JP2009251236A - 回折格子、画像表示装置、レーザプロジェクタ、ゾーンプレート、ズームレンズおよび立体画像表示装置 - Google Patents
回折格子、画像表示装置、レーザプロジェクタ、ゾーンプレート、ズームレンズおよび立体画像表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】複数のスピン注入型磁化反転素子が、基板上にアレイ状に配設された回折反射部と、磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択する素子選択手段と、回折反射部に直線偏光した光ビームを入射する光ビーム入射手段とを備え、スピン注入により磁化方向が反転されたスピン注入型磁化反転素子によって偏光軸が磁化反転しない素子と逆方向に回転された反射光を干渉させて光ビームの回折を行うことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
sinα±sinβ=Nmλ (1)
ここで、波長λ、入射光が回折格子面法線と成す角α(入射角)、回折光が回折格子面法線と成す角β(回折角)、回折次数m、Nは1mmあたりのスリット(溝)数である。(N=1/d,d:回折格子周期)
また、実像型の立体表示装置では、視域、画面サイズ、立体感それぞれを満足するカラーディスプレイがこれまでになかった。
本発明において、「アレイ状」とは、相互に直交する複数の直線に沿って格子状に配列されていることをいう。
本発明において、光ビームに対して透明である、とは、光ビーム入射手段から入射する直線偏光した光ビームが上部電極を透過してスピン注入磁化反転素子に入射できることを言う。
図1は、本発明の回折格子の基本構成を示す模式断面図、図2(a)は本発明の回折格子の実施形態を示す模式平面図、図2(b)は、図2(a)に示すA−A’線断面図である。図3(a)は、本発明の回折格子の他の実施形態を示す模式平面図、図3(b)は、図3(a)に示すB−B’線断面図である。図4(a)は、本発明に係る投射型画像表示装置の基本構成と動作原理を説明する模式断面図、図4(b)は、その投射型画像表示装置における画素配列を示す模式平面図、図4(c)は、投射型画像表示装置の画素を構成するスピン注入型磁化反転素子の構成を示す模式断面図である。図5は、本発明のレーザプロジェクタの基本構成を示す概念図である。図6(a)および(b)は、本発明に係る焦点可変反射型ゾーンプレートの基本構成および動作原理を説明する模式平面図および模式断面図、図6(c)は、その焦点可変反射型ゾーンプレートの動作を説明する概念図である。図7(a)および(b)は、本発明に係る立体画像表示装置の基本構成および動作を説明する模式断面図および模式平面図である。
この回折格子1においては、光ビーム入射手段9から回折反射部5に、直線偏光した光ビームλ1が入射され、上部透明電極7を透過して、回折反射部5にアレイ状に配設された素子4のスピンフリー強磁性層43に入射される。
sinα±sinβ=mλ/d (2)
式(2)中、波長λ、入射光が回折格子面法線と成す角α(入射角)、回折光が回折格子面法線と成す角β(回折角)、回折次数m、dは回折格子周期である。
したがって、図1に示す回折格子1の回折反射部5では、隣接する反転素子4Aの間の間隔をd(回折格子周期)とすれば、入射角αで反転素子4Aに入射した波長λの光ビームは、回折角(反射角)βで反射したものが干渉して回折光となることが分かる。そこで、例えば、入射する光ビームが波長λで入射角αで回折反射部5に入射する場合、素子選択手段8によって下部電極6と上部透明電極7の間に電圧を印加してスピン注入により磁化方向が反転される素子4、すなわち、磁化反転素子4Aの間隔をd(回折格子周期)に設定すれば、回折角(反射角)βで反射する反射光が干渉によって回折光となる。また、入射角αおよび回折角(反射角)βを一定の値とすれば、磁化反転素子4Aの間隔(回折格子周期)を変更することによって、回折する光ビームの波長λを変えることができる。したがって、素子選択手段8によって、下部電極6と上部透明電極7の間に電圧を印加してスピン注入により磁化方向が反転される素子4、すなわち、磁化反転素子4Aの間隔(回折格子周期)を制御すれば、回折される光ビームの回折角または波長を選択することができる。
図2(a)に示すように、回折格子1の回折反射部5において、X軸およびY軸方向に沿ってアレイ(格子)状に配設されている素子4の中から、素子選択手段8(図1参照)によって、下部電極X1,X2,X3、X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,・・・・Xnと、上部電極Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9,Y10,・・・Ynとにおいて、電圧を印加する電極が選択される。下部電極X1,X2,X3、X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,・・・・Xnと、上部電極Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9,Y10,・・・Ynとからそれぞれ選択された電極の間に電圧を印加すると、その選択された両電極が交差する位置の素子4に電圧が印加され、スピンが注入されて磁化方向が反転される。すなわち、電圧を印加する電極の選択によって、マトリクス状に配列された素子4のアレイの中から磁化反転する素子4を選択することができる。この図2(a)に示す回折格子1では、下部電極X3と、上部電極Y1、・・・Ynとの間、また、下部電極X6と、上部電極Y1、・・・Ynとの間、下部電極X9と、上部電極Y1、・・・Yn、・・・との間に電圧を印加することによって、それぞれの交点に該当する素子4に電圧を印加することができる。これによって、図2(a)に白四角で示すように、磁化反転素子4Aを、X軸方向に非磁化反転素子4B(図2(a)に示す黒四角)2つを挟む間隔(回折格子周期d=3D,D:素子周期(素子4の図中水平方向の配列周期)で図中垂直方向に一列で並んだ状態で形成することができる。
この投射型画像表示装置21は、図4(a)に示すように、基板22上に画素23がアレイ状に配設された画素アレイ部24と、光ビーム入射手段25と、画素23毎に設けられた下部電極選択機構26aと上部透明電極選択機構26bで構成される波長選択手段26と、変調手段27と、偏光手段28と、スクリーン(画像表示部)29とを備える。
図5は、本発明のレーザプロジェクタ31の基本構成を示す概念図である。
このレーザプロジェクタ31は、第1回折反射部32と、第2回折反射部33と、光ビーム入射手段34と、第1素子選択手段35と、第2素子選択手段36とを備える。
図6(a)、(b)および(c)は、焦点可変反射型のゾーンプレート61の基本構成および動作を説明する概念図である。
図6(a)、(b)および(c)に示すゾーンプレート61は、図6(a)に示すように、アレイ状に素子64が配設された回折反射部65と、図6(c)に示すように、素子選択手段68と、光ビーム入射手段69、偏光手段70とを備えるものである。
図7(a)および(b)は、本発明に係る立体画像表示装置81の基本構成および動作を説明する概念図である。
この立体画像表示装置81は、図7(a)に示すように、動画像を表示する二次元画像表示部82と、画素ビーム入射部83と、ハーフミラー84と、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部85と、焦点距離制御部86とを備えるものである。
2 基板
3 絶縁層
4 スピン注入型磁化反転素子(素子)
41 スピン固定強磁性層
42 非磁性中間層
43 スピンフリー強磁性層
4A 磁化反転素子
4B 非磁化反転素子
5 回折反射部
6 下部電極
7 上部透明電極
8 素子選択手段
9 光ビーム入射手段
10 偏光手段
X1,X2,X3、X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,・・・・Xn
下部電極
Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9,Y10,・・・Yn
上部電極
21 投射型画像表示装置
22 基板
23 画素
24 画素アレイ部
25 光ビーム入射手段
26 波長選択手段
26a 下部電極選択機構
26b 上部透明電極選択機構
27 変調手段
28 偏光手段
29 スクリーン(画像表示部)
31 レーザプロジェクタ
32 第1回折反射部
33 第2回折反射部
34 光ビーム入射手段
35 第1素子選択手段
36 第2素子選択手段
FL1 第1反射回折光
FL2 第2反射回折光
BL レーザ光
37 投射面
61 焦点可変反射型のゾーンプレート
64 素子
65 回折反射部
66 下部電極
67 上部透明電極
68 素子選択手段
69 光ビーム入射手段
70 偏光手段
71 第1回折円輪帯
72 第2回折円輪帯
73 第3回折円輪帯
81 立体画像表示装置
82 二次元画像表示部
82a 基板
82b 画素
83 画素ビーム入射部
84 ハーフミラー
85 焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部
86 焦点距離制御部
PL1 偏光画素ビーム
PL2 反射光
F1、F2,・・・F4 焦点
Claims (12)
- スピン注入により磁化方向が反転されることによって、入射した直線偏光光ビームの偏光軸を、磁化反転しないスピン注入型磁化反転素子による反射光の偏光軸と反対方向に回転させて反射する複数のスピン注入型磁化反転素子が、基板上にアレイ状に配設された回折反射部と、
前記スピン注入型磁化反転素子の上部に設けられた上部電極と、前記スピン注入型磁化反転素子の下部に設けられた下部電極との間に電圧を印加することにより、前記回折反射部の複数のスピン注入型磁化反転素子の中から磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択する素子選択手段と、
前記回折反射部に直線偏光した光ビームを入射させる光ビーム入射手段と、
スピン注入により磁化方向が反転された前記スピン注入型磁化反転素子によって偏光軸が回転された反射光を透過させる偏光手段と、
を備え、
スピン注入されず磁化反転していない前記スピン注入型磁化反転素子による反射光の偏光軸と反対方向に、偏光軸が回転されたスピン注入された前記スピン注入型磁化反転素子による反射光が前記偏光手段を透過して干渉することによって光ビームの回折が行われるようにしたことを特徴とする回折格子。 - 前記上部電極と、前記下部電極とは、相互に直交配置されたX−Y電極線に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の回折格子。
- 前記上部電極は、前記光ビーム入射手段から入射する直線偏光した光ビームの波長領域で透明であることを特徴とする請求項2に記載の回折格子。
- 前記スピン注入型磁化反転素子は断面柱状に形成され、相隣接するスピン注入型磁化反転素子同士は、相互に電気的および磁気的に絶縁されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の回折格子。
- 前記素子選択手段は、入射する光ビームの波長および入射角に応じて、前記回折反射部の前記スピン注入型磁化反転素子の中から、前記上部電極および下部電極によって電圧を印加してスピン注入する前記スピン注入型磁化反転素子を、周期的かつ帯状に選択することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の回折格子。
- スピン注入により磁化方向が反転されることによって、入射する直線偏光された白色光ビームの偏光軸を、磁化反転しないスピン注入型磁化反転素子による反射光の偏光軸と反対方向に回転させて反射する複数のスピン注入型磁化反転素子で構成される画素が、基板上にアレイ状に配設された画素アレイ部と、
直線偏光した白色光ビームを前記画素に入射させる光ビーム入射手段と、
前記スピン注入型磁化反転素子の上部に設けられた上部電極と、前記スピン注入型磁化反転素子の下部に設けられた下部電極との間に電圧を印加することにより、スピン注入により磁化方向が反転される前記スピン注入型磁化反転素子を選択して、前記画素アレイ部の画素における回折格子周期を制御することによって、前記画素に入射する直線偏光された白色光ビームから前記画素アレイ部で所定の回折角で回折反射される光の波長を選択する波長選択手段と、
前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加して前記スピン注入型磁化反転素子にスピンを注入する動作をパルス状に行い、前記パルスのパルス幅、パルス数およびパルス間隔から選ばれる少なくとも1種を制御することによって、前記画素アレイ部の画素による反射光の強度を変調する変調手段と、
スピン注入により磁化方向が反転された前記スピン注入型磁化反転素子によって偏光軸が回転された反射光を透過させる偏光手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 前記波長選択手段によって、前記画素毎に選択された波長の回折反射光を画像表示部に投射する回折反射光投射手段を備えることを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。
- スピン注入により磁化方向が反転されることによって、入射したレーザ光ビームの偏光軸を、磁化反転しないスピン注入型磁化反転素子による反射光と反対方向に回転させて反射する複数のスピン注入型磁化反転素子が、基板上にアレイ状に配設された第1回折反射部と第2回折反射部と、
前記第1回折反射部に直線偏光したレーザ光ビームを入射させる光ビーム入射手段と、
前記第1回折反射部の複数のスピン注入型磁化反転素子の中から、磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択して回折格子周期を制御する第1素子選択手段と、
前記第2回折反射部の複数のスピン注入型磁化反転素子の中から、磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択して回折格子周期を制御する第2素子選択手段と、
を備え、
前記第1素子選択手段は、前記第1回折反射部から磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択して回折格子周期を制御して、前記第1回折反射部によって回折反射される第1反射回折光を、第1方向に走査し、
前記第2素子選択手段は、前記第2回折反射部から磁化方向を反転させるスピン注入型磁化反転素子を選択して回折格子周期を制御して、前記第1回折反射部によって第1方向に走査された第1反射回折光を、前記第1方向に直交する第2方向に走査するようにしたことを特徴とするレーザプロジェクタ。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の回折格子を用いるゾーンプレートであって、前記素子選択手段が、前記回折反射部を構成する複数のスピン注入型磁化反転素子の中から、スピン注入により磁化方向が反転される複数のスピン注入型磁化反転素子を同心円状に選択して回折輪帯を形成し、前記回折反射部に直線偏光した光ビームを入射して、前記回折輪帯を構成するスピン注入型磁化反転素子によって偏光軸が回転された反射光を同心円状に形成するとともに、前記回折円輪帯の同心円直径および周期を制御して、所望の焦点距離で前記反射光が集光するようにしたことを特徴とするゾーンプレート。
- 前記素子選択手段は、前記回折反射部を構成する複数のスピン注入型磁化反転素子の中から、スピン注入により磁化方向が反転される複数のスピン注入型磁化反転素子を、楕円状または所定周期で変化する異方性を有する周期構造となるように選択して前記回折輪帯を形成することにより、前記回折輪帯を構成するスピン注入型磁化反転素子によって偏光軸が回転された反射光の集光ビームの断面形状を制御することを特徴とする請求項9に記載のゾーンプレート。
- 請求項9または請求項10に記載のゾーンプレートを2枚以上組合せて構成されるズームレンズであって、各ゾーンプレートの素子選択手段は、ゾーンプレートの回折反射部にアレイ状に配設されたスピン注入型磁化反転素子の中から、スピン注入により磁化方向が反転される複数のスピン注入型磁化反転素子を選択することにより、回折円輪帯を形成するとともに、前記回折円輪帯の同心円直径および周期を制御して、焦点距離を変更可能にしたことを特徴とするズームレンズ。
- 請求項9または請求項10に記載のゾーンプレートをアレイ状に配設した焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部と、
基板上にアレイ状に配設された画素を有し、各画素によって二次元画像を形成して、二次元画像の情報を有する画素光ビームを生成する二次元画像表示部と、
前記焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部に画像を形成するための偏光画素ビームを入射する画素ビーム入射部と、
前記焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部を構成する各ゾーンプレートに、各画素に対応する被写体のカメラからの奥行き距離情報を入力して、前記ゾーンプレートによる反射光の焦点距離を各ゾーンプレートごとに制御する焦点距離制御部と、
を備えることを特徴とする立体画像表示装置。
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