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JP2000002842A - 高速変形ミラ―ライトバルブ - Google Patents

高速変形ミラ―ライトバルブ

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Publication number
JP2000002842A
JP2000002842A JP11121696A JP12169699A JP2000002842A JP 2000002842 A JP2000002842 A JP 2000002842A JP 11121696 A JP11121696 A JP 11121696A JP 12169699 A JP12169699 A JP 12169699A JP 2000002842 A JP2000002842 A JP 2000002842A
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JP
Japan
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light
ribbon
light valve
mirror
ribbons
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11121696A
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel Gelbart
ダニエル・ゲルバート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Creo Inc
Original Assignee
Creo Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応時間が高速なライトバルブを備え、単純
構造でありかつ加工が容易であり、各スポットに対して
１つの可動要素（リボン）を有するミラーライトバルブ
を提供する。 【解決手段】 変形可能な、入射光の焦点を合わせる複
数のリボン（１）を配列し、このリボンを円筒状に変形
させて反射鏡を形成し光線を反射させて反射光の焦点を
合わせてスリット９を通過させることによって１ピクセ
ルの光線を調整する。リボン構造は高コントラストを与
え、かつ、応答時間が高速である。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明はビームの調整に関
し、特に変形するミラーのライトバルブ（光弁）を用い
た光調整に関する。
【発明の背景】ライトバルブは、多数の光点を個々に調
整する必要があるときに使用される。従来技術の公知の
変形可能なミラーライトバルブは一般に次の３つのタイ
プに分けられる。 a) 湾曲したとき又は傾斜したときに光を曲げるカンチ
レバーあるいはヒンジで取り付けられたタイプのもの。
このカテゴリーでの最もよく知られた例はテキサス・イ
ンスツルメンツ(Texas Instruments)によって開発され
たDMD技術である。 b) 平らな薄膜を球面鏡に変形させて、光の焦点を合わ
せる膜ライトバルブ。 c) 周期的なパターンを形成することによって光を回折
させる格子ライトバルブ。このカテゴリーでの最もよく
知られた例は、カリフォルニア州サニーベールのシリコ
ンライトマシーン(Silicon Light Machine)によって開
発された格子ライトバルブ（格子光弁）である。このタ
イプのものは従来技術の文献では、また、「周期的記録
システム」(cyclic recording systems)と呼ばれる。第
１のタイプのものの主な欠点は、典型的に１０マイクロ
セカンドのオーダーの遅い応答時間である。これはカン
チレバーの低固有振動数及び必要とされる大きなたわみ
のためである。２番目のタイプのものの主要な欠点は、
薄膜（メンブレン）がその全周囲で支持されているので
微細加工によって薄膜の下に空胴を造ることが難しく、
そのため加工が困難であることである。微細加工は、集
積回路の製造のために開発された標準プロセスを使用す
るので、変形するミラーライトバルブに関して最も望ま
しい加工方法である。このタイプのモノリシックデバイ
スを造ることが難しいため、微細加工技術と、薄膜接着
技術を必要とする多段階プロセスが要求される。そうい
った膜装置の１例が米国特許第４,４４１,７９１号に開
示されている。この膜装置は薄膜があるのでモノリシッ
クデバイスとして（すなわち、単一のシリコン片から）
製造することができない。３番目のタイプのものの主要
な欠点は、光学的効率の低さである。格子ライトバルブ
には２つの使用方法がある。ゼロ次ビームと、１次ビー
ムである。ゼロ次のものを用いる場合、コントラスト比
は低い。１次のものを使用する場合、それぞれの１次ビ
ームがエネルギーの５０％未満しか含んでいないので光
学効率は低い。格子ライトバルブ内のリボンを傾斜させ
る「ブレーズ」として知られる方法を用い、あるいは、
次第にたわみが大きくなるように多数のリボンを撓ませ
て１つのスポットを形成すること（すなわち、リボンを
「階段状」に撓ませて１つのスポットを形成すること）
によって、そういった効率の低さを改善することができ
る。これにより光のロスをいくらかを克服することがで
きるが、いまだ各ライトスポットに多数のリボンを必要
とする。本発明の目的は、応答時間が短い格子ライトバ
ルブを備える装置であって、構造が単純であり、かつ製
作が容易であり（より単純構造の装置構成部分を容易に
組立てることができる）、各スポットに対して１つの可
動要素のみを有する装置を提供することである。もう１
つの発明の目的は、ハイコントラストであり、高放射電
力を処理する高効率かつ高能力のライトバルブを作るこ
とである。発明の主たる用途は線形ライトバルブである
が、本発明を用いて、また２次元アレイを作ることもで
きる。
【発明の要約】本発明は、公知の集積回路加工技術を用
いてシリコン基板上に微細加工される窒化ケイ素リボン
アレイを使用する。これらのリボンを静電力によって撓
ませて円筒形反射器を形成する。反射率を高めるため、
金属薄膜コーティング（典型的に、アルミニウム）をリ
ボンの上面に堆積させる。効果的な円筒状のミラーを形
成するために必要とされるリボンのたわみは非常に小さ
いので、応答時間は速く、そしてリボンを撓ませるため
に必要な電圧は低い。窒化ケイ素の高い弾性率と、非常
に低い熱膨張率とを組み合わせることによって、装置
は、サーマルイメージング（熱画像形成）とレーザー投
写型ディスプレーにおいて生じる極めて高い放射電力に
耐えることができる。ライトバルブは「ブライトフィー
ルド（brightfield）」あるいは「ダークフィールド（d
arkfield）」（シュリーレン）モードで使用することが
できる。要約すると、本発明は、前者の加工性及び高速
性の利点と後者のシンプルさを組み合わせて、変形可能
なミラーライトバルブを作るために格子ライトバルブ用
に開発された加工方法を使う。
【発明の実施の形態】ここで図１に言及すると、リボン
１のアレイが、層３によりシリコン基板４から離されて
該シリコン基板４上に支持されている。層３は金属であ
ってもよいし、非金属であってもよい。それぞれのリボ
ンの下のエリア６は犠牲層微細加工プロセスを使って中
空にされる。リボン１の上面の金属コーティング２は、
電極かつ反射層として機能する。第２電極５を気室６の
下部に堆積させている。電極２，５はコンデンサを形成
する。両電極間に電圧１０を印可することによって、リ
ボン１は静電引張力のために撓む。撓んだリボンの形は
ほぼ円柱面となる。双曲線余弦関数がより正確な表現で
あるであろうが、リボン長さよりもかなり小さいたわみ
であるので、それらの関数間の差は重要ではない。光線
７はコーティング２によって反射される。装置が活動し
ていないとき、反射光の大部分はストッパ８によってブ
ロックされる。ストッパ８の細いスリット（線口径）９
は、光線のうちの少量のみがそこを通過することを許容
する。図１-ｂに示すように装置が活動すると、円筒形
状のリボンにより反射光はスリット９において焦点が合
って、光の大部分が通過できるようになる。スリット９
とストッパ８の位置が反転されても、装置を同様に使う
ことができることは明白である。この場合、非活動状態
において光の大部分はストッパを通過する。これらの２
つの作動モードはそれぞれ時々「ダークフィールド（da
rkfield）」、「ブライトフィールド（brightfield）」
と呼ばれる。この方法の主な利点は、典型的に１ミクロ
ン以下という非常に小さいたわみであっても、効率的な
オペレーションにとって十分であるということである。
スリット９の幅を広くすることで、この「ＯＮ」状態で
光の通過を増やすことができるが、漏れる光の量が増え
るため「ＯＦＦ」状態でのコントラストが低下する。適
正な値は、スリット９を円筒形ミラーの回折限界に相当
させることである。たわみ、焦点距離及びコントラスト
の関係を得ることは容易である。リボンの長さが「l」
で、たわみ（装置が活動状態のとき）が「h」のとき、
曲率半径は約l２/8hであり、等価焦点距離はl2/16hであ
る。スリット幅がほぼミラーの回折限界（可視光及びＩ
Ｒ光の場合の光学機器のf/#にほぼ等しく、単位はミク
ロン）の場合、コントラストはビーム幅（これはリボン
の長さと同じである）とスリット幅の比に等しい。従っ
て、f/#≒l：l２/16h = 16h/l であり、これもまたスリ
ット幅（単位はミクロン）に等しい。コントラストは16
h/l : l = 16hであり、ここで「h」はミクロン単位のた
わみである。この値（コントラスト）はリボンの長さl
に独立である。しかしながら、リボンの長さは応答時間
及び必要な駆動電圧に影響を与える。１０：１のコント
ラストレンジ（サーマルイメージングには十分である）
の場合、h≒0.6ミクロンで、リボンの長さに独立であ
る。このコントラスト比において光学的効率は７５％以
上である。より低い効率が許容されるならば、より高い
コントラストを達成できる。製作の正確な詳細は米国特
許第５,３１１,３６０号及び第５,６６１,５９２号に開
示されており、格子ライトバルブの製造に使われたステ
ップとまったく同じであるので、ここでの詳述は省略す
る。リボンの長さl = ５００ミクロン、h =０.６ミクロ
ンとすれば、５０V以下の電圧で１マイクロ秒以下でス
イッチ作動する装置を造ることができる。これにより、
ライトバルブだけではなく電子駆動装置をも同じ基板上
に加工することができる。リボン材料としてシリコンあ
るいはアルミニウムの代わりに窒化ケイ素を用いる利点
は、応答時間が速く（より高い共振振動数のため）、よ
り高電力操作機能があり（より低い熱膨張率と非常に高
い温度抵抗のため）、また長寿命（窒化ケイ素はアルミ
ニウムより疲労しにくいため）であるためである。本発
明は、レーザー画像形成、特にIRに近いハイパワーレー
ザーを使用するレーザー画像形成と、投写型ディスプレ
ーの２分野で特に有用である。一例として、本発明のレ
ーザー画像形成を用いるシステムを図２に関して詳述す
る。直線的に配列した複数のリボン１がシリコン基板４
上に一体的に形成されている。それぞれの活動状態のリ
ボンは円筒状のミラーとなる。レーザー装置１１は、円
柱状のレンズ１２，１３から作られた歪像ビームエキス
パンダを使ってライン照明７を発生させている。多くの
他の方法をライン照明の生成のために使用することがで
きることは明確である。照明のための特に有用な方法が
米国特許第５,５１７,３５９号に開示されている。スト
ッパ８のスリット９は、活動状態のリボンから投射され
る光を通過させ、一方、非活動状態のリボンから投射さ
れる光の大部分をブロックする。レンズ１４はリボン１
のイメージをドラム１６上に設けた感光材料１５上に形
成する。非活動状態のリボンで反射された光はストッパ
８によって阻止されるので、活動状態のリボンだけがマ
ーク１７を作る。２次元走査及びデータ同期化のような
こういった画像形成システムの他の詳細は、イメージ記
録の分野ではよく知られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１-aは、活動状態でない本発明の装置の断面
を示す。図１-ｂは、活動状態の本発明の装置の断面を
示す。
【図２】図２は、レーザー画像形成システムにおいて本
発明の装置を使用する例を示す。
【符号の説明】
１ リボン ２ 金属コーティング（電極） ３ 層 ４ シリコン基板 ５ 第２電極 ６ 気室 ７ 光線 ８ ストッパ ９ スリット（線口径） １０ 電圧

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアクセス可能なミラーであって、
    前記各ミラーは両端で支持されたリボンであり、かつ、
    電気信号によってほぼ円筒状に変形し、前記円筒状に変
    形したリボンは、入射光を１つの大きさに合焦させる円
    筒状のミラーとして作用するミラーを含んでなる高速変
    形可能なミラーライトバルブ。
  2. 【請求項２】 前記合焦した光は、線口径の孔を用いて
    非合焦の光から分離される請求項１のライトバルブ。
  3. 【請求項３】 前記各リボンは非金属材料から作られ、
    反射率を高める金属被覆を有する請求項１のライトバル
    ブ。
  4. 【請求項４】 前記各リボンは窒化ケイ素から作られ、
    前記ライトバルブを製造する方法はシリコンウエハース
    上にモノリシック集積回路を製作する方法と同一である
    ライトバルブ。
  5. 【請求項５】 前記電気信号によって発生させた静電力
    によって前記リボンを円筒状にたわませる請求項１のラ
    イトバルブ。
JP11121696A 1998-05-04 1999-04-28 高速変形ミラ―ライトバルブ Withdrawn JP2000002842A (ja)

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US09/072,753 US6147789A (en) 1998-05-04 1998-05-04 High speed deformable mirror light valve
US09/072753 1998-05-04

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