WO1999036824A1 - Dispositif de commutation optique et dispositif d'affichage d'images - Google Patents

Description

明 細 書 光スィ ツチング素子および画像表示装置 技術分野

本発明は、 光通信、 光演算、 光記憶装置、 光プリ ンター、 画像表 示装置等に使用される光スィ ツチング素子 （ライ トバルブ） に関す るものであり、 特に画像表示装置に適した光スィ ツチング素子およ び画像表示装置に関するものである。 背景技術

従来の光スィ ツチング素子は液晶を用いたものが知られている。 第 4 3図にその概略構成を示すように、 従来の光スイ ッチング素子 9 0 0は、 偏光板 9 0 1および 9 0 8、 ガラス板 9 0 2および 9 0 3、 透明電極 9 0 4および 9 0 5、 液晶 9 0 6および 9 0 7より構 成され、 透明電極間に電圧を印加することによ り液晶分子の方向を 変えて偏光面を回転させ光スィ ツチングを行うものであった。 そし て、 従来の画像表示装置は、 このような光スイ ッチング素子 （液晶 セル） を二次元に並べた液晶パネルを用い、 階調表現は印加電圧を 調整することによ り液晶分子の向く方向をコン トロールするもので あった。

しかしながら、 液晶は高速応答特性が悪く、 たかだか数ミ リ秒程 度の応答速度でしか動作しない。 このため高速応答を要求される、 光通信、 光演算、 ホログラムメモリー等の光記憶装置、 光プリ ンタ —等へ液晶を用いた光スイ ッチング素子を適用することは難しかつ た。 また、 液晶を用いた光スイ ッチング素子では、 偏光板により光 の利用効率が低下してしまう という問題もあった。 また、 画像表示装置においては、 近年、 いっそう高品位な画像品 質が要求されており、 液晶を用いた光スイ ッチング素子よりさらに 階調表現が正確な表示を行える光スィ ツチング素子が求められてい る。

そこで、 本発明は、 光のロスが少なく、 高速応答が可能な光スィ ツチング素子を提供することを目的としている。 さらに、 均質なコ ン トラス トが得られ、 画質の良い表示が得られる光スィ ツチング素 子を提供することを目的としている。 発明の開示

このため、 本発明においては、 光を全反射して伝達可能な導光部 に対しスィ ツチング部の透光性の抽出面を接触させてエバネセン ト 光を抽出し、 スィ ツチング部の 1波長程度あるいはそれ以下の微小 な動きによって、 光を高速でオンオフ制御可能な光スィ ツチング素 子を用い、 さらに、 スイ ッチング部を反射型にして、 導光部、 光ス イ ッチング部およびこのスイ ッチング部を駆動する駆動手段を光の 照射方向からこの順番に配置して階層構造化している。 そして、 出 射される光量が大きく、 その出射される光のロスは少なく、 さらに、 高速応答が可能な光スィ ツチング素子を実現している。 すなわち、 本発明の光スイ ッチング素子は、 光を全反射して伝達可能な全反射 面を備えた導光部と、 この全反射面から漏出したエバネセン ト光を 抽出可能な透光性の抽出面を備え、 抽出した光を導光部の方向に反 射可能なスィ ツチング部と、 このスィ ッチング部を抽出面がエバネ セン ト光を抽出可能な抽出距離以下の第 1の位置、 および抽出距離 以上に離れた第 2の位置に移動可能な駆動手段とを有し、 導光部、 スィ ッチング部および駆動手段が光の出射方向に対しこの順番で配 置されている。 本発明の光スイ ッチング素子は、 導光部、 スイ ッチング部および それを駆動する駆動手段をこの順番で積み重ねることができ、 光ス ィ ツチング素子を導光部、 スィ ツチング部およびその駆動手段の 各々の部分の機能を備えたほぼ独立した層構造のパーヅを積み重ね た積層構成、 すなわち、 階層構造にすることができる。 従って、 各々の部分を最適化することが容易である。 特に、 本発明の光スィ ツチング素子は、 スィ ツチング部によって光が導光部に向かって反 射され、 駆動手段は光が透過しない形態となっている。 従って、 駆 動手段は光学的な考慮をはらわずに最適化することが可能である。 このため、 スイ ッチング部を駆動手段の側からサポートすること で、 導光部を光スイ ッチング部の側に構造物が必要なくなり、 単純 な平面のパネル構造にできる。 スィ ツチング部を支持する部分を設 けなければ、 導光部の全反射側のすべての面積を光を抽出する面、 すなわち、 スィ ツチング部が接触する面として使用することができ るので、 光が出射する開口面積が大きく、 開口率の高い、 光量の大 きな光スイ ッチング素子を実現できる。 また、 パネル構造であれば、 全反射面に対峙する面を、 抽出された光が出射する出射面にするこ とができる。 さらに、 駆動手段は、 駆動手段を制御する I C基板上 に形成することも可能であり、 画面制御用の I Cチップと一体化し た光スィ ツチング素子を実現することも可能である。

このような本発明の光スィ ツチング素子は、 それ 1つまたは複数 組み合わせて画素を表示することが可能であり、 複数の光スィ ツチ ング素子を 2次元的に配置し、 さらに、 導光部は白色または 3原色 の光が伝達可能なようにすることによ り画像表示装置を構成するこ とができる。 この画像表示装置は、 高速で解像度の高い画像表示が 可能であり、 さらに、 画像表示装置を階層構造化できるので、 低コ ス トで提供することができる。 また、 I Cチップと一体化した画像 表示装置とすることももちろん可能となる。

反射型のスィ ツチング部とするために、 抽出された光を出射する 出射体として、 抽出面によって抽出された光を反射するマイクロプ リズムまたは光散乱性のものを用いることができ、 出射光の方向を 制御して導光部の全反射面に対して垂直方向に近づけることができ る。

駆動手段には、 スィ ツチング部を弾性的に支持する支持部材と、 スイ ッチング部を少なく とも 1組の電極の間で働く静電力によって 駆動する静電駆動手段とを設けることによりスイ ッチング部を第 1 および第 2の位置に動かすことができる。 支持部材は、 静電駆動手 段による静電力が働いていないときにスィ ツチング部を第 1の位置 で導光部に向かって加圧することが望ましい。 静電駆動手段は、 電 力を用いて制御が容易であるが電圧あるいは電流の変動に伴って駆 動力が変化する。 これに対し、 弾性体を用いた駆動力は機械的で安 定している。 従って、 スイ ッチング部の抽出面を導光部の全反射面 に接近させて光スィ ツチング素子をオン状態にする駆動力として安 定した弾性体を用いた支持部材を用い、 適当な距離を開けることに よって光をオフ状態にする駆動力として制御が容易な電力を用いた 静電駆動手段を採用することにより、 安定した光量が確保でき、 制 御能力の高い光スィ ツチング素子を提供することができる。

支持部材は、 スイ ッチング部が第 1の位置になったときに橈んだ 状態が残るように設定することが望ましい。 橈んだ状態を残すこと により、 オン状態では、 導光部の全反射面に対し抽出面が支持部材 の弾性力によって加圧された状態となるので抽出面が全反射面に密 着され、 オンのときは明る く、 オン ' オフのコン トラス トの高い光 スイ ッチング素子を提供することができる。 また、 支持部材に撓み を持たせることによ り、 振動、 温度変化あるいはその他の経時変化 による導光部とスィ ツチング部の間隔、 あるいはスィ ツチング部と 駆動手段の間隔などの変化したときに、 それを吸収することが可能 となる。

さらに、 スイ ッチング部はスぺーサを介して支持部材から支持す ることが望ましく、 このスぺ一ザには、 電極の距離を狭くする機能 と、 支持部材が弾性変形するスペースを確保する機能とを持たせる ことができる。 このようなスぺーサとしては、 駆動手段を下として 見たときに断面が T字形あるいは逆台形状などのスぺ一ザがある。 電極間が短くなれば、 駆動電圧を低くすることができ、 高速動作が 可能となる。

また、 このような形状のスぺーサであれば、 支持部材として、 ス ィ ツチング部の境界近傍の支柱部で一端が支持され、 他端がスィ ッ チング部に繋がった板状のパネ部材を採用でき、 パネ部材の有効長 が長く とれ、 スイ ッチング部を加圧する力を調整することが可能で ある。 従って、 静電駆動手段の駆動力が小さ く ともオンオフ動作が 確実に行える弾性力が得られるように調整できる。 また、 T字形あ るいは逆台形状のスぺ一サを採用することにより、 スイ ッチング部 の面積を割かずにパネ部材の有効長を確保できるので、 光が出射さ れる開口率が高く、 画像表示装置を構成したときに隣接する光スィ ツチング素子同士がほとんど繋がったシ一ムレスとなる光スィ ツチ ング素子を提供することができる。

パネ部材は、 コィルバネなどの任意な形状のものを用いることが できる。 しかしながら、 パネ部材は、 スィ ツチング部 （素子） の境 界近傍の支柱部で一端が支持され、 他端が光スィ ツチング部に繋が つた板状のパネを採用することによ り、 パネ部材により光スイ ッチ ング部の位置決めを行うことができる。 この際、 パネ部材には、 境 界近傍にスリ ッ トまたは穴が形成された板状のパネを採用すること により、 隣接する光スイ ッチング部に対する影響を防止でき、 また、 パネ部材の弾性係数をスィ ツチング部を駆動するのに適当な値に設 定することができる。

このような板状のパネは、 境界近傍に設けられた支柱に一端が接 続され、 光スイ ッチング部から放射状に延びた幅の狭いパネ部材と なる。 このようなパネ部材に対し、 電極をスイ ッチング部から放射 状に広がっている構造にすることによ り、 電極面積を広くできるの で、 低電圧で高い駆動力が得られ、 駆動電圧を下げることができる ₍ また、 パネ部材は、 境界に沿って延びた螺旋状の部分を備えた板状 のパネとすることによ り、 面積を増やさずにパネの有効長を長くで きるので、 光スイ ッチング部を駆動するための電圧を下げ、 消費電 力を低減することができる。 さらに、 二重螺旋構造を用いることも できる。 また、 パネの屈曲部 （両支点の中間部） を、 他の部分より 薄くすることにより弾性係数を下げてパネの有効長を長く したのと 同じ効果を得ることも可能である。 このような板パネの支持部は、 境界近傍に規則的に配置され、 複数の光スィ ツチング素子を用いて 画像表示装置を構成したときに隣接するスィ ツチング素子と共用す るように構成することができる。

支柱部は光スィ ツチング素子同士の境界に沿って長く延びた突起 のようなものであっても良いが、 境界に沿って断続的に存在する支 柱を採用することにより、 支持部の占めるスペースを減らすことが 可能であり、 そのスペースを電極あるいは他のスペースとして用い ることができる。 また、 支柱はランダムに配置することも可能であ るが、 所定の規則に沿って配置することによ りシンメ ト リで組み立 てやすく性能の安定した光スイ ッチング素子および画像表示装置を 提供することができる。

さらに、 パネ部材としては、 ボロン ド一プされたシリコン薄膜の ような導電性のある薄膜部材を採用することができ、 静電駆動手段 の電極を兼ねた構造にすることが可能である。

一方、 導光部とパネ部材との間に補助支柱部を設け、 さらに、 バ ネ部材に上記のようなス リ ッ トあるいは穴などを設けずに、 スイ ツ チング部の側をほぼ密封できる板状のパネにして、 スイ ッチング部 を駆動手段よ り負圧にすることができる。 これにより、 外気圧によ つてパネ部材が補助支柱部に押しつけられ、 スィ ツチング部との隙 間を均等に保つことができる。 また、 圧力差によってオンのときに スイ ッチング部が導光部に密着される。 従って、 安定した動作が行 われ、 コン トラス トの高い光スイ ッチング素子を提供することがで ぎる。

また、 駆動手段を密封した空間に設置し、 スイ ッチング部を有す る光スィ ツチング素子の内部が密封された空間にすると、 その圧力 を低くするか、 または、 不活性ガス等の気体を空気と置換し内部の 圧力を低くできる。 これによ り、 スイ ッチング動作時の気体の流動 抵抗を低くできるので、 気体によるダンパー効果などの摩擦が生じ なくなり、 駆動電圧を下げ、 駆動速度を上げ、 さらにオンオフの切 り替えを高速で行うことができる。 よって、 高速応答が可能な光ス イ ッチング素子の提供が可能となる。

スィ ツチング部の駆動制御について

このような弾性力と静電力を組み合わせてスイ ッチング部を駆動 する光スィ ツチング素子においては、 できるだけ低い駆動電圧で安 定した動作を行わせることが重要な課題である。

スイ ッチング部が光をオンオフするために移動する距離を d、 駆 動電圧を V dとすると、 その過程で作用する弾性力 F gと静電力 F Sは次のように表すことができる。 F g = K χ ( 1 )

F s = C x V d ² / ( d - x ) ² ( 2 )

ここで xはスイ ッチング部の移動距離であり、 Kは支持部材の弾性 係数、 Cは電極の面積に比例し、 さらに誘電率などを加味した定数 である。 スイ ッチング部の移動位置は、 弾性力 F gと静電力 F sが つりあつた安定位置となるので、 駆動電圧 V dを下げるためには弾 性力 F gを下げ、 また、 移動距離 dを短くすることが望ましい。 し かしながら、 弾性係数 Kを下げるとスィ ツチング部の移動速度が低 下して応答速度が低くなる。 また、 移動距離 Xを短くするとオンォ フのコン トラス トが得られにく くなる。 したがって、 駆動電圧 V d を下げることが難しい。 さらに、 弾性力 F gと静電力 F sがつりあ つた安定位置がオンオフの位置であると、 スイ ッチング部の姿勢が 安定しない可能性があり光の変調能力が劣化する可能性がある。 ェ パネセン ト波を利用したスィ ツチング素子では全反射面と抽出面と の間に微少な隙間が生じると、 抽出できる光の量が減少する。

そこで、 以下では、 移動距離 dあるいは弾性定数 Kを一定に保つ た条件でも駆動電圧 V dを下げることができ、 さらに、 スィ ッチン グ部の姿勢を安定して制御し、 高速で、 光のコン トラス トが大きく . さらに低電圧で駆動できるようにしている。

このため、 本発明においては、 スイ ッチング部を駆動する電極間 に駆動電圧と同極性で一定のバイァス電圧を印加することにより、 スイ ッチング部を駆動する駆動電圧を低減している。 さらに、 それ と共に、 バイァス電圧が印加された状態でもスィ ツチング部をオン オフする位置、 特にオンする位置で安定して姿勢が保持できるよう に、 オンの位置ではバイアス電圧による力よ り も大きな保持力が確 保できるようにしている。 すなわち、 静電駆動手段に、 スィ ッチン グ部を駆動する駆動電圧と、 この駆動電圧と同極性で、 静電力また は弾性力により少なく とも第 1の位置でスイ ッチング部を安定して 保持する保持力を確保可能な一定のバイァス電圧とを印加可能な駆 動制御手段を設けるようにしている。 また、 本発明の空間光変調装 置の制御方法は、 静電駆動手段に対し、 スイ ッチング部を駆動する 駆動電圧と、 この駆動電圧と同極性で、 静電力または弾性力により 少なく とも第 1の位置にスイ ッチング部を安定して保持する保持力 を確保可能な一定のバイァス電圧とを印加する制御工程を有するこ とを特徴としている。

一定のバイアス電圧を印加しておく ことにより、 スィ ツチング部 を駆動する際に印可する駆動電圧は低くできるので駆動制御手段の 電源電圧を下げることができる。 したがって、 駆動制御手段を構成 する制御回路などの耐電圧を下げて構成を簡素化でき、 さらに、 消 費電力も下げることができる。 また、 第 1の位置にスイ ッチング部 を保持可能な十分な保持力を確保することによ り、 バイアス電圧を 印加した状態でスィ ツチング部の姿勢を安定させることができる。 このため、 スィ ツチング部が第 1の位置にあるときでも継続してバ ィァス電圧を印加することが可能であり、 バイァス電圧の制御が不 要または簡略になる。

さらに、 第 1 または第 2の位置のうち、 駆動電圧によって保持力 が得られる位置に、 電極の間に最小ギャップを確保するス ト ッパー を設け、 第 1 または第 2の位置にスイ ッチング部があるときにバイ ァス電圧による静電力が無限に大き くならず一定の範囲に止るよう にすると共に、 ス ト ッパ一の位置では支持部材の弾性力に達しない 程度のバイアス電圧とすることが望ましい。 このようにすれば、 駆 動電圧のオンオフのみでスィ ツチング部を動かすことができるので. 常に一定のバイアス電圧を印加することが可能となり、 バイアス電 圧の制御が不要となる。 一方、 周期的に支持部材の第 1 または第 2の位置での弾性力より も小さくなるようにバイアス電圧を変化させても良い。 例えば、 動 作クロックに同期してバイアス電圧を変化させることにより、 動作 クロックのタイ ミ ングで第 1 または第 2の位置から支持部材の弾性 力によってスイ ッチング部を動かすことができる。 したがって、 駆 動電圧と連動してバイァス電圧を制御しなくても、 バイアス電圧を 一定のタイ ミ ングで変動させるだけで、 スィ ツチング部に駆動電圧 の変化に応答した動作を行わせることができる。 このため、 バイァ ス電圧の制御は容易である。 さらに、 バイアス電圧を支持部材の弹 性力以上にすることも可能となるので、 駆動電圧をさらに低減する ことができる。

また、 電極の間に最小ギャップを確保するス ト ッパーを設けてお く ことによりバイアス電圧による静電力を一定の範囲に収められる ので、 バイアス電圧を周期的にス ト ッパーの位置で支持部材の弾性 力に達しない値にすることによってスィ ツチング部を駆動電圧に応 答させることができる。 したがって、 バイアス電圧の変動幅を抑え ることが可能となり、 バイァス電圧の制御にかかる回路を簡易にで き、 また、 消費電力を下げることができる。

スイ ッチング部を第 1の位置に保持する保持力は、 支持部材によ りスィ ツチング部が第 2の位置から第 1の位置に移動するようにし、 支持部材の弾性力によって第 1の位置に保持するようにして得るこ とができる。 すなわち、 第 1の位置をバイアス電圧による静電力と 支持部材の弾性力が平衡になる安定点ではなく、 支持部材の弾性力 が静電力よりも大き くなるようにすることによ り安定した保持力を 得ることができる。 また、 静電力は式 （ 2 ) に示したように距離の 二乗に反比例して増加する。 このため、 支持部材が適当に変位した 弾性力が働く位置を第 1の位置とすることによ り、 支持部材の弾性 力と 1つまたは複数の位置で安定点のある駆動電圧であっても、 第 1の位置から第 2の位置では安定点のない駆動電圧であれば、 支持 部材の弹性力との間で安定点を持たない駆動電圧より低い電圧によ つてスィ ツチング部を安定して駆動することができる。 したがって、 バイアス電圧を設定しない場合でも駆動電圧を低減できる。 もちろ ん、 バイアス電圧との組み合わせにより、 さらに駆動電圧を低減で きる。

また、 支持部材を静電力が働かないときにスィ ツチング部を第 1 および第 2の位置の略中間で支持可能なものとし、 静電駆動手段と してスイ ッチング部を第 1の位置に保持する第 1の電極ペアと、 第 2の位置に保持する第 2の電極ペアを設け交互に駆動電圧を印加す ることによ り、 それそれの位置で静電力によって保持力を得ること ができる。 さらに、 第 1および第 2の位置の間隔は変えずに、 それ それの電極ペアで動かす距離を半減することができるので、 式 ( 2 ) に示したように静電力 F sの働く間隔を実質的に半分に縮め、 駆動電圧を大幅に低減することができる。 したがって、 バイアス電 圧を設定しない場合でも駆動電圧を低減できる。 もちろん、 バイァ ス電圧と組み合わせることによ り、 さらに駆動電圧を低減できる。 このように、 本発明の光スイ ッチング素子およびその制御方法で は、 スイ ッチング部の第 1および第 2の位置の間隔を変えずに、 ま た、 支持部材の弾性係数も変えずに駆動電圧を低減することが可能 である。 したがって、 高速動作が可能で、 コ ン ト ラス トの大きな光 スィ ツチング素子を低電圧で駆動することが可能となる。 このよう な制御方法は、 本発明に限らず、 光を制御できるスイ ッチング要素 を機械的に動かして高速で変調できるすべての空間光変調装置にも 適用できる。 そして、 低コス トで、 消費電力も少ない高速動作可能 な空間光変調装置を提供できる。 スィ ツチング部の姿勢制御について

エバネセン ト光を利用した光スィ ツチング素子において、 動作速 度をさらに高速にすることは常に重要な課題である。 そこで、 以下 では、 さらに、 平面的な抽出面を要素として備えたスイ ッチング部 を移動制御して光を変調する空間光変調装置である光スイ ッチング 素子の動作速度をさらに高速化するようにしている。

本願発明者らが抽出面などの平面的な要素を備えた光スィ ッチン グ素子の動作を研究したところ、 微少な距離を高速で移動しながら 行われるスイ ツチング動作においては、 スィ ッチング部の抽出面と 全反射面との間に封入される空気あるいは不活性ガスなどの流体の 抵抗、 あるいは、 スイ ッチング部が移動する際の抵抗が無視できな ぃ抗力となっており、 このような流体の抵抗を抑制することにより 動作速度を大幅に向上できることを見出した。 このような流体抵抗 を低減するには、 上述した 1つの形態に示したように、 真空中で光 スイ ッチング素子を動作させれば良いが、 スイ ッチング部あるいは 駆動部の周辺環境を真空にするためには耐圧容器などの付加部材が 必要となり大型化およびコス ト高の原因となる。 また、 製造過程に おいても、 真空にするための工程が必要である。 さらに、 真空雰囲 気でのみ使用可能な光スィ ツチング素子では、 使用中に真空雰囲気 が破られると一気に性能が低下したり、 あるいは動作不能になる恐 れがあるので信頼性についても問題がある。

そこで、 以下では、 流体の抵抗をスイ ッチング部の動き （姿勢） によって低減している。 すなわち、 駆動手段により、 スイ ッチング 部の抽出面の向きを、 移動初期、 移動中または移動末期に、 第 1の 位置で抽出面が向く第 1の方向に対し傾けることを特徴としている まず、 スイ ッチング部を移動初期に傾けることにより、 スィ ッチン グ部が移動を開始するときにスィ ツチング部が離脱するために生じ —る空間にスムーズに流体を流入させることができるので流体による 抵抗を削減することができる。 また'、 移動中にスイ ッチング部を傾 けることによ り、 平面要素が進行方向に対し傾くのでスイ ッチング 部が移動する際に受ける流体の抵抗を削減することができる。 そし て、 移動末期にスイ ッチング部を傾けることによ り、 スイ ッチング 部が停止する際に閉じる空間から流体をスムーズに排出することが できるので、 流体による抵抗を削減することができる。

このようにスィ ツチング部の移動初期、 移動中および移動末期の 少なく ともいずれかに平面要素の向きを傾けることにより流体の抵 抗を削減することができ、 移動初期、 移動中および移動末期の全て あるいはいずれか 2つの状態で傾けることによ り、 さらに流体によ る抵抗を削減.することができる。 スイ ッチング部の移動中の抵抗が 減るので、 移動速度は速くなり、 変調処理速度を向上することがで きる。 また、 スイ ッチング部の周囲の圧力を下げたり、 あるいは真 空にしなくても流体による抵抗を削減できるので、 光スイ ッチング 素子を圧力容器に入れずに通常の環境で高速で動かすことができる < したがって、 動作速度が速く、 信頼性の高い光スイ ッチング素子を 低コス 卜で提供することができる。

特に、 本発明のエバネセン ト光を用いた光スィ ツチング素子では、 スイ ッチング部の抽出面が第 1の位置で全反射面に接し、 全反射面 から抽出面が離れるとき、 あるいは密着するときに流体の動きが制 限される。 したがって、 スイ ッチング部が移動する際の抵抗が大き くなる。 これに対し、 さらに、 移動初期あるいは移動末期にスイ ツ チング部を傾けることによ り、 抽出面と全反射面との間に生ずる空 間に流体をスムーズに流入あるいは排出することができる。 したが つて、 動作速度を大幅に向上することができる。

もちろん、 このような姿勢制御は、 平面要素を用いた本発明の光 スィ ッチング素子以外の空間光変調装置にも適用することができる < スィ ツチング部の姿勢は、 その重心に対し非対称な分布を備えた 駆動力を印加することによ り、 スイ ッチング部を非対称な状態、 す なわち、 傾いた状態にできるので、 移動初期、 移動中あるいは移動 末期にスイ ッチング部を傾けることができる。 非対称な分布を備え た駆動力を印加する方法としては、 スィ ツチング部の重心を立体中 心からずらすことにより、 スィ ツチング部に対し配置的には対称な 分布の駆動力を、 重心に対しては非対称な状態にすることができ、 これによ りスィ ツチング部を傾けることができる。

また、 駆動手段に、 スイ ッチング部を弾性的に支持する支持部材 を設け、 この支持部材の弹性定数の分布を、 少なく とも 1部におい てスィ ツチング部の重心に対し非対称となるようにすることによつ ても、 重心に対し非対称な駆動力をスィ ッチング部に対し印加する ことができる。 さらに、 駆動手段が、 静電駆動手段となる、 スイ ツ チング部に設けられた第 1の電極と、 この第 1の電極に対峙する位 置に設けられた第 2の電極とを備えている場合は、 第 1 または第 2 の電極の形状またはそれらの間隔の少なく とも 1部をスイ ッチング 部の重心に対し非対称な状態にすることによ り、 非対称な駆動力を スイ ッチング部に対し印加することができる。

また、 上記の第 1 または第 2の電極をスィ ッチング部の重心に対 しそれそれ非対称な形状の第 1および第 2の区画に分け、 これらの 区画に異なったタイ ミ ングで、 または、 異なった電圧の電力を供給 することによつても、 非対称な駆動力をスィ ッチング部に対し印加 することができる。

さらに、 スイ ッチング部は第 2の位置において、 第 1の位置の向 きに対し平行である必要はなく、 むしろ第 2の位置において傾いた 状態にすることにより、 移動初期、 移動中および移動末期の傾いた 状態との間でスムーズに移行することができる。 したがって、 さら に流体の抵抗を減らすことができ、 動作速度を向上することができ る。

第 2の位置でスィ ツチング部を傾いた状態にするには、 駆動手段 の支持部材の弾性定数をスィ ツチング部の重心に対し非対称にした り、 第 1および第 2の電極の間隔を変えたり、 スイ ッチング部が第 2の位置で接触する支持台とスイ ッチング部との間隔をスィ ッチン グ部の重心に対し非対称にする方法がある。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る光スイ ッチング素 子の概略構成を示す断面図である。

第 2図は、 第 1図に示す光スイ ッチング素子の構成を拡大して示 す断面図である。

第 3図は、 エバネセン ト波の透過率を全反射面と抽出面との距離 に対して示すグラフである。

第 4図は、 図 1に示す光スイ ッチング素子のパネ部材の構成を基 板の方向から見た様子を示す図である。

第 5図は、 第 4図に示したパネ部材と異なる例を示す図である。 第 6図は、 第 4図に示したパネ部材とさらに異なる例を示す図で ある。

第 7図は、 第 4図に示したパネ部材とさらに異なる例を示す図で ある。

第 8図は、 第 1図に示す画像表示装置を用いた投写装置の例を示 す図である。

第 9図は、 上記と異なる光スィ ツチング素子の概略構成を示す図 である。 第 1 0図は、 第 1図に示す光スイ ッチング素子における弾性力

(ばね力） と静電力との関係をスィ ツチング部の移動量 （変位） に 対して示す図である。

第 1 1図は、 第 1図に示す光スイ ッチング素子を駆動電圧をバイ ァス電圧によって駆動する様子を示すタイ ミ ングチャートである。 第 1 2図は、 本発明の第 2の実施の形態にかかる光スィ ツチング 素子の構成例を示す図である。

第 1 3図は、 第 1 2図に示すスイ ッチング素子の駆動電力を図 1 に示すスイ ッチング素子の駆動電力と比較するためのグラフである ₍ 第 1 4図は、 第 1 2図に示す光スィ ツチング素子における弾性力

(ばね力） と静電力との関係をスイ ッチング部の移動量 （変位） に 対して示す図である。

第 1 5図は、 第 1 2図に示す光スイ ッチング素子を駆動電圧をバ ィァス電圧によって駆動する様子を示すタイ ミ ングチャートである ₍ 第 1 6図は、 本発明の第 3の実施の形態に係るエバネセン ト光を 用いた光スイ ッチング素子の概要を示す図であり、 （ a ) はスィ ヅ チング部が第 1の位置にあるォン状態を示し、 （ b ) はスィ ッチン グ部が第 2の位置にあるオフ状態を示している。

第 1 7図は、 第 1 6図に示す光スィ ッチング素子のスィ ツチング 部の構成をア ドレス電極の側から示す図である。

第 1 8図は、 第 1 6図に示す光スイ ッチング素子において、 オン 状態 （第 1 の位置） からオフ状態 （第 2の位置） へ移動する様子を 順番に模式的に示す断面図である。

第 1 9図は、 第 1 6図に示す光スイ ッチング素子において、 ア ド レス電極およびベース電極間の間隔を経過時間と共に示す図であり . 第 1 9図 （ a ) はオンからオフに移行する経過を示し、 第 1 9図 ( b ) はオフからオンに移行する経過を示してある。 第 2 0図は、 第 3の実施の形態に係る異なった光スイ ッチング素 子の構成例を示す図である。

第 2 1図は、 第 3の実施の形態に係る、 さらに異なった光スイ ツ チング素子の構成例を示す図である。

第 2 2図は、 第 3の実施の形態に係る、 さらに異なった光スイ ツ チング素子の構成例を示す図である。

第 2 3図は、 第 3の実施の形態に係る、 さらに異なった光スイ ツ チング素子の構成例を示す図である。

第 2 4図は、 第 3の実施の形態に係る、 さらに異なった光スイ ツ チング素子の構成例を示す図である。

第 2 5図は、 第 3の実施の形態に係る、 さらに異なった光スイ ツ チング素子の構成例を示す図である。

第 2 6図は、 第 2 5図に示した光スィ ツチング素子の断面図であ る

第 2 7図は、 第 1 6図に示した光スイ ッチング素子において、 第

1の方向に対し傾いた状態で第 2の位置に停止する例を示す図であ る。

第 2 8図は、 第 2 7図に示した光スイ ッチング素子のさらに異な る例を示す図である。

第 2 9図は、 第 2 7図に示した光スィ ッチング素子のさらに異な る例を示す図である。

第 3 0図は、 本発明の第 4の実施の形態に係る光スイ ッチング素 子の概略構成を示す図であり、 重心の位置をずら した例を示す図で ある。

第 3 1図は、 本発明の第 5の実施の形態に係る光スイ ッチング素 子の概略構成を示す図であり、 アドレス電極の形状を非対称にした 例を示す図である。 第 3 2図は、 第 3 1図に示した第 5の実施の形態に係る光スィ ッ チング素子の異なる例を示す図である。

第 3 3図は、 第 3 1図に示した第 5の実施の形態に係る光スイ ツ チング素子のさらに異なる例を示す図である。

第 3 4図は、 第 3 1図に示した第 5の実施の形態に係る光スィ ヅ チング素子のさらに異なる例を示す図である。

第 3 5図は、 本発明の第 6の実施の形態に係る電極を分割した光 スィ ツチング素子の例を示す図である。

第 3 6図は、 第 3 5図に示す光スィ ツチング素子の動作を示す図 であり、 第 1の位置および第 1の位置から移動開始後の状態を示す 図である。

第 3 7図は、 第 3 5図に示す光スィ ツチング素子の動作を示す図 であり、 移動中および第 2の位置で停止した状態を示す図である。 第 3 8図は、 第 3 5図に示した光スィ ッチング素子の制御動作を 示すタイムチャートである。

第 3 9図は、 第 3 5図に示した第 6の実施の形態に係る光スィ ッ チング素子の異なる例を示す図であり、 第 1の位置および第 1の位 置から移動開始後の状態を示す図である。

第 4 0図は、 第 3 9図に続き、 移動中および第 2の位置で停止し た状態を示す図である。

第 4 1図は、 第 3 9図および第 4 0図に示す光スィ ツチング素子 の制御動作を示すタイ ミ ングチヤ一 卜である。

第 4 2図は、 ピエゾ素子を用いた光スィ ツチング素子を示す図で ある。

第 4 3図は、 従来の液晶を用いた光スイ ッチング素子を示す図で ある。 発明を実施するための最良の形態

〔第 1の実施の形態〕

スィ ツチング素子の概略構成

第 1図に、 本発明に係る空間光変調装置である光スィ ツチング素 子 1の概略構成と、 これら光スイ ッチング素子 1 を複数個 2次元的 にアレイ状に並べて構成した画像表示装置 2の概略構成を断面で示 してある。 また、 第 2図に光スイ ッチング素子 1のスイ ッチング部 を中心とした概略構成を拡大して示してある。 本発明の光スィ ッチ ング素子 1は、 導入光 1 0を全反射して伝達可能な導光部 2 0の全 反射面 2 2に対し、 透光性の抽出面 3 2を備えたスイ ッチング部 3 0を接触させてエバネセン ト波を抽出することができるスィ ッチン グ素子である。 そして、 抽出された光はスイ ッチング部 3 0で導光 部 2 0の方向に反射されて出射光 1 1 となり、 導光部 2 0の出射面 2 1 を通って外部へ出力される。 この光スイ ッチング素子 1は、 ス イ ッチング部 3 0の 1波長程度あるいはそれ以下の微小な動きによ つて、 入射光 1 0を高速で変調 （オンオフ制御） することができ、 このため、 静電力とばね力を用いてスィ ツチング部 3 ◦を駆動する 駆動部 4 0 と、 この駆動部 4 0に電力を供給して制御する制御部 7 0が設けられている。 これらの導光部 2 0、 スイ ッチング部 3 0の 層、 この光スイ ッチング部 3 0を動かす駆動部 4 0の層、 および駆 動部 4 0を制御する駆動用 I Cが構成されたシ リ コン基板 7 0が層 をなし、 それらが順番に積層されている。 したがって、 本例の光ス ィ ツチング素子 iは、 各々の機能部分が階層的に積み重ねちれた階 層構造となっている。

光スイ ッチング素子 1の構成を更に詳しく説明すると、 光スイ ツ チング素子 1は、 ガラスあるいは透明プラスチック製で入射光 1 0 の透過率の高い光ガイ ド （導光部、 カバ一ガラス） 2 0を備えてお り、 全反射面 2 2で入射光 1 0が全反射するように全反射面 2 2に 対し適当な角度で入射光 1 0が入射される。 そして、 図 2のスイ ツ チング素子 1 _aに示すように、 スイ ッチング部 3 0の抽出面 3 2が 全反射面 2 2に接近あるいは密着してエバネセン ト光を抽出できる 位置 （第 1の位置あるいはオン） P 1 になると、 導光部 2 0から入 射光 1 0がスイ ッチング部 3 0に抽出される。 スイ ッチング部 3 0 は、 導光部の全反射面 2 2の側が平坦な抽出面 3 2 となった三角柱 状のマイクロプリズム 3 4を出射体として備えている。 このため、 底面の抽出面 3 2から抽出した光はマイクロプリズム 3 4の反射面 3 4 aで全反射面 2 2にほぼ垂直な方向に反射され、 導光部 2 0を 経て反対側の出射面 2 1から出射される。

一方、 第 2図のスイ ッチング素子 l bに示すように、 スィ ッチン グ部 3 0が第 1の位置から離れて、 抽出面 3 2が全反射面 2 2から 離れた位置 （第 2の位置あるいはオフ） P 2になると、 入射光 1 0 は全反射面 2 2で全反射され導光部 2 0からエバネセン ト光として 抽出されない。 したがって、 出射光 1 1は得られない。

第 3図にエバネセン ト波の透過率の例をいくつか示してある。 全 反射されている面に透明体を近接すると、 エバネセン ト波が透明体 側に漏れ出て光が透過する。 エバネセン ト波の透過率は、 媒体の屈 折率や入射角度などによって相違する。 第 3図には、 波長人が 5 0 0 n mの光に対して入射角を 5 0 ° としたときにエバネセン ト波の 透過率 （％) を全反射面 2 2 と抽出面 （透明体） 3 2 との間隔 （ m ) に対して測定した透過曲線 L 1 を示してある。 同様に入射角 6 0 ° のときの特性曲線 L 2、 入射角 7 0 ° の特性曲線 L 3、 入射角 8 0 ° の特性曲線 L 4も示してある。 これら特性曲線は、 ほぼ同じ ような傾向を示しており、 抽出面 3 2が全反射面 2 2に 0 . 1〜 0 0 5〃m以下に接近する （第 1の位置） と透過率が 5 0 %程度にな る。 一方、 抽出面 3 2が全反射面 2 2から 0 . 2 〃m以上離れる (第 2の位置） と透過率は 1 0 %以下になり、 さらには、 抽出面 3 2の距離が 0 . 3 mを越えると透過率はほぼ 0 %になる。 従って、 第 2図の光スィ ツチング素子 1 aで示すオン状態と、 光スィ ッチン グ素子 l bで示すオフ状態とでは、 抽出面 3 2を 0 . 2〜 0 . 3 〃 m程度移動させるだけで良い。 このため、 本例の光スイ ッチング素 子 1 を用いることにより、 高速で画素を制御でき、 コン トラス トの 高い画像を得ることができる。 また、 抽出面 3 2の移動距離が短く て済むので、 抽出面を備えたスイ ッチング部 3 0を駆動するための 電極間の間隔も短くなる。 従って、 これらの電極によって静電力に よりスイ ッチング部 3 0を動かすための駆動電圧も小さくなり、 消 費電力が少なく、 高速動作が可能でコン トラス 卜の大きな画像表示 装置 2を提供することができる。 駆動部の構成

スイ ッチング部 3 0を駆動する駆動部 4 0の構成を更に詳しく説 明する。 スイ ッチング部 3 0の下方には、 シリコン基板 7 0の側 (下側） に設けられたベース電極 6 2 と、 シ リ コン基板 7 0の上面 にベース電極 6 2に対峙するように設けられた電極 6 0 とを備えて おり、 これらの電極 6 0および 6 2の組み合わせで静電力を発生し. スィ ツチング部 3 0を駆動するできるようになつている。 さらに、 駆動部 4 0は、 スイ ッチング部 3 0の周囲に配置された支柱部 （ポ ス ト） 4 4からスイ ッチング部 3 0に延びた薄膜状で弾性のあるョ —ク （支持部材） 5 0を備えている。 したがって、 本例のスイ ッチ ング素子 1 においては、 1組の電極 6 0および 6 2からなる静電駆 動手段の静電力 F s と、 ヨーク 5 0の弾性力 F gにより、 スィ ッチ ング部 3 0をスィ ツチング素子 1 aに示す第 1の位置 P 1、 および スィ ヅチング素子 1 bに示す第 2の位置 P 2に動かせるようになつ ている。

このような動きを行うスィ ツチング部 3 0はスぺーサ 4 2により ヨーク 5 0から支持されている。 スベーサ 4 2は、 断面がほぼ丁字 形をしている。 このため、 スぺーサ 4 2の中心は基板 7 0の表面 7 1 に向かって延び、 スぺーサ 4 2の下面 4 2 aと基板表面 7 1の隙 間 （第 1のスペース） 4 5は狭くなつている。 また、 スぺ一サ 4 2 の両側 （周囲） 4 2 bは、 基板表面 7 1から離れるので、 周囲 4 2 bと基板表面 7 1 との隙間 （第 2のスペース） は広くなつている。 そして、 狭い第 1のスペース 4 5 を挟むように、 電極 6 2および 6 0が設けられている。 一方、 広い第 2のスペース 4 6には、 パネ部 材であるヨーク 5 0が設けられており、 スイ ッチング素子 1の境界 に設けられた支柱 4 4 とスぺーサ 4 2を接続し、 スぺーサ 4 2を介 してスィ ツチング部 3 0を弾性的に支持すると共に、 スィ ツチング 部 3 0の位置决めもおこなっている。

第 2図の光スイ ッチング素子 l aおよび l bに示すように、 丁字 形のスぺーサ 4 2で形成された第 2のスペース 4 6で、 板状のパネ 部材 5 0が変形できるようになつており、 電極 6 ◦および 6 2の間 隔 （第 1のスペース） を広げずに、 パネ部材 5 ◦の設置スペースが 確保できている。 従って、 静電駆動手段を構成する電極 6 0および 6 2の間隔が狭くなり、 駆動電圧を低く し、 消費電力を抑えること ができる。

また、 このような T字形のスぺ一サ 4 2を採用することにより、 プリズム 3 4、 すなわちスィ ツチング部 3 0の下にパネ部材 5 0の 設置スペースとなる第 2のスペース 4 6 を設けることができる。 し たがって、 スイ ッチング部 3 0の下層にパネ部材 5 0も含めた駆動 部 4 0を構成する全ての部分を配置することができ、 上述したよう に、 光スイ ッチング素子 1 を階層的な配置にすることができる。 バ ネ部材 5 0のスペースを駆動部 4 0の層で処理することにより、 光 スイ ッチング部 3 0の層では、 隣接する光スイ ッチング素子 1 aお よび 1 bの間にパネ部材 5 0を設置するためのスペースが不要であ る。 従って、 プリズム 3 4の面積を大きくすることが可能となり、 導光部 2 0から光を抽出できる面積率 （開口率） を高く し、 出射さ れる光量の大きな明るい光スイ ッチング素子を提供することができ る。

さらに、 本例の光スイ ッチング素子 1では、 駆動部 4 0の層に支 柱 4 4を設けて駆動部 4 0でスイ ッチング部 3 0をサポートできる ようにしている。 このため、 導光部 2 0にプリズム 3 4を支持する 構造をエッチングなどを用いて形成する必要がない。 従って、 導光 部 2 0の全反射面 2 2は、 複数の光スィ ッチング素子 1に対してフ ラッ トな平面となり、 シンプルな形状の部材を導光部 2 0 として採 用できる。 そして、 バネ部材 5 0がスィ ツチング部 3 0の間に存在 しないので、 スイ ッチング部 3 0の間は最小限にでき、 光スイ ッチ ング素子 1 aおよび 1 bを間隔を殆ど開けずに配置することが可能 となる。 従って、 本例の光スイ ッチング素子を用いることによ り画 素同士の間が殆ど開かない、 画素の境目が判らないシームレスな、 あるいはシ一ムレスに近い画像を形成可能な画像表示装置 2を提供 することができる。

さらに、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 光スイ ッチン グ素子 1 aに示すように、 オン状態では静電気力を用いずにパネ部 材 5 0の力でマイクロプリズム 3 4の抽出面 3 2を導光部 2 0の全 反射面 2 2に押しつけるようにしている。 また、 オン状態では、 さ らに、 パネ部材 5 0に多少の変位 5 1を持たせ、 プリズム 3 4を全 反射面 2 2に押圧できるようにしている。 電力を用いて制御される 静電気力は、 制御が容易であるが供給電圧が変動すると抽出面 3 2 を全反射面 2 2に押しつける力が変化する。 第 3図に示したように, 電圧が下がって押圧が不足し、 抽出面 3 2 と全反射面 2 2 との隙間 が 0 . 1 〜 0 . 1 5 m程度になると透過量は 2 0 %近傍あるいは それ以下となり、 オンオフのコン トラス トが低下してしまう。 これ に対し、 パネ部材 5 0によって得られる力は、 機械的で電圧変動に 関係なく安定している。 従って、 本例のスイ ッチング素子 1 におい ては、 オン状態にする駆動力として安定したパネ部材 5 0の力を用 レ 一方、 オフ状態にする駆動力として制御が容易な静電気力を用 いることにより、 安定した光量を確保すると共に、 制御能力の高い 光スイ ッチング素子を提供できるようにしている。

さらに、 オン状態のパネ部材 5 0に変位 （橈み） 5 1 を持たして おく ことにより、 適度な力で抽出面 3 2を全反射面 2 2に押し当て ることが可能となる。 従って、 振動、 温度変化あるいはその他の経 時変化による導光部とスイ ッチング部の間隔、 あるいは光スィ ッチ ング部と駆動部の間隔などが変化した場合でもそれを吸収して、 ォ ンオフのコン トラス トが低下するのを防止できる。 さらに、 本例の スィ ッチング素子 1は、 上述したように T字形のスぺ一サ 4 2によ つてパネ部材 5 0の設置スペースとして広いスペース 4 6が確保さ れているので、 その内部でバネ部材 5 0を変位させておく ことが可 能である。 この橈み 5 1の程度はオフ状態の間隔と同じ、 すなわち. 0 . 1 〜 0 . 2〃m程度が好ましい。

さらに、 本例のパネ部材 5 0は、 ボロン ド一プされたシリコン製 の薄膜 4 9で形成されており、 導電性がある。 従って、 広いスぺ一 ス 4 6の領域では、 この薄膜 4 9をパネ部材 5 0 として機能させ、 狭いスペース 4 5の領域では、 スぺ一サ 4 2にこの薄膜 4 9を固定 して電極 6 2 どして機能させることができる。 支持部材 （パネ部材） の構成

このように、 本例の光スイ ッチング素子 1の駆動部 4 0は、 弾性 力を発揮する支持部材 （パネ部材あるいはヨーク） 5 0 と、 電極 6 0および 6 2による静電駆動手段とを備え、 スイ ッチング部 3 0を 高速で駆動できるようになつている。 これらの内、 パネ部材 5 0は、 弾性係数を適度な値にすることが重要である。 弾性係数が高すぎる と、 短い間隔でも動かすのに非常に力が必要になり、 大きな静電気 力が要求されるので、 駆動電圧が高くなつてしまう。 一方、 弾性係 数が低すぎると、 プリズム 3 4の抽出面 3 2 を全反射面 2 2に押し つける力が得られるなくなる。 画像表示装置 2に用いられて画素を 構成するような光スィ ツチング素子 1のサイズは、 十数ミクロンか ら数百ミ クロンであり、 このようなマイクロマシンにおいては、 ノ ネ部材 5 0の有効長を長く して弾性係数を低く抑えることが重要で ある。 このため、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 丁字形 のスぺーサ 4 2を用いて確保された広くスペース 4 6内にパネ部材 5 0を配置して有効長を長くすると共にさらにパネ部材 5 0を細く して有効長を長くするようにしている。

また、 パネ部材 5 0を構成するシリコン薄膜 4 9 としてボロン ド ープされた導電性のある薄膜を採用することにより、 パネ部材 5 0 を電極 6 2 として使用することが可能である。 このようにパネ部材 5 0を電極として利用できるものには、 導電性薄膜材、 例えば A 1 膜、 P t膜および A g膜などがある。

第 4図に、 本例の光スイ ッチング素子 1の駆動部 4 0の配置を底 面 （基板 7 0の側） よ り見た様子を示してある。 シリコン薄膜 4 9 は、 四方の支柱 4 4からスぺ一サ 4 2の底面 4 2 aに向かって放射 状に延びたパネ部材 5 0 (明示するために縦線で示してある） を形 成するために、 隣接する他のスィ ツチング素子との境界になる支柱 4 4の周囲が大きくカツ 卜されて穴 5 9が形成されている。 また、 底面 4 2 aに残ったシリコン薄膜 4 9はほぼ四角形の電極 6 2 (明 示するために斜線で示してある） を形成している。 このように、 幅 の狭い板状のパネ部材 5 0を形成することにより、 有効長を長く し て駆動電圧を下げることができる。 また、 画像表示装置においては、 隣接する光スイ ッチング素子との接続部分が細くなるので、 光スィ ツチング素子で構成される画素の間でオンオフ状態が相互に影響を 及ぼすのを未然に防ぐことができる。

第 5図に、 本例の上記と異なったパネ部材 5 0の例を示してある _c 本例では、 シ リ コン薄膜 4 9に、 スぺ一サ 4 2から支柱 4 4の方向 に延びた放射状にスリ ッ ト 5 8を形成して細長いパネ部材 5 0を形 成すると共に、 スぺ一サ 4 2の底面 4 2 aに取り付けられた電極 6 2から放射状の電極 6 2 aをさらに広げて形成し、 電極の面積を広 く確保している。 このように、 電極 6 2の面積を広げることにより、 スイ ッチング部 3 0を駆動するために印加する駆動電圧を小さ くす ることが可能となる。

第 6図に、 上記とさらに異なったパネ部材 5 0の例を示してある ( 第 6図 （ a ) および （ b ) には、 画像表示装置を構成するために 2 次元的に配置された複数の光スィ ツチング素子 1のうち、 4つの光 スィ ッチング素子 1が配置された状態をシリコン基板 7 0の側から 見た様子を示してある。 本例においては、 シリコン薄膜 4 9にそれ それの光スィ ツチング素子 1の境界に沿った方向にスリ ッ ト 5 8を 形成されており、 スぺ一サ 4 2の周囲、 すなわち、 光スイ ッチング 素子 1の境界に沿って螺旋状に延びたパネ部材 5 0を構成している, このように、 パネ部材 5 0を境界に沿った方向に延ばすことにより . パネ部材 5 0の有効長をさらに長くすることができ、 その一方で、 スぺーサ 4 2の底面 4 2 aを広げて電極 6 2の面積を広く確保する ことができる。 従って、 これらの効果により、 駆動電圧を大幅に下 げることが可能となる。 第 6図 （ b ) は、 さらに、 スリ ッ ト 5 8を 長く してパネ部材 5 0がスィ ヅチング素子 1の境界に沿った 2辺に 達するまで長く螺旋状にさらに確保できるようにした例であり、 ノ ' ネ部材 5 0の有効長をいつそう長し、 駆動電圧を下げることができ る。 もちろん、 さらにスリ ッ ト 5 8を長く して、 境界に沿って有効 長の長いパネ部材 5 0を形成することも可能である。

第 8図に、 さらに異なったバネ部材の例を示してある。 本例では、 パネ部材 5 0がスぺーサ 4 2 と接する部分、 あるいは支柱 4 4と接 続されている部分と比較し、 それらの間の中央部 5 5の厚みを薄く して弾性係数を下げ、 駆動電圧を低減できるようにしている。 この ように、 上記に示した幾つかの例あるいはこれらを組み合わせるこ とにより、 パネ部材 5 0の弾性係数を下げることができるので、 光 スィ ツチング部 3 0を動かすために電極 6 0および 6 2に印加して 静電気力を発生される駆動電圧を小さくすることができる。 従って、 低電気消費量で稼動可能な光スイ ッチング素子 1 を提供することが でき、 画像表示装置 2の全体の電力を押さえることが可能となる。 本例の光スィ ツチング素子 1は、 導光部 2 0、 光スイ ッチング部 3 0および駆動部 4 0が順番に積層された構造を採用し、 反射型の 光スイ ッチング部 3 0 とすることにより、 出射方向が積層された方 向、 すなわち、 導光部 2 0を向いた光スイ ッチング素子であり、 駆 動部 4 0を抽出した光が通過しない構成の光スイ ッチング素子を提 供することができる。 従って、 駆動部 4 0は光学的な特性を考慮せ ずに設計できるので、 光スイ ッチング部 3 0を支持し駆動する構成 を上述したように全て駆動部 4 0で実現するように最適化すること が可能となり、 光スイ ッチング部 3 0および導光部 2 0の構成を非 常にシンプルにすることができる。 そして、 導光部 2 0、 光スイ ツ チング部 3 0および駆動部 4 0を層構造にして独立した設計が可能 となり、 導光部 2 ◦は全反射面 2 2がフラッ トな平板状の部材を用 いることができる。 また、 スイ ッチング部 3 0には抽出面 3 2の広 いプリズムなどの出射体 3 4を用いることができる。 さらに、 駆動 部 4 0には、 オンオフ動作を高速で安定して行える信頼性の高いメ 力二ズムを採用することができる。 このため、 本発明により光量が 多く光のロスの少ない光スィ ツチング素子を提供可能であり、 さら に、 オンオフのコン トラス 卜も高く画質の良い光スィ ツチング素子 を提供することができる。

さらに、 本例の光スイ ッチング素子 1は、 駆動部 4 0を駆動回路 などが構成されたシリコン I C基板上に、 エツチングなどの微細加 ェに適した半導体製造技法あるいはマイクロマシンの製造技術を用 いて製造することができ、 複数の光スィ ツチング素子 1を高密度で 集積化することも容易である。 従って、 本発明の光スイ ッチング素 子を用いることにより、 薄くて解像度の高い画像表示装置 2を提供 することができる。

図 8に、 本発明に係る画像表示装置 2を用いた投射装置 6を示し てある。 本例の投写装置 6は、 導光部 2の全反射面 2 2に、 駆動回 路と共に光スイ ッチング部 3 0および駆動部 4 0が搭載された I C チップ 5が取り付けられている。 画像表示装置 2の導光部 2 0には、 一方に入射用の面 8 1が用意されており、 この面に向かって光源か ら赤緑青 （R G B ) 、 またはシアン、 マゼンダ、 イエロ一などの光 の 3原色が時分割で入射される。 本例の光源 8 0は、 白色のメタル ハラィ ドランプ 8 0 aと、 モ一夕で回転される 3色分割フィル夕 8 O bとを備えており、 3色分割フィル夕 8 0 bで色分割された光線 がコ リメ一夕レンズ 8 0 cを通して並行光束化されて入射面 8 1か ら導光部 2 0に入射される。 そして、 全反射面 2 2に到達した入射 光 1 0は、 I Cチップ 5 を用いて構成された個々の光スィ ヅチング 素子によって反射されて導光部 2 0を透過する出射光 1 1 となって 出射され、 投射レンズ 8 5 を通ってスク リーンなどに投写されて所 望の画像が形成される。 一方、 光スィ ツチング素子によって出射光 に変換されなかった入射光 1 0は、 全反射によって導光部 2 0の入 射面 8 1 と反対側の反射面 8 2に到達し、 この面で反射されて再び 導光部 2 0内を伝達し、 光スイ ッチング素子に到達する。

このように、 本例の画像表示装置 2は、 時分割され入射光に同期 して I Cチップ 5により構成された光スイ ッチング素子を操作する ことによ りカラー画像を投射することができる。 もちろん、 白色光 を入射光 1 0 として採用し、 波長選択性のある光抽出部を用いた光 スイ ッチング素子によってカラ一画像を投射も可能である。

第 9図に、 本発明に係る光スィ ツチング素子の異なった例を示し てある。 光スィ ッチング素子 1 も、 導光部 2 0 と、 光スイ ッチング 3 0 と、 駆動部 4 0 とがこの順番に I C部 7 0の基盤に積層されて おり、 上述した例と共通する部分については同じ符号を付して説明 を省略する。 なお、 以降に説明する実施例においても共通する部分 は同じ符号を付して詳しい説明は省略する。

本例の光スイ ッチング素子 1では、 パネ部材 5 0および電極 6 2 を兼ねて支柱 4 4およびスぺーサ 4 2を接続するように設置された 薄膜 4 9が導光部 2 0に対して補助柱 4 8によって支持されており . 抽出面 3 2 と全反射面 2 2 との間隔が光スィ ッチング素子 1の間で ほぼ均等に保たれるようになつている。 さらに、 薄膜 4 9には穴あ るいはス リ ッ トが形成されておらず、 スィ ツチング部 3 0の層を薄 膜 4 9 と導光部 2 0で密封できるようになつている。 そして、 スィ ツチング部 3 0の圧力が外気に対し負圧になるように調整されてい る。 これにより薄膜 4 9が補助柱 4 8に密着され、 複数の光スイ ツ チング素子 1 を 2次元的に並べて画像表示装置 2を構成したときに 薄膜 4 9 と全反射面 2 2 との間隔、 すなわち、 薄膜 4 9に取り付け られた光スィ ツチング部 3 0の抽出面 3 2 と導光部 2 0の全反射面

2 2 との隙間をほぼ均等に保つことができる。 従って、 複数の光ス イ ッチング素子 1で構成される画像表示装置 2の全画素で安定した スィ ヅチング動作が行われ、 全ての画素で高いコン トラス トを得る ことができる。 この補助柱 4 8は、 全ての画素を構成するスィ ッチ ング素子に設ける必要はなく、 適当な間隔を開けたり、 あるいはラ ンダムに配置してももちろん良い。

さらに、 スイ ッチング部 3 0の側が負圧になるように調整されて いるので、 外気圧によって光スィ ツチング部 3 0の抽出面 3 2は全 反射面 2 2に対し押圧される。 従って、 本例の光スィ ツチング素子 1 においては、 パネ部材 5 0の力に加えて大気圧も利用して抽出面

3 2を全反射面 2 2に対し密着させて、 高いコ ン トラス トを得るこ とができる。

また、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 パネ部材 5 0 と プリズム 3 4の間に位置するスぺーサ 4 2 として T字形に代わり逆 台形状のものを採用している。 このように、 逆台形状のスぺーサ 4 2 を用いてもパネ部材 5 0を配置する広いスペース 4 6 と、 電極 6 0および 6 2 を配置する狭いスペース 4 5 を確保することが可能で ある。

さらに、 スイ ッチング部 3 0に加えて、 駆動部 4 0も密封し、 導 光部 2 0およびシ リ コン基板 7 0で囲われた領域全体を密封して負 圧にすることも可能である。 この領域の圧力を下げることにより、 光スィ ツチング部 3 0および駆動部 4 0を構成するプリズム 3 4、 パネ部材 5 0などがスイ ッチング動作するために動く ときに気体の 流動抵抗がなくなり、 ダンバ一効果などによる抵抗が大幅に低下す る。 従って、 オンオフ動作のときの駆動速度を上げることが可能と なり、 また、 駆動力を低減できるので、 高速動作が可能で消費電力 の低いスィ ッチング素子および画像表示装置を提供することができ る。 また、 上記密封された空間を水分を含まない気体で置換し、 し かも外部よ り負圧にすることにより、 上述の効果に加え、 吸着等の 原因となる水分を除去でき、 しかも、 不活性ガスであれば、 酸化等 の変質を防止できる。 駆動部の制御

以下では、 本例の光スイ ッチング素子 1の駆動部 4 0の制御方法 についてさらに詳細に説明する。 図 2に示すように、 本例のスイ ツ チング素子は、 電極 6 0および 6 2の間にス ト ッパー 6 5が設置さ れている。 このス ト ッパー 6 5によ り、 シリコン基板に構成される 駆動制御部 7 0から電極 6 0に駆動電圧 V dが供給されて電極 6 0 および 6 2の間に静電力 F sが発生し、 その力によってスィ ッチン グ部 3 0が第 2の位置 P 2に移動したときにス ト ッパー 6 5の位置 で停止し、 電極 6 0および 6 2は密着することなく適当な隙間 （ギ ヤップ） Gが確保できるようになつている。 このス ト ッパー 6 5は、 スィ ツチング部 3 0が移動したときに電極同士が衝突しないための 機能に加え、 以下に示すように、 停止位置において静電力が無限大 になってしまうのを防止し、 低い電圧で高速の制御ができるように する機能も果たしている。

第 1 0図に、 本例のスィ ツチング素子 1の駆動部 4 ◦における静 電力 F s と弾性力 （ばね力） F gの関係を示してある。 静電力 F s は、 駆動電圧 V dを 1 0、 2 0、 3 0、 4 0および 5 0 Vにしたと きの力をそれそれ示してある。 第 1 0図に示したスイ ッチング素子 1は、 電極 6 0および 6 2の間隔が 0 . 5 mであり、 静電力 F s が加えられたときにス ト ッパー 6 5によってこれらの電極 6 0およ び 6 2の間には 0. 1 mのギャップ Gが開く ようになつている。 また、 ヨーク 5 0は第 1の位置 P 1で 0. 5〃m変位 （初期変位 X 0 ) した状態になるように設定されている。 したがって、 スィ ッチ ング部 3 0は、 ヨーク 5 0の変位 Xで考えると第 1の位置 P 1から 第 2の位置 P 2 (ス ト ッパー位置） まで初期変位 χ θの 0. 5〃m から 0. 9〃111の 0. 4 mの間隔 d Oを移動し、 これに伴って式 ( 1 ) に示した弾性力 F gが発生する。 また、 この間隔 d Oの中で は、 駆動電圧 V dが印加されているときは、 式 （ 2 ) に示したよう に、 電極間 dが 0. 5 mの間を変位 Xで移動したときの静電力 F sが発生する。

まず、 第 1の位置 P 1から第 2の位置 P 2にスイ ッチング部 3 0 を動かす駆動電圧 V dについて検討する。 第 1の位置 P 1から第 2 の位置 P 2に向かってばね力 F gに逆らってスイ ッチング部 3 0を 移動するためには、 常にばね力 F gよ り大きな静電力 F sが得られ る駆動電圧 V dを電極 6 0および 6 2に印加する必要がある。 すな わち、 ばね力 F gと安定点を持たないような静電力 F sを発揮でき る駆動電圧 V dを印加する必要がある。 第 1 0図に示した例では、 安定点をもたない静電力 F sを発生させる電圧は 5 0 Vであり、 駆 動電圧 V dとして 5 0 Vを印加すれば確実にスィ ツチング部 3 0を 第 2の位置 P 2に移動できる。 しかしながら、 上述したように、 本 例のスィ ッチング素子 1では、 ヨーク 5 0が第 1の位置 P 1におい てヨーク （パネ部材） の橈み 5 1 として設定された初期変位 X 0を 持っており、 この初期変位 X 0以下の変位 Xにおいて安定点がある 駆動電圧 V dであっても問題なくスィ ッチング部 3 0を移動できる すなわち、 静電力 F sは距離 （ d — X ) の二乗に反比例するので、 初期変位 X 0があり、 ヨークの変位 Xに対して電極間距離 （ d - X ) が実質的に小さくなつている場合は、 低い電圧を駆動電圧 V d として採用できる。 第 1 0図では、 駆動電圧 V dが 4 0 Vのときが それに相当する。 駆動電圧 V dが 4 0 Vでは、 変位 Xが初期変位 X 0 よりも小さな領域ではばね力 F gと静電力 F sが等しくなつてス イ ッチング部 3 0の動きが停止する安定点 s 1および s 2があり、 駆動電圧には適さない。 しかしながら、 変位 Xが初期変位 χ θ以上 の領域では常に静電力 F sがばね力 F gより も大きくなり、 安定点 がないので駆動電圧 V dとして採用できる。

このように、 初期変位 X 0を導入することにより、 第 1の位置 P 1でスイ ッチング部 4 0を安定して保持することができ、 さらに、 駆動電圧 V dを 5 0 Vから 4 0 Vに低減することができる。

さらに、 初期変位 X 0によって第 1の位置 P 1でばね力 F gが働 いているので、 このばね力 F g以下の静電力 F sを与える電圧をバ ィァス電圧 V bとして電極 6 0および 6 2の間に印加することがで きる。 例えば、 第 1 0図において 1 0 Vをバイアス電圧 V bとして 設定すると、 第 1の位置 P 1 において、 このバイアス電圧 V bによ る静電力 F sは図中の B 1の値となる。 したがって、 バイアス電圧 V bを印加した状態でも第 1の位置 P 1 におけるばね力 F gとの差 F k lが保持力として働くので、 スイ ッチング部 3 0を安定して保 持できる。 一方、 バイァス電圧 V bを印加しておく と、 駆動電圧 V dとして 3 0 Vを印加することにより駆動電圧 V dが 4 0 Vのとき の静電力 F sを得ることができるので、 スイ ッチング部 3 0を駆動 することができる。 したがって、 駆動電圧 V dをさらに 1 0 V下げ ることができる。

バイアス電圧 V bは、 図 1 に示した画像表示装置 2を構成するス ィ ツチング素子 1 に対し共通に印加することが可能である。 例えば、 駆動電圧 V dの基準電圧が 0 Vで、 ここのスイ ッチング素子 1を駆 動する電極 6 0に高電位の駆動電圧 V dを印加して駆動するときは、 これらのスィ ツチング素子 1 に共通するベース電極 6 2に— 1 0 V を一律に印加することによ り駆動電圧 V dと同極性のバイァス電圧 V bを設定できる。 もちろん、 駆動電圧 V dの基準電圧が 1 0 V上 昇するようにバイアス電圧 V bを設定するように駆動制御部 （制御 部） 7 0を構成することも可能である。

さらに、 本例のスイ ッチング素子 1 においては、 第 2の位置 P 2 で電極 6 0および 6 2の間にス ト ッパー 6 5 によるギャップ Gが存 在するので、 静電力 F sが無限に大きくなることはない。 このため、 バイアス電圧 V bが 1 0 Vのときは、 それによつて発生する静電力 F sが第 2の位置 P 2において図中の C 1の値であり、 ばね力 F g に達していない。 したがって、 駆動電圧 V dがなくなると、 バイァ ス電圧 V bが印加された状態でも第 2の位置 P 2においてばね力 F が静電力 F sよりも大きくなり、 スイ ッチング部 3 0はばね力 F gによって第 2の位置 P 2から第 1の位置 P 1 に移動する。 したが つて、 バイァス電圧 V bを印加した状態でも駆動電圧 V dを制御す るだけでスィ ツチング部 3 0をオンオフ制御することができる。 このように、 第 2の位置 P 2において、 ばね力 F gに達しないバ ィァス電圧 V bを印加する場合は、 一定の電圧のバイァス電圧 V b をすベてのスィ ツチング素子に対し連続して印加することが可能で あり、 バイアス電圧 V bの制御は非常に簡単となる。 このため、 制 御部 7 0の構成を複雑にしないでバイアス電圧 V bを印加すること ができ、 駆動電圧 V dをバイアス電圧 V b分だけ低減することがで きる。 したがって、 制御部 7 0の耐圧を下げたり、 構成を簡易にで きるので、 制御部 7 0のサイズを縮小でき、 さらに低コス トで製造 することができる。 さらに、 駆動電圧の電源電圧を下げることがで きるので、 消費電力も抑えることができる。 一方、 第 1の位置 P 1 ではスイ ッチング部 3 0を安定に保持する保持力 F k 1を確保する ことができる。 また、 スイ ッチング部 3 0の移動距離 d 0は変えな くて良いので十分なコン トラス 卜を得ることができる。 さらに、 ョ —ク 5 0の弾性係数 Kも変える必要がないので、 スィ ヅチング部 3 0の駆動速度もほとんど変化しない。 バイアス電圧 V bを印加して も第 1 0図から分かるように、 バイアス電圧 V bによる静電力 F s は距離の二乗に反比例して急激に減少するので、 第 2の位置 P 2か ら第 1の位置 P 1 に移動する際の速度にはそれほどの影響力はない。 次に、 バイアス電圧 V bが 2 0 Vのときを検討する。 第 1の位置 P 1 においてパイァス電圧 V b ( 2 0 V ) による静電力 F sは、 図 中の B 2の値になる。 したがって、 ばね力 F gとの差として保持力 F k 2が得られるので、 スイ ッチング部 3 0を安定して保持するこ とができる。 一方、 スイ ッチング部 3 0を駆動するために必要とな る 4 0 Vの静電力 F sを得るために 2 0 Vの駆動電圧 V dを印加す れば良く、 上記のケースよ りさらに駆動電圧 V dを 1 0 V低減する ことができる。 しかしながら、 第 2の位置 P 2においては、 バイァ ス電圧 V bが 2 0 Vであると、 静電力 F sがばね力 F gを上回るの で駆動電圧 V dをオフにしてもスィ ツチング部 3 0は第 2の位置 P 2から第 1の位置 P 1に移動しない。 このため、 第 2の位置 P 2か らスイ ッチング部 3 0が移動するようにするには、 バイアス電圧 V bを 0にするか、 あるいは、 ばね力 F gよりも小さな値となる電圧、 例えば 1 0 Vに低下する必要がある。 このようなバイアス電圧 V b の制御は、 スイ ッチング部 3 0を第 2の位置 P 2から第 1の位置 P 1 に移動するタイ ミ ングで行えば良い。 しかしながら、 例えば、 ス ィ ツチング部 3 0を駆動するクロック信号に同期して周期的に行う ことも可能である。 第 1の位置 P 1 においてバイアス電圧 V bが変 . 動しても、 保持力 F k 2が増加するだけであり、 また、 第 2の位置 P 2にスイ ッチング部 3 0を保持している場合は駆動電圧 V dが印 加されているので、 バイアス電圧 V bをオフにしてもスィ ツチング 部 3 0は動かない。 バイ アス電圧 V bをクロック信号などと同期し て周期的に変化させるのであれば、 図 1 に示したようにアレイ状に 配置された複数のスィ ツチング素子 1のベース電極 6 2の電位を一 律に制御するだけで良い。 したがって、 バイアス電圧 V bの制御回 路を複雑にしないで駆動電圧 V dをさらに低減することができる。 第 1 1図に、 駆動電圧 V dおよびバイ アス電圧 V bを用いてスィ ツチング部 3 0を制御する様子をタイ ミ ングチャー トを用いて示し てある。 時刻 t 1 にバイアス電圧 V bが 2 0 Vから 1 0 Vに減り、 駆動電圧 V dが 0 Vなると、 第 2の位置 P 2にあったスイ ッチング 部 3 0はばね力 F gによって第 1の位置 P 1 に移動する。 時刻 t 2 にバイァス電圧 V bが 1 0 Vから 2 0 Vに増力□しても第 1の位置 P 1ではばね力 F gの方が大きいのでスィ ツチング部 3 0の位置は安 定して保持できる。 時刻 t 1から 1 クロック後の時刻 t 3に 2 0 V の駆動電圧 V dが印加され、 それと同じタイ ミ ングでバイァス電圧 V bが 1 0 Vに減る。 したがって、 時刻 t 3では電極間に 3 0 Vの 電位差による静電力 F sが働くだけになるのでスィ ッチング部 3 0 は動かない。 しかしながら、 時刻 t 4にバイ アス電圧 V bが増加す ると、 電極間に 4 0 Vの電位差による静電力 F sが働き、 スィ ッチ ング部 3 0は第 1の位置 P 1から第 2の位置 P 2に移動する。 時刻 t 3から 1 クロ ック後の時刻 t 5 に駆動電圧 V dが 0 Vになると時 刻 t 1 と同様にスィ ッチング部 3 0が第 2の位置 P 2から第 1の位 置 P 1 に移動する。 このように、 バイアス電圧 V bをクロック周期 で第 2の位置 P 2でばね力 F gに達しないように増減することによ り、 ばね力 F gを上回るバイアス電圧 V bを印加することが可能で あり、 さらに、 駆動電圧 V dに応じてスイ ッチング部 3 0を動かす ことが可能となる。 したがって、 駆動電圧 V dはバイアス電圧 V b の分だけ低くすることができる。 このため、 駆動電圧 V dを制御す る制御部 7 0の構成を更に簡略化でき、 耐電圧も低くできるのでコ ンパク 卜にできる。 また、 駆動電圧の電源電圧も低くできるので消 費電力を削減できる。

さらに、 時刻 t 6に駆動電圧 V dが高レベルになってスィ ッチン グ部 3 0が第 2の位置に移動した後、 次のク口ック周期である時刻 t 7で駆動電圧 V dが維持されるとバイ アス電圧 V bが減っても電 極間には 3 0 Vの電位が印加された状態となるので静電力 F sがば ね力 F gを上回りスイ ッチング部 3 0は移動しない。 同様に、 時刻 t 8に駆動電圧 V dが 0 Vになってスィ ツチング部 3 0が第 1の位 置 P 1に移動し、 次のク口ック周期で時刻 t 9 に駆動電圧 V dが印 加されないと、 バイ アス電圧 V bが増減しても第 1 の位置 P 1では 静電力 F sがばね力 F gを上回らないのでスイ ッチング部 3 0は移 動しない。 このよう に、 バイアス電圧 V bを周期的に増減させても、 駆動電圧 V dによってスイ ッチング部 3 0の全ての動きを制御する ことができる。 本例では、 駆動電圧 V dが高レベルに変化するとき にスィ チング部 3 0の動作にバイァス電圧 V bが増減する間だけ 遅れが生ずることになるが、 バイアス電圧 V bが増減する時間はば ね力 F gによってスイ ッチング部 3 0が始動する間だけで良いので 非常に短い時間で良く、 画像表示などにおいて影響が生ずる可能性 は非常に小さい。

本例では、 バイアス電圧 V bを 1 0 — 2 0 Vの範囲で増減してい るが、 バイアス電圧 V bを 0— 2 0 Vの範囲で変化させても良いこ とはもちろんである。 しかしながら、 第 2の位置 P 2でス ト ッパー 6 5 を設けてあるために静電力 F sが無限大に大き くなることはな く、 バイアス電圧 V bを 1 0 Vに低減するだけでばね力 F "が上回 つてスィ ツチング部 3 0を移動できることは上述した通りである。 したがって、 バイアス電圧 V bの変動範囲も 1 0— 2 0 Vの範囲と して、 バイアス電圧 V bの制御にかかる回路を簡略化でき、 また、 ベース電圧の増減に伴う消費電力も低減することができる。

もちろん、 上記に示した駆動電圧およびバイアス電圧はそれぞれ のケースを検討するために例示した値であり、 上述した条件を満た す電圧であれば、 以上に示した値でなくても対応する効果が得られ ることはもちろんである。 また、 本例に示した駆動電圧およびバイ ァス電圧の値は、 第 1 0図に仮定した条件における値であり、 本発 明にかかる駆動電圧およびバイァス電圧が本明細書に例示した値に 限定されないこともちろんである。

〔第 2の実施の形態〕

第 1 2図に、 本発明にかかる上記と異なる光スイ ッチング素子 1 を示してある。 本例の光スイ ッチング素子 1 も、 エバネセン ト波を 抽出して出射光 1 2を照射可能な光スイ ッチング素子であり、 導光 部 2 0、 反射型の光スィ ッチング部 3 0、 区動部 4 0および制御部 7 0がこの順番に積層された階層構造になっている。 このため、 上 記の実施の形態と共通する部分については、 同じ符号を付して説明 を省略する。 本例の光スイ ッチング素子 1は、 駆動部 4 0にスイ ツ チング部 3 0を第 1の位置 P 1から第 2の位置 P 2に動かすための 電極 6 0および 6 2のペア （以下では第 2の電極ペアとする） E 2 に加え、 第 2の位置 P 2から第 1の位置 P 1 に動かすための電極 6 4および 6 6のペア （以下では第 1の電極ペア） E 1が設けられて いる。 このため、 スぺ一サ 4 2からプリズム 3 4を支持するための バッファ部材 3 5の側面に、 略コの字方のき り欠き 3 8が対称な位 置に設けられている。 そして、 このスペース 3 8に支柱 4 4から延 ばした補助柱 4 7が挿入されており、 柱側に電極なる電極 6 6が固 定され、 バッ ファ部材 4 5の側にベース電極 （共通電極） となる電 極 6 4が固定されている。 このため、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 第 1および第 2の電極ペア E 1および E 2を備えた静 電駆動手段によ りオンオフの両方の状態を制御することができるの で、 より安定した駆動制御が可能であり、 いっそう信頼性の高い光 スイ ッチング素子 1を提供することができる。

本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 さらに、 ヨーク 5 0は 第 1の位置 P 1および第 2の位置 P 2の中間位置 P 3が平衡、 すな わち、 変位 Xが 0 となるように設定されている。 このため、 スイ ツ チング部 3 0は、 第 1の位置 P 1から中間位置までヨーク 5 0の弾 性力 F gで移動し、 その後、 電極 6 0および 6 2の第 2のペア E 2 の静電力 F sで第 2の位置 P 2 まで移動する。 逆方向には、 第 2の 位置 P 2から中間位置 P 3まで弾性力 F gで移動し、 その後は、 電 極 6 4および 6 6の第 1のペア E 1の静電力 F sで第 1の位置 P 1 まで移動する。 そして、 第 1の位置 P 1では、 第 1のペア E 1の静 電力 F sが保持力となって働く。 また、 電極 6 4および 6 6の間隔 は、 第 1の位置 P 1 において全反射面 2 2がス ト ッパ一となってギ ヤ ップ Gが開く ように設定されており、 第 2の位置 P 2 と同様に第 1の位置 P 1 においても静電力 F sを一定の範囲に止められるよう になっている。

パネ部材であるヨーク 5 0の平衡な位置が第 1および第 2の位置 の中間位置 P 3であり、 第 1および第 2の電極ペア E 1および E 2 によって中間位置から第 1の位置 P 1の間と中間位置から第 2の位 置 P 2の間を駆動する駆動部 4 0においては、 それそれの電極ペア E 1および E 2が静電駆動手段として機能する間隔は第 1および第 2の位置の間隔 d 0の半分でよい。 したがって、 スイ ッチング部 3 0の移動間隔 d 0は変えずに、 静電力 F sが働く間隔を半分にでき るので、 上記の式 （ 2 ) から分かるように間隔 dを半分にすること ができ、 これに伴い同じ静電力 F sを得るための駆動電圧 V dも半 分となる。 さらに、 第 1の位置 P 1 において静電力 F sを保持力と して利用できるので、 ばね力 F gで保持力を確保するための初期変 位 χ θは不要となる。 したがって、 この初期変位 X 0に対抗するた めに要求された静電力 F sの分も不要となるので、 さらに駆動電圧 V dを下げることができる。

第 1 3図に基づきさらに説明する。 第 1 3図において、 ヨークの . 変位 Xが 0の位置が第 1の位置 P 1 とし、 変位 Xが 0 . 5〃mの位 置が第 2の位置 P 2 とすると、 この駆動系は、 第 1の位置 P 1で保 持力は得られないが、 ばね力 F gによって第 2の位置 P 2から第 1 の位置 P 1 にスイ ッチング部 3 0 を移動することができるものとな る。 このようなばね力 F gに対し、 第 1の位置 P 1から第 2の位置 P 2 まで安定点のない静電力 F sを得ることができる駆動電圧 V d であれば、 スィ ツチング部 3 0を第 1の位置 P 1から第 2の位置 P 2 に移動することができる。 第 1 3図に示した例では、 駆動電圧 V dが 2 0 Vのときにばね力 F gに逆らってスイ ッチング部 3 0を移 動することができる。 したがって、 このケースは、 第 1 0図に示し たものと同じ構成のスイ ッチング素子で、 ばね力 F gによって第 1 の位置 P 1で保持力が得られない場合に相当する。 すなわち、 保持 力が得られない程度のばね力 F gに逆らってスィ ツチング部 3 0を 駆動するのに 2 0 Vの駆動電圧 V dが必要となっている。

一方、 第 1 2図に示した 2つの電極ペア E 1および E 2 を備えた 本例のスイ ッチング素子 1 においては、 第 1 3図にカギ括弧で示し たようにコアの変位 Xが 0の位置を中間位置 P 3 とし、 コアの変位 Xが 0 . 2 5の位置を第 1の位置 P 1 または第 2の位置 P 2 とする ことができる。 そして、 電極 6 0および 6 2からなる第 2の電極ぺ ァ E 2が中間位置 P 3からばね力 F gに逆らってスイ ッチング部 3 0を第 2の位置 P 2に動かし、 同様に、 電極 6 4および 6 6からな る第 1の電極ペア E 1が中間位置 P 3からばね力 F gに逆らってス イ ッチング部 3 0を第 1の位置 P 1 に動かす。 電極ペア E 1および E 2によってスィ ツチング部 3 0を駆動する様子は同じなので、 電 極ペア E 2に基づき説明すると、 中間位置 P 3からばね力 F gに逆 らつてスイ ッチング部 3 0を動かすためには、 中間位置 P 3から第 2の位置 P 2の間で安定点を持たない静電力 F sが得られる駆動電 圧 V dを印加すれば良い。 本例では、 7 Vの駆動電圧 V dを印加す ればスィ ツチング部 3 0を中間位置 P 3から第 2の位置 P 2に動か すことができる。 したがって、 本例のスイ ッチング素子 1 において は、 2つの電極ペア E 1および E 2に 7 Vの駆動電圧 V dを交互に 印加することによりスイ ッチング部 3 0を駆動できる。 このため、 上記と比較すると駆動電圧 V dを 2 0 Vから 7 Vへと、 略 1 / 3に 削減することが可能となる。 さらに、 中間位置 P 3から第 1の位置 P 1 に静電力 F sを用いて動かし、 その静電力 F sで保持できるの で、 第 1の位置 P 1 にスイ ッチング部 3 0を保持する保持力を得る ことも可能となる。

さらに、 上記の実施の形態と同様に、 本例においてもバイアス電 圧 V bを印加することによ り、 さらに駆動電圧 V dを下げることが できる。 第 1 4図は、 第 1 3図に示したばね力 F と静電力 F sを 拡大して示したものであり、 さらに、 電圧 V dが 5 V , 4 Vおよび 2 Vの静電力 F sを加えて示してある。 バイアス電圧 V bとして 2 Vを電極 6 0および 6 2、 6 4および 6 6の間に印加すると、 中間 位置 P 3においては 5 Vの駆動電圧 V dを印加することにより駆動 電圧 V dが 7 Vのときの静鼋カ F sが得られる。 したがって、 5 V の駆動電圧 V dでスイ ッチング部 3 0を駆動することができる。 ま た、 第 1の位置 P 1 または第 2の位置 P 2においては、 バイアス電 圧 V bが 2 Vの静電力 F sよ りもばね力 F gの方が大きくなるので、 5 Vの駆動電圧 V dをオンオフするだけでスィ ツチング部 3 0を駆 動することができる。 また、 2つの電極ペア E 1および E 2に同じ バイアス電圧 V bを印加するので、 中間位置 P 3ではバイアス電圧 V bによる静電力 F sがつりあい、 中間位置 P 3が変動することは 少ない。 一方、 いずれかの位置に向かってスイ ッチング部 3 0が移 動を開始すると他方の電極ペアの間隔は広くなり、 静電力 F sが距 離の二乗に反比例して減少する。 したがって、 いったん何れかの電 極ペアの方向にスィ ツチング部 3 0が移動を開始すると、 他方の電 極ペア間のバイァス電圧 V bによる影響はほとんど生じない。

このようなバイアス電圧 V bは、 スイ ッチング部 3 0と共に移動 する第 2の電極ペア E 2のベース電極 6 2 と、 第 1の電極ペア E 1 のベース電極 6 4に共通の電位を印加しておく ことにより供給でき る。 さらに、 駆動電圧 V dと同極性のバイアス電圧を印加するには- 駆動電圧の基準電圧よ りも低い電圧、 例えば基準電圧が 0 Vである ときに一 2 Vをバイアス電圧 V bとしてベース電極 6 2および 6 4 に共通に印加しておく ことにより実現できる。

バイァス電圧 V bを更に上げて 4 Vのバイァス電圧 V bを印加す ることも可能である。 この場合、 3 Vの駆動電圧 V dを印加するこ とにより 7 Vの静電力 F sを得ることが可能であり、 スイ ッチング 部 3 0を 3 Vの駆動電圧 V dで駆動することができる。 中間位置 P 3では、 バイアス電圧 V bが 2つの電極ペア間でつりあっているの で、 3 Vの静電力 F sのみが有効であるが、 ばね力 F gが 0である のでスィ ッチング部 3 0は移動を開始し、 いつたん移動を始めると 上述したように他の電極ペアのバイアス電圧 V bの影響はほとんど なくなるので、 ばね力 F gと安定点が生ずることなく、 スムーズに スィ ツチング部 3 0を移動できる。

一方、 第 1の位置 P 1あるいは第 2の位置 P 2においては、 4 V のバイアス電圧 V bによる静電力 F sの方がばね力 F gよりも強く なるので、 駆動電圧 V dをオフにしてもスイ ッチング部 3 0は移動 を開始しない。 したがって、 この場合は、 クロック信号と同期して バイアス電圧 V bを 0 Vまたはばね力 F gが勝る 2 Vに減らす必要 がある。 そして、 4 Vのバイアス電圧 V bをクロック信号と同期し て増減することにより、 3 Vの駆動電圧 V dを交互に第 1および第 2の電極ペアに与えることによりスィ ツチング部 3 0を駆動するこ とができる。 したがって、 本例のスイ ッチング素子 1 においては、 上記の実施の形態で説明した最も一般的に採用される 5 0 Vという 高電圧の駆動電圧を 3 Vという半導体回路で使いやすい電圧レベル まで低減することができる。 このため、 制御部 7 0の回路規模を非 常に縮小することが可能となり、 また、 消費電力も大幅に低減でき る。

第 1 5図に、 本例のスィ ツチング素子 1のスィ ツチング部 3 0を 駆動電圧 V dおよびバイアス電圧 V bを用いてスイ ッチング部 3 0 を制御する様子をタイ ミ ングチャートを用いて示してある。 時刻 t 1 1にバイアス電圧 V bが 4 Vから 2 Vに減り、 スイ ッチング部 3 0を第 2の位置 P 2に向かって駆動する第 2の電極ペア E 2の駆動 電位 V d 2をオフ （ 3 Vから 0 V ) にすると、 第 2の電極ペア E 2 の全電圧は 7 Vから 2 Vに減少する。 したがって、 ばね力 F gが静 電力 F sよりも大きくなるので、 スイ ッチング部 3 0が第 2の位置 P 2から中間位置 P 3に向かって移動する。 時刻 t 1 2に、 スイ ツ チング部 3 0を第 1の位置 P 1 に向かって駆動する第 1の電極ペア E 1の駆動電位 V d 1がオン （ 0 Vから 3 V ) になり、 バイアス電 — 圧 V bが 4 Vになると、 第 1の電極ペア E 1の全電圧は 7 Vとなり、 スイ ッチング部 3 0は第 1の位置 P 1 に移動して、 その位置で保持 される。 このとき、 バイアス電圧 V bによって、 第 2の電極ペア E 2の全電圧が 4 Vになるが、 第 2の電極ペア E 2の間隔が広く開い ているので、 その静電力 F sはほとんど無視できる状態となる。 時刻 t 1 1から 1 クロック後の時刻 t 1 3にバイアス電圧 V bが 4 Vから 2 Vに減り、 第 1の電極ペア E 1の駆動電圧 V d 1がオフ になると、 スイ ッチング部 3 0は第 1の位置 P 1から中間位置 P 3 に向かって移動を開始する。 そして、 時刻 t 1 4に第 2の電極ペア E 2の駆動電圧 V d 2がオンになり、 バイアス電圧 V bが 4 Vにな ると、 第 2の電極ペア E 2の全電圧は 7 Vとなるので、 スイ ッチン グ部 3 0は第 2の位置 P 2に動いて保持される。

さらに、 時刻 t 1 3から 1 クロック後の時刻 t 1 5にバイアス電 圧 V bが減り、 駆動電圧 V d 2がオフになり、 それに続いて駆動電 圧 V d 1がオンになるとスイ ッチング部 3 0は第 2の位置 P 2から 第 1の位置 P 1に移動する。 この状態で、 時刻 t 1 5から 1 クロヅ ク後の時刻 t 1 6にバイアス電圧 V bが減っても、 駆動電圧 V d 1 がオンの状態だと、 第 1の電極ペア E 1の全電圧は 5 Vに維持され るので、 スイ ッチング部 3 0は第 1の位置 P 1 に保持された状態と なる。 逆に、 時刻 t 1 7に駆動電圧 V d 1がオフになり、 駆動電圧 V d 2がオンになってスイ ッチング部 3 0が第 2の位置に動いた後、 クロック周期で時刻 t 1 8および時刻 t 1 9 にバイアス電圧 V bが 4 Vから 2 Vに減っても駆動電圧 V d 2がオンになっているのでス イ ッチング部 3 0は第 2の位置 P 2に保持される。 そして、 時刻 t 2 0に駆動電圧 V d 2がオフになり、 駆動電圧 V d 1がオンになる とスイ ッチング部 3 0は第 2の位置 P 2から第 1の位置 P 1に移動 する。 このように、 本例のスイ ッチング素子 1 においては、 駆動電圧 V dを 0— 3 Vで変化させることによ り、 スィ ツチング部 3 0を駆動 することができる。 また、 バイアス電圧 V bも 2— 4 Vの範囲をク ロック周期で変化させるだけでよい。 したがって、 本例のスィ ッチ ング素子 1はスイ ッチング部 3 0を駆動するための電圧を大幅に低 減することができ、 通常のバッテリの電源レベルで駆動することが 可能となる。 さらに、 これに共ない、 図 1 に示した複数のスィ ッチ ング素子をアレイ状に配置した画像表示装置もバッテリの電圧レべ ルの電圧で駆動することができる。 このように駆動電圧を下げるこ とによ り、 制御回路で制御可能な電圧レベルを下げることができ、 また、 耐電圧特性も低くて良いので、 スイ ッチング素子およびこれ を用いた画像表示装置を従来の半導体集積回路で直接駆動すること も可能となる。 また、 電源電圧が低くてよいので、 消費電力も大幅 に低減できる。 一方、 スイ ッチング素子としての性能、 例えば、 ョ —ク 5 0の弾性係数、 スイ ッチング素子の移動距離、 さらには、 ス イ ッチング部 3 0をオン位置で保持する能力などをそのまま維持す ることができる。 したがって、 コン トラス トが高く、 高速で安定し た動作ができるスイ ッチング素子を低コス トで供給することができ る。 また、 このスイ ッチング素子をアレイ状に配置することにより- 解像度が高く、 明るい画像を高速で表示でき、 低消費電力の画像表 示装置を低コス トで提供することができる。

なお、 このような駆動制御は、 エバネセン ト波を利用した光スィ ツチング素子に限らず、 他の、 スイ ッチング部となる平面要素を平 行に動かす空間光変調装置、 さらには、 マイクロ ミラ一デバイスの ように平面要素の角度を変えて光をオンオフする空間光変調装置な ど、 スイ ッチング部の位置を変えて入射光を変調したり、 偏光方向 あるいは反射光の位相を変化させるなどのさまざまなタイプの空間 光変調装置に適用できる。 スィ ッチング部の姿勢制御

〔第 2の実施の形態〕

第 1 6図に、 上記と異なる光スイ ッチング素子 1 を示してある。 本例の光スイ ッチング素子 1 も、 エバネセン ト波を利用した光スィ ツチング素子である。 上記と共通する部分については同じ符号を付 して説明を省略する。 本例の光スイ ッチング素子 1 も、 第 1 6図 ( a ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0の抽出面 3 2が全反射面 2 2 と平行な向き （第 1の方向） で接近あるいは密着してエバネセ ン 卜光を抽出できる位置 （第 1の位置） になると、 導光部 2 0から 入射光 1 0がスイ ッチング部 3 0に抽出される。 そして、 マイクロ プリズム 3 4によりほぼ垂直な出射光 1 1 となり出力される。 第 1 6図 （ b ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0が第 1の位置から離 れ、 抽出面 3 2が全反射面 2 2から離れた位置 （第 2の位置） にな ると、 入射光 1 0は全反射面 2 2で全反射され導光部 2 0からエバ ネセン ト光として抽出されず、 出射光 1 1は得られない。

光スィ ッチング素子のスィ ッチング部の動きは駆動部 4 0のパネ 部材であるヨークと電極を用いた静電駆動手段によって制御される が、 本例の光スイ ッチング素子においてはスイ ッチング部がその中 心に対して非対称な動きを行うようになっている。 このため、 図面 上の左右に配置されたヨーク 5 0 とヨーク 5 2の材質、 厚み、 幅な どが変えられている。

第 1 7図にはヨーク 5 0および 5 2の幅が異なる例である。 第 1 7図は、 スイ ッチング部 3 0を下 （駆動部 4 0の方向） から見た様 子であり、 略直方体状の対称な形状のスイ ッチング部 3 0は、 その 立体中心点 （体心） 1 4 aに対して対称な 4方向に放射状に延びて いるヨーク 5 0および 5 2によりボス ト 4 4から支持されている。 光スィ ツチング素子 1の体心 1 4 aを通り図面の上下に延びる方向 に立体中心線 1 4を仮定すると、 この立体中心線 1 4の図面上の左 側の区画 1 2 aと右側の区画 1 2 bに配置された各々 2本のヨーク 5 0 とヨーク 5 2は材質および厚みは同じで、 幅が変えられている ( すなわち、 ヨーク 5 0の幅 Wがヨーク 5 2の幅 Wよ りも狭くなつて いる。 このため、 駆動部 4 0の一部として弾性的にスイ ッチング部 3 0を支持するヨーク 5 0 とヨーク 5 2は、 その弾性力、 すなわち、 バネ係数が異なり、 左側の区画 1 2 aの弾性力が右側の区画 1 2 b の弾性力より も弱くなる。 したがって、 本例の光スイ ッチング素子 においては、 スイ ッチング部 3 0が立体中心線 1 4の左右で異なつ た弾性定数のヨーク （支持部材） 5 0および 5 2で支持されている ₍ 一方、 スィ ッチング部自体は左右の形状が対称なので体心 1 4 aと 重心 1 4 bの位置は一致している。 このため、 スイ ッチング部 3 0 は重心 1 4 bに対し左右で非対称な弾性定数を備えた支持部材によ つて支持されていることになり、 駆動部 4 0の静電駆動手段である 電極 6 2および 6 0に電力を供給して静電力でスィ ツチング部 3 0 を駆動すると、 左右でアンバランスな力がスイ ッチング部 3 0に作 用する。 この結果、 スイ ッチング部 3 0は全反射面 2 2に対し水平 に動かず、 傾いた状態で移動する。

第 1 8図に、 本例のスィ ツチング部 3 0が傾いた状態で移動する 様子を段階的に示してある。 第 1 8図 （ a ) は第 1 6図 （ a ) に示 したスィ ツチング部 3 0が第 1の位置にある状態を示しており、 こ の第 1の位置では、 スイ ッチング部 3 0の抽出面 3 2が導光部 2 0 の全反射面 2 2に接し、 第 1の方向 A、 すなわち、 本例においては 図面の上方を向き、 光スィ ツチング素子 1は出射光を出力するオン 状態になっている。 この第 1の位置においては、 駆動部 4 0の電極 6 2および 6 0に対して電源部 6 1から電力は供給されておらず、 スイ ッチング部 3 0はヨーク 5 0および 5 2の発生する弾性力によ つて導光部 2 0の全反射面 2 2に押し付けられ、 抽出面 3 2 と全反 射面 2 2がほぼ密着した状態となっている。

次に、 第 1 8図 （ b ) に示すように、 電源部 6 1をオンし、 駆動 部 4 0の電極 6 2 と電極 6 0に電力を供給するとこれらの電極 6 2 および 6 0の間に静電力が働きスィ ツチング部 3 0が基板 7 0の電 極 6 0に引寄せられる。 本例においては、 スイ ッチング部 3 0の電 極 6 2および基板 7 0の電極 6 0の面積、 形状および間隔は立体中 心線 1 4に対し対称に分布しているので、 左右対称な静電力がスィ ツチング部 3 0に作用する。 しかしながら、 静電力に対抗するよう に働く ヨーク 5 0および 5 2の弾性力は、 上述したようにヨーク 5 0および 5 2の幅が異なるので左右で弾性係数が異なり、 発生する 弾性力も異なる。 この結果、 スイ ッチング部 3 0に作用する駆動力 の分布は立体中心線 1 4の左右で異なり、 第 1 8図 （ b ) に示した スィ ツチング部 3 0を第 1の位置から第 2の位置に移動する過程の 移動初期においては左側の区画 1 2 aの駆動力が右側の区画 1 2 b の駆動力よ りも大きくなる。 したがって、 スイ ッチング部 3 0の左 側の区画 1 2 aの方が先に移動を開始し、 これに続いて右側の区画 1 2 bが移動を開始し、 移動初期において抽出面 3 2が第 1の方向 Aに対し傾いた状態となる。

抽出面 3 2が傾いた状態で移動を開始すると、 第 1 8図 （b ) に 示すように、 抽出面 3 2はその左側から徐々に全反射面 2 2から剥 離し、 抽出面 3 2 と全反射面 2 2 との間に空間 1 7が形成される。 そして、 この空間 1 7にスイ ッチング部 3 0の周囲の流体、 本例に おいては空気 1 6が流入し、 スイ ッチング部 3 0が第 2の位置に向 かって第 1の方向 Aと反対側の矢印 Xの方向に移動を開始する。 そ して、 スイ ッチング部 3 0が移動すると、 空間 1 7は徐々に右側に 広がりながら大きくなり、 その空間 1 7に徐々に空気 1 6が流入す る。 このように、 抽出面 3 2が傾いた状態で移動が開始されると、 初期に全反射面 2 2 との間に形成される空間の体積は非常に小さく、 そこに流入する空気の量も少なくて済むので空気抵抗は非常に小さ い。 これに対し、 抽出面 3 2を第 1の方向 Aに向けて全反射面 2 2 と平行な状態に保ったまま移動を開始すると、 移動初期に抽出面 3 2の全体が剥離するために形成される隙間が非常に大きくなり、 流 入する空気の量も多くなる。 したがって、 空気の抵抗は非常に大き い。 このため、 本例のように、 移動初期に抽出面 3 2の向きを第 1 の方向 Aに対し傾けることにより、 空気抵抗を減少することが可能 であり、 移動初期における駆動力が小さ くて済み、 移動が開始され るまでの時間を短縮することができる。

特に、 本例のエバネセン ト光を利用した光スィ ツチング素子 1 に おいては、 抽出面 3 2 と全反射面 2 2 との間に若干の隙間が生じ、 さらに抽出面 3 2の角度が変わるとエバネセン ト光の抽出量が極端 に低下すると共に出射光の方向も変わる。 したがって、 出射光が所 定の方向に出力されるオンの状態から出射光が出力されない、 ある いは出射光の方向が変わるオフの状態にすばやく変化する。 このた め、 移動初期に抽出面 3 2の角度を変えることにより、 オン状態か らオフ状態への移行速度を非常に速くすることができる。

スイ ッチング部 3 0は第 1 8図 （ b ) に示すように、 移動中も進 行方向 Xに対し傾いた状態となる。 したがって、 移動方向 Xに存在 する流体 （空気） に対し、 スイ ッチング部 3 0の底面、 すなわち、 電極 6 2は傾いた状態で進み、 空気 1 6はスイ ッチング部 3 0の電 極 6 2の進行方向に対し傾いた表面に沿ってスムーズに流れ空気抵 抗は小さい。 これに対し、 抽出面 3 2を第 1の方向 Aに保ったまま. 電極 6 2が進行方向 Xに垂直な状態で移動すると、 電極 6 2 と電極 6 0 との間で空気 1 6を圧縮するようになるので、 空気抵抗は大き い。 このように、 移動中においても、 スイ ッチング部 3 0の抽出面 3 2を傾けることにより、 空気抵抗を減らすことができ、 移動速度 を速くすることができる。

第 1 8図 （ d ) は、 先に第 1 6図 （ b ) で説明したスィ ツチング 部 3 0が基板 Ί 0の電極 6 0にもつとも接近して停止した第 2の状 態を示しており、 本例の光スイ ッチング素子 1においては、 この第 2の位置でスィ ツチング部 3 0の抽出面 3 2は第 1の位置と同様の 方向 Aを向く ようになつている。 しかしながら、 第 1 8図 （ c ) に 示すように、 スイ ッチング部 3 0が停止直前の移動末期においても、 抽出面 3 2は第 1の方向 Aに対し傾いている。 このため、 電極 6 2 と電極 6 0 との間の空間は、 立体中心線 1 4に対し左側の区画 1 2 aの側から徐々に小さくなる。 したがって、 電極 6 2 と電極 6 0 と の間の空気は空間 1 7が斜めに徐々に狭くなるので、 右側の区画 1 2 bの方向にスムーズに流れ、 電極 6 2 と電極 6 0 との間から放出 される。 この結果、 移動末期においても電極 6 2 と電極 6 0 との間 にある流体 （空気） 1 6による抵抗は非常に小さくなり、 スィ ッチ ング部 3 0は第 2の位置にすばやく到達する。 また、 移動末期にお いてスイ ッチング部 3 0が空気抵抗を受け難いので安定した位置に 停止する。

本例の光スィ ツチング素子 1は、 電源部 6 1 をオフすることによ り、 電極 6 2および 6 0の間の静電力がなくなるので、 駆動部 4 0 のヨーク 5 0および 5 2の弾性力でスィ ツチング部 3 0が第 1 8図 ( d ) に示した第 2の位置から、 図 1 8図 （ a ) に示した第 1の位 置に移動する。 この際は、 右側の区画 1 2 bのヨーク 5 2の弾性力 が左側の区画 1 2 aのヨーク 5 0の弾性力よ りも大きくなるので、 スイ ッチング部 3 0に対しては右側に大きな駆動力が作用する。 し たがって、 抽出面 3 2が第 1の方向 Aに対し図面の左側に傾いた状 態で移動を開始し、 第 1 8図 （ a ) ないし （ d ) に示した状態を逆 の順番で迪り第 2の位置から第 1の位置に移動する。 このため、 ス イ ッチング部 3 0が第 2の位置から第 1の位置に移動する際もスィ ツチング部 3 0の周囲に存在する気体の抵抗を抑制することができ、 移動速度を向上することができる。 このように、 本発明の光スイ ツ チング素子 1は、 オンオフ動作 （変調動作） の際に、 いずれの方向 に移動するときもスィ ツチング部 3 0が第 1の方向 Aに対し傾いて 剥がれ始め、 傾いた状態で移動し、 さらに傾いた状態から第 1の方 向 Aに向きながら停止する。 このため、 いずれの状態でもスィ ッチ ング部 3 0が受ける空気 1 6の抵抗を小さ くすることができ、 高速 で移動し、 応答速度の速い光スイ ッチング素子、 すなわち、 空間光 変調装置を提供することができる。

第 1 9図に、 本例の光スイ ッチング素子 1の移動時間を、 スイ ツ チング部 3 0が傾かずに移動する光スィ ツチング素子の移動時間と 比較して示してある。 第 1 9図 （ a ) は、 スイ ッチング部 3 0が第 1の位置から第 2の位置、 すなわち、 オン状態からオフ状態に切換 わる際の電極 6 0 と電極 6 2の距離 （間隔） dと、 切換え所要時間 (経過時間） Tとの関係を示してある。 スイ ッチング部 3 0の抽出 面 3 2が常に第 1の方向 Aを向いて移動し、 電極 6 2が電極 6 0に 対し常に平行に移動する場合は、 スイ ッチング部 3 ◦に対し先に式 ( 2 ) に示した静電力 F s と、 先に式 （ 1 ) に示したヨーク 5 0お よび 5 2の弾性力 F gと、 さらに、 空気の抵抗力 F aが主に作用し、 一点鎖線 9 1 aに示すようなカーブを描いて移動する。

これに対し、 本例の光スイ ッチング素子 1 においては、 空気の抵 抗カ； F aが上述したように削減されるので、 静電力 F sが大きくス イ ッチング部 3 0に作用する。 その結果、 実線 9 0 aに示すように、 絰過時間 Tが Δ Τ 1 ( t 2 - t 1 ) ほど短縮され、 スイ ッチング部 3 0の移動速度、 すなわち、 応答速度が向上する。

第 1 9図 （ b ) は、 第 2の位置から第 1の位置、 すなわち、 オフ 状態からオン状態に切換わる際のスィ ッチング部 3 0の移動経過を 示してある。 第 2の位置から第 1の位置に移動する間は、 上述した ように静電力 F sは作用せず、 スィ ツチング部 3 0に対してはョー ク 5 0および 5 2の弾性力 F gと、 空気抵抗 F aが作用する。 そし て、 スィ ツチング部 3 0の向きを第 1の方向 Aに保ったまま移動す る場合は、 空気抵抗 F aが大きく作用し、 一点鎖線 9 1 bのように スイ ッチング部 3 0が移動する。 これに対し、 本例の光スィ ッチン グ素子 1においては、 空気抵抗 F aが削減されているので、 実線 9 O bに示すように Δ Τ 2 ( t 5 - t 4 ) ほど速く移動できる。 した がって、 本例の光スイ ッチング素子 1は、 オンからオフに移動する 速度も、 オフからオンに移動する速度も速くなり、 全体の応答速度 を向上することができる。

このように、 スイ ッチング部 3 0を第 1の位置から第 2の位置、 あるいはその逆方向に移動するときに、 抽出面 3 2の向きを傾ける ことにより空気抵抗を小さ く し、 応答速度を速くすることができる < スイ ッチング部 3 0を傾けて移動するには、 上記のように、 スイ ツ チング部 3 0の重心 1 4 bに対し非対称な分布の駆動力を作用させ れば良く、 このため、 上記では、 重心 1 4 bを通る立体中心線 1 4 に対する左右に位置するヨーク 5 0および 5 2の幅を変えてそれそ れのヨークのばね係数を変え、 スイ ッチング部 3 0にヨーク 5 0お よび 5 2から印加される左右の弾性力の分布を非対称にしている。 ヨークのばね係数を変える要素はヨークの幅 Wだけに限定をされな いことはもちろんである。 例えば、 第 2 0図に、 ヨーク 5 0および 5 2の厚み Uを変えて、 ばね係数を調整することができる。 第 2 0 図に示した例では、 立体中心線 1 4の左側の区画 1 2 aに位置する ヨーク 5 0の厚み Uを右側の区画 1 2 bに位置するヨーク 5 2の厚 み Uより薄く してあり、 上記の例と同様にヨーク 5 0のばね係数が ヨーク 5 2のばね係数より も小さ くなるようにしている。 したがつ て、 第 2 0図に示した光スイ ッチング素子 1 においても、 スイ ッチ ング部 3 0は上記と同様に動き、 応答速度を速くすることができる ₍ さらに、 上記では、 ヨーク 5 0および 5 2の幅 Wあるいは厚み U によってヨークの断面積を変えることによってそれそれのヨーク 5 0および 5 2のばね係数を変えているが、 第 2 1図に示すようにョ —ク 5 0および 5 2の材質を変えてばね係数を変えることも可能で ある。 第 2 1図に示した光スィ ツチング素子 1 においては、 左側の 区画 1 2 aに位置するヨーク 5 0 と、 右側の区画 1 2 bに位置する ヨーク 5 2にばね係数の異なった材質、 例えば、 ボロン ド一プされ たシリコン膜であれば、 ボロンの濃度を変えたり、 あるいは、 他の 不純物を ドープすることによってばね係数を変えた部材を用いてい る。 もちろん、 シリコン膜の代わりに、 有機性樹脂の薄膜などをば ね係数の異なるヨークの材料として採用することも可能である。

また、 第 2 2図に示すように、 一方のヨークに材質の同じ薄膜、 あるいは材質の異なる薄膜を貼り付けることによつても左右のョ一 ク 5 0および 5 2のばね係数を変えることができる。 第 2 2図に示 した光スィ ツチング素子 1 においては、 右側の区画 1 2 bに位置す るヨーク 5 2を材質の異なる 2つの層 5 2 aおよび 5 2 bによって 形成しており、 他方の区画 1 2 aに位置するヨーク 5 0は 1つの材 質によって形成している。 このような方法によっても左右に配置さ れたヨーク 5 0および 5 2のばね係数を調整することが可能であり 上述したように、 スイ ッチング部 3 0を傾いた状態で移動させるこ とができる。

さらに、 上記では、 ヨーク 5 0および 5 2のばね係数を変えるこ とにより、 スイ ッチング部 3 0に印加される弾性力の分布を非対称 にしているが、 ヨーク 5 0および 5 2の配置を左右で変え、 スイ ツ チング部 3 0の重心 1 4 bの周囲のばね常数の分布を非対称にする ことも可能である。

第 2 3図は、 先に説明した第 1 7図に対応する図面であり、 本例 の光スィ ツチング素子 1 においては、 立体中心線 1 4の左側の区画 1 2 aに 1本のヨーク 5 0を配置し、 右側の区画 1 2 bに 2本のョ —ク 5 2を配置してある。 このようなヨーク 5 0および 5 2の配置 を採用すると、 右側の区画 1 2 bの方がヨーク 5 2の本数が多く、 弾性力が大きくなる。 したがって、 左右の弾性力の分布がアンバラ ンスになるので、 上述した例と同様にスイ ッチング部 3 0は第 1の 位置の向き （第 1の方向） に対し傾いた状態で移動し、 空気抵抗を 小さ くすることができる。

第 2 4図には、 立体中心線 1 4の左側の区画 1 2 aにはヨークを 配置せず、 右側の区画 1 2 bにのみヨーク 5 2を配置してスィ ツチ ング部 3 0を支持した例を示してある。 この光スイ ッチング素子 1 においては、 スイ ッチング部 3 0が右側の区画 1 2 bでのみ弾性的 に支持されるので、 立体中心線 1 4に対し非対称な駆動力がスイ ツ チング部 3 0に作用する。 したがって、 上記と同様に移動の初期、 間および末期においてスィ ツチング部 3 0は傾いた状態となり、 移 動中の空気抵抗を削減できので、 応答速度の速い光スィ ツチング素 子 1 を提供することができる。

この第 2 4図では、 立体中心に対して片側の区画 1 2 bにのみョ ークを配置しているが、 ヨーク 5 0あるいは 5 2の本数、 形状およ び材質などは上記にて説明したものに限定されることはなく、 例え ば 1本のヨークでスィ ツチング部 3 0を支持することも可能である _c 第 2 5図および第 2 6図はその一例であり、 第 2 4図とは反対側の 区画 1 2 aに設けられた 1本のヨーク 5 0によってスイ ッチング部 3 0が支持されている。 この例でも、 立体中心線 1 4に対し非対称 な駆動力が作用し、 スイ ッチング部 3 0は移動中に傾いた状態とな る。

なお、 上記においては、 第 1 6図 （ b ) あるいは第 1 8図 （ d ) に示すように、 スィ ツチング部 3 0が電極 6 0にもつとも近づいた 第 2の位置において電極 6 2 と電極 6 0が平行になり、 抽出面 3 2 が第 1の位置の向き Aと略同じ方向を向いて停止する例を示してあ る。 しかしながら、 第 2の位置において抽出面 3 2が第 1の方向 A に対し傾いた状態とすることも有効である。

第 2 7図は、 スイ ッチング部 3 0が移動末期に傾いた状態となり、 そのままの状態でヨーク 5 2の弾性力 F gと、 電極 6 2および 6 0 によって生ずる静電力 F s とがつりあい停止する例を示してある。 すなわち、 本例の光スィ ツチング素子 1のヨーク 5 0および 5 2は、 左側の区画 1 2 aのヨーク 5 0のばね係数が、 右側の区画 1 2 の ヨーク 5 2のばね係数より も小さく、 静電力 F sが働いたときに、 左側の区画 1 2 aにおいてはスィ ツチング部 3 0の電極 6 2が電極 6 0の近傍に達しス ト ツパ 6 5で停止しているのに対し、 右側の区 画 1 2 bでは電極 6 2が電極 6 0の近傍に達しないところで力がつ りあっている。 したがって、 スイ ッチング部 3 0は傾いた状態で停 止している。

このような傾いた状態で停止していると、 移動末期に傾いた状態 から電極 6 2が電極 6 0 と平行な位置になるまで移動する時間を省 く ことができ、 また、 逆に移動初期に電極 6 2が電極 6 0から傾い た状態で剥離する時間も省く ことができる。 さらに、 第 2の位置で は、 抽出面 3 2の向きが全反射面 2 2 と平行である必要はなく、 光 スィ ツチング素子 （空間光変調装置） としての性能上はまったく問 題がない。 そして、 スイ ッチング部 3 0は移動を開始するとすでに 傾いた状態になっているので、 空気抵抗が少なくでき高速に移動で きる。 このように、 第 2の位置においてスイ ッチング部 3 0を傾い た状態にすると、 移動中の空気抵抗を削減できると共に、 スィ ッチ ング部 3 0の姿勢を変える時間も省く ことが可能であり、 さらに応 答時間を短縮し、 非常に高速で動作可能な光スィ ツチング素子を提 供することができる。

第 2 8図に示した光スイ ッチング素子 1 も、 第 2の位置において スイ ッチング部 3 0が傾いた状態で停止するようになつている。 こ のため、 本例の光スイ ッチング素子においては、 第 2の位置でスィ ツチング部 3 0を支持する左右のス ト ヅ パ 6 5 aおよび 6 5 bの高 さを変え、 スィ ヅチング部 3 0の立体中心線 1 4の左右でスィ ツチ ング部 3 0の移動可能な間隔を非対称にしている。 このように高さ の異なるス ト ツバ 6 5 aおよび 6 5 bを設けることにより、 スィ ヅ チング部 3 0の電極 6 2の右側の部分は、 先にス トツパ 6 5 bに当 たって停止し、 傾いた状態となる。 したがって、 ヨーク 5 0および 5 2あるいは電極 6 2および 6 0が左右対称な分布となっていても 第 2の位置ではスイ ッチング部 3 0は傾いた状態となり、 この状態 から移動開始するとき、 あるいはこの状態に停止する移動末期にお ける空気の抵抗を少なくすることができる。 したがって、 スィ ッチ ング部 3 0の移動時間を短縮でき、 応答速度の速い光スィ ツチング 素子を提供することができる。 なお、 上記に示した例でも同様であ るが、 これらのス ト ツバ 6 5 aあるいは 6 5 bは、 スイ ッチング部 の電極 6 2が基板の電極 6 0に直に接触するのを防止する度当たり となり、 それそれの電極が接触して短絡したり、 あるいは、 電荷に よる吸着が発生してはがれなくなるのを防止する機能も備えている c 第 2 9図には、 基板の電極 6 0の一方の側にのみス ト ヅ パ 6 5 c を設けた光スイ ッチング素子 1 を示してある。 上記のように、 ス ト ッパ 6 5の高さをスィ ッチング部 3 0の重心 （立体中心線） の左右 で非対称にする代わりに、 ス ト ツバ 6 5の配置を立体中心線 1 4の 左右で非対称にすることによつても、 第 2の位置でスイ ッチング部 3 0を傾いた状態で停止できる。 ス ト ッパ 6 5の分布を非対称にす る場合は、 電極 6 2 と電極 6 0が接触する可能性があるので、 本例 においては、 電極 6 2の外面を絶縁部材の層 6 9でコ一ティ ングし て電極 6 2 と電極 6 0が直に接触することがないようにしている。

〔第 4の実施の形態〕

以上の例では、 スイ ッチング部 3 0に対し、 その重心に対し非対 称な駆動力を作用させ、 スイ ッチング部 3 0を傾けた状態で移動す るために、 ヨーク 5 0あるいは 5 2のばね係数、 配置などを変えて 重心に対する弾性力の分布を制御しているが、 逆に、 スイ ッチング 部 3 0の重心 1 4 bの位置を非対称な位置に移動することによって 重心 1 4 bの周りの駆動力の分布を非対称にすることも可能である ₍ 第 3 0図に、 スイ ッチング部 3 0の立体中心線 1 4の左側の区画 1 2 aに重り （バランサ） 3 1 を追設して重心 1 4 bを左側の区画 1 2 aに移設した光スィ ヅチング素子 1 を示してある。 本例の光ス イ ツチング素子 1においては、 重心 1 4 bが体心 1 4 aを通る立体 中心線 1 4から左側にずれているので、 左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bの質量が異なる。 したがって、 スイ ッチング部 3 0が鉛直方向 に移動するように配置されているのであれば、 この左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bの質量の相違は、 重力加速度の相違、 すなわち重量 相違として作用する。 このため、 左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bに 同じ弾性力 F eおよび静電力 F sが作用しても左の区画 1 2 aが重 いので上記の実施の形態と同様にスィ ツチング部 3 0は傾いて移動 する。 一方、 スイ ッチング部 3 0が水平方向に移動するように配置 されているのであれば、 弾性力 F eおよび静電力 F sの作用する質 量が相違するので、 移動するときの加速度が異なる。 したがって、 この場合でもスィ ツチング部 3 0は傾いた状態で移動する。

このように、 本例の光スイ ッチング素子 1においても、 スィ ヅチ ング部 3 0は移動初期、 移動中および移動末期において傾いた状態 で移動するのでスィ ツチング部 3 0の周囲の流体 （多くは空気であ り、 もちろん窒素などの不活性気体であってももちろん良い） から 受ける抵抗力を削減することができる。 したがって、 上記の実施の 形態と同様に応答速度のさらに速い光スィ ツチング素子を提供する ことができる。 〔第 5の実施の形態〕

さらに、 静電力 F sの分布を調整してスィ ツチング部 3 0に対す る駆動力の分布を重心 1 4 bに対し非対称にすることも可能であり、 これによりスィ ツチング部 3 0を傾けて移動させることができる。 静電力 F sは、 先に式 （ 2 ) で示したように、 電極の面積および電 圧 Vに比例し、 電極間の距離の二乗に反比例するので、 これらの要 素のいずれかについて、 その重心 1 4 bの周りの分布を非対称にす ることにより非対称な静電力を得ることができる。

第 3 1図は、 先に示した第 1 7図に対応する図面であり、 スイ ツ チング部 3 0の下面 3 7に設けられた電極 6 2の形状を立体中心線 1 4の左右でアンバランスにして重心 1 4 bに対し非対称な静電力 F sが得られるようにしている。 すなわち、 本例の電極 6 2は、 左 側の区画 1 2 aの面積が右側の区画 1 2 bの面積に対して広いほぼ 台形状となっている。 したがって、 左側の区画 1 2 aで発生する静 電力が右側の区画 1 2 bで発生する静電力より大きい。 このため、 スイ ッチング部 3 0を静電力を用いて第 1の位置から第 2の位置に 移動するときに静電力の大きな左側の区画 1 2 aが先に移動を開始 し、 その結果、 スイ ッチング部 3 0は上記の実施の形態と同様に傾 いた状態で移動する。 一方、 第 2の位置から第 1の位置に移動する ときは、 本例の光スィ ッチング素子 1では静電力が作用しないので ヨーク 5 0および 5 2による弾性力が左右の区画で一定であるとす ると略平行な状態でスィ ヅチング部 3 0は移動する。

なお、 スィ ッチング部の電極 6 2の形状がスィ ツチング部 3 0の 底面 3 7の形状に一致しないと、 電極 6 2に対し電力を供給する役 目を兼ね備えたヨーク 5 0および 5 2 との電気的な接続が取り難く なる。 このため、 本例においては、 スイ ッチング部 3 0の底面 3 7 の縁にそって接続用の電極 6 2 t を設けて電極 6 2 とヨーク 5 2 と を電気的に接続している。

第 3 2図に、 立体中心線 1 4の左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bで 電極 6 2の面積を変えた異なった例を示してある。 本例の光スイ ツ チング素子 1においては、 スイ ッチング部の電極 6 2がほぼ T字型 となっており、 左側の区画 1 2 aに底面 3 7 よりやや大き目のほぼ 長方形状の電極 6 2 aが設けられ、 これに接続するように、 右側の 区画 1 2 bにはそのほぼ中央に左側の電極 6 2 aの半分程度の面積 で方形の電極 6 2 bが設けられている。 本例に限らず、 電極 6 2が スイ ッチング部 3 0の立体中心線 1 4対し非対称で面積が異なるよ うな形状であれば、 左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bで生ずる静電力 の大きさが異なるので、 上記のようにスイ ッチング部 3 0を傾いた 状態で駆動することができる。 したがって、 空気抵抗が少なく、 応 答速度の速い光スィ ツチング素子を提供することができる。 もちろ ん、 スィ ッチング部の電極 6 2の代わりに、 基板の電極 6 0の形状 を変えることも可能であり、 あるいは両方の電極 6 2および 6 0の 形状を非対称にして静電力の分布を非対称にすることも可能である 第 3 3図に、 電極 6 2あるいは電極 6 0の形状を非対称にする代 わりに、 電極 6 2および電極 6 0 との間隔 dを立体中心線 1 4に対 し非対称にした例を示してある。 本例の光スィ ツチング素子 1にお いては、 左側の区画 1 2 aの電極 6 2 aの厚みに対し、 右側の区画 1 2 bの電極 6 2 bの厚みが大きくなつている。 したがって、 スィ ツチング部 3 0がオン状態の第 1の位置に居るときは、 右側の区画 1 2 bの電極 6 2 bと電極 6 0の間隔 dが、 左側の区画 1 2 aの間 隔 dよりも狭くなつている。 このため、 電極 6 2および電極 6 0に 電力が供給されると、 右側の区画 1 2 bの静電力の方が左側の区画 1 2 aの静電力より も大きくなる。 したがって、 本例の光スイ ッチ ング素子においては、 スイ ッチング部 3 0が第 1の位置から第 2の 位置に移動するときは、 上記の実施の形態と異なり、 右側の区画 1 2 bの側から剥離して傾いた状態で移動を開始する。

一方、 第 2の位置に到達した移動末期においては、 厚みの大きな 右側の電極 6 2 bの方が先に電極 6 0に当たり、 次に左側の電極 6 2 aが電極 6 0に当たつて停止する。 このため、 移動開始のときと は異なった向きに傾いてスイ ッチング部 3 0は停止する。 さらに、 この第 2の位置から第 1の位置に移動するときは、 静電力が切られ るので、 ヨーク 5 0および 5 2の弾性力によってスィ ツチング部 3 0が移動する。 この際、 第 2の位置においてスイ ッチング部 3 0は 傾いた状態になっているので、 移動初期および移動中も傾いたまま となり、 さらに、 第 1の位置に到達すると、 スイ ッチング部 3 0の 抽出面 3 2が導光部 2 0の全反射面 2 2に当たる。 このため、 抽出 面 3 2の向きは傾いた状態から全反射面 2 2に密着する向きに方向 を変え、 オン状態となる。

このように、 本例の光スイ ッチング素子 1は、 移動初期、 移動中 および移動末期において傾いた状態となり、 さらに、 第 2の位置に おいても傾いた状態で停止する。 したがって、 移動速度が速く、 ォ ン.オフの移動期間も短くなり、 応答速度の速い光スイ ッチング素子 を提供することができる。

なお、 本例においては、 電極 6 2の厚みを左右で変えて、 電極 6 2が電極 6 0に当たって停止するようにしている。 このため、 直に 電極 6 2 と電極 6 0が接触すると短絡などの問題があるので、 電極 6 2を絶縁部材 6 9でコーティ ングして直に接触するのを防いでい る。

第 3 4図に、 スィ ツチング部の電極 6 2の代わりに、 基板の電極 6 0の厚みを変えた例を示してある。 本例の光スィ ッチング素子 1 においては、 立体中心線 1 4の左側の区画 1 2 aの電極 6 0 aの厚 みに対し、 右側の区画 1 2 bの電極 6 O bの厚みを大きく してある, したがって、 図 1 6に基づき説明した例と同様に、 スイ ッチング部 3 0が第 1の位置にあるときは、 右側の区画 1 2 bの電極 6 0 と電 極 6 2の間隔 dが左側の区画 1 2 aよりも短くなり、 より大きな静 電力が発生する。 このため、 上記の例と同様にスイ ッチング部 3 0 は傾いて移動を開始する。

一方、 第 2の位置でスイ ッチング部 3 0が停止するときは第 3 4 図に示してあるように、 電極 6 0の高さが左右で異なるので、 この 電極 6 0にスィ ツチング部 3 0が当たって傾いた状態で停止する。 このため、 第 2の位置から第 1の位置に移動するときは、 本例でも スイ ッチング部 3 0は傾いた状態で移動し

、 いずれの方向でも空気による抵抗を削減し応答速度を改善するこ とができる。 〔第 6の実施の形態〕

上記の例では、 電極 6 2および 6 0の面積あるいは間隔を変えて 静電力の分布を非対称にしているが、 さらに、 静電力を印加する夕 ィ ミ ングを変えることにより、 スィ ツチング部 3 0の重心に対し非 対称な分布を持った駆動力を作用させることができる。

第 3 5図に、 立体中心線 1 4の左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bで 静電力を印加する夕イ ミ ングを変えられるようにスイ ッチング部 3 0の電極 6 2を左右 6 2 aおよび 6 2 bに分割した光スィ ツチング 素子 1を示してある。 本例においては、 電極 6 2が立体中心線 1 4 に沿って 2つの電極 6 2 aおよび 6 2 bに分割されており、 ここの 電極 6 2 aおよび 6 2 bは立体中心線 1 4に対し対称な形状になつ ている。 したがって、 ここの電極 6 2 aおよび 4 2 bに別々のタイ ミングで電力を供給することにより、 立体中心線 1 4に対し非対称 な分布を持つ駆動力をスイ ッチング部 3 0に作用させることができ る。

第 3 6図および第 3 7図に、 本例の光スィ ッチング素子 1の動作 を示してある。 また、 第 3 8図に、 それそれの電極 6 2 aおよび 6 2 bに電力を供給する電源部 6 1 aおよび 6 1 bの動作 （制御） を タイ ミ ングチャートを用いて示してある。 まず、 第 3 6図 （ a ) に 示すように、 左右の電極 6 2 aおよび 6 2 bに電源部 6 1 aおよび 6 1 bから電力が供給されていないときは、 駆動部 4 0のヨーク 5 0および 5 2によってスィ ツチング部 3 0は抽出面 3 2が全反射面

2 2に密着したオン状態 （第 1の位置） となっている。

次に、 時刻 t 3 1に電源部 6 1 aのスィ ッチが入り、 左側の区画 1 2 aの電極 6 2 aに電力が供給されると、 左側の区画 1 2 aでは 静電力が作用する。 時刻 t 1 2に静電力が適当な力に達すると、 第

3 6図 （ b ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0は傾いた状態で移 動を開始し、 抽出面 3 2が全反射面 2 2に対し斜めになつて隙間 (空間） 1 7が形成されオフ状態となる。 この空間 1 7は徐々に大 き くなるので空気 1 6がスムーズに流入し、 空気抵抗が少ない状態 でスィ ツチング部 3 0の移動が速やかに進む。

時刻 t 3 1 から時間 T 1 0だけ遅れた時刻 t 3 3に右側の区画 1

2 bの電極 6 2 bに電力を供給する電源部 6 l bがオンすると、 右 側の区画 1 2 bでも静電力がスィ ツチング部 3 0に作用する。 この 結果、 第 3 7図 （ a ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0は適当な 角度に傾いた状態で右側の部分にも剥離力が作用して、 角度を保つ た状態で第 2の位置に向かって移動を行う。 この移動中もスィ ッチ ング部 3 0は、 移動方向に対して傾いた状態となっているので、 空 気抵抗は少なく、 高速で移動することができる。 あるいは、 所定を 応答速度を得るために必要な静電力が小さくて良いので、 光スィ ッ チング素子 1 を駆動するために必要な電力消費を少なくすることが できるという効果もある。

第 3 7図 （ b ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0が電極 6 0に 接近して停止する第 2の位置に達すると、 第 3 7図 （ a ) から

( b ) に移行する移動末期においてスィ ッチング部 3 0が傾いた状 態から略平行な状態になり、 電極 6 0 と電極 6 2 との間の空気もス ムーズに排出される。 このように、 本例の光スイ ッチング素子 1 に おいても、 移動初期、 移動中および移動末期においてスイ ッチング 部 3 0が傾いた状態となるので、 応答速度をさらに向上でき、 ある いは、 光スイ ッチング素子の駆動電力を低減することも可能となる , スイ ッチング部 3 0が第 2の位置から第 1の位置に移動する際も- 時刻 t 1 4に右側の区画 1 2 bの電極 6 2 bに対する電力供給を遮 断すると、 右側の区画 1 2 bの静電力がなくなるので、 ヨーク 5 2 の弾性力によってスィ ツチング部 3 0が傾いた状態で移動を開始す る。 そして、 それから時間 T 1 1遅れた時刻 t 3 5に左側の区画 1

2 aの電極 6 2 aに対する電力供給も遮断すると、 スイ ッチング部

3 0は適当な角度に傾いた状態で第 2の位置から第 1の位置に移動 する。 そして、 時刻 t 3 6 にスイ ッチング部 3 0が第 1の位置に到 達し、 抽出面 3 2が全反射面 2 2に平行で密着した状態になると、 本例の光スィ ツチング素子 1は、 入射光を出射光として変調して出 力するオン状態になる。

このように、 本例、 および上記の実施の形態で説明した光スイ ツ チング素子 1は、 オンからオフ、 そしてオフからオンと空気中ある いは不活性ガス中などの流体中で高速で動かすことが可能であり、 真空にしなくても応答速度が速い、 あるいは低消費電力の空間光変 調装置を実現できる。

第 3 9図および第 4 0図は基板の電極 6 0を左右に分割した例を 示してある。 また、 これらの左右に分割した電極 6 0 aおよび 6 0 bに対し、 タイ ミングおよび電圧 Vを変えて電力を供給する様子を 第 4 1図のタイ ミングチャートを用いて示してある。 第 3 9図 ( a ) に示すように、 本例の光スイ ッチング素子 1においては、 電 極 6 0が立体中心線 1 4の左右の区画 1 2 aおよび 1 2 bの電極 6

0 aおよび 4 6 bに分離され、 互いに絶縁されており、 電源部 6 1 から個別に制御することにより双方の区画 1 2 aおよび 1 2 bで生 じる静電力を制御することができるようになつている。 このため、 電源部 6 1は、 左側の電極 6 0 aに接続されている電源ュニッ ト 6 1 aと、 右側の電極 6 0 bに接続されている電源ュニッ ト 6 1 bを 備えており、 さらに、 これらの電源ユニッ ト 6 l aおよび 6 l bか らそれそれの電極 6 0 aおよび 6 0 bに供給される電圧を制御する ことができるコン トロールュニッ ト 6 1 cを備えている。 本例の光 スィ ツチング素子 1 も上記の例と同様に、 電極 6 2および 6 0に電 力が供給されていない状態では、 ヨーク 5 0および 5 2の弾性力に よってスイ ッチング部 3 0は第 1の位置にあり、 オン状態となって いる。

時刻 t 4 1に、 電源ュニッ ト 6 1 aから左側の電極 6 0 aに電圧 V 1の電力が供給され、 電源ュニッ ト 6 1 bから右側の電極 6 0 b に電圧 V 2の電力が供給される。 この際、 左側の電極 6 0 aに供給 される電圧 V 1の値を、 右側の電極 6 0 bに供給される電圧 V 2よ りも高く設定しておく ことにより、 スィ ツチング部 3 0の左側の区 画 1 2 aで右側の区画 1 2 bよ りも大きな静電力が作用する。 その 結果、 スイ ッチング部 3 0の重心 1 4 bに対し左右で非対称な駆動 力が働くので、 第 3 9図 （ b ) に示すように、 スイ ッチング部 3 0 が回転しながら移動を開始し、 抽出面 3 2が傾きながら左側の区画 1 2 aの側から剥がれ始める。 したがって、 本例の光スイ ッチング 素子 1においても上記の各実施の形態と同様に空気抵抗が少なく、 スムーズにスイ ッチング部 3 0を移動させることができる。

さらに、 時刻 t 4 2に、 コ ン ト ロールユニッ ト 6 1 cにより、 電 源ュニッ ト 6 1 aおよび 6 1 bから左右の電極 6 0 aおよび 6 0 b に略同じ電圧 V 3の電力を供給するようにすると、 第 4 0図 （ a) に示すように、 適当な角度までスィ ツチング部 3 0が回転した状態 でスイ ッチング部 3 0が第 2の位置まで移動する。 そして、 第 4 0 図 （ b ) に示すように電極 6 2がス ト ヅパ 6 5 eに当たり、 第 2の 位置で停止する。 この移動末期においても、 上記の各実施の形態と 同様にスイ ッチング部 3 0は傾いた状態から平行な状態に回転し、 その間の空間の空気を速やかに排出して停止する。 また、 本例の光 スイ ッチング素子 1においては、 基板の電極 6 0 aおよび 6 0 bは. ス ト ツバとなる部分 6 5 eが突出した非平坦な形状に加工されてお り、 スィ ッチング部の電極 6 2が基板の電極 6 0 aあるいは 6 0 b に密着しないようになっている。

さらに、 スイ ッチング部 3 0を第 2の位置から第 1の位置に移動 するときは、 第 4 1図に示したように時刻 t 4 3に右側のベース電 極 6 0 bに対する電力供給を遮断し、 左側のベース電極 6 0 aに対 する電力を徐々に低下させることができる。 これにより、 右側の区 画 1 2 bにおいては、 ヨーク 5 2の弾性力によってスィ ツチング部 3 0がすく、に移動を開始し、 これに対し、 左側の区画 1 2 aにおい ては、 ベース電極 6 0 aと電極 6 2 との間に静電力が作用し、 徐々 にその力が低下していく ようになる。 したがって、 スイ ッチング部 3 0は第 2の位置から移動を開始するときも適当な角度まで回転し、 傾いた状態になった後に第 1の位置に向かって移動する。 したがつ て、 第 2の位置から第 1の位置に移動する際も、 空気抵抗が低減さ れ、 高速でスイ ッチング部 3 0を動かすことができる。

以上に説明した光スイ ッチング素子 1は、 入射光をオンオフ制御 可能な空間光変調装置としての機能を備えており、 これらの光スィ ッチング素子 1を単体で利用することはもちろん可能であり、 さら に、 アレイ状に配置して画像表示装置はもちろん、 光通信、 光演算- 光記録などの多種多様な分野に応用することができる。 そして、 ス イ ツチング部を移動する際にオン状態の向きから傾けることにより - スィ ツチング部の周囲の流体から受ける抵抗を大幅に低減すること ができる。 このため、 通常の空気中あるいは不活性ガス中などの雰 囲気で本発明の空間光変調装置は使用することが可能であり、 高速 動作が可能で、 応答速度が速く、 さらに信頼性の高い空間光変調装 置を得ることができる。 また、 逆に、 流体の抵抗を小さ くできるの で、 空間光変調装置を駆動するための電力消費を低減することがで ぎる。

なお、 このような姿勢制御は、 エバネセン ト波を利用した光スィ ツチング素子に限らず、 スイ ッチング部の抽出面に変わる平面要素 を動かすことにより干渉特性を変化させて入射光を変調したり、 偏 光方向あるいは反射光の位相を変化させるなどのさまざまなタイプ の空間光変調装置に適用できる。

また、 以上の例では、 薄膜材からなるヨークを弾性材として用い た例を説明しているが、 もちろん、 コイルばねなどの他の形状の弾 性材を採用することも可能である。 さらに、 駆動部として弾性的に 支持する支持部材 （ヨークあるいはパネ部材） と静電駆動手段との 組み合わせで説明しているが、 これらの他に、 スイ ッチング部を駆 動する動力としてピエゾ素子などの圧電素子を駆動源として用いる ことも可能である。 第 4 2図に、 ピエゾ素子 9 9 を用いた例を示し てある。 この光スィ ツチング素子 1では、 光スィ ツチング部 3 0 と してマイクロプリズムの代わりに複数の反射体を含んだ反射型の出 射体 3 6を採用している。 従って、 オン状態で抽出面 3 2によって 捉えられたエバネセン ト光は出射体 3 6で導光部 2 0の側に適度な 角度で散乱され、 広い視野角で見える画像を形成することができる < さらに、 本例の光スィ ツチング素子 1ではスィ ツチング部 3 0を 駆動する駆動部として静電力の代わりにピエゾ素子 9 9による電歪 力を用いている。 本例のピエゾ素子 9 9は、 分極方向が異なる 2層 を積層したバイモルフタイプであり、 電力を与えると湾曲した状態 から直線状態に延びてパネ部材であるヨーク 5 0を引っ張り、 光ス ィ ツチング素子 1 をオフ状態にできるようになっている。 一方、 電 力を与えないと湾曲した弾性力のある状態となり、 ヨーク 5 0の弾 性力と共に適当な力で光スイ ッチング部 3 0を導光部 2 0に向けて 押圧し、 コン トラス トの高い光スイ ッチング素子を実現できるよう になっている。

なお、 本発明に係る光スイ ッチング素子 1は、 導光部 2 0、 スィ ツチング部 3 0、 および駆動部 4 0が階層構造を成しているので、 上述した各々の実施の形態に係る光スィ ツチング部 3 0あるいは駆 動部 4 0を自由に組み合わせて用途に適した光スイ ッチング素子 1 を構成することができる。 また、 本発明の光スイ ッチング素子は、 画像表示装置に限定されるものではなく、 光プリンターのライン状 ライ トバルブ、 三次元ホログラムメモリ用の光空間変調器などその 応用範囲は非常に広く、 従来の液晶を用いた光スィ ツチング素子が 適用されている分野はもちろん、 液晶を用いた光スィ ツチング素子 では動作速度や光強度が不足する分野および応用機器に対して、 本 発明の光スイ ッチング素子は特に適している。 さらに、 本発明の光 スィ ツチング素子は微細加工が可能であるので、 従来の液晶の光ス イ ッチング素子よりも小型化、 薄型化を図ることができ、 高集積化 することも可能である。 以上に説明したように、 本発明の光スイ ッチング素子は、 光を全 反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部に抽出面を接し、 全反 射面から漏出するエバネセン ト光を捉えて画像を形成可能とするも のであり、 導光部、 反射型の光スイ ッチング部および駆動部を出射 方向に対しこの順番に積層することによ り、 抽出した光を光スイ ツ チング部で導光部の方向にほぼ垂直に反射し、 駆動部における光の 損失がない明るい光スィ ツチング素子を提供することができる。 さ らに、 このような積層構造を採用することによ り、 導光部、 光スィ ッチング部および駆動部の各々の階層を最適な構造にすることが可 能であり、 また、 機能あるいは構造の異なる階層を自由に組み合わ せることも可能となる。 特に、 駆動部で光スイ ッチング部の位置決 めを行い、 さらに弾性体であるパネ部材の設置スペースを設けるこ とによ り、 導光部をフラッ 卜な部材とし、 また、 光スィ ツチング部 の抽出面の面積を大きくすることができる。 従って、 開口率の大き な明る くコン トラス 卜の高い光スィ ヅチング素子を提供することが 可能となり、 本発明の光スイ ッチング素子を用いることにより、 画 質の良い画像が得られる画像表示装置を提供することができる。 また、 スイ ッチング部をオン位置で保持できる適当な範囲のバイ ァス電圧を加えることにより、 スイ ッチング部の特性を犠牲にする ことなく駆動電圧を低減できる。 さらに、 静電力を与える電極ペア を 2組も受けることにより、 駆動電圧を数分の 1から 1桁少ない電 圧、 あるいはそれ以下の電圧に低減することができる。 したがって、 高速でスイ ッチング部を動かすことができ、 応答時間が短く、 応答 速度の早い空間光変調装置であって、 低電圧で駆動できる空間光変 調装置およびその制御方法を提供できる。

このように、 駆動電圧を大幅に下げることができるので、 半導体 制御装置によって直にスィ ッチング素子あるいは画像表示装置を駆 動することが可能となる。 このため、 これらのスイ ッチング素子あ るいは画像表示装置を大幅にコス トダウンすることが可能となる。 さらに、 駆動電圧を引き下げできるので、 スイ ッチング素子あるい は画像表示装置の消費電力も大幅に低減することが可能となる。 し たがって、 本発明により高速応答特性に優れたエバネセン ト波など を用いてスィ ツチング素子あるいは画像表示装置を電池などの限ら れた電力で駆動できるようにすることができる。 このため、 本発明 は、 スイ ッチング部の位置を動かして光を変調するエバネセン ト波 を用いた光スイ ッチング素子を、 今後、 様々な分野で適用するため に非常に有用なものである。

さらに、 平面要素である抽出面の向きを第 1の位置における第 1 の方向から傾いた状態にすることにより、 スィ ツチング部の周囲に 存在する空気あるいは不活性ガスなどの流体から受ける抵抗を低減 することができる。 このため、 スイ ッチング部を移動する際の抗カ が減り、 静電力などを用いて、 さらに高速でスイ ッチング部を動か すことができ、 応答時間が短く、 応答速度の早い空間光変調装置を 提供することができる。 また、 抗力が低減されるので、 いっそう消 費電力を低減することも可能となる。 そして、 空気中などの一般的 な環境条件で応答速度の速い光スィ ツチング素子を提供できる。 産業上の利用の可能性

本発明の光スイ ッチング素子は、 高速動作が可能で、 高いコン ト ラス トが得られるので、 画像表示装置、 光プリ ンターのライン状ラ ィ トバルブ、 三次元ホログラムメモリ用の光空間変調器などその応 用範囲は非常に広く利用できる。 従来の液晶を用いた光スィ ッチン グ素子が適用されている分野はもちろん、 液晶を用いた光スィ ツチ ング素子では動作速度や光強度が不足する分野および応用機器に対 して本発明の光スイ ッチング素子は特に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、 前記全反射面から漏出したエバネセン ト光を抽出可能な透光性の 抽出面を備え、 抽出した光を前記導光部の方向に反射可能なスィ ッ チング部と、

このスィ ツチング部を前記抽出面がエバネセン ト光を抽出可能な 抽出距離以下の第 1の位置、 および前記抽出距離以上に離れた第 2 の位置に移動可能な駆動手段とを有し、

前記導光部、 スィ ツチング部および駆動手段が光の出射方向に対 しこの順番で配置されている光スィ ツチング素子。

2 . 請求項 1 において、 前記導光部、 スイ ッチング部および駆動 手段は積層されている光スィ ツチング素子。

3 . 請求項 1 において、 前記導光部は、 全反射面に構造物のない フラッ トなパネル状の部材である光スィ ッチング素子。 . 請求項 1 において、 前記駆動手段は、 I C基板上に配置され ている光スィ ツチング素子。

5 . 請求項 1 において、 前記スイ ッチング部は、 前記抽出面によ つて抽出された光を反射するマイクロプリズムまたは光散乱性の出 射体を備えている光スイ ッチング素子。

6 . 請求項 1 において、 前記駆動手段は、 前記スイ ッチング部を 弾性的に支持する支持部材と、 前記スイ ツチング部を少なく とも 1組の電極の間で働く静電力に よって駆動する静電駆動手段とを備えている光スィ ツチング素子。

7 . 請求項 6において、 前記支持部材は、 前記静電駆動手段によ る静電力が働いていないときに前記スィ ッチング部を前記第 1の位 置で前記導光部に向かって加圧可能である光スィ ツチング素子。

8 . 請求項 7において、 前記支持部材は、 前記スイ ッチング部が 前記第 1の位置になったときに橈んだ状態が残るように設定された パネ部材である光スィ ツチング素子。

9 . 請求項 6において、 前記スイ ッチング部はスぺ一サを介して 前記支持部材から支持されており、 このスぺーサは、 前記電極の距 離を狭くする機能と、 前記支持部材が弾性変形するスペースを確保 する機能とを備えている光スイ ッチング素子。

1 0 . 請求項 9において、 前記支持部材は、 前記スイ ッチング部 の境界近傍の支柱部で一端が支持され、 他端が前記スィ ツチング部 に繋がつた板状のバネ部材であり、

前記スぺーサは断面が T字形あるいは逆台形状である光スィ ツチ ング素子。

1 1 . 請求項 1 0において、 前記パネ部材は、 前記境界近傍にス リ ッ トまたは穴が形成されている光スィ ツチング素子。

1 2 . 請求項 1 0において、 前記パネ部材は、 前記境界近傍に設 けられた支柱に前記一端が接続され、 前記光スィ ツチング部から放 射状に延びた幅の狭い板状である光スィ ツチング素子。

1 3. 請求項 1 0において、 前記パネ部材は、 前記境界に沿って 延びた螺旋状の部分を備えた板状である光スィ ツチング素子。

14. 請求項 1 0において、 前記パネ部材は、 中央付近の厚みが 薄くなつた板状である光スイ ッチング素子。

1 5. 請求項 1 0において、 前記パネ部材を前記導光部の側から 支持する補助支柱部を有し、 さらに、

前記パネ部材は、 前記スィ ツチング部の側をほぼ密封できる板状 であり、 前記スィ ッチング部の側が前記駆動手段の側より負圧にな つている光スィ ツチング素子。

1 6. 請求項 1 0において、 前記光スイ ッチング素子の内部が密 封された空間になっており、 駆動手段が密封された空間に設置され ており、 圧力の低い状態で前記スイ ツチング部を駆動可能である光 スィ ヅチング素子。

1 7. 請求項 1 0において、 前記支柱部は前記境界近傍に規則的 に、 または、 ランダムに配置されている光スイ ッチング素子。

1 8. 請求項 1 0において、 前記パネ部材は導電性の部材であり . 少なく ともその 1部が前記静電駆動手段の電極を兼ねている光スィ ッチング素子。

1 9. 請求項 6において、 前記静電駆動手段に、 前記スィ ッチン グ部を駆動する駆動電圧と、 この駆動電圧と同極性で、 静電力また は弾性力により少なく とも前記第 1の位置で前記スィ ッチング部を 安定して保持する保持力を確保可能な一定のバイァス電圧とを印加 可能な駆動制御手段を有する光スィ ツチング素子。

2 0 . 請求項 1 9において、 前記第 1 または第 2の位置のうち、 前記駆動電圧によって保持力が得られる位置に、 前記電極の間に最 小ギャップを確保するス ト ッパーが設けられており、

前記駆動制御手段は、 前記ス ト ッパーの位置で前記支持部材の弹 性力に達しない前記バイァス電圧を印加する光スィ ツチング素子。

2 1 . 請求項 1 9において、 前記駆動制御手段は、 周期的に前記 支持部材の前記第 1 または第 2の位置での弾性力よりも小さくなる 前記バイアス電圧を印加する光スイ ッチング素子。

2 2 . 請求項 2 1 において、 前記第 1 または第 2の位置のうち、 前記静電駆動手段の静電力によつて保持力が得られる位置に、 前記 電極の間に最小ギヤップを確保するス ト ッパーが設けられており、 前記駆動制御手段は、 周期的に前記ス ト ッパーの位置で前記支持 部材の弾性力に達しない前記バイァス電圧を印加する光スィ ッチン グ素子。

2 3 . 請求項 1 9において、 前記スィ ツチング部は、 前記支持部 材により前記第 2の位置から第 1の位置に移動し、 前記支持部材の 弾性力によって前記第 1の位置に保持され、

前記駆動制御手段は、 前記スィ ツチング部を前記第 1の位置から 第 2の位置に移動するときに前記第 1および第 2の位置の間でのみ 安定状態が成立しない駆動電圧を前記静電駆動手段に印加する光ス イ ツチング素子。

2 4 . 請求項 1 9において、 前記支持部材は静電力が働かないと きに前記スィ ツチング部を前記第 1および第 2の位置の略中間で支 持可能であり、

前記静電駆動手段は、 前記スィ ツチング部を前記第 1の位置に保 持する第 1の電極ペアと、 前記第 2の位置に保持する第 2の電極べ ァを備えており、

前記駆動制御手段は、 前記第 1および第 2の電極ペアに交互に駆 動電圧を印加する光スィ ツチング素子。

2 5 . 請求項 6において、 前記支持部材は、 弾性力によって前記 第 2の位置から第 1の位置に移動可能とすると共に第 1の位置で前 記スィ ツチング部を保持可能であり、

前記静電駆動手段に、 前記スィ ツチング部を前記第 1の位置から 第 2の位置に移動するときに前記第 1および第 2の位置の間でのみ 安定状態が成立しない駆動電圧を印加する駆動制御手段を有する光 スィ ッチング素子。

2 6 . 請求項 6において、 前記支持部材は、 静電力が働かないと きに前記スィ ッチング部を前記第 1および第 2の位置の略中間で支 持可能であり、

前記静電駆動手段は、 前記スィ ツチング部を前記第 1の位置に保 持する第 1の電極ペアと、 前記第 2の位置に保持する第 2の電極べ ァを備えており、

この静電駆動手段の前記第 1および第 2の電極ペアに交互に駆動 電圧を印加する供給する駆動制御手段を有する光スィ ツチング素子

2 7 . 請求項 1 において、 前記駆動手段が、 前記スイ ッチング部 の抽出面の向きを、 移動初期、 移動中または移動末期に、 前記第 1 の位置で前記抽出面が向く第 1の方向に対し傾ける光スイ ッチング 素子。

2 8 . 請求項 2 7において、 前記駆動手段は、 前記スィ ツチング 部に対し、 その重心に対し非対称な分布を備えた駆動力を印加可能 である光スイ ッチング素子。

2 9 . 請求項 2 8において、 前記スイ ッチング部の重心が該スィ ッチング部の立体中心からずれている光スィ ッチング素子。 3 0 . 請求項 2 8において、 前記駆動手段は、 前記スイ ッチング 部を弾性的に支持する支持部材を備えており、 この支持部材は、 弾 性定数の分布が前記スィ ッチング部の重心に対し非対称となる部分 を具備している光スイ ッチング素子。 3 1 . 請求項 2 8において、 前記駆動手段は、 前記スイ ッチング 部に設けられた第 1の電極と、 この第 1の電極に対峙する位置に設 けられた第 2の電極とを備えており、 前記第 1の電極の形状、 第 2 の電極の形状、 または第 1および第 2の電極の間隔が前記スイ ッチ ング部の重心に対し非対称となる部分を具備している光スィ ッチン グ素子。

3 2 . 請求項 2 8において、 前記駆動手段は、 前記スィ ツチング 部に設けられた第 1の電極と、 この第 1の電極に対峙する位置に設 けられた第 2の電極とを備え、 前記第 1 または第 2の電極が前記ス ィ ツチング部の重心に対し非対称な形状の第 1および第 2の区画を 形成するように分割されており、 さらに、

前記第 1および第 2の区画に異なったタイ ミ ングまたは電圧の電 力を供給可能な駆動制御手段電力供給部を備えていることを特徴と する光スイ ッチング素子。

3 3 . 請求項 2 7において、 前記スイ ッチング部の抽出面は、 前 記第 2の位置で前記第 1の方向に対し傾いている光スィ ツチング素 子。

3 4 . 請求項 3 3において、 前記駆動手段は、 前記スイ ッチング 部を弾性的に支持する支持部材を備えており、 この支持部材は、 弾 性定数の分布が前記スィ ツチング部の重心に対し非対称となる部分 を具備している光スィ ツチング素子。

3 5 . 請求項 3 3において、 前記駆動手段は、 前記スイ ッチング 部に設けられた第 1の電極と、 この第 1の電極に対峙する位置に設 けられた第 2の電極とを備えており、 前記第 1および第 2の電極の 間隔が前記スィ ツチング部の重心に対し非対称となる部分を具備し ている光スィ ツチング素子。

3 6 . 請求項 3 3において、 前記スィ ツチング部が前記第 2の位 置で接触する支持台を有し、 この支持台と前記スイ ッチング部との 間隔が前記スィ ツチング部の重心に対し非対称となる部分を具備し ている光スィ ツチング素子。

3 7 . 請求項 1 に記載の光スイ ッチング素子を複数有し、 これら の光スイ ッチング素子が 2次元的に配置され、 前記導光部は白色ま たは 3原色の光が伝達可能なように接続されている画像表示装置。

3 8 . 導入された光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導 光部の前記全反射面に第 1の位置で接し全反射面から漏出したエバ ネセン ト光を抽出すると共に、 この第 1の位置から離れた第 2の位 置に移動可能な少なく とも 1つのスイ ッチング部と、 このスィ ッチ ング部を弾性的に支持すると支持部材と、 前記スイ ッチング部を少 なく とも 1組の電極を備えた静電駆動手段とを有し、 この静電駆動 手段によって前記スィ ツチング部を駆動可能な光スイ ッチング素子 の制御方法であつて、

前記静電駆動手段に対し、 前記スィ ツチング部を駆動する駆動電 圧と、 この駆動電圧と同極性で、 静電力または弾性力により少なく とも前記第 1の位置に前記スィ ツチング部を安定して保持する保持 力を確保可能な一定のバイアス電圧とを印加する制御工程を有する 光スィ ツチング素子の制御方法。 3 9 . 請求項 3 8において、 前記第 1 または第 2の位置のうち、 前記駆動電圧によつて保持力が得られる位置に、 前記電極の間に最 小ギヤップを確保するス ト ッパーが設けられており、

前記制御工程では、 前記ス ト ッパーの位置で前記支持部材の弹性 力に達しない前記バイァス電圧を印加する光スィ ツチング素子の制 御方法。

4 0 . 請求項 3 8において、 前記制御工程では、 周期的に前記支 持部材の前記第 1 または第 2の位置での弾性力よりも小さ くなる前 記バイァス電圧を印加する光スィ ツチング素子の制御方法。 1 . 請求項 3 8において、 前記第 1 または第 2の位置のうち、 前記静電駆動手段の静電力によって保持力が得られる位置に、 前記 電極の間に最小ギヤップを確保するス ト ッパーが設けられており、 前記制御工程では、 前記バイアス電圧を、 周期的に前記ス ト ッパ 一の位置で前記支持部材の弾性力に達しないようにする光スィ ッチ ング素子の制御方法。

4 2 . 請求項 3 8において、 前記スィ ツチング部は、 前記支持部 材により前記第 2の位置から第 1の位置に移動し、 前記支持部材の 弾性力によって前記第 1の位置に保持されるようになつており、 前記制御工程では、 前記スィ ツチング部を前記第 1の位置から第 2の位置に移動するときに前記第 1および第 2の位置の間でのみ安 定状態が成立しない前記駆動電圧を前記静電駆動手段に印加する光 スイ ッチング素子の制御方法。

4 3 . 請求項 3 8において、 前記支持部材は静電力が働かないと きに前記スィ ツチング部を前記第 1および第 2の位置の略中間で支 持し、 前記静電駆動手段は、 前記スイ ッチング部を前記第 1の位置 に保持する第 1の電極ペアと、 前記第 2の位置に保持する第 2の電 極ペアを備えており、

前記制御工程では、 これら第 1および第 2の電極ペアに交互に前 記駆動電圧を印加することを特徴とする光スイ ッチング素子の制御 方法。

4 4 . 導入された光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導 光部の前記全反射面に第 1の位置で接し全反射面から漏出したエバ ネセン ト光を抽出すると共に、 この第 1の位置から離れた第 2の位 置に移動可能な少なく とも 1つのスィ ツチング部と、 このスィ ツチ ング部を弾性的に支持すると支持部材と、 前記スィ ツチング部を少 なく とも 1組の電極を備えた静電駆動手段とを有し、 この静電駆動 手段によって前記スィ ツチング部を駆動可能な光スィ ツチング素子 の制御方法であって、

前記電極の少なく ともいずれかが前記スィ ッチング部の重心に対 し非対称な形状の第 1および第 2の区画に分割されており、 それら第 1および第 2の区画に対し、 異なったタイ ミ ングまたは 電圧で電力を供給する工程を有する光スィ ッチング素子の制御方法