JP2005037623A - 微細構造素子の製造方法、この方法により製造された微細構造素子、空間光変調装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】外部環境（外乱）に関わらず、所望の微細形状素子を正確に製造することができる微細構造素子の製造方法等を提供すること。
【解決手段】加工領域をサブ領域ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６に分割する分割工程と、いずれか一のサブ領域ＳＢ１に第１の形状を形成する第１形状形成工程と、一のサブ領域ＳＢ１を基準として、一のサブ領域ＳＢ１に隣接するサブ領域ＳＢ２よりも遠い位置のサブ領域ＳＢ３に第２の形状を形成する第２形状形成工程と、第２の形状が形成されたサブ領域ＳＢ３を新たな基準として、第２形状形成工程を繰り返して行う繰り返し工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造素子の製造方法、この方法により製造された微細構造素子、空間光変調装置及びプロジェクタに関し、特にマイクロプリズム等の微細構造素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置として、液晶パネル（液晶表示装置）、ＣＲＴ表示装置、プラズマディスプレイ装置等のドットマトリックス画像表示装置が多く用いられている。ドットマトリックス画像表示装置は、二次元的に周期的に配列された多数の画素によって画像を表現する。この時、この周期的配列構造に起因する、いわゆるサンプリングノイズが発生し、画質が劣化する（画像がざらついて見える）現象がみられる。そして、画質が劣化する現象を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２２７０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ドットマトリックス画像表示装置においては、画素と画素との間に領域は、不要光を低減するためにブラックマトリックスと呼ばれる遮光部が設けられている。近年、画像表示装置の使用態様として、大画面を比較的近距離から観察する場合が多くなってきている。このため、観察者がブラックマトリックスの像を認識してしまう場合がある。このように、従来のドットマトリックス画像表示装置は、ブラックマトリックスの像のため、スムーズさの少ない画像、又はざらつきを有する画像等のように画質が劣化するという問題点を有している。上述の特許文献１では、ブラックマトリックスの像に起因する画質の劣化を低減し本来の画像を向上させることは、高次の回折の影響により困難である。
【０００５】
このため、観察者がブラックマトリックス等の遮光部を認識することがないように、画像表示装置からの光を、プリズム群へ入射させることが考えられる。プリズム群の平坦部は、画像表示装置からの光をそのまま透過させる。また、プリズム群の屈折面は、画像表示装置からの光を屈折させて透過させる。このような、プリズム群を透過した光は、平坦部を射出した後そのまま直進する光に加えて、プリズムの屈折面で光路を偏向された光も生ずる。光路を偏向された光により、画素像がブラックマトリックス上に形成される。これにより、ブラックマトリクスを認識することを低減できる。
【０００６】
上述のプリズム群を構成する各プリズム素子の形状はミクロンオーダーの微細形状である。従来技術では、所定の領域内に切削加工を行うことにより、微細形状のプリズム素子を製造している。ここで、同一の加工データに基づいていても、所定の領域内に所望の形状のプリズム素子を繰り返して形成することは以下の３つの理由により困難である。第１の理由は、切削加工を行う加工機械の繰り返し位置決め精度が不足していることである。繰り返し位置決め精度が不足していると、所望の位置に微細形状を形成することが困難となり問題である。また、第２の理由は、加工機械の位置決め制御を行うサーボ機構が、温度、気圧、振動等の外乱の影響を受けやすいことである。第３の理由は、加工機の加工バイトと加工対象ワークとの位置関係をサブミクロン精度で合わせることは困難である一方、加工機単体内の相対位置はナノレベルで制御でき高精度の加工が可能であることである。
【０００７】
例えば、従来技術により平行平板に微細なＶ字溝を形成した断面構成図を図１３に示す。平行平板１３００の位置Ａから加工を開始して、位置Ｂで終了する。このとき、上述したように、加工機械のサーボ機構が温度、気圧、振動等の外乱の影響を受けると、加工側の面は点線１３０１で示すように直線とならずに、例えば凹形状面となってしまう。このように、サーボ機構が外部環境（外乱）の影響を受けると、所望の形状を十分な精度で形成することが困難となるので問題である。これらの問題は、単一な形状ではなく、不規則な形状の微細形状素子を製造する場合にさらに顕著になる。さらに、微細形状素子を製造する時、被加工物の同一部分に複数回の加工処理を行うことは困難であり問題である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部環境に関わらず、所望の微細形状素子を正確に製造することができる微細構造素子の製造方法、この方法により製造された微細構造素子、空間光変調装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明では、加工領域を５つ以上のサブ領域に分割する分割工程と、いずれか一の前記サブ領域に第１の形状を形成する第１形状形成工程と、一のサブ領域を基準として、一のサブ領域に隣接するサブ領域よりも遠い位置のサブ領域に第２の形状を形成する第２形状形成工程と、第２の形状が形成されたサブ領域を新たな基準として、第２形状形成工程を繰り返して行う繰り返し工程と、を含むことを特徴とする微細構造素子の製造方法を提供できる。
【００１０】
従来技術の製造方法では、加工領域において、加工を開始した位置から連続的に加工位置を移動させて、順次切削等の加工を行う。このような製造方法では、外乱の影響がそのまま加工結果に反映されてしまう。これに対して、第１の発明では、まず、加工領域を５つ以上の複数のサブ加工領域に分割する。次に、任意の一つのサブ領域に第１の形状を形成する。第１の形状が形成された後、第１の形状が形成されたサブ領域に隣接しないで、少なくともサブ領域一つ分だけ離れた位置のサブ領域に第２の形状を形成する。さらに、第２の形状が形成された後、第２の形状が形成されたサブ領域に隣接しないで、少なくともサブ領域一つ分だけ離れた位置のさらに別のサブ領域に第２の形状を形成する。このような工程を、全てのサブ領域に形状加工が行われるまで繰り返す。これにより、外部環境（外乱）の影響に起因する加工位置の変動を分散させることができる。この結果、外部環境に関わらず、所望の微細形状素子を正確に製造することができる。
【００１１】
また、第１の発明の好ましい態様によれば、第１の形状と第２の形状とは略同一の形状であることが望ましい。これにより、所望の単一形状を十分な精度で形成することができる。
【００１２】
また、第１の発明の好ましい態様によれば、第１の形状と第２の形状とは異なる形状であることが望ましい。これにより、不規則な形状であっても、所望の微細形状を十分な精度で形成することができる。
【００１３】
また、第１の発明の好ましい態様によれば、加工領域とは異なる試し加工領域に対して、加工データに基づいて第１の形状を形成する試し加工工程と、試し加工工程で形成された第１の形状を測定する形状測定工程と、形状測定工程で得られた測定データと加工データとの差分を、加工データへフィードバックして加工データを補正するフィードバック工程と、補正された加工データに基づいて、第１形状形成工程と繰り返し工程とを行うことが望ましい。微細形状素子は、加工データに基づいて形成される。そして、外乱、加工バイトと加工ワークとの相対位置の設定不良などの影響で、加工データどおりに形状が形成されないことで所望の加工精度が得られない現象が生ずる。本態様では、予め試し加工領域において、加工した第１の形状を実際に測定する。微細形状の測定には、原子間力顕微鏡やレーザ顕微鏡を用いることが望ましい。そして、測定された微細形状素子の測定データと、元の加工データとを比較して、両データの差分を演算する。演算された差分は、加工データへフィードバックされる。次に、差分量だけ補正された加工データに基づいて、第１形状形成工程と繰り返し工程とを行う。これにより、外乱等の影響が低減された形状加工を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、試し加工工程と、第１形状形成工程と、繰り返し工程とは、同一位置に２回以上の形状加工を行う工程を含むことが望ましい。これにより、例えば、同一位置で切削バイトの角度を振って微細形状を加工する場合でも、所望の微細形状を得ることができる。
【００１５】
また、第１の発明の好ましい態様によれば、形状測定工程では、第１の形状のピッチ、角度、深さ、及び平坦面粗さの少なくとも一つを測定することが望ましい。これにより、微細構造素子のピッチ、角度、深さ、及び平坦面粗さを正確に形成することができる。
【００１６】
また、第２の発明によれば、上述の微細構造素子の製造方法により製造された微細構造素子を提供できる。これにより、単一形状又は不規則な形状の微細構造素子、例えば複数のマイクロプリズム素子からなるプリズム群を製造することができる。
【００１７】
また、第３の発明によれば、上述の微細構造素子を有することを特徴とする空間光変調装置を提供できる。例えば、マイクロレンズ素子からなるプリズム群を有する透過型の液晶型空間光変調装置を得ることができる。所望の形状が形成されたプリズム群を光が透過することで、射出光の方向を正確に所定方向へ屈折させて偏向できる。このため、空間光変調装置の画素間のブラックマトリックス部の投写像上へ、画素からの光を屈折させて導くことができる。この結果、ブラックマトリックス部を認識することなく、高品質な画像を得ることができる。
【００１８】
また、第４の発明によれば、照明光を供給する光源と、照明光を画像信号に応じて変調する上述の空間光変調装置と、変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。本発明では、上述の空間光変調装置を備えているので、高品質の投写像を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプロジェクタの概略構成を示す。
（プロジェクタ全体説明）
初めに図１を参照して、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの概略構成を説明する。次に、図２以降を参照して、本実施形態の特徴的な構成を説明する。まず、図１において、光源部である超高圧水銀ランプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ１０４は、超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒに入射する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００２１】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ／２位相差板１２３Ｒ、ガラス板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ／２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ／２位相差板１２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００２２】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００２３】
次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。液晶パネル１２０Ｇの詳細に関しては後述する。
【００２４】
第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００２５】
次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００２６】
なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ／２位相差板１２３Ｂ、ガラス板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。なお、第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、超高圧水銀ランプ１０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。
【００２８】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上でフルカラー画像を得ることができる。
【００２９】
なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００３０】
（液晶パネルの構成）
次に、図２を用いて液晶パネルの詳細について説明する。図１で説明したプロジェクタ１００では、３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。このため、液晶パネル１２０Ｒを代表例にして以後の説明を行う。
【００３１】
図２は液晶パネル１２０Ｒの斜視断面図である。超高圧水銀ランプ１０１からのＲ光は、図２の下側から液晶パネル１２０Ｒに入射し、上側からスクリーン１１６の方向へ射出する。入射側防塵透明プレート２０１の内側には、透明電極等を有する対向基板２０２が形成されている。また、射出側防塵透明プレート２０６の内側にはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極等を有するＴＦＴ基板２０５が形成されている。そして、対向基板２０２とＴＦＴ基板２０５とを対向させて、入射側防塵透明プレート２０１と射出側防塵透明プレート２０６とを貼り合わせる。対向基板２０２とＴＦＴ基板２０５との間には、画像表示のための液晶層２０４が封入されている。また、液晶層２０４の入射光側には遮光のためのブラックマトリックス形成層２０３が設けられている。
【００３２】
射出側防塵透明プレート２０６の射出側表面には複数のプリズム素子２１１からなるプリズム群２１０が形成されている。プリズム群２１０の構成及び作用の詳細については後述する。なお、図１で示した構成では、第１偏光板１２１Ｒ、第２偏光板１２２Ｒを、液晶パネル１２０Ｒに対して別体に設けている。しかし、これに代えて、入射側防塵用透明プレート２０１と対向基板２０２との間、射出側防塵透明プレート２０６とＴＦＴ基板２０５との間などにも偏光板を設けることもできる。さらに、プリズム群２１０は、第２偏光板１２２Ｒに形成すること、又はクロスダイクロイックプリズム１１２のＲ光の入射面に形成することの何れでもよい。
【００３３】
（プリズム群の形状）
図３は、プリズム群２１０を製造する際、中間過程の状態のプリズム群３１０を斜視方向から見た構成を示す。なお、以下全ての説明において便宜のため、図２で示したプリズム群２１０とは、凹凸が反対の形状を用いて説明を行う。凹凸が反対の形状のプリズム群でも、光学的な作用効果は図２で示すプリズム群と基本的に同一である。
【００３４】
射出側防塵透明プレート２０６は、長方形形状の平行平板硝子である。そして、平行平板硝子の一方の面に、後述する方法でプリズム素子２１１を形成する。まず、加工手順を説明する。加工領域である射出側防塵透明プレート２０６の一方の面を６つの短冊状のサブ領域ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３、ＳＢ４、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６に分割する。なお、分割数は５つ以上であれば良い。
【００３５】
いずれか一のサブ領域ＳＢ１に第１の形状である平坦部３１１ａと屈折面３１１ｂとを形成する。２つの屈折面３１１ｂでＶ字形状の溝を形成する。次に、一のサブ領域ＳＢ１を基準として、一のサブ領域ＳＢ１に隣接するサブ領域ＳＢ２よりも遠い位置のサブ領域ＳＢ３に第２の形状である平坦部３１３ａと屈折面３１３ｂとを形成する。続いて、第２の形状が形成されたサブ領域ＳＢ３を基準として、第２の形状が形成されたサブ領域ＳＢ３に隣接するサブ領域ＳＢ４よりも遠い位置のサブ領域ＳＢ５に第２の形状である平坦部３１５ａと屈折面３１５ｂとを形成する。そして、同様の手順を繰り返して、順番に、サブ領域ＳＢ２と、サブ領域ＳＢ４と、サブ領域ＳＢ６とに対して、平坦部と屈折面とからなるＶ字形状の溝を形成する。
【００３６】
これにより、外部環境（外乱）の影響に起因する加工位置の変動を分散させることができる。この結果、外乱に関わらず、所望の微細形状素子であるプリズム素子２１１を正確に製造することができる。そして、Ｖ字形状の溝の長手方向に略直交する方向に、上述と同様の手順の加工を行う。この結果、略直交する格子状に配列された複数のプリズム素子２１１からなるプリズム群２１０を製造することができる。
【００３７】
また、平坦部３１１ａと、屈折面３１１ｂとを連続して形成する。そして、平坦部３１１ａと、屈折面３１１ｂとを１つのユニット形状として扱う。このように、本実施形態では、第１の形状と第２の形状とが同一である。上述の工程では、複数のユニット形状を、隣接する加工が連続しないように離散的にランダムな位置に微細形状を形成している。このように、平坦部３１１ａと屈折面３１１ｂとを１つのユニット形状とすることで、Ｖ字形状の溝の斜面に対応する屈折面３１１ｂの面積を相対的に一定にすることができる。
【００３８】
さらに好ましくは、常に所定間隔だけ離れた位置のサブ領域に微細形状を加工することが望ましい。例えば、加工領域を２５個のサブ領域ＳＢ１〜ＳＢ２５に分割する。そして、サブ領域ＳＢ１を起点として加工した後、４つのサブ領域分離れた位置のサブ領域ＳＢ６を加工する。以後同様に、順番にサブ領域ＳＢ１１、サブ領域ＳＢ１６、サブ領域ＳＢ２１に加工を行う。次に、サブ領域ＳＢ２に戻って、ここを起点として加工を行う。次に、４つのサブ領域分離れた位置のサブ領域ＳＢ７を加工する。以後同様に、順番にサブ領域ＳＢ１２、サブ領域ＳＢ１７、サブ領域ＳＢ２２に加工を行う。再び、サブ領域ＳＢ３に戻って、加工を行う。この手順を２５個の全てのサブ領域に加工が行われるまで繰り返す。これにより、外乱等の影響を加工面にわたって均等に分散させることができる。
【００３９】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係るプリズム群４１０の断面構成を示す。上記実施形態１では、Ｖ字形状の溝は、略同一のピッチで、略同一の深さを有している。このような構成の場合、プリズム群の構造の周期性に起因して、回折光が生じてしまう場合がある。回折光は、投写像の品質を劣化させてしまう。
【００４０】
本実施形態において、第１の形状と第２の形状とを異ならせる。そして、微細形状の加工手順は、あるＶ字形状の溝を切削加工した後に、乱数を用いて、上記実施形態１と同様に近隣を連続して加工しないようにデータを設定する。設定されたデータに基づいて順次Ｖ字形状の溝を切削加工する。所定の方向に平行な直線に沿ったＶ字形状の溝の切削加工が終了した後、所定の方向に略直交する方向に対してＶ字形状の溝を同様に形成する。そして、直交する２方向においてＶ字形状の溝の加工が終了した場合、次に平坦部４１１ａの切削加工を行う。１つの平坦部４１１ａの加工が終了したら、予め設定されている位置の他の平坦部の加工を行う。このように、ランダムな順番で切削加工を行うことで、外乱の影響が所定の領域に集中することを防止できる。このため、均一な精度ですべての領域にわたって、微細構造素子であるプリズム群４１０を形成できる。また、プリズム群４１０をランダムな微細形状で構成することで、回折光を低減できる。この結果、観察者は高品質な投写像を観察できる。
【００４１】
また、図１で示したインテグレータ１０４のＦナンバーと、投写レンズ１１４のＦナンバーとに基づいて、有効にスクリーン１１６に投写される液晶パネル１２０Ｒ上の単位面積が定まる。具体的には、インテグレータ１０４のＦナンバーと、投写レンズ１１４のＦナンバーとが異なる場合には、小さいほうのＦナンバーで単位面積が規定される。さらに、インテグレータ１０４のＦナンバーと、投写レンズ１１４のＦナンバーとが同一の場合には、同一のＦナンバーで単位面積が規定される。
【００４２】
液晶パネル１２０Ｒは、インテグレ−タ１０４により重畳的に照明されている。このため、液晶パネル１２０Ｒの単位面積における平坦部と屈折面との面積比が、平坦面からの透過光と屈折面からの屈折光との光量比に対応する。本実施形態では、液晶パネル１２０Ｒ上の各単位面積あたりにおける、所定の方向を向いている屈折面の面積和、及び平坦部の面積和は同一となるように構成されている。これにより、液晶パネル１２０Ｒ上の各単位面積からの屈折光と直接透過光との光量を略同一にできる。この結果、観察者は、ブラックマトリックス形成層２０３のブラックマトリックス部を認識することなく、高品質な投写像を観察できる。
【００４３】
（Ｖ字溝の製造方法）
次に、Ｖ字形状の溝の製造方法を図５（ａ）、５（ｂ）に基づいて説明する。２つの屈折面３１１ｂでＶ字形状の溝を構成する。Ｖ字形状の溝を形成するときは、図５（ａ）に示すように、角度θｖを有するバイト５００を用いて、射出側防塵透明プレート２０６に対して略垂直方向から加工する。このとき、切削する深さは、本来プリズム素子２１１が必要とする深さｄ０よりも大きい深さｄ１とする。本来必要とする深さｄ０に対して、加工機械の外乱の影響による加工変動量を切削深さに加える。これにより、加工機械が外乱の影響を受けた場合でも、未加工エリアの発生を低減できる。また、平坦部３１１ａを形成するときは、図５（ｂ）に示すように、バイト５００を射出側防塵透明プレート２０６に対して角度θｖ／２だけ傾けて切削加工を行う。
【００４４】
（実施形態３）
（製造方法のフローチャート）
本発明の実施形態３に係るＶ字形状の溝の製造手順を図６を参照して説明する。まず、ステップＳ６０１において、オペレータは、所望の微細形状を形成するための、加工位置、加工角度、加工深さ、バイト回転数、加工速度等の加工データを加工機械の制御部に入力する。そして、必要な形状のバイトを加工機械のバイトホルダに取り付ける。ステップＳ６０２において、被加工物であるワークを加工機械のホルダにセットする。ワークは、例えば平行平板硝子である。ステップＳ６０３において、平行平板硝子のプリズム群を形成する領域と異なるテスト加工領域に、第１の形状である、例えばＶ字形状の溝の試し加工を行う。テスト加工領域は、平行平板硝子の周辺領域等を用いることができる。
【００４５】
ステップＳ６０４において、平行平板硝子をワークホルダから外さずに、そのままの状態で、レーザ顕微鏡や原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｐｏｅ）を用いて、試し加工されたＶ字形状の溝の微細形状を測定する。測定データのパラメータは、ピッチ、角度、深さ、及び平坦面粗さの少なくとも一つであることが望ましい。
【００４６】
ステップＳ６０５において、測定データと加工データとの差分を、加工データへフィードバックする。ステップＳ６０６において、フィードバックされた差分値に基づいて、加工データを補正する。具体的には、バイトの加工角度、切削深さ、ピッチ、平坦面加工用のパラメータ等を補正する。例えば、加工角度、切削深さ、溝ピッチ、平坦面加工用のパラメータの補正は、それぞれバイトの角度補正、バイトの深さ補正、送りピッチ補正、送りピッチ補正により行う。ここまでで、試し加工の工程を終える。次に、補正されたデータに基づいて、ステップＳ６０７において、図５（ｂ）に示したように、バイト５００を角度θｖ／２だけ傾けて、平坦部３１１ａを形成する。ステップＳ６０８において、図５（ａ）に示したように、屈折面３１１ｂからなるＶ字形状の溝を形成する。
【００４７】
ステップＳ６０９において、Ｖ字形状の溝の加工が終了したか否かを判断する。判断結果が偽の場合、ステップ６１０において、バイト５００が保持されている加工ヘッドの位置を上述した手順で移動する。そして、ステップＳ６０７、Ｓ６０８の加工を繰り返して行う。ステップＳ６０９の判断結果が真の場合、加工を終了する。
【００４８】
上述したように、外乱、加工バイトと加工ワークとの相対位置設定不良などの影響で、加工データどおりに形状が形成されないことで所望の加工精度が得られない現象が生ずる。本実施形態の製造方法では、予め試し加工領域において、加工した第１の形状を実際に測定する。そして、測定された微細形状素子の測定データと、元の加工データとを比較して、両データの差分を演算する。演算された差分は、加工データへフィードバックされる。次に、差分量だけ補正された加工データに基づいて、第１形状形成工程と繰り返し工程とを行う。これにより、外乱等の影響が低減された形状加工を行うことができる。
【００４９】
なお、射出側防塵透明プレートを構成する平行平板は硝子部材に限られず、例えば、アクリル等の透明樹脂でも良い。さらに、微細形状を形成した平行平板にメッキ処理を行い金型を製造することもできる。また、直接、金型を製造するために、ヘビーアロイ（商品名）等の硬質部材を上述の方法で加工しても良い。そして、加工された硬質部材を金型として転写工程によりプリズム群２１０を製造する。転写による複製によって形成されたプリズム群でも、金型上の単位面積と、転写されたプリズム群とにおける、単位面積あたりの平坦部の面積、屈折面の面積は同一である。このため、形状の凹凸が逆となっても、光学素子としての機能は同じである。
【００５０】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係る微細構造素子のＶ字形状の溝の製造方法を図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して説明する。バイト７００は、角度θｖの開き角度を有する。図７（ａ）に示すように、バイト７００のＶ字部を用いて、Ｖ字形状の溝を切削加工する。これは、いわゆるヘール加工と呼ばれる方法である。次に、図８（ａ）、８（ｂ）、８（ｃ）を用いて、Ｖ字形状の溝を切削加工する手順をさらに説明する。例えば、２回の切削加工でＶ字形状の溝を形成する場合を考える。図８（ａ）において、バイト７００を用いて、第１の位置８００ａの状態で一度切削加工する。次に、Ｖ字の頂点位置Ｃａを中心として、バイト７００が第２の位置８００ｂとなるように移動させる。さらに詳しく説明すると、図８（ｂ）に示すように、頂点位置Ｃｂの状態で第１回目の切削加工を行う。このとき、平行平板である射出側防塵透明プレート２０６に略直交する中心軸ＡＸと、バイト７００の一方の屈折面７１１ｂとは角度θｂをなす。次に、図８（ｃ）に示すように、頂点位置Ｃｃの状態で第２回目の切削加工を行う。この状態では、中心軸ＡＸと他方の屈折面７１１ｂとは角度θｃをなす。そして、頂点位置Ｃｂと頂点位置Ｃｃとが、頂点位置Ｃａと一致するようにバイト７００を制御する。さらに、Ｖ字形状の溝の頂点角度θｖは、角度θｂと角度θｃとの和となるようにバイト７００を制御する。２つの屈折面７１１ｂからなるＶ字形状の溝を切削加工した後、図７（ｂ）に示すように、平坦部７１１ａを加工する。平坦部７１１ａの加工は、バイト先端部を送りピッチをミクロンオーダーとする。これにより、Ｒｚ３／１００マイクロメートル程度のＲｚ平坦度を達成できる。
【００５１】
Ｖ字形状の溝を形成する手順は、まず、試し加工工程において、同一位置Ｃａに、図８（ｂ）、８（ｃ）で示したような２回以上の形状加工を行う工程を含む点が上記実施形態３と異なる。上記実施形態３と同一の手順は重複するので省略する。本実施形態では、まず、第１の位置８００ａでの試し切削加工後に、レーザ顕微鏡やＡＦＭで角度θｂを測定する。次に、第２の位置８００ｂでの試し切削加工後に、角度θｃを測定する。これより、Ｖ字形状の溝の斜面を形成する角度θｖ（図８（ａ）は、次式で算出できる。
θｖ＝θｂ＋θｃ
【００５２】
また、２回の試し切削加工において、頂点位置θｂと頂点位置θｃとを測定し、これらの位置が頂点位置θａで一致するように加工データを補正する。さらに、平坦部７１１ａに関しては、平坦面粗さを測定する。加えて、測定データのパラメータは、ピッチ、角度、深さの少なくとも一つであることが望ましい。このように本実施形態では、加工角度、頂点位置、平坦面粗さの補正は、それぞれバイト角度補正、バイトの仮想頂点位置の補正、送りピッチの補正により行う。これにより、同一位置で切削バイトの角度を振って微細形状を加工する場合でも、所望の微細形状を得ることができる。
【００５３】
（実施形態５）
次に、実施形態５に係る微細構造素子の製造手順を図９を参照して説明する。本実施形態では、Ｖ字形状の溝をランダムな位置に加工した後、平坦部を加工する点が上記各実施形態と異なる。まず、ステップＳ９０１において、オペレータは、所望の微細形状を形成するための、加工位置、加工角度、加工深さ、バイト回転数、加工速度等の加工データを加工機械の制御部に入力する。そして、必要な形状のバイトを加工機械のバイトホルダに取り付ける。ステップＳ９０２において、被加工物であるワークを加工機械のホルダにセットする。ワークは、例えば平行平板硝子である。ステップＳ９０３において、平行平板硝子のプリズム群を形成する領域と異なるテスト加工領域に、第１の形状である、例えばＶ字形状の溝を構成する屈折面７１１ｂと、平坦部７１１ａとの試し加工を行う。テスト加工領域は、平行平板硝子の周辺領域等を用いることができる。ステップＳ９０４において、ワークを加工機械から外さずに、そのままの状態で上記各実施形態と同様の測定を行う。
【００５４】
ステップ９０５において、測定データと加工データとの差分を、加工データへフィードバックする。ステップ９０６において、フィードバックされた差分値に基づいて、加工データを補正する。具体的には、バイトの頂点位置、加工角度、切削深さ、ピッチ、平坦面加工用のパラメータ等を補正する。次に、試し加工を終えて、プリズム群の加工を行う。ステップＳ９０７において、フィードバックで補正された加工データに基づいて、Ｖ字形状の溝の切削加工を行う。例えば、Ｖ字形状の溝の深さは、加工装置の誤差量を上乗せした深さで切削加工する。次に、スッテプＳ９０８において、加工ヘッドをランダムな位置へ移動する。ステップＳ９０９でＶ字形状の溝の切削加工が終了したか否かを判断する。ステップＳ９０９の判断結果が偽の場合、さらにＶ字形状の溝を切削加工する。例えば、第１の直線に沿ってＶ字形状の溝を形成した後、加工ヘッドを移動して第１の直線に平行で、かつ隣接しない第２の直線に沿ってＶ字形状の溝を形成する。そして、一方の方向のＶ字形状の溝の加工が全て終了したら、一方の方向に略直交する方向に対して同様の手順を繰り返してランダムにＶ字形状の溝を形成する。このように、ランダムな位置でＶ字形状の溝を形成することで、切削深さのばらつき、即ちＶ字斜面の面積のばらつきを平行平板上において均一に分散させることができる。
【００５５】
ステップＳ９０９の判断結果が真の場合、ステップＳ９１０において平坦部７１１ａを切削加工する。そして、ステップＳ９１１において、すべて平坦部７１１ａの切削加工が終了したか否かを判断する。ステップＳ９１１の判断結果が偽の場合、ステップＳ９１２において、バイト７００を保持している加工ヘッドを予めランダムに設定された位置へ移動する。そして、ステップＳ９１０の切削加工を繰り返す。ステップＳ９１１の判断結果が真の場合、加工を終了する。
【００５６】
（実施形態６）
図１０（ａ）は、本発明の実施形態６に係る微細構造素子の製造方法を示す。加工砥石１０００の先端部は、２つの屈折面１０１１ｂからなるＶ字形状の溝の頂点角度θｖと同一の角度θｖを有する。そして、加工砥石１０００は軸ＡＸ１を中心に回転しながら、平行平板である射出側防塵透明プレート２０６のｚ方向に対して所定の深さを形成する。所定の深さは、上述したように、Ｖ字形上の溝の深さに対して、加工機械の精度の振れ幅分を加えた深さである。
【００５７】
図１０（ｂ）は、加工砥石１０００で平坦部１０１１ａを形成する方法を示す。加工砥石１０００を回転させた状態でｚ方向に所定量だけ移動する。そして、平坦部１０１１ａの位置で停止させ、ｙ方向に沿って平坦部１０１１ａを切削加工する。このように、図１１（ａ）に示すように、まず、Ｖ字形状の溝を構成する屈折面１０１１ｂを上記実施形態１で述べたような手順で繰り返し形成する。次に、同様の手順で平坦部１０１１ａを形成する。図１１（ｂ）は、本実施形態により製造された微細構造素子であるプリズム群１１１０の断面構成を示す。上記各実施形態と同様に、屈折面１０１１ｂからなるＶ字形状の溝と、平坦部１０１１ａとが所望の精度で切削加工できる。
【００５８】
また、上記各実施形態に係る製造方法で得られた微細形状素子に対して、無電解メッキを用いてＮｉ型を製造することもできる。そして、Ｎｉ型により転写による副生物を形成すると、安価な微細構造素子を容易に製造できる。
【００５９】
（実施形態７）
図１２は、本発明の実施形態７に係る空間光変調装置１２００の斜視断面を示す。空間光変調装置１２００は、透過型の液晶型空間光変調装置である。なお、図１２は主要な構成のみを示し、偏光板などの図示は省略する。対向基板１２０１に、無機の垂直配向層である上述のＶ溝群１２０２が光学的透明接着剤で固着される。Ｖ溝群１２０２のＶ字形状の溝部には、ＩＴＯ膜等の透明電極１２０３が形成されている。ＴＦＴ基板１２０８にも同様に、Ｖ溝群１２０６が光学的透明接着剤で固着されている、そして、Ｖ字溝部は、透明電極１２０５が形成されている。また、ＴＦＴ基板１２０８には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）部１２０７が形成されている。対向基板１２０１と、ＴＦＴ基板１２０８との間には、液晶１２０４が封入されている。
【００６０】
透明電極間に電圧が印加されていない状態では、液晶分子は、配向膜であるＶ字形状の溝に沿って配列する。これに対して、透明電極間に電圧を印加すると、電圧に比例して液晶分子は、図１２に示すように垂直な方向に揃うように配列する。これにより、印加電圧に応じて透過光量を制御できる。
【００６１】
また、本発明に係る微細構造素子は、例えば、リア・プロジェクタのスクリーンに適用できる。リア・プロジェクタのスクリーンは、観察者の方向へ有効に光を導くために、フレネルレンズの機能を有するとともに、光の拡散機能を必要とする。このため、本発明に係る微細構造素子をスクリーン面上に形成することで、入射光を拡散させて観察者の方向へ射出できる。このように、本発明は、上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの概略構成図。
【図２】実施形態１の液晶パネルの概略構成図。
【図３】実施形態１のプリズム群の概略図。
【図４】実施形態２のプリズム群の概略図。
【図５】（ａ）はプリズム群の製造方法の説明図、（ｂ）はプリズム群の製造方法の他の説明図。
【図６】実施形態３のプリズム群の製造方法のフローチャート。
【図７】（ａ）、（ｂ）はプリズム群の製造方法の説明図。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態４のＶ字溝の製造方法の説明図。
【図９】実施形態５のプリズム群の製造方法のフローチャート。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は実施形態６のプリズム群の製造方法の説明図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は実施形態６のプリズム群の製造方法の説明図。
【図１２】実施形態７の空間光変調装置の斜視構成図。
【図１３】従来技術のプリズム群の構成図。
【符号の説明】
１００ プロジェクタ、１０１ 超高圧水銀ランプ、１０４ インテグレータ、１０５ 偏光変換素子、１０６Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０７ 反射ミラー、１０８ リレーレンズ、１１０Ｒ 第１色光用空間光変調装置、１１０Ｇ 第２色光用空間光変調装置、１１０Ｂ 第３色光用空間光変調装置、１１２ クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ ダイクロイック膜、１１４ 投写レンズ、１１６ スクリーン、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 液晶パネル、１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ 第１偏光板、１２３Ｒ、１２３Ｂ λ／２位相差板、１２４Ｒ、１２４Ｂ ガラス板、２０１ 入射側防塵透明プレート、２０２ 対向基板、２０３ ブラックマトリックス形成層、２０４ 液晶層、２０５ ＴＦＴ基板、２０６ 射出側防塵透明プレート、２１０ プリズム群、２１１ プリズム素子、３１１ａ、３１２ａ、３１３ａ、３１４ａ、３１５ａ、３１６ａ 平坦部、３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂ、３１４ｂ、３１５ｂ、３１６ｂ 屈折面、ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６ サブ領域、３１０ プリズム群、４１０ プリズム群、４１１ａ、４１２ａ 平坦部、４１１ｂ、４１２ｂ 屈折面、５００ バイト、７００ バイト、７１１ａ 平坦部、７１１ｂ 屈折面、８００ａ第１の位置、８００ｂ 第２の位置、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ 頂点位置、１０００加工砥石、１０１１ａ 平坦部、１０１１ｂ 屈折面、１１１０プリズム群、１２０１ 対向基板、１２０２ Ｖ溝群、１２０３ 透明電極、１２０４ 液晶、１２０５ 透明電極、１２０６ Ｖ溝群、１２０８ ＴＦＴ基板、１２０７ ＴＦＴ

Claims (9)

1. 加工領域を５つ以上のサブ領域に分割する分割工程と、
   いずれか一の前記サブ領域に第１の形状を形成する第１形状形成工程と、
   前記一のサブ領域を基準として、前記一のサブ領域に隣接するサブ領域よりも遠い位置のサブ領域に第２の形状を形成する第２形状形成工程と、
   前記第２の形状が形成された前記サブ領域を新たな基準として、前記第２形状形成工程を繰り返して行う繰り返し工程と、を含むことを特徴とする微細構造素子の製造方法。
2. 前記第１の形状と前記第２の形状とは略同一の形状であることを特徴とする請求項１に記載の微細構造素子の製造方法。
3. 前記第１の形状と前記第２の形状とは異なる形状であることを特徴とする請求項１に記載の微細構造素子の製造方法。
4. 前記加工領域とは異なる試し加工領域に対して、加工データに基づいて前記第１の形状を形成する試し加工工程と、
   前記試し加工工程で形成された前記第１の形状を測定する形状測定工程と、
   前記形状測定工程で得られた測定データと前記加工データとの差分を、前記加工データへフィードバックして前記加工データを補正するフィードバック工程と、
   補正された前記加工データに基づいて、前記第１形状形成工程と前記繰り返し工程とを行うことを特徴とする請求項１に記載の微細構造素子の製造方法。
5. 前記試し加工工程と、前記第１形状形成工程と、前記繰り返し工程とは、同一位置に２回以上の形状加工を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の微細構造素子の製造方法。
6. 前記形状測定工程では、前記第１の形状のピッチ、角度、深さ、及び平坦面粗さの少なくとも一つを測定することを特徴とする請求項４又は５に記載の微細構造素子の製造方法。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の微細構造素子の製造方法により製造された微細構造素子。
8. 請求項７に記載の微細構造素子を有することを特徴とする空間光変調装置。
9. 照明光を供給する光源と、
   前記照明光を画像信号に応じて変調する請求項８に記載の空間光変調装置と、変調された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタ。

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