JP4492952B2 - 光偏向装置、光偏向アレー、光学システム、画像投影表示装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置に関し、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置、投影プロジェクターやデジタルシアターシステム、リアプロジェクションテレビ等の画像投影表示装置に好適な技術に関する。

本発明者らは、先に光偏向方法および光偏向装置を提案した（特許文献１を参照）。上記した装置は、固定部を持たない板状部材すなわちミラーを空間に閉じ込めて、静電引力により支点部位を中心に傾斜変位させ光偏向を行うことを特徴とし、１軸または２軸方向に光偏向する装置が開示されている。また、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合と、電気的に浮いている場合のそれぞれの構造の光偏向装置および光偏向方法（駆動方法）も開示されている。

以下、その代表的な構造と駆動方法を説明する。図１５は、前掲した特許文献１の光偏向装置を示す。この光偏向装置は、ミラーである板状部材に接触電位を付与する場合の装置であり、２軸４方向に光偏向する構造を有している。

図１５（ａ）は光偏向装置の上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線上の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’線上の断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ’線上の断面図である。なお、図１５では、光偏向装置が複数２次元に配置された光偏向アレー内の一つの光偏向装置を抽出して示している。

図１５において、基板１０１と、複数の規制部材１０２と、支点部材１０３と、板状部材１０４と、複数の電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄを有し、複数の規制部材１０２はそれぞれ上部にストッパを有し、基板１０１の複数の端部にそれぞれ設けられ、支点部材１０３は導電性を有する部材で構成される頂部を有して基板１０１の上面に設けられ、板状部材１０４は固定端を持たず、上面に光反射領域を有し、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、裏面の少なくとも頂部と接する接触点が導電性を有する部材からなり、基板１０１と支点部材１０３とストッパの間の空間内で可動的に配置され、板状部材１０４の電位を支点部材１０３との接触により付与しており、複数の電極１０５ａ〜１０５ｄは基板１０１上にそれぞれ設けられ、板状部材１０４の導電体層とほぼ対向している構成を有している。なお、１０６は、板状部材１０４が傾斜変位により基板１０１と接触する時に、接触面積を低減する目的で配置された接触部位であり、前記特許文献１には開示されていない。

上記光偏向装置は、電極１０５ａ〜１０５ｄおよび支点部材１０３に印加される電位の組合せにより、図１５（ｃ）、図１５（ｄ）に示すように方向１〜方向４へ傾斜変位し、それに応じて例えば基板面と垂直方向から入射した入射光を方向１〜方向４の４方向へ反射させることが出来る。また、逆に、同４方向から入射した入射光を基板と垂直方向へ反射させることが出来る。

図１６は、上記装置の駆動方式（電圧印加の組合せと板状部材の傾斜方向の関係）を示す。図１６に示すように、Ｘ（Ｖ）と０（Ｖ）の２種類の電位を５電極に組合せて印加することにより、上記した４方向への光偏向が可能である。

上記光偏向装置は、以下の利点を有している。すなわち、
・支点部材と基板と板状部材の接触で傾斜角が決定されるので、ミラーの偏向角の制御が容易かつ安定である。
・支点部材を中心として対向する電極に異なる電位を印加することにより、高速に薄膜の板状部材を反転するので、応答速度が速くできる。
・板状部材が固定端を有していないので、捻り変形などの変形を伴わず、長期的な劣化が少なく、低電圧で駆動できる。
・半導体プロセスにより微細で軽量な板状部材を形成できるので、ストッパとの衝突による衝撃が少なく、長期的な劣化が少ない。
・規制部材や板状部材や光反射領域の構成を任意に決めることにより、反射光のオン／オフ比（画像機器におけるＳ／Ｎ比、映像機器におけるコントラスト比）を向上できる。
・半導体プロセスおよび装置を使用できるので、低コストで微細化と集積化が可能である。
・支点部材を中心として複数の電極を配置することにより、１軸２次元の光偏向および２軸３次元の光偏向が可能である。

以上のように、上記光偏向装置は多くの利点を有しており、従来の捩り梁方式の光スイッチや回折格子方式の光スイッチに比べ優れている。

上記光偏向装置を用いた新規な光学システムが、画像投影表示装置として提案されている（特許文献２を参照）。この画像投影表示装置には、２軸４方向へ光偏向する光偏向アレーを用いた光学システムが開示され、以下の２通りの光学システムが提案されている。

まず、第一の光学システムとしては、平行光に整形された白色光が２軸４方向の偏向方向を有する光偏向アレーにほぼ正面（真上）から入射され、３原色の赤の色情報で特定の偏向方向に光偏向され、光路中のカラーフィルタと、第１のフィールドレンズ、投影レンズ、第２のフィールドレンズを経て画像表示部に至り、１個の光偏向装置を１つの画素とした色情報が画像表示部上に結像される。他の色についてもそれぞれの特定方向に光偏向され、同様に画像表示部上に時間順次に重ね合わせられ、カラー画像として認識される。このような光学システムとすることにより、カラーホイールを用いずに１個の光偏向アレー（表示デバイス）で３色表示が可能となるので、低コストで簡単な構成の画像投影表示装置が提供できる。

第二の光学システムとしては、画像情報の３原色に対応する光束を個別に投光する３個の光源を有し、３個の光源による光束がそれぞれ異なる方向から１個の光偏向アレーに入射し、時間順次に光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置により光偏向される。各色の光束の目的の反射方向はいずれの色も光偏向アレーの面に垂直であり、時間順次に１個の投影レンズに導かれ画像表示部に投影表示される。第二の光学システムにおいても、カラーホイールを用いずに１個の光偏向アレー（表示デバイス）で３色表示が可能となるので、低コストで簡単な構成の画像投影表示装置が提供できる。

特開２００４−７８１３６号公報 特開２００４−１３８８８１号公報

上記したように、図１５の光偏向装置は固定部を持たない板状部材１０４をミラーとして用いることにより多くの利点がある。しかし、規制部材１０２により、板状部材１０４を制限された空間に閉じ込める必要がある。

図１７は、従来の課題を説明する図であり、上部にストッパを有する規制部材１０２とその周辺は、分かり易くするため、板状部材１０４の大きさに比べ相対的に拡大して示す。

図１７に示すように、板状部材が矩形（従来例では正方形）である場合、板状部材の一辺の幅Ｗ１は、次式で算出される。

板状部材の幅（Ｗ１）＝光偏向装置の幅（Ｗ）−規制部材の幅（α）−板状部材と規制部材との間隔×２（β）
ここで、βは両端合計で０．３〜０．５μｍ程度である。規制部材１０２の幅α（ストッパの下部：図２（ｆ）を参照）は通常０．６〜１μｍ程度である。１個の光偏向装置の大きさが一辺１５μｍの場合には、正方形の板状部材１０４の一辺の板幅は約１３．５〜１４．１μｍとなる。

板状部材における反射領域が板状部材全面に構成されていると仮定すると、反射領域の面積が光偏向装置の面積に占める割合、一般的に開口率といわれるが、開口率は８１〜８８％程度となる。その開口率の値は、画像投影表示装置などで用いられる場合、実用上は、高い開口率である。

このように、光偏向装置の大きさが１０〜１５μｍ程度であれば、０．５〜１μｍ幅の規制部材による開口率の低下は問題とならない。ところが、例えば画像投影表示装置への応用の場合、今後のＱＸＧＡ等の高解像度の要求に応じて画素数を増大させると、光偏向アレーの面積が大きくなり、それにより、１枚のシリコンウェハから作製できる光偏向アレーの取り数が低下し、製造コストの上昇に繋がる。

そこで、コスト上昇を防ぐためには、１個の光偏向装置の大きさを５〜１０μｍ程度に小型化することが要求される。しかし、従来の光偏向装置の小型化には新たな課題が発生する。すなわち、仮に、今後の光偏向装置の小型化の要求に応じて、光偏向装置の一辺の幅Ｗを８μｍ、規制部材１０２の幅αを０．８μｍ、板状部材と規制部材との間隔βを両端合計で０．５μｍとすると、正方形の面積を有する板状部材の一辺の幅Ｗ１は６．７μｍとなり、このときの開口率は７０％程度に減少する。

さらに小型化を図り、光偏向装置の一辺の幅Ｗを５μｍ、規制部材１０２の幅αを０．６μｍ、板状部材と規制部材との間隔βを両端合計で０．４μｍとすると、正方形の面積を有する板状部材の一辺の幅Ｗ１は４．０μｍとなり、このときの開口率は６４％程度となる。このような開口率の低下は、反射光量を低下させ、従って、画像投影表示装置の輝度の低下とコントラストの低下を招くことになる。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、板状部材の開口率を向上させる構造を備え、入射する光束の板状部材間の非反射領域での損失を低減させた光偏向装置、光偏向アレー、光学システム、画像投影表示装置および画像形成装置を提供することにある。

これにより、光偏向装置を小型化しても充分に高い反射光量を提供でき、かつ非反射領域での散乱光を低減して高いオン／オフ比を有する反射光を提供できる。また、光偏向装置を光偏向アレー、光学システム、画像投影表示装置および画像形成装置に応用し、高輝度と高コントラスト比（高Ｓ／Ｎ比）を有して、かつ画素間の繋ぎ目の少ない画像情報の形成が可能となる。

本発明は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ十字形の支柱と該支柱の上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は光反射領域を有し、固定端を持たず、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、前記複数の規制部材が前記板状部材の角部近傍に設置されていて、前記板状部材は、前記複数の規制部材に近接する前記板状部材の板幅に比べ、近接部以外の板幅を広く構成し、前記支柱の中心間の幅より短く、前記支柱間の遠い幅より長い幅Ｗ１、前記支柱間の近い幅より短い幅Ｗ２、前記支柱間の遠い幅より短く、近い幅より長い幅Ｗ３の３段階の板幅が形成されたことを最も主要な特徴とする。

本発明の光偏向装置を構成する板状部材の開口率を向上させる構造を有することにより、光偏向装置に入射する光束の板状部材間の非反射領域での損失を低減できる。それにより、光偏向装置を小型化しても充分に高い反射光量が得られ、非反射領域での散乱光を低減し、高いオン／オフ比を有する反射光を得ることが出来る。また、光偏向装置を光偏向アレー、光学システム、画像投影表示装置および画像形成装置に応用することにより、高輝度と高コントラスト比（高Ｓ／Ｎ比）を有し、画素間の繋ぎ目の少ない画像情報形成が可能となる。

本発明の光偏向装置においては、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ十字形の支柱と該支柱の上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は光反射領域を有し、固定端を持たず、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、前記複数の規制部材が前記板状部材の角部近傍に設置されていて、前記板状部材は、前記複数の規制部材に近接する前記板状部材の板幅に比べ、近接部以外の板幅を広く構成し、前記支柱の中心間の幅より短く、前記支柱間の遠い幅より長い幅Ｗ１、前記支柱間の近い幅より短い幅Ｗ２、前記支柱間の遠い幅より短く、近い幅より長い幅Ｗ３の３段階の板幅が形成されているので、反射領域を有する板状部材の大半の面積を占める、該近接部以外の面積を増加させ、開口率を上昇させることができ、光偏向装置を小型化しても、板状部材間の非反射領域での反射光の損失を低減して、充分に高い反射光量を提供することができる。また、非反射領域の面積を縮小することにより、該領域に入射した光束が散乱光となり不必要な反射光となることを低減できる。

本発明の光偏向アレーにおいては、光偏向装置を複数２次元アレー状に配置しているので、個々の光偏向装置が広い反射領域、すなわち高い開口率を有して光偏向動作を実施でき、必要に応じて全ての光偏向装置を目的の方向に向けるオン動作および目的の方向と異なる方向へ向けるオフ動作を行うことが出来る。それにより、アレー全体に渡って高いオン光量を提供でき、目的方向の反射光のオン／オフ比を向上した光偏向アレーを提供できる。

本発明の光学システムにおいては、光偏向アレーを有し、該光偏向アレーを照明する光源を有し、該光偏向アレーからの反射光を色情報に応じて投影する投影レンズを有する光学システムであるので、照明光源からの入射光を個々の画素における色情報に応じて選択して投影レンズに導く場合に、個々の画素における表示領域が広く高輝度で、不必要な散乱光が少ない投影が可能となる。

本発明の画像投影表示装置においては、光学システムを画像投影表示装置の投影光学システムとして用いているので、高輝度と高コントラスト比を有する画像を表示でき、隣接する画素間の非照明領域を縮小することができるので、画素間の繋ぎ目の少ない高精細な画像を表示することができる。

本発明の光偏向装置においては、光偏向装置の板状部材の光反射領域を有する上面形状が長方形であり、支点部材が尾根形状を有し、該支点部材を中心に板状部材が傾斜変位することにより１軸２次元の光偏向動作を行うので、尾根形状を有する支点部材により安定した１軸２次元の光偏向が可能であり、長手方向に光反射領域を増大させて目的方向の反射光量を増加させることができる。

本発明の光偏向装置においては、光偏向装置への入射光束が、複数の規制部材および該複数の規制部材上部に設置されたストッパおよび該規制部材近傍の板状部材上面に入射しない、入射領域を制限した光束であるので、該規制部材およびその上面に構成されたストッパに光束が入射せず、通常透光性を有する該構成部材におけるわずかな屈折により生じる散乱光が発生しないので、不必要な反射光をさらに低減できる。

本発明の光偏向アレーにおいては、光偏向装置を板状部材の短辺方向に複数１次元アレー状に配置しているので、１次元アレーとして高集積化が可能で、高い反射光量を有し、規制部材およびストッパでの散乱光が生じず、光偏向方向が安定して制御できる。

本発明の光偏向アレーにおいては、光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置に入射する光束がアレー列方向（板状部材の単辺方向）に長い線状光源の光束であるので、光偏向装置に入射させる光束の入射領域の制限をアレー列全体で行なうことが可能となり、アレー列垂直方向に比べアレー列方向では光源光からの照射領域の絞り込み（制限）を低減できる。

本発明の光学システムにおいては、光偏向アレーを有し、該光偏向アレーを照明する線状光源を有し、該光偏向アレーからの反射光を画像情報に応じて投影する投影レンズを有するので、照明光源からの入射光を個々の画素における画像情報に応じて選択して投影レンズに導く場合に、個々の画素における反射領域が広く高輝度であり、不必要な散乱光が線状光源によりさらに抑制され、アレー列方向への入射光束の絞り込みが低減されているので比較的安価な光学レンズおよび光学システムを用いることができ、容易に１次元方向に配列した画像情報の投影が可能となる。

本発明の画像形成装置においては、本発明の光学システムを光書込みユニットとして用いているので、感光体に対し一列の光書込みを同時に実施して高速な光書込みが可能であり、個々の画素の潜像形成幅を広くして繋ぎ目の無い潜像を形成でき、線状光源による制限された入射光を用いて散乱光が低減され、高Ｓ／Ｎ比な光書込みが可能である。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１、２：
図１は、本発明の実施例１、２の光偏向装置を示す。なお、本発明の光偏向装置を構成する材料、製造方法および駆動方法などは、前掲した特許文献１と同様であるので説明を省略する。また、光偏向装置を構成する板状部材は電気的に浮いている場合、支点部材を経由して接触的に電位を付与する場合の何れでもよい。また、本発明は、明らかに１軸２次元の光偏向動作しか行なえないものを除いて、２軸３次元の光偏向動作を行なう光偏向装置とその応用製品を含む。

本発明の光偏向装置は、基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ十字形の支柱と該支柱の上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は光反射領域を有し、固定端を持たず、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、前記複数の規制部材が前記板状部材の角部近傍に設置されていて、前記板状部材は、前記複数の規制部材に近接する前記板状部材の板幅に比べ、近接部以外の板幅を広く構成し、前記支柱の中心間の幅より短く、前記支柱間の遠い幅より長い幅Ｗ１、前記支柱間の近い幅より短い幅Ｗ２、前記支柱間の遠い幅より短く、近い幅より長い幅Ｗ３の３段階の板幅が形成されていることを特徴としている。

図１は、光偏向装置の板状部材１０４を抽出し、従来例と比較して示す。図１（ａ）は、従来の板状部材の上面図、（ｂ）は本発明の実施例１に係る板状部材の上面図、（ｃ）は本発明の実施例２に係る板状部材の上面図である。

図１では、理解が容易なように、規制部材１０２の支柱部位（ストッパの下部）を点線で示し、また板状部材１０４に比べ拡大して図示してある。図１（ａ）の従来例では、板状部材１０４は上面形状が正方形であり、角部に規制部材１０２の支柱部材が構成されている。板状部材１０４の一辺の幅Ｗ１とそれと垂直な他辺の幅Ｌ１は板状部材１０４の全域で寸法を変えていない。板状部材１０４の傾斜変位は、基板と支点部材との接触により規定されるが、板状部材１０４の平面における回転は、板状部材１０４の角部と規制部材１０２の支柱部材との接触で制限されている。

一方、実施例１（図１（ｂ））、実施例２（図１（ｃ））は共に、略正方形の上面を有する板状部材１０４の角部に規制部材１０２が配置され、かつ角部に近接する板状部材の板幅Ｗ２、Ｗ３、Ｌ２、Ｌ３に比べ、近接部以外の板幅Ｗ１およびＬ１が広く形成されている。なお、Ｗ１、Ｌ１は、それぞれ規制部材１０２の支柱部材の中心間の幅より若干、内側にある。これは隣接する板状部材１０４間に間隔を設けて、相互に接触しないようにするためである（後述する図２（ｃ）を参照）。

上記した構成でも、板状部材１０４の平面における回転が、板状部材１０４の角部近傍と規制部材１０２の支柱部材との接触により制限され、光偏向方向のばらつきの少ない安定した光偏向動作が可能となる。

実施例１と実施例２の相違は、実施例１では規制部材１０２の支柱部材の形状（上面図）が十字形であり、実施例２では規制部材１０２の支柱部材の形状（上面図）が正方形である点である。

点線で示す規制部材１０２の支柱部材は上部ストッパを構成する必要があるので微細化が難しく、前述したような従来の課題を生じる。本発明の構成では、規制部材との近接部以外の板状部材の板幅を広く構成することにより、板状部材の反射領域の面積を大幅に拡大でき、投影プロジェクタなどに好適である。

上記した構成を採ることにより、光偏向動作を目的方向への光偏向（オン動作）と、目的以外の方向への光偏向（オフ動作）の２値動作とする場合、オン動作の反射光が生じる面積が拡大し、オン光量の増加に寄与できる。また、１個の光偏向装置の非反射領域の幅を狭くできるので非反射領域における散乱光を抑制でき、オン光量に比べてオフ光量を低減できるのでオン／オフ比が向上する。

図２は、本発明の実施例１の光偏向装置を詳細に示す図である。（ａ）は、アレー状に配置された光偏向装置の１個を抽出した上面図、（ｂ）は、そのＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は、角部Ｄを抽出した上面図、（ｄ）は、角部Ｄにおける斜視図である。なお、図２では比較のために、従来例の角部Ｄの上面図を（ｅ）に、斜視図を（ｆ）に示す。

図２において、板状部材１０４に対向して配置された電極１０５ａ〜１０５ｄを点線で示す。また、理解が容易なように、支点部材１０３は、本来は板状部材１０４によって隠れて見えないが（断面図（ｂ）を参照）抽出して図示した。図２（ｃ）に示す本発明では、隣接する光偏向装置の板状部材間の間隔が、従来例（ｅ）に比べて大幅に減少していることが分かる。

実施例３：
図３は、本発明の実施例３に係る光偏向アレーの構成を示す。実施例３の光偏向アレーは、実施例２の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置している。図３は、前述した実施例２の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置した光偏向アレーの上面図を示す。

図３では、特に規制部材１０２、板状部材１０４および支点部材１０３を抽出して図示し、また、分かり易くするため、規制部材１０２とその近傍は他の構成部分に比べ拡大して図示してある。また、規制部材１０２は点線でその支柱部材を図示し、実線でストッパを図示している。

図３に示す実施例３の光偏向アレーは、個々の光偏向装置が広い反射領域すなわち高い開口率を有する光偏向動作を実施でき、必要に応じて全ての光偏向装置を目的の方向に向けるオン動作および目的の方向と異なる方向へ向けるオフ動作を行うことが出来る。従って、本発明の光偏向アレーは、アレー全体に渡って高いオン光量が得られ、また、目的方向の反射光のオン／オフ比が向上する。

実施例４、５：
本発明（実施例４、５）の光学システムは、実施例３の光偏向アレーと、該光偏向アレーを照明する光源とを有し、該光偏向アレーからの反射光を色情報に応じて投影する投影レンズを有する光学システムである。

図４は、実施例４の光学システムを示し、図５は、実施例５の光学システムを示す。実施例４の光学システムは、前掲した特許文献２で提案した画像投影表示装置に用いられ光学システムを基としている。すなわち、光偏向アレーは２軸４方向へ光偏向が可能であり、ＲＧＢ３原色に対応する３個の光源光を画像情報に応じてアレー面と垂直方向（法線方向）へ反射させ、投影レンズに導いて投影表示するシステムである。なお、各色表示のための光偏向方向の切り換えのタイミングも上記公報に記載されている。

実施例４の光学システムは、実施例３の光偏向アレー７０７を照明する３原色の光源、赤７０１、青７０２、緑７０３を有し、３光源より１個の光偏向アレー７０７に向けて３原色光が照射されている。３原色の光源としては、ＬＤ光源、ＬＥＤ光源または各アレイ光源が用いられる。

３原色光Ｌ（Ｒ）、Ｌ（Ｇ）、Ｌ（Ｂ）は、それぞれ整形レンズ７０４、７０５、７０６を通過し、光源の輝度分布や指向性の向上、絞りを配置して矩形に整形等され、整えられた３原色光Ｌ（Ｒ）、Ｌ（Ｇ）、Ｌ（Ｂ）はそれぞれ異なる方向から１個の光偏向アレー７０７に入射する。

２軸４方向への光偏向が可能な光偏向アレー７０７を構成する個々の光偏向装置は、各光偏向方向が赤情報表示、青情報表示、緑情報表示、色表示せず（オフ動作）に割り当てられており、画像情報すなわち各色の色情報に応じて、３原色光をアレー面と垂直方向（法線方向）へ反射させて投影レンズ７０９に導いて投影表示する。

黒表示すなわちオフ動作時は、３原色光はアレー面と垂直方向へ反射せず、一部の光、例えば図４におけるＬ（Ｇ）光は目的と異なる方向へ反射して光吸収板７１０に吸収される。光吸収板７１０は各３原色光に対応してそれぞれ配置しても良い。各画素の色情報表示のためには、光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置が個別にその方向を決定する必要があり、その制御を光偏向アレーに接続した制御チップまたは制御ボード７０８で行なう。

本発明の光学システムは、カラーホイールを用いることなく１個の光偏向アレーによって画像投影が可能であるので、小型で簡易な光学システムであり、光源としてＬＤやＬＥＤまたはそのアレイ光源を用いるので、発熱が少なく小型であり、消費電力も少なく、冷却用のファンも不要となる。

図５に示す実施例５の光学システムは、前掲した特許文献１に示す光学システム（カラーホイールを用いて時分割的に３原色を表示する画像投影表示装置）を基にしている。

図５において、８０１はハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源、８０２は光源光の整形のためのロッドレンズ、８０３は少なくとも３原色のカラーフィルターを有するカラーホイール、８０４は本発明（実施例３）の光偏向アレー、８０５は光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置の光偏向方向を制御する制御チップ、８０７は投影レンズ、８０６は光吸収板である。

実施例５の光偏向アレー８０４を構成する各光偏向装置は、前述した２軸４方向への光偏向を行なう光偏向装置ではなく、１軸２方向への光偏向動作を行なう光偏向装置である。すなわち、１方向から入射した入射光を目的の方向（オン方向）と目的以外の方向（オフ方向）へ色情報に応じて光偏向する。

本発明の光学システムを説明すると、光源８０１からの白色光がロッドレンズ８０２を通過して整形され、カラーホイール８０３に入射する。カラーホイール８０３を通過する光源光は、時間順次に赤青緑の色を有する光束Ｌとなり、光束Ｌが光偏向アレー８０４を照明する。

光偏向アレー８０４を構成する個々の光偏向装置は、画像情報すなわち色情報に応じて光偏向動作を行ない、目的方向、例えばアレー面と垂直方向に反射光束（Ｌオン）を反射させ、投影レンズ８０７に導き、投影レンズ８０７を通過して色情報が投影される。時間順次に投影される色情報は観察者の目の残像現象により色合成され、多彩な色を有する画像となる。目的以外の方向へ反射された光束（Ｌオフ）は光吸収板８０６で吸収される。

実施例４、５の光学システムの光偏向アレーとして、実施例３の光偏向アレーを用いているので、照明光源からの入射光を個々の画素における色情報に応じて選択して投影レンズに導く場合に、個々の画素における表示領域が広く高輝度で、かつ不必要な散乱光が少ない投影が可能となる。

実施例６、７：
本発明の画像投影表示装置は、実施例４、５の光学システムを投影光学システムとして用いた画像投影表示装置である。図６は、実施例６の画像投影表示装置を示し、図７は、実施例７の画像投影表示装置を示す。

実施例６の画像投影表示装置９０１は、実施例４の光学システムを投影光学システムとして用い、実施例７の画像投影表示装置１００１は、実施例５の光学システムを投影光学システムとして用い、画像情報を投影レンズ７０９、８０７を通して画像表示部、すなわちスクリーン９０２上に投影表示する。

実施例６の画像投影表示装置は、その表示ユニットである光偏向アレーが本発明の光偏向アレーを用いているので、高輝度と高コントラスト比を有する画像を表示でき、また隣接する画素間の非照明領域を縮小することができるので、画素間の繋ぎ目の少ない高精細な画像を表示することができる。

実施例８、９：
本発明（実施例８、９）の光偏向装置は、実施例１の光偏向装置において、板状部材の光反射領域を有する上面形状が長方形であり、支点部材が尾根形状を有し、支点部材を中心に板状部材が傾斜変位することにより１軸２次元の光偏向動作を行う。

図８（ａ）は実施例８の光偏向装置の上面図、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図、図８（ｃ）はその板状部材を抽出した上面図、図８（ｄ）は実施例９（別の形態）の板状部材の上面図である。図８（ｃ）、（ｄ）に示す板状部材は、実施例１、実施例２の板状部材の形状を基にしているので、実施例１、２の特徴と利点がある。

図８において、光反射領域が全面に構成された板状部材１０４は長方形の形状であり、規制部材１０２は板状部材１０４の角部近傍に配置しており、支点部材１０３は尾根形状を有している。また、板状部材１０４に対向して４個の電極１０５ａ〜１０５ｄが一列に並んで配置されている。導電体層を有する板状部材１０４は電気的に浮いており、対向する４個の電極１０５ａ〜１０５ｄに印加する電圧の組合せで、板状部材１０４が支点部材１０３を中心に傾斜変位して、１軸２次元の光偏向動作が行なわれる。なお、電極の配置は、本発明者らが先に発明した電極の配置であり、電界の向きを制御することにより、より安定した光偏向動作を可能としている。

なお、実施例８および９の光偏向装置の駆動方法を簡単に説明すると、板状部材１０４が図８（ｂ）のように左側に傾斜しているとき、電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄにそれぞれ電位５Ｖ、５Ｖ、０Ｖ、１０Ｖを印加すると、電気的に浮いている板状部材１０４の電位は約４．８Ｖとなる。このような電位により、電極１０５ｃ−板状部材１０４間と電極１０５ｄ−板状部材１０４間に強い静電引力が作用し、この静電引力により、板状部材は１０４支点部材１０３を中心として右方向へ傾斜し、光偏向動作を行う。

実施例１０：
図９（ａ）は、実施例１０の光偏向装置の上面図、図９（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。実施例８との違いは、導電体層を有する板状部材１０４が支点部材１０３を経由して接触的に電位を付与されている点にあり、対向する電極は１０５ａおよび１０５ｂの２電極で構成される。すなわち、支点部材１０３を経由する電位と、２電極１０５ａ、１０５ｂの電位の組合せにより、板状部材１０４は支点部材１０３を中心に傾斜変位して、１軸２次元の光偏向動作が行なわれる。なお、実施例９に代表される板状部材の電位を接触的に付与してなる光偏向装置の駆動方法は、前掲した特許文献１に詳細が記載されている。実施例８〜実施例１０に代表される光偏向装置は、板状部材が長手方向に延長されている（つまり、長方形形状）ので、光反射領域を増大させることができ、目的方向の反射光量（オン光量）を増加させることができる。

実施例１１：
実施例１１の光偏向装置は、実施例１、８の光偏向装置において、入射光束が、複数の規制部材、複数の規制部材上部に設置されたストッパ、規制部材近傍の板状部材の上面に、それぞれ入射しない、入射領域を制限した光束である。

図１０（ａ）は、実施例１１の光偏向装置の上面図であり、特に板状部材１０４と規制部材１０２を抽出して図示し、また、尾根形状の支点部材１０３を中心に、板状部材１０４が傾斜変位する１軸２次元の光偏向方向（矢印）が図示されている。また、点線によって、本発明の特徴である入射光束領域が示されている。 図１０（ｂ）は、光偏向装置の斜視図であり、基板１０１、支点部材１０３、電極１０５ａ〜１０５ｄも図示されている。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、入射光束が基板上面の斜め方向から規制部材１０２の近辺を避けて入射している。従って、規制部材１０２と、その上面に構成されたストッパに光束が入射しない。このため、通常、透光性を有するこれら構成部材におけるわずかな屈折により生じる散乱光がないので、不必要な反射光をさらに低減でき、例えば画像形成装置に好適なものとなる。

実施例１２：
実施例１２の光偏向アレーは、実施例１１の光偏向装置を、板状部材の短辺方向に複数１次元アレー状に配置している。図１１は、実施例１２の光偏向アレー１４０１の上面図である。図１１では、板状部材１０４と規制部材１０２を抽出して図示している。

本実施例では、板状部材１０４の上面形状が長方形であり、入射光束領域を制限した光偏向装置を短辺方向に集積することにより、１次元アレーとして高集積化が可能で、高い反射光量を有し（横方向の開口率が向上）、規制部材およびストッパでの散乱光が生じず、光偏向方向を安定して制御できる。

実施例１３：
実施例１３（図１２）の光偏向アレー１５０１においては、実施例１２の光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置に入射する光束が、アレー列方向に長い線状光源の光束である。

図１２は、実施例１２の光偏向アレー１４０１に対し、長い線状光源の光束が、アレーを構成する光偏向装置群に全体で入射している様子を示す。また、入射光束は、実施例１２の特徴である規制部材１０２の近辺に入射しない、入射領域が制限された光束である。

実施例１３の特徴である入射光束は、例えば集光レンズや絞りを用いて個々の光偏向装置ごとに入射光領域を制限する場合に比べ、光偏向装置に入射させる光束の入射領域の制限をアレー列全体で行なうことが可能であるので、アレー列方向への光源光からの照射領域の絞り込み（制限）を軽減できる。

実施例１４：
実施例１４（図１３）の光学システムは、実施例１３の光偏向アレーと、該光偏向アレーを照明する線状光源とを有し、該光偏向アレーからの反射光を画像情報に応じて投影する投影レンズを有する。

図１３は、実施例１４の光学システムの斜視図である。図１３において、１６０１は光源であり、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等の白色光源や、半導体レーザー、ＬＥＤおよびそのアレー光源等の単色光源が用いられる。光源１６０１からの光源光が光学レンズ１６０２を通過することにより、光偏向アレー列と垂直方向に集光され、線状光源となる。続いて、光学レンズ１６０３を通過することにより、光偏向アレー列方向に集光される。

２個の光学レンズを通過した光源光は、本発明の特徴である光偏向アレー１６０４を任意の方向から照明し、光偏向アレー１６０４を構成する個々の光偏向装置は制御チップ１６０５から供給される画像情報に基づく信号により個々にオン／オフされ、目的の反射光束すなわちオン光が投影レンズ１６０６に導かれる。光偏向アレーとしては実施例１３の光偏向アレーを用いた。

投影レンズ１６０６に導かれた反射光束は、投影面１６０７において任意の大きさで拡大投影され、実施例１４では１列の光偏向アレーからの反射光束であるので、１列の画像情報が同時に投影される。なお、実施例１４において、投影レンズ１６０６の入射側近傍で反射光束が結像するように光学システムが構成されているが、必ずしもその必要はなく、光偏向アレー面で結像する光学システムでもよい。

実施例１４の光学システムは、実施例１３の光偏向アレーを用いているので、その利点により、照明光源からの入射光を個々の画素における画像情報に応じて選択して投影レンズに導く場合に、個々の画素における反射領域が広く高輝度で、不必要な散乱光が線状光源によりさらに抑制され、アレー列方向への入射光束の絞り込みが低減されているので、比較的安価な光学レンズと光学システムを用いることができ、容易に１次元方向に配列した画像情報の投影が可能となる。

実施例１５：
実施例１５の画像形成装置（図１４）は、実施例１４の光学システムを光書込みユニットとして用いている。図１４（ａ）は、光書込みの模式図であり、図１４（ｂ）は、画像形成装置の構成図である。

図１４（ａ）において、１７０２ａは実施例１４の光学システムであり、１列の画像情報に対応する反射光束が投影される。投影された反射光束列は光学レンズ１７０２ｂを通過し、折り返し全反射ミラー１７０２ｃで反射して、画像担持体１７０１上の線状の投影面１６０７へ投影される。

図１４（ｂ）において、電子写真方式の光書き込みを行なって画像を形成する画像形成装置１７００は、矢印Ｄ方向に回転可能に保持されて形成画像を担持する画像担持体１７０１のドラム形状の感光体を有し、帯電手段１７０５で均一に帯電された画像担持体１７０１の感光体上を、光書込みユニット１７０２ａ、１７０２ｂ、１７０２ｃで光書き込みを行なって潜像を形成し、該潜像を現像手段１７０３により感光体上にトナー画像として形成する。

その後、該トナー画像を転写手段１７０４によって被転写体（Ｐ）に転写して、被転写体（Ｐ）に転写されたトナー画像を定着手段１７０６で定着した後に、被転写体（Ｐ）を排紙トレイ１７０７に排紙して収納される。他方、トナー画像を転写手段１７０４によって被転写体（Ｐ）に転写した後の画像担持体１７０１の感光体は、クリーニング手段１７０８でクリーニングされ、次工程の画像形成に備える。

実施例１４の光学システムを、実施例１５の画像形成装置の光書込みユニットとして用いることにより、本発明の光偏向装置の利点を有する光書込みが行なえるので、感光体に対し一列の光書込みを同時に実施して高速な光書込みが可能であり、個々の画素の潜像形成幅を広くして繋ぎ目の無い潜像を形成でき、線状光源による制限された入射光を用いて散乱光が低減され、高Ｓ／Ｎ比の光書込みが可能となる。

本発明の実施例１、２の光偏向装置を示す。 本発明の実施例１の光偏向装置を詳細に示す図である。 本発明の実施例３に係る光偏向アレーの構成を示す。 実施例４の光学システムを示す。 実施例５の光学システムを示す。 実施例６の画像投影表示装置を示す。 実施例７の画像投影表示装置を示す。 実施例８、９の光偏向装置を示す。 実施例１０の光偏向装置を示す。 実施例１１の光偏向装置を示す。 実施例１２の光偏向アレーを示す。 実施例１３の光偏向アレーを示す。 実施例１４の光学システムを示す。 実施例１５の画像形成装置を示す。 従来の光偏向装置を示す。 従来の駆動方式を示す。 従来の課題を説明する図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 規制部材
１０３ 支点部材
１０４ 板状部材
１０５ 電極

Claims (10)

1. 基板と、複数の規制部材と、支点部材と、板状部材と、複数の電極を有し、前記複数の規制部材はそれぞれ十字形の支柱と該支柱の上部にストッパを有し、前記基板の複数の端部にそれぞれ設けられ、前記支点部材は頂部を有して前記基板の上面に設けられ、前記板状部材は光反射領域を有し、固定端を持たず、少なくとも一部に導電性を有する部材からなる導電体層を有し、前記基板と前記支点部材と前記ストッパの間の空間内で可動的に配置され、前記複数の電極は前記基板上にそれぞれ設けられ、前記板状部材の導電体層とほぼ対向している構成を有し、前記板状部材が前記支点部材を中心として静電引力により傾斜変位することにより、光反射領域に入射する光束が反射方向を変えて光偏向を行う光偏向装置において、前記複数の規制部材が前記板状部材の角部近傍に設置されていて、前記板状部材は、前記複数の規制部材に近接する前記板状部材の板幅に比べ、近接部以外の板幅を広く構成し、前記支柱の中心間の幅より短く、前記支柱間の遠い幅より長い幅Ｗ１、前記支柱間の近い幅より短い幅Ｗ２、前記支柱間の遠い幅より短く、近い幅より長い幅Ｗ３の３段階の板幅が形成されたことを特徴とする光偏向装置。
2. 請求項１記載の光偏向装置を複数２次元アレー状に配置したことを特徴とする光偏向アレー。
3. 請求項２記載の光偏向アレーと、該光偏向アレーを照明する光源と、前記光偏向アレーからの反射光を色情報に応じて投影する投影レンズとを有することを特徴とする光学システム。
4. 請求項３記載の光学システムを投影光学システムとして用いることを特徴とする画像投影表示装置。
5. 請求項１記載の光偏向装置において、前記板状部材の光反射領域を有する上面形状が長方形であり、前記支点部材が尾根形状を有し、前記支点部材を中心に板状部材が傾斜変位することにより１軸２次元の光偏向動作を行うことを特徴とする光偏向装置。
6. 請求項１または５記載の光偏向装置において、入射光束が、複数の規制部材、該複数の規制部材上部に設置されたストッパおよび規制部材近傍の板状部材上面に入射しないように入射領域を制限した光束であることを特徴とする光偏向装置。
7. 請求項６記載の光偏向装置を、板状部材の短辺方向に複数１次元アレー状に配置したことを特徴とする光偏向アレー。
8. 請求項７記載の光偏向アレーにおいて、光偏向アレーを構成する個々の光偏向装置に入射する光束がアレー列方向に長い線状光源の光束であることを特徴とする光偏向アレー。
9. 請求項８記載の光偏向アレーと、該光偏向アレーを照明する線状光源と、前記光偏向アレーからの反射光を画像情報に応じて投影する投影レンズとを有することを特徴とする光学システム。
10. 請求項９記載の光学システムを光書込みユニットとして用いることを特徴とする画像形成装置。

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