JP5054595B2

JP5054595B2 - レーザプロジェクタ

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Publication number: JP5054595B2
Application number: JP2008098440A
Authority: JP
Inventors: 史郎佐藤; 信彦船橋; 賢一青島; 賢司町田; 泰敬宮本; 紀一河村; 淳久我; 直樹清水
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP2009251236A

Description

本発明は、スピン注入型磁化反転素子を用いた回折格子、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に関する。

従来の分光器などに用いられてきた回折格子は、鏡面加工した金属板に１ｍｍ幅あたり数千本の溝を平行に形成し、この溝による反射光が干渉し合うことを利用して光を回折させる。そして、この回折格子、あるいは光路上に設けたミラーを回転して入射角と反射角を選択することによって、所望の波長の光を取り出す仕組みになっている。

また、従来のカラーディスプレイでは、液晶に白色光を入射し、カラーフィルタでＲＧＢ三色に分解してカラー表示する方式、ＲＧＢ用ＬＥＤバックライトを１フレーム内で時間分割で照射するフィールド色順次液晶ディスプレイ、白色光からＲＧＢに色分解した光を画素毎のマイクロミラーで反射してスクリーンに投射する方式、ＲＧＢ三色のレーザービームを合成して投射する方式、ＲＧＢ用紫外線励起蛍光体を用いたプラズマディスプレイ、ＲＧＢ三色に応じたそれぞれの発光材料を電圧印加等により自発光させる電場発光ディスプレイ、ＲＧＢ三色それぞれに応じた電子線励起蛍光体を用いたＣＲＴや冷陰極ディスプレイなどがある。

また、従来のレーザープロジェクタでは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によるミラー（ＤＭＤ）を２個使用してＸＹ走査する方式がある。

また、平面型のレンズとして、同心円輪帯状に光を透過する輪帯状スリットを周期的に設けたゾーンプレートが用いられている。さらに電圧駆動で焦点を可変できる平面型レンズとして液晶を用いる方法が研究されている（特許文献１）。これは、電圧印加により液晶分子の配向に基づく屈折率変化を応用するもので、例えば、同心円状に配設された輪帯状の電極間に異なる電圧を印加して直径方向に屈折率勾配が形成されることを利用して焦点距離を調節するものである。また、ポリマーによりレンズ状に湾曲した表面と液晶を接触させ、同様に液晶に分子配向を制御して焦点距離を調節する場合もある（例えば、非特許文献１、非特許文献２等参照）。

また、立体表示方式の中で、比較的視覚疲労の少ない実像型として、リアルタイムホログラフィー、リアルタイムインテグラルフォトグラフィーなどの方式がある。
特開平１０−２３９６７６号公報 L. G. Commander, S. E. Day and D. R. Selviah, EOS Fourth Microlens Arrais Conference, Topical meeting digest series: 13, p.48, NPL(1997). Y. S. Hwang, T. H. Yoon, and J. C. Kim: IDW’03, pp.1449-1452(2003).

ところで、回折格子による光の回折は、次の（１）式の関係を有する。
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)

そして、金属板表面に溝加工を施して形成される従来の回折格子は、Ｎが固定であるので、回折格子への入射光の入射角αが固定ならば、回折格子の回折角βは波長λによって異なる。したがって、従来の分光器では、回折格子やミラーを回転する精密な機構系によって出力側のスリットに回折光を透過させるか、波長分散して波長毎に異なる回折角で回折した回折光を一度に検出できるマルチチャンネル検出器を必要としてきた。

また、従来のゾーンプレートでは、同心円輪帯状のスリットが基板に作り込まれているため、波長毎に焦点距離も固定で、集光・結像などのために複雑な機構系が必要となる。

さらに、従来のカラーディスプレイでは、投射型および直視型もＲＧＢのカラーフィルタや、ＲＧＢのＬＥＤバックライト、あるいはＲＧＢの発光材料からの発色光で決まる色域しか再現できない難点があった。

また、レーザープロジェクタでは、回転ミラーなどの機構系を用いるので、コンパクト化が困難であった。
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。

そこで、本発明の課題は、回折格子周期ｄや回折格子の回折角β（回折方向）を電気的に任意に可変とすることにより、異なる波長に対して機構部を必要とすることなく任意の回折角βを得ることができるとともに、異なる入射角で入射する光ビームに対しても、回転機構等の機構を必要とすることなく回折できる回折格子を用いたレーザプロジェクタを提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザプロジェクタは、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。
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。

このレーザプロジェクタでは、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することによって、第１回折部による第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することによって、前記第１回折反射部から第１方向に走査された第１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によって、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）に走査される所望の波長の回折光で構成される画像を形成することができる。

請求項２に記載のレーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタにおいて、前記第１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をさらに備え、前記第１および第２素子選択手段は、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ことを特徴とする。
請求項３に記載のレーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタにおいて、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。

このレーザプロジェクタでは、第１および第２素子選択手段によって、相互に直交配置されたＸ−Ｙ電極線に接続されている上部電極と、下部電極との間に電圧を印加して、その上部電極と下部電極の間に挟まれたスピン注入型磁化反転素子にスピンを注入することによって、スピン注入型磁化反転素子の磁化方向を反転させることができる。

請求項４に記載のレーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタにおいて、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。

このレーザプロジェクタでは、スピン注入型磁化反転素子の上部に設けられる上部電極が、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によって、光ビーム入射手段から入射する光のほとんどが前記スピン注入型磁化反転素子に入射することが可能となる。
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。

請求項５に記載のレーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタにおいて、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。

このレーザプロジェクタでは、スピン注入型磁化反転素子が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が、相互に電気的および磁気的に絶縁されていることによって、各スピン注入型磁化反転素子が独立にスピン注入により磁化反転して、入射する光ビームの偏光軸を磁化反転してい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れた反射光を得ることができる。

請求項６に記載のレーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタにおいて、前記第１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、前記第１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。

このレーザプロジェクタでは、素子選択手段が、入射する光ビームの波長および回折方向に応じて、スピン注入用電極によって、第１回折反射部の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して回折格子周期を制御することによって、所望の回折角または波長で回折反射光を得ることができる。

本発明のレーザプロジェクタは、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）に所望の波長の回折光で構成される画像を機構部を必要とすることなく形成することができる。

以下、本発明の参考例の回折格子、画像表示装置、本発明のレーザプロジェクタ、本発明の参考例のゾーンプレート、ズームレンズおよび立体画像表示装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の参考例の回折格子の基本構成を示す模式断面図、図２（ａ）は本発明の参考例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、本発明の参考例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、本発明の参考例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、本発明の参考例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、本発明の参考例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。

図１に示す回折格子１は、基板２の上に、複数のスピン注入型磁化反転素子（以下、「素子」と略記する）４が、各素子４の間に介設された絶縁層３によって電気的および磁気的に絶縁された状態で、アレイ状に配設された回折反射部５を有する。この回折反射部５において、素子４は、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、基板２上に、直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿ってマトリックス状に配置されている。各素子４の下部には下部電極６が配置され、上部には上部透明電極７が配設されている。そして、下部電極６は、図１中、紙面に対して垂直な方向に直列に接続され、上部透明電極７は、図１中、紙面に沿った方向に直列に接続されている。すなわち、下部電極６と、上部透明電極７とは、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、Ｘ軸およびＹ軸に沿って、相互に直交するように配置されている。また、素子４の上部には、素子４に入射する光の光路上に光ビーム入射手段９が配設され、素子４によって反射された反射光の光路上に偏光手段１０が配設されている。上部透明電極は、光透過率が可能な限り大きい方が良いが、回折格子１の用途によっても異なる。

基板２としては、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ガラス等が用いられる。

素子４は、下部電極６の側から、上部透明電極７に向けて、スピン固定強磁性層４１、非磁性中間層４２およびスピンフリー強磁性層４３の順に積層された断面柱状の構成を有する。

スピン固定強磁性層４１は、強磁性材料からなり、磁化方向が固定されている層である。強磁性材料としては、金属系ハーフメタルなどスピン分極率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、Ｃｏ₂ＭｎＡｌ、Ｃｏ₂ＭｎＳｉ、Ｃｏ₂Ｃｒ_0.6Ｆｅ_0.4Ａｌ、ＣｏＦｅＢ、ＭｉＭｎＳｂなどの大きなスピン偏極率を有する材料が挙げられる。また、酸化物系ハーフメタルとしては、Ｌａ_0.7Ｓｒ_0.3ＭｎＯ ₃、Ｓｒ₂Ｆｅ（Ｗ_0.4Ｍｏ_0.6）Ｏ₆、Ｓｒ₂ＦｅＲｅＯ₆、ＣｒＯ₂、Ｆｅ₃Ｏ₄などが挙げられる。これらの中でも、強磁性材料として、スピン分極率が高いことが好ましい。さらに、スピン固定強磁性層４１は、これらの材料の組成の異なる層やＩｒＭｎなどのスピン固着層と組み合わせた２〜３層構造であってもよい。このスピン固定強磁性層４１の膜厚は、数〜数十ｎｍ程度である。このスピン固定強磁性層４１は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やスパッタ法などによって、下部電極６の上に形成される。

非磁性中間層４２は、スピンフリー強磁性層４３に進入した光を入射面側に反射させる必要があるため、入射光（例えばＲＧＢ光）に対する反射率の大きい材料を用いることが望ましく、例えば、Ｃｕ等で形成することができる。この非磁性中間層４２の膜厚は、偏極スピン電子がトンネルできる厚さ（２〜３ｎｍ）とすることが好ましい。この非磁性中間層４２は、ＭＢＥ法やスパッタ法などによって、スピン固定強磁性層４１の上に形成することができる。

スピンフリー強磁性層４３は、偏極スピン電子の注入により磁化方向が反転して、磁気光学効果（カー効果）によって、入射光の偏光軸を磁化反転しない素子と反対方向に回転させて反射する役割を有する層である。このスピンフリー強磁性層４３を形成する強磁性材料としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどが挙げられる。スピン注入磁化反転に要する電流を低減できる点では、低飽和磁化および低ダンピング定数でスピン歳差運動の緩和時間が大きく、スピン流が大きくなるような特性を持つものが好ましい。また、大きな磁気光学効果を実現するという点では、ＰｔＭｎＳｂ、ＭｎＢｉ、あるいはＰｔ／Ｃｏ、Ｐｔ／Ｆｅ、Ｐｄ／Ｃｏ、ＦｅＰｔ／Ｐｔ、ＴｂＦｅＣｏ／Ｐｔなどの人工格子でもよい。このスピンフリー強磁性層４３の膜厚は、２〜数ｎｍ程度である。このスピンフリー強磁性層４３は、非磁性中間層４２の上にＭＢＥ法やスパッタ法などによって形成することができる。

また、基板２と、スピン固定強磁性層４１との間に設けられる下部電極６は、スピンフリー強磁性層４３の上に設けられる上部透明電極７とともに、スピンフリー強磁性層４３に偏極スピン電子を注入するためのスピン注入用電極を構成する。この下部電極６と上部透明電極７の間に下部電極６を負に、上部透明電極を正に電圧を印加することによって、スピンフリー強磁性層４３にスピン偏極電子が注入される。スピン注入による磁化反転後、正負逆方向に電圧を印加すれば、スピンフリー強磁性層４３の磁化方向はスピン注入前の状態に戻る。

この下部電極６は、基板２の上に、ＴａやＣｒなどの金属材料をスパッタ法などで堆積し、リソグラフィー法などで所望のサイズの電極母線に加工して形成することができる。また、基板２としてＳｉやＭｇＯを用いる場合には、電極材料をエピタキシャル成長させて形成することもできる。

また、上部透明電極７は、スピンフリー強磁性層４３に効率よく光を進入させるため、入射光に対して透明な材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＺＯあるいはＩＴＯなどを用いることができる。

素子選択手段８は、下部電極６と、上部透明電極７とに接続され、素子４への電圧の印加を制御する。この素子選択手段８によって選択され、下部電極６と、上部透明電極７との間に、下部電極６を負に、上部透明電極７を正に電圧が印加された素子４におけるスピンフリー強磁性層４３の磁化方向が反転される。

この素子選択手段８において、スピン注入により磁化方向を反転する素子４の選択は、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、図中垂直方向の下部電極列Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０，・・・・Ｘｎと、図中水平方向の上部電極列Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８，Ｙ９，Ｙ１０，・・・Ｙｎにおいて、電圧を印加する電極を選択することによって行うことができる。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。例えば、図２（ａ）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）に白抜きで示すように、磁化方向が反転された素子を、図中水平方向に磁化反転されない素子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間隔）で図中垂直方向一列で並んだ状態で形成することができる。

また、光ビーム入射手段９は、直線偏光した光ビームを入射するものであり、例えば、光源（図示せず）から放出される光ビームを直線偏光とするものである。光源としては、白色ＬＥＤ光、レーザー光等の発光機器、あるいは画像情報を付与された光ビームを生成するための機器などが挙げられる。また、この光ビーム入射手段９としては、液晶偏光素子、偏光板などを用いることができる。

さらに、偏光手段１０は、回折反射部５を構成するスピン注入型磁化反転素子によって反射された反射光のうち、スピン注入により磁化方向が反転された素子４によって偏光軸が回転された反射光を透過させる。そして、この偏光手段１０においては、スピン注入されず磁化方向が反転されていない素子４によって偏光軸が回転された反射光は、透過しない。そして、スピン注入により磁化方向が反転された素子４によって、磁化方向が反転されていない素子４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反射光が透過する。そのため、スピン注入により磁化方向が反転された素子４によって偏光軸が回転され、この偏光手段１０を透過した反射光のみが干渉して、回折格子１による回折光となる。この偏光手段１０としては、液晶偏光素子、偏光板などを用いることができる。

次に、回折格子１における光ビームの回折について説明する。
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。

そして、素子４における磁化方向による光の偏光軸のカー回転効果を利用して入射した光ビームの偏光軸が回転する。一般に、カー回転効果においては、同一の方向に一様に磁化された材料中を光が進行すると、その磁化方向を形成するのに必要な電流の方向に沿ってその偏光軸が回転する。そして、材料の一部領域のみ磁化の方向を反転させると、その領域を通過または反射する光の偏光軸は他の領域のそれと逆向きに回転する。そこで、回折格子１においては、この部分的な磁化反転が、回折反射部５にアレイ状に配設された素子４で実現される。すなわち、素子選択手段８によって選択された、下部電極６と上部透明電極７の間に電圧を印加すると、その電圧が印加された下部電極６と上部透明電極７の間の素子４に、スピン偏極電子（スピン）が注入され、その素子４のスピンフリー強磁性層４３の磁化方向が反転される。例えば、図１に示す回折格子１では、電圧が印加されず磁化方向が反転されていない素子４（非磁化反転素子４Ｂ：図１中、スピンフリー強磁性層４３を黒く塗り潰した素子）では、スピンフリー強磁性層４３の磁化方向は、スピン固定強磁性層４１の磁化方向に対して反対方向となっている。これに対して、下部電極６と上部透明電極７によって電圧が印加された素子４（磁化反転素子４Ａ：図１中、スピンフリー強磁性層４３を白抜きした素子）では、スピン固定強磁性層４１からスピンフリー強磁性層４３にスピンが注入される。これによって、スピンフリー強磁性層４３の磁化方向が反転され、磁化方向がスピン固定強磁性層４１の磁化方向と同一方向となる。

このとき、回折反射部５に入射する、直線偏光した光ビームλ１の偏光軸の角度をＬとし、非磁化反転素子４Ｂの磁化方向が反転されていないスピンフリー強磁性層４３によって反射され、偏光軸が回転された反射光λ１（−）の偏光軸の角度をＬ−δとすると、磁化反転素子４Ａでは、磁化方向が反転されたスピンフリー強磁性層４３で反射された反射光λ１（＋）の偏光軸の角度は、非磁化反転素子４Ｂによる反射光λ１（−）の偏光軸（角度Ｌ−δ）と反対方向となり、Ｌ＋δとなる。そして、偏光手段１０において、偏光軸の角度がＬ＋δの光λ１（＋）のみを透過するようにすれば、偏光手段１０を透過して干渉して回折光となる。

ここで、前記式（１）において、Ｎ＝１／ｄ（ｄ：回折格子周期）とすれば、下記式（２）となる。
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。

次に、この回折格子１における光ビームの回折について、図２（ａ）および（ｂ）、ならびに図３（ａ）および（ｂ）に基づいて説明する。
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。

そして、図２（ｂ）に示すように、磁化方向が反転された磁化反転素子４Ａによって形成される領域を「反射光ＯＮ」の領域とし、磁化方向が反転されていない非磁化反転素子４Ｂで形成される領域を「反射光ＯＦＦ」の領域とすれば、素子選択手段８（図１参照）によって、反射光ＯＮの領域と、反射光ＯＦＦの領域を空間的に電気的に選択できることになる。そして、この回折格子１では、図１において説明したとおり、直線偏光した光ビームλ１が入射すると、反射光ＯＮの領域で反射された反射光λ１（＋）の偏光軸は、反射光ＯＦＦの領域で反射された反射光λ１（−）の偏光軸の回転方向と反対方向となる。すなわち、直線偏光した光ビームλ１の偏光軸の角度をＬとし、非磁化反転素子４Ｂの磁化方向が反転されていないスピンフリー強磁性層４３によって反射され、偏光軸が回転された反射光λ１（−）の偏光軸の角度をＬ−δとすると、磁化反転素子４Ａでは、磁化方向が反転されたスピンフリー強磁性層４３で反射された反射光λ（＋）の偏光軸の角度は、非磁化反転素子４Ｂによる反射光λ１（−）の偏光軸（角度Ｌ−δ）と反対方向となり、Ｌ＋δとなる。そして、偏光手段１０において、偏光軸の角度がＬ＋δの光λ１（＋）のみを透過するようにすれば、偏光手段１０を透過して干渉して回折光となる。したがって、この反射光ＯＮの領域を形成する素子４を、素子選択手段８（図１参照）によって従来の回折格子の帯状溝のように周期的に設定すれば、式（２）で表される関係にある波長λ、入射角α、回折角（反射角）β、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）である反射光オンの領域からの反射光は、偏光手段１０（図１参照）によって選択されて透過し、相互に干渉して回折光（偏光軸の角度：Ｌ＋δ）となる。これによって、素子選択手段８（図１参照）によって、回折格子周期ｄを電気的に任意に可変できることになる。

また、図３（ａ）に示す回折格子１の回折反射部５では、下部電極Ｘ５と、上部電極Ｙ１、・・・Ｙｎとの間、また、下部電極Ｘ１０と、上部電極Ｙ１、・・・Ｙｎとの間、下部電極Ｘ１５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３（ａ）に白四角で示す磁化反転素子４Ａを、図中水平方向に、非磁化反転素子４Ｂ（図３（ａ）に示す黒四角）４つを挟む間隔（回折格子周期ｄ＝５Ｄ，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。

そして、図３（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図に示すように、磁化方向が反転された磁化反転素子４Ａによって形成される領域を「反射光ＯＮ」の領域とし、磁化方向が反転されていない非磁化反転素子４Ｂで形成される領域を「反射光ＯＦＦ」の領域とすれば、素子選択手段８（図１参照）によって、反射光ＯＮの領域と、反射光ＯＦＦの領域を空間的に電気的に選択できることになる。そして、この回折格子１では、直線偏光した光ビームλ１の偏光軸の角度をＬとし、非磁化反転素子４Ｂの磁化方向が反転されていないスピンフリー強磁性層４３によって反射され、偏光軸が回転された反射光λ１（−）の偏光軸の角度をＬ−δとすると、磁化反転素子４Ａでは、磁化反転素子４Ａによる反射光λ（＋）の偏光軸の角度は、非磁化反転素子４Ｂによる反射光λ１（−）の偏光軸（角度Ｌ−δ）と反対方向となり、Ｌ＋δとなる。ここで、偏光手段１０において、偏光軸の角度がＬ＋δの光λ１（＋）のみを透過するようにすれば、偏光手段１０を透過して干渉して回折光となる。したがって、式（２）で表される関係にある波長λ、入射角α、回折角（反射角）β、回折格子周期ｄ＝５Ｄ，（Ｄ：素子周期（素子４の図中水平方向の配列周期）である回折格子を構成し、偏光手段１０（図１参照）を介して、偏光軸の回転角度：Ｌ＋δの回折光が得られる。

以上、図１、図２（ａ）および（ｂ）、ならびに図３（ａ）および（ｂ）について説明したとおり、素子選択手段８によって、アレイ状に配設された素子４の中から、下部電極６と、上部透明電極７との間に電圧を印加して形成される「反射光ＯＮ」の領域と、電圧を印加していない「反射光ＯＦＦ」の領域を、電圧の印加の有無によって任意に選択することができる。そして、図２（ａ）および（ｂ）に示す回折格子１では、波長λの直線偏光した光ビーム（偏光軸の角度：Ｌ）が入射角αで入射すると、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）を有する回折格子によって、式（２）で決定される所定の回折角β１で反射光（偏光軸の角度：Ｌ＋δ）が、偏光手段１０（図１参照）を透過して干渉して回折光が得られることになる。また、図３（ａ）および（ｂ）に示す回折格子１では、波長λの直線偏光した光ビーム（偏光軸の角度：Ｌ）が入射角αで入射すると、回折格子周期ｄ＝５Ｄ（Ｄ：素子周期（素子４の図中水平方向の配列周期）を有する回折格子によって、式（２）で決定される所定の回折角β１で反射光（偏光軸の角度：Ｌ＋δ）が、偏光手段１０（図１参照）を透過して干渉して回折光が得られることになる。さらに、入射角α、回折角（反射角）βを所定の値に固定すれば、素子選択手段８により電圧を印加する素子４を選択して、非磁化反転素子４Ｂを挟んで、図中垂直方向に一列に並んだ磁化反転素子４Ａの間の間隔、すなわち回折格子周期を可変して回折する光の波長を選択することができる。すなわち、回折格子１においては、素子選択手段８は、回折反射部５を構成する素子４の中から、下部電極６と、上部透明電極７とによって電圧を印加する素子４を周期的かつ帯状に選択することによって、入射する直線偏光した光ビームの波長または回折方向に応じて、回折光の回折角または波長を制御できる。

ここで、前記式（２）により、用いる波長（入射する直線偏光光ビームおよび回折光（反射光）の波長）が長い場合には、回折格子周期、すなわち、磁化反転素子４Ａの配列周期を大きく、波長が短い場合は回折格子周期、すなわち、磁化反転素子４Ａの配列周期を小さくするように、素子選択手段８（図１参照）によって電圧を印加する素子４の間隔を制御することにより、同じ入射角αと回折角βで回折させることができる。例えば、図１に示す回折格子１において、α＝β＝３０度、緑色光（λ＝５５０ｎｍ）を入射する直線偏光光ビームとすれば、回折格子周期ｄ＝５５０ｎｍ（従来の回折格子における溝本数１８１８本／ｍｍに相当）で回折光が得られる。また、同じ入射角αと回折角βで、青色光（λ＝４５０ｎｍ）では回折格子周期ｄ＝４５０ｎｍ（溝本数２２２２本/ｍｍに相当）で回折光が得られる。さらに、赤色光（λ＝６５０ｎｍ）では回折格子周期ｄ＝６５０ｎｍ（溝本数１５３８本／ｍｍに相当）となる。このように、ＲＧＢ色分解して各波長の光に応じて回折光を得る場合は、個々の素子４の配列周期Ｄのサイズを、１００ｎｍ以下とする必要があり、さらに小さいサイズとすることにより波長分解能が向上する。このとき、必要となる素子４のサイズは、入射角α、回折角βが小さくなるにしたがって、大きくなる。そして、現状の半導体微細加工技術は、超高精細電子線リソグラフィーなどを用いて、８インチウエーハに対して２０ｎｍの加工精度を有しているので、このようなサイズのスピン注入型磁化反転素子は、数十ｎｍのスケールで作製できる。そのため、本発明の参考例の回折格子は、従来の回折格子の溝本数〜数１０００本／ｍｍと同等の実効溝本数に相当する回折格子周期を実現でき、また、素子４における磁化反転はナノ秒オーダの高速で起こるので、回折格子周期を高速で可変制御できる。

この回折格子１の製造は、ＭＢＥ法やスパッタ法、あるいはエピタキシャル成長法によって、基板２上に、下部電極６、スピン固定強磁性層４１、非磁性中間層４２、スピンフリー強磁性層４３および上部透明電極７の順に形成することによって行うことができる。このとき、回折格子１においては、図１に示すように、下部電極６、スピン固定強磁性層４１、非磁性中間層４２、スピンフリー強磁性層４３および上部透明電極７の順に柱状に積層されて形成される複数の素子４が、アレイ状に配設され、相隣接する素子４同士は、絶縁層３を設けて、相互に電気的および磁気的に絶縁するため、スピンフリー強磁性層４３などをリソグラフィーなどによるメサエッチングで加工してもよいし、窒素などの局所的イオン注入によって絶縁層３を形成してもよい。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の参考例に係る投射型画像表示装置２１の基本構成を示す概念図である。
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。

画素アレイ部２４は、図４（ｂ）に示すように、複数の画素２３がアレイ状に配設されて構成されているものである。そして、各画素２３は、図４（ｃ）に示すように、複数のスピン注入型磁化反転素子４がアレイ状に配設されて構成されているものである。スピン注入型磁化反転素子４は、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素子である。このスピン注入型磁化反転素子４は、図４（ｃ）に示すように、下部電極４６の側から、上部透明電極４７に向けて、スピン固定強磁性層４１、非磁性中間層４２およびスピンフリー強磁性層４３の順に積層された断面柱状の構造を有する。

光ビーム入射手段２５は、直線偏光した白色光ビームＷＬを画素２３に入射させるものであり、光源（図示せず）から放出される光ビームを直線偏光とするものである。光源としては、白色ＬＥＤ光、レーザー光等の発光機器、あるいは画像情報を付与された光ビームを生成するための機器などが挙げられる。また、この光ビーム入射手段２５としては、液晶偏光素子、偏光板などを用いることができる。

波長選択手段２６は、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、スピン注入型磁化反転素子４の下部に設けられた下部電極４６に電気的に接続される下部電極選択機構２６ａと、スピン注入型磁化反転素子４の上部に設けられた上部透明電極４７に電気的に接続された上部透明電極選択機構２６ｂに電気的に接続されている。下部電極４６は、図４（ｃ）中、紙面に対して垂直な方向に直列に接続され、上部透明電極４７は、図４（ｃ）中、紙面に沿った方向に直列に接続されている。すなわち、下部電極６と、上部透明電極７とは、Ｘ軸およびＹ軸に沿って、相互に直交するように配置されている。

この波長選択手段２６は、下部電極選択機構２６ａと上部透明電極選択機構２６ｂによって、画素アレイ部２４の各画素２３において、各画素を構成するスピン注入型磁化反転素子４の上部に設けられた上部透明電極４７と、スピン注入型磁化反転素子４の下部に設けられた下部電極４６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する。そして、下部電極４６と上部透明電極４７の間に電圧が印加され素子４（磁化反転素子４Ａ：図４（ｃ）中、スピンフリー強磁性層４３を白抜きした素子）では、スピン固定強磁性層４１からスピンフリー強磁性層４３にスピンが注入される。これによって、スピンフリー強磁性層４３の磁化方向が反転され、磁化方向がスピン固定強磁性層４１の磁化方向と同一方向となる。一方、下部電極４６と上部透明電極４７の間に電圧が印加されず磁化方向が反転されていない素子４（非磁化反転素子４Ｂ：図１中、スピンフリー強磁性層４３を黒く塗り潰した素子）では、スピンフリー強磁性層４３の磁化方向は、スピン固定強磁性層４１の磁化方向に対して反対方向となっている。

このとき、画素２３に入射する直線偏光した白色光ビームＷＬにおいて、前記回折格子１について図２（ａ）および図３（ａ）によって説明したとおり、直線偏光した白色光ビームＷＬの偏光軸の角度をＬとし、非磁化反転素子４Ｂの磁化方向が反転されていないスピンフリー強磁性層４３によって反射され、偏光軸が回転された反射光の偏光軸の角度をＬ−δとすると、磁化反転素子４Ａでは、磁化方向が反転されたスピンフリー強磁性層４３で反射された反射光の偏光軸の角度は、非磁化反転素子４Ｂによる反射光の偏光軸（角度Ｌ−δ）と反対方向となり、Ｌ＋δとなる。そして、偏光手段２８において、偏光軸の角度がＤ＋δの光のみを透過するようにすれば、式（２）回折条件を満足する波長の光は偏光手段２８を透過して干渉して回折光となる。

そして、画素２３に入射する白色光ビームＷＬの入射角をα、回折角（反射角）βを一定の値とすれば、隣接する磁化反転素子４Ａの間の間隔をｄ（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、前記式（２）から、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波長を選択することができる。したがって、この磁化反転素子４Ａを、波長選択手段２６によって従来の回折格子の帯状溝のように周期的に設定して、回折格子周期ｄを選択すれば、所定の入射角αおよび回折角（反射角）βで、式（２）で表される関係にある波長λの反射光を選択して反射することができる。これによって、波長選択手段２６によって、回折格子周期ｄを電気的に任意に可変して、所定の回折角で回折反射される光の波長を選択することができる。

変調手段２７は、波長選択手段２６によって上部透明電極４７と下部電極４６の間に電圧を印加して、画素２３を構成するスピン注入型磁化反転素子４の中から、スピンを注入するスピン注入型磁化反転素子４を選択する。これによって、各画素２３で反射（回折）される反射光（回折光）の波長を選択する動作をパルス状に行い、そのパルスのパルス幅、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、画素アレイ部２４を構成する各画素による反射光（回折光）の強度を変調するものである。

偏光手段２８は、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ものであり、画素２３毎に選択された波長の反射光を、スクリーン等の画像表示部２９に投射するものである。この偏光手段２８として、例えば、種々の迷光等が画像表示部２９に投射されないよう、磁化反転素子４Ａによって偏光軸が回転された回折光のみを透過する偏光板を用いることができる。

この投射型画像表示装置２１においては、光ビーム入射手段２５から直線偏光した白色光ビームＷＬが、画素アレイ部２４の画素２３に入射する。各画素２３においては、各画素毎に波長選択手段２６によって選択された波長に応じて、図１、図２（ａ）および図３（ａ）について説明したとおり、電圧を印加するスピン注入型磁化反転素子４を選択して、その波長に応じた回折格子周期を形成するように、スピン注入型磁化反転素子４を、周期的かつ帯状に選択して回折格子を形成する。これによって、画素２３によって反射される光の波長が選択される。したがって、図１、図２（ａ）および図３（ａ）について説明したとおり、例えば、α＝β＝３０度の場合には、赤色光（λ＝６５０ｎｍ）では溝本数１５３８本／ｍｍ（回折格子周期ｄ＝６５０ｎｍ）、緑色光（λ＝５５０ｎｍ）では、溝本数１８１８本／ｍｍ（回折格子周期ｄ＝５５０ｎｍ）、青色光（λ＝４５０ｎｍ）では溝本数２２２２本/ｍｍ（回折格子周期ｄ＝４５０ｎｍ）となるように、画素２３のそれぞれにおける回折格子周期を制御することができる。これによって、画素２３のそれぞれを、赤色光の画素、緑色光の画素、および青色光の画素とすることができる。そして、各画素２３から、偏光軸が回転された反射光（回折光）ＲＬが、同一の回折角βで反射され、偏光手段２８を介して、スクリーン（画像表示手段）２９に投射される。これによって、スクリーン（画像表示手段）２９上に画像を投射することができる。

この図４に示す投射型画像表示装置２１では、従来の液晶でのカラーフィルタやプラズマディスプレイや電場発光ディスプレイにおけるＲＧＢ蛍光体からの発色光を混合する方式に比べて、色再現範囲を任意に大きくとることができる。また、ナノ秒オーダの高速でスピン注入磁化反転が可能であるので、高速のカラー表示ができる利点がある。

また、図４に示す投射型画像表示装置２１に限らず、本発明の参考例の回折格子を用いて、直視型の画像表示装置を構成することもできる。この場合、白色ＬＥＤバックライトと画素用スピン回折格子をスクリーンの裏面に画素毎あるいは、複数画素毎にアレイ状に配設する。

次に、本発明のレーザプロジェクタについて説明する。
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。

第１回折反射部３２と、第２回折反射部３３とは、図１、図２（ａ）および（ｂ）、ならびに図３（ａ）および（ｂ）に示す回折格子１の回折反射部５と同様の構成を有する。

光ビーム入射手段３４は、第１回折反射部３２に直線偏光した光ビームを入射する役割を有するものであり、所定の単一波長のレーザ光を第１回折反射部３２に入射させるものである。この光ビーム入射手段３４は、レーザ光源と、その光源から放出されるレーザ光を直線偏光とする偏光手段（例えば、偏光板等の偏光素子）とから構成される。

第１素子選択手段３５と第２素子選択手段３６は、第１回折反射部３２または第２回折反射部３３に入射するレーザ光を所定の回折角で回折するものである。この第１素子選択手段３５と第２素子選択手段３６は、図１に示す回折格子１における素子選択手段８と同様の機能を有するものである。このとき、第１素子選択手段３５と第２素子選択手段３６は、各回折反射部に入射して反射する光の波長に応じて所定の回折角になるように、下部電極６と、上部透明電極７によって電圧を印加するスピン注入型磁化反転素子４を選択するものである。すなわち、第１素子選択手段３５は、入射するレーザ光の波長に応じて、下部電極６、上部透明電極７によって電圧を印加する素子４を選択して、所定の回折角になるように、回折格子周期を形成する。そして、この回折格子周期を変化させて回折角を連続的に変化させる制御を連続的に行うことによって、第１回折反射部３２による第１反射回折光ＦＬ１を、第１方向（図５中のＸ方向）に走査することができる。このように走査された第１反射回折光ＦＬ１を、さらに、第２回折反射部３３において、第２素子選択手段３６によって、電圧を印加する素子４を選択して、所定の回折角になるように、回折格子周期を連続的に変化させる。そして、この回折角を変化させる制御を連続的に行うことによって、第２回折反射部３３による第２反射回折光ＦＬ２を、第２方向（図５中のＹ方向）に走査することができる。これによって、光ビーム入射手段３４から入射したレーザ光ＢＬを、投射面３７上に、第１方向（Ｘ方向）および第２方向（Ｙ方向）に走査しながら投射することができる。

次に、本発明の参考例に係る焦点可変反射型ゾーンプレートについて説明する。
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。

回折反射部６５は、図１、図２（ａ）および図３（ａ）に示す回折格子１と同様に、スピン注入により磁化方向が反転されることによって、入射した光ビームの偏光軸を回転させて反射する複数の素子６４がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って、マトリクス（アレイ）状に配設されて構成されている。素子６４の下部には下部電極６６が配置され、上部には上部透明電極６７が配設されている。そして、図６（ａ）に示すとおり、下部電極６６と、上部透明電極６７とは、図中、水平方向および垂直方向に沿って、相互に直交するように配置されている。また、回折反射部６５の上部には、図６（ｃ）に示すように、素子６４に入射する光の光路上に光ビーム入射手段６９が配設され、素子４によって反射された反射光の光路上に偏光手段７０が配設されている。

素子６４は、図１に示す素子４と同様に、下部電極６６の側から、上部透明電極６７に向けて、スピン固定強磁性層、非磁性中間層およびスピンフリー強磁性層の順に積層された断面柱状の構成を有するものである。そして、スピン固定強磁性層、非磁性中間層およびスピンフリー強磁性層、下部電極６６および上部透明電極６７や、素子選択手段６８、光ビーム入射手段６９、偏光手段７０は、それぞれ図１に示すスピン固定強磁性層４１、非磁性中間層４２およびスピンフリー強磁性層４３、下部電極６および上部透明電極７や、素子選択手段８、光ビーム入射手段９、偏光手段１０と同様の構造および構成を有するものである。したがって、これらの素子６４、下部電極６６および上部透明電極６７や、素子選択手段６８、光ビーム入射手段６９、偏光手段７０等に関する説明は省略する。

このゾーンプレート６１において、素子選択手段６８は、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において、電圧を印加する電極を選択することによって、スピン注入により磁化方向を反転する素子６４を選択することができる。すなわち、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。したがって、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。

そして、図６（ａ）および（ｂ）に白四角で示す磁化反転素子６４Ａに対応する位置の下部電極６６および上部透明電極６７に電圧が印加されるように、電圧を印加する下部電極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とを選択することによって、回折円輪帯を形成することができる。例えば、（下部電極，上部電極）を、（Ｘ１１〜Ｘ１３，Ｙ９）、（Ｘ１０〜Ｘ１４，Ｙ１０）、（Ｘ９〜Ｘ１５，Ｙ１１）、（Ｘ９〜Ｘ１５，Ｙ１２）、（Ｘ９〜Ｘ１５，Ｙ１３）、（Ｘ１０〜Ｘ１４，Ｙ１４）および（Ｘ１１〜Ｘ１３，Ｙ１５）の組合せで選択して電圧を印加すれば、中心に磁化反転素子６４Ａからなる円形状の第１回折円輪帯７１（直径：Ｍ１）を形成することができる。また、（Ｘ１０〜Ｘ１４，Ｙ７）、（Ｘ９〜Ｘ１５，Ｙ８）、（Ｘ８〜Ｘ１０，Ｙ９）、（Ｘ１４〜Ｘ１６，Ｙ９）、（Ｘ７〜Ｘ９，Ｙ１０）、（Ｘ１５〜Ｘ１７，Ｙ１０）、（Ｘ７〜Ｘ８，Ｙ１１）、（Ｘ１６〜Ｘ１７，Ｙ１１）、（Ｘ７〜Ｘ８，Ｙ１２）、・・・・・のように、上部電極および下部電極に電圧を印加すれば、第２回折円輪帯７２（直径：Ｍ２）を形成することができる。さらに、同様にして、第３回折円輪帯７３（直径：Ｍ３）を形成することができる。

そして、図６（ｃ）に示すように、回折反射部６５にマトリクスアレイ状に配設された素子６４の中で、従来の透過型ゾーンプレートの同心円状の光透過領域に匹敵する領域と同様に、同心円状に形成される回折円輪帯（第１回折円輪帯７１、第２回折円輪帯７２、第３回折円輪帯７３・・・）の直径を制御して、回折反射部６５に光ビーム入射手段６９から入射する直線偏光した光ビームλ１（偏光軸の角度：Ｌ）の波長および入射角αに応じて、反射光λ２が所定の焦点に集光する回折角βとなるようにすることができる。

また、図６に示すゾーンプレート６１では、回折円輪帯が同心円状に形成されるため、入射光は等方的に集束・反射されるが、回折円輪帯を、同心円輪帯状ではなく、楕円、あるいは非対称な異方性を有する形態などとすることにより、収束ビームの断面形状を任意に変えることができる。すなわち、素子選択手段６８が、回折反射部６５を構成する素子６４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６４を楕円状、または回折格子周期を異方性を有する周期構造とすることにより、集光ビームの断面形状を制御することが可能となる。

さらに、前記の焦点可変反射型のゾーンプレート６１を２枚以上組合せ、各ゾーンプレートにおいて、素子６４を、素子選択手段６８を介して選択することによりそれぞれのゾーンプレートによる焦点を制御可能にすることもできる。これによって、焦点距離が可変可能なゾーンプレートを２枚以上組み合わせてズームレンズを構成することができる。

ここで、従来研究されてきた電圧駆動で焦点を可変できる液晶型平面レンズや、ポリマーによりレンズ状に湾曲した表面と液晶を接触させ、同様に液晶の分子配向を制御して焦点距離を調節する場合では、いずれも液晶分子の配向変化を応用するので、応答速度は数ミリ秒と遅いばかりでなく、アクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が必要となる。従って、光の利用効率が低下し、微細化が困難である。これに対して、本発明の参考例のスピン注入型磁化反転素子を用いるゾーンプレートはパッシブ駆動でＴＦＴが不要であり、しかも高速応答が期待できる利点がある。

次に、本発明の参考例の立体画像表示装置について説明する。
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の参考例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。

二次元画像表示部８２は、基板８２ａにアレイ状に配設された画素８２ｂを有し、各画素８２ｂの発光によって二次元画像を形成して、その二次元画像の情報を有する画素光ビームＰＬを生成するものである。この二次元画像表示部８２は、例えば、液晶ディスプレイ(ＬＣＤ:Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイ(ＰＤＰ:Plasma Display Panel)、有機ＥＬ(Electroluminescent)ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、冷陰極ディスプレイ(ＦＥＤ:Field Emission Display)などの平面型ディスプレイや、投射型ディスプレイの画像投射系を用いることができる。この場合、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５を投射型ディスプレイにおけるスクリーンと見立てて、画像を投射する。

画素ビーム入射部８３は、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５に画像を形成するための偏光画素ビームＰＬ１を入射させるものであり、二次元画像表示部８２からの画素光ビームを直線偏光とする偏光手段（例えば、液晶偏光板など）で構成される。

また、ハーフミラー８４は、画素ビーム入射部８３から入射する偏光画素ビームＰＬ１を透過させ、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５に入射させるとともに、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５で反射された反射光ＰＬ２を反射して、各反射光ＰＬ２を、焦点距離制御部８６によって選択された焦点距離の焦点Ｆ１、Ｆ２，・・・Ｆ５等に集光させるものである。

焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５は、図７（ｂ）に示すように、図６に示す焦点可変反射型のゾーンプレート６１が、二次元画像表示部８２を構成する画素の画素数と同じ個数および同じ配列で配置された構成を有するものである。この焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５を構成する各ゾーンプレート６１は、二次元画像表示部８２で形成された二次元画像の情報を有する画素光ビームＰＬが直線偏光されてなる偏光画素ビームＰＬ１を、ハーフミラー８４を通して受光して反射し、反射光ＰＬ２をハーフミラー８４を介して、所定の焦点距離に結像させる役割を有する。

焦点距離制御部８６は、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５にアレイ状に配設された各ゾーンプレート６１に、二次元画像表示部８２の各画素８２ｂに対応する被写体の奥行き画像情報（立体情報）を入力して、各ゾーンプレート６１による反射光ＰＬ２の焦点距離を制御するものである。この焦点距離制御部８６は、前記図４に示す投射型画像表示装置２１と同様に、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５に配設された各ゾーンプレート６１において、ゾーンプレート６１を構成する素子４（図６参照）の下部に設けられる下部電極６６（図６参照）に電気的に接続される下部電極選択機構８６ａと、素子４の上部に設けられる上部透明電極６７（図６参照）に電気的に接続された上部透明電極選択機構８６ｂとで構成される。そして、この焦点距離制御部８６によって、下部電極と上部透明電極の間に電圧を印加して、ゾーンプレート６１を構成する素子４（図６参照）の中から、スピン注入により磁化方向を反転させる素子４（図６参照）を選択して、前記回折円輪帯（図６参照）を形成するものである。この焦点距離制御部８６は、ハーフミラー８４を通って入射する偏光画素ビームＰＬ１を、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５を構成する各ゾーンプレート６１によって反射された反射光ＰＬ２が、ハーフミラー８４を介して所定の焦点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４・・・に集光するように、各ゾーンプレート６１に形成する回折円輪帯（図６参照）の直径および周期を制御する。これによって、各ゾーンプレート６１からの反射光ＰＬ２の焦点が、前記の奥行き情報（立体情報）に基づいて調整され、所定の焦点に結像して、立体感を知覚させるように、画像が表示される。

すなわち、図６に示すゾーンプレート６１の素子選択手段６８と同様に、ゾーンプレート６１を構成する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。すなわち、焦点距離制御部８６によって、ゾーンプレートを構成する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円輪帯８７を形成する。そして、ゾーンプレート６１を構成するスピン注入型磁化反転素子に入射する光ビームの波長および入射角に応じて、反射光ＰＬ２が所定の焦点Ｆ（Ｆ１，・・・Ｆ４・・・）に集光するように、反射光の回折角を制御するものである。このとき、焦点距離制御部８６は、各スピン注入型磁化反転素子によって反射される反射光（回折光）が、所定の回折角になるように、スピン注入用電極（下部電極、上部透明電極）によって電圧を印加するスピン注入型磁化反転素子を選択して、回折円輪帯８７の同心円の直径および周期を選択する。これによって、所望の焦点距離を設定し、偏光画素ビームＰＬ１を反射して所望の焦点距離となるように反射光ＰＬ２を出射する。

この立体画像表示装置８１においては、画素ビーム入射部８３からハーフミラー８４を介して、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５に、二次元画像の情報を有する画素光ビームＰＬを直線偏光した偏光画素ビームＰＬ１を入射する。このとき、焦点距離制御部８６は、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５を構成する各ゾーンプレート６１に、二次元画像表示部８２で形成した二次元画像の各画素８２ｂごとの奥行き距離情報を入力して、各ゾーンプレート６１による反射光ＰＬ２の焦点距離を制御する。すなわち、焦点距離可変ゾーンプレートアレイ部８５を構成する各ゾーンプレート６１に入射した偏光画素ビームＰＬ１は、各ゾーンプレート６１に焦点距離制御部８６によって適宜形成された回折円輪帯８７の直径および周期によって決定される回折角で反射され、ハーフミラー８４で反射されて、所定の焦点距離に集光して結像する。この焦点距離制御部８６による各ゾーンプレート６１からの反射光（回折光）は、前記回折円輪帯８７の直径と周期によって決定される焦点距離の焦点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４・・・等に集光される。これによって、焦点距離制御部８６は、二次元画像表示部８２で形成した二次元画像の各画素８２ｂごとの奥行き立体情報（例えば、カメラから被写体までの距離）に基づいて、異なる深さ方向（焦点距離）に集光結像させることにより立体表示を行うことができる。

本発明の参考例の回折格子の基本構成を示す模式断面図である。（ａ）は、本発明の参考例の回折格子の実施形態を示す模式平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線断面図である。（ａ）は、本発明の参考例の回折格子の他の実施形態を示す模式平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線断面図である。（ａ）は、本発明の参考例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、（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、（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。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。（ａ）本発明の参考例に係る焦点可変反射型ゾーンプレートの模式平面図、（ｂ）は、その焦点可変反射型ゾーンプレートの模式断面図、（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。（ａ）は、本発明の参考例に係る立体画像表示装置の模式断面図、（ｂ）は、その立体画像表示装置の模式平面図である。

符号の説明

１回折格子
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

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。
前記第１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をさらに備え、
前記第１および第２素子選択手段は、
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ことを特徴とする請求項１に記載のレーザプロジェクタ。
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２に記載のレーザプロジェクタ。
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３に記載のレーザプロジェクタ。
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４のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。
前記第１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、前記第１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２〜請求項５のいずれか１項に記載のレーザプロジェクタ。