JP2005266218A - 光変調素子の応答特性調整方法、光変調素子及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誤動作を起こさずに早期の書込みが可能となる光変調素子の応答特性調整方法、光変調素子及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置を得、駆動サイクルを短縮する。
【解決手段】 弾性変位可能に中空６３に支持されて少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、可動電極と固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって可動部を変位させ、可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子の応答特性調整方法であって、少なくとも可動部を気密性封止部材５３により覆い、この気密性封止部材５３の内部の圧力を制御して可動部の変位の応答特性を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロミラーを変位させて入射光を変調する光変調素子の応答特性調整方法、光変調素子及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置に関し、特に、次データの早期書込みを可能にする改良技術に関する。

近年、空間光変調器（ＳＬＭ）の一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）が注目を浴びている。このＤＭＤは、光学的な情報処理の分野において、投射ディスプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニター、テレビ及び電子写真プリントなど多数の用途がある。ＤＭＤに関する技術は、下記特許文献１、２、３等が、出願人テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッドによって出願公開されている。

ＤＭＤは、シリコン基板上に形成されたCMOS SRAM上に約１６μm×１６μmのマイクロミラーが１７μmピッチで複数設けられており、それぞれのマイクロミラーがスクリーンの画素に対応している。図８は光変調素子アレイの１つの光変調素子（画素）１を示す分解斜視図である。３はマイクロミラーであり、マイクロミラー支持ポスト５によりヨーク７の支持ポスト接続部９に接続されている。ヨーク７はヒンジ１１に保持されている。またヒンジ１１はポストキャップ１３に保持されている。ポストキャップ１３はヒンジ支持ポスト１５によってバイアスバス１７のヒンジ支持ポスト接続部１９に接続されている。つまり、マイクロミラー３は、ヒンジ１１、ポストキャップ１３及びヒンジ支持ポスト１５を介してバイアスバス１７に接続されている。マイクロミラー３には、バイアスバス１７を介してバイアス電圧が供給される。バイアスバス１７は着地サイト２１を有している。着地サイト２１は絶縁性を有しているか、マイクロミラー３と同じ電位に保たれている。

２３ａは一方の固定電極（第１アドレス電極）であり、２３ｂは他方の固定電極（第２アドレス電極）である。第１アドレス電極２３ａは電極支持ポスト２５によって、第１アドレス電極パッド２７ａの電極支持ポスト接続部２９に接続されている。また第２アドレス電極２３ｂも電極支持ポスト２５によって、第２アドレス電極パッド２７ｂの電極支持ポスト接続部２９に接続されている。

第１接続部３１ａから第１アドレス電極パッド２７ａに入力されるデジタル信号は、第１アドレス電極２３ａに入力される。第２接続部３１ｂから第２アドレス電極パッド２７ｂに入力されるデジタル信号は、第２アドレス電極２３ｂに入力される。第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂにデジタル信号が入力されることによって、マイクロミラー３が傾き、白表示または黒表示が選択される。マイクロミラー３が傾くことで、ヨーク片３３の一部が着地サイト２１に接触しても良い。

次に、上記のように構成される光変調素子の駆動シーケンスを説明する。
図９は図８に示した光変調素子を模式的に表した断面図、図１０は図９に示した光変調素子の駆動シーケンスの説明図である。
光変調素子１は、初期状態において例えばマイクロミラー３が左側（図９の左側）に傾斜している。このとき、バイアスバス１７には図１０に示すように、一定のバイアス電圧Ｖｂが印加されている。一方、第１アドレス電極２３ａに印加されるアドレス電圧Ｖａ１は、第２アドレス電極２３ｂに印加されるアドレス電圧Ｖａ２より小さく設定されている（Ｖａ１＜Ｖａ２）。したがって、マイクロミラー３の左側の電位差（｜Ｖｂ−Ｖａ１｜）が、右側の電位差（｜Ｖｂ−Ｖａ２｜）より大きくなり、マイクロミラー３は静電気力によって左側へ傾く。

この状態から例えばマイクロミラー３を右傾斜へ遷移させる駆動シーケンスでは、まず、第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂとに印加される電圧が反転される（Ｖａ１＞Ｖａ２）。このように、アドレス電極が反転されても、マイクロミラー３は依然左傾斜のままを維持する。これは、マイクロミラー３の右端と第２アドレス電極２３ｂとが十分に離間しているため、傾斜に至らしめるだけの静電気力が作用しないためである。この作用によって、傾斜させたまま（表示させたまま）を保持して図１０に示す次の書込みＴｗを効率的に可能とする所謂ラッチ機能を実現させている。

次いで、第１アドレス電極２３ａ、第２アドレス電極２３ｂへのアドレス電圧はそのままにして図１０に示すように、バイアス電圧Ｖｂのみを下げる。すると、マイクロミラー３の左側での静電気力が消失し、右側では僅かな静電気力が働き、これにヒンジ１１の弾性復元力が加わって、マイクロミラー３の左側が浮上し、左傾斜の保持が解除された状態となる。

次いで、バイアス電圧Ｖｂを元の一定値に戻すと、マイクロミラー３の右側の静電気力が強く働き、マイクロミラー３が右傾斜へと遷移する。マイクロミラー３は、右傾斜へ遷移すると、第２アドレス電極２３ｂとの距離が短くなることで、静電気力が相乗的に大きくなり、今度は右側が着地サイト２１に着地した状態に保持される。バイアス電圧Ｖｂの減少からマイクロミラー３の右側の着地までが、図１０に示すスイッチ時間Ｔｒとなる。

ここで、マイクロミラー３は、右側が着地した直後、着地サイト２１からの反力を受けることで振動が生じる。そのため、次の書込みは、スイッチ時間Ｔｒの経過の後、さらに振動鎮静化時間（response settling）Ｔｓを待った後行われる。バイアス電圧Ｖｂの減少から次の書込みまでの時間（Ｔｄ＝Ｔｒ＋Ｔｓ）は、光変調素子１に依存する固有の時間となる。また、図１０中、Ｔｂは、前の書込みが終って次の書込みが始まる時間を示す。したがって、従来の光変調素子アレイの駆動方法では、図１１に示すように、書込み時間Ｔｗと、前の書込みが終って次の書込みが始まる時間Ｔｂとの総和時間（駆動サイクル）Ｔｃ＝Ｔｗ＋Ｔｂが繰り返されることで、１ブロック分（１行分）ＢＬ［１］の書込みが行われ、これが所定の複数（Ｍ）ブロック分（複数行分）ＢＬ［Ｍ］行われることで、全画素表示が行われていた。

特開平６−１２４３４１号公報 特開平８−３３４７０９号公報 特開平９−２３８１０６号公報

上記した光変調素子１を用いて、高速に感光材露光を行う場合や、より高画素数のプロジェクタを表示させたい場合、駆動サイクルＴｃを高速化する必要がある。ここで、駆動サイクルＴｃを高速化するには、Ｔｗ（書込み時間）の短縮と、Ｔｂ（前の書込みが終って次の書込みが始まる時間）の短縮が考えられる。Ｔｗの短縮は、Ｔｗ＝（全画素数）／（書込みクロック周波数）の関係から、全画素数の低減、或いは書込みクロック周波数の高速化が有効手段となるが、前者は高画素数の要請に反し、後者はクロックデバイス開発技術に依存するところとなる。これに対し、Ｔｂの短縮は、図１２に示すように、Ｔｓ（振動鎮静化時間）中に書込みを行うこと（図１２中の変位の破線部参照）で達成可能となる。
しかしながら、振動鎮静化時間Ｔｓ中に書込みを行うと（アドレス電圧を反転させると）、その振動状態によっては誤動作を起こす危険性があった。図１３は振動鎮静化時間中に書込みを実行したときに正常動作となる場合を（１）、誤動作となる場合を（２）に示した説明図である。すなわち、図１３（１）に示すように、振動鎮静化時間中であってもマイクロミラー３の例えば右側が接触している場合には、図１３（１）Ａ）の電極間電圧ΔＶ１＝１５ｖ、ΔＶ２＝２０ｖから、図１３（１）Ｂ）の電極間電圧ΔＶ１＝２０ｖ、ΔＶ２＝１５ｖとなるようにアドレス電圧が反転されても、マイクロミラー３が右傾斜のままを維持する。一方、図１３（２）に示すように、振動鎮静化時間中であってもマイクロミラー３の例えば右側が振動によって着地サイト２１から僅かに離反していると、図１３（２）Ａ）の電極間電圧ΔＶ１＝１５ｖ、ΔＶ２＝２０ｖから、図１３（２）Ｂ）の電極間電圧ΔＶ１＝２０ｖ、ΔＶ２＝１５ｖとなるようにアドレス電圧が反転されると、マイクロミラー３の右側が浮上している分、右側の分静電気力が小さくなり、アドレス電圧の反転の際に右側の静電気力が左側の静電気力に負け、その結果、右傾斜に保持されなければならないマイクロミラー３が左傾斜となる誤動作を起こした。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、誤動作を起こさずに早期の書込みが可能となる光変調素子の応答特性調整方法、光変調素子及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置を提供し、もって、駆動サイクルの短縮を図ることを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の光変調素子の応答特性調整方法は、弾性変位可能に中空に支持されて少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子の応答特性調整方法であって、少なくとも前記可動部を気密性封止部材により覆い、この気密性封止部材の内部の圧力を制御して前記可動部の変位の応答特性を調整することを特徴とする。

この光変調素子の応答特性調整方法では、可動部の加速が抑えられ、すなわち、振動が気密性封止部材の内部圧力で抑制可能となる。つまり、所定の圧力となった所定密度の封入気体が振動吸収手段として作用するようになる。これにより、複雑な駆動制御等による可動部の制振制御によらず、可動部が制振可能となる。したがって、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧の早期書込みが可能となる。

請求項２記載の光変調素子は、弾性変位可能に中空に支持されて少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子であって、少なくとも前記可動部を覆う気密性封止部材を備え、この気密性封止部材の内部の圧力が１／１０〜１気圧の範囲に調整されていることを特徴とする。

この光変調素子では、気体密度が高まることによる流体抵抗によって、可動部の過剰な加速が抑制可能となり、素子自体の物理的な特性によって、可動部の制振が可能となる。したがって、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧の早期書込みが可能となる。

請求項３記載の光変調素子は、前記気密性封止部材の内部が、不活性ガスで充填されていることを特徴とする。

この光変調素子では、可動部を制振するための流体に不活性ガス（例えば、アルゴン、窒素等）が用いられることで、可動部に対する防塵性能はもとより、酸化等による劣化も抑止され、光変調素子の動作信頼性、耐久性が高められる。

請求項４記載の光変調素子は、前記気密性封止部材の内部が、乾燥ガスで充填されていることを特徴とする。

この光変調素子では、水分による可動部や電極等の金属膜の劣化、貼り付き不具合がなくなり、光変調素子の耐久性、動作信頼性が高められる。

請求項５記載の光変調素子は、前記光変調素子が、ヒンジによって弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えたミラー部を有することを特徴とする。

この光変調素子では、ミラー部が弾性変位することで、このミラー部に照射される光が偏向されて光変調が行われる。

請求項６記載の光変調素子アレイは、請求項２〜請求項５のいずれか１項記載の光変調素子が、１次元又は２次元状に複数配列されていることを特徴とする。

この光変調素子アレイでは、光変調素子が一つの光変調デバイスとして機能するようになり、ミラー密度によって高精細かつ高速な画像表示、デジタルマルチ露光、或いは投影が可能となる。

請求項７記載の画像形成装置は、光源と、請求項６記載の光変調アレイ素子と、前記光源からの光を前記光変調アレイ素子に照射する照明光学系と、前記光変調アレイ素子から出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする。

この画像形成装置では、請求項６記載の光変調素子アレイが構成の要部に備えられることで、誤動作を起こさずにアドレス電圧の早期書込みが可能となり、従来装置に比べ、駆動サイクルが短縮される。これにより、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタ表示が可能となる。また、特に露光光のオン・オフで階調制御がなされる画像形成装置（露光装置）では、オン・オフ時間の短縮が可能となることで、より高階調の実現が可能となる。

本発明に係る光変調素子の応答特性調整方法によれば、少なくとも可動部を気密性封止部材により覆い、この気密性封止部材の内部の圧力を制御して可動部の変位の応答特性を調整するので、可動部の加速が抑えられ、振動が気密性封止部材の内部圧力で抑制可能となり、複雑な駆動制御等によらず、可動部の制振を可能にできる。したがって、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができる。この結果、早期の書込みが可能となり、駆動サイクルを短縮することができる。

本発明に係る光変調素子によれば、少なくとも可動部を覆う気密性封止部材を備え、この気密性封止部材の内部の圧力が１／１０〜１気圧の範囲に調整されているので、気体密度が高まることによる流体抵抗によって、可動部の過剰な加速が抑制可能となり、素子自体の物理的な特性によって、可動部の制振を可能にできる。したがって、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができる。この結果、早期の書込みが可能となり、駆動サイクルを短縮することができる。

本発明に係る光変調素子アレイによれば、光変調素子が、１次元又は２次元状に複数配列されるので、一つの光変調デバイスとして機能するようになり、ミラー密度によって高精細な画像表示を可能にすることができる。また、平面表示装置の他、露光装置やプロジェクタなどへの応用が可能となり、露光装置に使用した場合には、デジタルマルチ露光が可能となるので、特に露光により作像を行う画像形成装置（例えばプリンタ、印刷機等）に用いて高画質を高速に記録でき、プロジェクタに使用した場合には、高画素数を高速表示することができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、光源と、請求項５記載の光変調素子アレイと、光源からの光を光変調素子アレイに照射する照明光学系と、光変調素子アレイから出射される光を投影する投影光学系とを備えたので、従来装置に比べ、駆動サイクルを短縮することができる。この結果、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタを高速表示させることができる。

以下、本発明に係る光変調素子の応答特性調整方法、光変調素子及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る光変調素子アレイの断面図、図２は図１に示した光変調素子アレイ中の一つの光変調素子を模式的に表した断面図である。なお、図１０〜図１３に示した部位と同一の部位には同一の符号を付して重複する説明は省略するものとする。

光変調素子アレイ１００は、個別にアドレス可能なマイクロ機械素子の図２に示す光変調素子２００を有している。光変調素子アレイ１００は、この微小電気機械方式の光変調素子２００が一次元又は二次元に配列されてなる。光変調素子アレイ１００は、それぞれの光変調素子２００に設けられたマイクロミラー３から光を反射させて作動する。すなわち、各光変調素子２００は、像の１画素を表わす。この種のＤＭＤデバイスの一例としてはテキサスインスツルメンツ社製ＤＭＤデバイスを挙げることができる。

光変調素子２００は、可変形ミラーデバイス（ＤＭＤ）であり、ヒンジ１１によって弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部（マイクロミラー３）を有している。光変調素子２００は、メモリセルとしての駆動回路５１に付設される。駆動回路５１は、オン／オフ位置に関するデータを記憶する。

マイクロミラー３は、傾斜運動により変位する。光変調素子２００は、マイクロミラー３に対峙して配置された固定電極２３を有する。この固定電極２３は、駆動回路５１からの素子変位信号を書き込む第１アドレス電極２３ａと、第２アドレス電極２３ｂとからなる。光変調素子２００は、この第１アドレス電極２３ａと、第２アドレス電極２３ｂによりアドレスされ、マイクロミラー３をバイアスして第１の位置（図２の左傾斜位置）、第２の位置（図２の右傾斜位置）に安定変位させる。

すなわち、光変調素子２００は、マイクロミラー３と固定電極２３との間への電圧印加により発生する静電気力によってマイクロミラー３を変位させ、マイクロミラー３に入射された光を変調する。本実施の形態では、マイクロミラー３が、バイアス電圧Ｖｂを印加する可動電極となる。つまり、マイクロミラー３は、可動電極と兼用される。なお、図２中、２１は停止部材である着地サイト（パッド）を表し、６７は回路基板を表す。

ところで、光変調素子アレイ１００は、図１に示すように、少なくともマイクロミラー３の形成面が気密性封止部材５３により覆われている。気密性封止部材５３は、基台部５５と、開口５７を有したパッケージ部５９と、開口５７を塞ぐ透明なカバーパネル６１とからなる。カバーパネル６１と基台部５５との間には中空（収容空間）６３が形成され、この中に一次元又は二次元に配列された複数の光変調素子２００がアレイ状となって固着されている。つまり、光変調素子２００は、外部から気密状態で収容空間６３に封止されている。

そして、光変調素子２００は、気密性封止部材５３の内部の圧力を制御して、マイクロミラー３の変位の応答特性を調整している。すなわち、内部の圧力は、マイクロミラー３の加速度、振動が抑制される範囲に設定されている。これにより、所定の圧力となった所定密度の封入気体が振動吸収手段として作用するようになっている。

封入気体の圧力は、１／１０〜１気圧の範囲に調整されることが好ましい。すなわち、真空よりも高く、大気圧より低く設定される。また、封入気体は、不活性ガス（例えば、アルゴン、窒素等）であることが好ましい。このように、マイクロミラー３を制振するための流体に不活性ガスが用いられることで、マイクロミラー３に対する防塵性能はもとより、酸化等による劣化も抑止され、光変調素子２００の動作信頼性、耐久性が高められる。

さらに、封入気体は乾燥ガスであることが好ましい。収容空間６３が乾燥ガスで充填されることにより、水分による可動部や電極等の金属膜の劣化、貼り付き不具合がなくなり、光変調素子２００の耐久性、動作信頼性が高められる。

図３は可動部の一例を表す可撓薄膜の斜視図、図４は図３に示した可動部の応答時間と素子環境圧力との相関を表したグラフ、図５は本発明に係る光変調素子アレイを用いた駆動シーケンスの説明図である。
ここで、実際の可動部を、異なる素子環境圧力で動作させた際の応答速度について説明する。動作させた可動部（可撓薄膜６９）は、幅Ｗ＝２０μｍ、長さＬ＝１６０μｍ、ギャップＧ＝０．２５μｍとした。また、ギャップＧを挟んだ対向面側の図示しない固定電極と可動部（電極機能有り）の間に、１５Ｖの駆動電圧を１０ｍＳ（１パルス）で印加した。

その結果、図４に示すように、素子環境圧力が１／１０〜１ａｔｍに高まるにしたがって、可撓薄膜６９は弾性復帰動作における応答速度が略０〜２０μＳに低下した。また、静電吸着動作も、略０〜２．５μＳに低下した。このような測定結果から、素子環境圧力は、可撓薄膜６９の応答速度に影響を及ぼし、さらにその増大に伴って、減速効果も増大することが分った。このことから、素子環境圧力は、可撓薄膜６９の振動吸収効果（ダンパー効果）を有することが知見できた。

このような光変調素子２００の応答特性調整方法では、可撓薄膜６９の加速度、すなわち、振動が気密性封止部材５３の内部圧力で抑制可能となり、所定の圧力となった所定密度の封入気体が振動吸収手段（ダンパー）として作用するようになる。これにより、複雑な駆動制御による可撓薄膜６９の制振制御によらず、可撓薄膜６９が制振可能となる。

上記の例では、可動部として可撓薄膜６９を測定した場合を説明したが、封入気体の充填された収容空間６３で揺動されるマイクロミラー３の場合においても、上記同様の振動吸収効果が得られることは言うまでもない。

したがって、上記の光変調素子２００の応答特性調整方法によれば、マイクロミラー３を気密性封止部材５３によって覆い、この気密性封止部材５３の内部の圧力を制御してマイクロミラー３の変位の応答特性を調整するので、マイクロミラー３の加速度、すなわち、振動が気密性封止部材５３の内部圧力で抑制可能となり、複雑な駆動制御等によるマイクロミラー３の制振制御によらず、マイクロミラー３の制振を可能にできる。したがって、図５の変位状況の説明図に示すように、マイクロミラー３が着地サイト２１に接触した際に振動が生じず、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなくなり、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができるようになる。この結果、従来に比べ、マイクロミラー３の着地から書込みまでの時間Ｔｋを大幅に短くして、早期の書込みが可能となり、駆動サイクルＴｃを短縮することができる。

また、上記の光変調素子２００によれば、少なくともマイクロミラー３を覆う気密性封止部材５３を備え、この気密性封止部材５３の内部の圧力が１／１０〜１気圧の範囲に調整されているので、気体密度が高まることによる流体抵抗によって、マイクロミラー３の過剰な加速が抑制可能となり、素子自体の物理的な特性によって、マイクロミラー３の制振が可能となる。したがって、従来のように振動のおさまるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができる。この結果、早期の書込みが可能となり、駆動サイクルＴｃを短縮することができる。

そして、光変調素子アレイ１００によれば、光変調素子２００が１次元又は２次元状に複数配列されているので、光変調素子２００が一つの光変調デバイスとして機能するようになり、ミラー密度によって高精細な画像表示を可能にすることができる。また、平面表示装置の他、露光装置やプロジェクタなどへの応用が可能となり、露光装置に使用した場合には、デジタルマルチ露光が可能となるので、特に露光により作像を行う画像形成装置（例えばプリンタ、印刷機等）に用いて高画質を高速に記録でき、プロジェクタに使用した場合には、高画素数を高速表示することができる。

次に、上記光変調素子アレイ１００を用いて構成した画像形成装置について説明する。ここでは、画像形成装置の例として、まず、露光装置３００について説明する。図６は本発明の光変調素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。露光装置３００は、照明光源７１と、照明光学系７３と、上述した実施の形態の光変調素子２００を同一平面状で２次元状に複数配列した光変調素子アレイ１００と、投影光学系７５とを備える。

照明光源７１は、レーザ、高圧水銀ランプ、及びショートアークランプ等の光源である。照明光学系７３は、例えば、照明光源７１から出射された面状の光を平行光化するコリメートレンズである。コリメートレンズを透過した平行光は光変調素子アレイ１００の各光変調素子に垂直に入射する。照明光源７１から出射された面状の光を平行光化する手段としては、コリメートレンズ以外にも、マイクロレンズを２つ直列に配置する方法等がある。また、照明光源７１としてショートアークランプ等の発光点が小さいものを使用することで、照明光源７１を点光源とみなし、光変調素子アレイ１００に平行光を入射するようにしても良い。また、照明光源７１として光変調素子アレイ１００の各光変調素子に対応するＬＥＤを有するＬＥＤアレイを使用し、ＬＥＤアレイと光変調素子アレイ１００とを近接させて光を発光させることで、光変調素子アレイ１００の各光変調素子に平行光を入射するようにしても良い。なお、照明光源７１としてレーザを用いた場合には、照明光学系７３は省略しても良い。

投影光学系７５は、画像形成面である記録媒体７７に対して光を投影するためのものであり、例えば、光変調素子アレイ１００の各光変調素子に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ等である。

以下、露光装置３００の動作を説明する。
照明光源７１から出射された面状の光が照明光学系７３に入射し、ここで平行光された光が光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系７５により記録媒体７７の画像形成面に撮影露光される。撮影光は記録媒体７７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。このように、コリメートレンズを光変調素子アレイ１００の光の入射面側に設けることで、各変調素子の平面基板に入射する光を平行光化することができる。なお、図中７９はオフ光を導入する光アブソーバーを表す。

この露光装置３００は、照明光学系７３としてコリメートレンズを用いることに限らず、マイクロレンズアレイを用いて構成することができる。この場合、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に対応し、マイクロレンズの光軸と焦点面が各光変調素子の中心に合うように設計、調整される。

この場合、照明光源７１からの入射光は、マイクロレンズアレイにより、光変調素子２００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、入力される画像信号に応じて反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系７５により記録媒体７７の画像形成面に投影露光される。投影光は記録媒体７７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で、露光することができる。このように、マイクロレンズアレイによって照明光源７１からの光を集光することができるため、光利用効率を向上させた露光装置を実現することができる。

なお、マイクロレンズのレンズ面形状は、球面、半球面など、特に形状は限定されず、凸曲面であっても凹曲面であってもよい。さらに、屈折率分布を有する平坦形状なマイクロレンズアレイであってもよく、フレネルレンズやバイナリーオプティクスなどによる回折型レンズがアレイされたものであってもよい。マイクロレンズの材質としては、例えば、透明なガラスや樹脂である。量産性の観点では樹脂が優れており、寿命、信頼牲の観点からはガラスが優れている。光学的な観点上、ガラスとしては石英ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス等が好ましく、樹脂としてはアクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネイト系、スチレン系、塩化ビニル系等が好ましい。なお、樹脂としては、光硬化型、熱可塑型などがあり、マイクロレンズの製法に応じて適宜選択することが好ましい。

次に、画像形成装置の他の例として、投影装置について説明する。
図７は本発明の光変調素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。図６と同様の構成には同一符号を付し、その説明は省略するものとする。投影装置としてのプロジェクタ４００は、照明光源７１と、照明光学系７３と、光変調素子アレイ１００と、投影光学系８１とを備える。投影光学系８１は、画像形成面であるスクリーン８３に対して光を投影するための投影装置用の光学系である。照明光学系７３は、前述したコリメータレンズであってもよく、マイクロレンズアレイであってもよい。

次に、プロジェクタ４００の動作を説明する。
照明光源７１からの入射光は、例えばマイクロレンズアレイにより、光変調素子２００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系８１によりスクリーン８３の画像形成面に投影露光される。このように、光変調素子アレイ１００は、投影装置にも利用することができ、さらには、表示装置にも適用可能である。

したがって、露光装置３００やプロジェクタ４００等の画像形成装置では、上記の光変調素子アレイ１００が構成の要部に備えられることで、誤動作を起こさずにアドレス電圧の早期書込みが可能となり、従来装置に比べ、駆動サイクルＴｃが短縮される。これにより、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタの表示が可能となる。また、露光光のオン・オフで階調制御がなされる画像形成装置（露光装置３００）では、オン・オフ時間の短縮が可能となることで、より高階調の実現が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、可動部であるマイクロミラー３が左右方向（双方向）に揺動される光変調素子２００の構成を例に説明したが、本発明は、可動部が可撓薄膜（ダイヤフラム）からなり、基板６７に対して空隙を介して配置された当該可撓薄膜が静電気力及び弾性復元力によって基板６７に対して接近離反する単方向の光変調素子に適用しても、上記と同様の効果を奏するものである。

本発明に係る光変調素子アレイの断面図である。 図１に示した光変調素子アレイ中の一つの光変調素子を模式的に表した断面図である。 可動部の一例を表す可撓薄膜の斜視図である。 図３に示した可動部の応答時間と素子環境圧力との相関を表したグラフである。 本発明に係る光変調素子アレイを用いた駆動シーケンスの説明図である。 本発明の光変調素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の光変調素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。 光変調素子アレイの一つの画素を示す分解斜視図である。 図８に示した光変調素子を模式的に表した断面図である。 図９に示した光変調素子の駆動シーケンスの説明図である。 従来の全画素表示の動作説明図である。 振動鎮静化時間中に書込みを行った場合の駆動シーケンスの説明図である。 振動鎮静化時間中の書込みによって生じる誤動作の説明図である。

符号の説明

３ 可動電極、マイクロミラー（可動部）
２３ 固定電極
２３ａ 第１アドレス電極（固定電極）
２３ｂ 第２アドレス電極（固定電極）
５３ 気密性封止部材
６３ 収容空間（中空）
７１ 光源
７３ 照明光学系
７５ 投影光学系
７７ 記録媒体（画像形成面）
１００ 光変調素子アレイ
２００ 光変調素子
３００ 露光装置（画像形成装置）
４００ プロジェクタ（画像形成装置）

Claims (7)

1. 弾性変位可能に中空に支持されて少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子の応答特性調整方法であって、
   少なくとも前記可動部を気密性封止部材により覆い、この気密性封止部材の内部の圧力を制御して前記可動部の変位の応答特性を調整することを特徴とする光変調素子の応答特性調整方法。
2. 弾性変位可能に中空に支持されて少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子であって、
   少なくとも前記可動部を覆う気密性封止部材を備え、この気密性封止部材の内部の圧力が１／１０〜１気圧の範囲に調整されていることを特徴とする光変調素子。
3. 前記気密性封止部材の内部が、不活性ガスで充填されていることを特徴とする請求項２記載の光変調素子。
4. 前記気密性封止部材の内部が、乾燥ガスで充填されていることを特徴とする請求項２記載の光変調素子。
5. 前記光変調素子が、ヒンジによって弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えたミラー部を有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子。
6. 請求項２〜請求項５のいずれか１項記載の光変調素子が、１次元又は２次元状に複数配列されていることを特徴とする光変調アレイ素子。
7. 光源と、
   請求項６記載の光変調アレイ素子と、
   前記光源からの光を前記光変調アレイ素子に照射する照明光学系と、
   前記光変調アレイ素子から出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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