JP6757123B2 - 光機能膜の製造方法、空間光変調素子の製造方法、光機能膜及び空間光変調素子 - Google Patents

Description

本発明は、光機能膜の製造方法、空間光変調素子の製造方法、光機能膜及び空間光変調素子に関する。

近年の撮像装置の利用形態においては、被写体の画像のみならず、距離や視野方向などの空間情報の取得がしばしば要求される。
かかる空間情報の取得が可能な技術として次の技術が知られている。撮像素子と符号化開口パターンが形成される空間光変調素子とを用いて、フーリエ変換に基づく復号処理を施すことにより撮像素子に入射した光束の空間及び入射角度に関する情報を取得する技術である（例えば特許文献１参照）。

このような空間光変調素子には高い光利用効率と高精度の微細構造とを両立した光機能膜が要求される。

高アスペクト比を有する微細構造の作製には、エッチング工程においてマスク材料（例えばＳｉＯ２）との大きなエッチング速度の比が得られるＳｉ材料が適している。一方、Ｓｉ材料は可視波長領域では不透明であり、透過型光学素子への利用は困難である。そこで、パターン形成したＳｉに熱酸化処理を施し、透明なＳｉＯ２へ組成変化させることにより光学素子として利用する技術が知られている。

本願発明者の研究過程で、Ｓｉをドライエッチングで加工する製造方法では、ＳｉＯ２への組成変化のための熱酸化処理を行う際に、体積膨張にともなう微細構造の歪みが生じ、光機能膜の平坦性が保持されない、または光機能膜が破損してしまうという課題を認識した。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、微細構造の精度の低下を抑制する光機能膜の製造方法の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明における光機能膜の製造方法は、Ｓｉ基板を材料として光束を透過する光機能膜を製造する製造方法であって、前記Ｓｉ基板上に当該光機能膜における受光面を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後に前記Ｓｉ基板を加熱する熱酸化処理を施し、透明なＳｉＯ２へ組成変化させる第２の工程と、を有し、前記受光面は、複数の受光部を平面上に並べて形成されており、前記第１の工程は、前記複数の受光部のそれぞれについて、前記受光部を貫く複数の貫通孔を形成して前記受光部を稠密構造とし、前記受光部の周囲に空隙部を形成する。

本発明によれば、微細構造の精度の低下を抑制する光機能膜の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における撮像装置及び撮像モジュールの全体構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における空間光変調素子の構成の一例を示す斜視図である。 図２に示す符号化開口部の構成の一例を示す図である。 図３に示す単位膜構造の構成の一例を示す平面図である。 図３に示す符号化開口部の構成の他の一例を示す断面図である。 図３に示す空間光変調素子の動作の一例を示す模式図である。 図３に示す空間光変調素子の製造方法の処理の一例を示すフロー図である。 図７に示す製造方法の各処理の一例を模式的に示す図である。 図８に示す製造方法で製造した空間光変調素子の一例を示す電子顕微鏡写真図である。 本発明の第２の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における符号化開口部の一例を示す電子顕微鏡写真図である。 本発明の第３の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態における符号化開口部の一例を示す電子顕微鏡写真図である。 本発明の第５の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態における符号化開口部の一例を示す電子顕微鏡写真図である。 本発明の第６の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 本発明の第７の実施形態における符号化開口部の構成の一例を示す図である。 従来の符号化開口部の構成を示す図である。

本実施形態における図１に示された撮像装置１は、画像を取得するための撮像モジュール２と、入射した光束を結像して撮像モジュール２に向けて出射する光学系たる結像光学系３と、を有している。
撮像装置１はまた、結像光学系３からの光路を選択するためのミラー４と、視野を確認するためのファインダー６と、ミラー４からファインダー６へと光を偏向させるプリズムたる偏向素子５と、露光時間を調整するシャッター８と、露光時間や撮像条件等を制御するための制御部９と、を有している。
撮像モジュール２以外の上述の構成は一般的な一眼レフカメラと同等であるが、ファインダー６とミラー４とを外し、変わりに液晶モニタを備えた所謂ミラーレス一眼レフの構成であっても良い。
以下の説明では、結像光学系３を通過して撮像モジュール２に入射する光束の光軸方向を上向きにＺ軸として、Ｚ軸に垂直なＹ軸、Ｘ軸を図１に示す矢印の通り定めて説明に用いる。本実施形態においては、Ｚ方向は鉛直上向き方向と一致させているが、撮像装置１の配置方向に合わせて適宜変更しても良い。

撮像モジュール２は、入射した光束に空間的な変調を付与して出射する符号化開口素子たる空間光変調素子２１と、空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する撮像素子２２と、撮像素子２２と空間光変調素子２１とを連結するスペーサー２３と、を有している。
撮像モジュール２はまた、撮像モジュール２と制御部９とを電気的に接続する配線２５を有している。

結像光学系３は、撮像素子２２上に画像を形成するよう配設された、少なくとも１つ以上のレンズを備えた結像用レンズ群３０と、撮像モジュール２に入射する光量を制限するための絞り７とを有している。
結像光学系３は、撮像装置１に入射した光束を撮像素子２２上に画像を形成するように配設されている。言い換えると、撮像モジュール２よりも光軸方向上流側たる＋Ｚ方向側に、撮像素子２２上に焦点が位置するように配置される。

制御部９は、光束に空間的な変調を付与するための符号化パターン生成手段、撮像素子２２によって得られた画像情報を基に後述するように画角分離を行って距離や方向などの空間情報を含んだ画像を得る復号処理手段、撮像装置１に含まれる機械部材を制御する機械制御手段としての機能を有している。

撮像素子２２は、空間光変調素子２１によって空間的な変調を付与された光束を画像情報として取得する光検出器としてのCCD（Charge Coupled Device）を用いたイメージセンサである。撮像素子２２は複数の光検出器である受光素子たるフォトダイオードが並べて配設された撮像面としての光検出器アレイ２２ａを有しており、入射した光束の強度等の情報を電気信号に変換する。ここではCCDを用いることとしたが、画像情報を取得可能なイメージセンサであれば、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等を用いるものであっても良い。
撮像素子２２は、空間光変調素子２１の−Ｚ方向側に、光検出器アレイ２２ａを＋Ｚ方向側に向けた状態で設置されている。

スペーサー２３は、撮像素子２２に当接し、空間光変調素子２１のＺ軸方向下流側に当接して設置された部材であり、空間光変調素子２１と撮像素子２２との間の距離ｄを維持する。
なお、スペーサー２３はここでは空間光変調素子２１と撮像素子２２とから独立した部材としたが、空間光変調素子２１と撮像素子２２との何れか一方若しくは両方に設けた段差構造であっても良い。

空間光変調素子２１は、図２に示すように、入射する光束を変化させて空間的な変調を付与する光機能膜たる符号化開口部２１ａを有している。

符号化開口部２１ａは、図２において拡大して示したように、平面状に複数並べて配置されて透過型の受光面を形成する受光部たる単位膜構造２１０と、隣接する単位膜構造２１０の間に配置された支持構造たる第１の支持部２１１と、を有している。
符号化開口部２１ａは、図３（ａ）に示すように、単位膜構造２１０の周囲に形成された空隙部２１２と、第１の支持部２１１と単位膜構造２１０とを連結して支持する第２の支持部２１３と、を有している。

空間光変調素子２１は、図３（ｂ）に示すように、単位膜構造２１０の下部に形成されて液体Ｌを保持する流体保持部たる液溜め部２１４と、液溜め部２１４の底面に配置された下部電極２１５と、単位膜構造２１０に当接して設けられた電極部たる上部電極２１６と、を有している。
なお、ここでは図３（ｂ）として図３（ａ）のＡ−Ａ’断面を用いた。

単位膜構造２１０は、図４に示すように、単位膜構造２１０を貫くように形成された微細構造たる貫通孔２１０ａと、透明の壁面部材２１０ｂと、を有している。
貫通孔２１０ａは、Ｚ方向から見たときに、直径１μｍの円形の穴が稠密構造を形成するように並べられた高さ２０μｍの円柱状の空洞である。
なお、貫通孔２１０ａの高さは、光遮断時の透過光量を十分に低減させるために、５〜２０μｍであることが望ましい。
壁面部材２１０ｂは、貫通孔２１０ａの壁面を構成する透明の部材であり、後述するように、ＳｉＯ_２のような容易に加工可能かつ熱酸化処理工程によって透明化可能な部材で作成されることが望ましい。
上部電極２１６は、貫通孔２１０ａの側壁面に設けられた透明電極であり、下部電極２１５との間に印加される電圧Ｖによって、液体Ｌを上下させる。上部電極２１６の材料としては、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明導電性膜を用いることが望ましい。

図３（ａ）に示した第２の支持部２１３は、それぞれの単位膜構造２１０の周縁部たる４隅に接続されて、第１の支持部２１１と単位膜構造２１０とを連結する連結部材である。
なお、第２の支持部２１３は、少なくともその一方の端部が、単位膜構造２１０のＸＹ断面が多角形であればその頂点、円形であればその周縁部に接続することで、単位膜構造２１０を支持するとしても良い。

空隙部２１２は、単位膜構造２１０と、第２の支持部２１３と、第１の支持部２１１とに囲繞された空間であり、後述する熱酸化処理工程を行うときには、空隙部２１２の面積が、単位膜構造２１０または第２の支持部２１３または第１の支持部２１１の何れか若しくは全ての膨張によって変化することで、応力を緩衝させる。

液溜め部２１４は、貫通孔２１０ａの−Ｚ方向端部、言い換えると下端に取り付けられた中空の容器である。液溜め部２１４の容積は、貫通孔２１０ａの容積の総和に対して十分大きいことが望ましい。
なお、ここでは、液溜め部２１４を貫通孔２１０ａに直接接続する態様で描いたが、図５に示すように、液溜め部２１４を空間光変調素子２１内の単位膜構造２１０の−Ｘ方向側に設けて、液溜め部２１４と貫通孔２１０ａの−Ｚ方向端部とを連結する液体導入路２１４ａを取り付けても良い。
かかる構成において、流体Ｌは液溜め部２１４と液体導入路２１４ａとによって保持され、上部電極２１６と下部電極２１５との間の電圧Ｖによって貫通孔２１０ａへと誘導される。

液体Ｌは、液溜め部２１４によって保持され、壁面部材２１０ｂと屈折率が近くなるように調整された流体たる液体であり、上部電極２１６と下部電極２１５との間に印加された電圧Ｖの値に応じて、エレクトロウェッティング現象によって貫通孔２１０ａへと浸潤する。
液体Ｌには、導電性の観点から、電解液が用いられている。なお液体Ｌは、非電解液であってもよい。
液体Ｌは、貫通孔２１０ａに流入することで屈折率整合手段としての機能を有する。ここで液体Ｌは必ずしも液体である必要はなく、所謂ゾル‐ゲルなど、流体としての性質と屈折率整合手段としての機能を併せ持つ物質を用いても良い。

空間光変調素子２１は、それぞれ単位膜構造２１０における透過率を制御部９によって離散的に変化させることにより、符号化開口パターン、言い換えるとモザイクパターンを形成して、入射した光束に空間的な変調を付与する。このとき制御部９は、符号化パターン生成手段としての機能を有している。
空間光変調素子２１は、ここでは屈折率を貫通孔２１０ａとマッチングさせた液体Ｌの位置をエレクトロウェッティング現象によって制御し、透過率を変化させる方式の空間光変調素子である。

かかる構成の撮像装置１を用いて画像を取得する方法について説明する。
撮像装置１に入射してきた光束は、結像用レンズ群３０によって、撮像素子２２上に像を結ぶように偏向され、絞り７を通過して光量を制限されて、結像光学系３を透過する。
結像光学系３を通過した光束は、空間光変調素子２１に入射し、符号化開口部２１ａによって空間的な変調を付与される。
符号化パターン生成手段たる制御部９は、複数の周期の異なる正弦波形を重ね合わせた空間透過率分布を用いて符号化開口部２１ａの透過率分布を制御する。
このとき、透過率分布を制御可能な最小単位は、単位膜構造２１０であり、貫通孔２１０ａに浸潤する液体Ｌの量に応じて、単位膜構造２１０の透過率が変化する。

単位膜構造２１０の透過率の変動について説明する。
図６は、電圧Ｖを印加したときのそれぞれの単位膜構造２１０内における液体Ｌの動作を模式的に示した図である。
まず、図６（ａ）に示したＶ＝０の無通電状態において、貫通孔２１０ａの内部には、空気等の気体Ｇが存在している。すなわち、単位膜構造２１０は、屈折率整合が取れていないので、気体Ｇと、壁面部材２１０ｂとの界面で乱反射が生じて透過率が低い状態である。

次いで、Ｖ＝Ｖ１の吸引状態について、図６（ｂ）に示す。吸引状態においては、上部電極２１６と下部電極２１５との間に電圧Ｖ１が印加されているので、貫通孔２１０ａの壁面が親水性に変化する。
貫通孔２１０ａは、微細な毛細管であるため、内壁が親水性に変化すると、毛細管現象によって液体Ｌに吸引力が働き、貫通孔２１０ａ内部に液体Ｌが流入する。すなわち貫通孔２１０ａ内部で液体Ｌと気体Ｇとの界面たる液体Ｌの液面が上昇する。
無通電状態において貫通孔２１０ａ内部に存在した気体Ｇは、吸引状態においては気体排出路を通って＋Ｚ方向へ移動する。
液体Ｌは、前述のとおり、貫通孔２１０ａに充填された場合に、単位膜構造２１０が透明になるように屈折率を調整された流体であるため、液体Ｌが貫通孔２１０ａに流入することで、屈折率差を有する領域の体積が減少して屈折率整合が取られる。すなわち、気体Ｇと、壁面部材２１０ｂとの界面における散乱光が減少して透過率が向上する。
このとき、単位膜構造２１０の透過率は、貫通孔２１０ａに流入している液体Ｌの液体量、言い換えると液体Ｌの液面の高さによって決定される。

Ｖ＝Ｖｍａｘのとき、即ち、貫通孔２１０ａに液体Ｌが充填されたとき、単位膜構造２１０は透過率最大となる透過状態である。このとき、気体Ｇは、外部と接続された排気口から排出されても良い。

あるいは、符号化開口部２１ａは、図５に示したように液溜め部２１４を横方向に設けた構成の場合には液溜め部２１４の上部を気体排出路に接続する構成であっても良い。
かかる構成とすれば、液溜め部２１４と単位膜構造２１０との間を気体Ｇが循環することで透過率が変動するから、外部の水分など、半導体材料に悪影響を与える物質の進入を防いで、劣化を抑制する。

符号化開口部２１ａは、上述のように符号化パターン生成手段たる制御部９からの電気信号、言い換えると周期的な変調信号に従って、素子上それぞれの単位膜構造２１０における透過率を変化させることで符号化開口パターンを形成する。
すなわち、空間光変調素子２１は、素子上の各単位膜構造２１０の透過率を周期的に変化させることで、空間光変調素子２１を通過する光束に対して空間的な変調を付与する。

こうした空間透過率分布を用いて、符号化パターンを形成する際には、その正弦波の周期に対応する空間周波数位置、すなわちフーリエ変換を行った場合の横軸に、画像自身の持つ有限の空間周波数帯域のスペクトル分布が畳み込み積分の形で複製される。
つまり、正弦波形の周期の数だけ、空間周波数の軸上に被写体の空間周波数スペクトル分布が複製される。ここで、正弦波形の周波数の大きさに依存して角度成分の周波数情報が混ざりこむことにより画角分離が可能となる。

本実施形態においては、変調信号が重畳された画像情報と、符号化パターンの情報と復号処理手段とを用いて、２次元的な画像情報から、空間と角度の情報を含んだ４次元情報、すなわちライトフィールドを再構成することができる。
ここで本来取得したい角度は被写体から撮像装置１へ到達する光線の角度であるが、結像光学系３によって偏向されて撮像素子２２へ入射する光束の光検出器アレイ２２ａへの入射角度から、当該角度を導くことは容易なので、以降は光検出器アレイ２２ａへの入射角度を角度成分として定義する。
ただし、複数の画角分離画像から視差情報を算出する手法についてその詳細な説明は適宜省略する。

まず、符号化パターン生成手段としての制御部９が、任意の符号化パターンを生成する。制御部９は、生成した任意の符号化パターンを用いて画像取得を行い、複数の画角分離情報を抽出する。
次に、制御部９は、かかる画角分離された画像情報を解析し、画像内の特定のターゲットたる被写体の局所位置について、距離情報を算出する。かかる方法で算出された距離情報を用いて、距離分解能判定手段としての制御部９は、得られた画像に所望の分解能が得られているか否かを判定する。
得られた画像の分解能が不十分である場合には、空間光変調パターン生成手段としての制御部９は、空間光変調パターンを構成する正弦波の周期を再度算出する。
制御部９は、算出された空間光変調パターンを基に画角分離分解能を変化させることで、再び空間光変調パターンの生成を行って新たな画像を取得する。
制御部９は、このようなフィードバックループを形成することによって距離分解能が最適化され、最終的にターゲットとする被写体に適した距離画像を取得する。

光束を透過する光機能膜を形成するにあたり、Ｓｉ基板などの加工が容易な材料を用いて、ドライエッチングによる貫通孔２１０ａの形成を行った上で、加熱・酸化によってＳｉＯ_２へと変性させる方法が考えられる。
しかしながら、発明者らの研究により、かかる方法を用いるのみでは、微細な加工を行った後の熱酸化処理工程によって、図１９にＳＥＭ画像のコントラストで示すように、単位膜構造２１０にＺ方向上下に関する歪みが生じてしまうことがわかった。
かかる構成の空間光変調素子２１において、単位膜構造２１０にＺ方向上下への歪みが生じると、設計値から外れてしまい十分な精度が得られないという懸念がある。
このような歪みは、単位膜構造２１０が微細な貫通孔２１０ａおよび壁面部材２１０ｂを含むために、体積膨張がＸＹ面内方向に進み、一方第１の支持部２１１のＸＹ面内方向への膨張量が少ないために、その内部応力の違いをＺ方向上下へ解放するために生じると考えられる。

本実施形態では、単位膜構造２１０の周囲に、図３（ａ）に示した空隙部２１２を設けることで、熱酸化処理工程におけるＺ方向への歪みの発生を低減している。
Ｓｉ基板である基板Ｐにフォトリソグラフィとドライエッチングを用いた工法により微細な貫通孔２１０ａを多数形成する方法について、図７、図８に従って説明する。図７は処理のフロー図であり、図８は、処理による基板Ｐの変形の変遷を略式に表した模式図である。

まず、図８（ａ）に示すように、基板Ｐにフォトリソグラフィにより酸化膜（ＳｉＯ_２）のマスクを成膜するマスキング処理を行う（図７に示すステップＳ２０１）。このマスキング処理は、図５における壁面部材２１０ｂの＋Ｚ側端部を覆うように、かつ貫通孔２１０ａを空隙とするように行われる。

次に図８（ｂ）に示すように、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ装置などのドライエッチング装置により、ＳｉとＳｉＯ_２のエッチング速度の違いを利用して、表面にＺ方向に差のある高アスペクト比構造、言い換えると凹凸構造を作成する第１の工程たるドライエッチング処理工程を行う（図７に示すステップＳ２０２）。
かかるドライエッチング処理工程により、空隙部２１２と、貫通孔２１０ａとが形成される。この際、第１の支持部２１１と第２の支持部２１３も形成される。
図８（ｃ）に示すように、高アスペクト比構造を形成した面を表面として、裏面側のＳｉを同様のドライエッチング装置によって除去する裏面エッチング処理を行う（図７に示すステップＳ２０３）。

図８（ｄ）に示すように、基板Ｐを酸素雰囲気中で８００〜１１００℃にベーキングを行うことで、第２の工程たる熱酸化処理工程を行う（図７に示すステップＳ２０４）。
かかる熱酸化処理工程により、Ｓｉ基板がＳｉＯ_２基板へと変性することで、ドライエッチング処理工程において形成された貫通孔２１０ａと空隙部２１２とを有する単位膜構造２１０が形成される。

さて、ステップＳ２０４に示した熱酸化処理工程において、単位膜構造２１０の４隅は、図３（ａ）で既に示したように、第２の支持部２１３によって支持されている。
単位膜構造２１０の周縁部には、空隙部２１２が設けられている。従って、図９に示すように、熱酸化処理工程において、空隙部２１２の面積が減少することで、Ｚ方向に関する単位膜構造２１０の歪みは抑制される。
単位膜構造２１０の周縁部に空隙部２１２が設けられる構成により、空隙部２１２は、単位膜構造２１０の膜面の反りを回避し、単位膜構造２１０の平坦性を維持している。すなわち、単位膜構造２１０の微細構造の精度の低下を抑制する。
また、空隙部２１２は、単位膜構造２１０とＺ方向について重複しないように周囲に形成されているので、光束が透過する面積を最小にして、単位膜構造２１０の透過率に与える影響を低減する。

本実施形態は、基板Ｐ上に形成される単位膜構造２１０に複数の貫通孔２１０ａを形成し、単位膜構造２１０の周囲に空隙部２１２を形成するドライエッチング処理工程（ステップＳ２０２）と、ドライエッチング処理工程の後に基板Ｐを加熱する熱酸化処理工程（ステップＳ２０４）と、を有している。
単位膜構造２１０に空隙部２１２を形成するドライエッチング処理工程の後に熱酸化処理工程を行うことにより、熱酸化処理工程における微細構造の精度の低下を抑制する。

また、本実施形態では、熱酸化処理工程において空隙部２１２の面積が変化する。
熱酸化処理工程において生じた応力が、緩衝部としてはたらく空隙部２１２の面積変化で浪費されることにより、単位膜構造２１０の透過率に与える影響を低減しながらも微細構造の精度の低下を抑制する。

本実施形態では、符号化開口部２１ａは、単位膜構造２１０と、単位膜構造２１０に形成された貫通孔２１０ａと、単位膜構造２１０の周囲に形成された空隙部２１２と、単位膜構造２１０を支持する第２の支持部２１３と、を有している。
また、第２の支持部２１３は、単位膜構造２１０の周縁部に接続される。
かかる構成により、単位膜構造２１０の透過率に与える影響を低減しながらも微細構造の精度の低下を抑制する。

また、本実施形態では、符号化開口部２１ａは、単位膜構造２１０が平面状に複数並べて配置され、隣接する単位膜構造２１０の間に配置された第１の支持部２１１を有している。また、第２の支持部２１３は、第１の支持部２１１と周縁部とを接続する。

本発明の第２の実施形態について説明する。
なお、以下に説明するそれぞれの実施形態においては、第１の実施形態と共通する部分については、同一の符号をつけて説明を適宜省略する。

第２の実施形態において、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の支持部２１３は、第１の支持部２１１から伸びた梁構造たる梁部２１７ａである。梁部２１７ａは、連結位置Ｎ１において単位膜構造２１０と連結されるとともに、梁部２１７ａの両端が第１の支持部２１１に固定されている。
なお、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されたＡ−Ａ’断面であるが、単位膜構造２１０と第１の支持部２１１とのＺ方向の位置関係を示す目的の断面図であるため、液溜め部２１４及び下部電極２１５の記載を省略している。後述する他の実施形態においても同様である。
梁部２１７ａは、熱酸化処理工程（ステップＳ２０４）において、梁部２１７ａが変形することで第１の支持部２１１の変形と、単位膜構造２１０の変形とを緩和させる緩衝部材としての機能を有している。
かかる構成により、熱酸化処理工程（ステップＳ２０４）において、図１１に示すように梁部２１７ａが、単位膜構造２１０と連結された位置Ｎ１を中心に撓むことで、応力がかかることを緩和して、微細構造の精度の低下を抑制する。
なお、熱酸化処理工程の都合上、梁部２１７ａは基板Ｐと同一素材であることが望ましいが、例えばさらに応力を緩和させるために、可撓性を有する部材で形成しても良い。

第３の実施形態において、図１２に示すように、第２の支持部２１３ｂは、第１の支持部２１１と単位膜構造２１０とを複数の梁構造でつないだ梁部２１７ｂである。
梁部２１７ｂは、一方の端部が第１の支持部２１１に固定され、他方の端部が単位膜構造２１０の４隅の近傍において単位膜構造２１０に接続された態様で、第１の支持部２１１と単位膜構造２１０とを連結することで単位膜構造２１０を支持する。
すなわち第２の支持部２１３ｂは、熱酸化処理工程において応力がかかる梁部２１７ｂの他方の端部において変形が生じやすい形状になっている。

このように、複数の梁部２１７ｂを設けて、梁部２１７ｂが変形しやすい箇所を設けることで梁部２１７ｂの折れなどの破損を抑制する。
かかる構成により、微細構造の精度の低下を抑制しながらも作成時の梁部２１７ｂの破損を回避する。
また、符号化開口部２１ａの作成時における歩留まりを向上する。

第４の実施形態において、図１３に示すように、第２の支持部２１３ｃは、梁部２１７ｃを形成する。
梁部２１７ｃは、屈曲部Ｎ２において互いに直交する第１梁部２１８と第２梁部２１９と、を有している。
このように、梁部２１７ｃに屈曲部Ｎ２を設けて、梁部２１７ｃが変形しやすい箇所を設けることで梁部２１７ｃの折れなどの破損を抑制する。

かかる第１梁部２１８と、第２梁部２１９とは、単位膜構造２１０の応力による外周方向への変形を、ＸＹ平面での回転方向に偏向するための偏向機能を有している。
かかる構成により、単位膜構造２１０の対角線方向の圧縮応力が生じる場合であっても、図１４に示すように空隙部２１２の形状が変化するとともに、単位膜構造２１０がＸＹ平面上で回転することで、圧縮応力による反りの発生を回避する。
またかかる構成により、梁部２１７ｃが変形しやすい箇所を設けることで梁部２１７ｃの折れなどの破損を抑制して符号化開口部２１ａの作成時における歩留まりを向上する。
かかる構成により、微細構造の精度の低下を抑制しながらも、平坦かつ透過率変調幅の高い光機能膜を提供する。

第５の実施形態において、図１５、図１６に示すように、第２の支持部２１３ｄは、空間光変調素子２１に対して固定された第１の支持部たる中心部Ｏ１を有し、中心部Ｏ１から隣り合う４つの単位膜構造２１０に接続された４つの梁部２１７ｄを有している。
各梁部２１７ｄは、９０度ずつ回転して配置された鉤十字構造を形成し、それぞれの端部において単位膜構造２１０と接続される。
言い換えると、梁部２１７ｄと連結する単位膜構造２１０の一辺と、長手方向の梁部２１７ｄとが平行になるように互いに接続している。

かかる構成により、網目状の第１の支持部２１１を設けることなく、単位膜構造２１０を支持するから、遮光領域が減って単位膜構造２１０の有効面積を増加させる。
さらに、微細構造の精度の低下を抑制しながらも、平坦かつ透過率変調幅の高い光機能膜を提供する。

第６の実施形態において、図１７に示すように、第２の支持部２１３ｅは、空間光変調素子２１に対して固定された第１の支持部たる中心部Ｏ２を有し、中心部Ｏ２から、隣り合う４つの単位膜構造２１０に接続された４つの梁部２１７ｅを有している。
各梁部２１７ｅは、単位膜構造２１０の対角線方向に対して直交する複数の第３梁部２３０と、符号化開口部２１ａの対角線方向であるＡ方向に平行な複数の第４梁部２３１と、を有している。
梁部２１７ｅは、かかる第３梁部２３０と、第４梁部２３１とが交互に接続された形状である。
また、第３梁部２３０と、第４梁部２３１との接合点Ｎ３は、屈曲部である。

かかる構成により、単位膜構造２１０の回転方向の変形を抑制するとともに、Ａ方向への反りを抑制する。
かかる構成により、網目状の第１の支持部２１１を設けることなく、単位膜構造２１０を支持するから、遮光領域が減って単位膜構造２１０の有効面積を増加させる。
さらに、微細構造の精度の低下を抑制しながらも、平坦かつ透過率変調幅の高い光機能膜を提供する。

第７の実施形態において、図１８に示すように、単位膜構造２１０は、梁部２１７ｆの壁面端部が連続的に繋がって形成される。
すなわち、梁部２１７ｆは、空隙部２１２ｆの壁面を構成するとともに、中心部Ｏ３と単位膜構造２１０とを連結するフラクタル形状をもつ部材である。
従って、符号化開口部２１ａは、受光部たる単位構造膜２１０の空隙部２１２ｆが形成された部分の壁面であって単位膜構造２１０の内側に、フラクタル形状の梁部２１７ｆを有している。
また、第１の支持部２１１ｆは、隣接する複数の異なる単位膜構造２１０の端部を固定している。
かかる構成により、空隙部２１２ｆは、体積膨張による変形を、単位膜構造２１０とともに吸収することで、単位膜構造２１０の平坦性を確保する。

さらに、フラクタル形状を持つ空隙部２１２ｆと、かかる空孔部２１２ｆによって囲まれた構造の単位膜構造２１０を有する構成により、平坦かつ透過率および透過率変調幅の高い透過型の空間光変調素子を作成する。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上述の光機能膜は、空間光変調素子の符号化開口部に用いたが、その他にも多様なアクティブ光機能部材や燃料電池用部材への応用が可能である。

また、制御部は、撮像モジュール内部に設けられるものであっても良いし、撮像モジュールとは別体で撮像装置内に設けられるものであっても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 撮像装置
２ 撮像モジュール
３ 光学系（結像光学系）
９ 制御部
２１ 空間光変調素子
２１ａ 光機能膜（符号化開口部）
２２ 撮像素子
２２ａ 光検出器アレイ
２３ スペーサー
２５ 配線
２１０ 受光部（単位膜構造）
２１０ａ 貫通孔
２１０ｂ 壁面端部（壁面部材）
２１１ 第１の支持部
２１２、２１２ｆ 空隙部
２１３、２１３ａ〜２１３ｆ 第２の支持部
２１４ 液体保持部（液溜め部）
２１６ 電極部（上部電極）
２１７ａ〜ｆ 梁構造（梁部）
Ｌ 流体（液体）
Ｎ２、Ｎ３ 屈曲部
Ｐ 基板
Ｓ２０２ 第１の工程（ドライエッチング処理工程）
Ｓ２０４ 第２の工程（熱酸化処理工程）
Ｖ 電圧
Ｘ 光軸と垂直方向
Ｙ 光軸と垂直方向
Ｚ 光軸方向

特開２００８−１９１６６１号

Claims (16)

1. Ｓｉ基板を材料として光束を透過する光機能膜を製造する製造方法であって、
   前記Ｓｉ基板上に当該光機能膜における受光面を形成する第１の工程と、
   前記第１の工程の後に前記Ｓｉ基板を加熱する熱酸化処理を施し、透明なＳｉＯ２へ組成変化させる第２の工程と、
   を有し、
   前記受光面は、複数の受光部を平面上に並べて形成されており、
   前記第１の工程は、前記複数の受光部のそれぞれについて、前記受光部を貫く複数の貫通孔を形成して前記受光部を稠密構造とし、前記受光部の周囲に空隙部を形成する光機能膜の製造方法。
2. 請求項１に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記空隙部は、前記第２の工程において当該空隙部の面積を変化させることを特徴とする光機能膜の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記第１の工程で、前記複数の受光部間に配置される第１の支持部と、
   前記受光部と前記第１の支持部とを結ぶ第２の支持部と、
   を形成することを特徴とする光機能膜の製造方法。
4. 請求項３に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記第２の支持部は梁構造を有することを特徴とする光機能膜の製造方法。
5. 請求項４に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記第２の支持部は前記受光部の周辺部を支持することを特徴とする光機能膜の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記梁構造は、直線状であることを特徴とする光機能膜の製造方法。
7. 請求項４または５に記載の光機能膜の製造方法であって、
   前記梁構造は、屈曲部を有することを特徴とする光機能膜の製造方法。
8. Ｓｉ基板を材料として光束を透過する光機能膜を製造する製造方法であって、
   前記Ｓｉ基板上に当該光機能膜における受光面を形成する第１の工程と、
   前記第１の工程の後に前記Ｓｉ基板を加熱する熱酸化処理を施し、透明なＳｉＯ２へ組成変化させる第２の工程と、
   を有し、
   前記受光面は、複数の受光部を平面状に並べて形成されており、
   前記第１の工程は、前記複数の受光部のそれぞれについて、前記受光部を貫く複数の空隙部を形成して前記受光部を稠密構造とし、前記空隙部の壁面はフラクタル形状の梁部により形成されている光機能膜の製造方法。
9. 光機能膜と、前記受光部に当接して形成された電極部と、前記電極部に印加された電圧に応じて前記貫通孔に浸透する流体と、前記流体を保持する流体保持部と、を有する空間光変調素子の製造方法において、
   前記光機能膜の製造方法は請求項１乃至７の何れか１つに記載の製造方法であることを特徴とする空間光変調素子の製造方法。
10. 光束を透過する光機能膜であって、
    複数の受光部を平面状に並べて形成された受光面と、
    前記受光部の周囲に形成された空隙部と、
    前記受光部を支持する第２の支持部と、
    を有し、
    前記受光部は、該受光部を貫く複数の貫通孔が形成された稠密構造であり、
    前記貫通孔の壁面は透明な部材であり、
    前記第２の支持部は、前記受光部の周縁部に接続される光機能膜。
11. 請求項１０に記載の光機能膜であって、
    前記受光部が平面状に複数並べて配置され、
    隣接する前記受光部の間に配置された第１の支持部を有し、
    前記第２の支持部は、前記第１の支持部と前記周縁部とを接続することを特徴とする光機能膜。
12. 請求項１０または１１に記載の光機能膜であって、
    前記第２の支持部は、前記受光部に生じた応力に応じて変形する梁構造を有することを特徴とする光機能膜。
13. 請求項１２に記載の光機能膜であって、
    前記梁構造は、直線状であることを特徴とする光機能膜。
14. 請求項１２に記載の光機能膜であって、
    前記梁構造は、屈曲部を有することを特徴とする光機能膜。
15. 光束を透過する光機能膜であって、
    複数の受光部を平面状に並べて形成された受光面を有し、
    前記受光部は、該受光部を貫く複数の空隙部が形成された稠密構造であり、
    前記空隙部の壁面は透明なフラクタル形状の梁部により形成されている光機能膜。
16. 請求項１０乃至１４の何れか１つに記載の光機能膜と、
    前記受光部に当接して形成された電極部と、
    前記電極部に印加された電圧に応じて前記貫通孔に浸透する流体と、
    前記流体を保持する流体保持部と、
    を有する空間光変調素子。

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