JPH11160635A - Optical element and manufacturing method thereof and device using it - Google Patents

Optical element and manufacturing method thereof and device using it

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JPH11160635A
JPH11160635A JP9337807A JP33780797A JPH11160635A JP H11160635 A JPH11160635 A JP H11160635A JP 9337807 A JP9337807 A JP 9337807A JP 33780797 A JP33780797 A JP 33780797A JP H11160635 A JPH11160635 A JP H11160635A
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JP
Japan
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thin films
optical element
substrate
electrode layers
light
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Application number
JP9337807A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Suzuki
美彦 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Laser Beam Printer (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element little restricted in light quantity of incident light with little changes due to the elapse of time even if the structure body is exothermic with heat generated by irradiation of light. SOLUTION: Peripheral parts of predetermined effective areas of respective thin films 12 are supported on a substrate 11 via supporting parts 13 so that the effective areas of respective thin films 12 are superimposed with a space between each other. The plural thin films 12 show a predetermined optical characteristic as a whole. An electrode layer 14 is formed on the substrate 11 under the effective area of the plural thin films 12. An electrode layer 15 is formed on the uppermost thin film 12. When a voltage impressed between the electrodes 14, 15, the effective areas of respective thin films 12 are attracted to the substrate 11 by the electrostatic force generated between the electrodes 14, 15, and all the spaces between the plural thin films are substantially lost in the effective areas, and the plural thin films are changed in optical characteristic as a whole.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光の反射特性や透
過特性等の光学特性を制御する光学素子及びその製造
法、並びに当該光学素子を用いた装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element for controlling optical characteristics such as light reflection and transmission characteristics, a method of manufacturing the same, and an apparatus using the optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製造技術を利用して、様々
な微小機械の研究開発が活発に行われている。面内に微
小なミクロサイズミラーを集積化した光学素子について
も研究の成果が活用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, various micromachines have been actively researched and developed utilizing semiconductor manufacturing technology. The results of research have also been applied to optical elements that have microscopic mirrors integrated in a plane.

【0003】従来報告されている微小光学素子では、十
数μm角の金属ミラーを基板面上に多数個集積し、これ
らのミラーを基板上に設けた電極とミラー間の静電気力
により駆動してミラーの角度を変化させ、個々のミラー
による入射光の反射角度を制御する方式が用いられてい
る(例えば、Larry J.Hornbeck, Technical Diegestof
the 14th Sensor Symposium, 1996, pp297-304)。
In a micro-optical element which has been reported, a large number of metal mirrors each having a size of tens of μm square are integrated on a substrate surface, and these mirrors are driven by an electrostatic force between an electrode provided on the substrate and the mirrors. A method is used in which the angle of a mirror is changed to control the angle of reflection of incident light by each mirror (for example, Larry J. Hornbeck, Technical Diegestof).
the 14th Sensor Symposium, 1996, pp297-304).

【0004】図8は、このような従来の微小光学素子の
概略断面構造を模式的に示す図である。基板1上に電極
層2a,2bが設けられ、該電極層2a,2b上にトー
ションヒンジ3で支えられた可動ミラー部4が形成され
ている。該可動ミラー部4は、中央部がトーションヒン
ジにより支持された駆動電極膜5と、中央部が該駆動電
極膜5にポスト部6を介して連結された金属薄膜からな
る反射ミラー7とから構成されている。片側の電極層2
aに電圧を印加すると、駆動電極膜5の電極層2a側部
分が基板1側に引き寄せられ、トーションヒンジ3を中
心にした回転力が発生し、反射ミラー部7が傾く。これ
により反射ミラー部7に入射した光の反射方向が制御さ
れる。この光学素子は、例えば、特定の反射方向に反射
した光のみをスクリーン上に投射することにより投射型
表示装置(projector)用の空間光変調素子(ライトバ
ルブ)として利用されている。
FIG. 8 is a view schematically showing a schematic sectional structure of such a conventional micro optical element. Electrode layers 2a and 2b are provided on a substrate 1, and a movable mirror portion 4 supported by a torsion hinge 3 is formed on the electrode layers 2a and 2b. The movable mirror unit 4 includes a drive electrode film 5 whose center is supported by a torsion hinge, and a reflection mirror 7 formed of a metal thin film connected to the drive electrode film 5 via a post 6 at the center. Have been. One side electrode layer 2
When a voltage is applied to a, a portion of the drive electrode film 5 on the side of the electrode layer 2a is attracted to the substrate 1 side, and a rotational force about the torsion hinge 3 is generated, and the reflection mirror section 7 is inclined. Thereby, the reflection direction of the light incident on the reflection mirror unit 7 is controlled. This optical element is used, for example, as a spatial light modulator (light valve) for a projection display device (projector) by projecting only light reflected in a specific reflection direction on a screen.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た図8に示すような従来の光学素子では、金属薄膜から
なる反射ミラー7は中央部がポスト6で支持されている
のみであるので、光照射による発熱によって当該反射ミ
ラー7が反るなどの変形が一時的に生じ易いことから、
入射光の強度の制約が大きい。また、前述した図8に示
すような従来の光学素子では、金属薄膜からなる反射ミ
ラー7は中央部がポスト6で支持されているのみである
ので、入射光の強度がさほど大きくなくても、光照射に
よる反射ミラー7の発熱による応力が経時的に蓄積する
ことによって当該反射ミラー7が反るなどの変形が生じ
易く、経時的にも反射ミラー7が反るなどの変形が生じ
易い。
However, in the conventional optical element as shown in FIG. 8, the reflecting mirror 7 made of a metal thin film has only a central portion supported by the post 6, so that the light irradiating light is not emitted. Deformation due to warping of the reflecting mirror 7 due to heat generated by the
The constraint on the intensity of the incident light is large. In addition, in the conventional optical element as shown in FIG. 8 described above, since the reflection mirror 7 made of a metal thin film has only a central portion supported by the post 6, even if the intensity of the incident light is not so large, As the stress due to the heat generated by the reflection mirror 7 due to light irradiation accumulates over time, deformation such as warpage of the reflection mirror 7 easily occurs, and deformation such as warpage of the reflection mirror 7 easily occurs over time.

【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、入射光の光量の制約が小さく、かつ、光照射
で生ずる構造体の発熱が生じても経時変化が少ない光学
素子及びその製造方法並びに当該光学素子を用いた装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an optical element and an optical element which are less restricted by the amount of incident light and have little change with time even when heat is generated in a structure caused by light irradiation. It is an object to provide a manufacturing method and an apparatus using the optical element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第1の態様による光学素子は、基板と、各
々の所定の有効領域が前記基板上に互いに間隔をあけて
重なるように、各々の当該有効領域の周辺部が前記基板
に対して支持部を介して支持された複数の薄膜であっ
て、当該複数の薄膜の前記有効領域が全体として所定の
光学特性を示す複数の薄膜と、複数の電極層であって、
当該複数の電極層のうちの少なくとも2つの電極層の間
に電界を印加した場合にこれらの間に作用する静電気力
(吸引力であっても、斥力であってもよい)に応じて、
前記複数の薄膜の間の間隔のうちの少なくとも1つの間
隔が実質的になくなるかあるいは変化するように、前記
複数の薄膜のうちの少なくとも1つの薄膜を弾性変形さ
せて当該薄膜の前記有効領域を前記基板に対して変位さ
せる複数の電極層と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, an optical element according to a first aspect of the present invention is arranged such that a predetermined effective area and a substrate overlap with each other at an interval on the substrate. A plurality of thin films each having a peripheral portion of the effective region supported by the substrate via a supporting portion, wherein the effective regions of the plurality of thin films exhibit predetermined optical characteristics as a whole. And a plurality of electrode layers,
When an electric field is applied between at least two electrode layers of the plurality of electrode layers, the electrostatic force (attraction force or repulsion force) acting between them may be determined according to the following:
At least one of the plurality of thin films is elastically deformed so that at least one of the spaces between the plurality of thin films substantially disappears or changes, so that the effective area of the thin film is reduced. And a plurality of electrode layers displaced with respect to the substrate.

【0008】この第1の態様によれば、前記複数の薄膜
の有効領域が互いに間隔をあけて重なっているので、公
知の光学多層膜と同様に、間隔の部分も含めてこれらが
全体として所定の光学特性を示す。そして、前記複数の
電極層のうちの少なくとも2つの電極層間に電界を印加
すると、これらの間に作用する静電気力に応じて、前記
複数の薄膜のうちの少なくとも1つの薄膜が弾性変形し
て当該薄膜の前記有効領域が前記基板に対して変位し、
前記複数の薄膜の間の間隔のうちの少なくとも1つの間
隔が実質的になくなるかあるいは変化する。このため、
電界の印加(すなわち、電極層に対する電圧又は電位の
印加)により、その大きさに応じて前記複数の薄膜全体
の光学特性が変化することになる。
According to the first aspect, the effective regions of the plurality of thin films overlap with an interval therebetween, and therefore, as well as the known optical multilayer film, these effective regions as a whole also include the interval portion. Shows the optical characteristics of When an electric field is applied between at least two of the plurality of electrode layers, at least one of the plurality of thin films is elastically deformed in accordance with an electrostatic force acting between the two. The effective area of the thin film is displaced relative to the substrate,
At least one of the spacings between the plurality of thin films is substantially eliminated or changes. For this reason,
By applying an electric field (ie, applying a voltage or potential to the electrode layer), the optical characteristics of the plurality of thin films as a whole change depending on the magnitude.

【0009】このように、前記第1の態様によれば、光
学多層膜の原理と静電気力による薄膜の変位とが巧みに
融合されて、前記複数の電極層に対する電圧又は電位の
印加の制御によって、得られる光学特性を制御すること
ができるのである。
As described above, according to the first aspect, the principle of the optical multilayer film and the displacement of the thin film due to the electrostatic force are skillfully integrated, and by controlling the application of voltage or potential to the plurality of electrode layers. The resulting optical properties can be controlled.

【0010】前記光学特性としては、光学多層膜におい
て知られているように、前記複数の薄膜の数や屈折率や
厚さや間隔等を適宜定めることにより、目的に応じた種
々の光学特性を設定しておくことができ、例えば、所定
波長領域の入射光に対する透過特性(又は反射特性)を
挙げることができる。なお、個々の薄膜は、単一の材料
による単一層でもよいが、複数の材料による複数の層か
らなるものでもよい。
As the optical characteristics, as is known for optical multilayer films, various optical characteristics according to the purpose are set by appropriately determining the number, refractive index, thickness, interval, etc. of the plurality of thin films. For example, transmission characteristics (or reflection characteristics) for incident light in a predetermined wavelength region can be mentioned. Each thin film may be a single layer made of a single material, or may be made of a plurality of layers made of a plurality of materials.

【0011】また、前記光学特性の制御は、単に2つの
状態(例えば、透過状態と反射状態)を切り替えるのみ
でなく、前記複数の電極層の数や配置や印加電圧又は印
加電位の大きさや電圧を印加する電極層の選択などを適
宜設定することにより、3段階以上の制御や連続的な制
御(例えば、透過率の段階的な制御や連続的な制御)も
可能である。
Further, the control of the optical characteristics is not limited to simply switching between two states (for example, a transmission state and a reflection state), but also the number and arrangement of the plurality of electrode layers, the applied voltage or the magnitude and voltage of the applied potential. By appropriately setting the selection of the electrode layer to which is applied, control of three or more steps or continuous control (for example, stepwise control or continuous control of transmittance) is also possible.

【0012】そして、前記第1の態様では、前記複数の
薄膜の有効領域の周辺部が支持部により支持されていれ
ばよく、必ずしも当該有効領域の周辺部の全体が支持さ
れている必要はなく、例えば、当該有効領域の周辺部に
おける対向する一対の辺の部分のみが支持されていても
よい。前記第1の態様では、前記複数の薄膜の有効領域
の周辺部が支持されているので、入射光の強度が高くそ
の光照射による当該薄膜の発熱が比較的大きくても、当
該薄膜が反るなどの変形が生じ難いことから、入射光の
強度にさほど制約がない。また、前記第1の態様では、
前記複数の薄膜の有効領域の周辺部が支持されているの
で、光照射による当該薄膜の発熱による応力が経時的に
蓄積しても当該薄膜が反るなどの変形が生じ難く、経時
的にも当該薄膜が反るなどの変形が生じ難い。
In the first aspect, the peripheral portions of the effective regions of the plurality of thin films need only be supported by the support portion, and the entire peripheral portions of the effective regions do not necessarily need to be supported. For example, only a pair of opposing sides in the periphery of the effective area may be supported. In the first aspect, since the periphery of the effective region of the plurality of thin films is supported, even if the intensity of incident light is high and the heat generation of the thin film by the light irradiation is relatively large, the thin film warps. And the like, the deformation of the incident light is not so limited. In the first aspect,
Since the periphery of the effective area of the plurality of thin films is supported, even if stress due to heat generation of the thin film due to light irradiation accumulates over time, deformation such as warpage of the thin film hardly occurs, and even over time. Deformation such as warping of the thin film is unlikely to occur.

【0013】本発明の第2の態様による光学素子は、前
記第1の態様による光学素子において、前記複数の薄膜
の間隔が空気層を形成するものである。
An optical element according to a second aspect of the present invention is the optical element according to the first aspect, wherein the interval between the plurality of thin films forms an air layer.

【0014】この第2の態様では、薄膜の間隔が空気層
を形成しているので、素子構造が簡単となり安価とな
る。もっとも、前記第1の態様では、例えば、当該光学
素子を所定容器に収容して、真空中や所定屈折率の液体
中に配置するなどによって、前記薄膜の間隔が真空層や
液体層を形成するようにしてもよい。
In the second aspect, since the air gap is formed between the thin films, the element structure is simplified and the cost is reduced. However, in the first aspect, for example, the gap between the thin films forms a vacuum layer or a liquid layer by, for example, housing the optical element in a predetermined container and disposing the optical element in a vacuum or a liquid having a predetermined refractive index. You may do so.

【0015】本発明の第3の態様による光学素子は、前
記第1又は第2の態様による光学素子において、前記複
数の電極層のうちの少なくとも1つの電極層が前記複数
の薄膜の前記有効領域の下における前記基板上に形成さ
れ、前記複数の電極層のうちの他の少なくとも1つの電
極層が前記複数の薄膜の前記有効領域のうちの前記基板
から最も遠い位置に位置する薄膜の前記有効領域に形成
されたものである。
The optical element according to a third aspect of the present invention is the optical element according to the first or second aspect, wherein at least one of the plurality of electrode layers has the effective area of the plurality of thin films. And wherein at least one other electrode layer of the plurality of electrode layers is located on the effective region of the thin film located farthest from the substrate in the effective region of the plurality of thin films. It is formed in the area.

【0016】この第3の態様は、前記第1及び第2の態
様における複数の電極層の配置例である。この第3の態
様では、例えば、基板上に形成された電極層と最も遠い
薄膜の有効領域に形成された電極層との間に比較的大き
い電界を印加すると、最も遠い薄膜の有効領域が基板に
引きつけられ、これにより他の薄膜の有効領域も基板に
引き寄せられ、前記複数の薄膜の有効領域間の間隔が全
て実質的になくなり、複数の薄膜の有効領域を全体とし
て光学的に単一膜として機能させることができる。した
がって、2つの電極層を配置するだけで、最も大きい光
学特性の変化を得ることができ、好ましい。
The third embodiment is an example of the arrangement of a plurality of electrode layers in the first and second embodiments. In the third aspect, for example, when a relatively large electric field is applied between the electrode layer formed on the substrate and the electrode layer formed on the effective region of the farthest thin film, the effective region of the farthest thin film is changed to the substrate. The effective areas of the other thin films are also attracted to the substrate, whereby the effective areas of the plurality of thin films are all substantially eliminated, and the effective areas of the plurality of thin films are optically combined into a single film as a whole. Can function as Therefore, the largest change in optical characteristics can be obtained only by disposing the two electrode layers, which is preferable.

【0017】もっとも、前記第1及び第2の態様では、
複数の電極層の配置はこの第3の態様のような例に限定
されるものではなく、例えば、前記複数の薄膜の前記有
効領域の下における前記基板上に電極層を形成するとと
もに前記複数の薄膜のうちの任意の1つ以上の薄膜(全
部の薄膜でもよい)の有効領域にそれぞれ電極層を形成
してもよいし、基板上には電極層を形成せずに前記複数
の薄膜のうちの任意の2つ以上の薄膜(全部の薄膜でも
よい)の有効領域にそれぞれ電極層を形成してもよい。
However, in the first and second aspects,
The arrangement of the plurality of electrode layers is not limited to the example as in the third aspect. For example, the electrode layers are formed on the substrate under the effective area of the plurality of thin films and the plurality of thin films are formed. An electrode layer may be formed on an effective area of any one or more thin films (all thin films may be used) of the thin films, or an electrode layer may be formed on the substrate without forming the electrode layer. An electrode layer may be formed in an effective region of any two or more thin films (or all thin films).

【0018】なお、この第3の態様のように基板上に電
極層を形成した場合には、最も基板に近い位置に位置す
る薄膜は、当該電極層と間隔をあけることなく当該電極
層上に直接形成してもよい。
When the electrode layer is formed on the substrate as in the third aspect, the thin film located closest to the substrate is formed on the electrode layer without any gap from the electrode layer. It may be formed directly.

【0019】本発明の第4の態様による光学素子は、前
記第1乃至第3のいずれかの態様による光学素子におい
て、前記複数の薄膜の前記有効領域が引っ張り応力を有
しているものである。
An optical element according to a fourth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to third aspects, wherein the effective regions of the plurality of thin films have a tensile stress. .

【0020】この第4の態様によれば、前記複数の薄膜
の前記有効領域が引っ張り応力を有しているので、薄膜
の有効領域が静電気力により変位した後に当該静電気力
がなくなった場合において、当該有効領域が元の位置に
自動的に復帰し易くなり、好ましい。もっとも、前記第
1乃至第3の態様では、前記複数の薄膜の有効領域は必
ずしも引っ張り応力を有していなくてもよい。
According to the fourth aspect, since the effective regions of the plurality of thin films have a tensile stress, when the effective regions of the thin film are displaced by the electrostatic force and the static force disappears, This is preferable because the effective area easily returns to the original position automatically. However, in the first to third aspects, the effective regions of the plurality of thin films do not necessarily have to have a tensile stress.

【0021】本発明の第5の態様による光学素子は、前
記第1乃至第4のいずれかの態様による光学素子におい
て、前記複数の薄膜の各々が窒化珪素膜であるものであ
る。
An optical element according to a fifth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to fourth aspects, wherein each of the plurality of thin films is a silicon nitride film.

【0022】この第5の態様は前記複数の薄膜の例を挙
げたものであるが、前記第1乃至第4の態様では、前記
複数の薄膜の材料は窒化珪素に限定されるものではな
い。
In the fifth aspect, examples of the plurality of thin films are given. However, in the first to fourth aspects, the material of the plurality of thin films is not limited to silicon nitride.

【0023】本発明の第6の態様による光学素子は、前
記第1乃至第6のいずれかの態様による光学素子におい
て、前記基板が所定の光に対して透光性を有するもので
ある。
An optical element according to a sixth aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to sixth aspects, wherein the substrate has a property of transmitting predetermined light.

【0024】前記複数の薄膜を透過した光を利用する場
合などには、この第6の態様のように、基板が、例えば
ガラスなどの当該光に対して透光性を有するものを用い
ればよい。もっとも、例えば、前記複数の薄膜により反
射された光を利用する場合などには、基板は透光性を有
していなくてもよい。
In the case where light transmitted through the plurality of thin films is used, for example, as in the sixth embodiment, a substrate such as glass having a light transmitting property with respect to the light may be used. . However, for example, when utilizing the light reflected by the plurality of thin films, the substrate need not have translucency.

【0025】本発明の第7の態様による光学素子は、前
記第1乃至第6のいずれかの態様による光学素子におい
て、前記複数の薄膜の前記有効領域及び前記複数の電極
層を1つの単位素子として、当該単位素子が前記基板に
対して1次元状又は2次元状に配置されたものである。
An optical element according to a seventh aspect of the present invention is the optical element according to any one of the first to sixth aspects, wherein the effective regions of the plurality of thin films and the plurality of electrode layers are formed as one unit element. The unit elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally with respect to the substrate.

【0026】前記第1乃至第6の態様では1つの単位素
子のみを有していてもよいが、この第7の態様のように
複数の単位素子が1次元又は2次元状に配置しておけ
ば、1次元又は2次元の空間光変調素子を得ることがで
きる。
In the first to sixth embodiments, only one unit element may be provided. However, as in the seventh embodiment, a plurality of unit elements can be arranged one-dimensionally or two-dimensionally. For example, a one-dimensional or two-dimensional spatial light modulator can be obtained.

【0027】本発明の第8の態様による光学素子の製造
方法は、前記第1乃至第7のいずれかの態様による光学
素子を製造する製造方法であって、前記基板上に、前記
複数の電極層、前記間隔を形成すべき複数の犠牲層及び
前記複数の薄膜からなる積層体を形成する段階と、前記
支持部を形成する段階と、前記複数の犠牲層を除去する
段階と、を備えたものである。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the plurality of electrodes are provided on the substrate. Forming a stacked body composed of a layer, a plurality of sacrificial layers to form the gap, and the plurality of thin films, forming the support, and removing the plurality of sacrificial layers. Things.

【0028】この第8の態様は前記第1乃至第7の態様
による光学素子の製造方法の一例であるが、この第8の
態様による製造方法を採用すれば、半導体製造技術を利
用して当該光学素子を製造することができ、バッチ生産
が可能なため、低価格な光学素子を提供することが可能
となる。
The eighth aspect is an example of the method of manufacturing the optical element according to the first to seventh aspects. If the manufacturing method according to the eighth aspect is adopted, the optical element can be manufactured using a semiconductor manufacturing technique. Since an optical element can be manufactured and batch production is possible, a low-cost optical element can be provided.

【0029】本発明の第9の態様による投射型表示装置
は、少なくとも1つの空間光変調素子を備え、該少なく
とも1つの空間光変調素子により変調された光を投射す
る投射型表示装置において、前記少なくとも1つの空間
光変調素子が前記第7の態様による光学素子であるもの
である。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a projection display apparatus comprising at least one spatial light modulation element, and projecting light modulated by the at least one spatial light modulation element. At least one spatial light modulation element is the optical element according to the seventh aspect.

【0030】本発明の第10の態様によるレーザプリン
タ装置は、光変調器で変調したレーザ光を感光ドラムに
照射するレーザプリンタ装置において、前記光変調器が
前記第7の態様による光学素子であるものである。
A laser printer according to a tenth aspect of the present invention irradiates a photosensitive drum with a laser beam modulated by an optical modulator, wherein the optical modulator is an optical element according to the seventh aspect. Things.

【0031】前記第9及び第10の態様は、前記第7の
態様による光学素子の応用装置の例を示すものである
が、前記第7の態様による光学素子は他の種々の装置に
おいて利用することができることは言うまでもない。
The ninth and tenth aspects show examples of the application of the optical element according to the seventh aspect, but the optical element according to the seventh aspect is used in various other apparatuses. It goes without saying that it can be done.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明による光学素子及び
その製造方法並びにそれを用いた装置について、図面を
参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical element according to the present invention, a method for manufacturing the same, and an apparatus using the same will be described with reference to the drawings.

【0033】まず、本発明の一実施の形態による光学素
子の概略構成とその原理について、図1を参照して説明
する。
First, the schematic structure and principle of an optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0034】図1は本実施の形態による光学素子の動作
原理を模式的に示す概略断面図であり、図1(a)は非
駆動時の状態を示し、図1(b)は駆動時の状態を示し
ている。
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing the operation principle of the optical element according to the present embodiment. FIG. 1A shows a state in which the optical element is not driven, and FIG. The state is shown.

【0035】本実施の形態による光学素子は、図1に示
すように、ガラス等からなる使用する光(所定の波長の
光)に対して透光性を有する基板11と、複数の薄膜1
2と、支持部13と、複数の電極層14,15と、を備
えている。
As shown in FIG. 1, the optical element according to the present embodiment includes a substrate 11 made of glass or the like, which is transparent to light to be used (light of a predetermined wavelength), and a plurality of thin films 1.
2, a support 13, and a plurality of electrode layers 14 and 15.

【0036】前記各薄膜12の所定の有効領域の周辺部
は、図1(a)に示すように、各薄膜12の前記有効領
域が基板11上に互いに間隔をあけて重なるように、基
板11に対して支持部13を介して支持されている。本
実施の形態では、前記有効領域は矩形領域とされ、その
周辺部の全体が支持部13により支持されている。もっ
とも、有効領域の形状は矩形に限定されるものではない
し、また、前記有効領域の周辺部の全体を支持せずに、
例えば、前記有効領域の周辺部における対向する一対の
辺の部分のみを支持してもよい。また、本実施の形態で
は、薄膜12間の間隔は空気層を形成しているが、当該
光学素子を所定容器に収容して、真空中や所定屈折率の
液体中に配置するなどによって、薄膜12間の間隔が真
空層や液体層を形成するようにしてもよい。さらに、本
実施の形態では、各薄膜12の有効領域は、引っ張り応
力を有するように、支持部13により支持されている。
もっとも、本発明では、必ずしも各薄膜12の有効領域
が引っ張り応力を有している必要はない。
As shown in FIG. 1A, the periphery of the predetermined effective area of each thin film 12 is formed on the substrate 11 so that the effective area of each thin film 12 overlaps the substrate 11 at intervals. Is supported via the support portion 13. In the present embodiment, the effective area is a rectangular area, and the entire periphery thereof is supported by the support 13. However, the shape of the effective area is not limited to a rectangle, and without supporting the entire periphery of the effective area,
For example, only a pair of opposing sides in the periphery of the effective area may be supported. Further, in the present embodiment, the space between the thin films 12 forms an air layer. However, the optical element is housed in a predetermined container and placed in a vacuum or a liquid having a predetermined refractive index. The interval between the 12 may form a vacuum layer or a liquid layer. Further, in the present embodiment, the effective area of each thin film 12 is supported by the support 13 so as to have a tensile stress.
However, in the present invention, the effective area of each thin film 12 does not necessarily have to have a tensile stress.

【0037】前記複数の薄膜12は、光学多層膜におい
て知られているように、前記空気層も含めて全体として
所定の光学特性を示すように、用いる光の波長やその入
射角度に応じて、材料、厚さ、数、間隔、周期等が定め
られている。本実施の形態では、複数の薄膜12が全体
として、基板11の裏面から入射した光を反射させる特
性を示すように、設定されている。
The plurality of thin films 12, as known in an optical multilayer film, exhibit predetermined optical characteristics as a whole including the air layer, depending on the wavelength of light used and the incident angle thereof. The material, thickness, number, interval, period, etc. are determined. In the present embodiment, the plurality of thin films 12 are set so as to exhibit characteristics of reflecting light incident from the back surface of the substrate 11 as a whole.

【0038】前記複数の電極層14,15は、当該複数
の電極層14,15のうちの少なくとも2つの電極層の
間に電界を印加した場合にこれらの間に作用する静電気
力に応じて、前記複数の薄膜12の間の間隔のうちの少
なくとも1つの間隔が実質的になくなるかあるいは変化
するよう、前記複数の薄膜のうちの少なくとも1つの薄
膜12を弾性変形させて当該薄膜12の前記有効領域を
前記基板11に対して変位させるように、配置されてい
る。具体的には、本実施の形態では、複数の電極層とし
て2つの電極層14,15のみを備えており、電極層1
4は複数の薄膜12の有効領域の下における基板11上
に形成され、電極層15は最上位の薄膜12(基板11
から最も遠い位置に位置する薄膜12)に形成されてい
る。もっとも、本発明では、複数の電極層の数や配置は
本実施の形態のような例に限定されるものではなく、例
えば、基板11上に形成された電極層14をそのまま残
すとともに複数の薄膜12のうちの任意の1つ以上の薄
膜12(全部の薄膜12でもよい)の有効領域にそれぞ
れ電極層を形成してもよいし、基板11上には電極層を
形成せずに複数の薄膜12のうちの任意の2つ以上の薄
膜12(全部の薄膜12でもよい)の有効領域にそれぞ
れ電極層を形成してもよい。
The plurality of electrode layers 14 and 15 are formed according to an electrostatic force acting between at least two of the plurality of electrode layers 14 and 15 when an electric field is applied between them. At least one of the plurality of thin films 12 is elastically deformed so that at least one of the spaces between the plurality of thin films 12 substantially disappears or changes. The region is arranged so as to be displaced with respect to the substrate 11. Specifically, in the present embodiment, only two electrode layers 14 and 15 are provided as the plurality of electrode layers, and
4 is formed on the substrate 11 below the effective area of the plurality of thin films 12, and the electrode layer 15 is formed on the uppermost thin film 12 (substrate 11).
Is formed on the thin film 12) located farthest from the thin film. However, in the present invention, the number and arrangement of the plurality of electrode layers are not limited to the example as in the present embodiment. For example, while the electrode layer 14 formed on the substrate 11 is An electrode layer may be formed on an effective area of any one or more of the thin films 12 (or all the thin films 12), or a plurality of thin films may be formed on the substrate 11 without forming the electrode layer. An electrode layer may be formed in an effective region of any two or more of the thin films 12 (or all the thin films 12).

【0039】なお、前記電極層14,15は、それぞれ
適宜複数に分割しておいてもよい。また、本実施の形態
では、最下位の薄膜12(基板11に最も近い位置に位
置する薄膜12)と電極層14との間に間隔があけられ
ているが、最下位の薄膜12は電極層14上に直接形成
してもよい。
The electrode layers 14 and 15 may be appropriately divided into a plurality of layers. Further, in the present embodiment, a space is provided between the lowermost thin film 12 (the thin film 12 located closest to the substrate 11) and the electrode layer 14, but the lowermost thin film 12 is 14 may be formed directly.

【0040】また、本実施の形態では、電極層14,1
5として、用いる光に対して透光性を有するものが用い
られている。具体的には、例えば、電極層14としてI
TO膜を用い、電極層15として厚さの十分に薄い金属
膜(金属膜であっても厚さが十分に薄ければ、例えば可
視光に対して透光性を有する)を用いることができる。
もっとも、本発明では、電極層14,15のうちのいず
れか一方が、用いる光に対して透光性を有していればよ
い。例えば、電極層15のみが透光性を有し電極層14
が透光性を有していない場合、図1に示す場合と逆に基
板11の上側から入射光を入射させ、複数の薄膜12を
透過した光は吸収されるように電極層15上に吸収膜を
形成し、複数の薄膜12により反射された光を用いるよ
うにすればよい。このような場合、基板11は用いる光
に対して透光性を有している必要はないことは勿論であ
る。
In the present embodiment, the electrode layers 14 and 1
As 5, a light-transmitting material for the light to be used is used. Specifically, for example, I
A TO film may be used, and a metal film having a sufficiently small thickness (for example, a metal film having a light-transmitting property with respect to visible light as long as the thickness is sufficiently small) can be used as the electrode layer 15. .
However, in the present invention, any one of the electrode layers 14 and 15 may have a property of transmitting light to be used. For example, only the electrode layer 15 has translucency and the electrode layer 14
1 does not have a light-transmitting property, incident light is made incident from above the substrate 11 and light transmitted through the plurality of thin films 12 is absorbed on the electrode layer 15 so as to be absorbed, contrary to the case shown in FIG. A film may be formed, and light reflected by the plurality of thin films 12 may be used. In such a case, it is needless to say that the substrate 11 does not need to have a light-transmitting property with respect to the light used.

【0041】本実施の形態によれば、電極14,15間
に電圧を印加するかあるいは電極14,15にそれぞれ
所定電位を印加しない場合(すなわち、非駆動時)に
は、前述したように、各薄膜12が互いに間隔をあけた
状態となって、基板11の裏面から入射した光は当該複
数の薄膜12によって反射されることとなり、当該複数
の薄膜12がそれらの間の空気層も含めて全体として反
射膜として機能することとなる。
According to the present embodiment, when a voltage is applied between the electrodes 14 and 15 or when a predetermined potential is not applied to the electrodes 14 and 15 (that is, when the electrodes 14 and 15 are not driven), as described above, The thin films 12 are spaced apart from each other, and light incident from the back surface of the substrate 11 is reflected by the plurality of thin films 12, and the plurality of thin films 12 include the air layer therebetween. The whole functions as a reflection film.

【0042】一方、電極14,15間に引力の静電気力
が生ずる電界が発生するように電極14,15間に比較
的高い電圧を印加すると、図1(b)に示すように、発
生した静電気力によって最上位の薄膜12の有効領域が
基板11に引きつけられ、これにより他の薄膜12も基
板11に引き寄せられ、複数の薄膜12の有効領域間の
間隔が全て実質的になくなり、複数の薄膜12の有効領
域を全体として光学的に単一膜として機能し、入射光の
多くが複数の薄膜12を透過することとなる。この際、
図1(b)に示すように、当該有効領域の周辺部分が弾
性変形し、その内側部分は略々平行に変位することとな
る。
On the other hand, when a relatively high voltage is applied between the electrodes 14 and 15 so as to generate an electric field in which an attractive electrostatic force is generated between the electrodes 14 and 15, as shown in FIG. The force pulls the effective area of the uppermost thin film 12 to the substrate 11, whereby the other thin films 12 are also attracted to the substrate 11, and the gaps between the effective areas of the plurality of thin films 12 are substantially eliminated. The 12 effective areas function as a single optical film as a whole, and most of the incident light passes through the plurality of thin films 12. On this occasion,
As shown in FIG. 1B, a peripheral portion of the effective area is elastically deformed, and an inner portion thereof is displaced substantially in parallel.

【0043】そして、電極14,15間の電圧をオフに
すると、前記静電気力がなくなるので、各薄膜12は自
身の弾性により図1(a)に示す状態に戻る。この過程
において、電極14,15にそれぞれ同じ電位を印加し
て、電極14,15間に斥力の静電気力を発生させ、図
1(a)に状態への復帰を促進するようにしてもよい。
When the voltage between the electrodes 14 and 15 is turned off, the electrostatic force disappears, and each thin film 12 returns to the state shown in FIG. 1A due to its own elasticity. In this process, the same potential may be applied to each of the electrodes 14 and 15 to generate a repulsive electrostatic force between the electrodes 14 and 15 to promote the return to the state shown in FIG.

【0044】以上のような動作によって、本実施の形態
による光学素子は、電極14,15間の電圧のオン・オ
フにより入射光の透過と反射とを制御することができ
る。
With the above operation, the optical element according to the present embodiment can control the transmission and reflection of incident light by turning on and off the voltage between the electrodes 14 and 15.

【0045】以上説明した動作例では、透過と反射の2
つの状態を切り替えているが、電極層14,15間の電
圧の大きさを適宜設定することにより、透過率(又は反
射率)を3段階以上に制御したり連続的に制御したりす
ることもできる。
In the operation example described above, transmission and reflection are two.
Although the three states are switched, the transmittance (or reflectance) can be controlled in three or more steps or continuously controlled by appropriately setting the magnitude of the voltage between the electrode layers 14 and 15. it can.

【0046】なお、前述した動作例では、電極14,1
5間に電圧を印加して両者間に吸引力の静電気力を与え
て光学特性を変化させる例であったが、本実施の形態で
は、複数の電極に同じ電位をそれぞれ与えてそれらの間
に斥力の静電気力を与えて光学特性を変化させてもよい
ことは、言うまでもない。
In the operation example described above, the electrodes 14, 1
Although an example was described in which a voltage was applied between the electrodes 5 and an electrostatic force of a suction force was applied between them to change the optical characteristics, in the present embodiment, the same potential is applied to each of the plurality of electrodes, and It goes without saying that optical characteristics may be changed by applying a repulsive electrostatic force.

【0047】そして、本実施の形態では、複数の薄膜1
2の有効領域の周辺部が支持されているので、入射光の
強度が高くその光照射による当該薄膜12の発熱が比較
的大きくても、当該薄膜12が反るなどの変形が生じ難
いことから、入射光の強度にさほど制約がない。また、
本実施の形態では、複数の薄膜12の有効領域の周辺部
が支持されているので、光照射による当該薄膜12の発
熱による応力(通常は、引っ張り応力)が経時的に蓄積
しても当該薄膜12が反るなどの変形が生じ難く、経時
的にも当該薄膜12が反るなどの変形が生じ難い。
In this embodiment, a plurality of thin films 1
Since the periphery of the effective area 2 is supported, even if the intensity of the incident light is high and the heat generation of the thin film 12 by the light irradiation is relatively large, deformation such as warping of the thin film 12 hardly occurs. However, the intensity of the incident light is not so limited. Also,
In the present embodiment, since the periphery of the effective area of the plurality of thin films 12 is supported, even if stress (generally, tensile stress) due to heat generation of the thin film 12 due to light irradiation accumulates over time, the thin film 12 is not affected by the heat. Deformation such as warpage of the thin film 12 hardly occurs, and deformation such as warpage of the thin film 12 hardly occurs over time.

【0048】ここで、本実施の形態において、基板11
としてガラス基板を用い、前記複数の薄膜12として基
板11上に100nmの厚さで200nmピッチで20
層形成した窒化珪素薄膜を用いた場合に得られる、当該
光学素子の光学特性を図2に示す。図2は、電極14,
15間に電圧を印加しない場合(非駆動時)と5Vの電
圧を印加した場合(駆動時)に関して、入射光の波長は
612nmで、基板11と平行状態(入射角度90度)
から垂直入射(入射角度0度)までの角度における、当
該光学素子の透過率を示したものである。この図2から
明らかなように、約50度付近の入射角度において、非
駆動時には透過率がほぼ0%であるとともに、駆動時に
は透過率がほぼ約80%となり、反射と透過との間のス
イッチング動作が行われることがわかる。
Here, in the present embodiment, the substrate 11
A plurality of thin films 12 on the substrate 11 with a thickness of 100 nm and a pitch of 200 nm.
FIG. 2 shows optical characteristics of the optical element obtained when a silicon nitride thin film having a layer formed is used. FIG. 2 shows the electrodes 14,
The wavelength of the incident light is 612 nm and is parallel to the substrate 11 (the incident angle is 90 degrees) between the case where no voltage is applied between 15 (when not driving) and the case where a voltage of 5 V is applied (when driving).
3 shows the transmittance of the optical element at an angle from to an angle of normal incidence (incident angle of 0 degree). As is apparent from FIG. 2, at an incident angle of about 50 degrees, the transmittance is almost 0% when not driven, the transmittance is about 80% when driven, and switching between reflection and transmission is performed. It can be seen that the operation is performed.

【0049】ところで、複数の薄膜12の有効領域及び
電極層14,15を1つの単位素子として、基板11上
に1つの単位素子のみを配置してもよいし、図1には示
していないが、基板11上に複数の単位素子を配置して
もよい。複数の単位素子を配置する場合には、1次元状
に配置するのみでもよいし、2次元状に配置してもよ
い。
By the way, only one unit element may be arranged on the substrate 11 by using the effective areas of the thin films 12 and the electrode layers 14 and 15 as one unit element, although not shown in FIG. Alternatively, a plurality of unit elements may be arranged on the substrate 11. When a plurality of unit elements are arranged, they may be arranged only one-dimensionally or two-dimensionally.

【0050】次に、本実施の形態による光学素子の製造
方法の一例について、図3乃至図5を参照して説明す
る。
Next, an example of a method of manufacturing the optical element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0051】図3は本実施の形態による光学素子の製造
工程を示す概略図、図4は図3に示す工程に引き続く工
程を示す概略図、図5はこの製造方法により得られる本
実施の形態による光学素子の具体的な構造を示す概略図
である。図3(a)〜(b)、図4(a)〜(c)及び
図5(b)(c)は概略断面図である。図3(d)及び
図5(a)は平面図である。図3(c)及び図3(d)
は同一工程を示している。図5(b)は図5(a)中の
X1−X1線に沿った断面を示し、図5(c)は図5
(a)中のX2−X2線に沿った断面を示している。図
3(a)〜(c)及び図4(a)〜(c)は、図5
(b)に示す断面に対応する断面を示している。なお、
図1は概念図であったため、図面上、図5とは必ずしも
一致していない。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a manufacturing process of the optical element according to the present embodiment, FIG. 4 is a schematic diagram showing a process subsequent to the process shown in FIG. 3, and FIG. 5 is an embodiment obtained by this manufacturing method. 1 is a schematic diagram showing a specific structure of an optical element according to the present invention. FIGS. 3A to 3B, 4A to 4C, and 5B and 5C are schematic cross-sectional views. FIG. 3D and FIG. 5A are plan views. FIG. 3 (c) and FIG. 3 (d)
Indicates the same step. FIG. 5B shows a cross section taken along line X1-X1 in FIG. 5A, and FIG.
3A shows a cross section along the line X2-X2 in FIG. 3 (a) to 3 (c) and FIGS. 4 (a) to 4 (c) show FIG.
2 shows a cross section corresponding to the cross section shown in FIG. In addition,
FIG. 1 is a conceptual diagram and does not necessarily correspond to FIG. 5 in the drawing.

【0052】本例による製造方法は、複数の単位素子を
2次元状に配置した光学素子の製造方法の例であるが、
単一の単位素子のみを有する光学素子や複数の単位素子
を1次元状に配置した光学素子も同様の方法で製造する
ことができることは、言うまでもない。
The manufacturing method according to the present embodiment is an example of a method for manufacturing an optical element in which a plurality of unit elements are arranged two-dimensionally.
It goes without saying that an optical element having only a single unit element or an optical element in which a plurality of unit elements are arranged one-dimensionally can be manufactured by the same method.

【0053】まず、直径3インチのガラス基板21(図
1中の基板11に相当)上に、単位素子の配置に合わせ
て、複数の透明電極層24(図1中の電極層14に相
当)をパターニングする(図3(a))。
First, on a glass substrate 21 (corresponding to the substrate 11 in FIG. 1) having a diameter of 3 inches, a plurality of transparent electrode layers 24 (corresponding to the electrode layer 14 in FIG. 1) according to the arrangement of the unit elements. Is patterned (FIG. 3A).

【0054】次に、図3(a)に示す状態の基板上に、
犠牲層としての厚さ200nmの酸化珪素膜23を成膜
した後、更に厚さ100nmの引っ張り応力を有する窒
化珪素膜22(図1中の薄膜12に相当)をスパッタリ
ング法により成膜する。この成膜の際の温度条件等を適
宜設定することにより、窒化珪素膜22に引っ張り応力
を付与することができる。そして、この酸化珪素膜23
と窒化珪素膜24とを一つのペアとして、20ペアの多
層膜の積層体を成膜する(図3(b))。ただし、最上
層の窒化珪素膜24の厚さは、後述する窒化珪素膜25
の厚さと合わせて200nmとなるようにする。
Next, on the substrate in the state shown in FIG.
After forming a 200 nm thick silicon oxide film 23 as a sacrificial layer, a 100 nm thick silicon nitride film 22 (corresponding to the thin film 12 in FIG. 1) having a tensile stress is further formed by a sputtering method. By appropriately setting the temperature conditions and the like during this film formation, a tensile stress can be applied to the silicon nitride film 22. Then, this silicon oxide film 23
And a silicon nitride film 24 as one pair, a stacked body of 20 pairs of multilayer films is formed (FIG. 3B). However, the thickness of the uppermost silicon nitride film 24 is the same as the thickness of the silicon nitride film 25 described later.
And 200 nm in total.

【0055】その後、ドライエッチング法により、単位
素子の配置に合わせて前記多層膜の積層体に格子状の溝
26を形成し、当該積層体を例えば20μm角の複数の
積層体に分割する(図3(c)(d))。
Thereafter, a lattice-like groove 26 is formed in the multilayer body of the multilayer film according to the arrangement of the unit elements by dry etching, and the multilayer body is divided into a plurality of 20 μm square laminates (FIG. 3 (c) (d)).

【0056】次いで、図3(c)(d)に示す状態の基
板上に、再び窒化珪素膜25をスパッタリング法により
成膜する(図4(b))。図4(b)から明らかなよう
に、溝26内に成膜された窒化珪素膜25の部分が図1
中の支持部13に相当する。また、最上層の窒化珪素膜
22上に成膜された窒化珪素膜25の部分が、当該最上
層の窒化珪素膜22と共に、図1中の最上位の薄膜12
に相当する。
Next, a silicon nitride film 25 is again formed on the substrate in the state shown in FIGS. 3C and 3D by the sputtering method (FIG. 4B). As is clear from FIG. 4B, the portion of the silicon nitride film 25 formed in the trench 26 is
It corresponds to the support 13 in the middle. Also, the portion of the silicon nitride film 25 formed on the uppermost silicon nitride film 22 and the uppermost silicon nitride film 22 together with the uppermost thin film 12 in FIG.
Is equivalent to

【0057】次に、図4(a)に示す状態の基板上に厚
さ5nmの金等の金属膜27(図1中の電極層15に相
当)を成膜する(図4(b))。
Next, a 5 nm-thick metal film 27 of gold or the like (corresponding to the electrode layer 15 in FIG. 1) is formed on the substrate in the state shown in FIG. 4A (FIG. 4B). .

【0058】その後、図4(b)に示す状態の基板に対
し、個々の多層膜の積層体の面内の任意の位置に、犠牲
層としての酸化珪素膜23を溶出するための直径1μm
の孔28をドライエッチング法により形成する(図4
(c))。
Thereafter, with respect to the substrate in the state shown in FIG. 4 (b), a diameter of 1 μm for eluting the silicon oxide film 23 as a sacrificial layer at an arbitrary position in the plane of the multilayer body of the individual multilayer films.
Holes 28 are formed by a dry etching method (FIG. 4).
(C)).

【0059】最後に、図4(c)に示す状態の基板をフ
ッ化水素酸水溶液に浸漬して、犠牲層としての酸化珪素
膜23を溶出して除去する。これにより図4(a)〜
(c)に示す光学素子、すなわち、前述した実施の形態
による光学素子が完成する。なお、図4(b)(c)に
おいて、酸化珪素膜23が存在していた部分29(最下
部のものを除く)が図1中の薄膜12間の間隔に相当す
る。
Finally, the substrate in the state shown in FIG. 4C is immersed in an aqueous solution of hydrofluoric acid to elute and remove the silicon oxide film 23 as a sacrificial layer. As a result, FIGS.
The optical element shown in (c), that is, the optical element according to the above-described embodiment is completed. In FIGS. 4B and 4C, the portion 29 (excluding the lowermost portion) where the silicon oxide film 23 was present corresponds to the interval between the thin films 12 in FIG.

【0060】以上説明した製造方法は、半導体製造技術
を利用してものであり、バッチ生産が可能なため、低価
格な光学素子を提供することが可能となる。
The manufacturing method described above utilizes a semiconductor manufacturing technology, and can be batch-produced, so that an inexpensive optical element can be provided.

【0061】次に、本発明の一実施の形態による投射型
表示装置について、図6を参照して説明する。図6は、
本実施の形態による投射型表示装置を示す概略構成図で
ある。
Next, a projection type display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
1 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to the present embodiment.

【0062】本実施の形態による投射型表示装置は、空
間光変調素子を備え、空間光変調素子により変調された
光をスクリーン36上に投射する投射型表示装置におい
て、前記空間光変調素子として前述した図1及び図5に
示す光学素子(図6では、符号34を付してある)を用
いたものである。
The projection type display device according to the present embodiment has a spatial light modulator, and projects the light modulated by the spatial light modulator onto the screen 36. The optical element shown in FIGS. 1 and 5 (in FIG. 6, denoted by reference numeral 34) is used.

【0063】この投射型表示装置では、白色光源31か
ら出た発散光は、コリメートレンズ32により平行光さ
れる。この平行光は、赤色フィルター33を通過し、単
色平行光となる。この光は、空間光変調素子としての図
1及び図5に示す光学素子34に入射され、変調され
る。本実施の形態では、例えば、この光学素子34とし
て、単位素子が256×256個配置されたものを用い
る。各単位素子の光学特性として図2に示す特性を有す
るものを用いることができ、この場合、当該光学素子3
4は、入射角度が約50度となるように光軸に対して傾
けて配置される(図6では、便宜上、光軸に対して垂直
に配置されているように示している)。空間光変調素子
としての光学素子34の各単位素子の駆動・非駆動(す
なわち、入射光の透過光のオンオフ)は、映像信号に応
答して駆動制御部37から与えられる制御信号により、
それぞれ独立して制御される。これにより、光学素子3
4に入射した単色平行光は変調される。光学素子34を
透過した変調光は、投射レンズ35により拡大されてス
クリーン36に投射され、映像信号に応じた画像がスク
リーン36上に映し出される。
In this projection type display device, the divergent light emitted from the white light source 31 is collimated by the collimator lens 32. This parallel light passes through the red filter 33 and becomes monochromatic parallel light. This light is incident on an optical element 34 shown in FIGS. 1 and 5 as a spatial light modulation element and is modulated. In the present embodiment, for example, an optical element 34 having 256 × 256 unit elements is used. As the optical characteristics of each unit element, those having the characteristics shown in FIG. 2 can be used.
Numeral 4 is arranged obliquely with respect to the optical axis so that the incident angle becomes about 50 degrees (for convenience, it is shown in FIG. 6 as being arranged perpendicular to the optical axis). The drive / non-drive of each unit element of the optical element 34 as a spatial light modulation element (that is, on / off of transmitted light of incident light) is controlled by a control signal given from the drive control unit 37 in response to a video signal.
Each is controlled independently. Thereby, the optical element 3
The monochromatic parallel light incident on 4 is modulated. The modulated light transmitted through the optical element 34 is enlarged by a projection lens 35 and projected on a screen 36, and an image corresponding to a video signal is projected on the screen 36.

【0064】なお、本実施の形態では、光学素子34の
透過光を変調光として用いるように構成されているが、
逆に反射光を変調光として用いるように構成してもよ
い。また、例えば、更にブルー用、グリーン用の光学系
を用意し、各色の像を予め合成して又は別々に同一スク
リーン上に投影することにより、カラーの画像をスクリ
ーン上に映し出すことも可能である。
In this embodiment, the light transmitted through the optical element 34 is used as modulated light.
Conversely, the reflected light may be used as the modulated light. Further, for example, it is also possible to prepare an optical system for blue and green, and combine the images of the respective colors in advance or separately project them on the same screen to project a color image on the screen. .

【0065】次に、本発明の一実施の形態によるレーザ
プリンタ装置について、図7を参照して説明する。図7
は、本実施の形態によるレーザプリンタ装置を示す概略
構成図である。
Next, a laser printer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
1 is a schematic configuration diagram showing a laser printer device according to the present embodiment.

【0066】本実施の形態によるレーザプリンタ装置
は、レーザ光を光変調器で変調したレーザ光を感光ドラ
ム45に照射するレーザプリンタ装置において、前記光
変調器として前述した図1及び図5に示す光学素子(図
7では、符号44を付してある)を用いたものである。
The laser printer according to the present embodiment is a laser printer which irradiates a photosensitive drum 45 with a laser beam modulated by an optical modulator as shown in FIGS. 1 and 5 described above as the optical modulator. An optical element (in FIG. 7, denoted by reference numeral 44) is used.

【0067】このレーザプリンタ装置は、レーザ光源4
1から出た発散光であるレーザ光がコリメートレンズ4
2により帯状の平行光(断面線状の平行光)とされ、反
射ミラー43を介して光学素子44に入射される。本実
施の形態では、例えば、この光学素子44として、単位
素子が1次元状に10000個配置されたものを用い
る。各単位素子の光学特性として図2に示す特性を有す
るものを用いることができ、この場合、当該光学素子4
4は、入射角度が約50度となるように光軸に対して傾
けて配置される(図7では、便宜上、光軸に対して垂直
に配置されているように示している)。光変調素子とし
ての光学素子44の各単位素子の駆動・非駆動(すなわ
ち、入射光の透過光のオンオフ)は、印刷画像信号に応
答して駆動制御部46から与えられる制御信号により、
それぞれ独立して制御される。これにより、光学素子4
4に入射した帯状の平行光は変調される。光学素子44
を透過した変調光は、感光ドラム45に照射される。そ
の後、図面には示していないが、感光ドラム45に形成
された電位像に応じたトナーが紙に転写されて定着され
る。
This laser printer device has a laser light source 4
The laser light which is the divergent light emitted from 1 is collimated lens 4
The light is converted into a band-shaped parallel light (parallel light having a cross-sectional shape) by 2 and is incident on the optical element 44 via the reflection mirror 43. In this embodiment, for example, an optical element 44 in which 10,000 unit elements are arranged one-dimensionally is used. As the optical characteristics of each unit element, those having the characteristics shown in FIG. 2 can be used.
4 is arranged obliquely with respect to the optical axis so that the incident angle becomes about 50 degrees (in FIG. 7, it is shown as being arranged perpendicularly to the optical axis for convenience). The drive / non-drive of each unit element of the optical element 44 as the light modulation element (that is, ON / OFF of transmitted light of incident light) is controlled by a control signal given from the drive control unit 46 in response to a print image signal.
Each is controlled independently. Thereby, the optical element 4
4 is modulated. Optical element 44
The modulated light transmitted through is irradiated on the photosensitive drum 45. Thereafter, although not shown in the drawing, toner corresponding to the potential image formed on the photosensitive drum 45 is transferred to the paper and fixed.

【0068】なお、本実施の形態においても、光学素子
44の透過光を変調光として用いるように構成されてい
るが、逆に反射光を変調光として用いるように構成して
もよい。
Although the present embodiment is also configured to use the transmitted light of the optical element 44 as modulated light, it may be configured to use reflected light as modulated light.

【0069】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0070】例えば、本発明による光学素子は、投射型
表示装置やレーザプリンタ装置のみならず、他の種々の
装置において用いることができる。
For example, the optical element according to the present invention can be used not only in a projection display device and a laser printer device but also in various other devices.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入射光の光量の制約が小さく、かつ、光照射で生ずる構
造体の発熱が生じても経時変化が少ない光学素子及びそ
の製造方法並びに当該光学素子を用いた装置を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide an optical element which is less restricted by the amount of incident light and has little change with time even when heat is generated in a structure caused by light irradiation, a method for manufacturing the same, and an apparatus using the optical element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態による光学素子の動作原
理を模式的に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing an operation principle of an optical element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す光学素子の光学特性の一例を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of optical characteristics of the optical element shown in FIG.

【図3】図1に示す光学素子の製造工程を示す概略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of the optical element shown in FIG.

【図4】図3に示す工程に引き続く工程を示す概略図で
ある。
FIG. 4 is a schematic view showing a step that follows the step of FIG.

【図5】図3及び図4に示す製造方法により得られる図
1に示す光学素子の具体的な構造の例を示す概略図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a specific structure of the optical element shown in FIG. 1 obtained by the manufacturing method shown in FIGS. 3 and 4;

【図6】本発明の一実施の形態による投射型表示装置を
示す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態によるレーザプリンタ装
置を示す概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a laser printer device according to an embodiment of the present invention.

【図8】従来の光学素子の概略断面構造を模式的に示す
図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a schematic cross-sectional structure of a conventional optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 薄膜 13 支持部 14,15 電極層 34,44 光学素子 45 感光ドラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Thin film 13 Support part 14, 15 Electrode layer 34, 44 Optical element 45 Photosensitive drum

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 各々の所定の有効領域が前記基板上に互いに間隔をあけ
て重なるように、各々の当該有効領域の周辺部が前記基
板に対して支持部を介して支持された複数の薄膜であっ
て、当該複数の薄膜の前記有効領域が全体として所定の
光学特性を示す複数の薄膜と、 複数の電極層であって、当該複数の電極層のうちの少な
くとも2つの電極層の間に電界を印加した場合にこれら
の間に作用する静電気力に応じて、前記複数の薄膜の間
の間隔のうちの少なくとも1つの間隔が実質的になくな
るかあるいは変化するように、前記複数の薄膜のうちの
少なくとも1つの薄膜を弾性変形させて当該薄膜の前記
有効領域を前記基板に対して変位させる複数の電極層
と、 を備えたことを特徴とする光学素子。
A peripheral portion of each of the effective regions is supported on the substrate via a support portion such that the substrate and each predetermined effective region overlap with each other at an interval on the substrate. A plurality of thin films, wherein the effective area of the plurality of thin films exhibits predetermined optical characteristics as a whole; a plurality of electrode layers; and at least two electrode layers of the plurality of electrode layers The distance between the plurality of thin films is substantially eliminated or changed according to an electrostatic force acting between the thin films when an electric field is applied between the plurality of thin films. And a plurality of electrode layers that elastically deform at least one of the thin films to displace the effective region of the thin film with respect to the substrate.
【請求項2】 前記複数の薄膜の間隔が空気層を形成す
ることを特徴とする請求項1記載の光学素子。
2. The optical element according to claim 1, wherein an interval between the plurality of thin films forms an air layer.
【請求項3】 前記複数の電極層のうちの少なくとも1
つの電極層が前記複数の薄膜の前記有効領域の下におけ
る前記基板上に形成され、前記複数の電極層のうちの他
の少なくとも1つの電極層が前記複数の薄膜の前記有効
領域のうちの前記基板から最も遠い位置に位置する薄膜
の前記有効領域に形成されたことを特徴とする請求項1
又は2記載の光学素子。
3. At least one of the plurality of electrode layers.
One electrode layer is formed on the substrate below the effective area of the plurality of thin films, and at least one other electrode layer of the plurality of electrode layers is formed on the substrate of the effective area of the plurality of thin films. 2. The thin film located farthest from a substrate is formed in the effective area of the thin film.
Or the optical element of 2.
【請求項4】 前記複数の薄膜の前記有効領域が引っ張
り応力を有していることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれかに記載の光学素子。
4. The optical element according to claim 1, wherein the effective area of the plurality of thin films has a tensile stress.
【請求項5】 前記複数の薄膜の各々が窒化珪素膜であ
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の
光学素子。
5. The optical element according to claim 1, wherein each of the plurality of thin films is a silicon nitride film.
【請求項6】 前記基板が所定の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5のいずれかに記載
の光学素子。
6. The optical element according to claim 1, wherein the substrate has a property of transmitting predetermined light.
【請求項7】 前記複数の薄膜の前記有効領域及び前記
複数の電極層を1つの単位素子として、当該単位素子が
前記基板に対して1次元状又は2次元状に配置されたこ
とを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の光学
素子。
7. The method according to claim 1, wherein the effective areas of the plurality of thin films and the plurality of electrode layers constitute one unit element, and the unit elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally with respect to the substrate. The optical element according to claim 1.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載の光学
素子を製造する製造方法であって、 前記基板上に、前記複数の電極層、前記間隔を形成すべ
き複数の犠牲層及び前記複数の薄膜からなる積層体を形
成する段階と、 前記支持部を形成する段階と、 前記複数の犠牲層を除去する段階と、 を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
8. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the plurality of electrode layers, the plurality of sacrificial layers for forming the intervals, and the plurality of sacrificial layers are formed on the substrate. A method of manufacturing an optical element, comprising: forming a stacked body including a plurality of thin films; forming the support portion; and removing the plurality of sacrificial layers.
【請求項9】 少なくとも1つの空間光変調素子を備
え、該少なくとも1つの空間光変調素子により変調され
た光を投射する投射型表示装置において、前記少なくと
も1つの空間光変調素子が請求項7記載の光学素子であ
ることを特徴とする投射型表示装置。
9. A projection display device comprising at least one spatial light modulation element and projecting light modulated by the at least one spatial light modulation element, wherein the at least one spatial light modulation element is provided. Projection type display device characterized by the above-mentioned optical element.
【請求項10】 光変調器で変調したレーザ光を感光ド
ラムに照射するレーザプリンタ装置において、前記光変
調器が請求項7記載の光学素子であることを特徴とする
レーザプリンタ装置。
10. A laser printer for irradiating a photosensitive drum with laser light modulated by an optical modulator, wherein the optical modulator is the optical element according to claim 7.
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