JPH09230257A - マイクロミラー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各マイクロミラーの間に形成された隙間に入
射した光によるフレアが発生しないようにする。 【解決手段】 シリコン基板４ａ上に、複数のマイクロ
ミラー２０ａ，２０ｂが静電気力によって傾斜可能に配
置されている。各マイクロミラー２０ａ，２０ｂの間に
は、隙間８が形成されている。この隙間８の下方にある
シリコン基板４ａの一部には、斜面２１が形成されてい
る。隙間８から入射した照明光Ｌ１，Ｌ２は、各斜面２
１によってマイクロミラー２０ａ，２０ｂの裏面に向け
て反射される。これらのマイクロミラー２０ａ，２０ｂ
とシリコン基板４ａとの間で、照明光Ｌ１，Ｌ２が複数
回反射され、減光・吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調器とし
て用いられるマイクロミラー装置に関し、更に詳しくは
ミラー間の隙間によるフレアを防止したマイクロミラー
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調器は、入射光の進行方向を変
える機能を備え、例えばレーザー走査光学系においてレ
ーザーの通過と遮断とを行うＯＮ／ＯＦＦ制御装置とし
て使用されている。この空間光変調器としては、超音波
でレーザーを偏向させる超音波光変調器が広く知られて
いる。最近では、微小サイズのミラー（以下，マイクロ
ミラーという）をラインまたはマトリクスに配列し、各
マイクロミラーの傾斜角を制御して入射光を偏向するミ
ラー方式の空間光変調器が提案されている。このミラー
方式の空間光変調器は、減光率が小さく、また開口率が
比較的に大きいという利点がある。

【０００３】ミラー方式の空間光変調器としては、静電
気力でマイクロミラーを傾斜させるデジタルマイクロミ
ラー装置（ＤＭＤ）や、微小なピエゾ素子でマイクロミ
ラーを傾斜させるピエゾ式マイクロミラー装置（ＡＭ
Ａ）等がある。これらのマイクロミラー装置は画像表示
機能を備えているため、プロジェクタやプリンタへの利
用が考えられている。なお、デジタルマイクロミラー装
置の原理や応用例については、月刊誌「Ｏ ｐｌｕｓ
Ｅ」の１９９４年１０月号の第９０頁〜第９４頁に記載
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロミ
ラー装置では、マイクロミラーが傾くときに隣接するマ
イクロミラーに当たらないようにするために、各マイク
ロミラーの間に一定の隙間が形成されている。この隙間
に入射した光は、フレア光（迷光）となるため、画像の
コントラストが低下する。

【０００５】本発明は、マイクロミラー間の隙間による
フレアを防止して、画像のコントラストを高めることが
できるようにしたマイクロミラー装置を提供することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のマイクロミラー装置では、各マイク
ロミラー間の隙間に入射した光が、基板で反射されてか
ら再び隙間を通って射出しないようにするための遮光手
段を設けたものである。

【０００７】請求項２記載のマイクロミラー装置では、
隙間と対面する基板の部分に、隙間を通って入射した光
をマイクロミラーの裏面に向けて反射するための斜面を
遮光手段として設けたものである。

【０００８】請求項３記載のマイクロミラー装置では、
マイクロミラーの裏側に光吸収性が与えられている。こ
の光吸収性は、マイクロミラーの裏面に光吸収部材を形
成もしくは接合し、又は光吸収部材を支持体としその上
にマイクロミラーを層状に形成することで得られる。マ
イクロミラーの裏面に設ける光吸収部材としては、黒色
塗装，多層膜コートによる干渉フイルタ等がある。支持
体としての光吸収部材としては、黒色をした薄板，裏側
を多層膜コートした薄板等がある。

【０００９】請求項４記載のマイクロミラー装置では、
光吸収部材の吸収スペクトル領域が感光材料の赤色，緑
色，青色の３色の帯域とほぼ一致させてある。

【００１０】

【作用】本発明のマイクロミラー装置では、隙間と対面
する部分に遮光手段を設け、隙間に入射した光が再び隙
間から射出しないようにしたから、隙間によるフレアが
発生しない。この遮光手段としては、基板上に塗布した
黒色塗装，基板上に接合又は形成した光吸収部材，マイ
クロミラーの裏面へ反射する反射構造等がある。

【００１１】請求項２記載のマイクロミラー装置では、
隙間から入射した光が基板上の斜面でマイクロミラーの
裏面に向けて反射され、この裏面での繰り返し反射で減
光・吸収される。請求項３記載のマイクロミラー装置で
は、マイクロミラーの裏側に光吸収性が与えられている
から、光吸収が確実である。請求項４記載のマイクロミ
ラー装置では、感光材料を露光させる波長域の光を少な
くとも吸収するから、たとえその一部が隙間から抜け出
た場合でも、フレアを発生することがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】デジタルマイクロミラー装置を示
す図１において、微小なマイクロミラー２がマトリクス
に配置されている。各マイクロミラー２は、その中央に
位置するポスト３を介して、スターティックＲＡＭ（Ｓ
ＲＡＭ）４に揺動自在に保持されている。また、各マイ
クロミラー２は四角形をしており、その一辺の長さが例
えば１６μｍであり、導電性を有するアルミ等の金属薄
膜で作られている。

【００１３】ポスト３の両側には、アドレス電極５，６
が形成されており、これらのアドレス電極５，６とマイ
クロミラー２との間に発生する静電気力で、マイクロミ
ラー２が傾斜する。すなわち、ポスト３とアドレス電極
５，６とを通る対角線上にある角２ａ又は２ｂが、ＳＲ
ＡＭ４のシリコン基板４ａに接触するようにマイクロミ
ラー２が傾く。なお、実際には、もう一方の対角線上の
２個の角が、ネジリヒンジを介して一対の支持ポストに
保持されている。

【００１４】隣接するマイクロミラー２間での接触防止
と、ホトエッチング処理液の液まわりを良くするため
に、各マイクロミラー２間に隙間８が形成されている。
この隙間８は、各マイクロミラー２を取り囲むように格
子状をしている。なお、マイクロミラー２，ポスト３等
の各要素は、周知の集積化技術によって作製される。

【００１５】図２に示すように、各マイクロミラー２
は、ＳＲＡＭ４の各メモリセル９上に配置されている。
このメモリセル９は、２個のトランジスタを有するフリ
ップフロップで構成され、１ビットのデータを記憶す
る。このフリップフロップは、駆動状態では一方のトラ
ンジスタがＯＮで、他方のトランジスタがＯＦＦであ
る。このＯＮ・ＯＦＦ状態は、パルス（入力データ）に
よって反転する。

【００１６】フリップフロップを構成する各トランジス
タに、アドレス電極５，６が接続されている。したがっ
て、アドレス電極５，６は一方が＋で、他方が−となる
が、どちらが＋になるかはメモリセル９に書き込んだミ
ラー駆動データによって決まる。マイクロミラー２に所
定のバイアス電圧を印加すると、マイクロミラー２とア
ドレス電極５，６との間に静電気力によってどちらか一
方へ傾く。

【００１７】電源がＯＦＦ状態では、２個のトランジス
タのいずれもＯＦＦであるから、アドレス電極５，６に
は電圧が印加されない。また、マイクロミラー２にもバ
イアス電圧が印加されない。このために、マイクロミラ
ー２は、図２（Ａ）に示すように水平な状態にある。ま
た、メモリセル９にミラー駆動データを書き込んであっ
ても、マイクロミラー２にバイアス電圧を印加しない場
合は水平な状態となっっている。

【００１８】ＳＲＡＭ４のメモリセル９に「０」のミラ
ー駆動データを書き込むと、アドレス電極５が＋とな
り、アドレス電極６が−となる。マイクロミラー２に＋
のバイアス電圧を印加すると、アドレス電極５とマイク
ロミラー２との間に反発力が発生し、アドレス電極６と
マイクロミラー２との間に吸引力が発生する。これらの
静電気力により、図２（Ｂ）に示すように、マイクロミ
ラー２は角２ｂがシリコン基板４ａに接触するまで傾
く。このときのマイクロミラー２の傾斜角度はーθとな
る。

【００１９】マイクロミラー２へのバイアス電圧の印加
を停止すると、静電気力が作用しないから、ネジリヒン
ジの力でマイクロミラー２がゆっくりと水平な状態に戻
る。マイクロミラー２の復元を迅速に行うには、−のリ
セットパルスをマイクロミラー２に印加する。このリセ
ットパルスによる静電気力で、マイクロミラー２が水平
な状態に向かって素早く動き始める。この復元中に、リ
セットパルスの印加が停止すると、マイクロミラー２に
は静電気力が作用しないが、慣性力とネジリヒンジの復
元力とで更に動き、そして力学的に平衡な水平な状態で
止まる。

【００２０】ＳＲＡＭ４のメモリセル９に「１」のミラ
ー駆動データを書き込むと、アドレス電極５が−とな
り、アドレス電極６が＋となる。マイクロミラー２は、
図２（Ｃ）に示すように＋θだけ傾く。したがって、マ
イクロミラー２は、ミラー駆動データの値に応じて＋θ
と−θとの間で傾くことになる。

【００２１】マイクロミラー２は３つの反射状態を持っ
ているが、そのうちの１つの反射状態でのスポット光を
抽出することで、デジタルマイクロミラー装置を画像形
成装置として利用することができる。例えば、マイクロ
ミラー２が＋θのときに、マイクロミラー２で反射され
たスポット光を、投影レンズを介して感光材料やスクリ
ーンに投影する。そして、−θ及び水平状態のときに、
スポット光を投影レンズに入れずに遮光部材に入射させ
る。この場合には、＋θのときには反射光が画像形成に
利用される有効反射状態となる。マイクロミラー５が水
平又はーθのときには、反射光が画像形成に利用されな
い無効反射状態となる。

【００２２】１個のマイクロミラーは１個の画素を形成
するから、デジタルマイクロミラー装置からは１フレー
ム分のスポット光が発生する。これらのスポット光が感
光材料に入射すると感光材料に１つの画面が記録され、
またスクリーンに入射すると１つの画面がスクリーン上
に表示される。各マイクロミラーが有効反射状態となる
連続時間又は回数を変えることで、画像の階調を表現す
ることができる。例えば、「１」のミラー駆動データを
画像データに応じた個数だけ発生し、このシリアルなミ
ラー駆動データをメモリセル９に書き込むことで、有効
反射状態の回数を変えることができる。

【００２３】デジタルマイクロミラー装置では、各マイ
クロミラーの間に格子状の隙間が形成されている。この
隙間に入射した光は、シリコン基板で反射されて、再び
隙間から射出してフレア光となる。このフレア光の一部
は、投影レンズを通って感光材料又はスクリーンに投影
されるため、画像のコントラストが低下する。このフレ
ア光の発生を防止するために、隙間に入った光が再び隙
間から射出しないように遮光する。

【００２４】遮光方法としては、隙間に対面するシリコ
ン基板の一部に遮光部材を接合したり、あるいはこの部
分を黒色で塗装することが挙げられる。また、別の遮光
方法として、隙間から入った光をマイクロミラーの裏面
に向けて反射することで、マイクロミラーの裏側にとど
めておいてもよい。この場合には、フレア光はマイクロ
ミラーとシリコン基板との間で複数回反射して減光・吸
収される。

【００２５】マイクロミラーとシリコン基板との間での
光吸収を確実にするには、各マイクロミラーの裏側に光
吸収性を与えるのがよい。これは、マイクロミラーの裏
面に光吸収部材を形成もしくは接合し、又は光吸収部材
を薄膜状のマイクロミラーの支持体とすることで達成で
きる。マイクロミラーの裏面に設ける光吸収部材として
は、黒色塗装，多層膜コートによる干渉フイルタ等があ
る。支持体としての光吸収部材としては、黒色をした薄
板，裏側を多層膜コートした薄板等がある。また、マイ
クロミラーと対面するシリコン基板上に、光吸収部材を
形成もしくは接合してもよい。更に、マイクロミラーの
裏側とシリコン基板の上面の両方に光吸収部材を形成又
は接合してもよい。

【００２６】多層膜コートを施す場合には、その吸収ス
ペクトル領域が感光材料の赤色，緑色，青色の３色の帯
域とほぼ一致させるのがよい。こうすると、感光材料が
感光する波長域の光を吸収するから、フレアが発生しな
い。

【００２７】図３ないし図５は、隙間に対面するシリコ
ン基板に傾斜面を形成した実施形態を示すものである。
この図４及び図５は、実際の断面図ではなく、作用を説
明するための説明図である。また、説明の便宜上、各マ
イクロミラーには符号２０ａ，２０ｂ，２０ｃを付して
ある。

【００２８】画像形成時に、光源から放出された平行な
照明光が、マイクロミラーの対角線方向から角度αで斜
めに入射する。図４では、マイクロミラー２０ａ，２０
ｂが水平状態となっているから、照明光はマイクロミラ
ー２０ａ，２０ｂによって、法線に対して角度αの傾き
で反射される。

【００２９】マイクロミラー２０ａと２０ｂの間に形成
されている隙間８に入った照明光Ｌ１は、シリコン基板
４ａに形成した斜面２１に入射する。この斜面２１は、
マイクロミラー２０ｂの方向に傾いているため、照明光
Ｌ１はマイクロミラー２０ｂの裏面に向けて反射され、
そしてマイクロミラー２０ｂの裏面とシリコン基板４ａ
との間で複数回反射されて減光・吸収される。この光吸
収を確実にするために、各マイクロミラーの裏側に光吸
収性が与えられている。なお、斜面２１上に反射層を形
成してもよい。

【００３０】図５では、マイクロミラー２０ａは、＋θ
だけ傾いた有効反射状態となっている。この状態では、
照明光が（α−θ）の角度でマイクロミラー２０ａに入
射するから、マイクロミラー２０ａで反射されたスポッ
ト状の照明光は、水平状態に対して反射角が２θだけ小
さくなり、シリコン基板４ａに対してほぼ垂直に反射さ
れ、投影レンズ（図示せず）に入射する。そして、マイ
クロミラー２０ａの左側にある隙間８に入射した照明光
Ｌ２は、斜面２１でマイクロミラー２０ａの裏面に向け
て反射される。

【００３１】マイクロミラー２０ａは、２つの角がネジ
リヒンジで保持され、残りの２つの角の一方がシリコン
基板４ａに当たるように傾いているから、マイクロミラ
ー２０ａの一辺とシリコン基板４ａとの間隔は、ネジリ
ヒンジの位置に向かって広くなる。このために、反射面
２１で反射された照明光Ｌ１は、マイクロミラー２０ａ
の裏面に入射する。

【００３２】マイクロミラー２０ｂは、−θだけ傾いた
無効反射状態となっている。この状態では、照明光が
（α＋θ）の角度でマイクロミラー２０ｂに入射するか
ら、水平状態に対して反射角が２θだけ大きくなる。ま
た、マイクロミラー２０ａと２０ｂとの間にある隙間８
に入射した照明光Ｌ１は、斜面２１でマイクロミラー２
１ａの裏面に向けて反射される。

【００３３】前記実施形態は、マイクロミラーをマトリ
クスに配置したエリア型であるが、１ラインに配置した
ライン型であってもよい。また、本発明は、デジタルマ
イクロミラー装置の他に、微小なピエゾ素子でマイクロ
ミラーを傾斜させるピエゾ式マイクロミラー装置にも利
用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、マイクロミラーの間に形成された隙間に入射した
光が再び隙間を通って反射されないようにする遮光手段
を設けたから、隙間によるフレアの発生を防止し、画像
のコントラストを高めることができる。また、請求項２
では、隙間に相当する部分に斜面を形成するだけでよい
から、構成が簡単である。さらに、請求項３及び４で
は、マイクロミラーの裏側に光吸収性を与えてあるか
ら、マイクロミラーと基板との間で、不要な光を確実に
吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デジタルマイクロミラー装置の一部を示す説明
図である。

【図２】マイクロミラーの動作を示す説明図である。

【図３】シリコン基板に斜面を形成したデジタルマイク
ロミラー装置の一部を示す斜視図である。

【図４】マイクロミラーが水平状態のときの斜面での反
射状態を示す説明図である。

【図５】マイクロミラーの駆動状態のときの斜面での反
射状態を示す説明図である。

【符号の説明】

２ マイクロミラー ４ ＳＲＡＭ ４ａ シリコン基板 ５，６ アドレス電極 ８ 隙間 ９ メモリセル ２０ａ〜２０ｃ マイクロミラー ２１ 斜面 Ｌ１，Ｌ２ 隙間に入射する照明光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 傾斜が制御可能な複数のマイクロミラー
   を基板上に配列したマイクロミラー装置において、 各マイクロミラー間の隙間に入射した光が、前記基板で
   反射されてから再び隙間を通って射出しないようにする
   ための遮光手段を設けたことを特徴とするマイクロミラ
   ー装置。
2. 【請求項２】 前記遮光手段は、基板の一部に形成した
   斜面であり，隙間を通って入射した光をマイクロミラー
   の裏面に反射することを特徴とする請求項１記載のマイ
   クロミラー装置。
3. 【請求項３】 前記マイクロミラーの裏側が光吸収性を
   有することを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ
   ミラー装置。
4. 【請求項４】 前記マイクロミラーの裏側による光吸収
   は、その吸収スペクトル領域が感光材料の赤色，緑色，
   青色の３色の帯域とほぼ一致していることを特徴とする
   請求項３記載のマイクロミラー装置。