JP5194396B2

JP5194396B2 - 光偏向装置及び画像投影表示装置

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Publication number: JP5194396B2
Application number: JP2006185773A
Authority: JP
Inventors: 静一加藤; 健南條; 剛一大高
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: JP2008015174A

Description

本発明は、光偏向装置の駆動方法及びそれを用いた画像投影表示装置に関する。

数十万から数百万個のマイクロミラーを二次元アレイ状に配置した光偏向装置が投影装置等に使用されている。各マイクロミラーには半導体記憶装置が接続され、アドレスの指示により指定のマイクロミラーの傾斜方向を切り換えることを可能とし、その結果、スクリーン上にはアドレスを指定された画像が投影される。

このような光偏向装置として、本出願人は、規制部材により制限された空間で光反射領域を有する板状部材が支点部材を支点に傾斜変位し、光を偏向する光偏向装置を出願している。板状部材にはトーションバーのようなヒンジがなく、規制部材の制限する範囲で自由に傾斜変位ができる特徴を有する光偏向装置を特許文献１で提案している。

本願出願からは、この他に半導体記憶装置に接続されたアドレス電極により板状部材の傾斜変位の始動を制御できる光偏向装置がすでに出願されている。この出願には、板状部材の寸法が１０μｍ角程度の場合、慣性モーメントと駆動力により決まる回転速度から数μｓｅｃで傾斜変位を完了するには、駆動電圧は数十Ｖになる。一方、板状部材程度の面積で構成できるＳＲＡＭなどの半導体記憶装置の面積範囲から一般的なＬＳＩの動作電圧が予想され、動作電圧は５Ｖ程度となる。このような半導体記憶装置の動作電圧で、板状部材の傾斜変位の有無を制御できる駆動方法を開示している。

さらに、本出願人は、光偏向装置をアレイ状に配置し、光反射領域を有する板状部材を供えた光偏向装置を特願２００４−３２０８２１で提案している。この発明は、光反射領域を有する板状部材が回転軸又は支点を中心に回転し、入射する光来の反射方向を変えて光偏向動作を行う光偏向装置であり、板状部材が導体層を有し、かつ導体層に接触して又は固定して電位を付与する電極を有し、かつ板状部材に対向して設置された複数の電極群を有し、かつ該複数の電極群のうち任意の電極と該導体層に電位を付与する電極との電位差により生じる静電引力、すなわち静電トルクで板状部材の傾斜方向が切り換わる光偏向装置を、複数１次元又は２次元に配置した光偏向アレイの駆動方法において、少なくとも以下に記載の三段階の状態を、一連の過程で光偏向動作としている。第１段階の状態としては、板状部材の傾斜方向を第１傾斜方向又は第２傾斜方向に指定するデータを、光偏向装置直下又は近接して配置した半導体記憶装置に書き込み記憶する状態、第２段階の状態としては、指定されたデータに基づき任意の光偏向装置の板状部材の傾斜方向を第１傾斜方向へ切り換え光偏向する状態を、第三段階の状態としては、指定されたデータに基づき任意の光偏向装置の板状部材の傾斜方向を第２傾斜方向へ切り換え光偏向する状態であることを最も主要な特徴としている。
このときの代表的な駆動波形例を図１２に示す。図１２の波形は板状部材の傾斜変位開始から完了までの間、おおむね同じ電圧になっている。

特開２００４−７８１３６

光偏向装置のアレイにより画像を投影する場合、階調表現は光を出力している時間の長短で表す方法が一般的である。例えば８ビット式２５６階調では最小の単位では２０μｓｅｃ程度になる。このような時間内に、第１傾斜方向から第２傾斜方向への傾斜変位の時間と第２傾斜方向から第１傾斜方向への傾斜変位の時間、そして光偏向装置内の半導体記憶装置にデータを転送する時間を含める必要がある。板状部材が傾斜変位を完了した後も残留振動を生じる場合は、板状部材が傾斜している方向で対向する複数電極に対し浮き上がるので、静電力低下による誤動作を防止するため、次の段階での駆動ができない。すなわち、残留振動のある時間を減らすことで、データを送る時間が充分に確保される。

ここで、従来の駆動方法を図１２に示す。図１２（ａ）に示すように状態１、状態２、状態３、次に状態１のように繰り返す。状態１の長さは階調を表現する長さに対応し変化する。

図１２（ｂ）に状態３の駆動方法の例を用い説明する。同図において、（ａ）は、板状部材が第１傾斜方向に傾斜している状態を示す。このときの駆動波形が電極ｃに加えられ傾斜変位が開始する。（ｂ）は、板状部材が静電力で加速し傾斜変位が進み、板状部材が基板と平行な傾斜角まで変位した状態を示し、（ｃ）は板状部材がさらに加速され着地に近づいた状態を示し、（ｄ）は板状部材が傾斜変位を完了した状態を示す。しかし、板状部材は過剰な速度で着地箇所に着地するため、（ｄ）に破線で示すように衝撃により上下に振動を生じることがある。この振動を以下、「残留振動」と称する。このような残留振動が発生すると、板状部材が傾斜している方向で対向する複数電極に対し浮き上がるので、静電力低下による誤動作を防止するため、次の段階での駆動ができず、データを送る時間を充分に確保することができない。

光偏向装置アレイは１００万以上の装置からなる場合があり、板状部材が余裕を持ち個々の板状部材の始動を制御できることが重要である。ここで、板状部材が第１傾斜方向に傾斜している場合を考える。板状部材が傾斜している側の複数電極と板状部材との間に半導体記憶装置の動作電圧程度の低い電圧ＶＨを与えた場合の静電力と板状部材と遠い側の複数電極と板状部材の間の電位差Ｅによる静電力が括抗するような状態で、電位差Ｅを低い電圧ＶＨの数倍に設定することができる。例えばＶＨ＝５Ｖ、Ｅ＝３５Ｖ、Ｅ／ＶＨ＝７のような場合、板状部材の駆動電圧は傾斜方向に対する静電力を残すために必要であり、最大の３５Ｖまでは使用しにくい。最大値まで用いると板状部材に対するモーメントは０になり、板状部材を第１傾斜方向に引き寄せる力がキャンセルされ、板状部材の振動などの外乱により、板状部材が浮き上がると傾斜方向の静電力が弱まり、第２傾斜方向の静電力で傾斜変位をするからである。

さらに、光偏向装置の面積を低減する場合、その下層に形成される半導体記憶装置の面積も同時に低減する必要がある。半導体記憶装置の面積を減少すると、構成するＭＯＳトランジスタの動作電圧を減少することが必要になる。すなわち半導体記憶装置のＨレベルが低下することになる。例えば５Ｖから３．３Ｖや２．０Ｖになる。これは板状部材を傾斜している方向に留めるため、板状部材と対向する複数電極間に高電位の電位差を与えている。このため、この高電位が低くなれば板状部材を留める静電力が低下する問題がある。

本発明は、光反射領域を有する板状部材を傾斜変位させる静電力を発生する板状部材から遠い複数電極に印加する電圧を、傾斜変位を開始した後の任意の時間で増減することで、板状部材の運動エネルギーを低減し、過剰な速度での着地箇所との衝突による残留振動を低減するとともに、過剰な衝撃による着地箇所の表面のダメージを低減可能な光偏向装置の駆動方法及び画像投影表示装置を提供することをその目的とする。
本発明は、板状部材が傾斜変位を開始した後、板状部材の傾斜していた側の電極の電位を増加することで、板状部材を第１傾斜方向に留める余裕を広げることが可能な光偏向装置の駆動方法及び画像投影表示装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、基板の端部に設けられ、その上部にストッパを備えた複数の規制部材と、上面に光反射領域と導体層を備え、基板の中央に設けられた支点部材で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支持された板状部材と、板状部材と対向するように基板上に設けられた複数の電極と、板状部材の導体層に電位を確立する手段とを有し、複数の電極と板状部材の導体層との静電力により、当該板状部材が支点部材を中心として、第１傾斜方向から第２傾斜方向に傾斜変位することで、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であって、板状部材が基板上に設けられた第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を増加させることにより傾斜変位を開始した後であって、かつ、板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触する前に、第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を減少させる又は０とさせ、板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触した後に、第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を増加させることを特徴としている。

請求項２の発明は、基板の端部に設けられ、その上部にストッパを備えた複数の規制部材と、上面に光反射領域と導体層を備え、基板の中央に設けられた支点部材で基板と支点部材とストッパの間の空間内で可動的に配置支持された板状部材と、板状部材と対向するように基板上に設けられた複数の電極と、複数の電極からの静電誘導で板状部材に電位を確立する手段とを有し、複数の電極と板状部材の導体層との静電力により、当該板状部材が支点部材を中心として、第１傾斜方向から第２傾斜方向に傾斜変位することで、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であって、板状部材が板状部材に誘導される電位と第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を大きくさせることにより傾斜変位を開始した後であって、かつ、板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触する前に、板状部材に誘導される電位と第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を小さくさせる又は０とさせ、板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触した後に、板状部材に誘導される電位と第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を大きくさせることを特徴としている。

請求項３の発明である画像投射表示装置は、請求項１又は２記載の光偏向装置を有することを特徴としている。

本発明によれば、板状部材が傾斜変位を開始した後任意の時間で駆動電圧を増減することで、板状部材の傾斜変位する速度が調整され、傾斜変位を完了する着地箇所での衝撃が低減するとともに、板状部材の着地後の残留振動を抑制できる。残留振動のある状態で、次状態の波形を印加した場合の傾斜変位の誤動作を生じることがあるが、残留振動を低減することで、駆動波形の切り換えをより短時間で行うことができ、また、板状部材の着地箇所との衝撃を低減することで、着地箇所の表面のダメージを低減できる。

本の発明によれば、板状部材の傾斜変位開始後に駆動電圧を減少することで、板状部材の着地時の速度が低減するので、残留振動を抑制でき、残留振動に起因する着地箇所との衝撃低減、駆動波形の切り換え時の短縮化、着地箇所の表面のダメージ低減を図ることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜変位開始後に駆動電圧を０Ｖに減少することで、板状部材の着地時の速度を低減でき、残留振動を抑制でき、残留振動に起因する着地箇所との衝撃低減、駆動波形の切り換え時の短縮化、着地箇所の表面のダメージ低減を図ることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜完了間際に、第２傾斜方向側の複数電極の電位の絶対値を増加することで、板状部材を第２傾斜方向の電極側に静電力で引き付け、板状部材の着地箇所での弾みを抑制でき、弾み（残留振動）に起因する着地箇所との衝撃低減、駆動波形の切り換え時の短縮化、着地箇所の表面のダメージ低減を図ることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜変位開始後に板状部材に静電誘導される電位に対する対向する電極の電位との偏差を減少するので、板状部材の着地時の速度を低減でき、残留振動を抑制することができる。このため、残留振動に起因する着地箇所との衝撃低減、駆動波形の切り換え時の短縮化、着地箇所の表面のダメージ低減を図ることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜変位開始後に板状部材に静電誘導される電位に対する対向する電極の電位との偏差を０Ｖに減少するので、板状部材の着地時の速度を低減でき、残留振動を抑制することができる。このため、残留振動に起因する着地箇所との衝撃低減、駆動波形の切り換え時の短縮化、着地箇所の表面のダメージ低減を図ることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜変位を開始させるため板状部材の第２傾斜方向側の複数電極の電位が増加した後の任意の時間に、第１傾斜方向側の複数電極の電位の絶対値を増加することで、板状部材を第１傾斜方向に留める余裕を広げることができる。

本発明によれば、板状部材の傾斜変位を開始させるため板状部材に静電誘導される電位との第２傾斜方向側の複数電極の電位との偏差が増加した後の任意の時間に、板状部材電位に対する第１傾斜方向側の複数電極の電位との偏差を増加するので、板状部材を第１傾斜方向に留める余裕を広げることができる。

本発明によれば、光偏向装置のオン／オフ制御による画素の明暗制御が良好で、高速な動作が可能で、長期的な信頼性が高く、低電圧で駆動でき、コントラスト比を向上できるので、高輝度でありながら高いコントラスト比を有する高精細な画像投影表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る光偏向装置の一つの構成を示す。図１（ａ）において、符号１０１で示す基板上には、絶縁膜１０２を介し複数の電極群１０３ａ，１０３ｃがあり、これらは図示しない絶縁膜で覆われている。絶縁膜１０２には、支点と電極を兼ねる支点部材１０６が配置され、この支点部材１０６上には、図１（ｂ）に示すように、導体層１０７ｂと光反射領域を有し、ミラーを構成する板状部材１０７ａがその中央部を下方から支持されている。支点部材１０６の頂部は、導体が露出しており、板状部材１０７ａの導体層１０７ｂと電気的に接触し、電位を通信可能とされている。板状部材１０７ａは支点部材１０６によって、図１において左右方向に揺動自在に支持されている。基板１０１の端部となる四隅には、絶縁膜１０２を介して規制部材１０８がそれぞれ配置されている。各規制部材１０８の上部にはストッパ１０８ａが形成されている。支点部材１０６を中心に左右に揺動自在に支持された板状部材１０７ａは、基板１０１と支点部材１０６とストッパ１０８ａの間の空間内で可動的に配置されるとともに、規制部材１０８及びストッパ１０８ａで可動時に外部に飛び出さないようにその移動が制限されている。

板状部材１０７ａが揺動して着地する基板１０１の場所を着地箇所１０９として設けることもできる。着地箇所１０９の表面に表面エネルギーの低い有機膜を設けることで、毛管力やファンデアワールス力による付着力による板状部材１０７ａの傾斜を妨げる力を低減することも可能である。

板状部材１０７ａの一方向への傾斜角（揺動角）は、板状部材１０７ａの長さの１／２と支点部材１０６の板状部材１０７と接する高さの逆三角関数の正弦arc sinで求められる角となる。板状部材１０７ａは、その導体層１０７ｂと電極ａによる静電力と、導体層１０７ａと電極ｃによる静電力の比較により、揺動して傾斜変位する。また、板状部材１０７の導体層１０７ａが基板１０１上の電気的に接続された電極から一時的に離れても板状部材１０７ａの導体層１０７ｂは電荷を保持でき同等の静電力が働き、けして静電力がその時点で無くなるわけではない。また、静電力が働くので再び板状部材１０７ａは電極側に接触することができる。本形態に係る光偏向装置は、図２に示すように、二次元アレイに配置して使用することができる。例えばプロジェクタなどの画像投影表示装置のライトバルブとして応用できる。あるいは剛性の弱いヒンジを板状部材１０７ａに形成することも可能である。

図１２に示すような従来の駆動方法では、支点部材を挟んで一方側の電極ａに加える電圧は板状部材が傾斜変位をおおむね終了するまで、すなわち電極側への傾斜完了間際か、板状部材の残留振動が減少するまで印加する。支点部材に半導体記憶装置のハイレベル、すなわちＨレベル電位を加え、板状部材に対向する電極群の電位を第１傾斜方向に傾斜させるような電位で駆動し、次に第２傾斜方向に傾斜させるような電位で駆動し、さらに傾斜方向を維持するように電位を加えている。このときの駆動波形について、ここでは、図１２に示す状態３の駆動波形を例として説明するが、第１傾斜方向と第２傾斜方向の位置を置き換えれば、同様の動作であり、同図に記す状態２にも適用できる。

図１２に示す駆動方法において、板状部材を傾斜変位させるような電位を加える場合、板状部材が傾斜していた側に電極の電位は半導体記憶装置のローレベル、すなわちＬレベル電位またはＨレベル電位にする。

これに対し、本発明にかかる駆動方法では、板状部材１０７ａが傾斜を開始した後に、傾斜していた側の電極の電位を増加する。板状部材１０７ａとそれが傾斜していた側の電極の電位がおおむね同じ場合は、板状部材１０７ａは容易に傾斜変位を開始する。ところが板状部材１０７ａの電位とそれが傾斜していた側の電位が半導体記憶装置のＨレベル電位程の電位差がある場合は、それによる静電力が傾斜変位を妨げる。本発明は、同じ電位差に対する静電力でも、電極間距離が近い方が、静電力がより強い原理を利用している。また、板状部材１０７ａから遠い電極群と板状部材１０７ａの間の電位差に対する、板状部材１０７ａに近い電極群と板状部材間の電位差の比は容易に数倍にすることができる点も特徴となる。

以下、本発明にかかる光偏向装置の駆動方法について説明する。

静電力は電極と板状部材１０７ａの距離の二乗に反比例する。このため、傾斜変位を開始した時期に高い電圧が必要であるが、傾斜変位が進むに従い電極と板状部材１０７ａの距離が近づくため、電圧を低めても回転（揺動／傾斜）させる静電力をある程度確保することができる。あるいは、途中まで傾斜変位させれば、慣性により板状部材１０７ａは傾斜を続けることができる。板状部材１０７ａがトーショナルヒンジで吊られていないことで、第２傾斜方向に向かい着地するに従い、剛性による復元力が働かないことも、本光偏向装置の特徴である。

このように板状部材１０７ａの運動エネルギーが過剰になることを防止することにより、板状部材１０７ａが第２傾斜方向に着地した場合の衝撃を減少し残留振動を抑制することができる。残留振動が無ければ板状部材１０７ａが着地後すぐに傾斜方向を切り換えることや板状部材１０７ａに通じている半導体記憶装置に対するデータ信号の伝達を速やかに開始することができる。これにより、光偏向装置を用いた画像投影表示装置の階調表現を表示期間の長短で行う方式で、板状部材１０７ａの傾斜方向切り換えに要する時間を短縮し、データ転送の時間をより長く確保できる。

図３に駆動波形の例を示す。図３において、板状部材１０７ａには１０μｍｍ角、厚さ０．１５μｍｍのアルミニュームとチタンの合金を用いた。板状部材１０７ａの傾斜角は１５°とし、最大駆動電圧は３０Ｖとした。そして、図３に示すように、駆動電圧を傾斜途中で減少させた。

図３（ａ）は板状部材１０７ａが第１傾斜方向に傾斜している状態を示す。第１傾斜方向の板状部材１０７ａに対向した電極群１０３ａの電極ａと板状部材１０７ａに電気的に接触する導電性の支点部材１０６の電極ｂが同電位であり、これらの間には静電力が働かない。第２傾斜方向の電極群１０３ｂの電極ｃと電極ａの電位差は３０Ｖであり、板状部材１０７ａは第２傾斜方向に傾斜変位を開始する。

図３（ｂ）は板状部材１０７ａが基板１０１に平行な角度まで傾斜変位した状態を示す。傾斜変位が進み基板１０１に平行な状態で、電極ｃと板状部材１０７ａの距離が支点１０６の高さより近い領域が増える程、この傾斜角以降さらに静電力が増加していく。

図３（ｃ）は板状部材１０７ａが第２傾斜方向へさらに傾斜した状態を示す。この状態において、電極ｃの駆動電圧の絶対値を減少するかあるいは０Ｖにする。板状部材１０７ａの移動速度は充分速く、この状態の速度をある程度遅くしても全体の傾斜変位にようする時間に占めるこの期間の割合は小さい。つまり、傾斜変位に要する時間は少し長くなるがそれほど変わらない。

図３（ｄ）は板状部材１０７ａの第２傾斜方向への傾斜変位が完了した状態を示す。板状部材１０７ａの着地直前の速度が大きいと板状部材１０７ａが衝突の衝撃で弾むことがある。このため、図３（ｃ）の期間に静電力を弱めることで板状部材１０７ａの衝突前の速度が過剰になることを防止できる。さらに板状部材１０７ａが着地後に駆動電圧を再び加えることで板状部材１０７ａの弾みを抑制できる。

ところで、導電性の支点部材１０６に半導体記憶装置の高い電位を加え、板状部材１０７ａに対向する電極群の電位を第１傾斜方向に傾斜させるような電位で駆動し、次に第２傾斜方向に傾斜させるような電位で駆動し、さらに傾斜方向を維持するように電位を加える一連の駆動方法としては、既に本出願人が特願２００４−３２０８２１で出願している。この場合、弾みが起きる残留振動がある間はアドレス信号を伝達すると希望しない板状部材の傾斜変位を引き起こす。これは、板状部材１０７ａが傾斜変位して第２傾斜方向の着地箇所で衝撃により弾んでいる時に、傾斜方向を切り換える駆動電圧を印加すると、板状部材１０７ａと電極ｂの間にＶＨの電位差があったとしても、板状部材１０７ａと電極ｃの間の静電力が弱まり、傾斜変位をさせる駆動力により傾斜変位が開始する場合があるからである。

このため、本発明にかかる光偏向装置の駆動方法のように、傾斜変位を終了後の残留振動が抑制されると、板状部材１０７ａに電気的に接触する電極の電位を半導体記憶装置の動作電圧の高電位でより効果的に板状部材を傾斜した側の電極に留めることができる。このため、従来の特願２００４−３２０８２１に記載する（図１２の）状態１、状態２、状態３の切り換えに対し、残留振動の減衰を待つ時間を低減できる。このため、表示期間の長短で階調表現する投影方法で、より階調手段を広げることができる。例えば最短の表示時間をより短くし階調数を上げることができる。

これについて、図４を用いて説明する。図４は、板状部材１０７ａを傾斜変位させる場合を示す。図４（ａ）は、板状部材１０７ａが第１傾斜方向に傾斜した状態、板状部材１０７ａの傾斜変位開始の導電性の支点部材１０６の電極ｂには電極群の電極ａと同電位（０Ｖ）が与えられ、静電力は働かない。板状部材１０７ａと遠い電極ｃに電位Ｅ（Ｖ）が与えられており、傾斜変位を開始する。
図４（ｂ）は板状部材１０７ａが遅れて傾斜変位を開始しようとした状態を示す。電極ｃと板状部材１０７ａの静電力で傾斜変位を続ける。
図４（ｃ）は、本発明の駆動方法による波形が加えられる状態を示す。一方、傾斜変位が進んだ板状部材１０７ａは傾斜していた側の電極と距離が遠くなりつつあり、傾斜変位させる駆動力が大きく傾斜変位を続ける。
図４（ｄ）は、傾斜変位の完了した状態を示す。板状部材１０７ａは傾斜変位を続け傾斜方向が第１傾斜方向から第２傾斜方向に切り換わる。

図５は、板状部材１０７ａを傾斜変位させない場合を示す。
図５（ａ）は、板状部材１０７ａが第１傾斜方向に傾斜した状態を示す。板状部材１０７ａの傾斜変位開始の板状部材１０７ａに近い電極ａには０Ｖ、板状部材１０７ａから遠い電極ｃには電位Ｅ（Ｖ）が与えられる。板状部材１０７ａに接する導電性の支点部材１０６の電極ｂには、半導体記憶装置の出力からＨレベル電位ＶＨが加えられている状態である。板状部材１０７ａと電極ａの間の電位差による静電力は、板状部材１０７ａから遠い電極ｃと板状部材間の静電力より大きく設定されており、板状部材１０７ａは本来傾斜変位を起こさない。しかしここではこの静電力が括抗している状態を考える。
図５（ｂ）は板状部材１０７ａが遅れて傾斜変位を開始しようとした状態を示す。板状部材１０７ａが弾みにより電極と少し遠くなった場合には静電力が低下し、板状部材１０７ａを傾斜させる第２傾斜方向の電極１０３ｃと板状部材間の静電力が優り、傾斜変位を開始することになる。
図５（ｃ）は、本発明駆動方法による波形が加えられる状態を示す。板状部材１０７ａと電極ａの電位差ＶＨによる静電力があるため傾斜変位がゆっくり進むことになる。このとき、板状部材１０７ａが傾斜していた側の電極ａの電位をＥｒ（Ｖ）に増加すると板状部材１０７ａは傾斜変位を中止し、傾斜していた側に戻る。
図５（ｄ）は、傾斜変位の完了した状態を示す。板状部材１０７ａは電極１０３ａの電位Ｅｒ（Ｖ）と板状部材１０７ａの電位ＶＨによる静電力で、電極１０３ａ側の第１傾斜方向に留まる。

このようにして、本発明駆動方法を用いることで板状部材１０７ａが傾斜している側の電極に板状部材１０７ａを留める余裕を持たせることでき、残留振動など外乱に対しても影響を受けにくく、駆動電圧の範囲を広げることができる。特に、板状部材１０７ａに加えられている電圧の極性と逆極性の電圧を加えると、板状部材１０７ａと同電位になる点を通過することがなくより安定である。
（第２の実施形態）
次に、静電誘導で板状部材に電位を付与する光偏向装置の構成について説明する。板状部材に対向する電極群で、板状部材に静電誘導で電位を発生する方式の光偏向装置の発明は、特開２００４−７８１３６において開示されている。本形態は、このような静電誘導において、板状部材を傾斜していた側に留めラッチする電極を設ける。すなわち、図６に示すように、光偏向装置は、基板１０１上に絶縁膜１０２を介し複数の電極群１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０４ａ，１０４ｂが配置されていて、図示しない絶縁膜で覆われている。光反射領域を有する板状部材１０７ａは、その導体層１０７ｂが支点部材１０６によって支持されている。板状部材１０７ａは、その周囲に配置された規制部材１０８により、ある程度の揺動による傾斜（回動）はできるが、飛び出さないように移動が制限されている。板状部材１０７ａの傾斜角は、板状部材１０７ａの長さの１／２と支点部材１０６の板状部材１０７ａと接する高さの逆三角関数の正弦ａｒｃｓｉｎで求められる角となる。板状部材１０７ａはその導体層１０７ｂと電極１０３ａ及び電極１０３ｂによる静電力と、導体層１０７ｂと電極１０３ｃ及び電極１０３ｄによる静電力の比較により、回転し傾斜変位する。さらに基板１０１上には、板状部材１０７ａを駆動するための電極に加え、板状部材１０７ａの始動を制御する電極１０４ａ，１０４ｂが配置されている。支点部材１０６に対しおおむね対称に電極群を配置することが好ましい。また、電極群は４つの電極ではなく６つの電極として構成してもよい。

電極群は、基板１０１に対し傾斜させて配置されている。電極１０３ａ，電極１０３ｂ，電極１０３ｃ，電極１０４ｄのように板状部材１０７ａを静電力で引き駆動するため、これらを駆動電極と称する。また電極１０４ａ，電極１０４ｂは、始動を制御するためも設けられたもので、制御電極と称する。

次に図６に示す光偏向装置による板状部材１０７ａの残留振動を抑制する駆動方法について説明する。電極１０４ａに０Ｖ、電極１０４ｂにＶＨ（半導体記憶装置の動作電圧の高電位）が加えられているとする。板状部材１０７ａは図７に示す第１傾斜方向から第２傾斜方向に傾斜変位する過程にある。

図７に、駆動波形例を示す。本形態では、板状部材として、１０μｍ角正方形、厚さ０．１５μｍ、材質アルミニューム合金を使用し、最大駆動電圧３０Ｖとした。Ｅ＝３０Ｖ。なお、図７において、電極１０３ａ，電極１０３ｂ，電極１０３ｃ，電極１０３ｄ、１０４ａ、１０４ｂを単に電極ａ，電極ｂ，電極ｃ，電極ｄ，電極ｅ，電極ｆと称す。

図７（ａ）は板状部材１０７ａが第１傾斜方向に傾斜している状態を示す。第１傾斜方向の板状部材１０７ａに対向した電極群、図中電極ｃと電極ｄにより板状部材に電位が静電誘導される。電極ｃにＥ（Ｖ）で電極ｄに−Ｅ（Ｖ）を加える場合は、板状部材１０７ａの電位は０（Ｖ）になる。電極ａと電極ｂの電位を０（Ｖ）とすると、これらの間には静電力が働かない。第２傾斜方向の電極群、図中電極ｃや電極ｄと板状部材１０７ａの電位差は３０Ｖであり、板状部材１０７ａは第２傾斜方向に傾斜変位を開始する。
図７（ｂ）は板状部材１０７ａが基板１０１に平行な角度まで傾斜変位した状態を示す。傾斜変位が進み基板１０１に平行な状態で、電極ｃや電極ｄと板状部材１０７ａの距離が支点の高さより近い領域が増える過程であり、この傾斜角以降さらに静電力が増加していく。
図７（ｃ）は、板状部材１０７ａが第２傾斜方向へさらに傾斜した状態を示すもので、この状態で板状部材１０７ａの電位に対する第２傾斜方向側の電極ｃと電極ｄの電位の偏差を減少するか０Ｖにする。板状部材１０７ａの移動速度は速く、このように駆動力を減じても、全体の傾斜変位にようする時間に占めるこの期間の割合は小さい。この状態の速度をある程度遅くしても、傾斜変位に要する時間が少し長くなるのみである。
図７（ｄ）は、板状部材１０７ａの第２方向への傾斜変位が完了した状態を示す。板状部材１０７の着地直前の速度が大きいと板状部材１０７ａが衝突の衝撃で弾むことがある。

このため、図７（ｃ）の期間に静電力を弱めることで板状部材１０７ａの衝突前の速度が過剰になることを防止できる。さらに板状部材１０７ａが着地後に駆動電圧を再び加えることで板状部材の弾みを抑制できる。

このように、本発明にかかる光偏向装置の駆動方法により、傾斜変位を終了後の残留振動が抑制さるため、板状部材１０７ａに電気的に接触する電極の電位を半導体記憶装置の動作電圧の高電位でより効果的に板状部材１０７ａを傾斜した側の電極に留めることができる。また特許文献１（図１２）に記載の板状部材の状態１、状態２、状態３の切り換えに対し、残留振動の減衰を待つ時間を低減できる。表示期間の長短で階調表現する投影方法で、より階調手段を広げることができる。例えば最短の表示時間をより短くし階調数を上げることができる。
（第３の実施形態）
次に、図８、図９、図１０を用いて、板状部材を傾斜変位させない場合に、板状部材の残留振動などの外乱で板状部材が傾斜変位しないようにする光偏向装置の駆動方法について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）は光偏向装置の構成を示す。この構成は、図６に示す光偏向装置と同一構成を採るので詳細な説明は省略し、駆動方法について説明する。

図９を用いて板状部材１０７ａを傾斜変位させる場合について示す。
図９（ａ）は、板状部材１０７ａが第１傾斜方向に傾斜した状態を示し、板状部材１０７ａの傾斜変位開始の制御電極ｅには板状部材１０７ａに誘導される電位と同電位が与えられ、静電力は働かない。図８（ａ）に示すように板状部材１０７ａと遠い電極ｃに電位Ｅ（Ｖ）と電極ｄに電位−Ｅ（Ｖ）が与えられており、傾斜変位を開始する。
図９（ｂ）は、板状部材１０７ａが遅れて傾斜変位を開始しようとした状態を示すもので、電極ｃおよび電極ｄと板状部材１０７ａとの静電力で傾斜変位を続ける。
図９（ｃ）は、本発明駆動方法による波形が加えられる状態を示す。一方、傾斜変位が進んだ板状部材１０７は傾斜していた側の電極と距離が遠くなりつつあり、傾斜変位させる駆動力が大きく傾斜変位を続ける。
図９（ｄ）は、傾斜変位の完了した状態を示す。この状態において、板状部材１０７ａは傾斜変位を続け、傾斜方向が第１傾斜方向から第２傾斜方向に切り換わる。

図１０は、板状部材１０７ａを傾斜変位させない場合を示す。
図１０（ａ）は、図８に示す板状部材１０７ａに近い電極ａ，電極ｂには０Ｖ、板状部材１０７ａから遠い電極ｃにＥ（Ｖ），電極ｄには−Ｅ（Ｖ）が与えられる。電極１０４ａには半導体記憶装置の出力から高電位ＨＶが加えられ、電極ｆには０（Ｖ）が与えられている状態である。板状部材１０７ａに誘導される電位と電極ａの電位の間の電位差による静電力は、板状部材１０７から遠い電極ｃと板状部材間の静電力より大きく設定されており、板状部材１０７ａは本来傾斜変位を起こさない。しかしここではこの静電力が括抗している状態を考える。
図１０（ｂ）は、板状部材１０７ａが残留振動などの弾みにより電極と少し遠くなった場合を示し、このような場合には静電力が低下し、板状部材１０７ａを傾斜させる第２傾斜方向の電極と板状部材間の静電力が優り、傾斜変位を開始することになる。
図１０（ｃ）は、板状部材１０７と電極ａの電位差ＶＨによる静電力があるため傾斜変位がゆっくり進むことになる。このとき、板状部材１０７ａが傾斜していた側の電極ａの電位をＥｒ（Ｖ）に電極ｂの電位を−Ｅ（Ｖ）増加すると、すなわち板状部材１０７ａの電位との偏差を増加すると、板状部材１０７ａは傾斜変位を中止し、傾斜していた側に戻る。この場合、板状部材１０７ａに電極ａ，電極ｂの電位からも静電誘導が起きるため、これらの電極で誘導する電位も電極ｃと電極ｄで誘導する電位と同じ方が好ましい。この例では０Ｖである。
図１０（ｄ）において、板状部材１０７ａは電極ａの電位Ｅｒ（Ｖ）および電極ｂの−Ｅｒ（Ｖ）と電極ｅの電位ＶＨによる静電力で板状部材は電極ａ，電極ｂ側の第１傾斜方向に留まる。

このようにして、本発明駆動方法を用いることで板状部材１０７ａが傾斜している側の電極に板状部材を留める余裕を持たせることでき、残留振動など外乱に対しても影響を受けにくく、駆動電圧の範囲を広げることができる。

次に、本発明装置駆動方法を用いた画像投影表示装置となる投影装置８００の構成について、図１１を用いて説明する。図１１において、投影装置８００は、光源８０２からのある広がり角を持った光が、例えば回転カラーフィルタ８０５を介して本発明光偏向装置８０１に照射され、板状部材１０７ａの反射領域からの反射光は板状部材の第１傾斜方向では投影レンズ８０６を経て投影スクリーン８１０に照射される。これがオン状態である。しかし、第２傾斜方向では、反射光は絞りである遮光部材８０４に当たり投影スクリーン８１０には光を出力しない。これがオフ状態である。光偏向装置８０１が二次元アレイに配置された場合は、このオン／オフにより投影スクリーン８１０に像を形成することができる。このため、光偏向装置８０１の画像投影データの表示（すなわち画素の明暗表示）装置の光スイッチ手段として用いることができる。したがって、画素の明暗制御（すなわち光スイッチのオン／オフ制御）が良好で、迷光（反射方向が乱れた時に発生する隣接素子からの反射光）を抑制でき、高速な動作が可能で、長期的な信頼性が高く、低電圧で駆動でき、かつコントラスト比を向上できる。

本発明が適用された光偏向装置の第１の実施形態を示す構成図である。図１に示す光偏向装置を２次元アレイ状態に配置した平面図である。第１の形態における印加電圧と板状部材の位置関係を示す図である。第１の形態にかかる光偏向装置の板状部材を傾斜変位させる場合の工程図である。第１の形態にかかる光偏向装置の板状部材を傾斜変位させない場合の工程図である。本発明が適用された光偏向装置の第２の実施形態を示す構成図である。第２の形態における印加電圧と板状部材の位置関係を示す図である。本発明が適用された光偏向装置の第３の形態を示す構成図である。第３の形態にかかる光偏向装置の板状部材を傾斜変位させる場合の工程図である。第３の形態にかかる光偏向装置の板状部材を傾斜変位させない場合の工程図である。本発明の光偏向装置が適用された画像投影表示装置の概略構成を示すブロック図である。従来の光偏向装置における印加電圧と板状部材の位置関係を示す図である。

符号の説明

１０１基板
１０３ａ〜１０３ｄ複数の電極
１０４ａ〜１０４ｂ複数の電極
１０６支点部材
１０７ａ板状部材
１０７ｂ導電体層
１０８複数の規制部材
１０８ａストッパ
８０１光偏向装置

Claims

基板の端部に設けられ、その上部にストッパを備えた複数の規制部材と、
上面に光反射領域と導体層を備え、前記基板の中央に設けられた支点部材で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支持された板状部材と、
前記板状部材と対向するように前記基板上に設けられた複数の電極と、
前記板状部材の導体層に電位を確立する手段と、を有し、
前記複数の電極と前記板状部材の導体層との静電力により、当該板状部材が前記支点部材を中心として、第１傾斜方向から第２傾斜方向に傾斜変位することで、前記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であって、
前記板状部材が前記基板上に設けられた前記第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を増加させることにより傾斜変位を開始した後であって、かつ、前記板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触する前に、前記第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を減少させる又は０とさせ、前記板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触した後に、前記第２傾斜方向側の電極の電位の絶対値を増加させることを特徴とする光偏向装置。
基板の端部に設けられ、その上部にストッパを備えた複数の規制部材と、
上面に光反射領域と導体層を備え、前記基板の中央に設けられた支点部材で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支持された板状部材と、
前記板状部材と対向するように前記基板上に設けられた複数の電極と、
前記複数の電極からの静電誘導で前記板状部材に電位を確立する手段と、を有し、
前記複数の電極と前記板状部材の導体層との静電力により、当該板状部材が前記支点部材を中心として、第１傾斜方向から第２傾斜方向に傾斜変位することで、前記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であって、
前記板状部材が前記板状部材に誘導される電位と前記第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を大きくさせることにより傾斜変位を開始した後であって、かつ、前記板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触する前に、前記板状部材に誘導される電位と前記第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を小さくさせる又は０とさせ、前記板状部材が第２傾斜方向側の着地箇所へ接触した後に、前記板状部材に誘導される電位と前記第２傾斜方向側の電極の電位との偏差を大きくさせることを特徴とする光偏向装置。
請求項１又は２記載の光偏向装置を有することを特徴とする画像投射表示装置。