(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、光反射領域と導電体層を有する板状部材と、前記基板上の該基板を略２分する位置に設けられた支点部材と、前記基板の四隅に設けられた規制部材とを備え、
前記板状部材が前記支点部材上に立て掛けられて支持され、該板状部材の略中央を支点に回転して傾斜方向を変え、該板状部材の回転が前記規制部材で制限され、
前記板状部材の傾斜方向に応じて前記光反射領域に入射する光束の反射方向を変えて光偏向動作を行う光偏向装置であって、
前記基板上に、前記板状部材の導電体層と対向して、前記支点部材を挟んで第一電極群と第二電極群を設け、
前記第一電極群及び前記第二電極群は各々、前記支点部材の中央部に対して対称な位置に配置された中央の電極と、該中央の電極の両側に配置された電極との３つの電極からなり、前記第一電極群及び前記第二電極群の各中央の電極を半導体記憶素子の相補出力に接続し、
前記第一電極群及び前記第二電極群における前記中央の電極が前記板状部材の傾斜変位の始動を制御する制御電極として作用し、両側の電極が前記板状部材を駆動する駆動電極として作用することを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
請求項１記載の光偏向装置において、前記第一電極群と前記第二電極群の少なくとも前記制御電極はそれぞれ、前記板状部材の傾斜とほぼ平行に傾斜していることを特徴とする光偏向装置。
【請求項３】
請求項１記載の光偏向装置において、前記第一電極群と前記第二電極群の前記制御電極はそれぞれ、前記板状部材の支点位置に近い側が幅狭で遠い側が幅広の形状であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向装置を複数２次元に配置した光偏向装置アレイであって、複数の光偏向装置の電極群について、制御電極以外の同じ位置にある駆動電極同士を共通に接続し、制御電極は半導体記憶装置の当該光偏向装置に対応する記憶素子の相補出力に接続することを特徴とする光偏向装置アレイ。
【請求項５】
請求項４に記載の光偏向装置アレイを含む投射光学系を用いたことを特徴とする画像投影表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置に関し、例えば電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置、投影プロジェクターやデジタルシアターシステム等の投影型画像映像表示装置に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじり梁ヒンジを用いた光偏向装置のデジタルマイクロミラーデバイスがＬ.Ｊ.Ｈornbeckによって提案され（例えば、非特許文献１）、また、その技術を発展させたマイクロミラー群を有する空間光変調装置がＤＭＤ(Ｄigital  Ｍicromirror  Ｄevice)と呼ばれ画像投影装置に用いられている（例えば、非特許文献２）。
【０００３】
これらデバイスは、一般的にミラーがヒンジと呼ばれる捩り梁により支持されている。ヒンジを用いることで、光反射領域が減少するが、上記したＤＭＤではヒンジ部分とは別に表面に反射部材を設け二階構造にしている。また、ヒンジを用いるため、実際の駆動する電圧は数十Ｖになるが、傾斜方向を切り換えるデータとして５Ｖないし７．５Ｖ程度で制御できるように、複数画素に一斉に加える数十Ｖのバイアス電圧と特別なバネ部材の復元力を組み合わせて傾斜の切り換えを行っている。
【０００４】
また、光反射領域を有する板状部材がヒンジなど固定端を持たない構造の光偏向装置も提案されている（例えば、特許文献１）。これは、板状部材を、基板上に固定することなく、基板上に設けた支点部材上に傾斜して載置し、基板上の支点部材の周囲に板状部材と対向して配置した電極に電位を付与することで、支点部材を支点に板状部材を回転させて傾斜方向を切り換え光偏向動作を行なうものである。なお、基板上の周囲には上部に笠形状のストッパーを設けた規制部材を配置して、板状部材の回転を規制している。
【０００５】
【非特許文献１】Proc．SPIE  Vol．1150，pp.86-102(1989)
【非特許文献２】Proc．of  THEIEEE，vol．86，No.8，pp1687-1704(1998)
【特許文献１】特開２００４−０７８１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ヒンジを用いた光偏向装置は剛性による復元力があり、駆動電圧が数十Ｖと高くなる。一方、特許文献１に記載の光偏向装置は、光反射領域を有する板状部材がヒンジなど固定端をもたない構造であり、容易に双安定の切り換えができる。板状部材の導体層に電気的に接する電極と板状部材に対向する電極を支点部材に対し二群に分割し、電極群それぞれに任意の電位を与え、板状部材の導体層に電気的に接する電極の電位を切り換えることで容易に板状部材の傾斜方向を切り換えることができる。しかし、電極群に加える制御電位が直接の駆動電圧であり、ＬＳＩなどを用いる場合でも、板状部材の応答時間が５μsec以下の場合、１０Ｖ以上の電圧を必要とし、また、ＬＳＩメモリと組み合わせて画像表示装置を構成する場合、高電圧の専用の駆動デバイスが必要になる。
【０００７】
本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、板状部材を回転し、傾斜方向を切り換えるには数十Ｖを必要とするが、ＬＳＩメモリ回路の動作電圧並である数Ｖで板状部材の傾斜方向を制御できる光偏向装置、光偏向装置アレイおよびこれを用いた画像投影表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の原理は以下の通りである。光反射領域と導電体層を有する板状部材が支点部材に対し傾斜している。板状部材の導電体層に対向して、複数の電極を支点部材を挟んで第一電極群と第二電極群の二群に分割して配置する。そして、各電極群について、各々、少なくとも一つの電極を制御電極とし、残りの電極群を駆動電極とする。この各電極群の制御電極にそれぞれ半導体記憶素子の相補出力の電位を与える。
【０００９】
例えば、板状部材の傾斜している側の電極群の制御電極には、半導体記憶素子の相補出力の例えば高電位を加え、傾斜していない側の電極群の制御電極には、低電位を加える。板状部材が傾斜しているのと反対側の電極群（駆動電極群）に電位を与え、静電誘導で板状部材に誘起される電位が０Ｖになるようにする。もし、電極面積が板状部材の回転軸に垂直な軸に対称なら、平均電位が０Ｖの場合である。電極間の電位差による静電力で、板状部材は所定の電極側に引かれる。いま、板状部材の傾斜している側では、半導体記憶装置の高電位５Ｖや３．３Ｖ程度の電位が制御電極に加わっている。板状部材の電位が０Ｖであるので、板状部材とその制御電極間に静電力が働く。板状部材と電極の距離をかなり短く設定する。例えば０．１μｍ以下である。そうすると、板状部材と間隔の広い側の電極と板状部材の間の電位差がある程度大きくとも、板状部材と近い電極の方の静電力が勝り、傾斜している側に止まる。また、この時、その制御電極以外の板状部材の傾斜方向の電極群（駆動電極群）には０Ｖが加えられている。ここで、板状部材の傾斜している側の半導体記憶素子の高電位を与えた制御電極に今度は低電位、通常０Ｖを与えると、板状部材の電位が０Ｖであり板状部材の傾斜側の電極の電位がすべて０Ｖになるので、板状部材は、傾斜している側と反対側の静電力で引かれ回転し、傾斜方向が切り換る。
【００１０】
このように、複数の電極を支点部材に対し二分割にし、各側の少なくとも１電極に半導体記憶素子の相補の出力を接続することで、ＬＳＩ記憶装置の動作電位のような低い電圧でも板状部材の傾斜を高い電圧で駆動し制御できる。板状部材と電極間の電位差が大きいほど傾斜変位の応答時間は短くなるので、高速駆動が可能である。また、板状部材の制御電圧を３．３Ｖ以下などのさらに低い電圧にすることができ、光偏向装置と組み合わせるＬＳＩなど半導体記憶装置の小型化が可能であり、板状部材形状をさらに小型化でき、光偏向装置アレイの高密度化にも活用できる。
【００１１】
この仕組みを活用し、本発明の光偏向装置アレイの駆動方法では、次のように３つの状態を持たせる。なお、第一の傾斜方向を光がＯＦＦ、第二の傾斜方向を光がＯＮとする。（１）画像を形成する画素として板状部材を指定期間ＯＮまたはＯＦＦの傾斜方向を維持する表示期間で、この期間にＯＮやＯＦＦを決めるデータを書き込み記憶する。（２）ＯＦＦの指示の場合に板状部材をＯＦＦにする。ＯＮの指示ではＯＮのままを維持する。（３）ＯＮの指示の場合に板状部材をＯＮする。ＯＦＦの指示では傾斜方向を変えず、ＯＦＦを維持する。（１）に戻り状態を維持し表示する。例えば画素の階調をＯＮやＯＦＦの時間長で表現する方式を利用すれば、状態（１）を階調に応じた期間として用いることで画像を表現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反射領域を有する板状部材の傾斜方向を切り換えて光偏向動作を行う光偏向装置において、板状部材の面積範囲に収まる寸法の一般的な構成の半導体記憶装置の動作電圧で板状部材の回転の始動を制御できる。
【００１３】
本発明の光偏向装置、あるいは、該光偏向装置（光偏向素子）を複数二次元に配置した光偏向装置アレイを画像投影表示装置の投射光学系に用いることにより、光偏向装置のＯＮ／ＯＦＦ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る光偏向装置の構成図を示す。図１（ａ）、（ｂ）において、１０１は基板、１０２は絶縁膜、１０３ａ〜１０３ｆは電極、１０６は支点部材、１０７は板状部材、１０８は規制部材である。電極１０３ａ〜１０３ｆは、中央の支点部材１０６を挟んで左右に分けて配置されている。ここで、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｅの電極群を第一電極群、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｆの電極群を第二電極群とする。図１では省略したが、電極１０３ａ〜１０３ｆは絶縁層で覆われている。規制部材１０８は、基板１０１の四隅に配置され、上部に笠形状のストッパが設けられている。板状部材１０７は、図１では省略したが、表面が光反射領域（１０７ａとする）を形成し、裏面には電極群１０３ａ〜１０３ｆと対向して少なくとも一部に導電体層（１０７ｂとする）が形成されている。この板状部材１０７は、支持部材等に支持されることなく、図１（ｂ）に示すように、支点部材１０６上に立て掛けられている。後述するように、該板状部材１０７は、支点部材１０６を支点に回転して傾斜方向が切り換えられるが、この時、基板１０１上から飛び出さないように、規制部材１０８により、回転が制限される。板状部材１０７の傾斜角は、該板状部材１０７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ａｒｃｓｉｎで求められる角となる。
【００１５】
板状部材１０７は、その導電体層１０７ｂと第一電極群の電極１０３ａ及び電極１０３ｂによる静電力と、導体層１０７ｂと第二電極群の電極１０３ｃ及び電極１０３ｄによる静電力との比較により、第一電極群または第二電極群の何れかに回転し、傾斜変位する。第一電極群の電極１０３ｅと第二電極群の電極１０３ｆは、板状部材１０７の傾斜変位の始動を制御する電極であるが、電極１０３ｅ、１０３ｆの働きについては後述する。電極１０３ａ〜１０３ｄのように、板状部材１０７を静電力で引いて駆動する電極を駆動電極と称す。これに対し、電極１０３ｅ、１０３ｆは、板状部材１０７の傾斜変位の始動を制御する働きをするので、制御電極と称すことにする。
【００１６】
電極群（第一電極群）１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｅ及び電極群（第二電極群）１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｆは、支点部材１０６に対しておおむね対称に配置することが好ましい。また、実施例では、これら第一及び第二電極群を一律に基板１０１に対して傾斜させているが、少なくとも制御電極１０３ｅ、１０３ｆのみでも基板１０１に対して傾斜させ、傾斜した側の板状部材１０１とおおむね平行にすることでもよい。これにより、制御電極１０３ｅ、１０３ｆと板状部材１０７の距離を容易に接近させることができ、板状部材１０１と制御電極１０３ｅ、１０３ｆとの間に働く電位差あたりの静電力を大きくすることができる。その結果、より低い電圧でも板状部材１０７を制御電極１０３ｅあるいは１０３ｆで引き分け，安定して該当制御電極側に保持できる。
【００１７】
図２は、図１の光偏向装置を複数、二次元に配置した光偏向装置アレイの構成例を示す。光偏向装置アレイの下には、同様に複数の半導体記憶素子が二次元に配列された半導体記憶装置（例えば、ＳＲＡＭ）があり、一つの半導体記憶素子（メモリセル）に一つの光偏向装置（光偏向素子）が対向している。なお、この種の光偏向装置アレイの製造方法については、例えば前掲した特許文献１に開示されている。
【００１８】
図３は、本発明に係る光偏向装置と半導体記憶素子（メモリセル）の構成例を示す。図３において、１００は光偏向装置、２００は半導体記憶素子（メモリセル）、２０１、２０２は出力線、２１１、２１２は相補のビット線、２１３はアドレス線である。書込みデータの１あるいは０に対応して、ビット線２１１、２１２のいずれか一方が高電位、他方が低電位となり、これに対応して、半導体記憶素子２００は、トランジスタＱ１、Ｑ２の出力線２０１、２０２の一方が高電位、他方が低電位の相補の状態をとる。アドレス線２１３はトランジスタＱ１、Ｑ２の駆動に使用される。
【００１９】
図３に示すように、半導体記憶素子２００の相補の出力線２０１、２０２を、光偏向装置１００の制御電極１０３ｅと電極１０３ｆにそれぞれ接続する。制御電極１０３ｅ、１０３ｆは、板状部材１０７を駆動するよりは、もっぱら板状部材１０７が傾斜方向を変えないように傾斜を維持することに使用される。
【００２０】
板状部材１０７の傾斜方向を切り換える場合は、次のように行う。板状部材１０７の傾斜している側と反対側の駆動電極群（図３では１０３ｃ，１０３ｄ）に電位差を与え、板状部材１０７に電位を誘起し、その電極群と板状部材１０７の間に静電力を発生させる。傾斜側の電極の電位を板状部材１０７で誘起された電位とおおむね同じにすると、板状部材１０７は傾斜方向と反対側の電極に引かれて、回転し、傾斜方向を切り換える。この時、制御電極１０３ｅ、１０３ｆが板状部材１０７の傾斜変位の始動を制御する。図１に示すように、最小の電極数は駆動電極４つ、制御電極２つの合計６電極である。この場合がもっとも電極数が少なく、各電極の面積を有効に利用でき、製造工程も容易になる。
【００２１】
光偏向装置アレイを高品位な投影装置などに使用する場合、多くの画素数が必要となる。一つの光偏向装置アレイからの引き出し電極は多くできない。そこで、半導体記憶装置（半導体記憶素子アレイ）を光偏向装置アレイの下に配置し、アレイ周辺の回路により期間を分けて、データを書き込み、その情報を、画素を構成する光偏向装置に反映させる方法を用いる。半導体記憶装置の動作電圧は５Ｖ程度以下である。板状部材の大きさが画素の大きさに関係し、板状部材の覆う面積に半導体記憶素子（メモリセル）が収まることが望ましい。板状部材が１５μｍ角以下であるなら、通常５Ｖ程度の動作電圧なる。数十Ｖの動作電圧にするためには、ウエルなどが特殊な構成の半導体工程が必要であり、製造コストがきわめて増加する。
【００２２】
本発明の光偏向装置は、一般的な動作電圧の半導体記憶装置、例えばＳＲＡＭを下層に配置し、５Ｖ程度の電圧で、板状部材の傾斜変位の始動を制御できる。次にその原理を説明する。
【００２３】
板状部材に遠い電極の電位と板状部材の電位の電位差による静電力で板状部材は傾斜変位を始め、傾斜方向が換わる。板状部材の傾斜している側の板状部材に近い電極の電位と板状部材の電位の電位差に対し、遠い電極より数百倍大きな静電力が働く。電極面積が約１／３になっている場合でも、２００倍の静電力を得ることができる。また、静電力は電圧の二乗に比例するため、電圧比では１０倍程度にすることができる。制御電圧を５Ｖとすると駆動電極と板状部材の電位差５０Ｖで静電力がつりあう。駆動電極には±５０Ｖを与えることでつりあうことになる。板状部材を確実に制御電極にとどめるため、駆動電極には±４０Ｖ程度までの駆動電圧を使用できる。制御電極の電圧が３．３Ｖでは、±２６Ｖまでの駆動電圧が使用できる。１０μｍ角の板状部材で傾斜角が１２°で±２０Ｖ程度で充分駆動可能であり、板状部材を制御電極に容易に保持できた。制御電極に接続される半導体記憶装置の動作電圧が３．３Ｖ程度の場合、半導体記憶素子（メモリセル）が６トランジスタからなるＳＲＡＭなら１０μｍ角の面積に容易に収納することができる。また、図１の実施例１の場合、板状部材には捩り梁固定部がなく、板状部材のサイズを捩り梁の縮小などによる剛性増加や加工の難しさに影響されない。
【００２４】
図４は、本発明に係る光偏向装置の実施例１の第１変形例を示す。（ａ）は装置断面図（（ｂ）のＡ−Ｂ断面図）、（ｂ）は電極構成の平面図である。図４において、図１と同じ符号は同一部分を示している。なお、１０５は電極群１０３ａ〜１０３ｆを覆う絶縁膜、１０７ａは光反射領域、１０７ｂは導電体層である。図４では、板状部材１０７の支点部材１０６に対し、それぞれ制御電極１０３ｅ、１０３ｆを逆三角形状に配置して、周辺側の制御電極１０３ｅ、１０３ｆの電極面積を広くしている。これにより、制御電極１０３ｅ、１０３ｆの板状部材１０７に対するモーメントを大きくでき、板状部材１０７の傾斜方向を容易に維持できる。また、駆動電極１０３ａ〜１０３ｄの面積も広くでき、駆動用モーメントも大きくでき、応答速度の向上あるいは、駆動電圧の低減が可能となる。
【００２５】
図５は、本発明に係る光偏向装置の実施例１の第２変形例を示す。（ａ）は電極構成の平面図、（ｂ）は同斜視図、（ｃ）は装置断面図、（ｄ）は板状部材の平面図、（ｅ）は板状部材が傾斜した図であり、図１や図４と同じ符号は同一部分を示している。
【００２６】
図５は、板状部材１０７の一方の対角線が支点部材１０６と平行で回転軸となり、板状部材１０７は他方の対角線方向に対して回転する構造であり、支点部材１０６とほぼ対称に、駆動電極群１０３ａ、１０３ｂ及び１０３ｃ、１０３ｄを配置し、該駆動電極群の外側に制御電極１０３ｅ、１０３ｆを配置する。図５では、板状部材１０７の先端コーナと対向して制御電極１０３ｅ、１０３ｆを配置している。これにより、駆動静電トルクを発生する駆動電極１０３ａ〜１０３ｄを大きくできる。また、制御電極１０３ｅ、１０３ｆにより板状部材１０７に静電力を働かせる場合、制御電極１０３ｅ、１０３ｆが支点部材１０６から遠いので同じ面積なら、板状部材１０７に対して、より大きな静電モーメントを生じることができる。また、支点部材１０６への平均距離の比が２倍あれば、静電力が２倍大きくなったことに相当する。さらに、板状部材１０７ａの対角線が回転軸となるため、制御電極１０３ｅ、１０３ｆと支点部材１０６の距離を最も長くすることができる。図５に示すように、板状部材１０７の端部コーナと対向して制御電極を配置できる。制御電極の面積と駆動電極の面積比は例えば、８倍程度でありながら十分なモーメントが得られる。また、駆動電極の面積を大きくできるので駆動用のモーメントも大きくできる。
【００２７】
なお、図４、図５のいずれの構造でも、板状部材１０７の回転軸に垂直な対称軸の中心位置（板状部材の支点位置上の中心点に対して対称な位置）に電極１０３ｅ、１０３ｆを配置することで、板状部材１０７がその電極上にあるときに板状部材の対称軸に対する捩れのモーメントによる板状部材を剥がそうとする力に最も抗することができる。すなわち、制御電極を板状部材の回転軸に垂直な対称軸の中心に配置した場合、板状部材が反対側の傾斜方向の電極から引かれた時、該板状部材を引き剥がすモーメントが小さい。静電力は距離の二乗に反比例するため、距離か少し離れると力が弱くなるため、引き離すモーメントが小さい方がより安定に板状部材を保持できる。
【００２８】
図６は、本発明の実施例２に係る光偏向装置の構成図を示す。（ａ）は板状部材を除いたときの斜視図、（ｂ）は板状部材を置いたときの図である。図６中、図１と同じ符号は同一部分を示している。図１と同様に、基板１０１上に絶縁膜１０２を介し、複数の電極１０３ａ〜１０３ｆが支点部材１０６を挟んで左右に分けて配置されている。ここでも、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｅの電極群を第一電極群、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｆの電極群を第二電極群とする。これら電極群は、図４、図５で示した実施例と同様に絶縁膜で覆われている。板状部材１０７は、図４や図５の実施例に示したように、表面が光反射領域１０７ａを形成し、裏面には電極群１０３ａ〜１０３ｆと対向して少なくとも一部に導電板層１０７ｂが形成されている。本実施例では、板状部材１０７は剛性の弱いヒンジ１１０を備え、該ヒンジ１１０により支点部材１０６上に傾斜して載っている。ヒンジ１１０は支柱１０９で固定されており、板状部材１０７はヒンジ１１０により、ある程度の回転ができる。板状部材１０７の傾斜角は板状部材の長さの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。
【００２９】
本実施例においても、板状部材１０７は、その導電体層１０７ｂと第一電極群の電極１０３ａ及び電極１０３ｂによる静電力と、導電体層１０７ｂと第二電極群の電極１０３ｃ及び電極１０３ｄによる静電力との比較により、板状部材１０７は第一電極群または第二電極群の何れかに回転し、傾斜変位する。第一電極群の電極１０３ｅと第二電極群の電極１０３ｆは、板状部材１０７の傾斜変位の始動を制御する電極である。ここでも、電極１０３ａ〜１０３ｄを駆動電極、電極１０３ｅ、１０３ｆを制御電極と称す。
【００３０】
本実施例においても、電極群（第一電極群）１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｅ及び電極群（第二電極群）１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｆは、支点部材１０６に対しておおむね対称に配置することが好ましい。また、図６では、これら第一及び第二電極群を一律に基板１０１に対して傾斜させているが、図１で説明した実施例１と同様に少なくとも制御電極１０３ｅ、１０３ｆのみでも基板１０１に対して傾斜させ、傾斜した側の板状部材１０１とおおむね平行にすることでもよい。
【００３１】
図６の構成で、ヒンジ１１０は板状部材１０７の回転の中心軸を決定するためにあり、板状部材１０７を基板１０１に平行な位置に復元するのに十分な剛性を有していない。支点部材１０６は、ヒンジ１１０の剛性が弱いことから静電力で板状部材１０７を電極側に引き付けるとき、電極側に板状部材が垂れ下がらないように設けてある。捻り梁のバネ剛性の復元力を用い傾斜変位をする方法では、バネの塑性変形が起き駆動電圧が０Ｖでも板状部材が傾いたままになると、傾斜方向に偏りが生じ傾斜変位に誤動作を起こす。その点、本実施例のヒンジ１１０は、回転の中心軸を決定できれば捻り梁の塑性変形があっても傾斜変位に問題が生じない。
【００３２】
次に、本発明に係る光偏向装置の動作を説明する。ここでは、図１の構成を例に説明するが、図４、図５、図６などの場合もまったく同様である。
ＯＮとＯＦＦの２値を持つ光偏向装置により階調表現を行う場合、一般的に表示期間の長短で階調を表現する。図１において、板状部材１０７の電極１０３ａ、電極１０３ｂ側への傾斜を第一傾斜方向とし、光はＯＦＦになり、この状態をＯＦＦとする。板状部材１０７の電極１０３ｃ、電極１０３ｄ側への傾斜を第二傾斜方向とし、板状部材１０７で反射された光が出力されるので、光はＯＮになり、この状態をＯＮとする。以下、電極１０３ａ〜１０３ｄを電極ａ〜ｄ、電極１０３ｅ、１０３ｆを電極ｅ、ｆと簡略化して呼称する。
【００３３】
図７は、状態遷移のタイミングチャートを示す。横軸は時間経過、縦軸は電極ａ（１０３ａ）、電極ｂ（１０３ｂ）、電極ｅ（１０４ｅ）、電極ｆ（１０４ｆ）、電極ｃ（１０３ｃ）、電極ｄ（１０３ｄ）の電位を示す。状態１は表示のための期間である。また、板状部材１０７の傾斜方向を指示するデータを半導体記憶素子（メモリセル）に書き込み記憶する状態である。この状態１では、表示を行う傾斜方向は維持される必要がある。状態２は状態１で書き込まれ記憶されている情報に従い、指示がＯＦＦなら板状部材は第一傾斜方向に傾斜する。もともと第一傾斜方向に傾斜していてＯＦＦなら、そのままとなる。指示がＯＮの場合も板状部材の傾斜方向は変化せず、そのままである。状態３は状態１で書き込まれ記憶されている情報に従い、指示がＯＮなら板状部材は第二傾斜方向に傾斜しＯＮ状態になる。もともと第二傾斜方向に傾斜していてＯＮなら、そのままである。指示がＯＦＦの場合は、状態２ですでにＯＦＦになり状態は維持される。次に状態１に戻り表示を行い、次の傾斜方向のデータを書き込み記憶する。これらの状態の変化は光偏向装置アレイを構成する光偏向装置（光偏向素子）全体あるいは複数が一斉に行う。なお、状態２と状態３の動作順序は逆でもよい。
【００３４】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、状態１、状態２、状態３での各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係の具体例を示す。以下、これらについて詳述する。
【００３５】
図８Ａは状態１での各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係を示したものである。
状態１（１−ａ）：板状部材が電極ａ、電極ｂ側の第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜している。電極ａの電位はＥ（Ｖ）、電極ｂの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｃの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｄの電位はＥ（Ｖ）であり、板状部材の電位はほぼ０Ｖになる。板状部材は電極ａと電極ｂおよび電極ｃと電極ｄの中間の位置にあり、誘導された電荷による板状部材の電位も電極ａ、電極ｂや電極ｃ、電極ｄの中間電位である０Ｖになっている。板状部材と電極ａ、電極ｂが近いので静電力が強い。そのため、制御電極の電極ｅや電極ｆの電位が０ＶあるいはＶＨに関わらず板状部材は電極ａ、電極ｂ側に傾斜を続ける。図８Ａでは、傾斜方向の指示がＯＮで、電極ｅの電位が０Ｖ、電極ｆの電位がＶＨであっても、板状部材は電極ａ、ｂ側（ＯＦＦ側）に傾斜し続けることを示している。
【００３６】
状態１（１−ｂ）：板状部材が電極ｃ、電極ｄ側の第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜している。電極ａの電位はＥ（Ｖ）、電極ｂの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｃの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｄの電位はＥ（Ｖ）であり、板状部材の電位はほぼ０Ｖになる。板状部材は電極ａと電極ｂおよび電極ｃと電極ｄの中間の位置にあり、誘導された電荷による板状部材の電位も電極ａ、電極ｂや電極ｃ、電極ｄの中間電位である０Ｖになっている。板状部材と電極ｃ、電極ｄが近いので静電力が強い。そのため、やはり制御電極の電極ｅや電極ｆの電位がＶＨあるいは０Ｖに関わらず板状部材は電極ｃ、電極ｄ側に傾斜を続ける。図８Ａでは、傾斜方向の指示がＯＦＦで、電極ｅの電位がＶＨ、電極ｆの電位が０Ｖであっても、板状部材は電極ｃ、ｄ側（ＯＮ側）に傾斜し続けることを示している。
【００３７】
状態１（１−ａ）、（１−ｂ）のように、状態１は、ともに電極ａの電位がＥ（Ｖ）、電極ｂの電位が−Ｅ（Ｖ）、電極ｃの電位が−Ｅ（Ｖ）、電極ｄの電位がＥ（Ｖ）の電位であり、板状部材を基板側に引き付けることができる。つまり、電極ｅ、電極ｆの電位に関わらず、安定して板状部材の傾斜方向を維持できる。
【００３８】
図８Ｂは状態２での各電極電位と板状部材の軽視や方向の関係を示したものである。状態２では、電極ａの電位はＥ（Ｖ）、電極ｂの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｃの電位は０Ｖ、電極ｄの電位は０Ｖである。
【００３９】
状態２（２−ａ）：板状部材が第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＮで、電極ｅの電位がＯＶ、電極ｆの電位がＶＨになっている。板状部材は電極ａの電位Ｅ（Ｖ）と電極ｂの電位−Ｅ（Ｖ）により電位が０Ｖになり、かつ静電力で引かれ、傾斜方向は継続される。板状部材の傾斜方向が切り換わるのは次の状態３の期間である。
【００４０】
状態２（２−ｂ）；板状部材が第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＦＦで、電極ｅの電位がＶＨ、電極ｆの電位が０Ｖになっている。板状部材は電極ａの電位Ｅ（Ｖ）と電極ｂの電位−Ｅ（Ｖ）により電位が０Ｖになり、かつ静電力で引かれ、傾斜方向は継続される。
【００４１】
状態（２−ｃ）：板状部材が第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＮで、電極ｅの電位がＯＶ、電極ｆの電位がＶＨになっている。板状部材は電極ａの電位Ｅ（Ｖ）と電極ｂの電位−Ｅ（Ｖ）により電位が０Ｖになり、かつ静電力で引かれる。しかし、板状部材に電極ｆが近い。電極ｆの電位がＶＨであり、大きな静電力が板状部材に働く。このため、板状部材は第二傾斜方向に傾斜を続ける。
【００４２】
状態（２−ｄ）：板状部材が第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＦＦで、電極ｅの電位がＶＨ、電極ｆの電位が０Ｖになっている。電極ａと電極ｂの電位により板状部材の電位は０Ｖになっている。板状部材に近い電極ｆの電位が０Ｖであるので、板状部材と電極ｆ間に静電力は生じない。板状部材は電極ａの電位Ｅ（Ｖ）と電極ｂの電位−Ｅ（Ｖ）による静電力で引かれる。このため、板状部材は第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜の向きを切り換える。板状部材の傾斜した側の全電極電位が板状部材の電位と同じになることで静電力が生じない。このため、反対側の傾斜方向への傾斜を妨げない。この電位は０ＶだけでなくＶＨになるように設定しても良い。
【００４３】
図８Ｃは状態３での各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係を示したものである。状態３では、状態２とは逆に電極ａの電位は０Ｖ、電極ｂの電位は０Ｖ、電極ｃの電位は−Ｅ（Ｖ）、電極ｄの電位はＥ（Ｖ）である。
【００４４】
状態（３−ａ）：板状部材が第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＮで、電極ｅの電位が０Ｖ、電極ｆの電位がＶＨになっている。板状部材の電位は電極ｃの−Ｅ（Ｖ）、電極ｄのＥ（Ｖ）により０Ｖになっている。板状部材に近い電極ｅの電位も０Ｖである。板状部材は電極ｃと電極ｄとの電位差による静電力で第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜方向を切り換える。板状部材の傾斜した側の全電極電位が板状部材の電位と同じになることで静電力が生じない。このため、反対側の傾斜方向への傾斜を妨げない。この電位は０ＶだけでなくＶＨになるように設定しても良い。
【００４５】
状態（３−ｂ）：板状部材が第一傾斜方向（ＯＦＦ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＦＦで、電極ｅの電位がＶＨ、電極ｆの電位が０Ｖになっている。板状部材の電位は電極ｃの−Ｅ（Ｖ）、電極ｄのＥ（Ｖ）により０Ｖになり、かつ静電力で電極ｃ、電極ｄ側に引かれる。しかし、板状部材に近い電極ｅの電位がＶＨであるので、板状部材と電極ｅ間には大きな静電力が発生し、板状部材は第一傾斜方向に傾斜を続ける。
【００４６】
状態（３−ｃ）：板状部材が第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜している。状態１での傾斜方向の指示がＯＮで、電極ｅの電位が０Ｖ、電極ｆの電位がＶＨになっている。板状部材の電位は電極ｃの−Ｅ（Ｖ）、電極ｄのＥ（Ｖ）により０Ｖになり、かつ静電力で電極ｃ、電極ｄ側に引かれ、傾斜方向は継続される。
【００４７】
状態（３−ｄ）：板状部材が第二傾斜方向（ＯＮ側）に傾斜している。電極ｅの電位がＶＨ、電極ｆの電位が０Ｖである。板状部材の電位は電極ｃの−Ｅ（Ｖ）、電極ｄのＥ（Ｖ）により０Ｖになり、かつ静電力で電極ｃ、電極ｄ側に引かれる。ただし、動作順序が状態２、状態３の場合、先の状態（２−ｄ）で板状部材が第一傾斜方向に切り換っているため、この状態（３−ｄ）のケースは存在しない。
【００４８】
本発明の光偏向装置の駆動方法を、図２に示したような光偏向装置アレイに拡張し、状態１でのＯＮやＯＦＦの時間長により、表示の階調表現を行う方式に利用する例を説明する。なお、本発明はこのような階調表現法に限定されるものではない。
【００４９】
例えば、最長表示期間、最長表示期間の２分の１、最長表示期間の４分の１、最長表示期間の８分の１と言うように、半減させてビットを形成し、それらを組み合わせて表示する方法などがある。２５６階調では８ビットであるが、この場合、カラーホイールなどを用い、３色を一つの光偏向装置で表現する場合は、最短表示期間が例えば２０μsec程度になる。
【００５０】
本発明の光偏向装置アレイの駆動方法では、状態１で書き込まれたデータが、状態２や状態３で複数の画素で同時にＯＦＦやＯＮの表示が変化する特徴がある。状態２と状態３は数μsec程度にでき、変化は充分速く肉眼では認識できない。このように、データ書き込み中に板状部材が傾斜方向を切り換えないので、ＯＮやＯＦＦの画素による時間ずれがない。最短表示期間にも影響しない。
【００５１】
図９、図１０は、本発明の光偏向装置を複数２次元に配置した光偏向装置アレイ（図２）における各電極ａ〜ｆの接続構成例を示す。
図９は光偏向装置アレイ内の駆動電極ａ〜ｄの接続構成を示したもので、光偏向装置アレイの領域内で、各光偏向装置（光偏向素子）の同種の電極、例えば電極ａ同士、電極ｂ同士、電極ｃ同士、電極ｄ同士をそれぞれ共通に接続し、対応する電極ドライバで、各状態１〜３に応じてその駆動電圧を同時に変化させる。便宜上、図９では、光偏向装置ｎ，ｎ＋１についてのみ、その各電極ａ〜ｄの具体的接続構成を示している。
【００５２】
図１０は、光偏向装置アレイ内の制御電極ｅ、ｆの接続構成を示したもので、例えば、図１０（ａ）に示す光偏向装置（光偏向素子）ｎ，ｎ＋１の電極ｅ、ｆは、それぞれ図１０（ｂ）に示す対応する半導体記憶素子（メモリセル）ｎ，ｎ＋１の相補の出力線に接続される。
【００５３】
図９、図１０の電極接続構成により、電圧の高い駆動電極の電源数は４個から数個にすることができる。２０Ｖ、０Ｖ、−２０Ｖと変化する電源は最小数４つあればよい。各光偏向装置（光偏向素子）素子には、半導体記憶装置（例えばＳＲＡＭ）の対応するメモリセルの相補出力である０Ｖ、５Ｖあるいは０Ｖ、３．３Ｖを与える。領域を分ける場合は、各領域に対し４つの駆動電極用電源が必要である。２つの領域がある場合は８つの電源が必要である。
【００５４】
図１１は、本発明の光偏向装置および駆動方法を用いた画像投影表示装置の構成例を示す。光源８０２からのある広がり角を持った光は、例えば回転カラーフィルタ８０５を介して本発明の光偏向装置８０１に照射され、板状部材の反射領域からの反射光は、板状部材の第一の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ＯＮ状態である。しかし、第二の傾斜方向では、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ＯＦＦ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ＯＮ、ＯＦＦにより投影スクリーン８１０に像を形成することができる。光偏向装置８０１は、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ＯＮ／ＯＦＦ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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係る光偏向装置の構成例を示す。
【図２】図１の光偏向装置を複数二次元に配置した光偏向装置アレイの平面図を示す。
【図３】光偏向装置の下に半導体記憶素子を設けた構成例を示す。
【図４】実施例１の第１変形例の光偏向装置を示す。
【図５】実施例１の第２変形例の光偏向装置を示す。
【図６】本発明の実施例２に係る光偏向装置の構成例を示す。
【図７】本発明の光偏向装置の動作タイミングチャートを示す。
【図８Ａ】状態１における各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係を示す。
【図８Ｂ】状態２における各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係を示す。
【図８Ｃ】状態３における各電極電位と板状部材の傾斜方向の関係を示す。
【図９】本発明の光偏向装置アレイの駆動電極群の接続構成例を示す。
【図１０】本発明の光偏向装置アレイの制御電極群の接続構成例を示す。
【図１１】本発明の光偏向装置を使用した画像投影表示装置の構成例を示す。
【符号の説明】
【００５６】
１００  光偏向装置
１０１  基板
１０３ａ〜１０３ｄ  駆動電極
１０３ｅ，１０３ｆ  制御電極
１０６  支点部材
１０７  板状部材
１０７ａ  光反射領域
１０７ｂ  導電体層
２００  半導体記憶素子
２０１，２０２  相補出力線
【図１】
0004743630.tif 000002
【図２】
0004743630.tif 000003
【図３】
0004743630.tif 000004
【図４】
0004743630.tif 000005
【図５】
0004743630.tif 000006
【図６】
0004743630.tif 000007
【図７】
0004743630.tif 000008
【図８Ａ】
0004743630.tif 000009
【図８Ｂ】
0004743630.tif 000010
【図８Ｃ】
0004743630.tif 000011
【図９】
0004743630.tif 000012
【図１０】
0004743630.tif 000013
【図１１】
0004743630.tif 000014