(57)【要約】互いに平行に配列された複数の細長い要素を含む光調節器。第１回折モードにおいて、この光調節器は入射光を少なくとも２つの回折オーダに回折させるように作動する。第２回折モードにおいて、光調節器は入射光を単一回折オーダに回折させるように作動する。各細長い要素はブレーズ断面を含み、この断面は好ましくは、各細長い要素の幅方向に横切る段状の反射断面であり、ブレーズ角において効果的なブレーズを生じさせる。代替的に、ブレーズ断面は、ブレーズ角に傾斜した反射面を含む。細長い要素のうちの選択されたものはそれぞれ第１導電要素を含む。細長い要素は、第１電気バイアスが第１導電要素と基板の間に印加されたときに第１回折を生じさせる。ブレーズ部の相対高さを調節して、第２電気バイアスが第１導電要素と基板の間に印加されたときに第２回折を生じさせる。代替の実施の形態において、各細長い要素は第１導電要素を含み、多重の細長い要素はグループとして配列され、各グループは少なくとも３つの細長い要素を含む。入射光は細長い要素から反射する。第１導電要素と基板の間に個々に電気バイアスを印加することによって多重の細長い要素の相対高さが調整されるとき、入射光は単一回折オーダに回折する。
2005521073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行にかつ回折格子面内に配設された複数の細長い要素であって、各細長い要素は、作動の際に前記複数の細長い要素が第１高さにあるときに、これらの細長い要素を照らす入射光が反射光を作るように反射面を含み、前記各グループは少なくとも３つの細長い要素を含み、前記各グループは前記細長い要素の番号を含み複数の細長い要素と、
作動の際に前記入射光が単一回折オーダに回折するように、前記複数の細長い要素のうちの選択されたものの前記回折格子面に関する高さを調節する手段とを、
含んでなる光調節器。
【請求項２】
前記細長い要素の前記選択されたものの高さを調節する前記手段は、
ａ．前記細長い要素の前記各選択されたものの少なくとも一部に沿った第１導電要素と、
ｂ．前記複数の細長い要素に連結され第２導電要素を有する基板であって、前記第１導電要素と前記第２導電要素の間に印加された電気バイアスが前記複数の細長い要素の選択されたものの高さを調節する基板とを、
含んでなる請求項１の光調節器。
【請求項３】
前記細長い要素を前記基板に連結する第１ポストと、第２ポストとを更に含んでなる請求項２の光調節器。
【請求項４】
前記細長い要素の前記選択されたものは、前記細長い要素の他のすべてのものを含む請求項１の光調節器。
【請求項５】
前記各細長い要素の前記反射面はブレーズ断面を有する請求項１の光調節器。
【請求項６】
前記ブレーズ断面は少なくとも２つの平面を含む請求項５の光調節器。
【請求項７】
前記２つの平面は前記回折格子面に平行な平面を含む請求項６の光調節器。
【請求項８】
前記ブレーズ断面の前記反射面は前記回折格子面に対してブレーズ角をなす単一の平面を含む請求項５の光調節器。
【請求項９】
前記各細長い要素の幅の２倍の値が回折格子ピッチである請求項１の光調節器。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの回折オーダは０番オーダ回折と第２オーダ回折を含む請求項９の光調節器。
【請求項１１】
前記単一回折オーダは第１オーダ回折を含む請求項１０の光調節器。
【請求項１２】
ａ．互いに平行にかつ回折格子面内に配設された複数の細長い要素であって、該複数の細長い要素のうちの選択されたものはそれぞれ第１導電要素を含み、前記各細長い要素は、作動において入射光が少なくとも２つの回折オーダに回折するような反射面を含む複数の細長い要素と、
ｂ．前記複数の細長い要素に連結され第２導電要素を有する基板であって、作動において前記第１導電要素と前記第２導電要素の間に印加された電気バイアスが前記複数の細長い要素のうちの選択されたものの前記回折格子面に関する高さを調節し、かつ、作動において前記入射光が単一回折オーダに回折するように設けた基板とを、
含んでなる光調節器。
【請求項１３】
ａ．互いに平行にかつ回折格子面内に配設された複数の細長い要素であって、前記各細長い要素はブレーズ断面を有し、前記各ブレーズ断面は反射層を有し、前記複数の細長い要素のうちの選択されたもののそれぞれは前記ブレーズ断面に沿って第１導電要素を含み、前記ブレーズ断面は少なくとも２つの平面を有し、該２つの平面は、作動において入射光が少なくとも２つの回折オーダに回折するように、前記回折格子面に平行な面を含む複数の細長い要素と、
ｂ．前記複数の細長い要素に連結され第２導電要素を有する基板であって、作動において前記第１導電要素と前記第２導電要素の間に印加された電気バイアスが前記複数の細長い要素のうちの前記選択されたものの高さを調節し、かつ、前記入射光が単一回折オーダに回折するように設けた基板とを、
含んでなる光調節器。
【請求項１４】
入射光を少なくとも２つの回折オーダに回折させる回折手段と、
前記入射角が単一回折オーダに回折するように、前記回折手段を調節する手段とを、
含んでなる光調節器。
【請求項１５】
ａ．基板上に犠牲層を堆積させ、
ｂ．前記犠牲層上に復元材料を堆積させ、
ｃ．前記復元材料上に反射材料を堆積させ、
ｄ．前記復元材料と前記反射材料をエッチングして前記犠牲層によって支持される複数の細長い要素を形成して前記各細長い要素が少なくとも２つの平面を含み、該２つの平面がブレーズ断面を含むようにし、
ｅ．前記犠牲層をエッチングすることにより、前記複数の細長い要素を前記基板に連結する、
ステップを含んでなる光調節器の製造方法。
【請求項１６】
ａ．前記犠牲層を堆積させる前に前記基板と前記犠牲層の間で前記基板上に酸化物層を形成し、
ｂ．前記犠牲層を堆積させる前に前記基酸化物層と前記犠牲層の間で第１導電層を前記基板上に堆積させる、
ステップを更に含んでなる請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記基板はシリコンを含み、さらに、前記酸化物層は二酸化シリコンの電界酸化物層を含む請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記導電層上にエッチストップを堆積させるステップを更に含む請求項１６の方法。
【請求項１９】
前記各エッチストップは二酸化シリコンを含む請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記各エッチストップは窒化シリコンを含む請求項１８の方法。
【請求項２１】
前記電導層はドープドポリシリコンを含む請求項１６の方法。
【請求項２２】
ａ．前記犠牲層に第１ポスト穴及び２ポスト穴をエッチング形成し、
ｂ．前記犠牲層のエッジをエッチングして犠牲層の輪郭を形成し、それにより、露出された下層を形成する、
ステップをさらに含んでなる請求項１５の方法。
【請求項２３】
前記犠牲層はポリシリコンを含む請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記犠牲層をエッチングして仕上げるステップはゼノンジフルオライドエッチングを含む請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記復原材料を堆積させるステップは、前記第１及び第２ポスト穴内に前記復原材料を堆積させ、かつ、前記復元材料を前記露出された下層上に堆積させることを更に含む請求項２２の方法。
【請求項２６】
前記復原材料は窒化珪素を含む請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記各細長い要素は第１及び第２端部を有し、前記各細長い要素の前記第１及び第２端部は、前記輪郭が形成された犠牲層の外側で前記下層によって前記基板に連結されている、請求項２５の方法。
【請求項２８】
前記犠牲層に複数のストリップをエッチング形成し、これらのエッチング形成されたストリップが前記各細長い要素の前記２つの平面を生じさせる請求項１５の方法。
【請求項２９】
前記反射材料はアルミニウムを含む請求項１５の方法。
【請求項３０】
前記反射材料を堆積させ前記復元材料と前記反射材料をエッチングするステップは、
ａ．前記反射材料の第１層を堆積させ、
ｂ．前記反射材料の前記第１層をエッチングして前記反射材料の複数のストリップを形成し、これらのストリップが前記細長い要素の前記ブレーズ断面の前記複数の平面の１つに相当するするように設け、
ｃ．前記反射材料の第２層を堆積させ、
ｄ．前記復元材料と前記反射材料をエッチングして前記２つの平面を含む前記複数の細長い要素を形成する、
ステップを含んでなる請求項１５の方法。
【請求項３１】
ａ．互いに平行に配設されグループとして構成される複数の細長い要素であって、前記各細長い要素は、作動の際に前記細長い要素が第１高さにあるときに、前記細長い要素を照らす入射光が反射光を作るような反射面を含み、前記各グループは同一数の前記細長い要素を含む複数の細長い要素と、
ｂ．作動の際に前記細長い要素を照らす前記入射光が単一回折オーダを生じさせるように、前記各グループの前記細長い要素の相対高さを調節する手段とを、
含んでなる光調節器。
【請求項３２】
前記細長い要素の前記グループの細長い要素の相対高さを調節する前記手段は、
ａ．前記細長い要素の少なくとも一部に沿った第１導電要素と、
ｂ．前記複数の細長い要素に連結され第２導電要素を有する基板であって、作動において前記グループの前記第１導電要素と、前記第２導電要素の間に個々の電気バイアスを印加することによって前記各グループの細長い要素の前記相対高さを調節するように設けた基板とを、
含んでなる請求項３１の光調節器。
【請求項３３】
前記細長い要素の前記反射面は金属を含み、該金属は前記第１導電要素を含む請求項３２の光調節器。
【請求項３４】
前記細長い要素の前記グループは、作動において３つの細長い要素の第１グループが第１回折角で単一回折オーダを生じさせ、かつ、４つの細長い要素の第２グループが第２回折角で単一回折オーダを生じさせるように細長い要素の可変グループを含む請求項３１の光調節器。
【請求項３５】
前記各グループの前記細長い要素の相対高さを調節する手段は、作動において単一回折オーダが第１回折角とマイナス第１回折角との間で選択可能な回折角で生じるように構成されている請求項３１の光調節器。
【請求項３６】
ａ．互いに平行に配列されグループに構成される複数の細長い要素であって、前記各細長い要素は反射面と第１導電要素を含み、前記各グループは同一の数の前記細長い要素を含む複数の細長い要素と、
ｂ．前記複数の細長い要素に連結され第２導電要素を有する基板であって、作動において前記細長い要素を照らす入射光は、前記細長い要素が第１高さにあるときに反射光を作り、かつ、作動において前記各グループの前記第１導電要素と前記第２導電要素の間に個々の電気バイアスが印加されたときに、前記各グループの前記細長い要素の相対高さが調節されて単一回折オーダを生じさせるように設けた基板とを、
含んでなる光調節器。
【請求項３７】
ａ．入射波を反射させる反射手段と、
ｂ．前記入射光が、可変回折角を有する単一回折オーダに回折されるように前記反射手段を調節する手段とを、
含んでなる光調節器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光調節器に関する。特に、本発明は、入力光を調節してブレーズ回折を生じさせる光調節器の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブルーム他（Bloom et al.）は、米国特許第５,３１１,３６０号、発明の名称「光線を調節する方法及び装置」において、反射モード及び回折モードで作動する回折格子光弁を教示する。この回折格子光弁は、基板の上方に吊設された複数の細長い要素を含む。反射モードでは、回折格子光弁の反射面は、入射光を構造的に結合して反射光を形成する。回折モードでは、回折格子光弁の回折面は入力光の波長の１／４で分割されて回折光を生じさせる。回折格子光弁が回折モードであるとき、回折格子光弁は、主に光をプラス１回折オーダ及びマイナス１回折オーダに回折させるが、また、少量の光をより高い回折オーダに回折させる。
【０００３】
ブルーム他は、反射モード及びブレーズド回折モードで作動する代替回折格子光弁を更に教示する。この代替回折格子光弁は基板の上方に吊設された複数の細長い要素を含む。代替回折格子光弁の場合、各細長い要素はオフアクシス首（くび）部をその両端に有する。反射モードでは、複数の細長い要素は平行であり入力光をそれらの要素から反射させ、反射光を生じさせる。ブレーズドモードでは、各細長い要素は、ブレーズ反射を生じさせるために、オフアクシス首部によって形成される軸回りに回転する。
【０００４】
光調節器は反射モードとブレーズド回折モードとに切り替えられ、かつ、反射モードはブレーズド回折モードが回折させるのと同じ角度だけ少量の光を回折させるので、非アクティブ状態とアクティブ状態のコントラストは最適コントラスト以下である。更に、オフアクシス首部は光調節器の作動に重要なものであり、オフアクシス首部に関する厳しい許容誤差を必要とし、光調節器の製造を比較的困難かつハイコストにする。
【０００５】
必要とされているものは、製造がより容易なブレーズド回折光弁である。
【０００６】
必要とされているものは、製造がより経済的であるブレーズド回折光弁である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は光調節器である。この光調節器は、互いに平行に配列され基板上に吊設された複数の細長い要素を含む。光調節器は第１回折モードと第２回折モードで作動する。第１回折モードでは、入力光は少なくとも２つの回折オーダに回折する。第２回折モードでは、入力光は単一回折オーダに回折し、この単一回折オーダは前記少なくとも２つの回折オーダのそれぞれの回折角とは異なる回折角にある。
【０００８】
各細長い要素はブレーズ断面を含んでなる。好ましくは、このブレーズ断面は各細長い要素の幅に渡たる段状の断面を有し、このブレーズ断面はブレーズ角において効果的なブレーズを生じる。代替的に、ブレーズ断面はブレーズ角に傾斜した面を有する。
【０００９】
各ブレーズ断面は反射面を有する。細長い要素のうちの選択されたものはそれぞれその細長い要素に沿って第１導電要素を含む。細長い要素は基板に連結されている。基板は第２導電要素を含む。
【００１０】
細長い要素は、第１電気バイアス、好ましくはゼロ電気バイアスが複数の細長い要素の選択されたものの第１導電要素と、第２導電要素の間に印加されときに、第１回折を生じさせる。ブレーズ部の相対高さを調節して、第２電気バイアスが複数の細長い要素の選択されたものの第１導電要素と、第２導電要素の間に印加されときに、第２回折を生じさせる。
【００１１】
代替の実施の形態において、多重の細長い要素はグループに配列される。各グループは少なくとも３つの細長い要素を含みまた、各グループの細長い要素の数は同一である。この代替の実施の形態における各細長い要素は前記第１導電要素を含む。各グループの多重の細長い要素が第１高さにあるとき、入射光は細長い要素から反射する。各グループの多重の細長い要素相対的な高さが第１導電要素と第２導電要素間に個々の電気的バイアスを印加することにより調節されて、入射光は単一回折オーダに回折する。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１２】
好ましいブレーズド回折格子光弁のアイソメを図１に示す。好ましいブレーズド回折格子光弁２０は、基板２２と、複数の細長い要素２４と、複数の第１ポスト２６（１つだけ図示されている）と、複数の第２ポスト（１つだけ図示されている）を含む。基板２２は、第１導電体３０を含む。各細長い要素２４は、好ましくは、第１面３２と、第２面３４を有し、これらの面は共に反射面である。第１面３２と、第２面３４は各細長い要素２４のブレーズ断面３６を形成する。第１ポスト２６の１つと、第２ポスト２８の１つは各細長い要素２４を基板２２に連結する。各細長い要素２４は、好ましくは、該細長い要素２４の第１及び第２端部（図示省略）においてまた基板２２に連結されている。
【００１３】
細長い要素２４の１つと基板２２の一部のアイソメを図２にさらに示す。各細長い要素２４は第１面３２と、第２面３４を有し、これらの面は共に反射面である。第１面３２と、第２面３４はブレーズ断面３６を形成する。各細長い要素２４は第１ポスト２６と、第２ポスト２８、及び第１及び第２端部２６，２８によって基板２２に連結されている。好ましくは、各細長い要素２４、第１ポスト２６及び第２ポスト２８は復原材料を含む。好ましくは、復原材料は窒化珪素を含む。好ましくは、第１及び第２面３２，３４は反射器を含む。好ましくは、反射器はアルミニウム層を含む。代替的に、反射器は異なる金属とすることができる。さらに代替的に、反射器を多層誘電ミラーとすることができる。基板２２は第１導電体３０を含む。好ましくは、基板はシリコンを含み、第１導電体はドープドポリシリコンを含む。可視スペクトラムに応用する場合、細長い要素２４の長さは好ましくは第１ポスト２６と第２ポスト２８間で２００μｍであり、幅は４.２５μｍである。
【００１４】
細長い要素２４と基板２２はさらに図２Ｂに示される。細長い要素２４は好ましくは中央部４２と第１及び第２外側部４４，４６を含む。第１外側部４４は好ましくは基板２２に第１端部３８と第１ポスト２６において連結される。第２外側部４６は好ましくは基板２２に第２端部４０と第２ポスト２８において連結される。好ましくは、第１及び第２外側部４４，４６はまた、第１及び第２端部３８，４０の近くにそれぞれ位置する第１及び第２アンカー２９，３１によって基板２２に連結される。第１及び第２アンカー２９，３１は、長軸が細長い要素２４に平行な楕円形の断面を有する。第１及び第２アンカーの長軸を細長い要素２４の長さ方向に平行に方向付けることで、第１及び第２アンカーは、細長い要素２４内の内部引張応力によって決まる引張方向に比較的剛である。第１及び第２外側部４４，４６の長さは、好ましくは、中央部４２の長さとほぼ同じである。代替的に、第１及び第２外側部４４，４６は中央部４２の長さよりも長く、あるいは、短くもすることができる。第１及び第２外側部４４，４６は、第１及び第２ポスト２６，２８と、これらのポストの近辺及びこれらのポスト間に位置する細長い要素２４との均一な製造を保証する。
【００１５】
本発明の細長い要素２４の断面を図３に示す。細長い要素２４は好ましくは長方形の本体４８と、段状反射器５０を有する。長方形本体５２は好ましくは窒化珪素を含み、段状反射器５０は好ましくはアルミニウムを含む。段状反射器５０は細長い要素２４の第１及び第２面３２，３４を形成する。第１及び第２面３２，３４は、好ましくは、入射光の波長の１／８（λ／８）の高低差によって分離される。第１及び第２面３２，３４はブレーズ断面３６を形成する。ブレーズ断面３６はブレーズ角γの効果的なブレーズ面５２を形成する。ブレーズ角γは式γ＝arctan（λ／（４Ａ））で与えられる。
【００１６】
本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第１断面を図４Ａに示す。第１断面６０は、回折格子ピッチがＡであり回折格子面６２を形成する前記第１面３２を備えた非アクティブ状態の好ましい回折格子光弁２０を示す。非アクティブ状態において、細長い要素２４と第１導電体３０の間の電気バイアスは好ましくは０である。波長λの入射光Ｉは回折格子面６２に垂直に好ましいブレーズド回折格子光弁２０を照らす。好ましいブレーズド回折格子光弁２０は光を複数の回折オーダに回折させる。議論の目的のため、回折オーダは、回折格子ピッチＡの２倍である第２回折格子ピッチ２Ａに基づく。
【００１７】
非アクティブ状態において、波長λの入射光Ｉは０番回折オーダＤ０と、第２回折オーダーＤ２と、マイナスの第２回折オーダーＤ-２に回折される。０番回折オーダＤ０は回折格子面６２に垂直である。第２回折オーダーＤ２と、マイナスの第２回折オーダーＤ-２は第２回折角θ2であり、この角度は式θ2＝arcsin（λ／Ａ）で与えられる。好ましいブレーズド回折格子光弁２０の場合、第２オーダ回折角θ2は１５°未満である。したがって、好ましいブレーズド回折格子光弁２０のための第２オーダ回折角各θ2はブレーズ角γの約４倍である。
【００１８】
段状反射器５０の吸収による第１光損失と、細長い要素２４の隣接ペア間のギャップを通過する入射光Ｉによる第２光損失を無視すると、入射光Ｉの半分は０番回折オーダＤ０に回折され、入射光Ｉの１／４はそれぞれ第２回折オーダーＤ２とマイナスの第２回折オーダーＤ-２に回折される。
【００１９】
本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第４断面を図４Ｂに示す。第４断面６４はアクティブ状態の好ましい回折格子光弁２０を示す。好ましくは、このアクティブ状態を生じさせるために、細長い要素２４の交互のものの反射面４２と第１導電体３０の間に電気バイアスを印可することにより、細長い要素２４の交互のものは基板２２の方へ動かされる。完全アクティブ状態において、この電気バイアスは細長い要素２４の交互のものを入射光Ｉの１／４波長（λ／４）動かす。この結果、組の細長い要素２４は、ブレーズ角γで、入射光Ｉの半波長（λ／２）の有効な完全にアクティブにされた高低差を形成する。
【００２０】
完全にアクティブな状態において、波長λの入射光Ｉは、第１オーダ角θ1を有する回折オーダＤ１に回折される。第１オーダ角θ1は、式θ1＝arcsin（λ／２Ａ）によって与えられる。ここで説明する好ましい回折格子光弁２０の場合、第１オーダ角θ1はブレーズ角γの約２倍である。
【００２１】
本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第３断面を図５Ａに示す。第３断面７０は、入射光Ｉが回折格子面６２に対して斜めの角度θｉである、アクティブ状態の好ましいブレーズド回折格子光弁２０を示す。非アクティブ状態において、入射光Ｉは、斜めの０番オーダ回折Ｄ'0と、斜めの第２オーダ回折Ｄ'2及び斜めのマイナス第２オーダ回折Ｄ'-2に回折される。斜めの０番オーダ回折Ｄ'0は回折格子面６２の法線に関して斜めの０番オーダ角θ'0であり、これは斜め角θｉに等しい。斜めの０番オーダ角θ'0と、斜め角θｉは、式θ'0＝θｉ＝arcsin（λ／２Ａ）によって与えられる。斜めの第２オーダ回折Ｄ'2は斜め角θｉである。斜めのマイナス第２オーダ回折Ｄ'-2は斜めのマイナス第２オーダ角θ'-2であり、この角は斜めの０番オーダ角θ'0の２倍である。
【００２２】
本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第４断面を図５Ｂに示す。第４断面７２は、入射光Ｉが回折格子面６２に対して斜めの角度θｉである、アクティブ状態の好ましいブレーズド回折格子光弁２０を示す。完全アクティブ状態において、入射光Ｉは、回折格子面６２に垂直な斜めの第１オーダ回折Ｄ'1である。
【００２３】
好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第１の利点は、それがアクティブ状態においてブレーズ回折を与えると共に、非アクティブ状態とアクティブ状態に迅速に切り替わることである。これは、細長い要素が回転されるのではなく、移動されることによる。
【００２４】
好ましいブレーズド回折格子光弁２０の第２の利点は、非アクティブ状態において、垂直入射の場合、いずれの入射光Ｉも第１回折オーダＤ１に回折されず、かつ、斜め入射の場合、いずれの入射光Ｉも斜めの第１回折オーダＤ'１に回折されないことである。ディスプレイに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はピクセルアレイを発生させ、明るいピクセルは第１回折オーダＤ１あるいは斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これはイメージの暗いピクセルを与える。テレコミュニケーションに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はスイッチとして作動し、スイッチのオン状態は第１回折オーダＤ１あるいは斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これはスイッチのオフ状態を与える。
【００２５】
好ましい回折格子光弁２０の第３の利点は、アクティブ状態において、入射光Ｉは、垂直入射の場合、第１回折オーダＤ１であり、斜め入射の場合、斜めの第２オーダ回折Ｄ'１である単一回折オーダに回折されることである。ディスプレイに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はピクセルアレイを発生させ、明るいピクセルは第１回折オーダＤ１あるいは斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これは、明るいピクセルを生じさせるために単一回折オーダのみが集められるため、ディスプレイ光学装置を簡素化させる。テレコミュニケーションに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はスイッチとして作動し、スイッチのオン状態は第１回折オーダＤ１あるいは斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これは、入射光Ｉが単一回折オーダに回折されるため、入射光Ｉを効率的に利用することができるようになる。
【００２６】
好ましい回折格子光弁２０の第４の利点は、非アクティブ状態において、いずれの入射光Ｉも、垂直入射の場合に第１回折オーダＤ１に、あるいは斜め入射の場合に斜めの第１オーダ回折Ｄ'1に回折されないため、かつ、アクティブ状態において、入射光Ｉは単一回折オーダに回折されるために、好ましい回折格子光弁２０は非アクティブ状態とアクティブ状態間のハイコントラスト比を与える。典型的に、このコントラスト比は、１０００のオーダである。ディスプレイに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はピクセルのアレイを発生させ、明るいピクセルは第１回折オーダＤ１又は斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これはハイコントラストイメージを生じる。テレコミュニケーションに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はスイッチとして作動し、スイッチのオン状態は第１回折オーダＤ１あるいは斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これは、オン状態とオフ状態を識別する高い識別力を生じさせる。
【００２７】
好ましい回折格子光弁２０の第５の利点は、アクティブ状態が入射光Ｉを単一回折オーダに回折するので、垂直入射の場合の第１回折オーダＤ１あるいは斜め入射の場合の斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれか一方の焦点深度は、有用な光を多重回折オーダに回折させる回折光調節器に比べて、大きい。ディスプレイに応用する場合、好ましいブレーズド回折格子光弁２０はピクセルのアレイを発生させ、明るいピクセルは第１回折オーダＤ１又は斜めの第１オーダ回折Ｄ'1のいずれかに相当し、これは単純な光学装置を与えることができる。ディスプレイのようなプリント装置に応用する場合、明るいピクセルは典型的にシリンダドラムを照らすために用いられ、より大きな焦点深度はよりシャープなプリントイメージを与える。
【００２８】
本発明の第１の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁を図６Ａ，６Ｂ，６Ｃに示す。第１の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁８０の製造はシリコン基板８２で始まる。次に、酸素大気中でシリコン基板を好ましくは加熱することにより、電界酸化層８４がシリコン基板８２上に形成される。好ましくは、電界酸化層は約１.０μｍ厚である。これに続いて、導電層８６を電界酸化層８４上に堆積させる。好ましくは、導電層８６は約０.３５μｍ厚であり、ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）法を用いて堆積されたドープドポリシリコンを含む。その結果、エッチストップ８８が導電層８６上に形成される。好ましくは、エッチストップ８８は、約２００Å厚を有する。次に、犠牲層９０がエッチストップ８８上に堆積される。好ましくは、犠牲層９０はＬＰＣＶＤ法を用いて堆積されたポリシリコンを含む。好ましくは、犠牲層９０は１.０μｍの厚みを有する。代替的に、犠牲層は入射光Ｉの波長λ以上の厚みを有することができる。
【００２９】
本発明の第２の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁を図７Ａ，７Ｂ，７Ｃに示す。第２の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁９２の製造は第１の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁８０（図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）で始まる。第２の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁９２の製造は、プラズマエッチングのようなフォトリソグラフィ及びセミコンダクタエッチング技術を用いる第１及び第２エッチングステップを含んでなる。第１エッチングステップは、段状地形９３を犠牲層９０にエッチング形成する。好ましくは、この段状地形９３は入射光Ｉの１／８（λ／８）の高さを有する。例えば、入射光が５,２８０Åの波長λを有する緑色光であるならば、段状地形９３の高さは好ましくは、６６０Åである。第２エッチングステップはポスト用の孔９４を犠牲層９０にエッチング形成し、また、アンカー孔（図示省略）を犠牲層９０にエッチング形成する。アンカー孔は第１及び第２アンカー２９，３１（図２Ｂ）を形成する。第２エッチングステップはまた、各細長い要素２４の第１及び第２端部３８，４２が基板２２（図２Ｂ）に連結するところの犠牲層の縁（図示省略）をエッチング形成する。
【００３０】
本発明の第３の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁を図８Ａ，８Ｂ，８Ｃに示す。第３の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁１００の製造は、第２の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁９２（図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）に始まる。第３の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁１００の製造は、第２の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁９２上に復元材１０２を堆積させ、この復元材１０２上に金属１０４を堆積させることを含んでなる。好ましくは、復元材１０２は窒化珪素を含んでなる。好ましくは、復元材１０２は、第２の部分的に製造された回折格子光弁９２のポスト穴９４とアンカー穴の表面をコーティングする。代替的に、復元材料１０２は、ポスト穴９４とアンカー穴をより多くほとんど充填する。さらに代替的に、復原材料はポスト穴９４とアンカー穴を充填する。（図８Ａと８Ｂは、図で示すものをより容易に理解できるようにするために簡素化して、ポスト穴９４を埋めた図を示していることに留意されたい。）好ましくは、復原材料は約１ＧＰａの引張応力を有する。好ましくは、復原材料１０２は約９２０Åの厚みを持ち、ＬＰＣＶＤ法を用いて堆積される。好ましくは、金属１０４は、５００Åの厚みを有するアルミニウムを含む。好ましくは、金属１０４は物理蒸着技術を用いて堆積される。
【００３１】
本発明の第４の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁を図９Ａ、９Ｂ、９Ｃに示す。第４の部分的に製造されるブレーズド回折格子光弁１１０の製造は第３の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁１００で始まり、金属１０４と復原材料１０２をエッチングして犠牲層９０によって支持された細長い要素２４Ａを形成することを含む。
【００３２】
本発明の１つの製造されたブレーズド回折格子光弁を図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに示す。製造されたブレーズド回折格子光弁１１６の製造は第４の部分的に製造されたブレーズド回折格子光弁１１０に始まリ、ゼノンジフルオライドエッチングを用いて犠牲層９０をエッチングして完成させることとを含む。これは、形成された基板２２Ａに、形成された第１及び第２ポスト２６Ａ，２８Ａによって、形成された細長い要素２４Ａを連結し、形成された各細長い要素２４Ａは形成された第１及び第２の面３２Ａ，３４Ａを含む。
【００３３】
製作されたブレーズド回折格子光弁１１６のための適当な電気接続は、ボンドパッドとすることができることは当業者にとって明白であり、その構造及び製造はともによく知られている。さらに、製作されたブレーズド回折格子光弁１１６は本発明の特別な実施の形態であり、従って、好ましいブレーズド回折格子光弁２０がより一般的日本発明を説明している。
【００３４】
本発明の第１の代替の細長い要素を図１１に示す。第１の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ａは、好ましいブレーズド回折格子光弁２０の細長い要素２４を第１の代替の細長い要素２４Ｂに取り替えたものである。第１の代替の細長い要素２４Ｂは、第１，第２及び第３の代替の面１２０，１２２，１２４を有する３段の断面５０Ａを含む。第１及び第２の代替面１２０，１２２の高低差と、第２及び第３の代替面１２２，１２４の高低差は共に、好ましくは、入射光Ｉの波長の１／１２（λ／１２）である。従って、３段断面５０Ａは本発明の代替のブレーズ部を形成する。
【００３５】
第１の代替の細長い要素２４Ｂにおいて段を追加することができ、また、それに対応して隣接する面間の高低差を調節できることは当業者にとって明白であろう。
【００３６】
本発明の第２の代替の細長い要素を図１２に示す。第２の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃは、好ましいブレーズド回折格子光弁２０の細長い要素２４を第２の代替の細長い要素２４Ｃに取り替えたものである。第２の代替の細長い要素２４Ｃは、細長い要素２４の段形状５０をブレーズ角γの平坦な面１２６に替えたものである。
【００３７】
本発明の第３の代替のブレーズド回折格子光弁は好ましいブレーズド回折格子光弁２０の細長い要素２４を第３の代替の細長い要素に替えるものである。この第３の代替の細長い要素の１つと、基板２２を図１３に示す。第３の代替の細長い要素２４Ｄは、中央領域１２８の段状断面５０を中央領域１２８の外側において逆にしたものである。アクティブ状態において、第３の代替のブレーズド回折格子光弁は入射光Ｉを第１オーダ角θ1で第１回折オーダＤ1に回折させると共に、中央領域１２８の外側で、マイナス第１オーダ角θ1で入射光Ｉを回折させる。従って、第１ポスト２６と中央領域の間及び中央領域１２８と第２ポスト２８の間で回折された入射光Ｉの多くは第１オーダ角θ1から離れるように指向され、下流の光学装置において望まれない迷走光を減少させる。
【００３８】
本発明の第４の代替のブレーズド回折格子光弁を図１４Ａに示す。第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃは第４の代替の細長い要素２４Ｅを含む。は第４の代替の細長い要素２４Ｅはそれぞれ、平坦な反射面１３０を含み、この反射面は、図１４Ａに示す非アクティブな状態において、平坦な反射面１３０を回折格子面６２内に置く。第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃが非アクティブ状態にあり、入射光Ｉによって照らされるとき、第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃは反射光Ｒを生じさせる。
【００３９】
本発明の第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃは更に図１４Ｂに示されており、この図は、その第１アクティブ状態を示す。第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃは、第４の代替の細長い要素２４Ｅの可変グループが可変角ブレーズ回折を生じさせるように、第４の代替の細長い要素２４Ｅの動的制御を与える。第１のアクティブ状態において、第４の代替の細長い要素２４Ｅの６要素のグループ１３２は、回折角θ6を持つ６要素ブレーズ回折Ｄ6を生じさせる。６要素グループ１３２が有効ブレーズ１３４に近接するので、有効ブレーズ１３４の第１点１３６から第２点１３８までの高低差は入射光Ｉの波長の１／２（λ／２）である。従って、最も低い細長い要素２４Ｅと、最も高いものの実際の高低差は入射光Ｉの５／１２（５λ／１２）である。
【００４０】
一般に、ｎ番要素ブレーズ回折はｎ番回折角θｎを持つ第１回折光を生じさせる。ｎ番回折角θｎは式θｎ＝arcsin（λ／(ｎ(ｗ＋ｓ))）によって与えられる。ここで、λは入射光Ｉの波長、ｎはｎ要素グループ内の要素の数、ｗは第４の代替の各細長い要素２４Ｅの幅、ｓは隣接するペアの第４の代替の各細長い要素２４Ｅの間の離間距離である。
【００４１】
ｎ番回折光を生じさせるために、ｎ番要素グループは、好ましくは、第４の代替の細長い要素２４Ｅの外側のものが式ｄｎ＝（ｎ−１）(λ／(2n)）で与えられるｎ番要素グループ高低差（ｄｎ）を有するように配列される。
【００４２】
第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃの特別な実施の態様において、第４の代替の細長い要素２４Ｅは２.０μｍの幅と、無視できる長さのスペースを有する。表１は、５,２８０Åの緑色光の場合の回折角θｎとグループ高低差ｄｎ及び４，５，６及び７要素のｎ番要素グループを与える。
【００４３】
【表１】
2005521073.tif 000003
【００４４】
本発明の第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０Ｃをさらに図１４Ｃに示す。この図は、第２アクティブ状態にある光弁２０Ｃを示す。第２アクティブ状態において、有効なブレーズ１３４は、６要素グループ１３２の第４の代替の細長い要素２４Ｅの高さを逆転させることによって逆転されていて逆転された６要素ブレーズ回折Ｄ'6を生じさせる。従って、第４の代替の細長い要素２４Ｅの動的制御は有効ブレーズ１３４を逆転させかつ第４の代替のブレーズド回折格子弁２０Ｃが与える多数の別個の回折角を２倍にする能力を与える。
【００４５】
テレコミュニケーションに応用する場合、第４の代替のブレーズド格子光弁２０Ｃは可変スイッチとして作用する。例えば、４，５，６及び７個の要素グループを逆転構造にして用いることで、８個の回折角を許容し、このことは８チャンネルスイッチを与えることができる。更に、第４の代替の回折格子光弁２０Ｃを８個の追加の第４の代替のブレーズド回折格子光弁２０でカスケードにすることができ、６４チャンネルスイッチを形成することができる。
【００４６】
添付の特許請求の範囲によって定まる本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、好ましい実施の態様に他のいろいろな変更を行えることは当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁（ＧＬＶ）のアイソメ図である。
【図２】図２Ａは、本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁の単一の細長い要素とその下の基板のアイソメ図ある。図２Ｂは、本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁の単一の細長い要素とその下の基板をさらに示す図である。
【図３】図３は、本発明に関する１つの細長い要素の断面を示す。
【図４】図４Ａと４Ｂは、本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁の断面図であり、その非アクティブ状態と完全アクティブ状態を示すものである。
【図５】図５Ａと，５Ｂはそれぞれ、本発明の好ましいブレーズド回折格子光弁の断面図であり、その非アクティブ状態と完全アクティブ状態のものを示し、非作動状態において、回折された光は０オーダ回折に置かれ、かつ、完全作動状態において、光は回折格子面に垂直である第１オーダ回折に置かれるように入射光は斜めの角度をなす。
【図６】図６Ａ，６Ｂ，６Ｃはそれぞれ、本発明の第１の部分的に製造された回折格子光弁の平面図と２つの直交断面図である。
【図７】図７Ａ，７Ｂ，７Ｃはそれぞれ、本発明の第２の部分的に製造された回折格子光弁の平面図と２つの直交断面図である。
【図８】図８Ａ，８Ｂ，８Ｃはそれぞれ、本発明の第３の部分的に製造された回折格子光弁の平面図と２つの直交断面図である。
【図９】図９Ａ，９Ｂ，９Ｃはそれぞれ、本発明の第４の部分的に製造された回折格子光弁の平面図と２つの直交断面図である。
【図１０】図１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃはそれぞれ、本発明の第５の部分的に製造された回折格子光弁の平面図と２つの直交断面図である。
【図１１】本発明の第１の代替の細長い要素を示す。
【図１２】本発明の第２の代替の細長い要素を示す。
【図１３】本発明の代替の細長い要素と、その下の基板を示す。
【図１４】図１４Ａは、反射状態にある第３の代替の回折格子光弁を示し、図１４Ｂはその第１反射状態を示し、図１４Ｃはその第２反射状態を示し、この第２反射状態では回折された光は回折角をマイナスにしたものになる。
【図１】
2005521073.tif 000004
【図２Ａ】
2005521073.tif 000005
【図２Ｂ】
2005521073.tif 000006
【図３】
2005521073.tif 000007
【図４Ａ】
2005521073.tif 000008
【図４Ｂ】
2005521073.tif 000009
【図５Ａ】
2005521073.tif 000010
【図５Ｂ】
2005521073.tif 000011
【図６Ａ】
2005521073.tif 000012
【図６Ｂ】
2005521073.tif 000013
【図６Ｃ】
2005521073.tif 000014
【図７Ａ】
2005521073.tif 000015
【図７Ｂ】
2005521073.tif 000016
【図７Ｃ】
2005521073.tif 000017
【図８Ａ】
2005521073.tif 000018
【図８Ｂ】
2005521073.tif 000019
【図８Ｃ】
2005521073.tif 000020
【図９Ａ】
2005521073.tif 000021
【図９Ｂ】
2005521073.tif 000022
【図９Ｃ】
2005521073.tif 000023
【図１０Ａ】
2005521073.tif 000024
【図１０Ｂ】
2005521073.tif 000025
【図１０Ｃ】
2005521073.tif 000026
【図１１】
2005521073.tif 000027
【図１２】
2005521073.tif 000028
【図１６】
2005521073.tif 000029
【図１４Ａ】
2005521073.tif 000030
【図１４Ｂ】
2005521073.tif 000031
【図１４Ｃ】
2005521073.tif 000032
【国際調査報告】
2005521073.tif 000033
2005521073.tif 000034