JP4337403B2 - 光回折変調装置、光回折変調素子調整装置、光回折変調素子調整方法、及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回折変調装置、光回折変調素子調整装置、光回折変調素子調整方法および画像表示装置に関し、例えば、光を回折又は反射させる回折格子型光バルブなどの光回折変調素子を用いた二次元画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターやプリンターなどの画像形成装置において、画像の解像度を上げるには、一次元の画像表示素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、二次元画像を形成する方法が知られている（米国特許第５９８２５５３号）。一次元の画像表示素子として、米国Silicon Light Machine社が開発した回折ライトバルブ（GLV: grating light valve）が知られている（特許第３１６４８２４号、米国特許第５８４１５７９号）。
ＧＬＶは光の回折を利用したマイクロマシン位相反射型回折格子より成っている。ＧＬＶは光スイッチングの作用を有し、ＧＬＶを用いれば、光の階調を電気的にコントロールすることにより画像表示が可能となる。
一次元アレイ化されたＧＬＶを用いてスキャンミラーで走査され二次元画像を得られる。そのため、通常の二次元表示装置と比較して、ＧＬＶを用いた場合は、画面の縦方向の画素数は一次元アレイの画素数と同じになるが、横方向は少なくとも１画素幅あれば良いので、二次元画像表示に必要な画素（ピクセル）数は少なくて済む。また、ＧＬＶの光変調機能を発現する領域は、その寸法を小さく構成することが可能であり、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である。さらに、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
【０００３】
次に、図１３〜図１７を参照して、ＧＬＶの動作原理を簡単に説明する。
図１３は、一次元画像を表示するためのＧＬＶ画像素子の構造の一部を模式的に示す斜視図である。
図１３に示すように、ＧＬＶ素子１において、シリコン基板上のポリシリコン薄膜からなる共通電極１２の上に、共通電極１２と所定の間隔を保って、条帯状（ストリップ）のリボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄが形成されている。リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄは、上面に反射膜（不図示）が形成されており、反射部材として作用する。
ＧＬＶ素子１が動作する時は、リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが駆動電圧に応じて、反射面と直交する方向に移動可能であり、リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの反射面の高さ（たとえば、基板に対する距離）を変えられるが、リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは移動せず、同じ場所に位置し、それらの反射面の高さは不変である。
移動可能なリボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは可動リボン素子、移動しないリボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは固定リボン素子と呼ぶ。
【０００４】
リボン素子の代表的な寸法の一例として、例えば、リボン素子の幅は３〜４μｍ、隣接するリボン素子間ギャップは約０．６μｍ、リボン素子の長さは２００〜４００μｍ程度である。
複数のリボン素子が１セットで１つの画素（ピクセル）に用いることができる。例えば、図１３に示された隣接する６本のリボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃが１つの画素を表わすように用いることができる。この場合、１画素分の幅は約２５μｍである。
例えば、実用化されつつある１０８０画素を表示するＧＬＶにおいては、図１３の横方向に沿って、１０８０画素分のリボン素子が多数配置している。このようなＧＬＶは微細半導体製造技術で作製することができる。
【０００５】
ＧＬＶ素子１の動作は、リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄと共通電極１２との間に印加される電圧により階調制御される。図１４は、図１３においてＧＬＶ素子１の横方向の断面図であり、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへの電圧は印加されず、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接地されている。この状態はＧＬＶのＯＦＦ状態という。
可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの駆動電圧はゼロであるので、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが移動せず、すべてのリボン素子が共通電極１２から一定の距離を保ち、同じ平面に位置する。
この状態で照明光束が入射すると、各リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄにおいて反射された各反射光束の全光路差は生じずに、０次（通常の反射方向）並びに後述の式（１）おいてｍ＝±２ｎ（ｎ＝自然数）となる回折光のみが生じる。本素子を用いたディスプレーデバイスでは１次回折光（上記式（１）においてｍ＝±１の場合の光）のみスクリーン上に集光する構成であるため、上記のＧＬＶのＯＦＦ状態は、画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。以下特段の記載の無い限り回折光とは式（１）においてｍ＝±１の場合の回折光を指す。
【０００６】
図１５においては、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接地されている。
図１５に示すように、駆動電圧が印加された可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが、静電力で共通電極１２側に引き下げられる。例えば、λ＝５３２ｎｍの入射光に対して、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがλ／４引き下げられ（λは、入射光の波長である）場合は、可動リボン素子の移動量はλ／４＝１３３ｎｍとなる。可動リボン素子の移動量はλ／４となるときは、１次光の回折効率が最大となる。
この状態では照明光束が入射すると、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで反射される光束と固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで反射される光束間の全光路差は半波長（λ／２）となる。これにより、ＧＬＶが反射型回折格子として作用し、反射光束（０次光）同士は干渉して打ち消し合い、±１次光、±３次光など奇数次数を含む回折光が生じる。
その後、例えば、±１次光が光学系を経由して、スクリーンなどの表示画面に結像する。０次光は遮断されて、表示画面に到達しないように、光学系を構成する。
【０００７】
入射角度がθｉとなる平行光が上記のＯＮ状態のＧＬＶに入射し、変調され発生したｍ次の回折光の回折角度θｍは、次の式（１）で示される。
【０００８】
【数１】
sin(θm)= sin(θi)+(mλ/D) ・・・（１）
ここで、Ｄは図１５で示されたＧＬＶのリボン素子のピッチである。
入射光がＧＬＶ素子に対し垂直に入射し、また、入射された光がＧＬＶ素子において変調され、射出される回折光のうち強度の一番高い±１次光の場合は、θi＝０、ｍ＝１となるので、回折角度θ１は、次の式（２）となる。
【０００９】
【数２】
sin(θ1)= λ/D ・・・（２）
【００１０】
このような一次元画像表示素子ＧＬＶを用いた画像表示装置は、通常の二次元画像表示装置、例えば、液晶パネルなどを用いた投射型表示装置と比べて、ＧＬＶ自体に画素間の境界が存在しないため、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。さらに、三原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合することで、極めて広い、自然な色再現範囲の画像が表現できるなど、従来にない優れた表示性能を有している。例えば、ＧＬＶを用いた画像表示装置は、１０００：１以上の高コントラストを実現できることが期待されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に、例えば、１０８０画素のＧＬＶをスキャンして得た１０８０×１９２０画素の画像表示装置において、良好な画像表示を全画素で実現することは容易ではない。その理由は、製造プロセスの不完全さなどにより各リボン素子の高さにはｎｍ程度の不均一性が存在するので、１ＧＬＶ素子に含まれている１０８０画素にはバラツキがある。例えば、リボン素子をｎｍレベルで移動させる駆動信号の誤差によって生じるＧＬＶのＯＮ状態における可動リボン素子移動量のバラツキ、製造プロセスによって生じるＧＬＶのＯＦＦ状態におけるリボン素子高さのバラツキ、およびその他歪みなどの画質を劣化させる要因がある。この影響が特に暗状態の明るさに変動を生じさせる。
【００１２】
ＧＬＶ素子を微細半導体製造技術で製造する時は、ポリシリコンからなる共通電極の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）絶縁層が形成され、その絶縁層の上に約１μｍのポリシリコン中間層が形成される。中間層の上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）の帯状パターンを形成し、その上にアルミニウム導電層が形成されて、リボン素子を形成する。最後に、例えば、ＸｅＦ２ガスで中間層を除去して、ＧＬＶ素子が形成される。
このような製造プロセスにおいて、リボン素子の高さにばらつきが生じる。
【００１３】
図１６は、実際のＧＬＶ素子のＯＦＦ状態において、リボン素子高さの変動を模式的に示す概略断面図である。
図１６においては、可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへの電圧が印加されず、固定リボン素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２はＯＦＦ状態である。
図１６に示すように、ＧＬＶ素子２はＯＦＦ状態であるにも係わらず、例えば、製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２のリボン素子１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１３ｃ、１４ｃ、１３ｄが同じ平面に位置せず、数ｎｍ程度の僅かな高低差を生じている。
【００１４】
この状態で照明光束が入射すると、ＧＬＶ素子２の可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへ駆動電圧が印加されていない状態であっても、各リボン素子１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１３ｃ、１４ｃ、１３ｄにおいて反射だけではなく、回折も起き、僅かな回折光を発生する。計算と実験結果に示されているように、リボン素子高さのｎｍ程度のバラツキでも、暗状態において画面上の各画素で光の強度の大きな変動を生じる。そのため、表示画面上にコントラスト比１０００：１前後の明暗の分布が生じる。
また、このようなＧＬＶ素子２を用いた画像表示装置においては、ＧＬＶ素子２を走査する際、意図しない明暗の横縞を形成し、人間のもつパターン認識能力が横筋をよく認識することから、顕著な画質の劣化となる。
【００１５】
図１７は、ＧＬＶ素子２のＯＮ状態において、リボン素子高さの変動を模式的に示す概略断面図である。
図１７においては、可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへ所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２がＯＮ状態である。
図１６に示されたように、例えば、上記製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２のリボン素子間に数ｎｍ程度の僅かな高低差がそのまま残った場合、ＯＦＦ状態においても不必要な回折光を発生し、表示画面上のコントラストを低下させる。
また、ＧＬＶ素子２がＯＮ状態の時は、上記製造プロセス起因するリボン素子の高低差により、例えば、同一の駆動信号においてもＯＦＦ状態に発生した高低差が残留し、よってＯＮ状態でもリボン素子の高低差を生じさせる要因となる。さらに、駆動信号自身にも誤差が存在するので、それもＯＮ状態のリボン素子の高低差を生じさせる。
【００１６】
画面上のこのような横縞を抑える方法として、画面全体の光量あるいは画像信号にオフセットを与える、画像信号に雑音を重畳する、または、更なるリボン素子の平坦化などの方法が考えられる。しかし、それぞれ画像の黒部分における画像の劣化、プロセスの複雑化につながるため、好ましい方法とは言えなかった。さらに、図１７に示すように、暗黒部分での画素間光量の変動（凹凸の変動）をもたらすリボン素子間の高低差は、可動リボン素子への電圧印加を行い、相当の回折光が生じている状態においても、リボン素子間の意図せぬ段差として残る。そのため、暗黒部分のみならず、画像を構成するすべての中間階調に対して光量の微小なずれを生み、ひいては画像に横縞として現れていた。
【００１７】
本発明は、このような課題を鑑みてなされ、その第１の目的は、ノイズとして発生した不必要な回折光を最小化し、画像劣化を防ぐことができる光回折変調装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記の不必要な回折光を最小化するように調整を行なう光回折変調素子調整装置とその方法を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、上記の光回折変調素子を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調装置は、それぞれ反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子と、前記第１の状態において存在する回折光に変調させる前記反射要素間の段差を低減させるように前記反射要素の基板に対する距離を調整する調整手段とを有する。
【００１９】
上記の本発明の光回折変調装置においては、第１の状態において存在する回折光に変調させる反射要素間の段差を低減させるように反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素間の高さの分散を低減する。
【００２０】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調素子調整装置は、それぞれに反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子の調整装置であって、前記隣接する反射要素の変位を調整する調整手段と、前記光回折変調素子に照射光を照射する光源と、前記光回折素子から射出された回折光の光量を測定する測定手段とを有し、前記調整手段は、第１の状態において存在する、回折光に変調させる前記反射要素間の段差を低減するように前記反射要素の前記基板に対する距離を調整する。
【００２１】
上記の本発明の光回折変調素子調整装置においては、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素間の高さの分散を低減する。
【００２２】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調素子調整方法は、反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子の調整方法であって、前記隣接する反射要素の一方を前記基板に対して任意の距離変位させる第１の工程と、前記隣接する反射要素の他方を前記基板に対して任意の距離変位させる第２の工程と、前記光回折変調素子に照射光を照射し、前記光回折変調素子からの射出光を測定する第３の工程と、他方の前記反射要素の変位量を調整して、前記第３の工程を繰り返し、前記第１の状態において存在する、回折光を生じさせる前記反射要素間の段差を低減する他方の前記反射要素の前記変位量を求める第４の工程とを有する。
【００２３】
上記の本発明の光回折変調素子調整方法においては、第１の状態において回折光を生じさせず、第２の状態において回折光を生じさせる光回折変調素子の調整方法であって、第１の状態において、隣接する反射要素の一方を任意の距離変位し、他方の反射要素を任意の距離変位し、光回折変調素子に照射光を照射し、光回折変調素子からの射出光を測定する。続いて、他方の反射要素の変位量を調節して、光回折変調素子からの射出光の測定を繰り返し、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の段差を低減する他方の反射要素の変位量を求める。
【００２４】
また、前記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、光源からの照射光を、１列に配置された複数の光回折変調素子に照射し、前記複数の光回折変調素子からの射出光が表示手段上に画像を形成する画像表示装置であって、
前記光回折変調素子は、それぞれ反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射された光を回折光に変調する前記光回折変調素子と、前記第１の状態において存在する回折光を生じさせる前記反射要素間の段差を低減するように前記反射要素の前記基板に対する距離を調整する調整手段とを有する。
【００２５】
上記の本発明の画像表示装置においては、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素の高さの分散を低減する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して述べる。以下の各実施形態では、光回折変調素子の一例として回折ライトバルブ（ＧＬＶ）素子を用いる。
第１の実施形態
本実施形態の画像表示装置に光回折変調素子として用いられているＧＬＶ素子は、ＯＦＦ状態においてＧＬＶ素子からの回折光が最小となるように可動リボン素子が設置されている。その設置方法としては、画素単位で可動リボンに電圧を変動させながら印加し、その画素に対応する回折光が最小となる電圧をもって最小回折光基準位置とする。
【００２７】
図１は、本実施形態の画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。
図１に示されている画像表示装置２０は、光源２１、照明光学系２２、一次元画像素子ＧＬＶ素子２３、対物レンズ２４ａ、空間フィルタ２５、投影レンズ２４ｂ、スキャンミラー２６、スクリーン２７、固定リボン素子電源２９ａ、及び可動リボン素子電源２９ｂを有する。なお、本実施形態において、光回折変調素子に一例として、入射した入射光束を反射光あるいは回折光に変調する一次元画像素子ＧＬＶ素子（以下、ＧＬＶあるいはＧＬＶ素子という）を用いる。
光源２１は、例えば、半導体レーザのようなデバイスであり、三原色である赤、緑、及び青色の光束を射出する光源をそれぞれ含む。
照明光学系２２は、一次元画像素子ＧＬＶ素子２３の形状に合わせて、光源２１からの光ビームの断面の形状を変換して一次元画像素子ＧＬＶ素子２３に照射する。具体的に、照明光学系２２から射出された光束は、図１に示された一次元ＧＬＶ素子２３の羅列方向（紙面内の上下方向）と直交するように照射され、かつＧＬＶ素子２３の該羅列方向と直交する平面（図１において左右方向の平面）内において、一列に配置されたリボン素子の反射面に集光される。
リボン素子の反射面のサイズが小さいので、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と直交する平面内に、照明光学系２２から射出された光束は、リボン素子の反射面におけるビームスポットが十分小さいものでなければならない。
【００２８】
ＧＬＶ素子２３は、例えば１０８０画素が一次元に配列されており、表示する画像に対応する駆動電圧の印加によって階調動作し、入射した照明光を反射又は回折し、反射光、又は、回折光を射出する。また、ＧＬＶ素子は少なくとも基板と基板と所定の間隔を隔てて対向する反射要素を有する。以下、反射要素をリボン素子という。
ＧＬＶ素子２３は、第１の状態において、たとえば、隣接する反射要素が略同一平面に配置され、照明光学系２２から入射された光をほぼ反射する。本実施形態において、上記の第１の状態をＧＬＶ素子のＯＦＦ状態という。また、第２の状態において、隣接する反射要素の一方が基板に対する距離を変位させ、他方の反射要素と所定の距離離間された段差を形成する。入射された光は回折作用により±１次回折光などの回折光２８ａ、２８ｃが射出され、０次光２８ｂと異なる各方向に進行する。本実施形態において上記の第２の状態をＧＬＶ素子のＯＮ状態という。ここで、本実施形態においては、基板と平行に形成された各反射要素を用い、ＯＦＦ状態において略同一平面を形成しているが、基板に対して各反射要素が所定の角度を有していてもよい。また、第１の状態において、上記のように、反射光の光路差が０となるような反射要素が略同一平面を形成する状態以外にも、光路差が入射波長λの整数倍になるように、つまりλ／４の偶数倍の段差を反射要素間において形成してもよい。さらに、第２の状態において形成される反射要素間の段差は、λ／４の奇数倍であればよい。
対物レンズ２４ａは、ＧＬＶ素子２３からの射出された反射光２８ｂ、又は、回折光２８ａ、２８ｃを平行光に変換して、空間フィルタ２５に照射する。
対物レンズ２４ａから射出された平行光に含まれている±１次回折光２８ａ、２８ｃが空間フィルタ２５を透過し、対物レンズ２４ａから射出された反射光又は０次光２８ｂが空間フィルタ２５に遮蔽される。
透過した±１次回折光２８ａ、２８ｃはさらに投影レンズ２４ｂによってスクリーン２７上に像を結ぶように結像され、途中設けられたスキャンミラー２６によって走査され逐次的に一次元画像より二次元画像への展開が行われ二次元の画像を形成する。スキャンミラー２６は、例えば、ガルバノミラーである。
【００２９】
固定リボン素子電源２９ａは、固定リボン素子（例えば、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）の各画素毎にオフセット電圧を印加し、後述の共通電極に対して任意の距離変位させる。このように、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において固定リボン素子の位置を調整する調整手段として働く。
可動リボン素子電源２９ｂは、可動リボン素子（たとえば、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の各画素毎にオフセット電圧を印加し、後述の共通電極に対して任意の距離変位させる。このように、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態およびＯＮ状態において可動リボン素子を調整する調整手段として働く。また、電圧を印加して可動リボン素子を変位させ、固定リボン素子と所定の距離離間させ、段差を形成させる。このように、可動リボン素子電源２９ｂは、変位手段（駆動手段）としても働く。具体的には、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の各画素毎に独立にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子と可動リボン素子の相対位置を最適化する。ＧＬＶ素子２３をＯＮ状態にする時は、可動リボン素子電源２９ｂは、前述のＯＦＦ状態における画素毎のオフセット電圧の値から可動リボン素子の各画素毎に所定の駆動電圧を算出し、これを印加する。算出方法に関しては各画素における電圧と回折光量の関係をテーブルの形で保持するか、あるいはオフセット電圧、並びに所定の回折光の強度が最大となるように印加される電圧など電圧と回折光量の間を記述する近似的関数のパラメータをあらかじめ持ち合わせ本パラメータを基に駆動電圧を算出することによりこれを行なう。
【００３０】
図２は、本実施形態にかかる画像表示装置２０に用いられたＧＬＶ素子２３の構造を示す断面図である。
図２に示すように、本実施形態において、一次元ＧＬＶ素子２３の１画素（ピクセル）は、複数の反射要素から構成されている。複数の反射要素として、たとえば、６本のリボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃで構成されている。各リボン素子は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）の表面にアルミニウム膜が形成された構造を有し、アルミニウム膜は反射要素の導電層および反射面となる。ここで、例えば、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが可動リボン素子、リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは固定リボン素子である。リボン素子３０は、左側に隣接する画素の固定リボン素子、リボン素子３３は、右側に隣接する画素の可動リボン素子である。なお、本実施形態において、反射要素を条帯状のリボン素子としているが、反射要素の形状はこれに限定されない。
また、ＧＬＶ素子２３の基板として、リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃに対向して、図１３〜１８に示した共通電極１２が配置されている。
【００３１】
共通電極１２と可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの間に駆動電圧を印加し、電位差を有する（ＯＮ状態）と静電気力により可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが変位して共通電極１２側に引き下げられ、固定リボン素子との間に段差を形成する。その引き下げの距離により、反射型回折格子が形成され、ＧＬＶ素子に入射した入射光束は回折光に変調される。変調された回折光は、図１に示された空間フィルタ２５で分離される。このように、ＧＬＶ素子２３は、光回折変調素子として動作する。
空間フィルタ２５は、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに駆動電圧を印加する時に最も効率よく発生する１次回折光を損失せずに通過させ、０次光、２次光などの回折光は十分遮蔽し、最大のコントラストが得られるように設計されている。
【００３２】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合に、ＧＬＶ素子２３に照射された照明光束は回折されて、０次光及び±１次光などの回折光が射出される。回折作用により、０次光の強度はＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合の反射光より低くなり、±１次回折光などの回折光の強度が高くなる。
各次の回折光は、式（１）に示しているように、照明光束の波長とＧＬＶ素子２３のピッチにより決定される角度方向に回折されて、０次光、及び±１次回折光などの回折光光束がそれぞれ異なる各方向に進行し、空間フィルタ２５の遮光部２５ｃ、光透過部２５ａ、２５ｂに入射する。
【００３３】
図２においては、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３３への電圧は印加されず、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２３はＯＦＦ状態である。このとき、可動リボン素子と固定リボン素子との間に段差は生じず、略同一平面を形成し、ＧＬＶ素子２３に入射された入射光束はほぼ反射される。
しかし、図２に示すように、ＯＦＦ状態であっても、ＧＬＶ素子２３は、例えば、製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２３のリボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３が同じ平面に位置せず、数ｎｍ程度の僅かな高低差を生じる。このとき入射光の位相が一定である任意の場所を位相基準面として、リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３の該位相基準面までの距離をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。
【００３４】
照明光束がＧＬＶ素子２３に入射すると、上記のリボン素子の基板に対する距離（リボン素子高さ）のばらつきにより、ＯＦＦ状態であっても、各リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３において僅かな回折光を発生する。このため、暗画面上に各画素の光強度の変動を生じ、意図しない明暗の横縞状ノイズを形成し、顕著な画質の劣化となる。
さらに、リボン素子の高さのばらつきは、可動リボン素子へ電圧を印加し、相当の回折光が生じている状態においても、リボン素子間の意図せぬ段差として残るため、暗黒部分のみならず、画像を構成するすべての中間階調に対して光量の微小なずれを生じる。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、ＧＬＶ素子２３の１画素を構成する、リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃの位置を最適化することによって、上記意図しない回折光を最小限に抑える調整方法と調整装置について説明する。このような調整は、ＧＬＶ素子２３が動作する前に、例えば、製造段階であらかじめ行なうことが好ましい。
まずは、画素単位で、固定リボン素子に所定のオフセット電圧を印加し、共通電極に接近する方向に変位させる。
図３は、本実施形態にかかるＧＬＶ光回折変調素子において、固定リボン素子にオフセット電圧を印加した後の、リボン素子の配置を示す図である。
図３において、普段移動しない固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃに、所定のオフセット電圧Ｖ１を印加し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを共通電極１２に接近する方向に変位させる。即ち、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを下げる。移動距離はｂで表わす。
【００３６】
全てのリボンに電圧が印加されていない状況においてはリボン間の製造バラツキによる高低差は偶発的に生じる。そのため、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより高い位置（共通電極から離れた位置）に座位することがよく起こる。また、リボン素子は静電気力により共通電極に引き寄せられる構造となっているため、可動リボン素子への電圧印加のみでは固定リボン素子と可動リボン素子の段差の相対位置を調整することが出来ない場合が生じる。
そこで固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃを変位させることによって、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃとの相対位置の調整が可能になり、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃと可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの位置の最適化が可能になる。
このとき、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂは、すべての固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、同じ画素内の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより低い位置に設置されるような値にすることが望ましい。図３は、その様子を示している。
図３において、可動リボン素子３１ａと固定リボン素子３２ｃの間の境界線は、請求項１０での「分離平面」に対応する。
固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂを求めるには、同画素内の固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃと可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの位置をλ／１００程度の精度で知ることが望ましい。それは、例えば、光干渉などの方法で、必要な精度で測定することが可能である。
【００３７】
続いて、固定リボン素子にオフセット電圧Ｖ１を印加した状態で、同じ画素単位内の可動リボン素子にオフセット電圧Ｖ０を印加し、最適な可動リボン素子の位置とオフセット電圧の値を確定し、上記意図しない回折光を最小限に抑える。図４は、本実施形態にかかるＧＬＶ光回折変調素子において、可動リボン素子にオフセット電圧Ｖ０を印加した後の、リボン素子の配置を示す図である。
図４において、図３の状態の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにオフセット電圧Ｖ０を印加し、これによって、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは距離ｓを変位された。
オフセット電圧の値Ｖ０、あるいは、最適な移動距離ｓの値は、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加するオフセット電圧を変動し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃの高さの近傍に可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを変位させる。この工程を繰り返し、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において射出した上記意図しない回折光を最小限に抑えるようなオフセット電圧、あるいは、移動距離（変位量）を求め、最適なオフセット電圧の値Ｖ０、あるいは、最適な移動距離（変位量）ｓとする。
ＧＬＶ素子２３において、他の画素についても同じように処理する。
【００３８】
図５は、本実施形態において、ＧＬＶ素子２３の各画素の可動リボン素子に印加される最適なオフセット電圧を測定する光回折変調素子調整装置の構成の一例を示す図である。
図５に示されている調整装置５０は、光源５１、照明光学系５２、調整対象となるＧＬＶ素子２３、対物レンズ５４ａ、フィルタ５５、投影レンズ５４ｂ、光検出器５６、固定リボン素子電源５７、可動リボン素子電源５８、制御部５９、メモリ６０を有する。
【００３９】
光源５１は、例えば、半導体レーザなどからなる単色のコヒーレント光源である。
照明光学系５２は、光源５１からの光ビーム断面の形状を変換して一次元画像素子ＧＬＶ素子２３に画素毎に照射する。具体的に、照明光学系５２から射出された光束は、図５に示された一次元ＧＬＶ素子２３の羅列方向（紙面内の上下方向）と直交するように照射され、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と直交する平面（図５において左右方向の平面）内において、一列に配置されたリボン素子の反射面に集光される。
１画素のリボン素子のサイズが小さいので、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と垂直する平面内に照明光学系５２から射出された光束は、リボン素子の反射面において、ビームスポットが十分小さいものでなければならない。
固定リボン素子電源５７は、固定リボン素子の各画素毎にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子の変位を調整する調整手段として作用する。例えば、上記したオフセット電圧Ｖ１を固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃに印加する。可動リボン素子電源５８は、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の画素毎にオフセット電圧を印加して、可動リボン素子の変位を調整し、ＧＬＶ素子２３をＯＮ状態にする時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の画素毎に所定の駆動電圧を印加して、可動リボン素子を変位させる。つまり、調整手段および駆動手段として作用する。
これによりＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において、略同一平面に配置されたリボン素子の上記数ｎｍ程度の高さのばらつきにより、ＧＬＶ素子２３から発生する意図しない回折光を最小化することが可能となる。
【００４０】
対物レンズ５４ａは、ＧＬＶ素子２３の各画素からの射出光が形成する像を平行光に変換し、フィルタ５５に入射させる。
フィルタ５５は、対物レンズ５４ａからの回折光を光透過部５５ａと５５ｂで通過させ、反射光又は０次光を遮光部５５ｃで遮蔽する。透過した±１次回折光は投影レンズ５４ｂによって拡大し光検出器５６へ入射する。
光検出器５６は、入射された回折光を測定し、回折光の光量を得て、制御部５９に出力する。
【００４１】
制御部５９は、固定リボン素子電源５７と可動リボン素子電源５８とをコントロールし、例えば、可動リボン素子電源５８の出力する各画素のオフセット電圧の値を指示する。可動リボン素子電源５８は、制御部５９の指示により各画素に対するオフセット電圧の出力を変動し、該画素からの回折光が最小となるオフセット電圧Ｖ０を決める。
メモリ６０は、制御部５９から、固定リボン素子電源５７、及び可動リボン素子電源５８の画素毎の出力電圧と、光検出器５６が測定した各画素からの回折光量を受けて記憶する。特に求められた各画素の最適なオフセット電圧Ｖ０を記憶する。
なお、ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の時に、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加する画素毎の駆動電圧の値もメモリ６０に記憶されている。
【００４２】
図６は、以上に述べた調整装置５０の動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ６１：
調整する画素を選択し、測定を開始する。例えば、ＧＬＶ素子２３の図２〜図４に示した１画素分を調整する。
ステップＳ６２：
固定リボン素子電源５７より、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び隣接する画素の固定リボン素子３０に前述したオフセット電圧Ｖ１を印加し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０を距離ｂ変位させる。
ステップＳ６３：
可動リボン素子電源５８より、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにテストのオフセット電圧を印加し、変位させる。
【００４３】
ステップＳ６４：
光検出器５６により、回折光量を測定する。
ステップＳ６５：
調整対象となる画素について、十分な測定点数が得られていない時は、ステップＳ６３に戻って、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧を変えて、測定を繰り返す。
十分な測定点数が得られた場合は、ステップＳ６６に進む。
【００４４】
ステップＳ６６：
１画素についての測定結果を用いて、図７に示されている可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧と回折光量とのグラフを作成する。グラフにおいて、回折光量の最小点でのオフセット電圧は、調整対象となる画素の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの最適なオフセット電圧Ｖ０とする。
図７は、調整装置５０により測定される回折光量の結果の一例を示す図である。
横軸は可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧を表わし、縦軸は可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを含む画素からの回折光の光量を表わす。
図７に示すように、回折光量の最小点Ｘにおけるオフセット電圧を可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの最適なオフセット電圧Ｖ０とする。
若しくは、図７に示すように、回折光量がある許容範囲以下であれば良く、その許容範囲に対応するいずれの電圧値をオフセット電圧としても良い。
【００４５】
ステップＳ６７：
未測定の画素がある場合は、ステップＳ６１に戻り、次の画素を選択して、以上のような測定を繰り返す。
全部の画素に対して測定が終了した場合は、該ＧＬＶ素子２３の調整を終了する。
このようして、ＧＬＶ素子２３の各画素において可動リボン素子の最適なオフセット電圧が求められ、各画素における固定リボン素子のオフセット電圧と共に、データテーブルとしてメモリ６０に記憶される。
上記例においては、ＧＬＶ素子２３において、固定リボン素子が画素単位で独立に電圧を印加されるので、全固定リボン素子の段差の分散が最小となるよう、各画素間の電位を調整することにより、より必要な回折光を低減させることが可能となる。
【００４６】
このような得られたオフセット電圧をＧＬＶ素子２３に印加し、上記の画像表示装置２０において、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時の意図しない回折光を最小限に抑え、表示画面上のコントラストを大幅に向上できる。
本実施形態によれば、オフセット電圧を反射要素に印加し、反射要素を変位させることで隣接する反射要素、および隣接する画素間の反射要素において高低差のばらつきを低減することができる。これにより、ＯＦＦ状態における意図しない回折光を最小限に抑えることができる。
【００４７】
第２の実施形態
本実施形態のＧＬＶ素子と画像表示装置の基本構成は第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態において、ＧＬＶ素子と画像表示装置に第１の実施形態と同様の部分は記号を同じくし、説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態の調整装置は、ＧＬＶ素子２３において、画素毎にリボン素子間の段差を測定し、ＯＦＦ状態においてＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子の位置、いわゆる最小回折光基準位置を算出し、可動リボン素子をその位置に設置する。
【００４８】
本実施形態において、ＧＬＶ素子２３の任意の１つの画素において、隣接するリボン素子の高低差（または、段差）を、光干渉計測によりあらかじめ計測する。
図８は、本実施形態において、ＧＬＶ素子２３のリボン素子間の段差を測定し、ＯＦＦ状態でＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子の位置、いわゆる最小回折光基準位置を求める計測装置７０の構成の一例を示す図である。
図８に示されている計測装置７０は、調整対象となる図２に示されたＧＬＶ素子２３、干渉縞測定器７７、制御部７８、メモリ７９、固定リボン素子電源５７、可動リボン素子電源５８を有する。
干渉縞測定器７７は、光源７１、照明光学系７２、半透明鏡７３、光学基準面７４、受光部７５，及び表面高さ算出部７６を有する。
【００４９】
光源７１は、例えば、単色のコヒーレント光源である。
照明光学系７２は、光源７１からの光ビームを平行光に変換し、尚且つ、ビームスポットを十分小さくして、ＧＬＶ素子２３の高低凹凸のあるリボン素子表面に照射する。
ＧＬＶ素子２３に向かう光束は半透明鏡７３に分けられ、半分は上方の例えば鏡からなる光学基準面７４に照射し反射されて、半透明鏡７３を透過して受光部７５に入射する。一方、ＧＬＶ素子２３に向かう光束の他方の半分は、半透明鏡７３を透過し、ＧＬＶ素子２３に入射し、リボン素子の反射面に反射されて、さらに半透明鏡７３に反射されて、受光部７５に入射する。光学基準面７４で反射された光束とＧＬＶ素子２３の反射面で反射された光束の光路差が波長の整数倍の場合は、両光束は干渉する。
もし、半透明鏡７３において光学基準面７４の像７４ｂとＧＬＶ素子２３の反射面の表面が互いに平行であれば、ＧＬＶ素子２３のリボン素子間の予期せぬ回折光を生じさせる段差を形成する距離に対し２倍の光路差を生じ、等高線に沿った干渉縞を生じる。
【００５０】
受光部７５は、たとえば、光検出器であり、光の空間分布を測定することによって、干渉縞を検知する。受光部７５にてこの干渉縞を検出することで、ＧＬＶ素子２３のリボン素子がＯＦＦ状態において回折光を生じさせる段差を検出するこができる。
表面高さ算出部７６は、受光部７５が測定した干渉縞データを解析し、リボン素子の表面段差を求める。
また、受光部７５を一次元状のラインセンサとすることによってＧＬＶ素子２３の複数のリボンに渡り一括でその段差を計測することができる。
【００５１】
固定リボン素子電源５７は、図５に示す調整装置５０と同じように、固定リボン素子に画素毎にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子を変位させる。
可動リボン素子電源５８は、図５に示す調整装置５０と同じように、画素毎に可動リボン素子にオフセット電圧、または、駆動電圧を印加し、可動リボン素子を変位させる。
制御部７８は、計測装置７０の動作を制御し、例えば、固定リボン素子電源５７と可動リボン素子電源５８とをコントロールする。具体的に、可動リボン素子電源５８の出力する各画素のオフセット電圧の値を指示する。
メモリ７９は、制御部７８から出力されたデータを記憶する。また、制御部７８から転送された干渉測定器７７の出力データ、固定リボン素子電源５７、及び可動リボン素子電源５８の画素毎の出力電圧を記憶する。
【００５２】
図９は、以上に述べた計測装置７０の動作を説明するフローチャートである。ここで、図２に示したＧＬＶ素子２３の１画素に対して、隣接するリボン素子間の固有の段差を測定する。すなわち、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０に電圧を印加しない状態において、言い換えれば、図８において、固定リボン素子電源５７の出力はゼロ、可動リボン素子電源５８がＯＦＦであって、すべてのリボン素子が同電位の状態において、段差を測定する。
【００５３】
ステップＳ７１：
ＧＬＶ素子２３において、測定を行なう画素を選択し、測定を開始する。例えば、図２に示したＧＬＶ素子２３の１画素に対して測定を行なう。
ステップＳ７２：
図２に示した１画素において、測定を行なうために隣接する２つのリボン素子を選択する。最初は、例えば、固定リボン素子３０と可動リボン素子３１ａを選択する。
ステップＳ７３：
固定リボン素子３０と可動リボン素子３１ａの段差ｄ１−ｄ２を測定する。
【００５４】
ステップＳ７４：
次に測定する２つのリボン素子、ここで、可動リボン素子３１ａと固定リボン素子３２ａを選択し、ステップＳ７２に戻って、段差測定を繰り返し、段差ｄ２−ｄ３を得る。
このように、隣接する可動リボン素子と固定リボン素子３１ａと３２ａ、３２ａと３１ｂ、３１ｂと３２ｂ、３２ｂと３１ｃ、３１ｃと３２ｃの段差ｄ２−ｄ３、ｄ３−ｄ４、ｄ４−ｄ５、ｄ５−ｄ６、ｄ６−ｄ７が得られる。可動リボン素子３１ｃと固定リボン素子３２ｃについて測定を行なった後、同画素の全部のリボン素子が測定済みなので、ステップＳ７５に進む。
【００５５】
ステップＳ７５：
以上の測定されたリボン間の段差により、リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、２３ｂ、３１ｃ、３２ｃの相対的な位置関係が得られる。そして、固定リボン素子電源５７からオフセット電圧Ｖ１が印加される時は、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０の移動距離（変位量）ｂを求めることができる。
第１の実施形態で示したように、固定リボン素子と可動リボン素子との相対位置を調整するために、例えば、図３に示すように、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃをあらかじめある程度で下げる必要がある。また、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂは、すべての固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、同じ画素内の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより低い位置に設置される値にする。このような移動距離ｂの値は、上記の隣接するリボン素子間の段差の測定結果から見積ることができる。
見積もった移動距離ｂの値、および固定リボン素子に対して、移動距離ｂと印加した電圧の関係から、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃへのオフセット電圧Ｖ１が得られる。
【００５６】
ステップＳ７６：
以上の隣接リボン間の段差と移動距離ｂの結果から、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時に、ＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの移動位置（変位量）ｓを計算できる。
本実施形態では、この移動位置ｓを、図１０（ａ）と（ｂ）に示すように、画素内のリボン素子間の段差の２乗和を最小にする値とする。
なお、以上の演算を行なう前に、隣接リボン間の段差の測定結果を、各リボン素子に定義された位相基準面からの距離に換算する。
ステップＳ７７：
次に測定する画素を選択し、ステップＳ７１に戻って、次の画素内に隣接するリボン素子の段差の測定し、該画素において、固定リボン素子と可動リボン素子の移動距離ｂとｓを求める。
このように繰り返し、全部の画素に対して測定を行った後、段差測定を終了する。
【００５７】
このように、ＧＬＶ素子２３の全画素について、固定リボン素子の移動距離ｂと可動リボン素子の移動距離ｓが求められ、さらに、移動距離と印加する電圧の関係から、各画素における固定リボン素子へのオフセット電圧Ｖ１と可動リボン素子へのオフセット電圧Ｖ０が得られる。
このように得られた各画素のオフセット電圧の値は、メモリ７６に書き込まれ、ＧＬＶ素子２３を動作させる時に固定リボン素子と可動リボン素子に印加される。
【００５８】
以上のように、リボン素子の位置を修正した場合の、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時に発生した回折光の強度を計算した。
図１１は、リボン素子の位置を修正する前と修正した後のリボン素子の高さの変動を比較した図である。図中の実線がリボン位置修正前を示し、破線が修正後のリボン素子の変位を示す。
図１１において、横軸は、リボン素子の番号に相当し、縦軸はリボン素子の高さの変動を表わしている。
即ち、図１１は、６０リボン素子、あるいは、１０画素の結果を示している。
なお、最初に固定リボン素子に印加されるオフセット電圧により移動した距離は、全リボン素子を等位相ずらすだけであるため、図１１において、この部分を除去している。
リボン素子の位置を修正する前の計算結果においては、リボン素子の高さの変動がガウス分布であり、その分散σは、入射光の波長λの１／６００であると仮定している。
図１１において、固定リボン素子が不動、可動リボン素子は隣接３本が同距離ずつ修正されていることが判る。また、修正量が１／１０００λ程度と極めて僅かである。
【００５９】
図１２は、図１１に示すＧＬＶ素子２３においてリボン素子の位置を修正する前後のスクリーン２７上の回折光強度の計算結果を示す。なお、このとき、画像表示装置２０のスクリーン２７は暗状態、つまり、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態であるとする。
図１２において、横軸はリボンの位置を表わし、即ち、図１２は６０リボン素子、あるいは、１０画素の結果を示している。縦軸はＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時の、ＧＬＶ素子２３からの回折光の強度を表わしている。
図１１と同じように、リボン素子の位置を修正する前の計算結果においては、リボン素子の高さの変動がガウス分布であり、その分散σは、入射光の波長λの１／６００であると仮定している。
図１２に示すように、可動リボン素子の位置の僅かの修正により、暗状態において発生する回折光の最大のピークが約半分に抑制され、コントラスト比が大幅に改善された。
【００６０】
本実施形態によれば、隣接する可動リボン素子と固定リボン素子の段差を光干渉計測によりあらかじめ計測し、計測した値より、可動リボン素子と隣接する固定リボン素子との段差の二乗和が最小となるよう、画素単位で可動リボン素子の段差を調整する。それにより、リボン素子間の高さの分散を低減し、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦの時に、ＧＬＶ素子２３から射出される回折光の光量は大幅に低減され、コントラスト比を改善する。
特に、本実施形態の方法は、段差を求める時に画素間にまたがるので、リボン素子同士の干渉の影響を軽減するのに有効である。
【００６１】
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
上記実施形態で説明した画像表示装置、光回折変調素子調整装置は、一例であり、その構成の各種の変更が可能である。
例えば、以上説明した画像表示装置において、交互に隣接する固定リボン素子と可動リボン素子３組、６本のリボン素子が１画素を構成しているが、１組、２組、３組以上の画素構成において、本発明も適用できる。１画素が１組の固定リボン素子と可動リボン素子から構成される場合は、本発明の調整により、全画素のリボン素子の高さを揃えることになる。また、各リボン素子をブレーズ化（ブレーズ角を持つように傾ける）してもよい。これによって、射出される回折光を＋あるいは−のどちらか一方に集約することが可能となり、ダークレベルの向上および光利用効率の向上が可能となる。
【００６２】
上記例では、ＧＬＶ素子において、固定リボン素子が画素単位で独立に電圧を印加する構成となっているが、前述の可動リボン素子との高さの関係を満足すれば、全固定リボン素子を単一電位により駆動する構成としても良い。
また、上記実施形態の説明で、固定リボン素子をあらかじめ下げ、可動リボン素子の位置を微調整して、最適な位置を決めるようにしていたが、可動リボン素子を下げ、固定リボン素子の位置を微調整することが、本発明要旨の範囲を逸脱することではない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、画素間の反射要素の基板に対する距離の分散を低減し、不必要な回折光を最小化し、コントラストを向上する。これによる画像劣化を防ぐことができ、画像に発生する横縞状ノイズを低減し、画質の改善を促す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、補正を行なう前の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、固定リボン素子にオフセット電圧を印加した後の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、固定リボン素子と可動リボン素子にオフセット電圧を印加した後の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる光回折変調素子調整装置の構成の一例を示す図である。
【図６】図５に示す本発明の第１の実施形態にかかる調整装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図５に示す本発明の第１の実施形態にかかる調整装置による測定結果を例示する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる測定装置の構成の一例を示す図である。
【図９】図８に示す本発明の第２の実施形態にかかる測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態において、光回折変調素子の可動リボン素子の最適な移動距離を演算する方法を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態において、補正前と補正後の光回折変調素子のリボン素子の高低差を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態において、補正前と補正後の光回折変調素子における回折光光量の測定結果を示す図である。
【図１３】従来の技術にかかる光回折変調素子の構造を説明する模式図である。
【図１４】図１３に続いて、従来の技術にかかる光回折変調素子の動作を説明する模式図である。
【図１５】図１４に続いて、従来の技術にかかる光回折変調素子の動作を説明する模式図である。
【図１６】従来の技術にかかる光回折変調素子において、リボン素子間の段差により発生する問題を説明する図である。
【図１７】図１６に続いて、光回折変調素子において、リボン素子間の段差により発生する問題を説明する図である。
【符号の説明】
１、２…ＧＬＶ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…リボン素子、１２…共通電極、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…リボン素子、２０…画像表示装置、２１…光源、２２…照明光学系、２３…ＧＬＶ、２４ａ…対物レンズ、２４ｂ…投影レンズ、２５…空間フィルタ、２５ａ、２５ｂ…光透過部、２５ｃ…遮光部、２６…スキャンミラー、２７…スクリーン、２８ａ、２８ｃ…回折光、２８ｂ…反射光、２９ａ…固定リボン素子電源、２９ｂ…可動リボン素子電源、３０、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３…リボン素子、５０…調整装置、５１…光源、５２…照明光学系、５４ａ…対物レンズ、５４ｂ…投影レンズ、５５…フィルタ、５５ａ、５５ｂ…光透過部、５５ｃ…遮光部、５６…光検出器、５７…固定リボン素子電源、５８…可動リボン素子電源、５９…制御部、６０…メモリ、６１、６２…リボン素子、７０…調整装置、７１…光源、７２…照明光学系、７３…半透明鏡、７４…光学基準面、７５…受光部、７６…表面高さ算出部、７７…光干渉測定器、７８…制御部、７９…メモリ、ｂ…固定リボン移動距離、ｓ…可動リボン移動距離、Ｖ１…固定リボンオフセット電圧、Ｖ０…可動リボンオフセット電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、光回折変調装置、光回折変調素子調整装置、光回折変調素子調整方法および画像表示装置に関し、例えば、光を回折又は反射させる回折格子型光バルブなどの光回折変調素子を用いた二次元画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターやプリンターなどの画像形成装置において、画像の解像度を上げるには、一次元の画像表示素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、二次元画像を形成する方法が知られている（米国特許第５９８２５５３号）。一次元の画像表示素子として、米国Silicon Light Machine社が開発した回折ライトバルブ（GLV: grating light valve）が知られている（特許第３１６４８２４号、米国特許第５８４１５７９号）。
ＧＬＶは光の回折を利用したマイクロマシン位相反射型回折格子より成っている。ＧＬＶは光スイッチングの作用を有し、ＧＬＶを用いれば、光の階調を電気的にコントロールすることにより画像表示が可能となる。
一次元アレイ化されたＧＬＶを用いてスキャンミラーで走査され二次元画像を得られる。そのため、通常の二次元表示装置と比較して、ＧＬＶを用いた場合は、画面の縦方向の画素数は一次元アレイの画素数と同じになるが、横方向は少なくとも１画素幅あれば良いので、二次元画像表示に必要な画素（ピクセル）数は少なくて済む。また、ＧＬＶの光変調機能を発現する領域は、その寸法を小さく構成することが可能であり、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である。さらに、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
【０００３】
次に、図１３〜図１７を参照して、ＧＬＶの動作原理を簡単に説明する。
図１３は、一次元画像を表示するためのＧＬＶ画像素子の構造の一部を模式的に示す斜視図である。
図１３に示すように、ＧＬＶ素子１において、シリコン基板上のポリシリコン薄膜からなる共通電極１２の上に、共通電極１２と所定の間隔を保って、条帯状（ストリップ）のリボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄが形成されている。リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄは、上面に反射膜（不図示）が形成されており、反射部材として作用する。
ＧＬＶ素子１が動作する時は、リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが駆動電圧に応じて、反射面と直交する方向に移動可能であり、リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの反射面の高さ（たとえば、基板に対する距離）を変えられるが、リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは移動せず、同じ場所に位置し、それらの反射面の高さは不変である。
移動可能なリボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは可動リボン素子、移動しないリボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは固定リボン素子と呼ぶ。
【０００４】
リボン素子の代表的な寸法の一例として、例えば、リボン素子の幅は３〜４μｍ、隣接するリボン素子間ギャップは約０．６μｍ、リボン素子の長さは２００〜４００μｍ程度である。
複数のリボン素子が１セットで１つの画素（ピクセル）に用いることができる。例えば、図１３に示された隣接する６本のリボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃが１つの画素を表わすように用いることができる。この場合、１画素分の幅は約２５μｍである。
例えば、実用化されつつある１０８０画素を表示するＧＬＶにおいては、図１３の横方向に沿って、１０８０画素分のリボン素子が多数配置している。このようなＧＬＶは微細半導体製造技術で作製することができる。
【０００５】
ＧＬＶ素子１の動作は、リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄと共通電極１２との間に印加される電圧により階調制御される。図１４は、図１３においてＧＬＶ素子１の横方向の断面図であり、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへの電圧は印加されず、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接地されている。この状態はＧＬＶのＯＦＦ状態という。
可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの駆動電圧はゼロであるので、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが移動せず、すべてのリボン素子が共通電極１２から一定の距離を保ち、同じ平面に位置する。
この状態で照明光束が入射すると、各リボン素子１０ａ、１１ａ、１０ｂ、１１ｂ、１０ｃ、１１ｃ、１０ｄにおいて反射された各反射光束の全光路差は生じずに、０次（通常の反射方向）並びに後述の式（１）おいてｍ＝±２ｎ（ｎ＝自然数）となる回折光のみが生じる。本素子を用いたディスプレーデバイスでは１次回折光（上記式（１）においてｍ＝±１の場合の光）のみスクリーン上に集光する構成であるため、上記のＧＬＶのＯＦＦ状態は、画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。以下特段の記載の無い限り回折光とは式（１）においてｍ＝±１の場合の回折光を指す。
【０００６】
図１５においては、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接地されている。
図１５に示すように、駆動電圧が印加された可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが、静電力で共通電極１２側に引き下げられる。例えば、λ＝５３２ｎｍの入射光に対して、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがλ／４引き下げられ（λは、入射光の波長である）場合は、可動リボン素子の移動量はλ／４＝１３３ｎｍとなる。可動リボン素子の移動量はλ／４となるときは、１次光の回折効率が最大となる。
この状態では照明光束が入射すると、可動リボン素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで反射される光束と固定リボン素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで反射される光束間の全光路差は半波長（λ／２）となる。これにより、ＧＬＶが反射型回折格子として作用し、反射光束（０次光）同士は干渉して打ち消し合い、±１次光、±３次光など奇数次数を含む回折光が生じる。
その後、例えば、±１次光が光学系を経由して、スクリーンなどの表示画面に結像する。０次光は遮断されて、表示画面に到達しないように、光学系を構成する。
【０００７】
入射角度がθｉとなる平行光が上記のＯＮ状態のＧＬＶに入射し、変調され発生したｍ次の回折光の回折角度θｍは、次の式（１）で示される。
【０００８】
【数１】
sin(θm)= sin(θi)+(mλ/D) ・・・（１）
ここで、Ｄは図１５で示されたＧＬＶのリボン素子のピッチである。
入射光がＧＬＶ素子に対し垂直に入射し、また、入射された光がＧＬＶ素子において変調され、射出される回折光のうち強度の一番高い±１次光の場合は、θi＝０、ｍ＝１となるので、回折角度θ１は、次の式（２）となる。
【０００９】
【数２】
sin(θ1)= λ/D ・・・（２）
【００１０】
このような一次元画像表示素子ＧＬＶを用いた画像表示装置は、通常の二次元画像表示装置、例えば、液晶パネルなどを用いた投射型表示装置と比べて、ＧＬＶ自体に画素間の境界が存在しないため、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。さらに、三原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合することで、極めて広い、自然な色再現範囲の画像が表現できるなど、従来にない優れた表示性能を有している。例えば、ＧＬＶを用いた画像表示装置は、１０００：１以上の高コントラストを実現できることが期待されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に、例えば、１０８０画素のＧＬＶをスキャンして得た１０８０×１９２０画素の画像表示装置において、良好な画像表示を全画素で実現することは容易ではない。その理由は、製造プロセスの不完全さなどにより各リボン素子の高さにはｎｍ程度の不均一性が存在するので、１ＧＬＶ素子に含まれている１０８０画素にはバラツキがある。例えば、リボン素子をｎｍレベルで移動させる駆動信号の誤差によって生じるＧＬＶのＯＮ状態における可動リボン素子移動量のバラツキ、製造プロセスによって生じるＧＬＶのＯＦＦ状態におけるリボン素子高さのバラツキ、およびその他歪みなどの画質を劣化させる要因がある。この影響が特に暗状態の明るさに変動を生じさせる。
【００１２】
ＧＬＶ素子を微細半導体製造技術で製造する時は、ポリシリコンからなる共通電極の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）絶縁層が形成され、その絶縁層の上に約１μｍのポリシリコン中間層が形成される。中間層の上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）の帯状パターンを形成し、その上にアルミニウム導電層が形成されて、リボン素子を形成する。最後に、例えば、ＸｅＦ２ガスで中間層を除去して、ＧＬＶ素子が形成される。
このような製造プロセスにおいて、リボン素子の高さにばらつきが生じる。
【００１３】
図１６は、実際のＧＬＶ素子のＯＦＦ状態において、リボン素子高さの変動を模式的に示す概略断面図である。
図１６においては、可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへの電圧が印加されず、固定リボン素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２はＯＦＦ状態である。
図１６に示すように、ＧＬＶ素子２はＯＦＦ状態であるにも係わらず、例えば、製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２のリボン素子１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１３ｃ、１４ｃ、１３ｄが同じ平面に位置せず、数ｎｍ程度の僅かな高低差を生じている。
【００１４】
この状態で照明光束が入射すると、ＧＬＶ素子２の可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへ駆動電圧が印加されていない状態であっても、各リボン素子１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂ、１３ｃ、１４ｃ、１３ｄにおいて反射だけではなく、回折も起き、僅かな回折光を発生する。計算と実験結果に示されているように、リボン素子高さのｎｍ程度のバラツキでも、暗状態において画面上の各画素で光の強度の大きな変動を生じる。そのため、表示画面上にコントラスト比１０００：１前後の明暗の分布が生じる。
また、このようなＧＬＶ素子２を用いた画像表示装置においては、ＧＬＶ素子２を走査する際、意図しない明暗の横縞を形成し、人間のもつパターン認識能力が横筋をよく認識することから、顕著な画質の劣化となる。
【００１５】
図１７は、ＧＬＶ素子２のＯＮ状態において、リボン素子高さの変動を模式的に示す概略断面図である。
図１７においては、可動リボン素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄへ所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２がＯＮ状態である。
図１６に示されたように、例えば、上記製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２のリボン素子間に数ｎｍ程度の僅かな高低差がそのまま残った場合、ＯＦＦ状態においても不必要な回折光を発生し、表示画面上のコントラストを低下させる。
また、ＧＬＶ素子２がＯＮ状態の時は、上記製造プロセス起因するリボン素子の高低差により、例えば、同一の駆動信号においてもＯＦＦ状態に発生した高低差が残留し、よってＯＮ状態でもリボン素子の高低差を生じさせる要因となる。さらに、駆動信号自身にも誤差が存在するので、それもＯＮ状態のリボン素子の高低差を生じさせる。
【００１６】
画面上のこのような横縞を抑える方法として、画面全体の光量あるいは画像信号にオフセットを与える、画像信号に雑音を重畳する、または、更なるリボン素子の平坦化などの方法が考えられる。しかし、それぞれ画像の黒部分における画像の劣化、プロセスの複雑化につながるため、好ましい方法とは言えなかった。さらに、図１７に示すように、暗黒部分での画素間光量の変動（凹凸の変動）をもたらすリボン素子間の高低差は、可動リボン素子への電圧印加を行い、相当の回折光が生じている状態においても、リボン素子間の意図せぬ段差として残る。そのため、暗黒部分のみならず、画像を構成するすべての中間階調に対して光量の微小なずれを生み、ひいては画像に横縞として現れていた。
【００１７】
本発明は、このような課題を鑑みてなされ、その第１の目的は、ノイズとして発生した不必要な回折光を最小化し、画像劣化を防ぐことができる光回折変調装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、上記の不必要な回折光を最小化するように調整を行なう光回折変調素子調整装置とその方法を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、上記の光回折変調素子を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調装置は、それぞれ反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子と、前記第１の状態において存在する回折光に変調させる前記反射要素間の段差を低減させるように前記反射要素の基板に対する距離を調整する調整手段とを有する。
【００１９】
上記の本発明の光回折変調装置においては、第１の状態において存在する回折光に変調させる反射要素間の段差を低減させるように反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素間の高さの分散を低減する。
【００２０】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調素子調整装置は、それぞれに反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子の調整装置であって、前記隣接する反射要素の変位を調整する調整手段と、前記光回折変調素子に照射光を照射する光源と、前記光回折素子から射出された回折光の光量を測定する測定手段とを有し、前記調整手段は、第１の状態において存在する、回折光に変調させる前記反射要素間の段差を低減するように前記反射要素の前記基板に対する距離を調整する。
【００２１】
上記の本発明の光回折変調素子調整装置においては、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素間の高さの分散を低減する。
【００２２】
前記課題を解決するために、本発明の光回折変調素子調整方法は、反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子の調整方法であって、前記隣接する反射要素の一方を前記基板に対して任意の距離変位させる第１の工程と、前記隣接する反射要素の他方を前記基板に対して任意の距離変位させる第２の工程と、前記光回折変調素子に照射光を照射し、前記光回折変調素子からの射出光を測定する第３の工程と、他方の前記反射要素の変位量を調整して、前記第３の工程を繰り返し、前記第１の状態において存在する、回折光を生じさせる前記反射要素間の段差を低減する他方の前記反射要素の前記変位量を求める第４の工程とを有する。
【００２３】
上記の本発明の光回折変調素子調整方法においては、第１の状態において回折光を生じさせず、第２の状態において回折光を生じさせる光回折変調素子の調整方法であって、第１の状態において、隣接する反射要素の一方を任意の距離変位し、他方の反射要素を任意の距離変位し、光回折変調素子に照射光を照射し、光回折変調素子からの射出光を測定する。続いて、他方の反射要素の変位量を調節して、光回折変調素子からの射出光の測定を繰り返し、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の段差を低減する他方の反射要素の変位量を求める。
【００２４】
また、前記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、光源からの照射光を、１列に配置された複数の光回折変調素子に照射し、前記複数の光回折変調素子からの射出光が表示手段上に画像を形成する画像表示装置であって、
前記光回折変調素子は、それぞれ反射面を有する少なくとも２つの反射要素と、前記反射要素と対向する基板とを有し、第１の状態において、入射される光をほぼ反射し、第２の状態において、入射された光を回折光に変調する前記光回折変調素子と、前記第１の状態において存在する回折光を生じさせる前記反射要素間の段差を低減するように前記反射要素の前記基板に対する距離を調整する調整手段とを有する。
【００２５】
上記の本発明の画像表示装置においては、第１の状態において存在する回折光を生じさせる反射要素間の基板に対する距離を調整し、隣接する反射要素の高さの分散を低減する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して述べる。以下の各実施形態では、光回折変調素子の一例として回折ライトバルブ（ＧＬＶ）素子を用いる。
第１の実施形態
本実施形態の画像表示装置に光回折変調素子として用いられているＧＬＶ素子は、ＯＦＦ状態においてＧＬＶ素子からの回折光が最小となるように可動リボン素子が設置されている。その設置方法としては、画素単位で可動リボンに電圧を変動させながら印加し、その画素に対応する回折光が最小となる電圧をもって最小回折光基準位置とする。
【００２７】
図１は、本実施形態の画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。
図１に示されている画像表示装置２０は、光源２１、照明光学系２２、一次元画像素子ＧＬＶ素子２３、対物レンズ２４ａ、空間フィルタ２５、投影レンズ２４ｂ、スキャンミラー２６、スクリーン２７、固定リボン素子電源２９ａ、及び可動リボン素子電源２９ｂを有する。なお、本実施形態において、光回折変調素子に一例として、入射した入射光束を反射光あるいは回折光に変調する一次元画像素子ＧＬＶ素子（以下、ＧＬＶあるいはＧＬＶ素子という）を用いる。
光源２１は、例えば、半導体レーザのようなデバイスであり、三原色である赤、緑、及び青色の光束を射出する光源をそれぞれ含む。
照明光学系２２は、一次元画像素子ＧＬＶ素子２３の形状に合わせて、光源２１からの光ビームの断面の形状を変換して一次元画像素子ＧＬＶ素子２３に照射する。具体的に、照明光学系２２から射出された光束は、図１に示された一次元ＧＬＶ素子２３の羅列方向（紙面内の上下方向）と直交するように照射され、かつＧＬＶ素子２３の該羅列方向と直交する平面（図１において左右方向の平面）内において、一列に配置されたリボン素子の反射面に集光される。
リボン素子の反射面のサイズが小さいので、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と直交する平面内に、照明光学系２２から射出された光束は、リボン素子の反射面におけるビームスポットが十分小さいものでなければならない。
【００２８】
ＧＬＶ素子２３は、例えば１０８０画素が一次元に配列されており、表示する画像に対応する駆動電圧の印加によって階調動作し、入射した照明光を反射又は回折し、反射光、又は、回折光を射出する。また、ＧＬＶ素子は少なくとも基板と基板と所定の間隔を隔てて対向する反射要素を有する。以下、反射要素をリボン素子という。
ＧＬＶ素子２３は、第１の状態において、たとえば、隣接する反射要素が略同一平面に配置され、照明光学系２２から入射された光をほぼ反射する。本実施形態において、上記の第１の状態をＧＬＶ素子のＯＦＦ状態という。また、第２の状態において、隣接する反射要素の一方が基板に対する距離を変位させ、他方の反射要素と所定の距離離間された段差を形成する。入射された光は回折作用により±１次回折光などの回折光２８ａ、２８ｃが射出され、０次光２８ｂと異なる各方向に進行する。本実施形態において上記の第２の状態をＧＬＶ素子のＯＮ状態という。ここで、本実施形態においては、基板と平行に形成された各反射要素を用い、ＯＦＦ状態において略同一平面を形成しているが、基板に対して各反射要素が所定の角度を有していてもよい。また、第１の状態において、上記のように、反射光の光路差が０となるような反射要素が略同一平面を形成する状態以外にも、光路差が入射波長λの整数倍になるように、つまりλ／４の偶数倍の段差を反射要素間において形成してもよい。さらに、第２の状態において形成される反射要素間の段差は、λ／４の奇数倍であればよい。
対物レンズ２４ａは、ＧＬＶ素子２３からの射出された反射光２８ｂ、又は、回折光２８ａ、２８ｃを平行光に変換して、空間フィルタ２５に照射する。
対物レンズ２４ａから射出された平行光に含まれている±１次回折光２８ａ、２８ｃが空間フィルタ２５を透過し、対物レンズ２４ａから射出された反射光又は０次光２８ｂが空間フィルタ２５に遮蔽される。
透過した±１次回折光２８ａ、２８ｃはさらに投影レンズ２４ｂによってスクリーン２７上に像を結ぶように結像され、途中設けられたスキャンミラー２６によって走査され逐次的に一次元画像より二次元画像への展開が行われ二次元の画像を形成する。スキャンミラー２６は、例えば、ガルバノミラーである。
【００２９】
固定リボン素子電源２９ａは、固定リボン素子（例えば、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）の各画素毎にオフセット電圧を印加し、後述の共通電極に対して任意の距離変位させる。このように、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において固定リボン素子の位置を調整する調整手段として働く。
可動リボン素子電源２９ｂは、可動リボン素子（たとえば、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の各画素毎にオフセット電圧を印加し、後述の共通電極に対して任意の距離変位させる。このように、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態およびＯＮ状態において可動リボン素子を調整する調整手段として働く。また、電圧を印加して可動リボン素子を変位させ、固定リボン素子と所定の距離離間させ、段差を形成させる。このように、可動リボン素子電源２９ｂは、変位手段（駆動手段）としても働く。具体的には、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の各画素毎に独立にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子と可動リボン素子の相対位置を最適化する。ＧＬＶ素子２３をＯＮ状態にする時は、可動リボン素子電源２９ｂは、前述のＯＦＦ状態における画素毎のオフセット電圧の値から可動リボン素子の各画素毎に所定の駆動電圧を算出し、これを印加する。算出方法に関しては各画素における電圧と回折光量の関係をテーブルの形で保持するか、あるいはオフセット電圧、並びに所定の回折光の強度が最大となるように印加される電圧など電圧と回折光量の間を記述する近似的関数のパラメータをあらかじめ持ち合わせ本パラメータを基に駆動電圧を算出することによりこれを行なう。
【００３０】
図２は、本実施形態にかかる画像表示装置２０に用いられたＧＬＶ素子２３の構造を示す断面図である。
図２に示すように、本実施形態において、一次元ＧＬＶ素子２３の１画素（ピクセル）は、複数の反射要素から構成されている。複数の反射要素として、たとえば、６本のリボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃで構成されている。各リボン素子は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）の表面にアルミニウム膜が形成された構造を有し、アルミニウム膜は反射要素の導電層および反射面となる。ここで、例えば、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが可動リボン素子、リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは固定リボン素子である。リボン素子３０は、左側に隣接する画素の固定リボン素子、リボン素子３３は、右側に隣接する画素の可動リボン素子である。なお、本実施形態において、反射要素を条帯状のリボン素子としているが、反射要素の形状はこれに限定されない。
また、ＧＬＶ素子２３の基板として、リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃに対向して、図１３〜１８に示した共通電極１２が配置されている。
【００３１】
共通電極１２と可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの間に駆動電圧を印加し、電位差を有する（ＯＮ状態）と静電気力により可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが変位して共通電極１２側に引き下げられ、固定リボン素子との間に段差を形成する。その引き下げの距離により、反射型回折格子が形成され、ＧＬＶ素子に入射した入射光束は回折光に変調される。変調された回折光は、図１に示された空間フィルタ２５で分離される。このように、ＧＬＶ素子２３は、光回折変調素子として動作する。
空間フィルタ２５は、リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに駆動電圧を印加する時に最も効率よく発生する１次回折光を損失せずに通過させ、０次光、２次光などの回折光は十分遮蔽し、最大のコントラストが得られるように設計されている。
【００３２】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合に、ＧＬＶ素子２３に照射された照明光束は回折されて、０次光及び±１次光などの回折光が射出される。回折作用により、０次光の強度はＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合の反射光より低くなり、±１次回折光などの回折光の強度が高くなる。
各次の回折光は、式（１）に示しているように、照明光束の波長とＧＬＶ素子２３のピッチにより決定される角度方向に回折されて、０次光、及び±１次回折光などの回折光光束がそれぞれ異なる各方向に進行し、空間フィルタ２５の遮光部２５ｃ、光透過部２５ａ、２５ｂに入射する。
【００３３】
図２においては、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３３への電圧は印加されず、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが接地されている。即ち、ＧＬＶ素子２３はＯＦＦ状態である。このとき、可動リボン素子と固定リボン素子との間に段差は生じず、略同一平面を形成し、ＧＬＶ素子２３に入射された入射光束はほぼ反射される。
しかし、図２に示すように、ＯＦＦ状態であっても、ＧＬＶ素子２３は、例えば、製造プロセス起因などによりＧＬＶ素子２３のリボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３が同じ平面に位置せず、数ｎｍ程度の僅かな高低差を生じる。このとき入射光の位相が一定である任意の場所を位相基準面として、リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３の該位相基準面までの距離をそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８とする。
【００３４】
照明光束がＧＬＶ素子２３に入射すると、上記のリボン素子の基板に対する距離（リボン素子高さ）のばらつきにより、ＯＦＦ状態であっても、各リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３３において僅かな回折光を発生する。このため、暗画面上に各画素の光強度の変動を生じ、意図しない明暗の横縞状ノイズを形成し、顕著な画質の劣化となる。
さらに、リボン素子の高さのばらつきは、可動リボン素子へ電圧を印加し、相当の回折光が生じている状態においても、リボン素子間の意図せぬ段差として残るため、暗黒部分のみならず、画像を構成するすべての中間階調に対して光量の微小なずれを生じる。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、ＧＬＶ素子２３の１画素を構成する、リボン素子３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃの位置を最適化することによって、上記意図しない回折光を最小限に抑える調整方法と調整装置について説明する。このような調整は、ＧＬＶ素子２３が動作する前に、例えば、製造段階であらかじめ行なうことが好ましい。
まずは、画素単位で、固定リボン素子に所定のオフセット電圧を印加し、共通電極に接近する方向に変位させる。
図３は、本実施形態にかかるＧＬＶ光回折変調素子において、固定リボン素子にオフセット電圧を印加した後の、リボン素子の配置を示す図である。
図３において、普段移動しない固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃに、所定のオフセット電圧Ｖ１を印加し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを共通電極１２に接近する方向に変位させる。即ち、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを下げる。移動距離はｂで表わす。
【００３６】
全てのリボンに電圧が印加されていない状況においてはリボン間の製造バラツキによる高低差は偶発的に生じる。そのため、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより高い位置（共通電極から離れた位置）に座位することがよく起こる。また、リボン素子は静電気力により共通電極に引き寄せられる構造となっているため、可動リボン素子への電圧印加のみでは固定リボン素子と可動リボン素子の段差の相対位置を調整することが出来ない場合が生じる。
そこで固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃを変位させることによって、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃとの相対位置の調整が可能になり、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃと可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの位置の最適化が可能になる。
このとき、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂは、すべての固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、同じ画素内の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより低い位置に設置されるような値にすることが望ましい。図３は、その様子を示している。
図３において、可動リボン素子３１ａと固定リボン素子３２ｃの間の境界線は、請求項１０での「分離平面」に対応する。
固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂを求めるには、同画素内の固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃと可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの位置をλ／１００程度の精度で知ることが望ましい。それは、例えば、光干渉などの方法で、必要な精度で測定することが可能である。
【００３７】
続いて、固定リボン素子にオフセット電圧Ｖ１を印加した状態で、同じ画素単位内の可動リボン素子にオフセット電圧Ｖ０を印加し、最適な可動リボン素子の位置とオフセット電圧の値を確定し、上記意図しない回折光を最小限に抑える。図４は、本実施形態にかかるＧＬＶ光回折変調素子において、可動リボン素子にオフセット電圧Ｖ０を印加した後の、リボン素子の配置を示す図である。
図４において、図３の状態の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにオフセット電圧Ｖ０を印加し、これによって、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは距離ｓを変位された。
オフセット電圧の値Ｖ０、あるいは、最適な移動距離ｓの値は、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加するオフセット電圧を変動し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃの高さの近傍に可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを変位させる。この工程を繰り返し、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において射出した上記意図しない回折光を最小限に抑えるようなオフセット電圧、あるいは、移動距離（変位量）を求め、最適なオフセット電圧の値Ｖ０、あるいは、最適な移動距離（変位量）ｓとする。
ＧＬＶ素子２３において、他の画素についても同じように処理する。
【００３８】
図５は、本実施形態において、ＧＬＶ素子２３の各画素の可動リボン素子に印加される最適なオフセット電圧を測定する光回折変調素子調整装置の構成の一例を示す図である。
図５に示されている調整装置５０は、光源５１、照明光学系５２、調整対象となるＧＬＶ素子２３、対物レンズ５４ａ、フィルタ５５、投影レンズ５４ｂ、光検出器５６、固定リボン素子電源５７、可動リボン素子電源５８、制御部５９、メモリ６０を有する。
【００３９】
光源５１は、例えば、半導体レーザなどからなる単色のコヒーレント光源である。
照明光学系５２は、光源５１からの光ビーム断面の形状を変換して一次元画像素子ＧＬＶ素子２３に画素毎に照射する。具体的に、照明光学系５２から射出された光束は、図５に示された一次元ＧＬＶ素子２３の羅列方向（紙面内の上下方向）と直交するように照射され、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と直交する平面（図５において左右方向の平面）内において、一列に配置されたリボン素子の反射面に集光される。
１画素のリボン素子のサイズが小さいので、ＧＬＶ素子２３の羅列方向と垂直する平面内に照明光学系５２から射出された光束は、リボン素子の反射面において、ビームスポットが十分小さいものでなければならない。
固定リボン素子電源５７は、固定リボン素子の各画素毎にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子の変位を調整する調整手段として作用する。例えば、上記したオフセット電圧Ｖ１を固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃに印加する。可動リボン素子電源５８は、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の画素毎にオフセット電圧を印加して、可動リボン素子の変位を調整し、ＧＬＶ素子２３をＯＮ状態にする時は、可動リボン素子（例えば、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の画素毎に所定の駆動電圧を印加して、可動リボン素子を変位させる。つまり、調整手段および駆動手段として作用する。
これによりＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態において、略同一平面に配置されたリボン素子の上記数ｎｍ程度の高さのばらつきにより、ＧＬＶ素子２３から発生する意図しない回折光を最小化することが可能となる。
【００４０】
対物レンズ５４ａは、ＧＬＶ素子２３の各画素からの射出光が形成する像を平行光に変換し、フィルタ５５に入射させる。
フィルタ５５は、対物レンズ５４ａからの回折光を光透過部５５ａと５５ｂで通過させ、反射光又は０次光を遮光部５５ｃで遮蔽する。透過した±１次回折光は投影レンズ５４ｂによって拡大し光検出器５６へ入射する。
光検出器５６は、入射された回折光を測定し、回折光の光量を得て、制御部５９に出力する。
【００４１】
制御部５９は、固定リボン素子電源５７と可動リボン素子電源５８とをコントロールし、例えば、可動リボン素子電源５８の出力する各画素のオフセット電圧の値を指示する。可動リボン素子電源５８は、制御部５９の指示により各画素に対するオフセット電圧の出力を変動し、該画素からの回折光が最小となるオフセット電圧Ｖ０を決める。
メモリ６０は、制御部５９から、固定リボン素子電源５７、及び可動リボン素子電源５８の画素毎の出力電圧と、光検出器５６が測定した各画素からの回折光量を受けて記憶する。特に求められた各画素の最適なオフセット電圧Ｖ０を記憶する。
なお、ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の時に、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加する画素毎の駆動電圧の値もメモリ６０に記憶されている。
【００４２】
図６は、以上に述べた調整装置５０の動作を説明するフローチャートである。
ステップＳ６１：
調整する画素を選択し、測定を開始する。例えば、ＧＬＶ素子２３の図２〜図４に示した１画素分を調整する。
ステップＳ６２：
固定リボン素子電源５７より、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び隣接する画素の固定リボン素子３０に前述したオフセット電圧Ｖ１を印加し、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０を距離ｂ変位させる。
ステップＳ６３：
可動リボン素子電源５８より、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにテストのオフセット電圧を印加し、変位させる。
【００４３】
ステップＳ６４：
光検出器５６により、回折光量を測定する。
ステップＳ６５：
調整対象となる画素について、十分な測定点数が得られていない時は、ステップＳ６３に戻って、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧を変えて、測定を繰り返す。
十分な測定点数が得られた場合は、ステップＳ６６に進む。
【００４４】
ステップＳ６６：
１画素についての測定結果を用いて、図７に示されている可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧と回折光量とのグラフを作成する。グラフにおいて、回折光量の最小点でのオフセット電圧は、調整対象となる画素の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの最適なオフセット電圧Ｖ０とする。
図７は、調整装置５０により測定される回折光量の結果の一例を示す図である。
横軸は可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに印加したオフセット電圧を表わし、縦軸は可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを含む画素からの回折光の光量を表わす。
図７に示すように、回折光量の最小点Ｘにおけるオフセット電圧を可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの最適なオフセット電圧Ｖ０とする。
若しくは、図７に示すように、回折光量がある許容範囲以下であれば良く、その許容範囲に対応するいずれの電圧値をオフセット電圧としても良い。
【００４５】
ステップＳ６７：
未測定の画素がある場合は、ステップＳ６１に戻り、次の画素を選択して、以上のような測定を繰り返す。
全部の画素に対して測定が終了した場合は、該ＧＬＶ素子２３の調整を終了する。
このようして、ＧＬＶ素子２３の各画素において可動リボン素子の最適なオフセット電圧が求められ、各画素における固定リボン素子のオフセット電圧と共に、データテーブルとしてメモリ６０に記憶される。
上記例においては、ＧＬＶ素子２３において、固定リボン素子が画素単位で独立に電圧を印加されるので、全固定リボン素子の段差の分散が最小となるよう、各画素間の電位を調整することにより、より必要な回折光を低減させることが可能となる。
【００４６】
このような得られたオフセット電圧をＧＬＶ素子２３に印加し、上記の画像表示装置２０において、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時の意図しない回折光を最小限に抑え、表示画面上のコントラストを大幅に向上できる。
本実施形態によれば、オフセット電圧を反射要素に印加し、反射要素を変位させることで隣接する反射要素、および隣接する画素間の反射要素において高低差のばらつきを低減することができる。これにより、ＯＦＦ状態における意図しない回折光を最小限に抑えることができる。
【００４７】
第２の実施形態
本実施形態のＧＬＶ素子と画像表示装置の基本構成は第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態において、ＧＬＶ素子と画像表示装置に第１の実施形態と同様の部分は記号を同じくし、説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態の調整装置は、ＧＬＶ素子２３において、画素毎にリボン素子間の段差を測定し、ＯＦＦ状態においてＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子の位置、いわゆる最小回折光基準位置を算出し、可動リボン素子をその位置に設置する。
【００４８】
本実施形態において、ＧＬＶ素子２３の任意の１つの画素において、隣接するリボン素子の高低差（または、段差）を、光干渉計測によりあらかじめ計測する。
図８は、本実施形態において、ＧＬＶ素子２３のリボン素子間の段差を測定し、ＯＦＦ状態でＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子の位置、いわゆる最小回折光基準位置を求める計測装置７０の構成の一例を示す図である。
図８に示されている計測装置７０は、調整対象となる図２に示されたＧＬＶ素子２３、干渉縞測定器７７、制御部７８、メモリ７９、固定リボン素子電源５７、可動リボン素子電源５８を有する。
干渉縞測定器７７は、光源７１、照明光学系７２、半透明鏡７３、光学基準面７４、受光部７５，及び表面高さ算出部７６を有する。
【００４９】
光源７１は、例えば、単色のコヒーレント光源である。
照明光学系７２は、光源７１からの光ビームを平行光に変換し、尚且つ、ビームスポットを十分小さくして、ＧＬＶ素子２３の高低凹凸のあるリボン素子表面に照射する。
ＧＬＶ素子２３に向かう光束は半透明鏡７３に分けられ、半分は上方の例えば鏡からなる光学基準面７４に照射し反射されて、半透明鏡７３を透過して受光部７５に入射する。一方、ＧＬＶ素子２３に向かう光束の他方の半分は、半透明鏡７３を透過し、ＧＬＶ素子２３に入射し、リボン素子の反射面に反射されて、さらに半透明鏡７３に反射されて、受光部７５に入射する。光学基準面７４で反射された光束とＧＬＶ素子２３の反射面で反射された光束の光路差が波長の整数倍の場合は、両光束は干渉する。
もし、半透明鏡７３において光学基準面７４の像７４ｂとＧＬＶ素子２３の反射面の表面が互いに平行であれば、ＧＬＶ素子２３のリボン素子間の予期せぬ回折光を生じさせる段差を形成する距離に対し２倍の光路差を生じ、等高線に沿った干渉縞を生じる。
【００５０】
受光部７５は、たとえば、光検出器であり、光の空間分布を測定することによって、干渉縞を検知する。受光部７５にてこの干渉縞を検出することで、ＧＬＶ素子２３のリボン素子がＯＦＦ状態において回折光を生じさせる段差を検出するこができる。
表面高さ算出部７６は、受光部７５が測定した干渉縞データを解析し、リボン素子の表面段差を求める。
また、受光部７５を一次元状のラインセンサとすることによってＧＬＶ素子２３の複数のリボンに渡り一括でその段差を計測することができる。
【００５１】
固定リボン素子電源５７は、図５に示す調整装置５０と同じように、固定リボン素子に画素毎にオフセット電圧を印加し、固定リボン素子を変位させる。
可動リボン素子電源５８は、図５に示す調整装置５０と同じように、画素毎に可動リボン素子にオフセット電圧、または、駆動電圧を印加し、可動リボン素子を変位させる。
制御部７８は、計測装置７０の動作を制御し、例えば、固定リボン素子電源５７と可動リボン素子電源５８とをコントロールする。具体的に、可動リボン素子電源５８の出力する各画素のオフセット電圧の値を指示する。
メモリ７９は、制御部７８から出力されたデータを記憶する。また、制御部７８から転送された干渉測定器７７の出力データ、固定リボン素子電源５７、及び可動リボン素子電源５８の画素毎の出力電圧を記憶する。
【００５２】
図９は、以上に述べた計測装置７０の動作を説明するフローチャートである。ここで、図２に示したＧＬＶ素子２３の１画素に対して、隣接するリボン素子間の固有の段差を測定する。すなわち、可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０に電圧を印加しない状態において、言い換えれば、図８において、固定リボン素子電源５７の出力はゼロ、可動リボン素子電源５８がＯＦＦであって、すべてのリボン素子が同電位の状態において、段差を測定する。
【００５３】
ステップＳ７１：
ＧＬＶ素子２３において、測定を行なう画素を選択し、測定を開始する。例えば、図２に示したＧＬＶ素子２３の１画素に対して測定を行なう。
ステップＳ７２：
図２に示した１画素において、測定を行なうために隣接する２つのリボン素子を選択する。最初は、例えば、固定リボン素子３０と可動リボン素子３１ａを選択する。
ステップＳ７３：
固定リボン素子３０と可動リボン素子３１ａの段差ｄ１−ｄ２を測定する。
【００５４】
ステップＳ７４：
次に測定する２つのリボン素子、ここで、可動リボン素子３１ａと固定リボン素子３２ａを選択し、ステップＳ７２に戻って、段差測定を繰り返し、段差ｄ２−ｄ３を得る。
このように、隣接する可動リボン素子と固定リボン素子３１ａと３２ａ、３２ａと３１ｂ、３１ｂと３２ｂ、３２ｂと３１ｃ、３１ｃと３２ｃの段差ｄ２−ｄ３、ｄ３−ｄ４、ｄ４−ｄ５、ｄ５−ｄ６、ｄ６−ｄ７が得られる。可動リボン素子３１ｃと固定リボン素子３２ｃについて測定を行なった後、同画素の全部のリボン素子が測定済みなので、ステップＳ７５に進む。
【００５５】
ステップＳ７５：
以上の測定されたリボン間の段差により、リボン素子３０、３１ａ、３２ａ、３１ｂ、２３ｂ、３１ｃ、３２ｃの相対的な位置関係が得られる。そして、固定リボン素子電源５７からオフセット電圧Ｖ１が印加される時は、固定リボン素子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３０の移動距離（変位量）ｂを求めることができる。
第１の実施形態で示したように、固定リボン素子と可動リボン素子との相対位置を調整するために、例えば、図３に示すように、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃをあらかじめある程度で下げる必要がある。また、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの移動距離ｂは、すべての固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃが、同じ画素内の可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃより低い位置に設置される値にする。このような移動距離ｂの値は、上記の隣接するリボン素子間の段差の測定結果から見積ることができる。
見積もった移動距離ｂの値、および固定リボン素子に対して、移動距離ｂと印加した電圧の関係から、固定リボン素子３０、３２ａ、３２ｂ、３２ｃへのオフセット電圧Ｖ１が得られる。
【００５６】
ステップＳ７６：
以上の隣接リボン間の段差と移動距離ｂの結果から、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時に、ＧＬＶ素子２３からの回折光を最小にする可動リボン素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの移動位置（変位量）ｓを計算できる。
本実施形態では、この移動位置ｓを、図１０（ａ）と（ｂ）に示すように、画素内のリボン素子間の段差の２乗和を最小にする値とする。
なお、以上の演算を行なう前に、隣接リボン間の段差の測定結果を、各リボン素子に定義された位相基準面からの距離に換算する。
ステップＳ７７：
次に測定する画素を選択し、ステップＳ７１に戻って、次の画素内に隣接するリボン素子の段差の測定し、該画素において、固定リボン素子と可動リボン素子の移動距離ｂとｓを求める。
このように繰り返し、全部の画素に対して測定を行った後、段差測定を終了する。
【００５７】
このように、ＧＬＶ素子２３の全画素について、固定リボン素子の移動距離ｂと可動リボン素子の移動距離ｓが求められ、さらに、移動距離と印加する電圧の関係から、各画素における固定リボン素子へのオフセット電圧Ｖ１と可動リボン素子へのオフセット電圧Ｖ０が得られる。
このように得られた各画素のオフセット電圧の値は、メモリ７６に書き込まれ、ＧＬＶ素子２３を動作させる時に固定リボン素子と可動リボン素子に印加される。
【００５８】
以上のように、リボン素子の位置を修正した場合の、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時に発生した回折光の強度を計算した。
図１１は、リボン素子の位置を修正する前と修正した後のリボン素子の高さの変動を比較した図である。図中の実線がリボン位置修正前を示し、破線が修正後のリボン素子の変位を示す。
図１１において、横軸は、リボン素子の番号に相当し、縦軸はリボン素子の高さの変動を表わしている。
即ち、図１１は、６０リボン素子、あるいは、１０画素の結果を示している。
なお、最初に固定リボン素子に印加されるオフセット電圧により移動した距離は、全リボン素子を等位相ずらすだけであるため、図１１において、この部分を除去している。
リボン素子の位置を修正する前の計算結果においては、リボン素子の高さの変動がガウス分布であり、その分散σは、入射光の波長λの１／６００であると仮定している。
図１１において、固定リボン素子が不動、可動リボン素子は隣接３本が同距離ずつ修正されていることが判る。また、修正量が１／１０００λ程度と極めて僅かである。
【００５９】
図１２は、図１１に示すＧＬＶ素子２３においてリボン素子の位置を修正する前後のスクリーン２７上の回折光強度の計算結果を示す。なお、このとき、画像表示装置２０のスクリーン２７は暗状態、つまり、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態であるとする。
図１２において、横軸はリボンの位置を表わし、即ち、図１２は６０リボン素子、あるいは、１０画素の結果を示している。縦軸はＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の時の、ＧＬＶ素子２３からの回折光の強度を表わしている。
図１１と同じように、リボン素子の位置を修正する前の計算結果においては、リボン素子の高さの変動がガウス分布であり、その分散σは、入射光の波長λの１／６００であると仮定している。
図１２に示すように、可動リボン素子の位置の僅かの修正により、暗状態において発生する回折光の最大のピークが約半分に抑制され、コントラスト比が大幅に改善された。
【００６０】
本実施形態によれば、隣接する可動リボン素子と固定リボン素子の段差を光干渉計測によりあらかじめ計測し、計測した値より、可動リボン素子と隣接する固定リボン素子との段差の二乗和が最小となるよう、画素単位で可動リボン素子の段差を調整する。それにより、リボン素子間の高さの分散を低減し、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦの時に、ＧＬＶ素子２３から射出される回折光の光量は大幅に低減され、コントラスト比を改善する。
特に、本実施形態の方法は、段差を求める時に画素間にまたがるので、リボン素子同士の干渉の影響を軽減するのに有効である。
【００６１】
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
上記実施形態で説明した画像表示装置、光回折変調素子調整装置は、一例であり、その構成の各種の変更が可能である。
例えば、以上説明した画像表示装置において、交互に隣接する固定リボン素子と可動リボン素子３組、６本のリボン素子が１画素を構成しているが、１組、２組、３組以上の画素構成において、本発明も適用できる。１画素が１組の固定リボン素子と可動リボン素子から構成される場合は、本発明の調整により、全画素のリボン素子の高さを揃えることになる。また、各リボン素子をブレーズ化（ブレーズ角を持つように傾ける）してもよい。これによって、射出される回折光を＋あるいは−のどちらか一方に集約することが可能となり、ダークレベルの向上および光利用効率の向上が可能となる。
【００６２】
上記例では、ＧＬＶ素子において、固定リボン素子が画素単位で独立に電圧を印加する構成となっているが、前述の可動リボン素子との高さの関係を満足すれば、全固定リボン素子を単一電位により駆動する構成としても良い。
また、上記実施形態の説明で、固定リボン素子をあらかじめ下げ、可動リボン素子の位置を微調整して、最適な位置を決めるようにしていたが、可動リボン素子を下げ、固定リボン素子の位置を微調整することが、本発明要旨の範囲を逸脱することではない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、画素間の反射要素の基板に対する距離の分散を低減し、不必要な回折光を最小化し、コントラストを向上する。これによる画像劣化を防ぐことができ、画像に発生する横縞状ノイズを低減し、画質の改善を促す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、補正を行なう前の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、固定リボン素子にオフセット電圧を印加した後の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、固定リボン素子と可動リボン素子にオフセット電圧を印加した後の光回折変調素子を構成するリボン素子の配置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる光回折変調素子調整装置の構成の一例を示す図である。
【図６】図５に示す本発明の第１の実施形態にかかる調整装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図５に示す本発明の第１の実施形態にかかる調整装置による測定結果を例示する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる測定装置の構成の一例を示す図である。
【図９】図８に示す本発明の第２の実施形態にかかる測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態において、光回折変調素子の可動リボン素子の最適な移動距離を演算する方法を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態において、補正前と補正後の光回折変調素子のリボン素子の高低差を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態において、補正前と補正後の光回折変調素子における回折光光量の測定結果を示す図である。
【図１３】従来の技術にかかる光回折変調素子の構造を説明する模式図である。
【図１４】図１３に続いて、従来の技術にかかる光回折変調素子の動作を説明する模式図である。
【図１５】図１４に続いて、従来の技術にかかる光回折変調素子の動作を説明する模式図である。
【図１６】従来の技術にかかる光回折変調素子において、リボン素子間の段差により発生する問題を説明する図である。
【図１７】図１６に続いて、光回折変調素子において、リボン素子間の段差により発生する問題を説明する図である。
【符号の説明】
１、２…ＧＬＶ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…リボン素子、１２…共通電極、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…リボン素子、２０…画像表示装置、２１…光源、２２…照明光学系、２３…ＧＬＶ、２４ａ…対物レンズ、２４ｂ…投影レンズ、２５…空間フィルタ、２５ａ、２５ｂ…光透過部、２５ｃ…遮光部、２６…スキャンミラー、２７…スクリーン、２８ａ、２８ｃ…回折光、２８ｂ…反射光、２９ａ…固定リボン素子電源、２９ｂ…可動リボン素子電源、３０、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３３…リボン素子、５０…調整装置、５１…光源、５２…照明光学系、５４ａ…対物レンズ、５４ｂ…投影レンズ、５５…フィルタ、５５ａ、５５ｂ…光透過部、５５ｃ…遮光部、５６…光検出器、５７…固定リボン素子電源、５８…可動リボン素子電源、５９…制御部、６０…メモリ、６１、６２…リボン素子、７０…調整装置、７１…光源、７２…照明光学系、７３…半透明鏡、７４…光学基準面、７５…受光部、７６…表面高さ算出部、７７…光干渉測定器、７８…制御部、７９…メモリ、ｂ…固定リボン移動距離、ｓ…可動リボン移動距離、Ｖ１…固定リボンオフセット電圧、Ｖ０…可動リボンオフセット電圧
Claims (5)
- 共通電極と、反射面を有し、前記共通電極と所定の間隔を隔てて対向し前記共通電極の平面に平行な方向に並ぶ複数の反射要素とを有し、第１の状態において、前記共通電極と前記反射要素とが同電位であり、入射される光を反射し、第２の状態において、前記共通電極と隣接する前記反射要素の一方である第１反射要素とが同電位であり、前記共通電極と隣接する前記反射要素の他方である第２反射要素との間に電圧が印加されて、前記第２反射要素が前記共通電極側に変位して、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子と、
前記第１の状態において、前記複数の反射要素から構成される画素単位ごとに前記第２反射要素より前記第１反射要素の方が前記共通電極との距離が短くなるように決定された前記第１反射要素に印加する前記第１オフセット電圧を印加して前記第１反射要素を変位させ、前記第１オフセット電圧を印加した状態において、前記光回折変調素子に光を入射させることにより生じる回折光の光量が最小となるように決定された前記第２反射要素に印加する前記第２オフセット電圧を印加して前記第２反射要素を変位させて、前記第１及び第２反射要素の前記共通電極に対する距離を調整する調整部と
を有する光回折変調装置。 - 共通電極と、反射面を有し、前記共通電極と所定の間隔を隔てて対向し前記共通電極の平面に平行な方向に並ぶ複数の反射要素とを有し、第１の状態において、前記共通電極と前記反射要素とが同電位であり、入射される光を反射し、第２の状態において、前記共通電極と隣接する前記反射要素の一方である第１反射要素とが同電位であり、前記共通電極と隣接する前記反射要素の他方である第２反射要素との間に電圧が印加されて、前記第２反射要素が前記共通電極側に変位して、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子について、前記光回折変調素子に照射光を照射する光源と、
前記光回折変調素子から射出された回折光の光量を測定する測定部と、
前記第１の状態において、前記複数の反射要素から構成される画素単位ごとに前記第２反射要素より前記第１反射要素の方が前記共通電極との距離が短くなるように、前記第１反射要素に印加する前記第１オフセット電圧と、前記第１オフセット電圧を印加した状態において、前記測定部が測定した前記光回折変調素子から射出された回折光の光量が最小となるように、前記第２反射要素に印加する第２オフセット電圧とを決定する制御部と、
前記第１オフセット電圧を印加して前記第１反射要素を変位させ、前記第２オフセット電圧を印加して前記第２反射要素を変位させて、前記第１及び第２反射要素の前記共通電極に対する距離を調整する調整部と
を有する
光回折変調素子調整装置。 - 前記光回折変調素子調整装置において、前記第２反射要素に電圧を印加し、前記第２反射要素を変位させる駆動部とをさらに有する
請求項２に記載の光回折変調素子調整装置。 - 共通電極と、反射面を有し、前記共通電極と所定の間隔を隔てて対向し前記共通電極の平面に平行な方向に並ぶ複数の反射要素とを有し、第１の状態において、前記共通電極と前記反射要素とが同電位であり、入射される光を反射し、第２の状態において、前記共通電極と隣接する前記反射要素の一方である第１反射要素とが同電位であり、前記共通電極と隣接する前記反射要素の他方である第２反射要素との間に電圧が印加されて、前記第２反射要素が前記共通電極側に変位して、入射される光を回折光に変調する光回折変調素子について、前記第１の状態において、前記複数の反射要素から構成される画素単位ごとに前記第２反射要素より前記第１反射要素の方が前記共通電極との距離が短くなるように決定された前記第１反射要素に印加する前記第１オフセット電圧を印加して前記第１反射要素を変位させる第１の工程と、
前記第１オフセット電圧を印加した状態で前記第２反射要素に印加する前記第２オフセット電圧を印加して前記第２反射要素を変位させる第２の工程と、
前記第１及び第２オフセット電圧を印加させた状態で、前記光回折変調素子に照射光を照射し、前記光回折変調素子から射出される回折光の光量を測定する第３の工程と、
前記第２オフセット電圧の値を調節して前記第３の工程を繰り返し、前記第１オフセット電圧を印加した状態において前記光回折変調素子に光を入射させることにより生じる回折光の光量が最小となるように前記第２オフセット電圧を求める第４の工程と
を有する光回折変調素子調整方法。 - 光源から光が照射され、共通電極と、反射面を有し前記共通電極と所定の間隔を隔てて対向し前記共通電極の平面に平行な方向に並ぶ複数の反射要素とを有し、第１の状態において、前記共通電極と前記反射要素とが同電位であり、入射される光を反射し、第２の状態において、前記共通電極と隣接する前記反射要素の一方である第１反射要素とが同電位であり、前記共通電極と隣接する前記反射要素の他方である第２反射要素との間に電圧が印加されて、前記第２反射要素が前記共通電極側に変位して、入射される光を回折光に変調する、１列に配列された複数の光回折変調素子と、
前記第１の状態において、前記複数の反射要素から構成される画素単位ごとに前記第２反射要素より前記第１反射要素の方が前記共通電極との距離が短くなるように決定された前記第１反射要素に印加する前記第１オフセット電圧を印加して前記第１反射要素を変位させ、前記第１オフセット電圧を印加した状態において、前記光回折変調素子に光を入射させることにより生じる回折光の光量が最小となるように決定された前記第２反射要素に印加する前記第２オフセット電圧を印加して前記第２反射要素を変位させて、前記第１及び第２反射要素の前記共通電極に対する距離を調整する調整部と、
前記複数の光回折変調素子からの射出光により画像が形成される表示部と
を有する画像表示装置。
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