(57)【要約】【課題】静電気力で動作させるマイクロ機械素子における帯電量の変化に起因する駆動特性の変化を測定することを目的とする。【解決手段】駆動電極１０ａ〜１０ｃを片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子１に対し、基準電極電圧を変化させることにより、擬似的に逆極性駆動を行って、マイクロ機械素子上の電荷の帯電量に起因する駆動特性の変化量を測定する。【選択図】図４
2010125576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子に対し、
基準電極電圧を変化させることにより、擬似的に逆極性駆動を行って、前記マイクロ機械素子上の電荷の帯電に起因する駆動特性の変化量を測定する
マイクロ機械素子の特性測定方法。
【請求項２】
前記マイクロ機械素子が回折格子型の光変調素子であり、
前記駆動特性の変化量として、駆動電圧に対する光変調特性の変化量を測定する請求項１に記載のマイクロ機械素子の特性測定方法。
【請求項３】
前記回折格子型の光変調素子は、回折格子を構成する表面反射膜を有する駆動電極及び固定電極と、回折格子の不動作時に前記駆動電極及び固定電極と対向する共通電極とを有し、
前記光変調特性の変化量を測定する際に、前記固定電極及び前記共通電極に対し設定する測定用基準電圧値として、光変調動作時に前記固定電極及び前記共通電極に印加する基準電圧に所定の値が加算された電圧値を用いる請求項２に記載のマイクロ機械素子の特性測定方法。
【請求項４】
前記駆動電極に印加する最大駆動電圧をＶｍ、光変調動作時に前記固定電極及び前記共通電極に印加する基準電圧をＶｒとするとき、前記固定電極及び前記共通電極に設定する測定用基準電圧Ｖａを、
Ｖａ≒Ｖｒ＋（Ｖｍ−Ｖｒ）／２
として、前記光変調特性の変化量を測定する請求項３に記載のマイクロ機械素子の特性測定方法。
【請求項５】
光源と、
駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子より成る光変調素子を備える光変調装置と、
前記光変調装置により変調された画像信号に対応する光を投影する投影光学部と、
前記光変調装置によって変調された光の強度を測定する測定部と、
前記測定部により測定された光強度特性を用いて画像補正データを作成する演算部と、
画像信号に対応する駆動電圧を前記画像補正データにより補正して前記光変調素子に出力する映像回路部と、前記光変調素子の変調特性の変化量を測定する際には基準電極電圧を変化させて擬似的な逆極性駆動を行うパターン発生部と、を備える駆動回路と、を有する
画像投影装置。
【請求項６】
静電容量式のマイクロ機械素子より成る光変調素子が、回折格子型の光変調素子である請求項５に記載の画像投影装置。
【請求項７】
駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子に対し、印加する基準電極電圧を変化させることにより擬似的に逆極性駆動を行って、前記マイクロ機械素子上の電荷の帯電に起因する駆動特性の変化量を測定し、
前記駆動特性の変化量を用いて画像補正データを作成し、
画像信号に対応する駆動電圧を、前記画像補正データを用いて補正して前記マイクロ機械素子に出力する
画像補正方法。
【請求項８】
前記マイクロ機械素子が、回折格子型の光変調素子であり、
前記光変調素子に、回折格子として機能する駆動電極及び固定電極と、共通電極とを設け、
前記固定電極と前記共通電極とに、駆動特性変化量測定用の測定用基準電圧を印加して、光変調特性を測定し、
前記測定用基準電圧を印加した際の光変調特性を偶関数に近似して係数を求め、
前記近似した偶関数を用いて、前記画像補正データを作成する請求項７に記載の画像補正方法。
【請求項９】
前記偶関数を４次関数とする請求項８に記載の画像補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば回折格子型のマイクロ機械素子などの、駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子の特性測定方法、画像投影装置及び画像補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電気力で動作させるマイクロ機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）が種々開発されている。例えば、特許文献１においては、一対の電極のみを用いて揺動部材の振動周波数及び機械的共振周波数を個別に制御することが可能なＭＥＭＳアクチュエータを提案している。
【０００３】
また、特許文献２においては、静電アクチュエータなどの可動素子に駆動信号を与えて変位させ、変位検出部でその変位を検出し、較正部が駆動信号と変位との関係を自己較正するマイクロアクチュエータが提案されている。
【０００４】
更に、特許文献３においては、強誘電体薄膜とその裏面に形成された下部電極と強誘電体薄膜の上面に形成された上部電極で構成される表示素子が提案され、上部電極に電荷を供給し、静電引力により強誘電体薄膜に引き寄せて光の反射のオン／オフを行う技術が開示されている。
【０００５】
また、画像投影装置の光変調素子として、回折格子型のＭＥＭＳ、例えばＧＬＶ（Grating Light Valve）が用いられている。この回折格子型の光変調素子は、例えば共通電極上に、反射膜を表面に備えるリボン状の固定電極と駆動電極（可動電極）とが支持部に支えられて張架され、駆動電極と、固定電極及び共通電極との間に電位差を生じさせ、静電気力を利用して駆動電極を共通電極側に移動させて回折格子を駆動している。つまりこの光変調素子では、その駆動方法として共通電極及び固定電極に基準電圧を印加又は接地し、駆動電極に駆動電圧を印加することにより、駆動電極の沈み込み量を制御することによって、回折光の角度を変化させ、光変調を行っている。
【０００６】
特許文献４には、このようなＧＬＶ等の回折格子型光変調素子を用いる場合に、駆動電極や固定電極の形状や表面状態、また駆動回路特性にばらつきが存在することを考慮して、各素子の測定変調特性を用いてユニフォーミティ（均一性）補正データを得る技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２４５２４６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０４１７１０号公報
【特許文献３】特開２００１−１４７６５４号公報
【特許文献４】特開２００４−１５７５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような静電気力で動作させるマイクロ機械素子においては、動作時に帯電することで特性に経時変化が生じてしまうという問題がある。例えば上述した回折格子型の光変調素子において、共通電極や固定電極、また駆動電極に電荷が帯電した場合は、駆動電圧を駆動電極に印加しても、設定された電極間の電位差に対して異なった電位差が発生することになる。このため、駆動電極が設計通りに共通電極側に向かって移動（変形）しなくなってしまい、所望の光変調を行うことができなくなるという問題が生じる。
【０００９】
この問題に対して、光源のパワーが一定であれば変調後の出力をモニタすることにより帯電量を検出することが可能となる。しかしながら、実際のシステムにおいては、温度や駆動装置の状態などの各種条件によって、光源の出力は数％程度のオーダーで変動するため、正確な帯電量を検出することは困難である。
【００１０】
また、別の手段としてＧＬＶのような光の回折光を用いた変調装置では、駆動電極に印加する駆動電圧を上げていくと最大効率駆動電圧が存在するため、その電圧を検出することにより帯電量を検出することも可能である。しかし、現実問題としては駆動電極に対して比較的大きな電圧を印加すると、駆動電極にかかる静電気力が駆動電極を支持する支持部の強度限界を超えて、駆動電極が共通電極とくっついてしまうスナップダウンという現象を引き起こす恐れがある。このような現象が起こると修復が不可能であり、装置全体が不良品となってしまう。このため、最大効率駆動電圧を印加することによって帯電量を測定することは望ましくない。
【００１１】
以上の問題に鑑みて、本発明は、静電気力で動作させるマイクロ機械素子における帯電量の変化に起因する駆動特性の変化量を測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明によるマイクロ機械素子の特性測定方法は、駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子に対し、基準電極電圧を変化させることにより、擬似的に逆極性駆動を行って、マイクロ機械素子上の電荷の帯電に起因する駆動特性の変化量を測定する。
【００１３】
また、本発明による画像投影装置は、光源と、駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子より成る光変調素子を備える光変調装置と、この光変調装置により変調された画像信号に対応する光を投影する投影光学部と、光変調装置によって変調された光の強度を測定する測定部と、測定部により測定された光強度特性を用いて画像補正データを作成する演算部と、を有する。そして更に、画像信号に対応する駆動電圧を前記画像補正データにより補正して光変調素子に出力する映像回路部と、光変調素子の変調特性の変化量を測定する際には基準電極電圧を変化させて擬似的な逆極性駆動を行うパターン発生部と、を備える駆動回路と、を有する構成とする。
【００１４】
本発明の画像補正方法は、駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子に対し、印加する基準電極電圧を変化させることにより擬似的に逆極性駆動を行って、マイクロ機械素子上の電荷の帯電に起因する駆動特性の変化量を測定する。そして、この駆動特性の変化量を用いて画像補正データを作成し、画像信号に対応する駆動電圧を、前記画像補正データを用いて補正してマイクロ機械素子に出力する。
【００１５】
上述したように、本発明においては、駆動電極を片側極性の電圧制御により動作させる静電容量式のマイクロ機械素子、いわゆるＭＥＭＳに印加する基準電極電圧を変化させることにより、擬似的に逆極性駆動を行うものである。静電気力で動作させる静電容量式のマイクロ機械素子では、帯電量を測定するために高い電圧を印加すると、帯電量が多くなっていると素子が破壊されてしまう可能性がある。しかしながら上述したように、擬似的に逆極性駆動を行うことで、このようなマイクロ機械素子の破壊を回避しつつ、素子上の帯電量が増加することによる駆動特性の変化量を良好に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、静電気力で動作させるマイクロ機械素子における帯電量の変化に起因する駆動特性の変化量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法を実現する画像投影装置の一例の概略構成図である。この画像投影装置１００は、例えば赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の光源２１Ｒ，２１Ｇ及び２１Ｂを備え、これら各色の光源から出射される光をマイクロ機械素子である光変調装置によって画像信号に対応して変調して投影するものである。図１に示すように、各光源２１Ｒ，２１Ｇ及び２１Ｂの出射光路上に、光源から出射される光を集光して適切な光束に整形する光学系２２Ｒ，２２Ｇ及び２２Ｂ、駆動回路１１０Ｒ，１１０Ｇ及び１１０Ｂから出力される駆動電圧によって画像信号に対応して光を変調する光変調装置２３Ｒ，２３Ｇ及び２３Ｂ、プリズム等より成り各色光の光軸を合成する光合成部２４が配置される。光合成部２４の出射光路上に、オフナーリレーミラーやシュリーレンフィルタ等より成る空間フィルタ２５、可動ミラー等の光路切り替え部２６を介してガルバノミラー、ポリゴンミラー等より成る走査光学部３０が配置される。光路切り替え部２６の反射光路上には積分球等の測定系２７が配置され、フォトダイオード等の受光部２８により変調光の光量が検出される。そして、走査光学部３０による走査光路上に投射レンズ等を含む投射光学部３２が配置されて、外部に画像光Ｌが投影される。受光部２８において検出された光量は測定部１２１に出力され、更に演算部１２４に出力される。測定部１２１、演算部１２４及び上述の駆動回路１１０Ｒ，１１０Ｇ及び１１０Ｂは制御部１２０により制御され、演算部１２４において後述する方法に基づいて測定部１２１で得られた測定データから駆動特性の変化量、この場合光変調特性の変化量が算出され、この変化量に基づいて補正信号が駆動回路１１０Ｒ，１１０Ｇ及び１１０Ｂに出力される。
【００１８】
上述の光変調装置２３Ｒ，２３Ｇ及び２３Ｂとしては、例えば１次元回折格子型光変調素子であるＧＬＶを備える光変調装置が用いられる。このＧＬＶ型の光変調素子の要部の模式的な構造を図２に示す。この光変調素子１は、条帯（リボン）状の駆動電極１０ａ，１０ｂ、１０ｃ及び固定電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、共通電極１２とより構成される。これら各電極は、図示しないシリコン等の半導体基板上に設けられ、共通電極１２はポリシリコン薄膜等より成る。また駆動電極１０ａ〜１０ｃ及び固定電極１１ａ〜１１ｃは、共通電極１２の上方に支持、張架されて成り、例えばＳｉＮから成る誘電体材料層（下層）とＣｕを添加したＡｌから成る光反射層（上層）との積層構造として構成される。図示の例においては、１つの光変調素子１に３本の駆動電極１０ａ〜１０ｃと３本の固定電極１１ａ〜１１ｃとを設ける例を示し、この構成で１画素（ピクセル）に対応する光変調を行う。１ピクセルに対応する電極の本数はこれに限定されず、所望の回折光強度が得られればよく、駆動電極、固定電極それぞれの本数として１〜３本程度とすることができる。
【００１９】
駆動電極１０ａ〜１０ｃ及び固定電極１１ａ〜１１ｃの代表的な寸法としては例えば、各電極の幅は３〜４μｍ、隣接する電極間のギャップは約０．６μｍ、電極の長さは２００〜４００μｍ程度である。
図示の例のように隣接する６本の固定電極１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１１ｃが１画素分とすると、１画素分の幅は約２５μｍとなる。例えば、実用化されつつある１０８０画素を表示するＧＬＶ型の光変調素子においては、図２の横方向（各電極１０ａ〜１０ｃ，１１ａ〜１１ｃの幅方向）に沿って、１０８０画素分のリボン状電極が並置配列される構成となる。
【００２０】
そして図２に示すように、駆動電極１０ａ〜１０ｃは駆動電源１３に接続され、固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２もそれぞれ制御電源１４及び１５に接続され、所定の電圧が印加されるようになされる。駆動電極１０ａ〜１０ｃに駆動電圧が印加されず固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２と同電位とされる状態では、図３に示すように、駆動電極１０ａ〜１０ｃと固定電極１１ａ〜１１ｃとの上面反射膜がほぼ同一面上に位置し、入射光Ｌｉは主に通常の反射光Ｌｒ（０次光）として出射される。
【００２１】
一方、駆動電極１０ａ〜１０ｃに所定の駆動電圧を印加した状態では、駆動電極１０ａ〜１０ｃと共通電極１２の間に静電気力が生じ、図４に示すように、駆動電極１０ａ〜１０ｃは上下方向（図示の例では下向き）に移動又は変形し、その上面反射膜の高さが変位する。一方、固定電極１１ａ〜１１ｃは常に共通電極１２と同じ電位として位置を一定とし、移動又は変形しない。この状態で回折格子として機能し、入射光Ｌｉに対して０次光Ｌｄ０に加えて±１次回折光Ｌｄ＋１及びＬｄ−１が回折される。
ここで例えば、波長が５３２ｎｍである入射光に対して、駆動電極１０ａ〜１０ｃの上面と固定電極１１ａ〜１１ｃの上面との間隔Ｚがλ／４引き下げられる場合、すなわち駆動電極１０ａ〜１０ｃがλ／４＝１３３ｎｍ変位するときは、入射光と０次光が干渉して打ち消し合い、１次回折光、３次回折光等の回折効率が最大となる。
【００２２】
ここで前述の図１に示す画像投影装置１００において、空間フィルタ２５により±１次回折光以外の回折光を取り除くことによって、１次回折光が変調光として出射される。そして駆動電極１０ａ〜１０ｃに印加する電圧として、固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２と同じ電位を最小駆動電圧とし、駆動電極１０ａ〜１０ｃの移動距離がλ／４となる電位を最大駆動電圧として駆動電圧を制御する。駆動電圧を最大駆動電圧と最小駆動電圧との間で細かく制御することにより、精度よく回折光強度を変化させて、画像信号に対応した光の変調を行うことができる。
【００２３】
この光変調素子による光変調特性を図５に示す。図５においては、駆動電極１０ａ〜１０ｃに印加する電位と固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２の電位との電位差を横軸とし、これに対する光変調度（相対値）を縦軸として示す。通常は、固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２に基準電圧を印加し、駆動電極１０ａ〜１０ｃに、基準電圧から（基準電圧＋駆動電圧）の範囲の電圧を印加する。そしてその電位差により発生する静電気力を利用して、駆動電極１０ａ〜１０ｃの下方への変位量（沈み込み量）を制御する。図５においては基準電圧を０Ｖとする場合で、電位差が０〜Ｖｏｐの範囲で、駆動電極１０ａ〜１０ｃの変位量が０からλ／４まで変化し、変調度が０〜１（相対値）の範囲で変化する。図５から明らかなように、この光変調素子は、片側極性電圧制御により駆動電極を動作させる静電駆動式のマイクロ機械素子であることがわかる。ここで、駆動電極１０ａ〜１０ｃや固定電極１１ａ〜１１ｃに電荷が帯電した場合、光変調特性全体が上にシフトするような状態となる。
【００２４】
このように、素子に電荷が帯電した場合は最大の変調度となる設定電位差を測定することにより、帯電量を割り出すことは可能である。しかしながら、正確にその電位差を測定するには十分に大きな電位差が得られる駆動電圧を印加する必要があり、駆動電極１０ａ〜１０ｃの変位量が強度限界を超えてしまうと電極構造の破壊に至る可能性がある。
そこで、本実施の形態においては、固定電極１１ａ〜１１ｃと共通電極１２に設定する基準電圧に、所定の値を加算した値を用いて特性変動量を測定する。
【００２５】
具体的には、例えば駆動電極１０ａ〜１０ｃに印加する最大駆動電圧をＶｍ、光変調動作時に固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２に印加する基準電圧をＶｒとするとき、固定電極１１ａ〜１１ｃ及び共通電極１２に設定する測定用基準電圧Ｖａを、
Ｖａ≒Ｖｒ＋（Ｖｍ−Ｖｒ）／２・・・（１）
とする。
【００２６】
図６にこのように測定用基準電圧Ｖａを設定した場合の駆動電圧に対する電位差（駆動電極と固定電極との電位差）の変化を示す。図６に示す例では、最大駆動電圧Ｖｍが２０Ｖ、基準電圧Ｖｒが０Ｖの場合であり、測定用基準電圧Ｖａは＋１０Ｖとなる。このように、測定用基準電圧を上記式（１）に示すように設定することによって、駆動電圧に対する電位差の変化は図６中矢印ａで示すように破線から実線にシフトする。この場合、電位差に対する光変調特性も、図５に示すような片側極性から軸対称な変調特性にシフトする。この様子を図７に示す。図７において横軸は駆動電圧を示し、図６に示す電位差に対応する。また図７中破線は元の変調特性であり、測定用基準電圧Ｖａを印加しない場合は駆動電圧が正の領域では片側極性である。これに対し上記式（１）に示す測定用基準電圧を採用することで、図７中矢印ｂで示すように、駆動電圧が正の領域でも電位差が−から＋に変化し、片側極性から実線で示す軸対称の光変調特性にシフトする。
【００２７】
図８においては、基準電圧Ｖｒが０Ｖの場合であり、最大駆動電圧Ｖｍが２０Ｖの場合に、上記式（１）から測定用基準電圧Ｖａを＋１０Ｖとしたときの駆動電圧に対する光変調度（相対値）を示す。図８に示すように、このように測定用基準電圧を設定する場合は変調度の変化量が小さくなるが、前述の図１に示す測定部１２１における測定ゲインを上げる方法や、通常時よりも駆動電極１０ａ〜１０ｃに印加する駆動電圧を高くする方法を採ることでこの問題は解消される。
【００２８】
なお、上述の例においては上記式（１）から測定用基準電圧Ｖａを＋１０Ｖとした場合を説明したが、測定用基準電圧Ｖａは上記式（１）の右辺から求められる値から僅かにずれた近似値としても、同様の効果が得られる。すなわちこの場合、Ｖａとして＋１０Ｖから＋０．１Ｖ程度ずれた値としても、同様に片側極性からほぼ軸対称の光変調特性にシフトすることが可能である。また、例えば＋１０Ｖ以下の値としても、十分なＳ／Ｎ比が得られれば特性の変動量を検出することは可能である。つまり、測定用基準電圧Ｖａとしては、使用するマイクロ機械素子の駆動特性の変化量の測定に求められる精度が得られる範囲であれば、適宜上記式（１）の右辺から求められる値の近似値を用いることが可能である。
【００２９】
そして本実施の形態では、電位差を変化させて図５で示す光変調特性を取得したのち、４次のフィッティング計算を行なって、軸中心を求める。測定データを
ｙ＝ａ０＋ａ１ｘ＋ａ２ｘ２＋ａ３ｘ３＋ａ４ｘ４・・・（２）
で最小二乗法にて計算する場合、
ＸＡ＝Ｙ・・・・（３）
Ａ＝Ｘ−１Ｙ・・・（４）
として、以下の数１〜数３を用いて、数２の係数ａ０〜ａ４を求める。
【００３０】
【数１】
2010125576.tif 000003
【００３１】
【数２】
2010125576.tif 000004
【００３２】
【数３】
2010125576.tif 000005
【００３３】
また、図８に示す軸対称となる光変調特性は、基準電圧と駆動電圧の電位差が０になる電位差を軸中心として軸対称となるため、遇関数となる。このことから求めるフィッティング式を
ｙ＝ｃ０＋ｃ１（ｘ−ｂ）２＋ｃ２（ｘ−ｂ）４・・・（５）
とすると、
ｂ＝−ａ３／（４ａ４）・・・（６）
となる。このｂにより、軸中心の電位差が求まる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては４次関数のフィッティングを行ったが、偶関数であればフィッティングは可能である。上述した回折格子型の静電駆動式マイクロ機械素子においては、４次関数を用いることが望ましい。
【００３５】
このような演算及び演算に基づく駆動処理を行うために、図１に示す画像投影装置１００において、駆動回路１１０Ｒ，１１０Ｇ及び１１０Ｂや演算部１２４等を図９に示す構成とすることが望ましい。この場合、図９に示すように、駆動回路１１０（図１における１１０Ｒ，１１０Ｇ及び１１０Ｂに対応する）にはパターン発生部１１と映像回路部１１２が設けられ、図示しないが測定部１２１からの切り替え信号によって、駆動電極駆動部１１３から光変調装置２３（図１における２３Ｒ，２３Ｇ及び２３Ｂに対応する）の駆動電圧に印加する電圧が切り替えられる。共通電極／固定電極駆動部１１４も同様に測定部１２１からの切り替え信号（図示せず）により、光変調装置２３の共通電極及び固定電極に印加する電圧が切り替えられる。また、光変調装置２３によって変調された光Ｌｄが受光部２８によって検出されて測定部１２１に入力され、測定部１２１のＡＤコンバータ１２３に入力され、演算部１２４に測定された光変調特性が出力される。演算部１２４において、測定部１２１からの測定データ（測定用基準電圧を用いた場合の光変調特性）に基づいて上述した演算処理がなされ、補正データが記憶部１２５に記憶される。補正データに基づいて、駆動回路１１０の映像回路部１１２に補正信号が出力される。制御部１２０はこれら駆動回路１１０、測定部１２１及び演算部１２４を制御する。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法を実現する測定シーケンスについて図１０〜図１３を参照して説明する。この例は、前述の図２〜図５に示す回折格子型の光変調素子に適用するもので、１０８８ピクセル分の光変調素子を有する光変調装置を用いた画像投影装置における特性測定シーケンスとなる。
【００３７】
図１０に示すように、測定シーケンスとして、先ず前述した共通電極１２及び固定電極１０ａ〜１０ｃに印加する測定用基準電圧を設定する（ステップＳ１１）。そして図１に示す画像投影装置１００を測定可能状態に設定する（ステップＳ１２）。すなわちこの場合、積分球等の測定系２７へ光路切り替え部２６等によって光路を切り替え、受光部２８のフォトディテクター等のセンサゲイン変更や、図９に示す駆動回路１１０においてパターン発生部１１１への切り替え等を行う。そして後述する図１１において詳細に説明するように、駆動特性として光変調特性、すなわち駆動電極電圧に対する光変調度のデータ測定を行う（ステップＳ１３）。その後、前述の式（２）〜（５）、数１〜数３に示すフィッティング計算を行う（ステップＳ１５）。なお、本実施の形態においては、ステップＳ１３のデータ測定処理にて１０２４階調×１０８８ピクセル分の変調度特性データＤ１を測定し、図９に示す演算部１２４の記憶部１２５に保存する。更にその保存したデータを読み出しフィッティング計算を行って（ステップＳ１５）、帯電量の変化に伴って変動する１０８８ピクセル分の変調特性情報Ｄ２を保存する。しかし、測定データをファイルに保存することは重要ではなく、１ピクセル毎に測定しフィッティング計算を行ったとしても同様の結果を得ることができる。
【００３８】
データ測定（ステップＳ１３）の詳細なシーケンスを図１１に示す。この例では、先ずパターン発生部１１１の設定を行う（ステップＳ２１）。具体的には、駆動電極に印加する電圧を最小駆動電圧から最大駆動電圧まで変化させるパターンとなる。図１２にこのパターンの一例を示す。図１２Ａにおいては、従来の駆動電圧パターンの一例を波形Ｖ１として示す。この場合、基準電圧を０Ｖとする例で、０Ｖから駆動最大電圧までの漸次増加する２ピークの印加パターンを、１ピクセルＰ１，２ピクセルＰ２，・・・１０８８ピクセルＰ１０８８まで周期的に繰り返す場合を示す。この場合、電位差は０Ｖから駆動最大電圧に相当する電位差まで変化し、片側極性の電圧制御である。
【００３９】
本発明においては、上述したように基準電圧と最大駆動電圧から測定用基準電圧Ｖａを設定する。したがって、最小駆動電圧（例えば０Ｖ）から最大駆動電圧まで印加するとき、図１２Ｂにおいて波形Ｖ２として示すように、（０−Ｖａ）から（駆動最大電圧−Ｖａ）まで電位差を変化させるパターンとなる。これにより、見かけ上両側極性の電圧制御となる。このパターンを１ピクセルｐ１，２ピクセルｐ２，・・・１０８８ピクセルｐ１０８８と２ピークずつ順次発生させる。なお、ピークの数は２つに限定されるものではなく、測定精度を向上させるために３ピーク以上としてもよく、逆に十分な測定精度が得られる場合は１ピークでもよい。
【００４０】
そして、各光変調素子より変調されて出力される光を上述した図１に示す積分球等の測定系２７に設置される受光部２８において検出し、出力された電圧から図９に示すＡＤコンバータにてデータサンプリングを行う（図１１中のステップＳ２２）。サンプリングしたデータから必要な情報、すなわち駆動電圧に対する変調度を、フィルタ処理を通して抽出する（ステップＳ２３）。そして１０８８ピクセル目まで測定したか判断し（ステップＳ２４）、ＮＯであれば再度データサンプリング（ステップＳ２２）に戻る。１０８８ピクセル目まで測定が終わったら（ステップＳ２４のＹＥＳ）、測定データを保存する（ステップＳ２５）。このデータは、１０２４階調×１０８８ピクセル分のデータＤ１として格納される。このデータ測定は、赤色光源、緑色光源及び青色光源に対して全て行い、全色測定が終わったか判断し（ステップＳ２７）、全色終わっていなければ（ステップＳ２７のＮＯ）ステップＳ２１のパターン設定に戻る。全色測定が終わっていれば（ステップＳ２７のＹＥＳ）終了する。
【００４１】
また、図１０に示すステップＳ１６のフィッティング計算のシーケンスを図１３に示す。フィッティング計算シーケンスでは、保存した１０２４階調×１０８８ピクセル分の測定データＤ１（図１１のステップＳ２５で保存）を１ピクセル目から読み出し（ステップＳ３１）、前述の式（２）〜式（６）、数１〜数３で説明したフィッティング演算を用いて対称軸の電圧を算出する。１０８８ピクセル目まで測定したか判断し、ＮＯの場合は再度データを読み込む。１０８８ピクセル目まで測定したら（ステップＳ３４のＹＥＳ）、１０８８ピクセル分の変調特性情報Ｄ２を保存する（ステップＳ３５）。
以上のステップにより、本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法を実施することができる。
【００４２】
なお、上記の例では１０８８ピクセル分の測定を行う例を示すが、これに限定されるものではなく、例えば画像投影用ではなく光学的な位置調整のみに両端の８ピクセルを利用する、という場合は画像投影に用いる１０８０ピクセル分のみ行ってもよい。その他、例えば１０８８のうち半分の５４４ピクセルを２回に分けて行うことも可能である。この測定は画像投影の度に行ういわゆるリアルタイムで行う必要はないが、リアルタイムで行ってもよく、また一定期間（数週間とか数ヶ月、又は１年など）毎に実施するようにしてもよい。
【００４３】
回折格子型の光変調装置を用いる画像投影装置においては、上記特許文献４（特開２００４−１５７５２２号公報）に開示されているように、ユニフォーミティ補正データを用いて光変調を行っている。このユニフォーミティ補正データは、上述したように各ピクセルに対応する光変調素子の寸法形状のばらつきや駆動回路の特性等に起因する光変調特性の変動量を補正したデータであり、素子特性として保存され、実際に画像投影の際に利用されている。この一例を図１４に示す。この例では、図１４Ａに示すように、補正前の駆動信号ｖとして、駆動電圧Ｖinに対して、目標輝度Ｙが設定されている。
【００４４】
各光変調素子の寸法形状のばらつきや駆動回路の特性等により、図１４Ａに示す光変調特性が、図１４Ｂに示すように変動する。図１４Ｂにおいては、一例としてｌ番目のピクセルの変調特性を実線Ｙｌ、ｍ番目のピクセルの変調特性を破線Ｙｍ、ｎ番目のピクセルの変調特性を一点鎖線Ｙｎとして示す。目標輝度Ｙに対応する駆動信号ｖ’として、それぞれＶinからＶout_l，Ｖout_m，Ｖout_nに駆動電圧がシフトしてしまう。この特性の変化を補正しないと画像上の輝度の変化となり、画質の劣化を引き起こす。このため、上記特許文献４に記載の方法では、このような変調特性のずれを補正するＬＵＴ（Look Up Table：入力輝度に対する出力輝度の割当テーブル）を予め作成しておき、このＬＵＴに基づいて各光変調素子の駆動を行うようにしている。
【００４５】
本発明においては、このように予め素子の寸法形状や駆動回路特性等に基づいて作成されたユニフォーミティ補正データを用いる場合と同様に、使用後に帯電によって特性が変動した場合に補正を行うものである。なお、特性の変動は帯電に起因するものでなくても測定可能である。
【００４６】
そして本発明においては、前述のシーケンスにしたがって帯電量の変動に起因する変調特性の変化を測定することにより、保存されている駆動電圧に対する輝度の変調特性に対し、各ピクセルにおいて駆動電圧を所定量シフトする補正テーブルを作成する。この補正の手順を、図１５を参照して説明する。図１５においては、駆動電圧に対する輝度の変化を示し、破線Ｙｂは例えば上述したユニフォーミティ補正等が予めなされた駆動電圧に対する輝度の変調特性である。この破線Ｙｂで示す特性が、帯電等が生じると実線Ｙａで示す変調特性にシフトしてしまう。このため、補正前に設定された駆動信号Ｖout_bでは目標輝度Ｙが得られない。
これに対し、上述の方法により補正した駆動信号Ｖout_aを用いることにより、目標輝度Ｙが達成される。したがって、ピクセル毎に駆動信号を補正する補正テーブルを作成しておき、この補正テーブルに基づいて光変調を行うことにより、電荷の帯電による画質の劣化を防ぐことが可能となる。
【００４７】
なお、この駆動電圧のシフト量そのものが、帯電量に起因する帯電電圧の変化量に相当する。すなわち本発明においては、マイクロ機械素子の駆動特性の変化量として、例えば輝度に対応する駆動電圧の変化量を測定することによって、いわば各マイクロ機械素子の帯電量を帯電電圧という形で間接的に測定することとなる。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、回折格子型の光変調素子などのマイクロ機械素子において、その故障の危険を招くことなく、帯電等に起因する高精度な特性変動の測定が可能となる。
また、測定された帯電量に起因する変調特性情報により、素子の変調特性の変化を補正することが可能になり、光変調素子の場合はこれを用いる画像投影装置において、画質の劣化を防ぐことが可能となる。
更に、定期的に帯電に起因する特性の変動を測定することができることから、素子の特性の情報収集ならびに故障検出機能を実現することが可能となる。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、例えばマイクロ機械素子として上述した回折格子型の光変調素子以外のセンサー素子や表示素子など静電駆動方式のマイクロ機械素子であればよい。また、回折格子型の光変調素子としても、前述の図２〜図４に示す構成に限定されることなく、駆動電極及び固定電極が幅方向に傾斜したいわゆるブレーズ型のＧＬＶ等、種々の構成の光変調素子を用いる場合に適用可能である。また、画像投影装置及び画像補正方法においても、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像投影装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像投影装置に用いる光変調装置の要部の概略斜視構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画像投影装置に用いる光変調装置の要部の概略断面構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る画像投影装置に用いる光変調装置の要部の概略断面構成図である。
【図５】片側極性の電圧制御により動作するマイクロ機械素子の一例の特性図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る画像投影装置の要部のブロック構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の測定シーケンスを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の測定シーケンスを示す図である。
【図１２】Ａは従来の駆動電圧の一例を示す波形図、Ｂは本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法において用いる駆動電圧の波形図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るマイクロ機械素子の特性測定方法の測定シーケンスを示す図である。
【図１４】Ａは補正前の駆動信号に対する輝度の変調特性を示す図、Ｂは補正後の駆動信号に対する輝度の変調特性を示す図である。
【図１５】駆動信号に対する輝度の変調特性が帯電により変化する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１．光変調素子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ．駆動電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ．固定電極、１２．共通電極、１３，１４，１５．駆動電源、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ．光源、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ．光学系、２３，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ．光変調装置、２４．光合成部、２５．空間フィルタ、２６．光路切り替え部、３０．走査光学部、３２．投影光学部、１００．画像投影装置、１１０．駆動回路、１１１．パターン発生部、１１２．映像回路部、１１３．駆動電極駆動部、１１４．共通電極／固定電極駆動部、１２１．測定部、１２４．演算部、１２５．記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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