース492に固定されている。
また、コイル93及びコイル94は、偏向部11が特に垂直方向に駆動した際に、永久磁石20及び永久磁石21と接触しないようにそれぞれコイルベース492に固定されており、コイル493及びコイル494は、偏向部11が特に水平方向に駆動した際に、永久磁石420及び永久磁石421と接触しないようにそれぞれコイルベース492に固定されている。
また、コイル93とコイル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。
また、コイル493とコイル494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。
The coil 93 corresponds to the permanent magnet 20, the coil 94 corresponds to the permanent magnet 21, the coil 493 corresponds to the permanent magnet 420, and the coil 494 corresponds to the permanent magnet 421, respectively. It is fixed to.
In addition, the coil 93 and the coil 94 are fixed to the coil base 492 so as not to come into contact with the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 when the deflecting unit 11 is driven in the vertical direction, respectively. The deflection unit 11 is fixed to the coil base 492 so as not to come into contact with the permanent magnet 420 and the permanent magnet 421, particularly when driven in the horizontal direction.
In addition, the coil 93 and the 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 energizing them are opposite to each other.
In addition, the coil 493 and the coil 494 are connected in series, for example, via a wiring (not shown) so that the directions of the magnetic lines of force generated when energizing them are opposite to each other.

[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400の駆動方法について、図6〜図9を用いて説明する。
図8は、2次元光偏向器400において、光偏向素子50を加振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9は、光偏向素子50を加振駆動された状態を示す模式的断面図であり、図9(a),(b)は図6(b)にそれぞれ対応するものである。
[Driving method of two-dimensional optical deflector]
Next, a method for driving the above-described two-dimensional optical deflector 400 will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a block diagram showing a drive control circuit for exciting and driving the optical deflection element 50 in the two-dimensional optical deflector 400. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the optical deflection element 50 is driven to vibrate, and FIGS. 9A and 9B correspond to FIG. 6B, respectively.

上述した2次元光偏向器400のミラー部63を水平方向{図6(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6,図3,及び図8を用いて説明する。   A method of driving the mirror unit 63 of the above-described two-dimensional optical deflector 400 in the horizontal direction {left-right direction in FIGS. 6A and 3A} will be described with reference to FIGS. To do.

まず、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8を用いて説明する。   First, a drive control circuit for controlling the horizontal drive of the mirror unit 63 will be described with reference to FIG.

図8に示すように、駆動制御回路500は、主として、増幅器211,216と、加算回路217と、ノイズ除去フィルタ(例えばローパスフィルタ)212と、位相調整器213と、発振回路214と、駆動アンプ215と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 8, the drive control circuit 500 mainly includes amplifiers 211 and 216, an adder circuit 217, a noise removal filter (for example, a low-pass filter) 212, a phase adjuster 213, an oscillation circuit 214, and a drive amplifier. 215.

増幅器211は、入力側が2次元光偏向素子400における端子部14の電極30及び電極31に接続され、出力側が加算回路217に接続されている。
増幅器216は、入力側が2次元光偏向素子400における端子部13の電極28及び電極29に接続され、出力側が加算回路217に接続されている。
加算回路217は出力側がノイズ除去フィルタ212に接続されており、ノイズ除去フィルタ212は出力側が位相調整器213に接続されており、位相調整器213は出力側が発振回路214に接続されており、発振回路214は出力側が駆動アンプ215に接続されている。
駆動アンプ215は、出力側が2次元光偏向素子400におけるコイル493及びコイル494(図6参照)に直列に接続されている。
The amplifier 211 has an input side connected to the electrode 30 and the electrode 31 of the terminal unit 14 in the two-dimensional optical deflection element 400, and an output side connected to the adder circuit 217.
The input side of the amplifier 216 is connected to the electrode 28 and the electrode 29 of the terminal unit 13 in the two-dimensional optical deflection element 400, and the output side is connected to the addition circuit 217.
The adder circuit 217 is connected to the noise removal filter 212 on the output side, the output side of the noise removal filter 212 is connected to the phase adjuster 213, and the output side of the phase adjuster 213 is connected to the oscillation circuit 214. The output side of the circuit 214 is connected to the drive amplifier 215.
The output side of the drive amplifier 215 is connected in series to the coil 493 and the coil 494 (see FIG. 6) in the two-dimensional optical deflection element 400.

また、駆動制御回路500は、ミラー部63(偏向部53)が共振駆動した際に増幅器211及び増幅器216へ入力される信号(電圧)が互いに同位相となる極性関係で設計されている。
そのため、増幅器211及び増幅器216から出力される検出信号Sn1及び検出信号Sn2は、互いに同位相の正弦波となる。
検出信号Sn1及び検出信号Sn2は、加算回路217で加算されて、ノイズ除去フィルタ212,位相調整器213,及び発振回路214を介して駆動アンプ215から共振加振駆動信号Dmとして出力される。
共振加振駆動信号Dmは、2次元光偏向素子400において互いに直列に接続されたコイル493及びコイル494(図6参照)に入力される。
The drive control circuit 500 is designed with a polarity relationship in which signals (voltages) input to the amplifier 211 and the amplifier 216 are in phase with each other when the mirror unit 63 (deflection unit 53) is driven to resonate.
Therefore, the detection signal Sn1 and the detection signal Sn2 output from the amplifier 211 and the amplifier 216 are sine waves having the same phase.
The detection signal Sn1 and the detection signal Sn2 are added by the adder circuit 217, and output as the resonance excitation drive signal Dm from the drive amplifier 215 via the noise removal filter 212, the phase adjuster 213, and the oscillation circuit 214.
The resonance excitation drive signal Dm is input to the coil 493 and the coil 494 (see FIG. 6) connected in series to each other in the two-dimensional optical deflection element 400.

次に、ミラー部63の水平方向の駆動を制御する駆動制御方法について、図8と共に図9を用いて説明する。   Next, a drive control method for controlling the horizontal drive of the mirror part 63 will be described with reference to FIG. 9 together with FIG.

共振加振駆動信号Dmをコイル493及びコイル494に入力させ、これらコイル493,494に互いに逆向きの磁力線を発生させる。
ところで、光偏向素子410はその基材38が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からなるため、上記磁力線により、光偏向素子50は、梁部16,17がそれぞれ撓んで(弾性変形して)、図9(a)に示す状態と図9(b)に示す状態と交互に繰り返して駆動する。
そして、共振加振駆動信号Dmをシリコンの共振周波数(図5参照)と略同じし周波数とすることにより、ミラー部63(偏向部53)は、線y2(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、高速に共振加振駆動する。
The resonance excitation drive signal Dm is input to the coils 493 and 494, and magnetic lines of force opposite to each other are generated in the coils 493 and 494.
By the way, since the base material 38 of the light deflection element 410 is made of a flexible soft resin such as polyimide or silicone resin, the beam portions 16 and 17 of the light deflection element 50 are bent (elastic) by the lines of magnetic force. After the deformation, the state shown in FIG. 9A and the state shown in FIG. 9B are alternately and repeatedly driven.
Then, by setting the resonance excitation drive signal Dm to substantially the same frequency as the resonance frequency of silicon (see FIG. 5), the mirror unit 63 (deflection unit 53) uses the line y2 (see FIG. 3) as the rotation axis. Resonance excitation drive is performed at high speed in the horizontal direction in the primary rotation mode.

ミラー部63(偏向部53)が駆動すると、圧電素子66,67及び圧電素子68,69にそれぞれ応力歪みが生じるため、圧電素子66,67及び圧電素子68,69にそれぞれ応力歪み量に応じた電圧が発生する。
圧電素子66,67で発生する電圧と圧電素子68,69で発生する電圧とは互いに逆位相である。圧電素子66,67で発生した電圧は増幅器216で増幅されて検出信号Sn2として出力され、圧電素子68,69で発生した電圧は増幅器211で増幅されて検出信号Sn1として出力される。
検出信号Sn1及び検出信号Sn2は、加算回路217で加算された後にノイズ除去フィルタ212でノイズ成分が除去され、さらに共振回路214で発生した正弦波との位相差が所定の値となるように位相調整される。
When the mirror unit 63 (deflection unit 53) is driven, stress distortion occurs in the piezoelectric elements 66 and 67 and the piezoelectric elements 68 and 69, respectively. Therefore, the piezoelectric elements 66 and 67 and the piezoelectric elements 68 and 69 correspond to the amount of stress strain. Voltage is generated.
The voltage generated in the piezoelectric elements 66 and 67 and the voltage generated in the piezoelectric elements 68 and 69 are in opposite phases. The voltage generated by the piezoelectric elements 66 and 67 is amplified by the amplifier 216 and output as the detection signal Sn2, and the voltage generated by the piezoelectric elements 68 and 69 is amplified by the amplifier 211 and output as the detection signal Sn1.
The detection signal Sn1 and the detection signal Sn2 are added by the addition circuit 217, the noise component is removed by the noise removal filter 212, and the phase difference from the sine wave generated by the resonance circuit 214 becomes a predetermined value. Adjusted.

検出信号Sn1及び検出信号Sn2を加算処理する理由は、圧電素子66,67,68,69からの出力をより安定的に取り出すためであり、安定的に出力が取り出せるようであればどちらか一方の検出信号(Sn1又はSn2)のみを取り出すようにしてもよい。   The reason why the detection signal Sn1 and the detection signal Sn2 are added is to extract the output from the piezoelectric elements 66, 67, 68, 69 more stably. Only the detection signal (Sn1 or Sn2) may be extracted.

位相調整された検出信号Sn1,Sn2は駆動アンプで増幅されて共振加振駆動信号Dmとしてコイル493及びコイル494に出力される。
そして、これらコイル493,494に発生した磁力線によってミラー部63(偏向部53)を駆動させ、それによって発生する圧電素子66,67の電圧及び圧電素子68,69の電圧をフィードバックループ制御することにより、ミラー部63(偏向部53)の水平方向の駆動を常に共振周波数に制御することができる。
The phase-adjusted detection signals Sn1 and Sn2 are amplified by the drive amplifier and output to the coils 493 and 494 as the resonance excitation drive signal Dm.
Then, the mirror part 63 (deflection part 53) is driven by the lines of magnetic force generated in the coils 493 and 494, and the voltage of the piezoelectric elements 66 and 67 and the voltage of the piezoelectric elements 68 and 69 generated thereby are feedback loop controlled. The horizontal driving of the mirror unit 63 (deflection unit 53) can always be controlled to the resonance frequency.

また、実施例2の駆動方法によれば、特に光偏向素子50の駆動源を電磁コイルとすることにより、実施例1の圧電駆動方式よりも低電圧でミラー部を駆動させることができる。   In addition, according to the driving method of the second embodiment, the mirror unit can be driven at a lower voltage than the piezoelectric driving method of the first embodiment, in particular, by using an electromagnetic coil as the driving source of the light deflection element 50.

上述した2次元光偏向器400のミラー部63を垂直方向{図6(a)における上下方向}に駆動させる方法については、上述した実施例1の駆動方法と同じであるため、その説明を省略する。   The method for driving the mirror unit 63 of the above-described two-dimensional optical deflector 400 in the vertical direction {vertical direction in FIG. 6A} is the same as the driving method of the above-described first embodiment, and thus the description thereof is omitted. To do.

上述した2次元光偏向器400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、これらに対して素子の材料コストを安くすることができる。   According to the two-dimensional optical deflector 400 described above, 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. Compared to such an optical deflector, the area of use of the Si substrate, which is an expensive material, can be reduced, so that the material cost of the element can be reduced.

また、上述した2次元光偏向器400によれば、特に、脆いSiを主成分とする光偏向素子50が、耐衝撃性に優れた軟質樹脂を主成分とする光偏向素子410に固定され、この光偏向素子410が支持体401に支持された構成を有するので、2次元光偏向器400に外部から衝撃が与えられた場合に、この衝撃を光偏向素子410で吸収することができるため、光偏向素子50の破損を防止することができる。   Further, according to the above-described two-dimensional optical deflector 400, in particular, the light deflection element 50 whose main component is brittle Si is fixed to the light deflection element 410 whose main component is a soft resin excellent in impact resistance, Since the optical deflection element 410 has a configuration supported by the support 401, when an impact is applied to the two-dimensional optical deflector 400 from the outside, the impact can be absorbed by the optical deflection element 410. Damage to the optical deflection element 50 can be prevented.

[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100,400を用いた画像表示装置について、図10を用いて説明する。
図10は、本発明に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。
[Image display device using two-dimensional optical deflector]
Next, an image display apparatus using the above-described two-dimensional optical deflectors 100 and 400 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of the image display apparatus according to the present invention.

図10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又は2次元光偏向器400と、この2次元光偏向器100(400)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。   As shown in FIG. 10, the image display apparatus 300 mainly includes a laser beam toward the two-dimensional optical deflector 100 or the two-dimensional optical deflector 400 described above and the mirror unit 63 of the two-dimensional optical deflector 100 (400). A semiconductor laser element 310 that emits light L and a luminance modulation unit 320 that modulates the luminance of the semiconductor laser element 310 according to image information are configured.

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10を用いて説明する。   Next, a display method for displaying the image G on the screen P using the image display device 300 will be described with reference to FIG.

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(400)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(400)の光偏向素子50及び光偏向素子10(410)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、光偏向素子50で水平方向に偏向され、光偏向素子10(410)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がスクリーンPに表示される。
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 (400).
In addition, luminance modulation is performed in synchronization with the light deflection element 50 and the light deflection element 10 (410) of the two-dimensional optical deflector 100 (400) 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 light deflection element 50 and deflected in the vertical direction by the light deflection element 10 (410).
Raster scan while synchronizing the output intensity of the laser light L emitted from the semiconductor laser element 310 and the deflection angles of the second light deflection element 50 and the first light deflection element 10 according to the image information of each pixel. As a result, the image G is displayed on the screen P.

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。   In the image display apparatus 300 described above, if an element that emits red laser light is used as the semiconductor laser element 310, 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.

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。   As a modification of the image display device 300 described above, 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. And 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.

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、光偏向素子50で水平方向に高速に偏向すると共に、光偏向素子10(410)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。   According to the image display device 300 described above, in particular, the laser light L emitted from the semiconductor laser element 310 is deflected at high speed in the horizontal direction by the light deflecting element 50, and in the vertical direction by the light deflecting element 10 (410). Since it is deflected at a low speed, a high-resolution image can be displayed.

また、上述した画像表示装置300によれば、特に、光偏向素子10(410)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。   In addition, according to the image display device 300 described above, the optical deflection element 10 (410) can be driven in a wide frequency range below the resonance frequency of the soft resin, so that the scanning speed can be adjusted according to the frame rate. It can be done easily.

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。   The embodiment of the present invention is not limited to the configuration and procedure described above, and it goes without saying that modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、実施例1及び実施例2では、2次元光偏向器100(400)において、永久磁石20と永久磁石21との極性(及び永久磁石420と永久磁石421との極性)が同じで、コイル93とコイル94との磁力線の向き(及びコイル493とコイル494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、永久磁石20と永久磁石21との極性(及び永久磁石420と永久磁石421との極性)が互いに異なり、コイル93とコイル94との磁力線の向き(及びコイル493とコイル494との磁力線の向き)が同じになる構成としてもよい。   For example, in the first and second embodiments, in the two-dimensional optical deflector 100 (400), the polarities of the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 (and the polarities of the permanent magnet 420 and the permanent magnet 421) are the same, and the coil 93 and the coil 94 are different in the direction of the magnetic lines of force (and the direction of the magnetic lines of force between the coils 493 and 494). However, the present invention is not limited to this, and the polarities of the permanent magnet 20 and the permanent magnet 21 ( Further, the polarities of the permanent magnet 420 and the permanent magnet 421) may be different from each other, and the direction of the magnetic force lines of the coil 93 and the coil 94 (and the direction of the magnetic force lines of the coil 493 and the coil 494) may be the same.

また、実施例1では、2次元光偏向器100において、圧電素子66及び圧電素子67でアーム部54及びアーム部55を駆動させ、圧電素子68及び圧電素子69で偏向部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、圧電素子68及び圧電素子69でアーム部56及びアーム部57を駆動させ、圧電素子66及び圧電素子67で偏向部53の振動状態を検出する構成としてもよい。   In the first embodiment, in the two-dimensional optical deflector 100, the arm portion 54 and the arm portion 55 are driven by the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67, and the vibration state of the deflection portion 53 is detected by the piezoelectric element 68 and the piezoelectric element 69. However, the present invention is not limited to this, and the arm portion 56 and the arm portion 57 are driven by the piezoelectric element 68 and the piezoelectric element 69, and the vibration state of the deflection unit 53 is detected by the piezoelectric element 66 and the piezoelectric element 67. It is good also as composition to do.

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、圧電素子66,67,68,69を用いて、アーム部54及びアーム部55と、アーム部56及びアーム部57と、を互いに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1よりもさらに広い偏向角を得ることができる。
In particular, when it is not necessary to detect the vibration state of the second deflection unit 53 (for example, when displaying an image with a resolution that is not so high), the arm unit 54 is used by using the piezoelectric elements 66, 67, 68, and 69. The arm portion 55 and the arm portion 56 and the arm portion 57 may be driven in opposite phases.
Thereby, a wider deflection angle than that of the first embodiment can be obtained.

また、実施例1及び実施例2では、光偏向素子10(410)に永久磁石20,21(及び永久磁石420,421)を設け、電磁コイルユニット90(490)にコイル93,94を設けた構成としたが、これに限定されるものではなく、光偏向素子10(410)にコイル93,94を設け、電磁コイルユニット90(490)に永久磁石20,21(及び永久磁石420,421)を設けた構成としてもよい。   Moreover, in Example 1 and Example 2, the permanent magnets 20 and 21 (and the permanent magnets 420 and 421) are provided in the light deflection element 10 (410), and the coils 93 and 94 are provided in the electromagnetic coil unit 90 (490). However, the present invention is not limited to this. The coils 93 and 94 are provided in the optical deflection element 10 (410), and the permanent magnets 20 and 21 (and the permanent magnets 420 and 421) are provided in the electromagnetic coil unit 90 (490). It is good also as a structure which provided.

また、実施例1及び実施例2では、光偏向素子10(410)の電極23,24,25,26と、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、光偏向素子10(410)の電極23,24,25,26と光偏向素子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。   In the first and second embodiments, the electrodes 23, 24, 25, and 26 of the light deflection element 10 (410) and the electrodes 71, 72, 73, and 74 of the light deflection element 50 are connected by the gold wire 80. However, the present invention is not limited to this, and the electrodes 23, 24, 25, and 26 of the optical deflection element 10 (410) and the electrodes 71, 72, 73, and 74 of the optical deflection element 50 are electrically connected. The connection method is not particularly limited.

また、実施例1及び実施例2では、光偏向素子10(410)の偏向方向と光偏向素子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、光偏向素子10(410)の偏向方向と光偏向素子50の偏向方向とが互いに異なっていればよい。   In the first and second embodiments, the deflecting direction of the optical deflecting element 10 (410) and the deflecting direction of the optical deflecting element 50 are orthogonal to each other. However, the present invention is not limited to this. It is only necessary that the deflection direction of the optical deflection element 10 (410) and the deflection direction of the optical deflection element 50 are different from each other.

本発明に係る2次元光偏向器及びこれを用いた画像表示装置は、特にラスタースキャン方式により画像を表示する投射型の画像表示システムに有用である。また、本発明に係る2次元光偏向器はレーザプリンタや2次元バーコードリーダー等にも適用できる。   The two-dimensional optical deflector and the image display apparatus using the same according to the present invention are particularly useful for a projection-type image display system that displays an image by a raster scan method. The two-dimensional optical deflector according to the present invention can also be applied to a laser printer, a two-dimensional barcode reader, and the like.

1_支持体、 10,50_光偏向素子、 11,53_偏向部、 13,14_端子部、 16,17,58,59,60,61_梁部、 19_マグネットベース、 20,21_永久磁石、 23,24,25,26,28,29,30,31,71,72,73,74_電極、 33,34,35,36_配線、 38_基材、 52_支持部、 54,55,56,57_アーム部、 63_ミラー部、 66,67,68,69_圧電素子、 80_金ワイヤ、 90_電磁コイルユニット、 92_コイルベース、 93,94_コイル、 100_2次元光偏向器、 200_駆動制御回路、 201_増幅器、 202_ノイズ除去フィルタ、 203_位相調整器、 204_自動利得制御回路(AGC回路)、 205_駆動アンプ、 300_画像表示装置、 310_半導体レーザ素子、 320_輝度変調部、 A11,B11_面、 x1,y1,y2_線、 G11,G53_重心、 L_レーザ光、 G_画像、P_スクリーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1_ Support body, 10, 50_ Light deflection element, 11, 53_ Deflection part, 13, 14_ Terminal part, 16, 17, 58, 59, 60, 61_ Beam part, 19_ Magnet base, 20, 21_ Permanent magnet, 23, 24 , 25, 26, 28, 29, 30, 31, 71, 72, 73, 74_ electrodes, 33, 34, 35, 36_ wiring, 38_ base material, 52_ support part, 54, 55, 56, 57_ arm part, 63_ Mirror part, 66,67,68,69_piezoelectric element, 80_gold wire, 90_electromagnetic coil unit, 92_coil base, 93,94_coil, 100_2 two-dimensional optical deflector, 200_drive control circuit, 201_amplifier, 202_noise removal filter, 203_phase adjuster, 204_automatic gain control circuit (AGC circuit), 205_drive amplifier, 300_image display device, 310_semiconductor laser element, 320_brightness modulation unit, A11, B11_plane, x1, y1, y2_ line, G11, G53_center of gravity, L_laser light, G_image, P_screen

Claims (6)

2次元光偏向器において、
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、
Si(シリコン)を含み、前記光を前記一方向との異なる他の方向に偏向する第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。
In a two-dimensional optical deflector,
A first light deflection element that includes resin and deflects light emitted from the outside in one direction;
A second light deflection element that includes Si (silicon) and deflects the light in another direction different from the one direction;
With
The first light deflection element is:
A pair of terminal portions that are disposed opposite to each other, and
A first deflection unit disposed between the pair of terminal units;
A pair of first beam portions respectively connecting the first deflecting portion and the pair of terminal portions;
Have
The second light deflection element is
A frame-like support portion fixed on the first deflection portion;
A second deflecting unit disposed in a frame of the support unit and spaced apart from the first deflecting unit and having a mirror unit for reflecting the light;
A pair of first arm portions disposed on both sides of the second deflection unit and having one ends connected to the support unit;
A pair of second arm portions disposed on opposite sides of the second deflection portion so as to face the first arm portion, and having one end connected to the support portion;
A pair of second beam portions respectively connecting the other end of the first arm portion and the second deflection portion;
A pair of third beam portions that connect each other end of the second arm portion and the second deflection portion, respectively, and are arranged to face each other with a predetermined gap between the second beam portions, ,
Have
The two-dimensional optical deflector characterized in that the center of gravity of the first deflecting unit and the center of gravity of the second deflecting unit are located on the optical path of the light.
前記第1の偏向部を、前記一対の第1の梁部の各重心を通る線を軸として揺動させる第1の駆動部と、
前記第2の偏向部を、前記一対の第2の梁部と前記一対の第3の梁部との間隙を二分する線を軸として揺動させる第2の駆動部と、
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の2次元光偏向器。
A first drive unit that swings the first deflecting unit around a line passing through each center of gravity of the pair of first beam portions;
A second drive unit that swings the second deflecting unit about a line that bisects the gap between the pair of second beam units and the pair of third beam units;
The two-dimensional optical deflector according to claim 1, further comprising:
前記第1の偏向部を、前記一対の第1の梁部の各重心を通る線を軸として揺動させる第3の駆動部と、
前記第1の偏向部を揺動させて前記第2の偏向部に振動を与え、前記第2の偏向部を、前記一対の第2の梁部と前記一対の第3の梁部との間隙を二分する線を軸として揺動させる第4の駆動部と、
をさらに有することを特徴とする請求項1記載の2次元光偏向器。
A third drive unit that swings the first deflecting unit about a line passing through each center of gravity of the pair of first beam portions;
The first deflecting unit is swung to apply vibration to the second deflecting unit, and the second deflecting unit is disposed between the pair of second beam units and the pair of third beam units. A fourth drive unit that swings about a line that bisects the line;
The two-dimensional optical deflector according to claim 1, further comprising:
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Siの共振周波数で偏向することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の2次元光偏向器。
The first deflection unit deflects the light at a resonance frequency of the resin or a frequency lower than the resonance frequency,
4. The two-dimensional optical deflector according to claim 1, wherein the second deflecting unit deflects the light at a resonance frequency of Si. 5.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の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。
The two-dimensional optical deflector according to any one of claims 1 to 4,
A semiconductor laser element for irradiating the mirror part with the light;
A luminance modulation section for modulating the luminance of the semiconductor laser element according to image information;
An image display apparatus.
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5記載の画像表示装置。   6. The image display according to claim 5, wherein the image is displayed by deflecting the light in a horizontal direction by the second light deflection element and deflecting the light in a vertical direction by the first light deflection element. apparatus.
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