(57)【要約】【課題】上部マイクロミラー層の位置を測定して補償することが可能な回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置とその制御方法を提供する。【解決手段】回折型光変調器で生成された回折光を処理して連続的な映像を生成するディスプレイシステムに使用される回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置は、前記ディスプレイシステムに位置する前記回折型光変調器から出射される光を評価し、前記回折型光変調器のミラーの位置を測定する位置測定部と、前記位置測定部の位置値を評価して、前記ミラーが基準位置から外れた変位値を算出し、算出された変位値に基づいて補償値を算出して補償制御信号を出力する制御部と、前記制御部から入力された補償制御信号に基づいて駆動電圧を補償し、補償された駆動電圧を用いて前記回折型光変調器の前記ミラーを駆動するための補償および駆動部などで構成される。【選択図】図７
2006350344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折型光変調器で生成された回折光を処理して連続的な映像を生成するディスプレイシステムに使用される前記回折型光変調器において、
前記ディスプレイシステムに位置する前記回折型光変調器から出射される光を評価し、前記回折型光変調器のミラーの位置を測定する位置測定部と、
前記位置測定部の位置値を評価して、前記ミラーが基準位置から外れた変位値を算出し、算出された変位値に基づいて補償値を算出して補償制御信号を出力する制御部と、
前記制御部から入力された補償制御信号に基づいて駆動電圧を補償し、補償された駆動電圧を用いて前記回折型光変調器の前記ミラーを駆動するための補償および駆動部と、を含むことを特徴とする回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項２】
前記位置測定部は、前記回折型光変調器の前記ミラーと基準電極の間のキャパシタンスを測定して、前記ミラーの位置を測定することを特徴とする請求項１に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項３】
前記ミラーに入射する光の光強度を測定し、前記位置測定部が測定された光強度を用いて較正し得るようにする光強度測定装置をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項４】
前記光強度測定装置は、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードは、前記回折型光変調器に実装されることを特徴とする請求項４に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項６】
前記回折型光変調器は、少なくとも一つの電極を含み、前記回折型光変調器の駆動のための圧電アクチュエータを含み、
前記回折型光変調器の前記圧電アクチュエータの前記電極と基準電極の間のキャパシタンスを測定して、前記ミラーの位置を測定することを特徴とする請求項１に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項７】
光を生成して出射する光源と、
駆動信号が入力されると、前記光源から入射する光を変調して外部出力映像を生成するために使用される回折光を形成する回折型光変調器と、
前記光回折型光変調器に駆動信号を伝送する駆動手段と、
前記外部出力映像の前段で、前記回折型光変調器から出射される回折光の光量を測定する光量検出手段と、
前記光量検出手段から出力した光量に応じて基準電圧を設定して、設定された基準電圧と前記光量検出手段から得た光量とを用いてピクセル別較正データを算出する較正データ算出手段と、を含むことを特徴とするディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項８】
前記回折型光変調器から出射される回折光を、一部はスキャナに投射させ、一部は前記光量検出手段に入射させる反射ミラーをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項９】
前記反射ミラーが前記光量検出手段に入射させる回折光の光量は、前記回折型光変調器から出射される回折光の１／２〜１／１００であることを特徴とする請求項８に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１０】
前記光量検出手段は、前記回折型光変調器に出射される回折光の光量を測定するフォトセンサと、
前記フォトセンサで測定された光量を参照してピクセル別光量を算出するピクセル別光量検出部と、を含むことを特徴とする請求項７に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１１】
前記光量検出部で算出した光量を表示する表示部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１２】
前記較正データ算出手段は、テストのために入力された基準電圧データを格納するための基準電圧データ格納部と、
前記基準電圧データ格納部に格納された基準電圧データと前記光量検出手段で算出した光量とを参照して、ピクセル別較正データを算出して出力するピクセル別較正データ算出部と、を含むことを特徴とする請求項７に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１３】
前記較正データ算出手段は、前記ピクセル別較正データ算出部で算出したピクセル別較正データを格納するピクセル別較正データ格納部をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１４】
前記光量検出手段は、前記回折型光変調器と外部出力映像の間の光経路に位置することを特徴とする請求項７に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１５】
前記回折型光変調器から出射された回折光を用いて２次元映像を生成するスキャナをさらに含み、
前記光量検出手段は、前記回折型光変調器と前記スキャナの間の光経路上に位置することを特徴とする請求項１４に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１６】
前記回折型光変調器から出射された回折光を用いて２次元映像を生成するスキャナをさらに含み、
前記光量検出手段は、前記スキャナ以後の光経路上に位置することを特徴とする請求項７に記載のディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置。
【請求項１７】
（ａ）特定の駆動電圧が回折型光変調器に印加された場合、ミラーの位置に関連した値を測定して前記回折型光変調器の前記ミラーの位置を測定するステップと、
（ｂ）前記ミラーの位置に関連した測定値を用いて基準位置から前記ミラーの変位を計算するステップと、
（ｃ）前記基準位置と比較し、前記ミラーの位置に関連した測定値に基づいて補償値を計算するステップと、
（ｄ）計算された補償値に応じて前記回折型光変調器の駆動電圧を生成するステップと、
（ｅ）生成された駆動電圧を用いて前記ミラーを駆動するステップと、を含むことを特徴とする回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項１８】
前記（ａ）ステップの前記ミラーの位置測定は、基準電極に対する前記ミラーのキャパシタンスを測定して行うことを特徴とする請求項１７に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項１９】
（ｆ）前記ミラーの位置を測定する方法とは異なる方法により、前記回折型光変調器に入射する照明光の光強度を測定するステップと、
（ｇ）前記基準電圧に対する前記ミラーのキャパシタンスを用いて測定された前記ミラー位置の正確度を、前記回折型光変調器に照明される照明光の光強度を用いてモニタリングするステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２０】
前記（ｆ）ステップの照明光の光強度の測定は、フォトダイオードを用いて行うことを特徴とする請求項１９に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２１】
前記フォトダイオードは、前記回折型光変調器に実装されることを特徴とする請求項２０に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２２】
前記回折型光変調器は、少なくとも一つの電極を片側に含み、さらに前記回折型光変調器の駆動のための圧電材料層を含み、
前記回折型光変調器の前記圧電材料層の前記電極と基準電極の間のキャパシタンスを測定して、前記ミラーの位置を測定することを特徴とする請求項１７に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２３】
光を用いた映像の生成に使用される複数の回折ミラーからなる回折型光変調器の前記ミラー位置測定および補償装置の制御方法において、
（ａ）駆動電圧を用いて前記回折型光変調器を駆動するステップと、
（ｂ）映像を形成する前の光経路上で、回折型光変調器から出射されるピクセル別光量を測定するステップと、
（ｃ）前記回折型光変調器の駆動電圧範囲で基準光レベルと測定光レベルとの差を決定するステップと、
（ｄ）特定の駆動電圧で光の基準レベルと比較し、前記回折型光変調器から出射される光のレベル差による較正因子を計算するステップと、を含むことを特徴とする回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２４】
（ｅ）計算された較正因子に基づき、前記回折型光変調器を駆動するための駆動電圧を調整するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２５】
前記回折型光変調器の駆動電圧範囲を介してピクセル別較正因子が計算され、前記回折型光変調器を駆動するための駆動電圧は、それぞれのピクセルに対して計算された較正因子に基づいてピクセル別に印加することを特徴とする請求項２４に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２６】
（ｆ）２次元映像を生成するために、前記回折型光変調器から出射される光をスキャニングするステップと、
（ｇ）スキャナと前記回折型光変調器の間の光経路上で、前記回折型光変調器から出射される光の強度を測定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２７】
（ｈ）２次元外部映像を生成するために、前記回折型光変調器から出射される光をスキャニングするステップと、
（ｉ）スキャニングミラーが動作しないときに回折光がスキャニングされる位置の後段の光経路上で、前記回折型光変調器から出射される光の強度を測定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２８】
前記（ｂ）ステップは、前記回折型光変調器から出射される回折光の光量を検出する過程を含むことを特徴とする請求項２３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項２９】
前記（ｄ）ステップは、テスト電圧が前記回折型光変調器に印加されるときに前記回折型光変調器から出射される光の強度と、前記テスト電圧で前記回折型光変調器から出射されることが予測される光の強度とを比較して、較正因子が計算されることを特徴とする請求項２３に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【請求項３０】
前記（ｄ）ステップの較正因子を計算する過程は、
（ｄ−１）入力基準電圧を階調度にマッチングさせるステップと、
（ｄ−２）前記回折型光変調器から出射される光に対応する実際階調度を決定するステップと、
（ｄ−３）それぞれのテスト電圧で得た階調度を用いて較正データテーブルを作成するステップと、
（ｄ−４）特定の電圧で測定階調度と基準階調度との差を用いて、前記回折型光変調器から出射される回折光の階調度を較正するステップと、を含むことを特徴とする請求項２９に記載の回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置とその制御方法に関し、特に、回折型光変調器のミラー位置を、ミラーのキャパシタンス、圧電材料層の上部電極のキャパシタンス、又は出力回折光の光強度を測定して決定した後、位置補償を行う回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）素子およびＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が注目を浴びている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板やガラス基板などの基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路などを電気的かつ機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造で構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることにある。駆動体の駆動は、電極間のクーロン力などを応用して電気的に行われる。
【０００４】
図１および図２は、光の反射または回折を用いて、光スイッチ、光変調素子に適用される光学ＭＥＭＳ素子の代表的な構成を示す。
【０００５】
図１に示す光学ＭＥＭＳ素子１は、基板２と、基板２上に形成した基板側電極３と、基板側電極３に対向して平行に配置した駆動側電極４を有するビーム（梁）６と、このビーム６の一端を支持する支持部７とを備える。ビーム６と基板側電極３は、その間の空隙８によって電気的に絶縁されている。
【０００６】
この光学ＭＥＭＳ素子１では、基板側電極３と駆動側電極４に与えられる電位に応じて、ビーム６が、基板側電極３との間の静電引力または静電反発によって変位し、例えば図１の実線と破線で示すように、基板側電極３に対して平行状態および傾斜状態に変位する。
【０００７】
図２に示す光学ＭＥＭＳ素子１１は、基板１２と、基板１２上に形成した基板側電極１３と、基板側電極１３上に架橋されたビーム１４とを備える。ビーム１４と基板側電極１３とは、その間の空隙１０によって電気的に絶縁されている。
【０００８】
ビーム１４は、基板側電極１３の上を架橋するように基板１２上に設けられた、例えばＳｉＮ膜からなるブリッジ部材１５と、基板側基板１３に対向してお互い平行にブリッジ部材１５上に設置され、例えば膜厚１００ｎｍ程度のＡｌ膜からなる、反射膜を兼ねる駆動側電極１６とで構成される。ビーム１４は、その両端が支持されたいわゆるブリッジ型で形成される。
【０００９】
この光学ＭＥＭＳ素子１１では、基板側電極１３と駆動側電極１６に与えられる電位に応じて、ビーム１４が基板側電極１３との間の静電引力または静電反発によって変位し、例えば図２の実線と破線で示すように、基板側電極１３に対して平行状態および凹み状態に変位する。
【００１０】
光学ＭＥＭＳ素子１、１１は、光反射膜を兼ねる駆動側電極４、１６の表面に光が照射され、ビーム４、１４の駆動位置に応じてその光の反射方向が異なることを用い、一方向の反射光を検出してスイッチ機能を持たせた光スイッチとして適用することができる。
【００１１】
また、光学ＭＥＭＳ素子１、１１は、光強度を変調させる光変調素子として適用することができる。光の反射を用いるときは、ビーム４、１４を振動させて単位時間当たりの一方向の反射光量で光強度を変調する。
【００１２】
光の回折を用いるときは、共通の基板側電極３、１３に対して複数のビーム６、１４を並列配置して光変調素子を構成し、共通の基板側電極３、１３に対して、例えば１つおきにビーム６、１４が近接したり離反する動作により、光反射膜を兼ねる駆動側電極の高さを変化させ、光の回折によって駆動側電極からの反射光の強度を変調する。この光変調素子は、いわゆる空間変調である。
【００１３】
図３は、従来の技術に係るレーザディスプレイ用光強度変換素子、すなわち光変調器として開発したＧＬＶ(Grating Light Valve)デバイスの構成を示す。
【００１４】
ＧＬＶデバイス２１は、図３に示すように、ガラス基板などの絶縁基板２２上に共通の基板側電極２３が形成され、この基板側電極２３に交差して架橋する複数（ここでは、６つのビーム２４１、２４２、２４３、２４４、２４５、２４６）が並列配置されている。基板側電極２３およびビームの構成は、前述した図２の説明と同様である。
【００１５】
ＧＬＶデバイス２１は、基板側電極２３に対する複数のビームの近接および離反の動作（すなわち、一つおきの濾過ビームの近接および離反の動作）により、光の回折（６つのビーム２４全体に対して１つの光スポットが照射される）によって、反射光の強度を変調する。
【００１６】
一方、前述した回折型光変調器は、光信号を上部マイクロミラー層の駆動によって変化させる素子である。この際、上部マイクロミラー層は、環境および時間に応じて駆動後の初期位置を維持すべきであるが、初期位置から外れている場合がありうる。この場合、上部マイクロミラー層の位置を初期位置に復元させると、回折型光変調器の性能をそのまま維持することができる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００１−２９６４８２号公報
【特許文献２】米国特許番号６，８９８，５３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、本発明は、このような要求を満足させるために創作されたもので、その目的とするところは、上部マイクロミラー層の位置を測定して補償することが可能な回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置とその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、回折型光変調器で生成された回折光を処理して連続的な映像を生成するディスプレイシステムに使用される前記回折型光変調器において、前記ディスプレイシステムに位置する前記回折型光変調器から出射される光を評価し、前記回折型光変調器のミラーの位置を測定する位置測定部と、前記位置測定部の位置値を評価して、前記ミラーが基準位置から外れた変位値を算出し、算出された変位値に基づいて補償値を算出して補償制御信号を出力する制御部と、前記制御部から入力された補償制御信号に基づいて駆動電圧を補償し、補償された駆動電圧を用いて前記回折型光変調器の前記ミラーを駆動するための補償および駆動部とを含むことを特徴とする、回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置が提供される。
【００２０】
また、本発明の他の態様によれば、光を生成して出射する光源と、駆動信号が入力されると、前記光源から入射する光を変調して外部出力映像を生成するために使用される回折光を形成する回折型光変調器と、前記光回折型光変調器に駆動信号を伝送する駆動手段と、前記外部出力映像の前段で、前記回折型光変調器から出射される回折光の光量を測定する光量検出手段と、前記光量検出手段から出力した光量に応じて基準電圧を設定して、設定された基準電圧と前記光量検出手段から得た光量とを用いてピクセル別較正データを算出する較正データ算出手段とを含むことを特徴とする、ディスプレイシステムのための回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置が提供される。
【００２１】
また、本発明の別の態様によれば、特定の駆動電圧が回折型光変調器に印加された場合、ミラーの位置に関連した値を測定して前記回折型光変調器の前記ミラーの位置を測定するステップと、前記ミラーの位置に関連した測定値を用いて基準位置から前記ミラーの変位を計算するステップと、前記基準位置と比較し、前記ミラーの位置に関連した測定値に基づいて補償値を計算するステップと、計算された補償値に応じて前記回折型光変調器の駆動電圧を生成するステップと、生成された駆動電圧を用いて前記ミラーを駆動するステップとを含むことを特徴とする、回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法が提供される。
【００２２】
また、本発明の別の態様によれば、光を用いた映像の生成に使用される複数の回折ミラーからなる回折型光変調器の前記ミラー位置測定および補償装置の制御方法において、駆動電圧を用いて前記回折型光変調器を駆動するステップと、映像を形成する前の光経路上で、回折型光変調器から出射されるピクセル別光量を測定するステップと、前記回折型光変調器の駆動電圧範囲で基準光レベルと測定光レベルとの差を決定するステップと、特定の駆動電圧で光の基準レベルと比較し、前記回折型光変調器から出射される光のレベル差による較正因子を計算するステップとを含むことを特徴とする、回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
上述したように、本発明によれば、便利な方法により上部マイクロミラーの位置を測定し、それによる補償を行うことができるという効果がある。
【００２４】
また、本発明によれば、上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層のキャパシタンス、または上部電極層と下部電極層のキャパシタンスを用いて上部マイクロミラーの位置を間接的に測定し、それによる補償を行うことができるため、追加的な光学系を備えなくてもよいという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態による回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置とその制御方法について詳細に説明する。
【００２６】
図４Ａは、本発明が適用される圧電材料を用いた陥没型回折型光変調器の斜視図である。図４Ａを参照して、陥没型薄膜圧電光変調器は、シリコン基板４０と、複数のエレメント４２ａ〜４２ｎを備えている。
【００２７】
ここで、複数のエレメント４２ａ〜４２ｎは、一定の幅を有し、一定に整列して陥没型薄膜圧電光変調器を構成してもよい。また、このような複数のエレメント４２ａ〜４２ｎは、互いに異なる幅を有し、交互に整列して陥没型薄膜圧電光変調器を構成してもよい。また、このようなエレメント４２ａ〜４２ｎは、一定の間隔（エレメント４２ａ〜４２ｎの幅とほぼ同一の距離）をおいて離隔して位置してもよい。この場合、シリコン基板４０の全上面に形成されたマイクロミラー層が、入射光を反射して回折させる。
【００２８】
シリコン基板４０は、エレメント４２ａ〜４２ｎに空間を提供するために陥没部を備えており、シリコン基板４０の上部表面には絶縁層４１が形成されており、陥没部の両側にはエレメント４２ａ〜４２ｎの端部が取り付けられている。
【００２９】
それぞれのエレメント（ここでは、図面符号４２ａについてのみ詳細に説明するが、残り４２ｂ〜４２ｎも同様である）は、棒状をしており、中央部分がシリコン基板４０の陥没部から離隔して位置するように、両端の下面が、それぞれシリコン基板４０の陥没部から外れた両側に取り付けられており、シリコン基板４０の陥没部に対応する部分が上下に移動可能な下部支持台４３ａを含む。
【００３０】
また、エレメント４２ａは、下部支持台４３ａの左端側に積層され、圧電電圧を提供するための下部電極層４４ａと、下部電極層４４ａに積層され、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して上下駆動力を発生させる圧電材料層４５ａと、圧電材料層４５ａに積層され、圧電材料層４５ａに圧電電圧を提供する上部電極層４６ａとを含む。
【００３１】
さらに、エレメント４２ａは、下部支持台４３ａの右端側に積層され、圧電電圧を提供するための下部電極層４４ａ’と、下部電極層４４ａ’に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮および膨張して上下駆動力を発生させる圧電材料層４５ａ’と、圧電材料層４５ａ’に積層され、圧電材料層４５ａ’に圧電電圧を提供する上部電極層４６ａ’とを含む。
【００３２】
そして、エレメント４２ａの中央部分の下部支持台４３ａの上部には、マイクロミラー層４７ａが積層されており、入射光を反射または回折させる。
【００３３】
図４Ｂは、本発明が適用される圧電材料を用いた開孔式回折光変調器の斜視図である。
【００３４】
図４Ｂを参照して、圧電材料を用いた開孔式回折光変調器は、従来の回折型光変調器を改良したもので、マイクロミラー層４７ａ（ここでは、区別のために上部マイクロミラー層とも呼ぶ）に多数の開孔４９ａ１、４９ａ２、４９ａ３を備え、陥没部の絶縁層４１上に下部マイクロミラー層４８をさらに備えている。
【００３５】
ここで、開孔４９ａ１〜４９ａ３は、エレメント４２ａへの入射光が通過して、開孔４９ａ１〜４９ａの形成部分に対応する下部マイクロミラー層４８に入射するように構成され、下部マイクロミラー層４８と上部マイクロミラー層４７ａが画素を形成している。
【００３６】
すなわち、一例として、開孔４９ａ１〜４９ａ３を有する上部マイクロミラー層４７ａの（Ａ）部分と下部マイクロミラー層４８の（Ｂ）部分が一つの画素を形成することができる。その際、上部マイクロミラー層４７ａの開孔４９ａ１〜４９ａ３を通過して入射する入射光は、下部マイクロミラー層４８の対応する部分に入射することができ、上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８の間隔がλ／４の奇数倍となるとき、最大の回折光を発生させる。
【００３７】
一方、前述した回折型光変調器は、光信号を上部マイクロミラー層の駆動によって変化させる素子である。その際、上部マイクロミラー層は、環境および時間に応じて駆動後の初期位置を維持すべきであるが、初期位置から外れている場合がありうる。この場合、上部マイクロミラー層の位置を初期位置に復元させると、回折型光変調器の性能をそのまま維持することができる。
【００３８】
図５Ａは、本発明の第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【００３９】
同図を参照して、本発明の第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置は、一定強度の光を生成して照明レンズ系（図示せず）を用いて上部マイクロミラー層４７ａに照明する光源５００と、キャパシタンス測定部５１０と、制御部５１２と、表示部５１４と、補償部５１６と、駆動部５１８とを含んでいる。
【００４０】
ここで、キャパシタンス測定部５１０は、回折型光変調器の上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８のキャパシタンスを測定する。このために、一方の端子は上部マイクロミラー層４７ａと電気的に接続されている圧電材料層４５ａ’の下部電極層４４ａ’に連結され、他方の端子は下部マイクロミラー層４８に連結され、上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８のキャパシタンスを測定する。
【００４１】
制御部５１２は、キャパシタンス測定部５１０で測定した上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８のキャパシタンスによる回折光の光強度に対する情報を格納しており、それによる補償値を計算して補償制御信号を補償部５１６へ出力する。
【００４２】
すると、補償部５１６は、入力された補償制御信号による補償値を駆動部５１８へ出力し、駆動部５１８は、出力電圧に補償値を反映して出力する。
【００４３】
一方、上部マイクロミラー層４７ａに入射する光の強度を測定し、補償部５１６が、測定された光強度を用いて較正し得るようにする光強度測定装置（図示せず）をさらに含むことができる。そして、光強度測定装置はフォトダイオードを含むことができ、フォトダイオードは回折型光変調器に実装できる。
【００４４】
図５Ｂは、図５Ａの上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層の位置に関連したキャパシタンスを測定するための回路図である。
【００４５】
図５Ｂを参照して、図５Ａの上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層の位置に関連したキャパシタンスを測定するためにモデル化したキャパシタンスＣｍを有する測定対象キャパシタ５５０と、反転入力端子が測定対象キャパシタ５５０の一方の端子に連結され、非反転入力端子が接地されている充電増幅器５５２と、充電増幅器５５２の反転入力端子と出力端子との間に連結されたキャパシタンスＣ１を有する固定キャパシタ５５１と、入力電圧Ｖｉｎと充電増幅器５５２の出力電圧Ｖｍとを乗算して復調信号を生成する復調器５５３とを備えている。
【００４６】
ここで、測定対象キャパシタ５５０の一側端子に入力される入力電圧Ｖｉｎは、鋸歯波形状を有する高周波数の変調信号である。
【００４７】
また、充電増幅器５５２の出力電圧Ｖｍは、測定対象キャパシタ５５０と固定キャパシタ５５１の充電電圧を反映して測定対象キャパシタ５５０の充電値による包絡線を有する信号になる。
【００４８】
復調器５５３は、乗算器であって、歯車波形状を有する高周波数の入力変調信号と充電増幅器５５２の出力Ｖｍとの乗算によって復調された値を出力し、その大きさ値が測定対象キャパシタ５５０のキャパシタンスを示す。
【００４９】
図６は、本発明の第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【００５０】
同図を参照して、本発明の第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置は、一定強度の光を生成して照明レンズ系（図示せず）を用いて上部マイクロミラー層４７ａに照明する光源６００と、キャパシタンス測定部６１０と、制御部６１２と、表示部６１４と、補償部６１６と、駆動部６１８とを含んでいる。
【００５１】
ここで、キャパシタンス測定部６１０は、回折型光変調器の圧電材料層４５ａ’の上部電極層４６ａ’と下部電極層４４ａ’のキャパシタンスを測定する。このために、一方の端子は上部電極層４６ａ’に連結され、他方の端子は下部電極層４４ａ’に連結され、圧電材料層４５ａ’の上部電極層４６ａ’と下部電極層４４ａ’のキャパシタンスを測定する。
【００５２】
制御部６１２は、キャパシタンス測定部６１０で測定した上部電極層４６ａ’と下部電極層４４ａ’のキャパシタンスによる回折光の光強度に対する情報を格納しており、それによる補償値を計算して補償制御信号を補償部６１６へ出力する。
【００５３】
すると、補償部６１６は、入力された補償制御信号による補償値を駆動部６１８へ出力し、駆動部６１８は、出力電圧に補償値を反映して出力する。
【００５４】
一方、上部マイクロミラー層４７ａに入射する光の光強度を測定し、補償部６１６が、測定された光強度を用いて較正し得るようにする光強度測定装置（図示せず）をさらに含むことができる。この光強度測定装置はフォトダイオードを含むことができ、フォトダイオードは回折型光変調器に実装できる。
【００５５】
図７は、本発明の第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【００５６】
同図を参照して、本発明の第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置は、光源７１０と、回折型光変調器７１２と、反射ミラー７１３と、フォトセンサ７１４と、スキャナ７１５と、ピクセル別光量検出部７１８と、スクリーン７１９と、制御部７２０と、入力部７２２と、ピクセル別較正データ算出部７２４と、基準電圧データ格納部７２６と、ピクセル別較正データ格納部７２８と、表示部７３０とを備える。
【００５７】
ここで、光源７１０は、Ｒ（赤色）光源、Ｇ（緑色）光源、Ｂ（青色）光源からなり、制御部７２０の制御に基づいて所望の１色の光源のみが点灯する。試験者は、光量を測定する間、所望の色の光源をオンさせる。
【００５８】
駆動部７１６は、回折型光変調器７１２のエレメントそれぞれに対して個別的に駆動し、所定の電圧の範囲で反復的にエレメントを上下駆動する。
【００５９】
回折型光変調器７１２は、駆動部７１６の駆動に応じてエレメントが上下動しながら回折光を形成する。
【００６０】
反射ミラー７１３は、回折型光変調器７１２で生成された回折光をスキャナ７１５に向けて透過させ、その一部をフォトセンサ７１４へ反射する。反射ミラー７１３は、好ましくは回折型光変調器７１２から出射される回折光の約１／２〜１／１００をフォトセンサ７１４に反射させる。このような反射ミラー７１３を備えることにより、回折型光変調器７１２を用いたディスプレイ装置の駆動期間中に、回折型光変調器７１２のミラー位置を測定して補償することができる。
【００６１】
フォトセンサ７１４は、回折型光変調器７１２から出射される回折光の光量を測定してピクセル別光量検出部７１８へ出力する。
【００６２】
すると、ピクセル別光量検出部７１８は、フォトセンサ７１４で測定した光量を分析してピクセル別光量履歴曲線を得て、得られたピクセル別光量履歴曲線を表示部７３０に表示する。このとき、ピクセル別光量検出部７１９が得るピクセル別光量履歴曲線の一例を、図１１に３つのピクセルについて示している。ピクセル１の場合、光量が最も小さい電圧はＶｐ１ｍｉｎであり、光量が最も大きい電圧はＶｐ１ｍａｘであり、ピクセル２の場合、光量が最も小さい電圧はＶｐ２ｍｉｎであり、光量が最も大きい電圧はＶｐ２ｍａｘであり、ピクセル３の場合、光量が最も小さい電圧はＶｐ３ｍｉｎであり、光量が最も大きい電圧はＶｐ３ｍａｘである。
【００６３】
このとき、試験者は、すべてのピクセルの最小光量を検出することが可能な最下位電圧と、最大光量を検出することが可能な最上位電圧とを含むことができるように基準電圧の範囲を定めることができ、一例として、図１１ではｇ０とｇ１０が定められる。
【００６４】
こうして試験者が選択した基準電圧を入力部７２２で入力すると、入力された基準電圧データは基準電圧データ格納部７２６に格納される。
【００６５】
一方、ピクセル別較正データ算出部７２４は、ピクセル別光量検出部７１８からピクセル別光量履歴曲線が入力されると、基準電圧データ格納部７２６に格納されている基準電圧を参照して、階調度によるピクセル別較正データを算出する。
【００６６】
このようなピクセル別較正データの算出過程を理解するためには、回折型光変調器７１２のディスプレイ応用で駆動ＩＣ（図示せず）の動作を理解する必要があるが、駆動ＩＣは、階調度が入力されると、基準電圧に応じて決定された駆動電圧を出力する。すなわち、例えば基準電圧をｇ０〜ｇ１０とし、階調度を２５６とすれば、駆動ＩＣは、階調０が入力されると、駆動電圧としてｇ０を出力し、階調２５５が入力されると、駆動電圧としてｇ１０を出力し、０と２５５の間の値が入力されると、予め定められた駆動電圧を出力する。したがって、試験者が基準電圧を定めると、駆動ＩＣは入力階調度に応じて所定の駆動電圧を出力する。すなわち、一応基準電圧が定められると、駆動ＩＣは入力階調度に応じて入力階調度による駆動電圧を機械的に出力する。ところが、図１１から分かるように、基準電圧をピクセル別に最小電圧と最大電圧に設定せず、最小電圧と最大電圧を全て含むように設定したため、逆にピクセル別較正データを算出しなければならない。これについて、ピクセル１に対する光量履歴曲線のみを示している図１２を参照して説明すると、外部から入力される階調度が一例として０の場合、０を補正せずに駆動ＩＣに印加すると、出力電圧はｇ０になり、このとき実際ピクセル１が出力する光量は１５になる。したがって、このような不一致を解決するために、実際のピクセル１が０の光量を出射するＶｐ１ｍｉｎに対応する対応階調度１０を駆動ＩＣへ出力すればよい。
【００６７】
ピクセル別較正データ算出部７２４は、前述した方式によって外部から入力される入力階調度を較正することが可能な較正階調度を、図１３に示したようなテーブルとして作成してピクセル別較正データ格納部７２８に格納する。
【００６８】
すなわち、図１３のテーブルを参照すると、外部入力階調度があり、そのそれぞれに対して出力階調度がピクセル別に定められていることが分かる。
【００６９】
一例として、ピクセル１の場合、入力階調度が０であれば出力階調は５であり、入力階調度が１であれば出力階調は６であり、入力階調度が２５４であれば出力階調は２４９であり、入力階調度が２５５であれば出力階調は２５０となる。
【００７０】
ディスプレイ応用において、制御部７２０は、外部から映像が入力される場合、入力階調度をピクセル別較正データ格納部７２８に格納されている較正テーブルを参照して補正して出力する。
【００７１】
一方、図７において、フォトセンサ７１４が回折型光変調器７１２とスキャナ７１５との間に位置しているが、これとは異なり、スキャナ７１５とスクリーン７１９との間に位置することができる。このような状況でスキャナ７１５のスキャニング雑音は、フォトセンサ７１４の動作に影響を及ぼさない。このようにスキャナ７１５とスクリーン７１９との間にフォトセンサ７１４が置かれていると、生産レベルの製造過程で回折型光変調器７１２を較正するときに好都合であり、回折型光変調器７１２の動作中に較正するのに好都合である。図７に示したようなフォトセンサ７１４の使用は、スクリーン７１９に映像をディスプレイする間、同時に実時間で回折型光変調器７１２を較正するときに有利である。図７に示したようなフォトセンサ７１４の使用は、回折型光変調器７１２の停止を要しない。
【００７２】
図８は、本発明の第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【００７３】
同図を参照して、本発明の第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法では、まず、キャパシタンス測定部が回折型光変調器の上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層のキャパシタンスを測定し（Ｓ１１０）、制御部に出力する。
【００７４】
次に、制御部は、キャパシタンス測定部で測定した上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層のキャパシタンスによる回折光の光強度に対する情報を格納しており、それによる補償値を計算して（Ｓ１１２）、補償制御信号を補償部へ出力する（Ｓ１１４）。
【００７５】
次に、補償部は、入力された補償制御信号による補償値を駆動部へ出力し（Ｓ１１６）、駆動部は、出力電圧に補償値を反映して出力する（Ｓ１１８）。
【００７６】
図９は、本発明の第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【００７７】
同図を参照して、本発明の第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法では、まず、キャパシタンス測定部が回折型光変調器の上部電極層と下部電極層のキャパシタンスを測定し（Ｓ２１０）、制御部へ出力する。
【００７８】
次に、制御部は、キャパシタンス測定部で測定した上部電極層と下部電極層のキャパシタンスによる回折光の光強度に対する情報を格納しており、それによる補償値を計算して（Ｓ２１２）、補償制御信号を補償部へ出力する（Ｓ２１４）。
【００７９】
次に、補償部は、入力された補償制御信号による補償値を駆動部へ出力し（Ｓ２１６）、駆動部は、出力電圧に補償値を反映して出力する（Ｓ２１８）。
【００８０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【００８１】
同図を参照して、本発明の第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法では、制御部は、Ｒ光源、Ｇ光源、Ｂ光源からなる光源のうち試験者が選択した光源をオンにし、駆動部に駆動制御信号を印加して回折型光変調器を駆動する（Ｓ３１０）。
【００８２】
その後、フォトセンサは、光量を検出してピクセル別光量検出部へ伝送し、ピクセル別光量検出部は、検出された光量からピクセル別光量曲線を得、得られたピクセル別光量曲線を表示部に表示する（Ｓ３１２）。
【００８３】
このとき試験者は、全てのピクセルの最小光量を検出することが可能な最下位電圧と、最大光量を検出することが可能な最上位電圧とを含むことができるように基準電圧の範囲を定め、入力部を介して入力すると、入力された基準電圧は、基準電圧データ格納部に格納される（Ｓ３１４）。
【００８４】
次に、ピクセル別較正データ算出部は、ピクセル別光量検出部からピクセル別光量曲線が入力されると、基準電圧データ格納部に格納されている基準電圧を参照して階調度によるピクセル別較正データを算出し、図１３に示されているようなテーブルとして作成してピクセル別較正データ格納部に格納する（Ｓ３１６）。
【００８５】
一方、本発明では、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図６および図７に示した回折型光変調器を使用したが、これらに限定されず、図３に開示した光変調器も使用可能である。
【００８６】
図１４は、本発明の好適な第４実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定及び補償装置の構成図である。
【００８７】
図１４の装置は、図６の装置とその構成が同様である。但し、図１４には、回折型光変調器に入射する入射光の光強度を測定する光強度測定装置がさらに付加されている。このような光強度測定装置にはフォトダイオード７３２が使用できる。図１４の図面符号は、図６の図面符号と同一である。
【００８８】
フォトダイオード７３２は、光源から回折型光変調器に入射する入射光の光強度を測定してキャパシタンス測定部６１０へ出力する。フォトダイオード７３２は、回折型光変調器の上に位置してもよく、回折型光変調器の近接部位に位置してもよい。フォトダイオード７３２から測定されて出力される出力値は、上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８間の測定されたキャパシタンス値を補正するのに使用できる。キャパシタンス測定部６１０は、常に正確なキャパシタンス測定値を出力するのではない。なぜなら、上部マイクロミラー層４７ａと下部マイクロミラー層４８間のキャパシタンスは、光源から出射されるレーザによって誘導されるためである。
【００８９】
ここで、単一フォトダイオード７３２を使用してもよく、フォトダイオードアレイを使用してもよい。フォトダイオードアイレは、単一フォトダイオードを使用したときに発生する雑音を減少させる。
【００９０】
なお、単一フォトダイオード、フォトダイオードアレイは図５Ａにも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】光の反射または回折を用いて、光スイッチ、光変調素子に適用される光学ＭＥＭＳ素子の代表的な構成を示す図である。
【図２】光の反射または回折を用いて、光スイッチ、光変調素子に適用される光学ＭＥＭＳ素子の代表的な構成を示す図である。
【図３】従来の技術に係るレーザディスプレイ用光強度変換素子、すなわち光変調器として開発したＧＬＶ(Grating Light Valve)デバイスの構成を示す図である。
【図４Ａ】本発明が適用される圧電材料を用いた陥没型回折型光変調器の斜視図である。
【図４Ｂ】本発明が適用される圧電材料を用いた開孔式回折型光変調器の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の好適な第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【図５Ｂ】図５Ａの上部マイクロミラー層と下部マイクロミラー層の位置に関連したキャパシタンスを測定するための回路図である。
【図６】本発明の好適な第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【図７】本発明の好適な第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の構成図である。
【図８】本発明の好適な第１実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【図９】本発明の好適な第２実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の好適な第３実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定および補償装置の制御方法のフローチャートである。
【図１１】回折型光変調器のエレメントに印加された印加電圧と出力光量を示す光量履歴曲線を示すグラフである。
【図１２】図７のピクセル別較正データ算出部が使用する駆動ＩＣ対応階調度と出力階調度を示す図である。
【図１３】図７のピクセル別較正データ格納部に格納される較正データテーブルを示す図である。
【図１４】本発明の好適な第４実施形態に係る回折型光変調器のミラー位置測定及び補償装置の構成図である。
【符号の説明】
【００９２】
５１０    キャパシタンス測定部
５１２    制御部
５１４    表示部
５１６    補償部
５１８    駆動部
６１０    キャパシタンス測定部
６１２    制御部
６１４    表示部
６１６    補償部
６１８    駆動部
７１０    光源
７１２    回折型光変調器
７１３    反射ミラー
７１４    フォトセンサ
７１５    スキャナ
７１６    駆動部
７１８    ピクセル別光量検出部
７１９    スクリーン
７２０    制御部
７２２    入力部
７２４    ピクセル別較正データ算出部
７２６    基準電圧データ格納部
７２８    ピクセル別較正データ格納部
７３０    表示部
【図１】
2006350344.tif 000003
【図２】
2006350344.tif 000004
【図３】
2006350344.tif 000005
【図４Ａ】
2006350344.tif 000006
【図４Ｂ】
2006350344.tif 000007
【図５Ａ】
2006350344.tif 000008
【図５Ｂ】
2006350344.tif 000009
【図６】
2006350344.tif 000010
【図７】
2006350344.tif 000011
【図８】
2006350344.tif 000012
【図９】
2006350344.tif 000013
【図１０】
2006350344.tif 000014
【図１１】
2006350344.tif 000015
【図１２】
2006350344.tif 000016
【図１３】
2006350344.tif 000017
【図１４】
2006350344.tif 000018