JP2013218142A - 空間光変調器及びホログラム表示装置 - Google Patents

空間光変調器及びホログラム表示装置 Download PDF

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秀和 金城
Kenji Machida
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賢一 青島
Atsushi Kuga
淳 久我
Hiroshi Kikuchi
宏 菊池
Naoki Shimizu
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Abstract

【課題】空間光変調器の上部電極による干渉縞が、空間光変調器の画素により形成されたパターンによる干渉縞と重ならない空間光変調器を提供する。
【解決手段】空間光変調器１は、上部及び下部に設けられた電極間に印加される電圧を制御することで入射光を変調して反射光又は透過光として出射する光変調素子５と、２次元の配列の一方向に延伸し、当該一方向に配列する光変調素子５の下部と電気的に接続するストライプ状に配列された複数の下部電極３と、２次元の配列の一方向と異なる方向である他方向に延伸し、当該他方向に配列する光変調素子５の上部と電気的に接続するストライプ状に配列された複数の上部電極２とを備え、上部電極２は、ストライプ状に細分化されて配列された細分化部２ｂの配列ピッチＬｅが、他方向に配列された光変調素子５の配列ピッチＬｃよりも小さくなるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射した光を、光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器及びそれを用いたホログラム表示装置に関する。
光の位相や振幅等を変調する光学素子を２次元に配列して、空間的に光を変調する空間光変調器は、ホログラフィなどの画像表示装置に応用され、ディスプレイ技術や記録技術などの分野で広く利用されている。また、このような光学素子は、２次元で並列に光情報を処理することができるため、光情報処理技術などへの応用も研究されている。
代表的な空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）に液晶パネルを用いた空間光変調器がある。液晶パネルは、油状で透明な液晶材料が２枚の透明な基板で挟まれた構造をしている。透明な基板としては主にガラスが用いられることが多いがプラスチックを用いることもある。この透明な基板の内面には、液晶に電圧を印加する電極として透明電極が設けられている。透明電極の材料には、抵抗値が低く、電極の形状を作製するのが容易なインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）が広く用いられている。これらを用いてホログラフィを再現しようと試みられているが、応答速度の遅さや画素の高精細性が不足しているために、画像再生への利用は限定的なものであった（非特許文献１参照）。
前記した画素（ピクセル）の高精細化及び応答速度の高速化の問題を解決するために、特許文献１又は特許文献２に示すような磁性ガーネットのファラデー効果を利用して、高速な応答性を実現した磁気光学式空間光変調器（以降、ＭＯＳＬＭ：Magneto-Optic SLM）の例が開示されている。
特許文献１には、各ピクセルに対応した領域毎に個別に光反射膜を形成し、局所熱処理と光反射鏡により印加される応力とで各ピクセル間が磁気的に分離したＭＯＳＬＭが記載されている。また、特許文献１には、各ピクセルの外形に一致するようにＸＹ駆動ラインを形成し、局所熱処理とＸＹ駆動ラインにより印加される応力とで、各ピクセル間が磁気的に分離されているＭＯＳＬＭが記載されている。これらにより、特許文献１に記載のＭＯＳＬＭでは、ピクセル間の距離をピクセルサイズ以下に狭めることが可能となる。また、各ピクセルの磁性ガーネットがシングルドメイン構造（単磁区構造）に形成されていれば、ＸＹ駆動ラインにパルス電流を印加することによって、磁性ガーネットの磁化方向を反転させることができる。
特許文献２には、ＸＹ駆動ラインヘの通電が合致したピクセルに対して合成磁界を印加し、選択的に磁化反転をする構造のＭＯＳＬＭが記載されている。
ところで、スピン注入型磁化反転技術（ＳＴＳ：Spin Transfer Switching）は、サブμｍ（サブミクロン）以下の小さな磁性体の磁化方向を反転させる技術として注目されている（非特許文献２参照）。ＳＴＳを用いることで、ギガビット（Ｇbit）級の超高密度な磁気ランダムメモリ（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）への応用が期待されている。また、近年、メモリヘの応用だけでなく、磁気光学効果とＳＴＳとを組み合わせることで光を変調する光変調素子が提案されている。
本願発明者らは、これまでに、スピン注入により磁化反転されるスピン注入型磁化反転素子と偏光手段とを用い、磁化方向の変化を利用して画素選択を行う撮像装置を提案している（特許文献３参照）。この特許文献３に記載された、スピン注入により磁化反転を行う光変調素子は、入射光である直線偏光の旋光角を変えることで光を変調させる方式であるために、高速応答及び高精細化が可能である。
また、本願発明者らは、膜面に垂直な垂直磁気異方性を有する磁性材料から構成されている磁性膜を用い、磁気光学効果を利用した空間光変調器を提案している（特許文献４参照）。特許文献４に記載された空間光変調器は、磁性膜の少なくとも１つが垂直磁気異方性を有する磁性材料から構成されているため、膜面に平行な面内磁気異方性を有する磁性材料と比較して磁気光学効果を大きくすることができる。そのため、入射光の光変調度（旋光角）を大きくすることができる。
特開２００５−７０１０１号公報 特開２００５−２２１８４１号公報 特開２００８−６０９０６号公報 特開２００９−１３９６０７号公報
T.Sonehara, H.Miura and J.Amako, "Moving 3D-CGH Reconstruction Using a Liquid Crystal Spatial Wavefront Modulator", the 12th International Display Research Conference, 1992, pp.315-318
特許文献３に記載された空間光変調器や特許文献４に記載された空間光変調器は、図１０及び図１１に示すような構成を有する。ここで、図１０は、従来の空間光変調器の構成を示す模式図である。図１０において、画素アレイ１４０については模式的平面図を表している。また、図１１は、従来の空間光変調器における画素アレイの構成を示す模式図である。なお、図１１は、図１０における画素アレイ１４０のＡ−Ａ線における模式的断面図である。
図１０に示すように、空間光変調器１０１は、画素アレイ１４０と、画素アレイ１４０を駆動制御する電流制御部８０とを備えて構成されている。画素アレイ１４０は、基板７上に、横方向に延伸するストライプ状に下部電極１０３が配設され、下部電極１０３上に光変調素子５が２次元アレイ状に配列して設けられている。そして、光変調素子５の上部に、縦方向に延伸するストライプ状に上部電極１０２が配設されている。すなわち、平面視で上部電極１０２及び下部電極１０３が交差する各領域に光変調素子５が設けられ、画素１０４を構成している。なお、図１１に示すように、光変調素子５同士の間、上部電極１０２同士の間、及び下部電極１０３同士の間には絶縁部材６が充填されている。
また、電流制御部８０は、電源８１と、上部電極選択部８２と、下部電極選択部８３と、画素選択部８４とを備えて構成されている。そして、画素選択部８４は、選択した画素１０４を構成する光変調素子５の上部及び下部に接続される上部電極１０２及び下部電極１０３間に、上部電極選択部８２及び下部電極選択部８３を介して電源８１を接続して電流を供給する。そして、空間光変調器１０１は、電流制御部８０により各画素１０４に供給する電流を制御することで、画素アレイ１４０に入射される入射光Ｌ１を空間的に変調して出射する。
また、図１１に示したように、空間光変調器１０１は、画素アレイ１４０の上面側から入射された入射光Ｌ１を変調し、空間的に変調した光を上面側から出射する反射型の空間光変調器である。
ここで、空間光変調器１０１を、例えばホログラム表示装置として用いる場合は、２次元アレイ状に配列された複数の画素１０４からなる画素アレイ１４０に種々のパターンを描画し、レーザー光を入射光Ｌ１として画素アレイ１４０に入射する。そして、描画パターンに応じた回折光Ｌ２の干渉を利用して立体画像が再生される。
一方、画素アレイ１４０に入射した入射光Ｌ１は、光変調素子５だけでなく、上部電極１０２にも入射される。上部電極１０２は、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）などの透光性の導電材料が用いられることが多いが、屈折率が使用環境である空気と異なるため、ストライプ状に配設された上部電極１０２は、回折格子として機能する。このため、回折格子としての上部電極１０２による回折光Ｌ３が画素アレイ１４０の上面から出射される。
ここで、画素１０４の配置のピッチと、上部電極１０２の配置のピッチとは同じであるため、図１１に示すように、入射角αで入射された入射光Ｌ１の、光変調素子５によって生じる回折光Ｌ２の出射方向（回折角β）と、上部電極１０２によって生じる回折光Ｌ３の出射方向（回折角β）とが重なることとなる。
このため、空間光変調器１０１を、例えば、動画ホログラム表示装置への適用に向けて基本動作の検証をするための動的光回折実験を行う際に、上部電極１０２による回折光Ｌ３が影響し、精度よく検証を行い難いという問題がある。また、検証実験に限らず、ホログラム表示装置に適用して実用する場合においても、立体画像の表示方向と上部電極１０２による回折光Ｌ３とが重複又は近接するために、表示品質を低下させる恐れがある。
本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、上部電極による回折光の影響を低減した空間光変調器、及びその空間光変調器を用いたホログラム表示装置を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る空間光変調器は、基板上に複数の画素を２次元に配列した画素アレイを備え、前記画素アレイは、前記画素の上部に設けられた上部電極と、前記画素の下部に設けられた下部電極と、前記画素毎に設けられ、前記上部電極と前記下部電極とに接続して、前記上部電極と前記下部電極との間に印加される電圧を制御することで入射光を変調して反射光又は透過光として出射する光変調素子と、を有し、少なくとも一つの前記上部電極と、少なくとも一つの前記下部電極と、を選択し、選択した上部電極と下部電極との間に印加される電圧を制御する画素選択部を備えた空間光変調器であって、複数の前記下部電極が、前記２次元の配列の一方向に延伸するストライプ状に配列され、複数の前記上部電極が、前記２次元の配列の前記一方向と異なる方向である他方向に延伸するストライプ状に配列され、前記上部電極は、前記他方向に延伸するとともに前記一方向に所定の間隔を置いて配列された複数の上部電極細分化部からなり、当該上部電極細分化部の配列ピッチが、前記画素の前記一方向の配列ピッチよりも小さいように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、画素選択部によって、上部電極及び下部電極を選択し、選択したこれらの電極間に挟まれた光変調素子に印加する電圧を制御することで、当該光変調素子に入射される入射光を変調して出射する。空間光変調器は、画素選択部によって、選択する上部電極及び下部電極を順次変更することで、画素アレイに配列された画素毎に光変調素子による変調を制御することができる。これによって、空間光変調器は、入射光を、空間的に（２次元的に）変調する。
また、画素アレイに入射した光は、光変調素子だけでなく上部電極にも照射される。ここで、上部電極はストライプ状に配列されており、回折格子として機能する。このため、上部電極に照射された入射光は、入射光の画素アレイの入射面に対する入射角、入射光の波長、及び上部電極の配列ピッチにより特定される方向に強度が極大となる回折光が、空間光変調器から出射される。一方、２次元に配列された画素毎に配置された光変調素子に照射された入射光も、入射角、波長、及び画素の配列ピッチにより特定される方向に強度が極大となる回折光が、空間光変調器から出射される。このとき、上部電極は、画素が配列された領域において、上部電極の配列方向に細分化され、この上部電極細分化部の配列ピッチが同方向の画素の配列ピッチよりも小さいため、細分化された上部電極による回折光の強度の極大方向が、光変調素子による回折光の強度の極大方向と異なることとなる。
請求項２に記載の空間光変調器は、請求項１に記載の空間光変調器において、前記上部電極細分化部の配列ピッチは、前記一方向に配列された前記画素の配列ピッチのＮ分の１（Ｎは２以上の整数）であるように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、上部電極細分化部の配列ピッチに応じた方向に強度が極大となり、光変調素子による回折光の強度が極大となる方向とは異なる方向で強度が極大となる回折光を出射する。
請求項３に記載の空間光変調器は、請求項１又は請求項２に記載の空間光変調器において、前記上部電極細分化部の配列ピッチは、前記入射光の波長の０．６倍以下であるように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、細分化された上部電極による回折光の発生を抑制する。
請求項４に記載の空間光変調器は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空間光変調器において、前記上部電極は、前記入射光に対して透光性を有するように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、入射光を上部電極で吸収又は反射されることなく上部電極を透過させて光変調素子に到達させ、光変調素子で入射光を変調して出射する。また、空間光変調器が反射型の場合は、空間光変調器は、光変調素子で変調した光を、上部電極で吸収又は反射されることなく外部に出射する。
請求項５に記載の空間光変調器は、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の空間光変調器において、前記下部電極は、前記一方向に延伸するとともに前記他方向に所定の間隔を置いて配列された複数の下部電極細分化部からなり、当該下部電極細分化部の配列ピッチが、前記画素の前記他方向の配列ピッチよりも小さいように構成した。
かかる構成によれば、画素アレイに入射した光は、その一部が下部電極に照射される。ここで、下部電極はストライプ状に配列されており、回折格子として機能する。このため、下部電極に照射された入射光は、入射光の画素アレイの入射面に対する入射角、入射光の波長、及び下部電極の配列ピッチにより特定される方向に強度が極大となる回折光が、空間光変調器から出射される。一方、２次元に配列された画素毎に配置された光変調素子に照射された入射光も、入射角、波長、及び画素の配列ピッチにより特定される方向に強度が極大となる回折光が、空間光変調器から出射される。このとき、下部電極は、画素が配列された領域において、下部電極の配列方向に細分化されており、この細分化部の配列ピッチが同方向の画素の配列ピッチよりも小さいため、細分化された下部電極による回折光の強度の極大方向が、光変調素子による回折光の強度の極大方向と異なることとなる。
請求項６に記載の空間光変調器は、請求項５に記載の空間光変調器において、前記下部電極細分化部の配列ピッチは、前記他方向に配列された前記画素の配列ピッチのＮ分の１（Ｎは２以上の整数）であるように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、下部電極細分化部の配列ピッチに応じた方向に強度が極大となり、光変調素子による回折光の強度が極大となる方向とは異なる方向で強度が極大となる回折光を出射する。
請求項７に記載の空間光変調器は、請求項５又は請求項６に記載の空間光変調器において、前記下部電極細分化部の配列ピッチは、前記入射光の波長の０．６倍以下であるように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、細分化された下部電極による回折光の発生を抑制する。
請求項８に記載の空間光変調器は、請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の空間光変調器において、前記光変調素子は、磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化自由層とをこの順で積層したスピン注入型磁化反転素子構造を有するように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、光変調素子であるスピン注入型磁化反転素子構造の上下に設けられた上部電極及び下部電極の間に印加される電圧を制御することで当該スピン注入型磁化反転素子に電流が供給されることにより磁化自由層の磁化方向を変化させる。これによって、空間光変調器は、入射光の偏光方向を変化させるという変調をして出射する。
請求項９に記載の空間光変調器は、請求項８記載の空間光変調器において、前記磁化固定層及び前記磁化自由層は、それぞれ垂直磁気異方性を有する磁性材料からなる磁性膜を含むように構成した。
かかる構成によれば、空間光変調器は、磁化自由層の膜面に垂直方向に変化する磁化方向に応じて、入射光の偏光方向を変調する。
請求項１０に記載のホログラム表示装置は、請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の空間光変調器と、前記画素アレイに光を入射する光源とを備えて構成した。
かかる構成によれば、ホログラム表示装置は、空間光変調器によって、前記光源と同じ波長の照明光による物体からの反射光である物体光と、照明光を分割した光である参照光とにより形成される２次元の干渉縞を示す画像信号に基づいて、画素毎に光源から入射した光を変調して出射する。これによって、前記物体の立体画像を表示する。
請求項１に記載の発明によれば、上部電極による回折光の強度の極大方向が、画素に配置された光変調素子による回折光の極大方向と異なるため、光変調素子により表示されるべき立体画像への、上部電極による回折光の影響を低減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、細分化された上部電極の配列ピッチを画素の配列ピッチのＮ分の１とすることで、上部電極による回折光の強度の極大方向が、画素に配置された光変調素子による回折光の極大方向と異なるようにするため、光変調素子により表示されるべき立体画像への、上部電極による回折光の影響をより低減することができる。
請求項３に記載の発明によれば、上部電極による回折光の発生が抑制されるため、上部電極の回折光による光変調素子により表示される立体画像への影響をなくすことができる。
請求項４に記載の発明によれば、上部電極による入射光の損失が抑制されるため、光の利用効率のよい空間光変調器とすることができる。
請求項５に記載の発明によれば、下部電極による回折光の強度の極大方向が、画素に配置された光変調素子による回折光の極大方向と異なるため、光変調素子により表示されるべき立体画像への、下部電極による回折光の影響を低減することができる。
請求項６に記載の発明によれば、細分化された下部電極の配列ピッチを画素の配列ピッチのＮ分の１とすることで、下部電極による回折光の強度の極大方向が、画素に配置された光変調素子による回折光の極大方向と異なるようにするため、光変調素子により表示されるべき立体画像への、下部電極による回折光の影響をより低減することができる。
請求項７に記載の発明によれば、下部電極による回折光の発生が抑制されるため、下部電極の回折光による光変調素子により表示される立体画像への影響をなくすことができる。
請求項８に記載の発明によれば、光変調素子としてスピン注入型磁化反転素子を用いるため、高速応答でき、高精細な表示が可能な空間光変調器とすることができる。
請求項９に記載の発明によれば、スピン注入型磁化反転素子の光変調を行う層である磁化自由層の磁化方向が膜面に垂直であるため、画素アレイに垂直に入射した光を、高い変調度で変調することができる。
請求項１０に記載の発明によれば、上部電極による回折光の影響が低減された空間光変調器を用いて立体画像を表示するため、表示される立体画像の品質を向上することができる。
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る空間光変調器における画素アレイの構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成の一例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成の他の例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る空間光変調器の構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る空間光変調器における画素アレイの構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る空間光変調器における画素アレイの構成を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係るホログラム表示装置を用いたホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 従来の空間光変調器の構成を示す模式図である。 従来の空間光変調器における画素アレイの構成を示す模式図である。
以下、本発明に係る空間光変調器及びホログラム表示装置を実施するための形態について適宜図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
［空間光変調器の構成］
まず、第１実施形態に係る空間光変調器の構成について、図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１において、画素アレイ４０は模式的平面図を表しており、図２は、図１に示す画素アレイ４０のＡ−Ａ線における模式的断面図を表している。
なお、本明細書において画素とは、空間光変調器による偏光方向や強度などの光変調において、独立して光変調を行うことができる最小単位の変調手段を指す。
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１は、図１及び図２に示すように、基板７と、基板７上に２次元アレイ状に配列された画素４（光変調素子５）からなる画素アレイ４０と、画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部８０を備えている。なお、本明細書における平面（上面）は空間光変調器１の光の入射面であり、空間光変調器１は画素４（画素アレイ４０）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
（画素アレイ）
図１に示すように、画素アレイ４０は、平面視で縦方向に延伸しストライプ状に配設された複数の上部電極２と、平面視で横方向に延伸しストライプ状に配設され、平面視で延伸方向が上部電極２の延伸方向と直交する複数の下部電極３と、を備え、上部電極２と下部電極３とが交差する領域毎に１つの画素４が配置されている。
また、上部電極２は、端部２ａと、画素４が配置された中央部において電極が横方向に２つに細分化された細分化部（上部電極細分化部）２ｂとから構成されている。細分化部２ｂは、縦方向に延伸するとともに、横方向に所定の間隔を置いて配列されている。この上部電極２の細分化部２ｂの配列ピッチＬｅは、画素４（光変調素子５）の配列ピッチＬｃの１／２となるように構成されている。すなわち、Ｌｅ＝Ｌｃ／２である。
また、図２に示すように、隣り合う光変調素子５同士の間、上部電極２同士の間、及び下部電極３同士の間（細分化部３ｂ同士の間を含む）には、絶縁部材６が充填されている。
また、上部電極２及び下部電極３の間に配置された光変調素子５は、その上部が上部電極２と電気的に接続され、その下部が下部電極３と電気的に接続されている。また、各上部電極２は、上部電極選択部８２と接続される配線の一つとそれぞれ接続され、各下部電極３は、下部電極選択部８３と接続される配線の一つとそれぞれ接続されている。
なお、本実施形態では画素アレイ４０の画素４の数は４×４＝１６個としたが、これは画素アレイ４０の構成を説明するために模式的に示した例であって、更に多数の画素を配列して構成してもよい。また、本実施形態では、上部電極２が縦長に、下部電極３が横長になるように配列したが、延伸方向を入れ替えてもよい。また、延伸方向が互いに直交するものに限定されず、例えば、６０°のように、延伸方向の成す角度を０°以外の任意の角度としてもよい。また、本実施形態では、１つの画素４に対して１つの光変調素子５を配置したが、これに限定されず、１つの画素４に対して、複数の光変調素子５を配置するようにしてもよい。
図１に示すように、電流制御部８０は、上部電極２及び下部電極３に電流を供給する電源８１と、上部電極２を選択する上部電極選択部８２と、下部電極３を選択する下部電極選択部８３と、上部電極選択部８２及び下部電極選択部８３を制御する画素選択部８４と、を備えている。電流制御部８０を構成する各部は、それぞれ公知のものでよく、光変調素子５に光変調動作をさせるために適正な電圧・電流を供給するものとする。
上部電極選択部８２は、画素選択部８４からの指示信号に従って、上部電極２の１つを選択するための手段である。すなわち、上部電極選択部８２は、選択した上部電極２が接続されている配線と、電源８１の一方の出力端子とを電気的に接続するスイッチング手段である。また、下部電極選択部８３は下部電極３の１つを選択するための手段である。すなわち、下部電極選択部８３は、選択した下部電極３が接続されている配線と、電源８１の他方の出力端子とを電気的に接続するスイッチング手段である。
そして、上部電極選択部３２が選択した上部電極２と、下部電極選択部８３が選択した下部電極３との間に電源８１が接続されると、選択された上部電極２と下部電極３とに接続された光変調素子５に、電圧が印加され電流が供給される。
なお、上部電極選択部８２は、２以上の上部電極２を選択するように構成してもよい。同様に、下部電極選択部８３は、２以上の下部電極３を選択するように構成してもよい。
電源８１は、上部電極選択部８２及び下部電極選択部８３を介して、光変調素子５に電圧を印加して電流を供給する電源装置である。本実施形態では、光変調素子５としてスピン注入型磁化反転素子が用いられているため、選択された画素４に配置された光変調素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給するもので、電圧を正負反転可能なパルス電流を供給することができるように構成されている。
上部電極２は、下部電極３と対になって光変調素子５の垂直方向に電流を流す役割を担う。本実施形態の上部電極２は、端部２ａと、画素４が配列された画素アレイ４０の中心部において、上部電極２の配列方向（図１において横方向）に細分化された細分化部２ｂとを有している。端部２ａの一方は上部電極選択部８２からの配線の一つと接続され、一つの上部電極２に属する細分化部２ｂを介して、上部電極２の延伸方向（図１において縦方向）に配列された１列の光変調素子５の上部と電気的に接続されている。本実施形態では、細分化部２ｂの配列ピッチＬｅが、画素４の配列ピッチＬｃの１／２となるように上部電極２の中央部が細分化されている。なお、同じ上部電極２に属する細分化部２ｂ同士の配列ピッチと、隣接する上部電極２の細分化部２ｂとの間の配列ピッチとは、同じ配列ピッチＬｅである。これによって、上部電極２は、格子ピッチｄ＝Ｌｅ（＝Ｌｃ／２）の回折格子とみることができる。
また、上部電極２は、素子に電流を流すとともに、磁化自由層５３に光を透過させるためにＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：インジウム−亜鉛酸化物）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化アンチモン−酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）等の透明電極材料で構成される。これらの透明電極材料は、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等の公知の方法により成膜され、成形加工することができる。
下部電極３は、上部電極２と対になって光変調素子５の垂直方向に電流を流す役割を担う。下部電極３は下部電極選択部８３からの配線の一つと接続され、光変調素子５の下部と電気的に接続されている。
下部電極３は、導電性の良好なＣｕ、Ａｇ等の金属を用いることができる。また、下部電極３は、多層構造としてもよく、例えば、比較的安価で導電性の良好なＣｕを主層とし、光変調素子５側の部分である上層部に反射率の高いＡｇを用いて形成するようにしてもよい。下部電極３の上層部を光の反射率の高いＡｇとすることにより、光変調素子５を透過してくる入射光を効率的に反射し、再度光変調素子５で光変調を受けさせて出射光に加えることができるため、結果的に反射光の総体における光変調度を向上することができる。
下部電極３は、スパッタリング法、メッキ法等の公知の方法により成膜し、フォトリソグラフィ、及びエッチング又はリフトオフ法等により成形加工することができる。
基板７は、例えば表面を熱酸化したＳｉ基板等の公知の基板が適用できる。絶縁部材６は、隣り合う上部電極２同士の間、光変調素子５同士の間、及び下部電極３同士の間に配され、例えば、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等からなる。
なお、透過型の空間光変調器を構成する場合は、基板７は、ガラス、サファイアなどの透光性の材料を用いて構成することができる。また、下部電極３も、上部電極２と同様に、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて構成することができる。
（光変調素子）
本実施形態における光変調素子５について、図３を参照して説明する。ここで、図３は、本実施形態に係る空間光変調器１を用いた表示装置の構成を示す模式的断面図であり、画素４毎に一つの光変調素子５を備えている。
図３に示すように、光変調素子５は、磁化固定層５１、中間層５２、及び磁化自由層５３がこの順に積層されて構成されている。光変調素子５は、一対の電極である上部電極２と下部電極３とが上下に接続されて、膜面に垂直に電流を供給される。光変調素子５は、磁化が一方向に固定された磁化固定層５１及び磁化の方向が反転可能な磁化自由層５３を、非磁性の中間層５２を挟んで備えたＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等の構造を有するスピン注入型磁化反転素子である。
本実施形態における光変調素子５は、磁化自由層５３の磁化方向に応じて、光変調素子５に入射される直線偏光の旋光角を変化させることで光変調する磁気光学効果を利用した素子である。なお、本実施形態における光変調素子５による光変調の原理についての説明は、後記する空間光変調器の動作の説明とともに行う。
スピン注入型磁化反転素子である光変調素子５は、磁化自由層５３における電子と逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、すなわち電流を反対向きに供給することにより、磁化自由層５３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転、以下、適宜磁化反転という）させて、磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向（図３において上向き）又は１８０°異なる方向（図３において下向き）にすることができる。
具体的には、上部電極２を「＋」、下部電極３を「−」にして、磁化自由層５３側から磁化固定層５１へ電流を供給すると、図３において中央の画素４に設けられた光変調素子５のように、磁化自由層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が平行である（Ｐ：Parallel）という。
反対に、上部電極２を「−」、下部電極３を「＋」にして、磁化固定層５１側から磁化自由層５３へ電流を供給すると、図３において両端の画素４に設けられた光変調素子５のように、磁化自由層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と逆方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が反平行である（ＡＰ：Anti-Parallel）という。なお、光変調素子５に供給する電流の大きさは反転電流以上とする必要があるが、より小さいことが好ましく、電流密度で１×１０5〜２×１０7Ａ／ｃｍ2であることが好ましい。
光変調素子５が、平行又は反平行の何れかの磁化を示していれば、その磁化を反転させる電流が供給されるまでは、磁化自由層５３の保磁力Ｈcfにより磁化が保持される。このように、光変調素子５において磁化は保持されるため、光変調素子５に供給する電流としては、パルス電流のように、磁化方向を反転させる電流値に一時的に到達する電流を用いることができる。但し、磁化自由層５３の保磁力Ｈcfが大きくなって磁化固定層５１の保磁力Ｈcpに近付くと、磁化反転に要する電流（磁化反転電流）が大きくなり、更に磁化固定層５１の保磁力Ｈcp以上になると、電流供給による磁化反転動作ができなくなる。そのため、保磁力Ｈcf，ＨcpがＨcf＜Ｈcpとなるように、好ましくはその差が５００Ｏｅ以上となるように、磁化固定層５１及び磁化自由層５３の磁性材料や膜厚を構成する。
磁化固定層５１は磁化方向が一方向に固定された膜であって、電流中の電子のスピンを弁別する機能を有する。磁化固定層５１は磁化自由層５３と同方向の磁気異方性を有することが望ましく、磁化自由層５３に垂直磁気異方性を有する磁性膜を用いた場合は、磁化固定層５１も垂直磁気異方性を有する磁性膜を用いる。
磁化固定層５１は、垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等の磁化固定層として公知の磁性材料にて構成することができ、その厚さは８〜３０ｎｍとすることが好ましい。具体的にはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉのような遷移金属およびそれらを含む合金、例えばＴｂＦｅ系、ＴｂＦｅＣｏ系、ＣｏＣｒ系、ＣｏＰｔ系、ＣｏＰｄ系、ＦｅＰｔ系の合金が挙げられる。膜厚が１０〜３０ｎｍのＴｂＦｅＣｏ合金膜が、より好ましい。この合金膜に含まれるＴｂによって磁化固定層５１の保持力を大きくすることができるため、磁化固定層５１は、その磁化方向が外部磁場によって容易に変わらないようにすることができる。
また、磁化固定層５１は、これらの遷移金属の膜と非磁性金属の膜とを交互に積層した多層膜で構成してもよく、Ｃｏ／Ｐｔ，Ｆｅ／Ｐｔ，Ｃｏ／Ｐｄ等の多層膜が挙げられる。これらの材料で構成することで、強い垂直磁気異方性を有し、また大きな保磁力を有する磁化固定層５１とすることができる。
中間層５２は、磁化固定層５１と磁化自由層５３との間に設けられ、磁化自由層５３と磁化固定層５１とを磁気的に分離するとともに、スピン偏極した電流を流す非磁性層である。光変調素子５がＣＰＰ−ＧＭＲ素子を構成する場合は、中間層５２は、Ｃｕ，Ａｕのような非磁性金属を用いることができ、その膜厚は３〜２０ｎｍ程度であり、より好ましくは６〜２０ｎｍとすることができる。また、光変調素子５がＴＭＲ素子を構成する場合は、中間層５２は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２，ＨｆＯ2のような非磁性の絶縁体や、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇのような非磁性の絶縁体を含む積層膜からなり、その膜厚は０．５〜３ｎｍ程度とすることができる。
磁化自由層５３は、スピン注入によって磁化方向が反転される層である。磁化自由層５３はスピン注入によって容易に磁化方向が反転されるとともに、磁気光学効果の大きいことが望ましい。磁気光学効果を大きくするためには垂直磁気異方性を有する磁性膜を用いることが望ましく、好ましくは、ＧｄＦｅ系の合金膜を用いることができる。また、ＧｄＦｅ系の合金の他にも、ＧｄＦｅＣｏ系の合金、ＣｏＰｔ系の合金、ＣｏＰｄ系の合金、ＭｎＢｉ合金、ＭｎＳｂ合金、ＰｔＭｎＳｂ系の合金等を用いることができる。また、Ｃｏ／ＰｔやＣｏ／Ｐｄなどの多層膜を用いることができる。
また、磁化固定層５１、中間層５２及び磁化自由層５３の各層間又は上部電極２、下部電極３との界面に、適宜に機能層を設けるようにしてもよい。例えば、微細加工プロセス中に磁化自由層５３が受けるダメージを防ぐために、上部電極２及び下部電極３と界面に、Ｔａ又はＲｕを含む保護層を設けてもよい。
光変調素子５を構成する各層は、例えばスパッタリング法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の公知の方法で連続的に成膜することで積層し、電子線リソグラフィ及びイオンビームミリング法等で所望の平面視形状に加工することができる。光変調素子５の平面視形状は限定されないが、一辺が１００〜５００ｎｍ程度の矩形又はこれに相当する大きさの形状であれば、磁化固定層５１および磁化自由層５３がそれぞれ単磁区を形成し易く好ましい。
なお、本発明の空間光変調器に適用できる光変調素子は、スピン注入型磁化反転素子に限定されるものではないが、スピン注入型磁化反転素子は、素子に注入する電流を制御して入射光の偏光軸を変えることで光を変調させる方式であるために、高速応答及び高精細化が可能であり、例えば、高精細な動画像ホログラムの表示用の光変調素子として好適である。
［空間光変調器の動作］
次に、図３を参照して、空間光変調器１の動作について、この空間光変調器１を備えた表示装置１０の動作として説明する。
動作について説明する前に、図３に示した表示装置１０の構成について説明する。図３に示した表示装置１０は、空間光変調器１と、光源９１と、偏光フィルタＰＦ１と、偏光フィルタＰＦ２とを備えて構成されている。
空間光変調器１の上部電極２及び下部電極３は、電流制御部８０に接続されている。また、空間光変調器１の画素アレイ４０の上方に、画素アレイ４０の上面に向けて光を照射する光源９１と、光源９１から照射された光を画素アレイ４０に入射する前に直線偏光に変換する偏光フィルタＰＦ１と、画素アレイ４０で偏光軸の回転角が変調された反射光である出射偏光から、偏光軸が特定の向きの出射偏光を遮断する偏光フィルタＰＦ２と、が配置されている。光源９１は、例えば、レーザー光源と、これに光学的に接続されてレーザー光を拡大するビーム拡大器と、拡大されたレーザー光を平行光とするレンズとで構成される（図９参照）。
次に、表示装置１０の動作について説明する。
まず、光源９１から照射されたレーザー光は様々な偏光成分を含んだ無偏光の入射光であるので、これを画素アレイ４０の手前の偏光フィルタＰＦ１を透過させて、１つの偏光成分の光である直線偏光に変換する。この直線偏光（入射偏光）は、画素アレイ４０のすべての画素４に所定の入射角で入射される。
それぞれの画素４において、入射偏光は、上部電極２を透過して光変調素子５に入射し、光変調素子５の磁化自由層５３で反射して出射偏光として出射し、再び上部電極２を透過して画素４から出射する。
ここで、光変調素子５に、入射偏光が磁性体である磁化自由層５３で反射して出射する際に、磁気光学効果である磁気カー効果により、入射偏光はその偏光軸の向きが変化（旋光）する。そして、図３の中央の画素４及び両端の画素４，４にそれぞれ示すように、磁化が平行及び反平行な状態の光変調素子５にそれぞれ入射した入射偏光は、磁化自由層５３の磁化方向が互いに１８０°異なるため、同じ大きさの旋光角、すなわち磁化自由層５３によるカー回転角＋θｋ、−θｋ（以下、「θｋ」は向きを示さず大きさのみを示す。）で互いに逆方向に偏光軸を回転した出射偏光として出射される。
このように、光変調素子５は、光変調素子５から出射される出射偏光の偏光方向（偏光軸の向き）を、光変調素子５に供給される電流の向きに応じて変化（変調）させるものである。
そして、出射偏光は、出射側に配置された偏光フィルタＰＦ２により、当該画素４の明／暗が弁別される。本実施形態では、磁化が平行な光変調素子５により偏光軸が回転された出射偏光を遮断するように、偏光フィルタＰＦ２が配置されている。これにより、図３の中央の画素４のように、磁化が平行な状態の光変調素子５により変調された出射偏光は遮断され、「暗（黒）」画素として表示される。
一方、図３の両端の画素４，４のように、磁化が反平行な状態の光変調素子５により変調された出射偏光は、磁化が平行な状態の光変調素子５により変調された出射偏光との、偏光軸の旋光角の差である２θｋの分に相当する、偏光フィルタＰＦ２の透過軸に平行な偏光成分が偏光フィルタＰＦ２を透過し、「明（白）」画素として表示される。
このように、画素４毎に、供給される電流の向きを切り換えることで明／暗が切り換わる。すなわち、表示装置１０は、偏光の向きを空間的に（画素毎に）変調する空間光変調器１と、偏光フィルタＰＦ１及び偏光フィルタＰＦ２とを組み合わせることで、光の強度（明暗）を空間的に変調する空間光変調器として機能する。
なお、空間光変調器１の初期状態としては、例えば全体が白く表示されるように、すべての画素４の光変調素子５の磁化を反平行にするべく、上部電極２のすべてを「−」、下部電極３のすべてを「＋」にして、上向きの電流を供給すればよい。
また、偏光フィルタＰＦ２は、磁化が反平行の状態の光変調素子５により変調された光を遮断するように配置してもよい。この場合は、磁化が反平行の場合に「暗」画素が表示され、磁化が平行な場合に「明」画素が表示される。
また、磁気光学効果の大きさは、入射光の波数ベクトルと磁性体の磁化ベクトルとのスカラー積に比例する。すなわち磁化自由層５３によるカー回転角θｋは、光の入射角が磁化自由層５３の磁化方向に平行に近いほど大きくなる。磁化自由層５３は垂直磁気異方性、すなわち膜面に垂直な方向の磁化を有する場合は、膜面に垂直に（入射角０°で）光を入射することが最も好ましく、極カー効果により、大きなカー回転角θkを得ることができる。
ここで、磁化自由層５３のカー回転角θｋは、前記したように光の入射方向が磁化自由層５３の磁化方向に近いほど大きい。従って、入射方向は膜面に垂直に、すなわち入射角を０°とすることが旋光角の差を最大にする上で望ましいが、このようにすると出射偏光の光路が入射偏光の光路と一致する。同一光路上に、光源９１及び偏光フィルタＰＦ１と、偏光フィルタＰＦ２とを配置することはできないため、図３に示した例では、入射角が少し傾斜するように光源９１及び入射側の偏光フィルタＰＦ１を配置し、この入射角に対応するように出射側の偏光フィルタＰＦを配置している。具体的には、入射偏光の入射角は５°〜３０°とすることが好ましい。また、入射角０°として、偏光フィルタＰＦ１と画素アレイ４０との間にハーフミラーを配置して、出射偏光のみを側方へ反射させてもよい。この場合、偏光フィルタＰＦ２は画素アレイ４０の側方に配置する。
なお、図３に示した表示装置１０は、反射光として空間光変調器１の画素アレイ４０による正反射光を利用した通常の２次元の画像表示装置として用いることができる。また、表示装置１０は、反射光として空間光変調器１の画素アレイ４０による回折光を利用したホログラム表示装置として用いることもできる。
［電極による回折光の影響］
次に、図２を参照（適宜図１参照）して、本実施形態において、上部電極２による回折光の影響が低減される原理について説明する。
図２に示すように、空間光変調器１の画素アレイ４０の上面（光の入射面）の法線と、入射光Ｌ１とがなす角度（入射角）をαとする。また、この法線と光変調素子５による回折光とがなす角度（回折角）をβ１とし、この法線と上部電極２による回折光とがなす角度（回折角）をβ２とする。また、画素４の配列ピッチをＬｃ、上部電極２の細分化部２ｂの配列ピッチをＬｅとする。但し、入射光Ｌ１は、上部電極２の延伸方向に垂直な方向から入射するものとする。
一般にストライプ状の回折格子による回折においては、回折格子の格子ピッチをｄ、入射角をα、回折光の強度が極大となる方向をβ、入射光の波長をλとすると、式（１）の関係がある。
ｄｓｉｎα−ｄｓｉｎβ＝ｍλ …式（１）
但し、ｍは回折次数を示し、０、±１、±２、…、である。
式（１）において、左辺は、互いに隣接する格子に入射する光の光路差である。この光路差が波長λの整数倍となる方向βにおいて、回折光が極大となる。
以下、説明の便宜上、回折光の強度が極大となる方向が、法線となす角度を、単に「回折角」という。
ここで、式（１）を変形して、回折角βについての式（２）が得られる。
β＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎα−ｍ・（λ／ｄ）） …式（２）
但し、ｍは、式（１）と同様である。
式（２）において、ｍ＝０（０次回折光）は、β＝αの場合、すなわち、正反射する方向と一致する。図２に示した例では、＋ｍ次回折光は、０次回折光の方向に対して、次数が高くなるほど回折角βが小さくなり、格子ピッチｄが小さくなるほど回折角βが小さくなる。また、−ｍ次回折光は、０次回折光の方向に対して、次数が高くなるほど回折角βが大きくなり、格子ピッチｄが小さくなるほど回折角βが大きくなる。
また、次数が高くなるほど回折光の強度が低くなるため、ホログラム表示において、通常は１次回折光が利用される。ここでは、−１次回折光を利用した場合について説明する。
図１１に示した従来の空間光変調器の画素アレイ１４０においては、画素１０４の配列ピッチＬｃと、上部電極１０２の配列ピッチＬｅとが等しいため、入射光Ｌ１の、画素１０４による回折光Ｌ２と、上部電極１０２による回折光Ｌ３との強度が極大となる方向である回折角βが等しくなる。このため、画素１０４による回折光Ｌ２によってホログラムが表示される領域Ｒ１と、上部電極１０２による回折光Ｌ３の影響を受ける領域Ｒ２とが重なることになる。
ホログラム表示装置においては、空間光変調器１の画素アレイ４０に描画されたパターンによる回折光を利用して立体画像を表示するものである。このため、上部電極２による回折光と、画素４（光変調素子５）による回折光とが、なるべく離れた方向で極大となることが好ましい。
そこで、本実施形態では、図１及び図２に示すように、画素４が配列された画素アレイ４０の中心部において、上部電極２を細分化し、細分化部２ｂの配列ピッチＬｅが画素４の配列ピッチＬｃの１／２となるようにする。すなわち、回折格子としての上部電極２の格子ピッチｄが小さくなる。このため、図２に示すように、配列ピッチＬｃの画素４による回折光Ｌ２の回折角β１に対して、上部電極２の細分化部２ｂによる回折光Ｌ３の回折角β２が大きくなり、画素４による回折光Ｌ２によって立体画像が表示される領域Ｒ１と、上部電極２の細分化部２ｂによる回折光Ｌ３の影響を受ける領域Ｒ２とを離すことができる。
これによって、上部電極２による回折光Ｌ３の、表示画像に対する影響を低減することができる。
なお、図１及び図２に示した画素アレイ４０に配列された画素４は、１列当たり４画素であるが、実際には更に多数の、例えば、数十から数千個程度の画素が配列されるものである。また、回折角β１、β２及び領域Ｒ１、Ｒ２は、本発明の原理を説明するために模式的に示したものであり、実例を示したものではない。
また、空間光変調器１の変形例として、図３に示した空間光変調器１の基板７側から光を入射する反射型の空間光変調器としてもよい。すなわち、下部電極３を透明電極材料で、上部電極２を電極用金属材料でそれぞれ構成して、下方から入射した光が下部電極３を透過して光変調素子５又は上部電極２で反射して、再び下部電極３を透過して出射する。この場合、上部電極２に代えて、下部電極３の中央部の配列ピッチＬｅ（図１及び図２参照）が画素４の配列ピッチよりも小さくなるように細分化して構成する。また、この変形例では、光変調素子５は磁化固定層５１と磁化自由層５３の位置を入れ替えて積層する。更に、基板７は、下方から画素４に光を入射させて、再び画素４から出射した光が、更に下方へ照射されるように、透明な基板材料、例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ等を用いて構成することができる。
＜透過型の変形例＞
また、図１及び図２に示した第１実施形態に係る空間光変調器１において、基板７及び下部電極３を、透明な材料を用いて構成し、光変調素子５を、光が透過できる膜厚で構成することにより、空間光変調器１の上面側から入射した光を変調して下面側に出射する透過型の空間光変調器とすることもできる。
図４を参照して、透過型の空間光変調器１Ａを用いた表示装置１０Ａについて説明する。
図４に示すように、表示装置１０Ａは、透過型の空間光変調器１Ａと、光源９１と、偏光フィルタＰＦ１と、偏光フィルタＰＦ２とを備えて構成されている。光源９１は、画素アレイ４０Ａの上面側に配置され、光源９１と画素アレイ４０Ａとの間に、入射側の偏光フィルタＰＦ１が配置されている。また、画素アレイ４０Ａの下面側には、出射側の偏光フィルタＰＦ２が配置されている。
なお、本変形例に係る空間光変調器１Ａは、基板７Ａ及び下部電極３Ａが透明な材料を用いて構成され、光変調素子５が、光が透過できる膜厚で構成されていること以外は、第１実施形態に係る空間光変調器１と同様であるから、詳細な説明は適宜省略する。
光源９１からの入射光は、偏光フィルタＰＦ１によって直線偏光に変換された入射偏光が、画素アレイ４０Ａの上面から垂直に入射される。画素アレイ４０Ａの各画素４Ａに入射した入射偏光は、対応する光変調素子５の磁化の状態、すなわち平行か反平行かに応じて旋光（偏光軸が回転）され、画素アレイ４０Ａの下面側から出射される。なお、透過型の空間光変調器１Ａにおいては、入射偏光は、磁気光学効果であるファラデー効果によって旋光される。図４において中央に配置された画素４Ａのように、光変調素子５の磁化が平行（Ｐ）な状態のときに、磁化自由層５３による旋光角であるファラデー回転角を＋θｆとすると、図４において両端に配置された画素４Ａのように、光変調素子５の磁化が反平行（ＡＰ）な状態のときに、磁化自由層５３によるファラデー回転角は−θｆとなる。
図４に示した例では、出射側の偏光フィルタＰＦ２は、磁化が平行な状態の光変調素子５によって変調された出射偏光を完全に遮断するように透過軸が設定されている。このため、中央の画素４Ａは、暗（黒）画素として表示される。一方、磁化が反平行な状態の光変調素子５によって変調された出射偏光は、磁化が平行な状態の光変調素子５によって変調された出射偏光に対して、偏光軸が２θｆだけ回転した偏光である。従って、この回転角に相当する、偏光フィルタＰＦ２の透過軸に平行な偏光成分が、偏光フィルタＰＦ２を透過する。このため、両端の画素４Ａは、明（白）画素として表示される。
なお、本変形例における上部電極２Ａは、透過型の回折格子として機能するが、図１及び図２に示した第１実施形態における上部電極２と同様に、画素４Ａが配列された上部電極２Ａの中央部を、画素４Ａの配列ピッチＬｃよりも小さい配列ピッチＬｅ（＝Ｌｃ／２）で配置された細分化部（上部電極細分化部）２Ａｂで構成している。このため、本変形例に係る空間光変調器１Ａにおいて、図２に示した反射型の空間光変調器１と同様に、光変調素子５による回折光の強度が極大となる方向と、上部電極２Ａによる回折光の強度が極大となる方向とを離れるようにすることができる。従って、空間光変調器１Ａをホログラム表示に用いた場合に、上部電極２Ａによる表示画像への影響を低減することができる。
また、光変調素子５は磁化固定層５１と磁化自由層５３の位置を入れ替えて積層してもよい。このような空間光変調器１Ａを用いた表示装置１０Ａにおいては、光源９１及び偏光フィルタＰＦ１を画素アレイ４０Ａの直上に配置し、偏光フィルタＰＦ２を画素アレイ４０Ａの直下に配置し、入射角０°とすることができる。また、空間光変調器１Ａは、画素アレイ４０Ａの上下を反転させて、基板７Ａ側から光を入射するように表示装置１０Ａに配置されてもよい。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る空間光変調器について説明する。
［空間光変調器の構成］
まず、第２実施形態に係る空間光変調器の構成について、図５及び図６を参照して説明する。ここで、図５において、画素アレイ４０Ｂは模式的平面図を表しており、図６は、図５に示す画素アレイ４０ＢのＡ−Ａ線における模式的断面図を表している。
本発明の第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂは、図５及び図６に示すように、基板７と、基板７上に２次元アレイ状に配列された画素４Ｂ（光変調素子５）からなる画素アレイ４０Ｂと、画素アレイ４０Ｂから１つ以上の画素４Ｂを選択して駆動する電流制御部８０を備える。なお、本実施形態に係る空間光変調器１Ｂは画素４Ｂ（画素アレイ４０Ｂ）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂは、図１及び図２に示した第１実施形態に係る空間光変調器１において、画素アレイ４０に代えて、画素アレイ４０Ｂを備えることが異なる。更に、第２実施形態における画素アレイ４０Ｂは、第１実施形態における画素アレイ４０において、上部電極２に代えて、上部電極２Ｂを備えることが異なる。すなわち、第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂは、上部電極２Ｂの構成以外は、第１実施形態に係る空間光変調器１と同様であるから、同様の構成については、同じ符号を付して、説明は適宜省略する。
（画素アレイ）
図５に示すように、画素アレイ４０Ｂは、平面視で縦方向に延伸しストライプ状に配設された複数の上部電極２Ｂと、平面視で横方向に延伸しストライプ状に配設され、平面視で延伸方向が上部電極２の延伸方向と直交する複数の下部電極３と、を備え、上部電極２Ｂと下部電極３とが交差する領域毎に１つの画素４Ｂが配置されている。
また、上部電極２Ｂは、端部２Ｂａと、画素４Ｂが配列された中央部において電極が横方向に４つに細分化された細分化部（上部電極細分化部）２Ｂｂと、隣接する上部電極２Ｂ間に設けられた補間部２Ｂｃと、から構成されている。細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃは、縦方向に延伸するとともに、横方向に所定の間隔を置いて配列されている。この上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃからなる細分化電極の配列ピッチＬｅは、画素４Ｂ（光変調素子５）の配列ピッチＬｃの１／５となるように構成されている。すなわち、Ｌｅ＝Ｌｃ／５である。
また、図６に示すように、隣り合う光変調素子５同士の間、上部電極２Ｂ同士の間（細分化部２Ｂｂ同士の間、及び細分化部２Ｂｂと補間部２Ｂｃとの間を含む）、及び下部電極３同士の間には、絶縁部材６が充填されている。
なお、本実施形態では、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃからなる細分化電極の配列ピッチＬｅを、画素４Ｂの配列ピッチＬｃの１／５としたが、これに限定されるものではない。一般的に、細分化電極の配列ピッチＬｅを、画素４Ｂの配列ピッチＬｃの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とすることができる。更にまた、配列ピッチＬｅは、配列ピッチＬｃより小さければよく、配列ピッチＬｃの２．５分の１のように、非整数分の１としてもよい。
上部電極２Ｂは、下部電極３と対になって光変調素子５の垂直方向に電流を流す役割を担う。本実施形態の上部電極２Ｂは、端部２Ｂａと、画素４Ｂが配列された画素アレイ４０Ｂの中心部において、上部電極２Ｂの配列方向（図５において横方向）に細分化された細分化部２Ｂｂと、隣接する上部電極２Ｂとの間に設けられた補間部２Ｂｃと、を有している。端部２Ｂａの一方は上部電極選択部８２からの配線の一つと接続され、一つの上部電極２Ｂに属する細分化部２Ｂｂを介して、上部電極２Ｂの延伸方向に配列された１列の光変調素子５の下部と電気的に接続されている。また、補間部２Ｂｃは、端部２Ｂａと接続されず、電気的にフロート状態である。
本実施形態では、細分化部２Ｂｂの配列ピッチＬｅが、画素４Ｂの配列ピッチＬｃの１／５となるように上部電極２の中央部が細分化されている。なお、細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃは、少なくとも画素４Ｂが配列された中央部においては、平面視で同形状に形成されており、細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃが、一定の配列ピッチＬｅで配置されている。これによって、上部電極２Ｂは、格子ピッチｄ＝Ｌｅ（＝Ｌｃ／５）の回折格子とみることができる。
なお、補間部２Ｂｃは、上部電極２Ｂを、画素４Ｂの配列ピッチＬｃの１／Ｎになるように細分化する際に、隣接する細分化部２Ｂｂ同士の間隔が、隣接する上部電極２Ｂ同士の間隔よりも広い場合に、上部電極２Ｂ間に設けられ、細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃからなる細分化電極が一定間隔に配置されてなる回折格子を構成るように補間するものである。従って、本来の上部電極２Ｂを画素４Ｂの配列ピッチＬｃの１／Ｎに細分化する際に、隣接する細分化部２Ｂｂ同士の間隔と、隣接する上部電極２Ｂ同士の間隔を同じにできる場合は、補間部２Ｂｃを設ける必要はない。また、隣接する上部電極２Ｂの間隔と、細分化部２Ｂｂの配列ピッチＬｅとに応じて、上部電極２Ｂ間毎に２個以上の補間部２Ｂｃを配置するようにしてもよい。また、補間部２Ｂｃを、端部２Ｂａと電気的に接続するようにしてもよい。
他の構成は、第１実施形態に係る空間光変調器１と同様であるから、詳細な説明は省略する。
［空間光変調器の動作］
第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂは、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂの配列ピッチが、第１実施形態に係る空間光変調器１の細分化部２ｂの配列ピッチより小さい。このため、上部電極２Ｂによる回折光の強度が極大となる方向と、光変調素子５による回折光の強度が極大となる方向とが、第１実施形態に係る空間光変調器１の場合に比較して、より分離されること以外は、第１実施形態に係る空間光変調器１と同様に動作する。従って、説明は省略する。
［電極による回折光の影響］
次に、図６を参照（適宜図５参照）して、本実施形態において、上部電極２Ｂによる回折光の影響が低減される原理について説明する。
図６に示すように、空間光変調器１Ｂの画素アレイ４０Ｂの上面（光の入射面）の法線と、入射光Ｌ１とがなす角度（入射角）をαとする。また、この法線と光変調素子５による回折光とがなす角度（回折角）をβ１とし、この法線と上部電極２Ｂによる回折光とがなす角度（回折角）をβ２とする。また、画素４Ｂの配列ピッチをＬｃ、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃからなる細分化電極の配列ピッチをＬｅとする。但し、入射光Ｌ１は、上部電極２Ｂの延伸方向に垂直な方向から入射するものとする。
本実施形態における画素４Ｂの配列ピッチＬｃが、図１及び図２に示した第１実施形態に係る空間光変調器１おける画素アレイ４０の画素４の配列ピッチＬｃと等しい場合は、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃの配列ピッチＬｅが、第１実施形態における細分化部２ｂの配列ピッチＬｅよりも小さく形成されている。このため、式（２）における格子ピッチｄが更に小さくなるため、本実施形態における上部電極２Ｂによる回折光Ｌ３の回折角β２は、図２に示した第１実施形態における上部電極２による回折光Ｌ３の回折角β２よりも、大きくなる。
このため、図６に示すように、画素４Ｂの光変調素子５による回折光Ｌ２によって立体画像が表示される領域Ｒ１と、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂ及び補間部２Ｂｃによる回折光Ｌ３の影響を受ける領域Ｒ２とを、更に離すことができる。
これによって、上部電極２Ｂによる回折光Ｌ３の、表示画像に対する影響を更に低減することができる。
なお、図６に示した回折角β１、β２及び領域Ｒ１、Ｒ２は、本発明の原理を説明するために模式的に示したものであり、実例を示したものではない。
また、図５及び図６に示した第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂについて、前記した第１実施形態の空間光変調器１の変形例と同様に、空間光変調器１Ｂの基板７側から光を入射する反射型の空間光変調器としてもよい。すなわち、下部電極３を透明電極材料で、上部電極２Ｂを電極用金属材料でそれぞれ構成して、下方から入射した光が下部電極３を透過して光変調素子５又は上部電極２Ｂで反射して、再び下部電極３を透過して出射する。この場合、上部電極２Ｂの細分化に代えて、下部電極３の中央部の配列ピッチＬｅが画素４Ｂの配列ピッチよりも小さくなるように細分化して構成する。
更にまた、図４に示した第１実施形態の変形例の空間光変調器１Ａと同様に、本実施形態の空間光変調器１Ｂにおいて、基板７及び下部電極３を、透光性材料を用いて構成し、光変調素子５を、光が透過できる膜厚で構成することにより、空間光変調器１Ｂの上面側から入射した光を変調して下面側に出射する透過型の空間光変調器とすることもできる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る空間光変調器について説明する。
［空間光変調器の構成］
まず、第３実施形態に係る空間光変調器の構成について、図７及び図８を参照して説明する。ここで、図７において、画素アレイ４０Ｃは模式的平面図を表しており、図８は、図７に示す画素アレイ４０Ｃを、斜め上方から見た模式的斜視図である。
本発明の第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、図７及び図８に示すように、基板７と、基板７上に２次元アレイ状に配列された画素４Ｃ（光変調素子５）からなる画素アレイ４０Ｃと、画素アレイ４０Ｃから１つ以上の画素４Ｃを選択して駆動する電流制御部８０を備える。なお、本実施形態に係る空間光変調器１Ｃは画素４Ｃ（画素アレイ４０Ｃ）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、図５及び図６に示した第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂにおいて、画素アレイ４０Ｂに代えて、画素アレイ４０Ｃを備えることが異なる。更に、第３実施形態における画素アレイ４０Ｃは、第２実施形態における画素アレイ４０Ｂにおいて、下部電極３に代えて、下部電極３Ｃを備えることが異なる。すなわち、第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、下部電極３Ｃの構成以外は、第２実施形態に係る空間光変調器１と同様であるから、同様の構成については、同じ符号を付して、説明は適宜省略する。
なお、第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、上部電極２Ｂの細分化に加えて、下部電極３Ｃも細分化するものである。
（画素アレイ）
図７に示すように、画素アレイ４０Ｃは、平面視で縦方向に延伸しストライプ状に配設された複数の上部電極２Ｂと、平面視で横方向に延伸しストライプ状に配設され、平面視で延伸方向が上部電極２の延伸方向と直交する複数の下部電極３Ｃと、を備え、上部電極２Ｂと下部電極３Ｃとが交差する領域毎に１つの画素４Ｃが配置されている。
上部電極２Ｂは、第２実施形態における上部電極２Ｂと同じ構成であるため、説明は省略する。
なお、本実施形態では、図７に示すように、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂの配列ピッチをＬｘｅ、画素４Ｃの同方向（横方向）の配列ピッチＬｘｃとしている。
また、下部電極３Ｃは、上部電極２Ｂと同様に、画素４Ｃが配列された中央部において電極が細分化されている。すなわち、下部電極３Ｃは、端部３Ｃａと、画素４Ｃが配列された中央部において電極が縦方向に４つに細分化された細分化部（下部電極細分化部）３Ｃｂと、隣接する下部電極３Ｃ間に設けられた補間部３Ｃｃと、から構成されている。細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃは、横方向に延伸するとともに、縦方向に所定の間隔を置いて配列されている。この下部電極３Ｃの細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃからなる細分化電極の配列ピッチＬｙｅは、画素４Ｃ（光変調素子５）の配列ピッチＬｙｃの１／５となるように構成されている。すなわち、Ｌｙｅ＝Ｌｙｃ／５である。
また、隣り合う光変調素子５同士の間、上部電極２Ｂ同士の間（細分化部２Ｂｂ同士の間、及び細分化部２Ｂｂと補間部２Ｂｃとの間を含む）、及び下部電極３同士の間（細分化部３Ｃｂ同士の間、及び細分化部３Ｃｂと補間部３Ｃｃとの間を含む）には、絶縁部材６が充填されている。
なお、本実施形態では、下部電極３Ｃの細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃからなる細分化電極の配列ピッチＬｙｅを、画素４Ｃの配列ピッチＬｙｃの１／５としたが、これに限定されるものではない。一般的に、細分化電極の配列ピッチＬｙｅを、画素４Ｃの配列ピッチＬｙｃの１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とすることができる。更にまた、配列ピッチＬｙｅは、配列ピッチＬｙｃより小さければよく、配列ピッチＬｙｃの２．５分の１のように、非整数分の１としてもよい。
また、上部電極２Ｂの細分化部２Ｂｂの配列ピッチＬｘｅと、下部電極３Ｃの細分化部３Ｃｂの配列ピッチＬｙｅとは、同じにするものに限定されるものではない。細分化部２Ｂｂ及び細分化部３Ｃｂは、それぞれが対応する方向の画素４Ｃの配列ピッチＬｘｃ及び配列ピッチＬｙｃより小さくすればよく、細分化部２Ｂｂ及び細分化部３Ｃｂとで、独立に配列ピッチＬｘｃ及び配列ピッチＬｙｃを設定するようにしてもよい。
下部電極３Ｃは、上部電極２Ｂと対になって光変調素子５の垂直方向に電流を流す役割を担う。本実施形態の下部電極３Ｃは、端部３Ｃａと、画素４Ｃが配列された画素アレイ４０Ｃの中心部において、下部電極３Ｃの配列方向に細分化された細分化部３Ｃｂと、隣接する下部電極３Ｃとの間に設けられた補間部３Ｃｃと、を有している。端部３Ｃａの一方は下部電極選択部８３からの配線の一つと接続され、一つの下部電極３Ｃに属する細分化部３Ｃｂを介して、下部電極３Ｃの延伸方向に配列された１列の光変調素子５の下部と電気的に接続されている。また、補間部３Ｃｃは、端部３Ｃａと接続されず、電気的にフロート状態である。
また、図８に示すように、本実施形態においては、各下部電極３Ｃの端部３Ｃａは、底部３Ｃｄと一体に形成されており、端部３Ｃａ及び底部３Ｃｄは、中央部の上面が凹んだ段差部を有する棒状の基部を構成している。そして、この段差部に細分化部３Ｃｂが設けられている。すなわち、本実施形態における下部電極３Ｃは、画素４Ｃが配列された画素アレイ４０Ｃの中心部において、溝を設けることにより細分化された細分化部３Ｃｂが形成された構成となっている。
なお、図８においては、絶縁部材６及び基板７の図示を省略している。
本実施形態では、細分化部３Ｃｂの配列ピッチＬｙｅが、画素４Ｃの同方向の配列ピッチＬｙｃの１／５となるように下部電極３Ｃの中央部が細分化されている。なお、細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃは、少なくとも画素４Ｃが配列された中央部においては、平面視で同形状に形成されており、細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃが、一定の配列ピッチＬｙｅで配置されている。これによって、下部電極３Ｃは、格子ピッチｄ＝Ｌｙｅ（＝Ｌｙｃ／５）の回折格子とみることができる。
なお、補間部３Ｃｃは、下部電極３Ｃを、画素４Ｃの配列ピッチＬｙｃの１／Ｎになるように細分化する際に、隣接する細分化部３Ｃｂ同士の間隔が、隣接する下部電極３Ｃ同士の間隔よりも広い場合に、下部電極３Ｃ間に設けられ、細分化部３Ｃｂ及び補間部３Ｃｃからなる細分化電極が一定間隔に配置されてなる回折格子を構成るように補間するものである。従って、本来の下部電極３Ｃを画素４Ｃの配列ピッチＬｙｃの１／Ｎに細分化する際に、隣接する細分化部３Ｃｂ同士の間隔と、隣接する下部電極３Ｃ同士の間隔を同じにできる場合は、補間部３Ｃｃを設ける必要はない。また、隣接する下部電極３Ｃの間隔と、細分化部３Ｃｂの配列ピッチＬｙｅとに応じて、下部電極３Ｃ間毎に２個以上の補間部３Ｃｃを配置するようにしてもよい。また、補間部３Ｃｃを、端部３Ｃａ及び底部３Ｃｄと電気的に接続するようにしてもよい。
［空間光変調器の動作］
第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、下部電極３Ｃが細分化されていることが、第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂと異なる。このため、第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂにおいては、下部電極３による回折光の強度が極大となる方向と、光変調素子５による回折光の強度が極大となる方向とが同じになるのに対して、第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃにおいては、下部電極３Ｃによる回折光の強度が極大となる方向と、光変調素子５による回折光の強度が極大となる方向とが異なる。
それ以外は、第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃは、第２実施形態に係る空間光変調器１Ｂと同様に動作するから、詳細な説明は省略する。
［電極による回折光の影響］
次に、図８を参照（適宜図７参照）して、本実施形態において、上部電極２Ｂ及び下部電極３Ｃによる回折光の影響が低減される様子について説明する。
図８に示すように、空間光変調器１Ｃの画素アレイ４０Ｃの上面（光の入射面）に、左後方から入射光Ｌ１が入射角αで入射されるとする。このとき、光変調素子５による回折光Ｌ２の回折角をβ１とし、ホログラム表示を行う場合に、立体画像が表示される領域をＲ１とする。また、上部電極２Ｂによる回折光Ｌ３の回折角をβ２とし、上部電極２Ｂによる回折光Ｌ３が影響を及ぼす領域をＲ２とする。また、下部電極３Ｃによる回折光Ｌ４の回折角をβ３とし、下部電極３Ｃによる回折光Ｌ４が影響を及ぼす領域をＲ３とする。
−１次回折光について考えると、図６に示した第２実施形態の場合と同様に、配列ピッチＬｘｅ＝Ｌｘｃ／５であるから、回折角β１＜β２となる。
同様に、下部電極３Ｃによる回折光Ｌ４についても、配列ピッチＬｙｅ＝Ｌｙｃ／５であるから、回折角β１＜β３となる。
従って、立体画像が表示される領域Ｒ１と、上部電極２Ｂの回折光Ｌ３の影響を受ける領域Ｒ２とは分離される。また、領域Ｒ１と下部電極３Ｃの回折光Ｌ４の影響を受ける領域Ｒ３とは分離される。
これによって、上部電極２Ｂ及び下部電極３Ｃによる回折光Ｌ３、Ｌ４の、表示画像に対する影響を低減することができる。
なお、図８に示した回折角β１、β２、β３及び領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、本発明の原理を説明するために模式的に示したものであり、実例を示したものではない。
また、図７及び図８に示した第３実施形態に係る空間光変調器１Ｃについて、前記した第１実施形態の空間光変調器１の変形例と同様に、空間光変調器１Ｃの基板７側から光を入射する反射型の空間光変調器としてもよい。すなわち、下部電極３Ｃを透明電極材料で、上部電極２Ｂを電極用金属材料でそれぞれ構成して、下方から入射した光が下部電極３Ｃを透過して光変調素子５又は上部電極２Ｂで反射して、再び下部電極３Ｃを透過して出射する。
更にまた、図４に示した第１実施形態の変形例の空間光変調器１Ａと同様に、本実施形態の空間光変調器１Ｃにおいて、基板７及び下部電極３Ｃを、透光性材料を用いて構成し、光変調素子５を、光が透過できる膜厚で構成することにより、空間光変調器１Ｃの上面側から入射した光を変調して下面側に出射する透過型の空間光変調器とすることもできる。
＜他の変形例＞
図１及び図２に示した第１実施形態、図５及び図６に示した第２実施形態、図７及び図８に示した第３実施形態、又はこれらの変形例において、上部電極２、２Ａ、２Ｂ（以下、上部電極２等という。基板７側から光を入射する反射型の空間光変調器の場合は、下部電極３に置き換える）の中央部の細分化部２ｂ、２Ａｂ、２Ｂｂ（以下、細分化部２ｂ等という）の配列ピッチＬｅを、入射される光の波長λの０．６倍以下とすることが好ましい。また、第３実施形態における下部電極３Ｃの細分化部３Ｃｂの配列ピッチＬｙｅについても、入射される光の波長λの０．６倍以下とすることが好ましい。
回折格子の格子ピッチを光の波長λの０．６倍以下とすることで、光からみると一様な構造とみなされ、回折格子として機能しなくなることが知られている（参考文献１参照）。そこで、配列ピッチＬｅを光の波長λの０．６倍以下とすることで、上部電極２等の細分化部２ｂ等は、回折格子として機能せず、回折光Ｌ３が生じない。このため、上部電極２等の構造による回折光Ｌ３の影響を受ける領域Ｒ２を消滅させることができる。
参考文献１：江本ら、「サブ波長スケール磁気光学素子アレイによる空間光変調器とホログラフィック応用に関する開発」、映像情報メディア学会技術報告、３４巻、２４号、２９−３２頁
例えば、入射光の光源として、波長λが６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた場合は、上部電極２等の細分化部２ｂ等の配列ピッチＬｅを、３７９．６ｎｍ以下とすることで、上部電極２等による回折光を生じないようにすることができる。
＜第４実施形態＞
［ホログラフィ装置］
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態に係るホログラフィ装置について説明する。本実施形態に係るホログラフィ装置は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１を用いた表示装置１０（図３参照）を、ホログラムを投影して立体画像を表示するホログラム表示装置として備えたものである。表示装置１０と同様の要素については同じ符号を付し、説明は適宜省略する。
本発明の第４実施形態に係るホログラフィ装置１１は、参照光と被写体の物体光とにより形成される干渉縞を撮像して画像信号に変換する、ＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）カメラ９４等の撮像手段を備えた画像信号生成装置１２と、この画像信号を入力されて被写体の立体画像を表示する、空間光変調器１を備えたホログラム表示装置１３とから構成される。ホログラム表示装置１３は、空間光変調器１と、空間光変調器１の画素アレイ４０の光の入出射側に光源９１及び偏光フィルタＰＦ１、ＰＦ２とを更に備える。
一方、画像信号生成装置１２は、干渉縞を得るための光源９２及びハーフミラーＨＭ１、ＨＭ２、並びに光を所定の方向へ反射するためのミラーを更に備える。光源９２は、ホログラム表示装置１３の光源９１とともに、図３に示した表示装置１０に用いたものと同様のレーザー光源を用いて構成される。
本実施形態に係るホログラフィ装置１１は、画像信号生成装置１２において、１つの光源９２から照射された光をハーフミラーＨＭ１で被写体への照明光と参照光との２系統の光に分割し、照明光の被写体からの反射光である物体光と参照光とをハーフミラーＨＭ２により重畳させて干渉縞を形成する。この干渉縞をＣＣＤカメラ９４によって撮像して画像信号に変換し、この画像信号を空間光変調器１の画素選択部８４（図１参照）に入力する。ホログラム表示装置１３においては、空間光変調器１が、入力された画像信号に基づき、画素アレイ４０（図１参照）に干渉縞のパターンを描画する。そして、干渉縞のパターンが描画された画素アレイ４０（図１参照）で、光源９１からの入射光（更に偏光フィルタＰＦ１を介した入射偏光）を光変調し、出射光（更に偏光フィルタＰＦ２を透過した出射偏光）によって立体画像を再生（表示）する。本実施形態に係るホログラフィ装置１１は、高速応答の可能な本発明の各実施形態又はその変形例に係る空間光変調器を用いることで、干渉縞パターン画像信号に対応した光変調が可能となる。
なお、第１実施形態に係る空間光変調器１に代えて、第１実施形態の変形例、第２実施形態、第３実施形態又はこれらの実施形態の変形例に係る空間光変調器（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ等）を用いてホログラム表示装置１３を構成することもできる。
また、本実施形態において、画像信号生成装置１２は、被写体を照明した反射光と参照光とによって生じる干渉縞を撮像して画像信号を生成するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、コンピュータに被写体（又はコンピュータグラフィックス技術などを用いて作成した物体）の形状を取り込み、照明光及び参照光の光路を設定し、画像信号を、コンピュータを用いた計算により生成するようにしてもよい。
以上、本発明の空間光変調器及びホログラム表示装置を実施するための形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
１ 空間光変調器
２、２Ａ、２Ｂ 上部電極
２ａ、２Ｂａ 端部
２ｂ、２Ａｂ、２Ｂｂ 細分化部（上部電極細分化部）
２Ｂｃ 補間部
３、３Ｃ 下部電極
３Ｃａ 端部
３Ｃｂ 細分化部（下部電極細分化部）
３Ｃｃ 補間部
３Ｃｄ 底部
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 画素
５ 光変調素子
５１ 磁化固定層
５２ 中間層
５３ 磁化自由層
６ 絶縁部材
７、７Ａ 基板
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 画素アレイ
８０ 電流制御部
８１ 電源
８２ 上部電極選択部
８３ 下部電極選択部
８４ 画素選択部
１０ 表示装置
１１ ホログラフィ装置
１２ 画像信号生成装置
１３ ホログラム表示装置
９１、９２ 光源
９４ ＣＣＤカメラ
ＨＭ１、ＨＭ２ ハーフミラー
ＰＦ１、ＰＦ２ 偏光フィルタ

Claims (10)

  1. 基板上に複数の画素を２次元に配列した画素アレイを備え、
    前記画素アレイは、
    前記画素の上部に設けられた上部電極と、
    前記画素の下部に設けられた下部電極と、
    前記画素毎に設けられ、前記上部電極と前記下部電極とに接続して、前記上部電極と前記下部電極との間に印加される電圧を制御することで入射光を変調して反射光又は透過光として出射する光変調素子と、を有し、
    少なくとも一つの前記上部電極と、少なくとも一つの前記下部電極とを選択し、選択した上部電極と下部電極との間に印加される電圧を制御する画素選択部を備えた空間光変調器であって、
    複数の前記下部電極が、前記２次元の配列の一方向に延伸するストライプ状に配列され、
    複数の前記上部電極が、前記２次元の配列の前記一方向と異なる方向である他方向に延伸するストライプ状に配列され、
    前記上部電極は、前記他方向に延伸するとともに前記一方向に所定の間隔を置いて配列された複数の上部電極細分化部からなり、当該上部電極細分化部の配列ピッチが、前記画素の前記一方向の配列ピッチよりも小さいことを特徴とする空間光変調器。
  2. 前記上部電極細分化部の配列ピッチは、前記一方向に配列された前記画素の配列ピッチのＮ分の１（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
  3. 前記上部電極細分化部の配列ピッチは、前記入射光の波長の０．６倍以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空間光変調器。
  4. 前記上部電極は、前記入射光に対して透光性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空間光変調器。
  5. 前記下部電極は、前記一方向に延伸するとともに前記他方向に所定の間隔を置いて配列された複数の下部電極細分化部からなり、当該下部電極細分化部の配列ピッチが、前記画素の前記他方向の配列ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の空間光変調器。
  6. 前記下部電極細分化部の配列ピッチは、前記他方向に配列された前記画素の配列ピッチのＮ分の１（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項５に記載の空間光変調器。
  7. 前記下部電極細分化部の配列ピッチは、前記入射光の波長の０．６倍以下であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の空間光変調器。
  8. 前記光変調素子は、磁化固定層と、非磁性中間層と、磁化自由層とをこの順で積層したスピン注入型磁化反転素子構造を有し、
    前記スピン注入型磁化反転素子構造の上下に設けられた前記上部電極及び前記下部電極の間に印加される電圧を制御することで当該スピン注入型磁化反転素子に電流を供給されることにより前記磁化自由層の磁化方向を変化させて、前記入射光の偏光方向を変化させて出射することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の空間光変調器。
  9. 前記磁化固定層及び前記磁化自由層は、それぞれ垂直磁気異方性を有する磁性材料からなる磁性膜を含むことを特徴とする請求項８記載の空間光変調器。
  10. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の空間光変調器と、前記画素アレイに光を入射する光源とを備え、
    前記空間光変調器は、前記光源と同じ波長の照明光による物体からの反射光である物体光と、前記照明光を分割した光である参照光とにより形成される干渉縞を示す画像信号に基づいて、前記画素毎に前記光源から入射した光を変調して出力することで、前記物体の立体画像を表示することを特徴とするホログラム表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023153286A1 (ja) * 2022-02-08 2023-08-17 株式会社フジクラ 空間光位相変調器及び光演算装置

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