JPH0829707A - 空間光変調素子および空間光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各画素に対応する反射型の空間光変調素子を配
列して構成される空間光変調器において、少ない画素数
で拡散ディザ法などによる多階調の階調表現が行なえる
ようにする。 【構成】空間光変調素子の反射面を構成するフラップ１
６の表面に、反射率を制御するための反射率制御膜２１
を設ける。反射率の異なる複数種類の空間光変調素子を
配列して空間光変調器を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クーロン力によって変
位する反射面によって反射光をスイッチングする空間光
変調素子と、画素に対応させて複数の空間光変調素子を
配列した空間光変調器とに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式プリンタや投影型の表示装置など
では、複数の画素に対する記録や表示を一括して行なう
ために、微小な空間光変調素子を複数個配列した空間光
変調器が使用されている。ここで空間光変調素子は、典
型的には、梁構造で支持された反射面を有し、記録信号
に応じてクーロン力などにより反射面を変位させること
により、反射光をスイッチングするように構成されてい
る。そして、画素ごとに空間光変調素子が設けられるよ
うに空間光変調素子を１次元あるいは２次元に配置し
て、空間光変調器が構成されている。このような空間光
変調素子として、例えば、日本光学会発行の雑誌「光
学」、第２０巻第６５３頁（１９９１年）に開示された
ものや、特開昭６１−１１６３２４号、特公平３−７８
６２２号、特公平３−７８６２３号、特開昭６１−１２
９６２７号、特開昭５８−１０７１４号などの各公報に
開示されているものが知られている。

【０００３】図７(a),(b)は、それぞれ、従来のカンチ
レバー型の空間光変調素子の構成を示す平面図と断面図
である。この空間光変調素子は、シリコン基板１１の表
面に絶縁層１２を介してアドレス電極１３を設け、アド
レス電極１３の上方に空隙１９を介してフラップ１６を
配した構成となっている。フラップ１６は、反射部材で
あり、反射膜１５によって構成されており、支点１７を
介して片持ち梁構造で支持されている。すなわち、アド
レス電極１３などを含むシリコン基板１１の上にスペー
サ１４を設け、スペーサ１４の表面に反射膜１５を設
け、反射膜１５をパターニングしてフラップ１６や支点
１７を形成している。スペーサ１４には、空隙１９に対
応する開口部が設けられている。フラップ１６は略正方
形であって、その頂点のうちの１つが支点１７となって
スペーサ１４側に支持されている。

【０００４】シリコン基板１１内に駆動用のＭＯＳトラ
ンジスタを形成しておき、このＭＯＳトランジスタのソ
ースとアドレス電極１３とを接続しアドレス電極１３に
電圧を印加することによって、アドレス電極１３表面に
電荷が蓄積されるようになる。フラップ１６とアドレス
電極１３との間隙を十分に小さなものとすることによっ
て、アドレス電極１３に電荷が蓄積された場合にアドレ
ス電極１３とフラップ１６との間にクーロン引力が作用
してフラップ１６が傾くようになる。したがって、記録
信号に応じてアドレス電極１３に電圧を印加することに
より、フラップ１６が傾いたり元の位置に戻ったりする
ようになる。フラップ１６は反射膜１５で構成されてい
るので、フラップ１６に入射する光に対する反射光の方
向が変化し、反射光のスイッチングを行なうことが可能
となる。入射光の方向が同じであれば、フラップ１６か
らの反射光は、記録信号に応じて、少なくとも２つの方
向のうちのいずれかの方向に出射することになるので、
以下の説明においては、第１の方向に反射光が出射する
状態をオン（ＯＮ）状態、第１の方向の方向以外の方向
に反射光が出射する状態をオフ（ＯＦＦ）状態というこ
とにする。オン状態は、典型的には、対応する画素に対
する記録や書込みが行なわれる状態である。

【０００５】また、図８(a),(b)は、トーション（ねじ
れ）型の空間光変調素子を示している。この空間光変調
素子は、図７(a),(b)のカンチレバー型のものとほぼ同
様のものであるが、フラップ１６が対をなす２つの支点
１８ａ,１８ｂで支持されていることとアドレス電極１
３の形状で相違する。すなわち略正方形のフラップ１６
の対向する２頂点に支点１８ａ,１８ｂが設けられてお
り、これら支点１８ａ,１８ｂ間を結ぶ直線に対する片
側にのみに対応してアドレス電極１３が設けられてい
る。この空間光変調素子では、アドレス電極１３に電圧
を印加することにより、アドレス電極１３とフラップ１
６との間にクーロン引力が作用し、支点１８ａ,１８ｂ
を結ぶ直線を回転軸としてフラップ１６がねじれるよう
に変位し、フラップ１６の面の傾きが変化する。

【０００６】図９は、上述した空間光変調素子を複数個
用いた光学式プリンタの構成を示している。

【０００７】空間光変調器３３は、上述した空間光変調
素子３０を一列に複数個配置した構成となっている。こ
こで示した例では、図示紙面に垂直な方向に空間光変調
素子３０が配置されており、この方向がプリンタの主走
査方向となっている。空間光変調器３３に対して斜めに
光を入射させるように、光源３１およびコンデンサレン
ズ３２が設けられている。空間光変調器３３に対向して
感光体ドラム３５が配置されており、オン状態から空間
光変調素子３０からの反射光をこの感光体ドラム３５の
表面に投影するための投影レンズ３４が、空間光変調器
３３と感光体ドラム３５との間に設けられている。感光
体ドラム３５は、前述の主走査方向に平行な軸を回転軸
として、図示矢印方向に回転できるようになっている。
さらに、オフ状態の空間光変調素子３０からの反射光を
吸収しあるいは遮るために、遮光板３６が設けられてい
る。このプリンタでは、画素位置（記録位置）の選択
は、主走査方向には空間光変調素子３０の選択により、
副走査方向には感光体ドラム３５の回転によって行なわ
れる。１次元配列された各空間光変調素子を感光体ドラ
ム３５の回転に応じて駆動することにより、オンおよび
オフの時分割情報として、記録画像が感光体ドラム３５
に形成されるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の空間光
変調素子は、記録または表示の画素位置からみた場合に
は、オンまたはオフの２値の制御しか行なえない。ま
た、光源光量は一定であるのが一般的である。したがっ
て、強度変調による階調表現を行なうことができないと
いう問題点がある。また、ディザ法などにより複数画素
を用いて階調表現を行なうことも考えられるが、階調数
に比例した数の画素を用意する必要があり、空間分解能
に比べて画素数すなわち空間光変調素子数が極めて多く
なってしまうという問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、より少ない数の空間光変
調素子を用いて階調表現を可能とする空間光変調器と、
この空間光変調器に使用される空間光変調素子を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の空間光変調素子
は、反射部材と、前記反射部材との間に作用するクーロ
ン力によって前記反射部材を変位させる電極とを有し、
前記反射部材の変位に応じて前記反射部材からの反射光
の出射方向を変化させる空間光変調素子において、前記
反射部材の反射率を制御するための反射率制御膜が前記
反射部材の表面に設けられている。反射部材は、梁構造
によって支持された翼状の部材とすることができる。

【００１１】本発明の空間光変調器は、各画素に対応し
反射部材と前記反射部材との間に作用するクーロン力に
よって前記反射部材を変位させる電極とを有して前記反
射部材の変位に応じて前記反射部材からの反射光の出射
方向を変化させる空間光変調素子を使用し、複数個の前
記空間光変調素子を配列して構成される空間光変調器に
おいて、反射率の異なる複数種類の空間光変調素子が配
列されている。この場合、少なくとも１種類の空間光変
調素子が、反射部材の反射率を制御するための反射率制
御膜を反射部材の表面に備えるようにするとよい。ま
た、反射率の種類ごとに空間光変調素子が規則的に配列
されるようにするとよい。

【００１２】

【作用】本発明の空間光変調素子は反射部材の反射率を
制御するための反射率制御膜を有するので、空間光変調
素子の反射率を任意に設定でき、同一強度の光源を使用
する場合であっても空間光変調素子からの反射光（出力
光）の強度を異ならせることが可能になる。

【００１３】本発明の空間光変調器は、反射率の異なる
複数種類の空間光変調素子を有するので、異なる反射光
強度を組み合わせて表現を行なうことが可能となり、複
数個の画素を用いて階調表現する場合に、同一の反射率
の空間光変調素子を使用する場合に比べ、多階調での表
現が可能になる。より正確な階調表現を実現するために
は、反射率の種類ごとに空間光変調素子が規則的に配列
されるようにすればよい。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００１５】図１(a),(b)は、それぞれ、本発明の一実
施例のカンチレバー型の空間光変調素子の構成を示す平
面図と断面図である。この空間光変調素子は、図７(a),
(b)に示した空間光変調素子と同様のものであるが、フ
ラップ１６上に、反射率制御膜２１を設けた構成となっ
ている。反射率制御膜２１は、空間光変調素子の反射率
を制御するためのものであって、具体的には、フラップ
１６（反射膜１５）表面での光の反射率と異なる反射率
を有する材料の薄膜で構成されている。

【００１６】同様の構成の空間光変調素子は、トーショ
ン型によっても構成できる。図２(a),(b)は、それぞ
れ、本発明の一実施例のトーション型の空間光変調素子
の構成を示す平面図と断面図である。この空間光変調素
子は、図８(a),(b)に示した空間光変調素子において、
フラップ１６上に反射率制御膜２１を設けた構成となっ
ている。

【００１７】上述した空間光変調素子では、反射率制御
膜２１が設けられているので、例えばこの空間光変調素
子から出射する反射光の強度は、反射率制御膜の設けら
れていない空間光変調素子からの反射光の強度とは異な
る。また、反射率制御膜の反射率を異ならせることによ
って、反射率制御膜を備えた空間光変調素子の相互間
で、反射光の強度を変化させることができる。

【００１８】次に、上述した空間光変調素子を用いる空
間光変調器について説明する。図３の空間光変調器は、
２種類（図示ＡとＢ）の空間光変調素子２２Ａ,２２Ｂ
を交互に一列に配列した構成となっている。この空間光
変調器は、感光体ドラムを使用する光学式プリンタな
ど、主走査方向に沿った直線状の領域に一括して記録や
表示などを行なう場合に使用されるものである。ここで
は、図示Ａの空間光変調素子２２Ａとして、上述の図１
(a),(b)や図２(a),(b)に示したような反射率制御膜を有
する空間光変調素子を使用し、図示Ｂの空間光変調素子
２２Ｂとして、上述の図７(a),(b)や図８(a),(b)に示し
たような反射率制御膜を設けていない空間光変調素子を
使用する。反射率制御膜を有する空間光変調素子２２Ａ
の反射率は、反射率制御膜を有しない空間光変調素子２
２Ｂの反射率の例えば半分となっている。以下の説明に
おいて、それぞれの反射率に応じて定まる反射光の光量
を値Ａあるいは値Ｂで表わすものとする。

【００１９】このように空間光変調器を構成することに
より、隣接する２つの画素（図３において破線で示され
た画素の組み合わせ）を１組として階調表現を行なう場
合に、空間光変調素子２２Ａ,２２Ｂをそれぞれオン−
オフ制御することによって、０，Ａ，Ｂ，Ａ＋Ｂの４階
調での表現が可能となる。これに対し、単一の反射率
（例えばＢとする）の空間光変調素子を配列した場合に
は、０，Ｂ，２Ｂの３階調の表現しか行なうことができ
ない。すなわち、本発明の構成とすることによって、同
じ画素数でより多階調の階調表現を行なうことができ
る。ここでは一方の空間光変調素子２２Ｂには反射率制
御膜を設けないものとして説明したが、他方の空間光変
調素子２２Ａに設けられた反射率制御膜の反射率とは異
なる反射率の反射率制御膜を一方の空間光変調素子２２
Ｂに設けるようにしてもよい。

【００２０】図４に示した空間光変調器は、反射率が異
なる２種類（図示ＡとＢ）の空間光変調素子２２Ａ,２
２Ｂを２列にかつ交互（市松模様状）に配置した構成と
なっている。２種類の反射率は、その比が例えば１：３
になるように設定される。この空間光変調器も、図３に
示したものと同様に、直線状の領域に一括して記録や表
示を行なうために使用されるものである。そして、各空
間光変調素子２２Ａ,２２Ｂをそれぞれオン−オフ制御
し、縦横各２個ずつの正方形状に配置された計４個の画
素（図４において破線で示された画素の組み合わせ）を
１組として階調表現を行なえば、結局、０，Ａ，２Ａ，
Ｂ，Ａ＋Ｂ，２Ａ＋Ｂ，２Ｂ，Ａ＋２Ｂ，２Ａ＋２Ｂの
９階調での表現が可能になる。これに対し、単一の反射
率（例えばＢとする）の空間光変調素子を配列した場合
には、０，Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂの５階調の表現しか行
なうことができない。また本実施例では、１列目と２列
目とで、同一反射率の空間光変調素子が交差状に配置さ
れているので、ベタ画像を記録あるいは表示する場合で
あっても、副走査方向に延びる縦すじが生じない。

【００２１】以上、２列に配列する場合も含めて１次元
状に空間光変調素子を配列する場合を説明したが、２次
元状に空間光変調素子を配列して空間光変調素子を構成
することも可能である。２次元配列の例としては、図５
に示すような投影光学系を挙げることができる。この投
影光学系は、空間光変調素子が２次元に配列された空間
光変調器４３と、光源４１と、光源４１からの光を空間
光変調器４３上に投射するコンデンサレンズ４２と、空
間光変調器４３に対向して配置されたスクリーン４７
と、空間光変調器４３でスイッチングされた反射光をス
クリーン４７上に投影するための投影レンズ４４とによ
って構成されている。図６は空間光変調器４３の構成を
示す平面図である。この空間光変調器４３は、反射率の
異なる２種類（図示ＡとＢ）の空間光変調素子２２Ａ,
２２Ｂを市松模様状に２次元配列したものである。この
空間光変調器４３を使用することにより、図４を用いて
説明した場合と同様に、多階調での階調表現が可能とな
る。

【００２２】以上、反射率の異なる２種類の空間光変調
素子を配列して空間光変調器を構成する例を説明した
が、反射率の異なる３種類以上の空間光変調素子を配列
することによって、より多階調での表現を行なうことが
可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の空間光変調
素子は、反射部材の反射率を制御するための反射率制御
膜を設けることにより、空間光変調素子の反射率を任意
に設定でき、同一強度の光源を使用する場合であっても
空間光変調素子からの反射光（出力光）の強度を異なら
せることが可能になるという効果がある。

【００２４】本発明の空間光変調器は、反射率の異なる
複数種類の空間光変調素子を配列することにより、隣接
画素からの異なる反射光強度を組み合わせて表現を行な
うことが可能となるので、複数個の画素を用いて階調表
現する場合に、より多階調での表現が可能になるという
効果がある。したがって、より小さな領域を用いて多階
調の擬似階調表現が可能になる。また、反射率の種類ご
とに空間光変調素子を規則的に配列することにより、よ
り正確な階調表現が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b)は、それぞれ、本発明の一実施例のカ
ンチレバー型の空間光変調素子の構成を示す平面図と断
面図である。

【図２】(a),(b)は、それぞれ、本発明の別の実施例の
トーション型の空間光変調素子の構成を示す平面図と断
面図である。

【図３】本発明に基づく空間光変調器の一例を説明する
平面図である。

【図４】本発明に基づく空間光変調器の別の例を説明す
る平面図である。

【図５】空間光変調器を用いた投影光学系の構成を示す
図である。

【図６】投影光学系に適した空間光変調器の例を説明す
る平面図である。

【図７】(a),(b)は、それぞれ、従来のカンチレバー型
の空間光変調素子の構成を示す平面図と断面図である。

【図８】(a),(b)は、それぞれ、従来のトーション型の
空間光変調素子の構成を示す平面図と断面図である。

【図９】空間光変調器を用いた光学式プリンタの構成を
示す図である。

【符号の説明】

１１ シリコン基板 １２ 絶縁層 １３ アドレス電極 １４ スペーサ １５ 反射膜 １６ フラップ １７,１８ａ,１８ｂ 支点 １９ 空隙 ２１ 反射率制御膜 ２２Ａ,２２Ｂ,３０ 空間光変調素子 ３１,４１ 光源 ３２,４２ コンデンサレンズ ３３,４３ 空間光変調器 ３４,４４ 投影レンズ ３５ 感光体ドラム ３６ 遮光板 ４７ スクリーン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射部材と、前記反射部材との間に作用
   するクーロン力によって前記反射部材を変位させる電極
   とを有し、前記反射部材の変位に応じて前記反射部材か
   らの反射光の出射方向を変化させる空間光変調素子にお
   いて、前記反射部材の反射率を制御するための反射率制
   御膜が前記反射部材の表面に設けられていることを特徴
   とする空間光変調素子。
2. 【請求項２】 前記反射部材が梁構造によって支持され
   た翼状の部材である請求項１に記載の空間光変調素子。
3. 【請求項３】 各画素に対応し反射部材と前記反射部材
   との間に作用するクーロン力によって前記反射部材を変
   位させる電極とを有して前記反射部材の変位に応じて前
   記反射部材からの反射光の出射方向を変化させる空間光
   変調素子を使用し、複数個の前記空間光変調素子を配列
   して構成される空間光変調器において、 反射率の異なる複数種類の空間光変調素子が配列されて
   いることを特徴とする空間光変調素子。
4. 【請求項４】 少なくとも１種類の前記空間光変調素子
   が前記反射部材の反射率を制御するための反射率制御膜
   を前記反射部材の表面に備えている請求項３に記載の空
   間光変調素子。
5. 【請求項５】 前記種類ごとに前記空間光変調素子が規
   則的に配列されている請求項３または４に記載の空間光
   変調素子。