(57)【要約】【課題】  配列したマイクロオーダーの凸条やナノオーダーの凸条が変位制御可能となることで、種々の光機能を発現させることができる光学制御素子及び光学制御素子アレイを得る。また、アクチュエータの数、スペースに無駄が無く、効率的且つ高品質な光学制御素子及び光学制御素子アレイを得る。【解決手段】  光の照射される膜表面に対し凸条４３の高さを相対的に変位させて光学現象を制御する光学制御素子１００であって、複数のスリット孔３９が穿設された薄膜３１と、薄膜３１のそれぞれのスリット孔３９に遊嵌する複数の凸条４３が突設された凸条アレイ３３と、薄膜３１若しくは凸条アレイ３３のいずれか一方又は両方を相対的に変位させる駆動部とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射される膜表面に対し凸条の高さを相対的に変位させて光学現象を制御する光学制御素子であって、
複数のスリット孔が穿設された薄膜と、該薄膜のそれぞれの前記スリット孔に遊嵌する複数の凸条が突設された凸条アレイと、前記薄膜若しくは該凸条アレイのいずれか一方又は両方を相対的に変位させる駆動部とを具備したことを特徴とする光学制御素子。
【請求項２】
請求項１記載の光学制御素子であって、
前記駆動部が可動膜を有して成り、該可動膜に前記凸条アレイが固定されたことを特徴とする光学制御素子。
【請求項３】
請求項１記載の光学制御素子であって、
前記凸条のサイズが前記光の波長λに対してλ／１０〜１０λであることを特徴とする光学制御素子。
【請求項４】
請求項１記載の光学制御素子であって、
前記駆動部が静電気力を駆動力として用いる静電マイクロアクチュエータであることを特徴とする光学制御素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子を用いた光学制御素子アレイであって、
一つの前記光学制御素子が画素を成し、複数の該光学制御素子が１次元又は２次元状に配列されたことを特徴とする光学制御素子アレイ。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子であって、
前記駆動部の非駆動時に、前記薄膜の表面と前記凸条の上面とが同一平面に配置され、前記駆動部の駆動時に、前記凸条の上面が前記薄膜の表面から低く配置されることを特徴とする光学制御素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子であって、
前記駆動部の非駆動時に、前記凸条の上面が前記薄膜の表面から高く配置され、前記駆動部の駆動時に、前記薄膜の表面と前記凸条の上面とが同一平面に配置されることを特徴とする光学制御素子。
【請求項８】
請求項１記載の光学制御素子であって、
前記駆動部が可動膜を有して成り、該可動膜に前記薄膜が固定されたことを特徴とする光学制御素子。
【請求項９】
請求項１記載の光学制御素子であって、
前記薄膜の表面及び前記凸条アレイの上面は反射性を有し、前記薄膜の表面と前記凸条アレイの上面とが同一平面に位置していないときは回折効果を有することを特徴とする光学制御素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による画像形成装置、ブロジェクタ等の投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイ等のマイクロディスプレイ装置等に用いて好適な光学制御素子及び光学制御素子アレイに関する。また、紫外から可視、赤外、それより長波の電磁波における波面制御素子、及び波面制御素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械式の光学制御素子としてＧＬＶ素子（Grating Light Valve）が知られている（例えば、ＵＳＰ ５,４５９,６１０号）。このＧＬＶ１は、図７に示すように、Ｓｉ基板３上に、両端支持された薄膜からなる複数（５〜６本）の梁５が、凸条に配置された構造を有している。梁５の上面にはＡｌ等の金属反射膜７が設けられ、梁５の下部には空隙９を介して基板３上の下部電極１１が共通に形成されている。一般的に、各梁５の幅は３μｍ程度でピッチは５μｍ程度、梁５の長さは２００μｍ程度である。
【０００３】
下部の電極１１と梁上面の金属反射膜７に電圧を印加すると、両者に静電気力が働き、梁５は基板３に向かって撓み垂直に変位する。この複数の梁５は初期状態では高さが一定であり、上面の金属反射面は通常の全反射ミラーとして機能し、入射した光は正反射される。一方、複数の梁５に対して１本おきに電圧を加えて梁５を変位させ、変位していない梁５との高さの差がλ／４（λは光の波長）になると、入射した光は回折される。従って、電圧の無印加と印加により、入射光を正反射させるか回折させるかの制御が可能となる。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開平１１−１１９１２２号公報
【特許文献２】特開２０００−１８０７３７号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０７３９号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１９６６号公報
【特許文献５】特開２００２−２２１６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のＧＬＶは、ＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ；Micro-Electro Mechanical  systemsの略で、μｍオーダーの微小構造体を電気的に変位・移動させる素子技術であり、その代表的な製法は半導体プロセス技術で使用されている微細加工技術である）と、光学の回折格子とを応用した素子で、１画素（光を制御する最小単位）内に数本程度の１次元の構造体（図７に示す梁５）を有しているに過ぎなかった。
【０００６】
一方、光学の分野では、１次元又は２次元状に配列された凸条の構造体において様々な光学機能の発現することが知られている。例えば、凸条の形状と配列周期がλ（波長）のオーダーから２０λ程度であると光拡散、光散乱、回折、干渉などが起こる。また、波長以下でλ／２レベルであると、フォトニックバンド効果による光の現象が起こる。さらに、λ／１０程度以下では構造性による屈折率制御材料や、量子光学効果による光機能が発現する。即ち、２次元状に配列されたマイクロオーダーの凸条、ナノオーダーの凸条構造が光学に及ぼす影響は大きく、この構造を前記のＭＥＭＳ技術により制御できると、多くの光機能素子が実現可能となる。
【０００７】
しかしながら、従来技術では、上記したＧＬＶ素子のように、μｍオーダーの梁が数本程度変位するに留まり、１次元又は２次元状に配列されたマイクロオーダーの凸条、ナノオーダーの凸条を変位制御し、光学機能を発揮させる光学制御素子は無かった。
【０００８】
また、仮に２次元状に配列した凸条を独立に制御しようとすると、変位制御するための駆動部の数が多くなり、面積効率が悪く実用的でなかった。さらに凸条を独立に形成、制御すると、凸条間の形状・特性に大きなバラツキが生じ、品質や信頼性の低下することが危惧された。
【０００９】
また、特にＧＬＶ素子においては、図８（ａ）において、光の回折による変調を維持して高速応答性（例えば、１μｓ程度）を図るには、梁の張力を上げる（具体的には、張力σ＝０．８ＧＰａ程度）必要があるが、梁の張力を上げると、図８（ｂ）からも分かるように、２００μｍ程度の梁の長さ（Ｌ）に対し、電圧印加によって垂直に撓み変位する領域（Ｘ：光学的有効長）が２０μｍ程度と小さくなって、素子の有効面積が大きく取れないという問題があった。つまり、ＧＬＶ素子は高速応答性を図ると光の利用効率の低下を招いた。また、図８（ｃ）に示すように、２次元化のために１画素面積を小さくして梁の長さを短くしようとすると、光学的有効エリアが狭小化すると同時に、梁の張力は一層増大することとなって印加する電圧を更に上げる必要が生じ、実用的ではなかった。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、高速応答性を図っても素子の有効面積が大きく取れて、光の利用効率が改善される光学制御素子及び光学制御素子アレイを得ることにある。また、他の目的は、配列したマイクロオーダーの凸条やナノオーダーの凸条が変位制御可能となることで、種々の光機能を発現させることができる光学制御素子及び光学制御素子アレイを得ることにある。さらに、他の目的は、アクチュエータの数、スペースに無駄が無く、効率的且つ高品質な光学制御素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の光学制御素子は、光の照射される膜表面に対し凸条の高さを相対的に変位させて光学現象を制御する光学制御素子であって、複数のスリット孔が穿設された薄膜と、該薄膜のそれぞれの前記スリット孔に遊嵌する複数の凸条が突設された凸条アレイと、前記薄膜若しくは該凸条アレイのいずれか一方又は両方を相対的に変位させる駆動部とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
この光学制御素子では、薄膜と、この薄膜のそれぞれのスリット孔に遊嵌する複数の凸条が突設された凸条アレイとによって、薄膜と凸条とが相対的に変位可能な微細な光機能部が形成される。つまり、１次元又は２次元状に配列したマイクロオーダーの凸条やナノオーダーの凸条が変位制御可能となる。これにより、画素単位で数本の梁を変位させる従来構造では発現が困難であった種々の光機能が発現されるようになる。また、アクチュエータの数、スペースに無駄が無く、効率的且つ高品質な光学制御素子が得られる。
【００１３】
請求項２記載の光学制御素子は、請求項１記載の光学制御素子であって、前記駆動部が可動膜を有して成り、該可動膜に前記凸条アレイが固定されたことを特徴とする。
【００１４】
この光学制御素子では、薄膜及び凸条アレイからなる光機能部と、駆動部とがそれぞれ機能別に分離されることになり、相互間の制約が排除され、光機能部の品質（例えば凸条形状の精度等）や、駆動部の特性等が独立で設計可能となる。また、光機能部の下に駆動部を配置する構造が可能となることから、駆動部が凸条アレイの下に隠され、光機能部の有効面積が大きくなる。したがって、光の利用効率が改善される光学制御素子及び光学制御素子アレイを得ることガできる。また、光機能部の下に駆動部を配置する構造では、薄膜に対して凸条が垂直に変位可能となり、スリット孔と凸条との隙間が小さく設定可能となる。駆動部によって駆動される凸条アレイが、複数の凸条を突設した一体構造物となるので、凸条間の高さの均一性が容易に確保可能となる（光機能部の平坦性が容易に高められる）。
【００１５】
請求項３記載の光学制御素子は、請求項１記載の光学制御素子であって、前記凸条のサイズが前記光の波長λに対してλ／１０〜１０λであることを特徴とする。
【００１６】
この光学制御素子では、凸条サイズが光の波長λのλ／１０〜１０λとされることで、例えば凸条サイズがλ〜１０λの場合には拡散、回折が得られ、凸条サイズがλ／２〜λの場合には回折、フォトニックバンド効果が得られ、凸条サイズがλ／２０〜λ／２の場合には量子効果（量子光学効果）、吸収、屈折率制御等の種々の光機能が得られるようになる。
【００１７】
請求項４記載の光学制御素子は、請求項１記載の光学制御素子であって、前記駆動部が静電気力を駆動力として用いる静電マイクロアクチュエータであることを特徴とする。
【００１８】
この光学制御素子では、駆動部が静電マイクロアクチュエータで構成される。静電マイクロアクチュエータは、例えば基板と、この基板に対して空隙を隔てて支持された可動膜とで構成され、印加電圧によって可動膜に静電気力を作用させて、可動膜を基板に対して変位させることで、高速応答が可能となる。また、ＣＭＯＳ回路による低電圧駆動が可能であり、さらに素子の作製も容易であることから集積化と低コスト化が可能となる。
【００１９】
請求項５記載の光学制御素子アレイは、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子を用いた光学制御素子アレイであって、一つの前記光学制御素子が画素を成し、複数の該光学制御素子が１次元又は２次元状に配列されたことを特徴とする。
【００２０】
この光学制御素子アレイでは、複数の凸条を備えた一つの光学制御素子が画素を成し、この光学制御素子が１次元又は２次元状に配列される。従って、複数の凸条が画素単位で変位することになり、画素単位で一つの梁或いは数本の梁が変位する従来構造に比べ、形成画像の解像度が高められる。また、従来構造では困難であった種々の光機能の発現が可能となり、これら光機能を利用した高速な露光ヘッド用素子、高精細なプロジェクタ用素子の作製が可能となる。
【００２１】
請求項６記載の光学制御素子は、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子であって、前記駆動部の非駆動時に、前記薄膜の表面と前記凸条の上面とが同一平面に配置され、前記駆動部の駆動時に、前記凸条の上面が前記薄膜の表面から低く配置されることを特徴とする。
【００２２】
この光学制御素子では、通常時、薄膜の表面と凸条の上面とが同一平面に配置され、光機能部のこれらの面が通常の全反射ミラーとして機能し、入射光が正反射される。一方、駆動部が駆動されると、凸条の上面が薄膜の表面から低く配置され、その高低差が光の波長λの１／４であると、入射した光が回折される。つまり、通常時正反射、電圧印加時回折の素子が得られる。
【００２３】
請求項７記載の光学制御素子は、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子であって、前記駆動部の非駆動時に、前記凸条の上面が前記薄膜の表面から高く配置され、前記駆動部の駆動時に、前記薄膜の表面と前記凸条の上面とが同一平面に配置されることを特徴とする。
【００２４】
この光学制御素子では、通常時、凸条の上面が薄膜の表面から高く配置され、その高低差が光の波長λの１／４であると、入射した光が回折される。一方、駆動部が駆動されると、凸条アレイが下降し、凸条がスリット孔内に後退して、薄膜の表面と凸条の上面とが同一平面に配置され、光機能部が全反射ミラーとして機能し、入射光が正反射される。つまり、通常時回折、電圧印加時正反射の素子が得られる。
【００２５】
請求項８記載の光学制御素子は、請求項１記載の光学制御素子であって、前記駆動部が可動膜を有して成り、該可動膜に前記薄膜が固定されたことを特徴とする。
【００２６】
この光学制御素子では、凸条アレイが固定され、スリット孔の穿設された薄膜が駆動部の可動膜に固定される。従って、可動膜が可動することにより、薄膜が従動され、その結果、薄膜の表面と凸条の上面とが相対変位することとなる。この場合、可動部となる薄膜の質量が、多数の凸条を設けた凸条アレイに比べて小さくなるので、高速化に有利となる。また、凸条アレイと駆動部とを接合構造で形成する必要がなくなるので、構造が簡素となり、製作が容易となる。
【００２７】
請求項９記載の光学制御素子は、請求項１記載の光学制御素子であって、前記薄膜の表面及び前記凸条アレイの上面は反射性を有し、前記薄膜の表面と前記凸条アレイの上面とが同一平面に位置していないときは回折効果を有することを特徴とする。
【００２８】
この光学制御素子では、薄膜の表面及び前記凸条アレイの上面からなる光機能部の面が反射性を有しているので、駆動部の駆動又は非駆動により、薄膜の表面と凸条アレイの上面とが同一平面に位置していないときは、入射した光が回折されて、回折効果が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る光学制御素子によれば、複数のスリット孔が穿設された薄膜と、この薄膜のそれぞれのスリット孔に遊嵌する複数の凸条が突設された凸条アレイと、薄膜若しくは凸条アレイのいずれか一方又は両方を相対的に変位させる駆動部とを具備したので、微細な光機能部が変位可能に形成でき、配列したマイクロオーダーの凸条やナノオーダーの凸条が変位制御可能となることで、画素単位で数本の梁を変位させる従来構造では発現が困難であった種々の光機能を発現させることができるようになる。また、アクチュエータの数、スペースに無駄が無く、効率的且つ高品質な光学制御素子を得ることができる。
【００３０】
本発明に係る光学制御素子アレイによれば、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学制御素子を用いた光学制御素子アレイであって、一つの光学制御素子が画素を成し、この光学制御素子が１次元又は２次元状に配列されているので、複数の凸条が画素単位で変位することになり、画素単位で一つの梁或いは数本の梁が変位する従来構造に比べて形成画像の解像度を高めることができる。また、従来構造では困難であった種々の光機能を発現させる高速の露光ヘッド用素子、高精細なプロジェクタ用素子の作製が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る光学制御素子及び光学制御素子アレイの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明に係る光学制御素子の第１の実施の形態を説明する一部分を切り欠いた平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は駆動部の平面図、図４は図１に示した光学制御素子の初期状態を（ａ）、駆動状態を（ｂ）に表した動作説明図である。
【００３３】
光学制御素子１００は、薄膜（固定表面膜）３１と、凸条アレイ３３と、駆動部３５と、基板３７とを主要な構成部材として有している。固定表面膜３１は、光学制御素子１００の反射膜として機能し、例えばアルミ薄膜等の金属薄膜からなる。なお、この固定表面膜３１には、反射率を高めるための図示しない誘電多層膜が被着されてもよい。固定表面膜３１の例えば四角形の一画素領域には、複数の平行なスリット孔３９が穿設されている。ここで、スリット孔３９とは、固定表面膜３１を貫通して穿設された細長い切れ込み状の孔をいう。なお、スリット孔３９は、孔の内周が閉じたもの、或いは一部分が切れて開放されたものの何れであってもよい。本実施の形態では、例えば画素に、６本のスリット孔３９が設けられている。つまり、スリット孔３９は、１次元状に配列されている。
【００３４】
固定表面膜３１の下方には凸条アレイ３３が配置され、凸条アレイ３３は固定表面膜３１と間隙を有して平行なアルミ薄膜等からなる基台部（支持膜）４１を有している。基台部４１の上面にはスリット孔３９に対応する位置で複数の平行な凸条４３が突設され、凸条４３は先端部をスリット孔３９に遊嵌している。ここで、凸条４３とは、基台部４１の表面から部分的に突出した細長いすじ状のものをいう。凸条４３は、スリット孔３９の内部で、固定表面膜３１に垂直な方向に移動自在となっている。凸条４３は、通常状態（駆動部３５が凸条アレイ３３を駆動していない状態）で上面が固定表面膜３１の表面と同一表面上に配置されている。
【００３５】
なお、本実施の形態において、凸条４３は同一幅で細長に連なるもの（平面視が矩形のもの）を例に説明するが、凸条４３はこの他、一端に向かって徐々に幅が狭くなるもの（平面視が三角形又は台形のもの）、両端に向かって幅が徐々に狭くなるもの（平面視が菱形のもの）、中央に向かって徐々に幅が狭くなるもの（平面時が鼓形のもの）、或いは複数の円形が直線状に連鎖したもの等であってもよい。この場合、スリット孔３９は、同形状に形成されたもの、或いはこれらが内方に挿入可能となった矩形状のままのものであってもよい。
【００３６】
凸条アレイ３３の下方には駆動部３５が配設され、この駆動部３５は連結部４５を介して凸条アレイ３３の基台部４１に固定されている。駆動部３５は、基台部４１に固定される可動膜４７と、下部電極４９とを有している。可動膜４７は、弾性を有して矩形状に形成され、長手方向両端部が支持部５１を介して基板３７に支持されている。そして、可動膜４７は、犠牲層によって形成された空隙５３を隔てて基板３７に対して平行に対向配置される。
【００３７】
このように、光学制御素子１００は、固定表面膜３１と凸条アレイ３３とからなる光機能部５５と駆動部３５とが、連結部４５によって結合された構造となっている。
【００３８】
ここで、光機能部５５における凸条４３のサイズ（幅寸法）は、固定表面膜３１に照射される光の波長λに対してλ／１０〜１０λに設定される。また、隣接する凸条４３との間隔は、凸条４３の幅より小さく設定される。このような凸条サイズを有することで、光の波長をλとしたとき、例えば凸条サイズがλ〜１０λの場合には拡散、回折の光機能が得られ、凸条サイズがλ／２〜λの場合には回折、フォトニックバンド効果が得られ、凸条サイズがλ／２０〜λ／２の場合には量子効果（量子光学効果）、吸収、屈折率制御等の種々の光機能が得られる。なお、本実施の形態では、回折の光機能が得られる場合を例に説明する。
【００３９】
図２に示した下部電極４９は、空隙５３を介して可動膜４７に対面している。そして、可動膜４７には図示しない可動電極が設けられるか、或いは金属膜からなることで可動膜４７自身が電極として機能するようになっている。つまり、駆動部３５は、静電気力を駆動力として用いる静電マイクロアクチュエータとなっている。静電マイクロアクチュエータ方式の駆動部３５は、下部電極４９と可動電極とに電圧を印加することによって、可動膜４７に静電気力を作用させ、可動膜４７を基板３７に対して変位させることで、高速応答が可能となる。
【００４０】
即ち、下部電極４９と可動電極とに電圧Ｖが印加されることにより、可動膜４７に電荷が静電誘導される。この電荷と基板３７の下部電極４９との間に作用する静電気力により、可動膜４７は、基板３７側へ吸着されて弾性変形する。一方、電圧Ｖの印加が解除され、静電気力による吸着力がなくなると、可動膜４７は、自己弾性復帰力によって再び中央部が基板３７から離れて、空隙５３を隔てた位置に配置される。
【００４１】
なお、駆動部３５は凸条アレイ３３を変位させることで重量が増大し、高速応答性を犠牲にすることも考えられるので、凸条４３毎に可動膜４７を設けることで、高速応答性を図ることもできる。
【００４２】
光学制御素子１００では、このような駆動部３５の可動膜４７による駆動により、凸条アレイ３３が固定表面膜３１に対して接近・離反方向（図２の上下方向）に移動し、その結果、凸条４３がスリット孔３９に対して移動するようになっている。そして、駆動部３５の非駆動時に、固定表面膜３１の表面と凸条４３の上面とが同一平面に配置され、駆動部３５の駆動時に、凸条４３の上面が固定表面膜３１の表面から低く配置される。
【００４３】
従って、通常時、固定表面膜３１の表面と凸条４３の上面とが同一平面に配置され、光機能部５５のこれらの面が通常の全反射ミラーとして機能し、入射光が正反射される。一方、駆動部３５が駆動されると、凸条４３の上面が固定表面膜３１の表面から低く配置され、入射した光が回折される。つまり、通常時正反射、電圧印加時回折の素子が得られる。
【００４４】
このような静電マイクロアクチュエータ方式による駆動部３５によれば、ＣＭＯＳ回路による低電圧駆動が可能であり、光学制御素子１００の作製も容易であることから集積化と低コスト化が可能となる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、駆動部３５が平行平板型の静電マイクロアクチュエータである場合を例に説明するが、この他駆動部３５は、垂直変位型の櫛歯型静電マイクロアクチュエータ（comb-drive）、圧電型アクチュエータ、電磁型アクチュエータであってもよい。
【００４６】
次に、上記のように構成された光学制御素子１００の動作を説明する。
【００４７】
光学制御素子１００は、通常状態（駆動部３５の非駆動時）で、可動膜４７が空隙５３を隔てて基板３７から離反した位置に配置され、その結果、図４（ａ）に示すように、上側に配置された凸条アレイ３３の凸条４３は、上面が固定表面膜３１の表面と同一平面状に配置される。この状態で、固定表面膜３１に光が照射されると、入射光は、同一平面となって、反射面を構成する固定表面膜３１の表面と凸条４３の表面とによって正反射される。
【００４８】
一方、下部電極４９と可動電極とに電圧Ｖが印加されると、上記の作用によって可動膜４７が基板３７側へ吸着されて弾性変形され、図４（ｂ）に示すように、凸条４３がスリット孔３９の内側へ後退し、凸条４３の表面が固定表面膜３１より低く配置される。この状態で、固定表面膜３１に光が照射されると、その反射光は、拡散、回折されることになる。
【００４９】
また、下部電極４９と可動電極とに印加される電圧Ｖが解除されると、可動膜４７が基板３７に対して空隙５３を隔てた位置に弾性復帰され、凸条アレイ３３が上側へ移動されて、凸条４３の上面と固定表面膜３１の表面とが同一平面状に配置され、入射光が再び正反射されることになる。
【００５０】
上記の光学制御素子１００によれば、固定表面膜３１と凸条４３とが相対的に変位可能な微細な光機能部５５が形成されるので、マイクロオーダーの凸条やナノオーダーの凸条が変位制御可能となる。これにより、画素単位で数本の梁を変位させる従来構造では発現が困難であった種々の光機能が発現されるようになる。また、アクチュエータの数、スペースに無駄が無く、効率的且つ高品質な光学制御素子を得ることができる。
【００５１】
また、固定表面膜３１及び凸条アレイ３３からなる光機能部５５と、駆動部３５とがそれぞれ機能別に分離されることになり、相互間の制約が排除され、光機能部５５の品質（例えば凸条形状の精度等）や、駆動部３５の特性等が独立で設計可能となる。また、光機能部５５の下に駆動部３５を配置する構造が可能となることから、駆動部３５が凸条アレイ３３の下に隠され、光機能部５５の有効面積が大きくなる。光機能部５５の下に駆動部３５を配置する構造では、固定表面膜３１に対して凸条４３が垂直に変位可能となり、スリット孔３９と凸条４３との隙間が小さく設定可能となる。さらに、駆動部３５によって駆動される凸条アレイ３３が、複数の凸条４３を突設した一体構造物となるので、凸条間の形状・特性に大きなバラツキが生じることの危惧される従来構造に比べ、凸条間の高さの均一性が容易に確保可能となる（光機能部の平坦性が容易に高められる）。
【００５２】
また、上記の光学制御素子１００は、画素を単位とする素子として説明したが、複数のものを１次元又は２次元状に配列することで光学制御素子アレイを構成することができる。この光学制御素子アレイによれば、複数の凸条４３が画素単位で変位することになり、画素単位で一つの梁或いは数本の梁が変位する従来構造に比べ、形成画像の解像度が高められる。また、従来構造では困難であった種々の光機能の発現が可能となり、これら光機能を利用した高速な露光ヘッド用素子、高精細なプロジェクタ用素子の作製が可能となる。
【００５３】
上記した第１の実施の形態による光学制御素子１００は、構造、使用材料、製造方法において、以下のバリエーションで変更が可能となる。
【００５４】
即ち、下部電極４９及び可動膜４７は、上記以外に導電性を有する材料として例えば結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ等）、金属シリサイド、導電性有機材料などが好適に使用可能である。
【００５５】
また、この導電性を有する材料上には、保護用の絶緑膜（例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ）を積層してもよい。可動膜４７としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマー等の絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。
【００５６】
駆動部３５と光機能部５５の連結部４５、固定表面膜３１の支持部５２（図２参照）、凸条支持部、凸条４３、固定表面膜３１は、本発明の主旨に沿うものであれば如何なる材料でもよい。例えば、これらの材料は絶縁性、導電性の何れでもよい。また、無機、有機の何れの材料であってもよい。
【００５７】
また、凸条４３及び固定表面膜３１の少なくとも上面に、適宜な光機能材料を設けてもよい。例えば、金属ミラー、多層膜ミラーを表面層に設けてもよい。
【００５８】
次に、本発明に係る光学制御素子の第２の実施の形態を説明する。
【００５９】
図５は初期状態において凸条が薄膜から突出する第２の実施の形態の断面図である。なお、図１〜図４に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００６０】
この実施の形態による光学制御素子２００は、凸条６１の高さが上記の第１の実施の形態の光学制御素子１００の場合より高く設定されている。従って、図５（ａ）に示す駆動部３５の非駆動時に、凸条６１の上面が固定表面膜３１の表面から高く配置され、図５（ｂ）に示す駆動部３５の駆動時に、固定表面膜３１の表面と凸条６１の上面とが同一平面に配置されるようになっている。
【００６１】
この光学制御素子２００によれば、通常時、凸条６１の上面が固定表面膜３１の表面から高く配置され、その高低差が光の波長λの１／４であると、入射した光が回折される。一方、駆動部３５が駆動されると、凸条６１が下降し、凸条６１がスリット孔３９内に後退して、固定表面膜３１の表面と凸条６１の上面とが同一平面に配置され、光機能部６３が全反射ミラーとして機能し、入射光が正反射される。つまり、通常時回折、電圧印加時正反射の素子が得られることになる。
【００６２】
次に、本発明に係る光学制御素子の第３の実施の形態を説明する。
【００６３】
図６は薄膜が可動され凸条が固定される第３の実施の形態に係る光学制御素子の初期状態を（ａ）、駆動状態を（ｂ）に表した動作説明図である。なお、図１〜図４に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００６４】
この実施の形態による光学制御素子３００は、凸条７１が基板３７に直接固定されている。従って、凸条７１は可動しない。一方、薄膜は、上記の固定表面膜３１と異なり、可動表面膜７３となっている。可動表面膜７３は、連結部４５を介して駆動部３５の可動膜４７に固定されている。つまり、この実施の形態による光学制御素子３００は、凸条７１が固定され、薄膜である可動表面膜７３が可動されて、凸条７１と薄膜とが相対変位するようになっている。
【００６５】
また、光学制御素子３００において、凸条７１は、複数まとめて図示しない支持部を介して基板３７に固定されるものであってもよい。このような構造とすることにより、広い駆動部３５の収容スペースを確保することができる。さらに、本実施の形態では、凸条７１を固定し、薄膜を可動する構成としたが、これに加え凸条７１も可動可能な構造としてもよい。
【００６６】
この光学制御素子３００では、通常状態（駆動部３５の非駆動時）で、可動表面膜７３が基板３７から離反した位置に配置され、その結果、図６（ａ）に示すように、上側に配置された可動表面膜７３は、表面が凸条７１の上面と同一平面状に配置される。この状態で、可動表面膜７３に光が照射されると、入射光は、同一平面となって反射面を構成する可動表面膜７３の表面と凸条７１の上面とによって正反射される。
【００６７】
一方、駆動部３５が駆動されると、可動表面膜７３が基板３７側へ弾性変形されて移動され、図６（ｂ）に示すように、凸条７１がスリット孔３９から突出し、凸条７１の上面が可動表面膜７３より高く配置される。この状態で、可動表面膜７３に光が照射されると、その反射光は、拡散、回折されることになる。
【００６８】
従って、この光学制御素子３００によれば、駆動部３５の可動膜４７が可動することにより、薄膜である可動表面膜７３が従動され、その結果、可動表面膜７３の表面と凸条７１の上面とが相対変位することとなる。この場合、可動表面膜７３となる薄膜の質量が、多数の凸条７１を設けた上記の凸条アレイ３３の場合に比べて小さくなるので、高速化に有利となる。また、凸条アレイ３３と駆動部３５とを接合構造で形成する必要がなくなるので、構造が簡素となり、製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る光学制御素子の第１の実施の形態を説明する一部分を切り欠いた平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】駆動部の平面図である。
【図４】図１に示した光学制御素子の初期状態を（ａ）、駆動状態を（ｂ）に表した動作説明図である。
【図５】初期状態において凸条が薄膜から突出する第２の実施の形態の断面図である。
【図６】薄膜が可動され凸条が固定される第３の実施の形態に係る光学制御素子の初期状態を（ａ）、駆動状態を（ｂ）に表した動作説明図である。
【図７】光学制御素子であるＧＬＶの原理を説明する概念図である。
【図８】ＧＬＶ素子を説明する図で、（ａ）は非駆動時の断面図、（ｂ）は駆動時の断面図、（ｃ）は平面図を示す。
【符号の説明】
【００７０】
３１…固定表面膜（薄膜）
３３…凸条アレイ
３５…駆動部
３９…スリット孔
４３、７１…凸条
４７…可動膜
７３…可動表面膜（薄膜）
１００、２００、３００…光学制御素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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