(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、
前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を減少させることを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項２】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、
前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極と逆方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を増加させることを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項３】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、
前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を減少させ、且つ前記可動部が前記固定電極と逆方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を増加させることを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項４】
前記可動部が最終変位位置に到着する瞬間の該可動部の速度を略ゼロにすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項５】
前記可動部の最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、
前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移するタイミングが略一致するように、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧を制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項６】
前記可動部の最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移するタイミングが略一致したときに、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項７】
前記可動部の最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移する際、前記可動部が前記固定電極に対して共に同じ方向に遷移している期間に、前記請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項８】
前記光変調素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有し、前記電極のうち一方が前記駆動回路からの素子変位信号を入力する信号電極であり、他方が共通電極であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項９】
前記可動部が、該可動部のそれぞれの最終変位位置に配された停止部材に接触して停止することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法。
【請求項１０】
弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイであって、
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法に基づいて前記可動部を駆動して光変調を行う制御部が備えられたことを特徴とする光変調素子アレイ。
【請求項１１】
光源と、
請求項１０記載の光変調素子アレイと、
前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、
前記光変調素子アレイから出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラーを変位させて入射光を変調する光変調素子アレイの駆動方法及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空間光変調器（ＳＬＭ）の一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）が注目を浴びている。このＤＭＤは、光学的な情報処理の分野において、投射ディスプレイ、ビデオ・モニター、グラフィック・モニター、テレビ及び電子写真プリントなど多数の用途がある。ＤＭＤに関する技術は、下記特許文献１、２、３等が、出願人テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッドによって出願公開されている。
【０００３】
ＤＭＤは、シリコン基板上に形成されたCMOS SRAM上に約１６μm×１６μmのマイクロミラーが１７μmピッチで複数設けられており、それぞれのマイクロミラーがスクリーンの画素に対応している。図２７は光変調素子アレイの一つの光変調素子（画素）１を示す分解斜視図である。３はマイクロミラーであり、マイクロミラー支持ポスト５によりヨーク７の支持ポスト接続部９に接続されている。ヨーク７はヒンジ１１に保持されている。またヒンジ１１はポストキャップ１３に保持されている。ポストキャップ１３はヒンジ支持ポスト１５によって共通バス１７のヒンジ支持ポスト接続部１９に接続されている。つまり、マイクロミラー３は、ヒンジ１１、ポストキャップ１３及びヒンジ支持ポスト１５を介して共通バス１７に接続されている。マイクロミラー３には、共通バス１７を介して共通電圧が供給される。共通バス１７は停止部材である着地サイト２１を有している。着地サイト２１は絶縁性を有しているか、マイクロミラー３と同じ電位に保たれている。
【０００４】
２３ａは一方の固定電極（第１アドレス電極）であり、２３ｂは他方の固定電極（第２アドレス電極）である。第１アドレス電極２３ａは電極支持ポスト２５によって、第１アドレス電極パッド２７ａの電極支持ポスト接続部２９に接続されている。また第２アドレス電極２３ｂも電極支持ポスト２５によって、第２アドレス電極パッド２７ｂの電極支持ポスト接続部２９に接続されている。
【０００５】
第１接続部３１ａから第１アドレス電極パッド２７ａに入力されるデジタル信号は、第１アドレス電極２３ａに入力される。第２接続部３１ｂから第２アドレス電極パッド２７ｂに入力されるデジタル信号は、第２アドレス電極２３ｂに入力される。第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂにデジタル信号が入力されることによって、マイクロミラー３が傾き、白表示または黒表示が選択される。マイクロミラー３が傾くことで、ヨーク片３３の一部が着地サイト２１に接触しても良い。
【０００６】
次に、上記のように構成される光変調素子の駆動シーケンスを説明する。
図２８は図２７に示した光変調素子を模式的に表した断面図、図２９は図２８に示した光変調素子の駆動シーケンスの説明図である。
光変調素子１は、初期状態において例えばマイクロミラー３が左側（図２８の左側）に傾斜している。このとき、共通バス１７には図２９に示すように、一定の共通電圧Ｖｂが印加されている（イ）。一方、第１アドレス電極２３ａに印加されるアドレス電圧Ｖａ１は、第２アドレス電極２３ｂに印加されるアドレス電圧Ｖａ２より小さく設定されている（Ｖａ１＜Ｖａ２）。したがって、マイクロミラー３の左側の電位差（｜Ｖｂ−Ｖａ１｜）が、右側の電位差（｜Ｖｂ−Ｖａ２｜）より大きくなり、マイクロミラー３は静電気力によって左側へ傾く。
【０００７】
この状態から例えばマイクロミラー３を右傾斜へ遷移させる駆動シーケンスでは、まず、第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂとに印加される電圧が反転される（Ｖａ１＞Ｖａ２）。このように、アドレス電極が反転されても、マイクロミラー３は依然左傾斜のままを維持する。これは、マイクロミラー３の右端と第２アドレス電極２３ｂとが十分に離間しているため、傾斜に至らしめるだけの静電気力が作用しないためである。この作用によって、傾斜させたまま（表示させたまま）を保持して図２９に示す次の書込みＴｗを効率的に可能とする所謂ラッチ機能を実現させている。
【０００８】
次いで、第１アドレス電極２３ａ、第２アドレス電極２３ｂへのアドレス電圧はそのままにして図２９に示すように、共通電圧Ｖｂのみを下げる（ロ）。すると、マイクロミラー３の左側での静電気力が消失し、右側では僅かな静電気力が働き、これにヒンジ１１の弾性復元力が加わって、マイクロミラー３の左側が浮上し、左傾斜の保持が解除された状態となる。
【０００９】
次いで、共通電圧Ｖｂを元の一定値に戻すと（ハ）、マイクロミラー３の右側の静電気力が強く働き、マイクロミラー３が右傾斜へと遷移する。マイクロミラー３は、右傾斜へ遷移すると、第２アドレス電極２３ｂとの距離が短くなることで、静電気力が相乗的に大きくなり、今度は右側が着地サイト２１に着地した状態に保持される。共通電圧Ｖｂの減少からマイクロミラー３の右側の着地までが、図２９に示すスイッチ時間Ｔｒとなる。
【００１０】
ここで、マイクロミラー３は、右側が着地した直後、着地サイト２１からの反力を受けることで振動が生じる。そのため、次の書込み（ニ）は、スイッチ時間Ｔｒの経過の後、さらに振動鎮静化時間Ｔｓを待った後行われる。共通電圧Ｖｂの減少から次の書込みまでの時間（Ｔｄ＝Ｔｒ＋Ｔｓ）は、光変調素子１に依存する固有の時間となる。また、図２９中、Ｔｂは、前の書込みが終って次の書込みが始まる時間を示す。したがって、従来の光変調素子アレイの駆動方法では、図３０に示すように、書込み時間Ｔｗと、前の書込みが終って次の書込みが始まる時間Ｔｂとの総和時間（駆動サイクル）Ｔｃ＝Ｔｗ＋Ｔｂが繰り返されることで、１ブロック分（１行分）ＢＬ［１］の書込みが行われ、これが所定の複数（Ｍ）ブロック分（複数行分）ＢＬ［Ｍ］行われることで、全画素表示が行われていた。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１２４３４１号公報
【特許文献２】特開平８−３３４７０９号公報
【特許文献３】特開平９−２３８１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記した光変調素子１を用いて、高速に感光材露光を行う場合や、より高画素数のプロジェクタを表示させたい場合、駆動サイクルＴｃを高速化する必要がある。ここで、駆動サイクルＴｃを高速化するには、Ｔｗ（書込み時間）の短縮と、Ｔｂ（前の書込みが終って次の書込みが始まる時間）の短縮が考えられる。Ｔｗの短縮は、Ｔｗ＝（全画素数）／（書込みクロック周波数）の関係から、全画素数の低減、或いは書込みクロック周波数の高速化が有効手段となるが、前者は高画素数の要請に反し、後者はクロックデバイス開発技術に依存するところとなる。これに対し、Ｔｂの短縮は、図３１に示すように、Ｔｓ（振動鎮静化時間）中に書込みを行うこと（図３１中の変位の破線部参照）で達成可能となる。
【００１３】
しかしながら、振動鎮静化時間Ｔｓ中に書込みを行うと（アドレス電圧を反転させると）、その振動状態によっては誤動作を起こす危険性があった。図３２は振動鎮静化時間中に書込みを実行したときに正常動作となる場合を（１）、誤動作となる場合を（２）に示した説明図である。即ち、図３２（１）に示すように、振動鎮静化時間中であってもマイクロミラー３の例えば右側が接触している場合には、図３２（１）Ａ）の電極間電圧ΔＶ１＝１５ｖ、ΔＶ２＝２０ｖから、図３２（１）Ｂ）の電極間電圧ΔＶ１＝２０ｖ、ΔＶ２＝１５ｖとなるようにアドレス電圧が反転されても、マイクロミラー３が右傾斜のままを維持する。一方、図３２（２）に示すように、振動鎮静化時間中であってもマイクロミラー３の例えば右側が振動によって着地サイト２１から僅かに離反していると、図３２（２）Ａ）の電極間電圧ΔＶ１＝１５ｖ、ΔＶ２＝２０ｖから、図３２（２）Ｂ）の電極間電圧ΔＶ１＝２０ｖ、ΔＶ２＝１５ｖとなるようにアドレス電圧が反転されると、マイクロミラー３の右側が浮上している分、右側の静電気力が小さくなり、アドレス電圧の反転の際に右側の静電気力が左側の静電気力に負け、その結果、右傾斜に保持されなければならないマイクロミラー３が左傾斜となる誤動作を起こした。
【００１４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、振動鎮静化時間中であっても誤動作を起こさずにアドレス電圧の書込みが可能となる光変調素子アレイの駆動方法及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置を提供し、もって、駆動サイクルの短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の光変調素子アレイの駆動方法は、弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を減少させることを特徴とする。
【００１６】
この光変調素子アレイの駆動方法では、電極に電圧が印加され、可動部が最終変位位置に到達する前の、可動部が固定電極方向に遷移している間に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が減少され、可動部が最終変位位置へ到達する直前の速度が減速される。これによって従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、或いは非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際の振動が抑止可能となる。したがって、構造は従来のままで、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することができ（換言すれば、データの書込みタイミングをもう少し前にずらすことが可能となり）、従来のように振動の収まるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことが可能となる。
【００１７】
請求項２記載の光変調素子アレイの駆動方法は、弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極と逆方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を増加させることを特徴とする。
【００１８】
この光変調素子アレイの駆動方法では、可動部が固定電極とは逆方向に変位している間に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が増加され、可動部が最終変位位置となる固定電極に引き戻される。これによって従来可動部に生じていた振動が抑止可能となる。したがって、構造は従来のままで、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することができ、従来のように振動の収まるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことが可能となる。
【００１９】
請求項３記載の光変調素子アレイの駆動方法は、弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイの駆動方法であって、前記電極に電圧を印加して前記可動部を所定の固定電極方向に変位駆動する場合に、該可動部が前記固定電極方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を減少させ、且つ前記可動部が前記固定電極と逆方向に遷移している間に、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧の絶対値を増加させる。
【００２０】
この光変調素子アレイの駆動方法では、電極に電圧が印加され、可動部が最終変位位置に到達する前の、可動部が固定電極方向に遷移している間に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が減少され、可動部が最終変位位置へ到達する直前の速度が減速される。これにより、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、或いは非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際の振動が抑止可能となる。また、可動部が固定電極とは逆方向に変位している間に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が増加され、可動部が最終変位位置となる固定電極に引き戻される。これにより、可動部が最終変位位置となる固定電極に引き戻され、従来可動部に生じていた振動が抑止可能となる。したがって、構造は従来のままで、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することができ、従来のように振動の収まるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことが可能となる。
【００２１】
請求項４記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記可動部が前記最終変位位置に到着する瞬間の該可動部の速度を略ゼロにすることを特徴とする。
【００２２】
この光変調素子アレイの駆動方法では、可動部が最終変位位置へ到着する瞬間の速度が略ゼロとなり、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、或いは非接触駆動の場合の最終変位位置へ到達する際の振動が発生しなくなる。
【００２３】
請求項５記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記可動部の最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移するタイミングが略一致するように、前記可動電極と前記固定電極との間の電極間電圧を制御することを特徴とする。
【００２４】
この光変調素子アレイの駆動方法では、複数の光変調素子が配列されてなる光変調素子アレイにおいて、可動電極と固定電極との間の電極間電圧が制御されることで、第１の位置から第２の位置へ、その逆に第２の位置から第１の位置へ、又は第１の位置から第１の位置（若しくは第２の位置から第２の位置）へ遷移するそれぞれの光変調素子における可動部のタイミングが略一致する。即ち、電極間電圧の制御によって、各可動部が略同時に最終変位位置へ到達するようになる。これにより、複数の光変調素子を配列してなる光変調素子アレイにおいて、最終変位位置への到達タイミングが揃えられ、請求項１〜請求項３記載の作用である振動抑止のための電極間電圧の減少処理、増加処理、増減処理が、共通の電圧（共通電圧）制御で可能となる。つまり、複数画素の振動抑止効果が共通の電圧制御で実現可能となる。
【００２５】
請求項６記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記可動部の最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移するタイミングが略一致したときに、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする光変調素子アレイの駆動方法。
【００２６】
この光変調素子アレイの駆動方法では、複数の光変調素子が配列されてなる光変調素子アレイにおいて、光変調素子の振動波形を測定することで、それぞれの光変調素子における可動部が自然に一致して最終変位位置へ遷移するタイミングを予め設定しておき、そのタイミングで電極間電圧が増加されることで、請求項１〜請求項３記載の作用である振動抑止のための電極間電圧の減少処理、増加処理、増減処理が共通の電圧（共通電圧）制御で可能となり、複数画素の振動抑止効果が共通の電圧制御で実現可能となる。
【００２７】
請求項７記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記可動部の前記最終変位位置が、前記光変調素子の光出射状態となる第１の位置と光非出射状態となる第２の位置のいずれかであり、前記可動部が、前記第１の位置と前記第２の位置とのいずれかの最終変位位置から、いずれかの最終変位位置に遷移する際、前記可動部が前記固定電極に対して共に同じ方向に遷移している期間に、前記請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法を実施することを特徴とする。
【００２８】
この光変調素子アレイの駆動方法では、可動部が共に固定電極に対して同じ方向に遷移している期間に共通電圧制御がなされることで、減衰効果を得られる。即ち、双方の可動部が共に吸着方向へ移動している過程、又は吸着方向とは離反する方向に移動している過程、或いは双方の過程で共通電圧が制御されることになり、その際発生する静電気力によって、可動部が最終変位位置へ到達する直前の速度が減衰される、又は可動部が最終変位位置に引き戻される、或いは双方の効果が得られる。このように同じ遷移状態を持つ期間を抽出することで、複数の光変調素子を備えた光変調素子アレイにおいても、共通電圧制御にて上記の作用による振動減衰効果が得られるようになる。
【００２９】
請求項８記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記光変調素子のそれぞれがメモリ回路を含む駆動回路を有し、前記電極のうち一方が前記駆動回路からの素子変位信号を入力する信号電極であり、他方が素子駆動時に共通電圧を入力する選択電極であって、前記可動部が前記最終変位位置に到達してから前記信号電極に素子変位信号を入力することを特徴とする。
【００３０】
この光変調素子アレイの駆動方法では、選択電極に、従来同様の一定の共通電圧が印加される一方、信号電極に、素子変位信号が印加され、可動部が可動最終変位位置へ到達する直前に減速され、振動の生じない状態でラッチされた後、素子変位信号による書込みが行われる。
【００３１】
請求項９記載の光変調素子アレイの駆動方法は、前記可動部が、該可動部のそれぞれの最終変位位置に配された停止部材に接触して停止することを特徴とする。
【００３２】
この光変調素子アレイの駆動方法では、可動部が接触する所謂接触型の光変調素子アレイにおいて、従来可動部が大きな速度で最終変位位置へ到達することで生じていた変形による振動や、オーバーシュートが抑止可能となる。
【００３３】
請求項１０記載の光変調素子アレイは、弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部と、該可動部に対峙して配置された固定電極とを有し、前記可動電極と前記固定電極へ印加する電圧に応じて発生する静電気力によって前記可動部を変位させ、該可動部に入射された光を変調する微小電気機械方式の光変調素子を複数配列した光変調素子アレイであって、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法に基づいて前記可動部を駆動して光変調を行う制御部が備えられたことを特徴とする。
【００３４】
この光変調素子アレイでは、可動部が最終変位位置に到達する前に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値が減少又は増加或いは増減され、可動部が最終変位位置へ到達することで生じていた衝突による振動や、振動が抑止可能となる。したがって、構造は従来のままで、振動鎮静化時間の廃止或いは大幅な短縮が可能となり、誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことが可能となる。
【００３５】
請求項１１記載の画像形成装置は、光源と、請求項１０記載の光変調素子アレイと、前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、前記光変調素子アレイから出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
この画像形成装置では、請求項１０記載の光変調素子アレイが構成の要部に備えられることで、振動鎮静化時間が廃止或いは大幅に短縮されて、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧の書込みが可能となり、従来装置に比べ、駆動サイクルが短縮される。これにより、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタの表示が可能となる。また、露光光のオン・オフで階調制御がなされる画像形成装置（露光装置）では、オン・オフ時間の短縮が可能となることで、より高階調の実現が可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る光変調素子アレイの駆動方法によれば、電極に電圧を印加して可動部を変位駆動する場合に、可動部が最終変位位置に到達する前や後に、可動電極と固定電極との間の電極間電圧の絶対値を減少又は増加或いは増減させるので、可動部が最終変位位置へ到達することで生じる振動を抑止できる。したがって、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することができ、従来のように振動の収まるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができる。この結果、駆動サイクルを短縮することができる。
【００３８】
本発明に係る光変調素子アレイによれば、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変調素子アレイの駆動方法に基づいて光変調を行う制御部が備えられたので、可動部が最終変位位置へ到達した後の振動が抑止される。したがって、振動鎮静化時間をなくし或いは大幅に短縮することが可能となり、従来のように振動の収まるのを待つ必要がなく、かつ誤動作を起こさずにアドレス電圧を書込むことができる。この結果、駆動サイクルを短縮して、高速な全画素表示を可能にすることができる。
【００３９】
本発明に係る画像形成装置によれば、光源と、請求項１０記載の光変調素子アレイと、光源からの光を光変調素子アレイに照射する照明光学系と、光変調素子アレイから出射される光を投影する投影光学系とを備えたので、従来装置に比べ、駆動サイクルを短縮することができる。この結果、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタを表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明に係る光変調素子アレイの駆動方法及び光変調素子アレイ並びに画像形成装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る駆動方法に用いられる光変調素子アレイ及びその周辺メモリローディング回路図、図２は光変調素子アレイ中の一つの光変調素子を模式的に表した断面図、図３は図２に示した駆動回路の等価回路図である。
【００４１】
光変調素子アレイ１００は、個別にアドレス可能なマイクロ機械素子の図２に示す光変調素子２００を有している。光変調素子２００は、可変形ミラーデバイスであり、ヒンジ１１によって弾性変位可能に支持され少なくとも一部に可動電極を備えた可動部（マイクロミラー３）を有している。マイクロミラー３は、傾斜運動により変位する。光変調素子２００は、後に詳述するように、少なくとも１対のアドレス電極によりアドレスされ、マイクロミラー３を共通して第１の位置（図２の左傾斜位置）、第２の位置（図２の右傾斜位置）に安定変位させる。
【００４２】
光変調素子アレイ１００は、それぞれの光変調素子２００に設けられたマイクロミラー３において光を反射させて作動する。即ち、各光変調素子２００は、像の１画素を表わす。光変調素子２００は、メモリセルとしての駆動回路５１に付設される。駆動回路５１は、オン／オフ位置に関するデータを記憶する。
【００４３】
図１に示すメモリローディング回路は、光変調素子２００を付設したメモリセルがロー（行）毎にロードされるラインローディングに対応したものとなっている。このため、光変調素子アレイ１００は、１〜Ｐ個のシフトレジスタ回路５３、ラッチ回路５５、及びコラムドライバ回路５７を有している。シフトレジスタ回路５３はクロック信号ＣＫにより制御される。
【００４４】
各シフトレジスタ回路５３に１〜Ｐ列のデータが同時に書込まれ、それが１〜Ｎ列となるとシフトレジスタ回路５３がロードされ、そのデータローがラッチ回路５５へ転送される。データがラッチされ光変調素子アレイ１００の選定ローに記憶される間に、次のデータローをシフトレジスタ回路５３へロードすることができる。ラッチ回路５５はロード、セット、及びセット信号により制御される。コラムドライバ回路５７が各コラムへのローデータの１ビットを駆動する。
【００４５】
光変調素子アレイ１００にはローデコーダ５９が接続されている。ローデコーダ５９はそのメモリへロードすべき１〜Ｍ行のローを表わすアドレスデータ、ローイネーブル信号及びリード／ライト信号を受信する。
【００４６】
コントローラ６１は、ロード、セット、及びセット信号をラッチ回路５５へ送出すると共に、アドレスデータ、ローイネーブル信号及びリード／ライト信号をローデコーダ５９へ送出する。また、コントローラ６１は、コラムドライバ回路５７へ駆動信号を送出する。
【００４７】
ラッチ回路５５へ転送されたデータローは、そのままコラムドライバ回路５７へ転送され、出力アップされて図３に示すデータラインＤ、／Ｄへ供給される。データローがデータライン／Ｄへ供給されるとき、図１のアドレス信号と、ローデコーダ５９とによっていずれかのローに上記データローを書込むロー指定信号が図３に示すRow ENに供給される。ロー指定信号が供給され指定されたローがアクティブになると、トランジスタＴＲを有する駆動回路５１がスイッチされて書込まれたデータローがメモリされる。これらがＭ回繰り返されることで、全画素分のデータが書込まれることになる。  
【００４８】
図２に示すように、光変調素子２００は、マイクロミラー３に対峙して配置された固定電極２３を有する。この固定電極２３は、第１アドレス電極２３ａと、第２アドレス電極２３ｂとからなる。光変調素子２００は、マイクロミラー３と固定電極２３との間への電圧印加により発生する静電気力によってマイクロミラー３を変位させ、マイクロミラー３に入射された光を変調する。光変調素子アレイ１００は、この微小電気機械方式の光変調素子２００が一次元又は二次元に配列されてなる。本実施の形態では、電極のうち一方が駆動回路５１からの素子変位信号Ｑ、／Ｑ（図３参照）を書き込む固定電極２３であり、他方が共通電圧Ｖｂを印加する可動電極となる。この可動電極は、マイクロミラー３と兼用される。以下、マイクロミラー３と可動電極３とは、同一符号を付して説明する。なお、図２中、２１は停止部材である着地サイト（パッド）を表し、６７は回路基板を表す。
【００４９】
この駆動シーケンスをより具体的に説明する。
図４は本発明に係る駆動方法の可動部の挙動を表した説明図、図５は本発明に係る駆動方法の駆動シーケンスの説明図である。
図４（Ａ）に示すように、光変調素子２００は、初期状態において例えばマイクロミラー３が左側（図４の左側）に傾斜している。このとき、可動電極３には図５に示すように、一定の共通電圧Ｖｂ（＋２０Ｖ）が印加されている。一方、第１アドレス電極２３ａに印加されるアドレス電圧Ｖａ１（０Ｖ）は、第２アドレス電極２３ｂに印加されるアドレス電圧Ｖａ２（＋５Ｖ）より小さく設定されている（Ｖａ１＜Ｖａ２）。したがって、マイクロミラー３の左側の電極間電圧（｜Ｖｂ−Ｖａ１｜＝ΔＶ１＝２０Ｖ）が、右側の電極間電圧（｜Ｖｂ−Ｖａ２｜＝ΔＶ２＝１５Ｖ）より大きくなる（ΔＶ１＞ΔＶ２）。これにより、マイクロミラー３は静電気力による右回りの静電トルクＴＲ２とヒンジ１１の弾性復元力ＴＲｅの総和より、左回りの静電トルクＴＲ１が大きくなって左側へ傾く。
【００５０】
次いで、図４（Ｂ）、図５に示すように、共通電圧Ｖｂはそのままで、第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂとに印加される電圧が反転される（Ｖａ１＞Ｖａ２）。即ち、第１アドレス電極２３ａにアドレス電圧Ｖａ１（５Ｖ）を印加し、第２アドレス電極２３ｂにアドレス電圧Ｖａ２（０Ｖ）を印加して、次の変位信号の書込みＴｗを行う。この際、電極間電圧は（ΔＶ１＝１５Ｖ）＜（ΔＶ２＝２０Ｖ）となって右側が大きくなるが、上述の作用によりラッチ状態に保持されたままとなる。
【００５１】
この状態から例えばマイクロミラー３を右傾斜へ遷移させる駆動シーケンスでは、まず、第１アドレス電極２３ａ、第２アドレス電極２３ｂへのアドレス電圧（Ｖａ１＞Ｖａ２）はそのままにして、図５の符号（Ｃ）位置に示すように、共通電圧Ｖｂのみを下げる（例えばＶｂ＝５Ｖ）。すると、マイクロミラー３の左側での静電気力が消失し（ΔＶ１＝０）、右側では僅かな静電気力が働き（ΔＶ２＝５Ｖ）、これにヒンジ１１の弾性復元力が加わって、図４（Ｃ）に示すように、マイクロミラー３の左側が浮上し、左傾斜の保持が解除された状態となる。
【００５２】
次いで、図５の符号（Ｄ）位置に示すように、共通電圧Ｖｂを元の一定値（Ｖｂ＝２０Ｖ）に戻した後、共通電圧Ｖｂを減少させる（例えばＶｂ＝５Ｖ）共通制御を行う。即ち、マイクロミラー３が最終変位位置である右側の着地サイト２１に到達する前に、可動電極３と第２アドレス電極２３ｂとの間の電極間電圧の絶対値を減少させる（ΔＶ２＝５Ｖ）。これにより、マイクロミラー３が着地サイト２１へ到達する直前の速度が減速される。
【００５３】
次いで、共通電圧Ｖｂを元の一定値（Ｖｂ＝２０Ｖ）に戻すと、マイクロミラー３の右側の電極間電圧（ΔＶ２＝２０Ｖ）が左側の電極間電圧（ΔＶ１＝１５Ｖ）より大きくなり、図４（Ｄ）に示すように、マイクロミラー３が右傾斜へと遷移する。マイクロミラー３は、右傾斜へ遷移すると、第２アドレス電極２３ｂとの距離が短くなることで、静電気力が相乗的に大きくなり、今度は右側が着地サイト２１に着地した状態に保持される。
【００５４】
ここで、マイクロミラー３は、右側が着地する際、電圧制御により接触時の振動が抑制されるため、従来の振動に伴う誤作動を起こさず駆動回路５１が次の変位信号Ｑ、／Ｑを早期に固定電極２３へ出力し、図５の符号（Ｅ）位置に示すように、次の変位信号の書込みＴｗを行うことができる。
【００５５】
第一の実施形態において、コントローラ６１は、光変調素子アレイ１００に付設された制御部６３に、電圧減少信号を送出する。電圧減少信号を受信した制御部６３は、共通電圧ジェネレータ６５を介して、各光変調素子２００の共通電圧Ｖｂを所定のタイミングで減少させる。共通電圧Ｖｂは、各ロー共通に供給される。
【００５６】
図６は本発明に係る駆動方法における可動部の挙動を変位及び速度と時間との相関で表した作用説明図である。
上記所定のタイミングは、可動電極３に電圧を印加してマイクロミラー３を変位駆動する場合に、マイクロミラー３が最終変位位置に到達する前として制御部６３によって設定される。図６に示すように、最終変位位置へ変位する前に共通電圧Ｖｂが減少されることで、マイクロミラー３が停止部材である着地サイト２１へ接触する前の速度が減速され、接触の瞬間に略ゼロとなる。したがって、共通電圧Ｖｂの制御がない従来駆動の場合には、図６中破線で示すように、接触後に振動が継続するが、共通電圧Ｖｂを制御した場合には、図６中実線で示すように、接触以降に振動がなくなる。つまり、これにより、振動鎮静化時間Ｔｓを待つ必要がなく、書込み開始が可能となる。
【００５７】
図７は可動部の速度を略ゼロとするための共通電圧の印加例を表した説明図である。
共通電圧Ｖｂのより具体的な印加方法としては、図７（ａ）に示すように、マイクロミラー３の着地サイト２１への接触時ｔ１の直前まで、共通電圧Ｖｂを一定の値Ｖｂ１に減少させる方法が考えられる。また、図７（ｂ）に示すように、予め低い共通電圧Ｖｂ２を印加しておき、接触時ｔ１の直前ｔ２で共通電圧Ｖｂ３をさらに減少させる方法が考えられる。この方法では、最初から減速され、直前にさらに大きく減速することで、なだらかな減速効果が得られる。さらに、図７（ｃ）に示すように、予め高い共通電圧Ｖｂ４を印加し、接触時ｔ１より前のｔ３で共通電圧Ｖｂ４を減少する［オフする］方法が考えられる。この方法でも、共通電圧Ｖｂ５の減少により、減速効果が得られる。［この方法では、慣性力を有効利用することで、共通電圧Ｖｂのオフ時間（共通電圧非印加時間）を大きくとることができる］。
【００５８】
図８は第１実施形態の変形例を表す作用説明図である。
上記の実施の形態では、マイクロミラー３が着地サイト２１に接触する瞬間の速度を略ゼロとする制御を例に説明したが、共通電圧制御は、単に接触前ｔ４から接触時ｔ１までに電圧を一定電圧Ｖｂ４に減少させるものであってもよい。この場合、減速されてマイクロミラー３が着地サイト２１に当接することから、接触後に多少の振動は若干残るが（図８中の実線）、共通電圧制御を行わない場合（図８中の破線）に比べて、振動減衰時間を所定量短縮する効果は得ることができる。
【００５９】
ここで、複数の光変調素子２００が配列されてなる光変調素子アレイ１００においては、上記のように共通電圧制御（着地サイト２１に到達する前に、可動電極３と第２アドレス電極２３ｂとの間の電極間電圧の絶対値を減少させる制御）を行って、振動減衰時間を所定量短縮する効果を得る場合、共通電圧Ｖｂが各ロー共通に供給されているので、それぞれの光変調素子１００におけるマイクロミラー３のタイミング（振動波形の位相）が一致したときに、当該共通電圧制御を行うことが好ましい。その理由は、位相の異なるマイクロミラー３が共通電圧制御された場合、一つのマイクロミラー３は振動減衰効果が得られても、他のマイクロミラー３は振動が増幅され誤動作する可能性があるためである。
そこで、以下の実施の形態では、振動減衰効果を効率的に得るために複数の光変調素子２００の位相を合わせる方法について説明する。
【００６０】
図９は可動部の位相を強制的に同期させる場合の可動部の挙動を変位と時間との相関で表した作用説明図、図１０は位相が同期してない可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図、図１１は位相が同期した可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図、図１２は波形特性を測定する装置構成の概念図である。
この第２の実施の形態では、図９に示すように、一つのマイクロミラーと、他のマイクロミラー３とが同一の接触位置（図中、下側の接触位置）から、一つのマイクロミラー３が他の接触位置（上側の接触位置）に遷移し、他のマイクロミラー３が同一の接触位置（下側の接触位置）に留まる例が示されている。
【００６１】
この実施の形態では、一つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３とが同一の接触位置（下側の接触位置）から、次の接触状態へと遷移する時期が共通電圧制御によって同時に制御される。この共通電圧制御は、当初の接触位置から次の接触位置へ遷移するｔ０〜ｔ５間に行われる。当該共通電圧制御を行わない場合、即ち、図１０に示すように、従来通りの共通電圧が印加された場合、一つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３とは、最初の接触位置へ到達する位相のタイミングＰａ、Ｐｂが異なり、位相差が生じている。したがって、この状態で上記共通電圧制御がなされても誤動作の生じる虞が生じる。
【００６２】
本実施の形態では、遷移の開始から従来ではｔ１で印加されていた共通電圧を、図１１に示すように、所定の時間ｔ２に変更して印加する。これにより、マイクロミラー３の挙動に伴う慣性力と、共通電圧の印加によって発生する電極間電圧に伴う静電気力とをパラメータとして、一つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３との位相合わせ（Ｐａ＝Ｐｂ）が可能となる。
【００６３】
上記所定の時間ｔ２は、予め被計測対象とした光変調素子アレイ１００の波形特性を測定しておくことで、設定が可能となる。このようにして求められた所定の時間ｔ２は、例えば駆動回路５１のメモリ回路等に記憶させる。ここで、各光変調素子２００の波形特性は、例えば図１２に示す装置構成によって求めることができる。図１２中、７１は光源、７３はハーフミラー７３ａを備え、光源７１からの光をマイクロミラー３へ反射させるとともに、マイクロミラー３からの反射光を左方へ変更する光学系、７５は光学系７３とマイクロミラー３との間の光束をマイクロミラー３へ向けて集束させる対物レンズ、７７は一定方向（例えば図１２の上下方向）で光透過率が連続的に変化するグラデーションを有したフィルタ、７９はフィルタ７７を透過した光を検出する受光センサを示す。
【００６４】
このような装置構成を用いることで、光源７１より光学系７３へ光が入射すると、ハーフミラー７３ａによって反射された光が対物レンズ７５を介してマイクロミラー３へ照射される。ここで、マイクロミラー３は所定の角度θの範囲で変位している。そして、マイクロミラー３が角度＋θの変位位置で反射された光Ｂ１はフィルタ７７の下側を少ない透過光となって透過され、マイクロミラー３が角度−θの変位位置で反射された光Ｂ３はフィルタ７７の上側を大きい透過光となって透過される。したがって、受光センサ７９の検出光量と検出時間との相関とによって被測定対象である光変調素子２００の波形特性が得られることになる。
【００６５】
したがって、この実施の形態では、このように位相が合わせられることで、上記の作用による振動減衰効果を得ることができ、その結果、マイクロミラー３が着地サイト２１に接触した後には図９中の実線で示すように、振動がなくなる。
【００６６】
次に、複数光変調素子２００の位相を合わせるための第２の実施の形態の変形例について説明する。
図１３は第２の実施の形態の変形例における可動部の挙動を表した説明図、図１４は第２の実施の形態の変形例における駆動シーケンスの説明図である。
この変形例では、一つのマイクロミラー３が第１の位置（図１３の左傾斜位置）から第２の位置（図１３の右傾斜位置）へ遷移し、他のマイクロミラー３が第１の位置（図１３の左傾斜位置）から第１の位置（図１３の左傾斜位置）へ状態を維持する場合を例としている。即ち、一つのマイクロミラー３は、図１３（ａ）に示す初期状態において、第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂとに電圧が（Ｖａ１＞Ｖａ２）印加され、左側に傾斜し、可動電極３には一定の共通電圧Ｖｂ（＋２０Ｖ）が印加されている。
【００６７】
次いで、共通電圧Ｖｂを下げる（例えばＶｂ＝５Ｖ）と、図１３（ｂ）に示すように、マイクロミラー３の左側での静電気力が消失し（ΔＶ１＝０）、右側では僅かな静電気力が働き（ΔＶ２＝５Ｖ）、これにヒンジ１１の弾性復元力が加わって、マイクロミラー３の左側が浮上し、左傾斜の保持が解除された状態となる。
【００６８】
次いで、図１３（ｃ）に示すように、共通電圧Ｖｂを元の一定値（Ｖｂ＝２０Ｖ）に戻すと、マイクロミラー３の右側の電極間電圧（ΔＶ２＝２０Ｖ）が左側の電極間電圧（ΔＶ１＝１５Ｖ）より大きくなり、マイクロミラー３が右傾斜へと遷移する。
【００６９】
一方、他のマイクロミラー３は、図１３（ａ）に示す初期状態において、第１アドレス電極２３ａと第２アドレス電極２３ｂとに電圧が（Ｖａ１＜Ｖａ２）印加され、左側に傾斜し、可動電極３には一定の共通電圧Ｖｂ（＋２０Ｖ）が印加されている。次いで、図１３（ｂ）に示すように、共通電圧Ｖｂを下げる（例えばＶｂ＝５Ｖ）と、マイクロミラー３の右側での静電気力が消失し（ΔＶ２＝０）、左側では僅かな静電気力が働き（ΔＶ１＝５Ｖ）、これにヒンジ１１の弾性復元力が加わって、マイクロミラー３の左側が浮上し、左傾斜の保持が解除された状態となる。
【００７０】
次いで、図１３（ｃ）に示すように、共通電圧Ｖｂを元の一定値（Ｖｂ＝２０Ｖ）に戻すと、マイクロミラー３の左側の電極間電圧（ΔＶ１＝２０Ｖ）が左側の電極間電圧（ΔＶ２＝１５Ｖ）より大きくなり、マイクロミラー３が左傾斜へと再び戻る。
【００７１】
このようなマイクロミラー３の挙動において、図１３（ｂ）に示すタイミングでは、一つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３が共に、ラッチ状態から解除され、ヒンジ１１の弾性復元力によって略水平状態となる。この変形例では、図１４に示すこのタイミングｔ６に共通電圧Ｖｂが印加される。したがって、双方のマイクロミラー３は共に水平姿勢をとっているので、同時に共通電圧Ｖｂが印加されることで、左側又は右側への異なる遷移であっても、図１４に示すように、最初の接触が同時となり、異なる複数光変調素子２００の位相を合わせることができる。
【００７２】
本変形例では、このように位相が合わせられることで、上記の作用による振動減衰効果を得ることができ、その結果、マイクロミラー３が着地サイト２１に接触した後には図１４中の実線で示すように、振動がなくなる。
【００７３】
次に、複数光変調素子２００の位相を合わせるための第３の実施の形態について説明する。
図１５は第３の実施の形態における可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
この第３の実施の形態では、一つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３との波形特性を予め図１２に示した測定装置によって得ておき、双方のマイクロミラー３が最初に位相の合うタイミングｔ７を求めておく。そのタイミングｔ７で共通電圧制御を行う。
【００７４】
この実施の形態は、上記の各実施の形態と異なり、位相合わせが、マイクロミラー３の接触後となる可能性が高くなるが、その場合においても、上記の作用による振動減衰効果を得ることができ、その結果、共通電圧制御後には図１５中の実線で示すように、振動がなくなる。また、上記の各実施の形態では、接触型の光変調素子２００を例に説明しているが、後述するように、非接触型の光変調素子の場合には、本第３の実施の形態による位相合わせ手段が、上記の作用による振動減衰効果を得るための有効な手段となる。
【００７５】
次に、複数光変調素子２００の位相が合わない場合の、第４の実施形態について説明する。
図１６は、第４の実施形態における可動部の遷移状態を変位と時間との相関で表した説明図である。この第４の実施形態では、１つのマイクロミラー３と、他のマイクロミラー３との波形特性を予め図１２で示した測定装置によって得ておき、双方のマイクロミラー３が固定電極に対して同じ遷移状態を持つ期間を定めておく。その同じ遷移状態中に共通電圧制御を行うことにより振動が抑制される。
【００７６】
従って、本実施形態では、このように同じ遷移状態の期間を抽出することで、上記作用による振動減衰効果を得ることができ、その結果、マイクロミラー３の振動が図１７の実線で示すように、減衰される。ただし、電圧印加と共に遷移状態もシフトする事に注意が必要である。
【００７７】
次に、複数光変調素子２００の振動を減衰させるための第５の実施の形態について説明する。
図１８は第５の実施の形態における可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図、図１９，２０は、固定電極方向に遷移している間に引加する共通電圧を減少させる制御を示す説明図、図２１，２２は固定電極とは反対方向に遷移している間に印加する共通電圧を増加させる制御を示す説明図、図２３は共通電圧を減少及び増加させる制御を示す説明図である。
この第５の実施の形態では、図１８に示すように、マイクロミラー３が固定電極に向かって変位している期間ｔ８〜ｔ９と、固定電極とは逆方向に変位している期間ｔ９〜ｔ１０があることに着目し、各期間毎に異なる共通電圧の制御を行っている。
【００７８】
まず、図１９に示すように、マイクロミラー３が固定電極方向に遷移している間に引加する共通電圧を減少させる制御によれば、最終変位位置に到達する前のマイクロミラー３が減速され、着地サイト２１へ接触した後の振動をなくすことができる。
【００７９】
共通電圧を減少させるタイミングは、図２０に示すようにマイクロミラー３の着地後であってもよい。その場合には、最終変位位置への到達前に共通電圧の減少により静電吸引力を低下させる場合と比較して、マイクロミラー３をいち早く最終変位位置へ移動させることができる。
【００８０】
次に、図２１に示すように、マイクロミラー３が固定電極とは逆方向に変位している間に共通電圧を増加させる制御によれば、固定電極から離れるときに、マイクロミラー３に固定電極側へ引き戻す力が作用して、振動の発生を抑えることができる。
【００８１】
また、図２２に示すように、共通電圧を増加させるタイミングはマイクロミラー３の着地後であってもよく、その場合には、マイクロミラー３をいち早く最終変位位置へ移動させることができる。
【００８２】
そして、図２３に示すように、上記の図１９，図２０と図２１，図２２に示す制御を組み合わせて、マイクロミラー３が固定電極方向に遷移している間に引加する共通電圧を減少させ、かつ、マイクロミラー３が固定電極とは逆方向に変位している間に共通電圧を増加させる制御を行うことで、相乗的に振動が抑制され、いち早く最終変位位置で定常化させることができる。
【００８３】
なお、上記に示した実施形態では、電圧増加、減少をそれぞれ１回しか行っていないが、複数回実施しても、上記と同様の効果を奏するものである。
上記に示した実施形態では、電圧増加、減少を一例としてパルス的に表現しているが、それに限定することはなく、サイン波、三角波、鋸波などにおいても、上記と同様の効果を奏するものである。
【００８４】
以上には、マイクロミラー３が停止部材である着地サイト２１に接触する接触型の光変調素子アレイ１００の場合を例に説明したが、本発明は、非接触型の光変調素子アレイにも適用されて効果を奏するものである。
図２４に非接触型駆動方式の光変調素子のマイクロミラーの変位動作を図１８に対応させて示すように、この場合も、固定電極方向へ遷移する期間と、固定電極と逆方向へ遷移する期間とに切り分けて、前述の接触型駆動方式と同様に、各期間毎に異なる共通電圧の制御を行うことができる。即ち、共通電圧Ｖｂが減少又は増加或いは増減されることで、マイクロミラー３が最終変位位置に到達した後のオーバーシュートや振動を抑制、もしくは殆ど無くす事ができる。この結果、駆動サイクルを短縮することができる。
なお、非接触型の光変調素子アレイは、例えば上述した光変調素子アレイ１００の駆動電圧を下げることで、非接触駆動が可能となるが、本発明はこれに限らず、他の構成であっても本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用可能である。
【００８５】
次に、上記光変調素子アレイ１００を用いて構成した画像形成装置について説明する。ここでは、画像形成装置の例として、まず、露光装置４００について説明する。図２５は本発明の光変調素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。露光装置４００は、照明光源９１と、照明光学系９３と、上述した実施の形態の光変調素子２００を同一平面状で２次元状に複数配列した光変調素子アレイ１００と、投影光学系９５とを備える。
【００８６】
照明光源９１は、レーザ、高圧水銀ランプ、及びショートアークランプ等の光源である。照明光学系９３は、例えば、照明光源９１から出射された面状の光を平行光化するコリメートレンズである。コリメートレンズを透過した平行光は光変調素子アレイ１００の各光変調素子に垂直に入射する。照明光源９１から出射された面状の光を平行光化する手段としては、コリメートレンズ以外にも、マイクロレンズを２つ直列に配置する方法等がある。また、照明光源９１としてショートアークランプ等の発光点が小さいものを使用することで、照明光源９１を点光源とみなし、光変調素子アレイ１００に平行光を入射するようにしても良い。また、照明光源９１として光変調素子アレイ１００の各光変調素子に対応するＬＥＤを有するＬＥＤアレイを使用し、ＬＥＤアレイと光変調素子アレイ１００とを近接させて光を発光させることで、光変調素子アレイ１００の各光変調素子に平行光を入射するようにしても良い。なお、照明光源９１としてレーザを用いた場合には、照明光学系９３は省略しても良い。
【００８７】
投影光学系９５は、画像形成面である記録媒体９７に対して光を投影するためのものであり、例えば、光変調素子アレイ１００の各光変調素子に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ等である。
【００８８】
以下、露光装置４００の動作を説明する。
照明光源９１から出射された面状の光が照明光学系９３に入射し、ここで平行光された光が光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系９５により記録媒体９７の画像形成面に撮影露光される。撮影光は記録媒体９７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。このように、コリメートレンズを光変調素子アレイ１００の光の入射面側に設けることで、各変調素子の平面基板に入射する光を平行光化することができる。なお、図中９９はオフ光を導入する光アブソーバーを表す。
【００８９】
この露光装置４００は、照明光学系９３としてコリメートレンズを用いることに限らず、マイクロレンズアレイを用いて構成することができる。この場合、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に対応し、マイクロレンズの光軸と焦点面が各光変調素子の中心に合うように設計、調整される。
【００９０】
この場合、照明光源９１からの入射光は、マイクロレンズアレイにより、光変調素子２００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、入力される画像信号（素子変位信号Ｑ、／Ｑ）に応じて反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系９５により記録媒体９７の画像形成面に投影露光される。投影光は記録媒体９７に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で、露光することができる。このように、マイクロレンズアレイによって照明光源９１からの光を集光することができるため、光利用効率を向上させた露光装置を実現することができる。
【００９１】
なお、マイクロレンズのレンズ面形状は、球面、半球面など、特に形状は限定されず、凸曲面であっても凹曲面であってもよい。さらに、屈折率分布を有する平坦形状なマイクロレンズアレイであってもよく、フレネルレンズやバイナリーオプティクスなどによる回折型レンズがアレイされたものであってもよい。マイクロレンズの材質としては、例えば、透明なガラスや樹脂である。量産性の観点では樹脂が優れており、寿命、信頼牲の観点からはガラスが優れている。光学的な観点上、ガラスとしては石英ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス等が好ましく、樹脂としてはアクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネイト系、スチレン系、塩化ビニル系等が好ましい。なお、樹脂としては、光硬化型、熱可塑型などがあり、マイクロレンズの製法に応じて適宜選択することが好ましい。
【００９２】
次に、画像形成装置の他の例として、投影装置について説明する。
図２６は本発明の光変調素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。図２５と同様の構成には同一符号を付し、その説明は省略するものとする。投影装置としてのプロジェクタ５００は、照明光源９１と、照明光学系９３と、光変調素子アレイ１００と、投影光学系１０１とを備える。投影光学系１０１は、画像形成面であるスクリーン１０３に対して光を投影するための投影装置用の光学系である。照明光学系９３は、前述したコリメータレンズであってもよく、マイクロレンズアレイであってもよい。
【００９３】
次に、プロジェクタ５００の動作を説明する。
照明光源９１からの入射光は、例えばマイクロレンズアレイにより、光変調素子２００の一素子よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ１００に入射する。光変調素子アレイ１００の各光変調素子２００に入射される光は、画像信号に応じてその反射が制御される。光変調素子アレイ１００から出射された光は、投影光学系１０１によりスクリーン１０３の画像形成面に投影露光される。このように、光変調素子アレイ１００は、投影装置にも利用することができ、さらには、表示装置にも適用可能である。
【００９４】
したがって、露光装置４００やプロジェクタ５００等の画像形成装置では、上記の光変調素子アレイ１００が構成の要部に備えられることで、振動鎮静化時間中においても、誤動作を起こさずにアドレス電圧の書込みが可能となり、従来装置に比べ、駆動サイクルＴｃが短縮される。これにより、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタの表示が可能となる。また、露光光のオン・オフで階調制御がなされる画像形成装置（露光装置４００）では、オン・オフ時間の短縮が可能となることで、より高階調の実現が可能となる。この結果、高速な感光材露光や、より高画素数のプロジェクタを表示させることができる。
【００９５】
なお、上記の実施の形態では、可動部であるマイクロミラー３が左右方向（双方向）に揺動される光変調素子２００の構成を例に説明したが、本発明は、可動部が可撓薄膜（ダイヤフラム）からなり、基板６７に対して空隙を介して配置された当該可撓薄膜が静電気力及び弾性復元力によって基板６７に対して接近離反する単方向及び双方向の光変調素子に適用しても、上記と同様の効果を奏するものである。
【００９６】
なお、上記では可動部が可撓薄膜である光変調素子にも本発明は適用可能と述べたが、これ以外でも、弾性変位可能に支持された可動部を変位させる部材として、シャッタ、回折位相変調、干渉、全反射等の駆動方式として適用しても、同様の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る駆動方法に用いられる光変調素子アレイ及びその周辺メモリローディング回路図である。
【図２】光変調素子アレイ中の一つの光変調素子を模式的に表した断面図である。
【図３】図２に示した駆動回路の等価回路図である。
【図４】本発明に係る駆動方法の可動部の挙動を表した説明図である。
【図５】本発明に係る駆動方法の駆動シーケンスの説明図である。
【図６】本発明に係る駆動方法における可動部の挙動を変位及び速度と時間との相関で表した作用説明図である。
【図７】可動部の速度を略ゼロとするための共通電圧の印加例を表した説明図である。
【図８】第１実施形態の変形例を表す作用説明図である。
【図９】可動部の位相を強制的に同期させる場合の可動部の挙動を変位と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１０】位相が同期してない可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１１】位相が同期した可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１２】波形特性を測定する装置構成の概念図である。
【図１３】第２の実施の形態の変形例における可動部の挙動を表した説明図である。
【図１４】第２の実施の形態の変形例における駆動シーケンスの説明図である。
【図１５】第３の実施の形態における可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１６】第４の実施形態における可動部の遷移状態を変位と時間との相関で表した説明図である。
【図１７】第４の実施の形態における可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１８】第５の実施の形態における可動部の挙動を変位及び共通電圧と時間との相関で表した作用説明図である。
【図１９】固定電極方向に遷移している間に引加する共通電圧を減少させる制御を示す説明図である。
【図２０】固定電極方向に遷移している間に引加する共通電圧を減少させる他の制御を示す説明図である。
【図２１】固定電極とは反対方向に遷移している間に印加する共通電圧を増加させる制御を示す説明図である。
【図２２】固定電極とは反対方向に遷移している間に印加する共通電圧を増加させる他の制御を示す説明図である。
【図２３】共通電圧を減少及び増加させる制御を示す説明図である。
【図２４】非接触型の光変調素子におけるマイクロミラーの変位方向を示す説明図である。
【図２５】本発明の光変調素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。
【図２６】本発明の光変調素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。
【図２７】光変調素子アレイの一つの画素を示す分解斜視図である。
【図２８】図２５に示した光変調素子を模式的に表した断面図である。
【図２９】図２６に示した光変調素子の駆動シーケンスの説明図である。
【図３０】従来の全画素表示の動作説明図である。
【図３１】振動鎮静化時間中に書込みを行った場合の駆動シーケンスの説明図である。
【図３２】振動鎮静化時間中の書込みによって生じる誤動作の説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
３  可動電極、マイクロミラー（可動部）
２１  着地サイト（停止部材）
２３  固定電極
２３ａ  第１アドレス電極（固定電極）
２３ｂ  第２アドレス電極（固定電極）
５１  駆動回路
６３  制御部
７１  光源
７３  照明光学系
７５  投影光学系
７７  記録媒体（画像形成面）
８１  捕捉電極
１００  光変調素子アレイ
２００  光変調素子
４００  露光装置（画像形成装置）
５００  プロジェクタ（画像形成装置）
Ｑ、／Ｑ  素子変位信号
Ｖｂ  共通電圧
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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