(57)【要約】【課題】微小電気機械素子アレイ装置の複数の素子を均一に制御する。【解決手段】導電部２３，２４に電気信号が印加されることで発生する物理力で変位する可動部２１を有する微小電気機械素子複数がアレイ状に配列形成され、個々の素子が当該素子の可動部２１を素子毎の変位データＶｄに基づいて駆動し変位させる微小電気機械素子アレイ装置において、素子共通に設けた電気信号発生手段２６と、信号発生手段２６と素子の導電部２３，２４とを接続／遮断する素子毎に設けられたスイッチ手段Ｓ１（Ａ）〜（Ｄ），Ｓ２（Ａ）〜（Ｄ）と、変位データＶｄに基づいてスイッチ手段の開閉を行い閉じた該スイッチ手段を通して電気信号を信号発生手段２６から導電部２３，２４に印加させる素子毎に設けられた選択手段２８とを備える。【選択図】図１
2007199101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部に電気信号が印加されることで発生する物理力で変位する可動部を有する微小電気機械素子複数がアレイ状に配列形成され、個々の前記微小電気機械素子が当該微小電気機械素子の前記可動部を前記微小電気機械素子毎の変位データに基づいて駆動し変位させる微小電気機械素子アレイ装置において、前記微小電気機械素子に共通に設けた電気信号発生手段と、該電気信号発生手段と前記微小電気機械素子の前記導電部とを接続／遮断する微小電気機械素子毎に設けられたスイッチ手段と、前記変位データに基づいて前記スイッチ手段の開閉を行い閉じた該スイッチ手段を通して前記電気信号を前記電気信号発生手段から前記導電部に印加させる微小電気機械素子毎に設けられた選択手段とを備えることを特徴とする微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項２】
前記導電部は、前記可動部を第１位置に変位させる物理力を発生させる第１導電部と、前記可動部を第２位置に変位させる物理力を発生させる第２導電部とを備え、前記スイッチ手段は、前記第１導電部を前記電気信号発生手段に接続／遮断する第１スイッチ手段と、前記第２導電部を前記電気信号発生手段に接続／遮断する第２スイッチ手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項３】
前記電気信号発生手段は複数の異なる制御電圧信号を発生し前記第１導電部と前記第２導電部とに対して異なる制御電圧信号を印加することを特徴とする請求項２に記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項４】
前記制御電圧信号は、前記可動部が前記第１位置から前記第２位置に変位しまたは前記第２位置から前記第１位置に変位したとき該可動部が該第２位置または第１位置で発生する振動を抑制する信号波形を備えることを特徴とする請求項３に記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項５】
前記物理力が、静電気力または電磁力であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項６】
前記変位データが画像データであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項７】
前記微小電気機械素子が光変調素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項８】
前記電気信号発生手段は、少なくとも同一行の微小電気機械素子に共通に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光，電気，音，流体などを制御するＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）素子をアレイ状に配列形成した微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置に係り、特に、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による印刷装置等の画像形成装置、プロジェクタ等の投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイ等のマイクロディスプレイ装置に使用される光変調素子アレイ、光通信のクロスコネクタ等に使用される光スイッチ素子アレイ、ＲＦ回路や多チャンネル信号のマルチプレクサ等に使用されるマイクロ電気スイッチ素子アレイ等の微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２，３，４に記載されている様な微小電気機械素子が提案され、斯かる微小電気機械素子を一次元アレイ状または二次元アレイ状に配列形成したアレイ装置が、実用化されてきている。
【０００３】
図６は、微小電気機械素子アレイ装置の一例である回転変位型ＳＬＭ素子アレイ装置の２素子分を示す構成図である。半導体基板１には、内部に駆動回路（図７参照）が形成されると共に、半導体基板１の表面部に、可動ミラー２，３が形成される。
【０００４】
各可動ミラー２，３は、夫々半導体基板１表面に立設された支柱４，５間に架け渡されたヒンジ６により中空上に両支持されており、ヒンジ６を中心に左右に傾動可能となっている。ヒンジ６にはヒンジ軸を挟んで左右に可動電極膜７，８が一体に形成され、半導体基板１表面には、可動電極膜７，８に対面する位置に固定電極膜９，１０が形成されている。
【０００５】
次に、ＳＬＭ素子に代表される静電駆動による回転変位型の光変調素子（以下、ＳＬＭと呼ぶ）について説明する。図７は、その模式図である。尚、図７では、可動ミラー２と可動電極膜７，８とを一体に図示している。固定電極膜１０にアドレス電圧Ｖａ１を出力し固定電極膜９にアドレス電圧Ｖａ２を出力する駆動回路１１はメモリ回路を内蔵しており、外部回路からメモリ回路に対して、例えば画像データに基づく変位データＶｄが書き込まれると、駆動回路１１はこの変位データＶｄに基づくアドレス電圧Ｖａ１，Ｖａ２を生成し出力する。
【０００６】
図８は、図７に示すＳＬＭ素子の可動ミラー傾倒動作を説明する図である。可動ミラー２（可動電極膜７，８）にバイアス電圧Ｖｂが印加され、固定電極膜１０にアドレス電圧Ｖａ１が印加され、固定電極膜９にアドレス電圧Ｖａ２が印加されると、可動ミラー２と固定電極膜１０との間には、両者間の電圧差ΔＶ１＝｜Ｖｂ−Ｖａ１｜に応じた第１静電引力が生じ、可動ミラー２と固定電極膜９との間には、両者間の電圧差ΔＶ２＝｜Ｖｂ−Ｖａ２｜に応じた第２静電引力が生じる。
【０００７】
第１静電引力より第２静電引力が十分に大きい場合には、図８（ａ）に示す様に、可動ミラー２は右傾し、逆に、第１静電引力が第２静電引力より十分に大きいと、可動ミラー２は、図８（ｂ）に示す様に、左傾する。この時、梁による弾性トルクと傾斜方向の静電トルクが釣り合ったところで可動部は非接触状態で停止する。更に、傾斜方向の静電トルクが梁による弾性トルクより大きくなると、可動部は基板上の固定部に接触するまで変位し、そこで停止する。
【０００８】
今、光源１２からの光１３が可動ミラー２に出射され、右傾した可動ミラー２による反射光が投影光学レンズ１４に向く場合をオン（ＯＮ）状態としたとき、可動ミラー２が右傾状態から外れ左傾したときの反射光は投影光学レンズ１４から外れる状態（オフ（ＯＦＦ）状態）となる。このため、アレイ状に配列形成された多数のＳＬＭ素子に一定方向から光を照射し、各ＳＬＭ素子の右傾状態，左傾状態を制御することで、画像データに基づく光学像を投影光学レンズ１４を通して投影することが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特開平８―３３４７０９号公報
【特許文献２】特開２０００―２８９３７号公報
【特許文献３】特開平１０―４８５４３号公報
【特許文献４】特開平６―１２４３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
微小電気機械素子アレイ装置の各素子を駆動し、例えば図８（ａ），（ｂ）の状態に可動ミラー２を個別に右傾（ＯＦＦからＯＮ状態）、または左傾（ＯＮからＯＦＦ状態）させるとき、可動ミラー２は基板上の固定部と接触して停止する。このとき、素子の構造力学系における慣性、弾性、粘性によっては停止時に振動が発生する場合があり、実際、ＳＬＭは大きな振動を伴って停止する。
【００１１】
また、前述の例では、可動ミラー２を個別に右傾（ＯＦＦからＯＮ状態）、または左傾（ＯＮからＯＦＦ状態）させるときの振動であるが、変位データに基づく可動ミラーの状態が前の状態と変わらず維持される場合（ＯＦＦ→ＯＦＦｏｒＯＮ→ＯＮ）にも素子に不要に印加される駆動電圧により、可動ミラーが一時的に反対方向（接触位置から離れる）に変位した後、元の接触位置に戻る。さらに、この時も可動ミラーが振動を伴って停止する（特許文献３，４参照）。
【００１２】
この様な状態遷移（ＯＦＦ→ＯＮｏｒＯＮ→ＯＦＦ）の場合、停止時における振動は次の問題を引き起こす。即ち、可動ミラーにより反射された光が揺らいだり、ＯＮの場合にはＯＮの光量が低下、ＯＦＦの場合には不要のＯＮ光が発生し、応用する光学装置システムのコントラスト等の品質を低下させる。
【００１３】
また、前述のＳＬＭの場合は、振動が十分に減衰しないと次の変位データを書き込むことができず、光変調サイクル時間が長くなる。このため、露光装置に応用する場合は露光スループット時間が長くなり、プロジェクタ表示装置に応用する場合は高精細の表示が困難となる。
【００１４】
一方、前述の状態維持（ＯＦＦ→ＯＦＦｏｒＯＮ→ＯＮ）の場合に発生する不要な振動は次の問題を引き起こす。即ち、可動ミラーにより反射された光が揺らいだり、ＯＮの場合にはＯＮの光量が低下、ＯＦＦの場合には不要のＯＮ光が発生し、露光装置やプロジェクタ表示装置に応用する場合はコントラスト等の品質を低下させる。
【００１５】
また、ＳＬＭと同様の回転変位型であるが、可動ミラーが非接触状態で停止する光変調素子も存在する。例えば、光変調素子の梁による弾性トルクと傾斜方向の静電トルクが釣り合った状態では可動部は非接触状態で停止する。この場合も、接触して停止する時と同様に、素子の構造力学系における慣性、弾性、粘性によっては停止時に振動が発生する。高い粘性によるオーバーダンピングの場合は振動が抑制されるが、通常、粘性（空気粘性など）は低く、殆どの場合は振動が伴う。
【００１６】
また、従来の様に駆動電圧波形のバリエーションが制限された素子アレイにおいては、素子の構造や変位特性を改良した場合、これに対応させた安定動作のための駆動電圧波形を得るには大きな設計上の制限が強いられた。即ち、素子構造や特性に対応させた任意の駆動電圧を任意のタイミングで印加することが不可能であった。
【００１７】
本発明の目的は、変位データに基づく各素子への駆動信号波形として、任意の駆動信号を任意のタイミングで印加することを可能にする微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
また、変位データに基づく可動部の状態遷移または状態維持において発生する振動を抑制し、高品質で高速な微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
また、素子構造や特性に対応させた任意の駆動信号を任意のタイミングで印加し、素子設計の自由度と動作の安定性を可能にする微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置は、導電部に電気信号が印加されることで発生する物理力で変位する可動部を有する微小電気機械素子複数がアレイ状に配列形成され、個々の前記微小電気機械素子が当該微小電気機械素子の前記可動部を前記微小電気機械素子毎の変位データに基づいて駆動し変位させる微小電気機械素子アレイ装置において、前記微小電気機械素子に共通に設けた電気信号発生手段と、該電気信号発生手段と前記微小電気機械素子の前記導電部とを接続／遮断する微小電気機械素子毎に設けられたスイッチ手段と、前記変位データに基づいて前記スイッチ手段の開閉を行い閉じた該スイッチ手段を通して前記電気信号を前記電気信号発生手段から前記導電部に印加させる微小電気機械素子毎に設けられた選択手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置の前記導電部は、前記可動部を第１位置に変位させる物理力を発生させる第１導電部と、前記可動部を第２位置に変位させる物理力を発生させる第２導電部とを備え、前記スイッチ手段は、前記第１導電部を前記電気信号発生手段に接続／遮断する第１スイッチ手段と、前記第２導電部を前記電気信号発生手段に接続／遮断する第２スイッチ手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置の前記電気信号発生手段は複数の異なる制御電圧信号を発生し前記第１導電部と前記第２導電部とに対して異なる制御電圧信号を印加することを特徴とする。
【００２３】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置の前記制御電圧信号は、前記可動部が前記第１位置から前記第２位置に変位しまたは前記第２位置から前記第１位置に変位したとき該可動部が該第２位置または第１位置で発生する振動を抑制する信号波形を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置は、前記物理力が、静電気力または電磁力であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置は、前記変位データが画像データであることを特徴とする。
【００２６】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置は、前記微小電気機械素子が光変調素子であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の微小電気機械素子アレイ装置の前記電気信号発生手段は、少なくとも同一行の微小電気機械素子に共通に設けられることを特徴とする。
【００２８】
本発明の画像形成装置は、上記のいずれかに記載の微小電気機械素子アレイ装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、変位データに基づく各素子への駆動信号波形として、任意の駆動信号を任意のタイミングで印加することが可能になる。また、変位データに基づく可動部の状態遷移または状態維持において発生する振動が抑制され、高品質で高速な微小電気機械素子アレイ装置及び画像形成装置が提供される。また、素子構造や特性に対応させた任意の駆動信号を任意のタイミングで印加でき、素子設計の自由度が向上し、動作の安定性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る二次元微小電気機械素子アレイ装置の２素子分の駆動回路を示す図である。本実施形態では、微小電気機械素子を二次元アレイ状に配列形成したアレイ装置を例にしているが、微小電気機械素子を一次元アレイ状に配列形成したアレイ装置にも同様に適用可能である。
【００３２】
二次元微小電気機械素子アレイ装置２０の各素子は、バイアス電圧Ｖｂが印加される可動ミラー２１（図６で説明した様に、可動ミラー２と可動電極膜７，８とが別体に構成され一体に動くものを含む。）と、半導体基板２２の表面部に形成された固定電極膜２３，２４と、各素子対応に半導体基板２２内に設けられた駆動回路２５とを備える。
【００３３】
また、本実施形態に係る二次元微小電気機械素子アレイ装置２０は、電気信号発生手段としての制御電圧発生回路２６を備える。尚、制御電圧発生回路２６は、全素子共通に設けることも可能である。この場合は、全素子のメモリに変位データを書き込み、その後に素子を駆動するための所定のシーケンスで制御電圧発生回路２６から制御電圧信号を発生させる。
【００３４】
また、制御電圧発生回路２６は、アレイ配列の複数行共通のブロック毎、または行毎に設けることも可能である。この場合は、あるブロックまたはある行の素子群のメモリに変位データを書き込み、その後に素子群を駆動するための所定のシーケンスで同一ブロックまたは同一行の微小電気機械素子群に制御電圧発生回路２６から制御電圧信号を印加する構成とすることも可能である。この他、制御電圧発生回路２６と素子毎に設けられた駆動回路２５との構成は、前述の構成に限るものではない。
【００３５】
尚、前述の例では、制御電圧発生回路２６は微小電気機械素子アレイ及び駆動回路２５と同一の半導体基板に設けられているが、制御電圧発生回路２６は、微小電気機械素子アレイ及び駆動回路２５が設けられている半導体基板と別の半導体基板に設けることがより好ましい。即ち、制御電圧発生回路２６を別体の基板とし、両者の電気信号を回路基板上で配線して供給することにより、微小電気機械素子アレイの構成や特性が変化しても、別体の制御電圧発生回路２６の電圧及びタイミングを変えるだけで対応させることができ、素子及び装置システムの設計における自由度、柔軟性が向上する。
【００３６】
制御電圧発生回路２６は、本実施形態では、４種類の制御電圧信号Ｖｃ（Ａ），Ｖｃ（Ｂ），Ｖｃ（Ｃ），Ｖｃ（Ｄ）を発生し、夫々の制御電圧信号を、配線２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄに出力する。
【００３７】
駆動回路２５は、配線２７ａを固定電極膜２３に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ１（Ａ）と、配線２７ａを固定電極膜２４に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ２（Ａ）と、配線２７ｂを固定電極膜２３に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ１（Ｂ）と、配線２７ｂを固定電極膜２４に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ２（Ｂ）と、配線２７ｃを固定電極膜２３に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ１（Ｃ）と、配線２７ｃを固定電極膜２４に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ２（Ｂ）と、配線２７ｄを固定電極膜２３に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ１（Ｄ）と、配線２７ｄを固定電極膜２４に接続／遮断する開閉スイッチ回路Ｓ２（Ｄ）とを備える。
【００３８】
駆動回路２５は、更に、上記の各開閉スイッチ回路Ｓ１（Ａ）〜Ｓ１（Ｄ），Ｓ２（Ａ）〜Ｓ２（Ｄ）のうち「閉」とするスイッチ回路を後述する様に選択する選択回路２８と、画像データ等に基づく変位データＶｄが書き込まれ該変位データＶｄによって選択回路２８の選択動作を制御するメモリ回路（ＳＲＡＭ）２９とを備える。このメモリ回路２９は図示しない外部回路に接続され、外部回路から送られてくる画像データ等に基づくＬ（ロー）信号またはＨ（ハイ）信号でなる変位データＶｄが書き込まれる。
【００３９】
図２は、制御電圧発生回路２６で発生される４種類の制御電圧信号Ｖｃ（Ａ），Ｖｃ（Ｂ），Ｖｃ（Ｃ），Ｖｃ（Ｄ）の一例を示す図である。
【００４０】
制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）は、信号開始時点から信号終了時点までの時間Ｔのうち、最初の第１所定時間ｔ１は０レベルを維持し、次の第２所定時間ｔ２は高電圧レベルとし、次の短い第３所定時間ｔ３は０レベルに戻し、次の第４所定時間ｔ４は低電圧レベルを維持する信号波形となっている。
【００４１】
制御電圧信号Ｖｃ（Ｂ）は、最初の第１所定時間ｔ１は低電圧レベルを維持し、次の第２所定時間ｔ２は０レベルとし、第３所定時間ｔ３は高電圧レベルとし、第４所定時間ｔ４は０レベルとする信号波形となっている。
【００４２】
制御電圧信号Ｖｃ（Ｃ）は、時間Ｔに渡って、低電圧レベルを維持する信号波形となっている。
【００４３】
制御電圧信号Ｖｃ（Ｄ）は、時間Ｔに渡って、０レベルを維持する信号波形となっている。
【００４４】
制御電圧発生回路２６に内蔵されるメモリには上記の４種類の信号波形データが格納されており、制御電圧発生回路２６の駆動回路が該当信号波形データに基づく制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）〜Ｖｃ（Ｄ）を発生させ、該当する配線２７ａ〜２７ｄに出力する。
【００４５】
図３は、各素子における可動ミラーの変化を説明する図である。可動ミラーにバイアス電圧Ｖｂが印加され、可動ミラーを左傾（この状態を、この例では、図８（ｂ）に示すＯＦＦ状態とする。）させる固定電極膜２３にアドレス電圧Ｖａ１が印加され、可動ミラーを右傾（この状態を、この例では、図８（ａ）に示すＯＮ状態とする。）させる固定電極膜２４にアドレス電圧Ｖａ２が印加される。
【００４６】
各素子の今回の傾倒状態ｔ（ｎ）とその直前の傾倒状態ｔ（ｎ−１）とで全素子を分類すると、４種類の素子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４に分けることができる。素子Ｐ１は、ＯＦＦ（左傾）状態からＯＦＦ（左傾）状態に変化する素子すなわちＯＦＦ状態を維持する素子であり、素子Ｐ２は、ＯＦＦ（左傾）状態からＯＮ（右傾）状態に変化する素子であり、素子Ｐ３は、ＯＮ（右傾）状態からＯＦＦ（左傾）状態に変化する素子であり、素子Ｐ４は、ＯＮ（右傾）状態からＯＮ（右傾）状態に変化する素子すなわちＯＮ状態を維持する素子である。
【００４７】
図４は、選択回路２８が実行する選択論理表を示す図である。メモリ回路２９には、画像データ等に基づく変位データ（Ｌ信号またはＨ信号）Ｖｄが書き込まれ、選択回路２８は、メモリ回路２９に書き込まれる変位データＶｄがＬ信号であるかＨ信号であるかによって、図４に示す選択を行う。
【００４８】
即ち、画像データ等に基づく前回の変位データＶｄがＬ信号であり、今回の変位データＶｄもＬ信号のときは、スイッチ回路Ｓ１（Ｃ）とスイッチ回路Ｓ２（Ｄ）を共に閉じ、他のスイッチ回路を開放する。これにより、当該素子のアドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｃ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｄ）が固定電極膜２４に印加される。
【００４９】
同様に、画像データ等に基づく前回の変位データＶｄがＬ信号であり今回の変位データＶｄがＨ信号のときは、スイッチ回路Ｓ１（Ｂ）とスイッチ回路Ｓ２（Ａ）を共に閉じ、他のスイッチ回路を開放する。これにより、当該素子のアドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｂ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）が固定電極膜２４に印加される。
【００５０】
同様に、画像データ等に基づく前回の変位データＶｄがＨ信号であり今回の変位データＶｄがＬ信号のときは、スイッチ回路Ｓ１（Ａ）とスイッチ回路Ｓ２（Ｂ）を共に閉じ、他のスイッチ回路を開放する。これにより、当該素子のアドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｂ）が固定電極膜２４に印加される。
【００５１】
同様に、画像データ等に基づく前回の変位データＶｄがＨ信号であり今回の変位データＶｄもＨ信号のときは、スイッチ回路Ｓ１（Ｄ）とスイッチ回路Ｓ２（Ｃ）を共に閉じ、他のスイッチ回路を開放する。これにより、当該素子のアドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｄ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｃ）が固定電極膜２４に印加される。
【００５２】
図５は、本実施形態に係る微小電気機械素子アレイ装置の動作を説明するタイミングチャートである。尚、本実施形態では、バイアス電圧Ｖｂとして常時０Ｖが印加されている。
【００５３】
図３で説明した素子Ｐ１は、ＯＦＦ（左傾）状態を維持する素子であり、この場合には、前回と今回の変位データＶｄは共にＬ信号となる。従って、この素子Ｐ１には、アドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｃ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｄ）が固定電極膜２４に印加される。
【００５４】
素子Ｐ１は左傾状態にあり、可動ミラー２１（図１）と左側固定電極膜２３との間隙は狭くとなっており、そして、バイアス電圧Ｖｂが０Ｖ、アドレス電圧Ｖａ１が低電圧レベル、アドレス電圧Ｖａ２が０Ｖとなる。これにより、左側固定電極膜２３と可動ミラー２１との間の電位差に起因して可動ミラー２１を左傾状態に保持する静電引力が働き、左傾（ＯＦＦ）状態が維持される。
【００５５】
図３で説明した素子Ｐ２は、ＯＦＦ（左傾）状態からＯＮ（右傾）状態に変化する素子であり、この場合、前回の変位データＶｄはＬ信号であるが、今回の変位データＶｄはＨ信号となる。このため、素子Ｐ２には、アドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｂ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）が固定電極膜２４に印加される。
【００５６】
メモリ回路２９に書き込まれる変位データＶｄが書き換えられた後の第１所定時間ｔ１(最初の期間)では、可動ミラー２１のバイアス電圧Ｖｂと左側固定電極膜２３のアドレス電圧Ｖａ１との電位差が可動ミラー２１と右側固定電極膜２４のアドレス電圧Ｖａ２との電位差より大きくなるため、可動ミラー２１の左傾状態は維持される。この時、素子に印加される電圧は、前の状態のときの電圧と同じなので、可動ミラーは不要な電圧による振動は発生せず、安定に状態を維持する。このため、光学システムのコントラスト低下がない。
【００５７】
次の第２所定時間ｔ２(スイッチ期間)では、左側固定電極膜２３の印加電圧Ｖａ１が０Ｖとなって可動ミラー２１のバイアス電圧Ｖｂと同じになるため、両者間に働く静電引力が消失する。そして、反対側の右側固定電極膜２４の印加電圧Ｖａ２が高電圧となり可動ミラー２１との間の電位差が大きくなり、可動ミラー２１を右傾させる大きな静電引力が可動ミラー２１と右側固定電極膜２４との間に発生する。これにより、可動ミラー２１は右傾状態になる様に回転を始め、この第２所定時間ｔ２をスイッチ期間として可動ミラー２１は左傾状態から右傾状態に変化する。
【００５８】
次の短い第３所定時間ｔ３(振動抑制期間のうちの振動抑制パルス期間)では、右側固定電極膜２４の印加電圧が０Ｖとなって可動ミラー２１のバイアス電圧Ｖｂと同電位になり、左側固定電極膜２３の印加電圧が高電圧となって可動ミラー２１を左傾させる大きな静電引力が一時的に発生する。
【００５９】
スイッチ期間ｔ２の最後は、右傾化する可動ミラー２１の先端が半導体基板２２の表面に衝突して着地する瞬間となっており、このとき、反対方向すなわち可動ミラー２１を左傾化させる大きな静電引力が一時的に発生すると、右傾化する可動ミラー２１の先端は、半導体基板２２の表面に軟着陸することとなる。
【００６０】
次の第４所定時間ｔ４は振動抑制期間の安定化期間であり、半導体基板２２の表面に軟着陸した可動ミラー２２の振動が収まるまで間、左側固定電極膜２３の印加電圧を０レベルにして可動ミラー２１の印加電圧と同レベルとし、右側固定電極膜２４の印加電圧を低電圧レベルに維持する。これにより、可動ミラー２１には右傾状態を維持する静電引力が発生し、右傾状態が維持される。
【００６１】
図３で説明した素子Ｐ３は、ＯＮ（右傾）状態からＯＦＦ（左傾）状態に変化する素子であり、この場合、前回の変位データＶｄはＨ信号であるが、今回の変位データＶｄはＬ信号となる。このため、素子Ｐ３には、アドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ａ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｂ）が固定電極膜２４に印加される。これにより、素子Ｐ３は、上述した素子Ｐ２の動作と左右逆に動作し、右傾状態から左傾状態に変化する。前述の素子Ｐ２と同様に振動を抑制する制御電圧信号が印加される。
【００６２】
図３で説明した素子Ｐ４は、ＯＮ（右傾）状態を維持する素子であり、この場合には、前回と今回の変位データＶｄは共にＨ信号となる。従って、この素子Ｐ４には、アドレス電圧Ｖａ１として制御電圧信号Ｖｃ（Ｄ）が固定電極膜２３に印加され、アドレス電圧Ｖａ２として制御電圧信号Ｖｃ（Ｃ）が固定電極膜２４に印加される。これにより、素子Ｐ４は、上述した素子Ｐ１の動作と左右逆に動作し、右傾状態が維持される。前述の素子Ｐ１と同様に不要な電圧による振動は発生しない。
【００６３】
以上述べた様に、本実施形態によれば、多数の素子の個々の動作を、素子共通に設けた制御電圧発生回路２６に設定する信号波形によって統一的に制御でき、素子数が多いアレイ装置でも統一的且つ均一な制御が容易となる。
【００６４】
尚、上述した実施形態では、ＳＬＭ素子に代表される静電型且つ回転変位型のＭＥＭＳ素子を例に説明したが、電磁型や垂直変位型のＭＥＭＳ素子一般に本発明を適用可能である。また、上述した実施形態では、図６で説明したように、可動ミラーの両端を夫々ヒンジで両支持した例を説明したが、変位部材をヒンジで片支持するＭＥＭＳ素子にも本発明を適用可能である。
【００６５】
更に、上述した実施形態では、図２に示す制御電圧信号を用い、変化する可動ミラーが半導体基板表面に衝突する直前に反対方向に物理力（静電型であるため静電引力、電磁型の場合であれば電磁力）を働かせて振動防止を図ったが、変位データに基づく各素子への駆動信号波形として、任意の駆動信号を任意のタイミングで印加することを可能にする微小電気機械素子アレイ装置であれば、素子の構成、スイッチ回路、選択回路、制御電圧信号回路およびこれらの時間シーケンスは前例の限りではない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る微小電気機械素子アレイ装置は、多数の素子を統一的に制御することが容易となるため、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による印刷装置等の画像形成装置、プロジェクタ等の投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイ等のマイクロディスプレイ装置に使用される光変調素子アレイ、光通信のクロスコネクタ等に使用される光スイッチ素子アレイ、ＲＦ回路や多チャンネル信号のマルチプレクサ等に使用されるマイクロ電気スイッチ素子アレイ等の微小電気機械素子アレイ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る微小電気機械素子アレイ装置の２素子分の構成図である。
【図２】図１に示す制御電圧発生回路で発生させる制御電圧信号の４種類の波形を示す図である。
【図３】図１に示す微小電気機械素子アレイ装置の４種類の素子を説明する図である。
【図４】図１に示す選択回路の選択論理表を示す図である。
【図５】図１に示す微小電気機械素子アレイ装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】二次元微小電気機械素子アレイ装置の一例である回転変位型ＳＬＭ素子の２素子分の斜視図である。
【図７】図６に示す回転変位型ＳＬＭ素子の模式図である。
【図８】（ａ）は図７に示すＳＬＭ素子をＯＮ状態として図であり、  （ｂ）は図７に示すＳＬＭ素子をＯＦＦ状態とした図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，２２  半導体基板
２，２１  可動ミラー
９，２４  右側固定電極膜
１０，２３  左側固定電極膜
１１，２５  駆動回路
１２  光源
１４  投影レンズ
２０  微小電気機械素子アレイ装置
２６  制御電圧発生回路（電気信号発生手段）
２７ａ〜２７ｄ  配線
２８  選択回路
２９  メモリ回路
Ｓ１（Ａ）〜Ｓ１（Ｄ），Ｓ２（Ａ）〜Ｓ２（Ｄ）  開閉スイッチ回路
【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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