(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカル格子デバイスであって、
表面を有するベースを備え、
上表面を有するスペーサ層が前記ベースの上に設けられ、
長手のチャンネルが前記スペーサ層に形成され、前記チャンネルは互いに相対する第一及び第二の側壁と底面とを有し、
離間し変形可能な複数のリボン要素であって、前記複数のリボン要素は、互いに平行に配置されて前記チャンネルを橋架し、上面と下面を規定するとともに前記チャンネルの両側で前記スペーサ層の上表面に固定され、２より大きいＮ個の要素にグループ化され、グループを構成する要素の一部は前記チャンネルの一つの側のみに固定され、前記グループの残りの要素は前記チャンネルの他の側のみに固定され、
前記グループ各々が、作動状態で離散レベルから成るパターンを形成し、前記パターンは、２より大きいｎ段のレベルを有し、前記メカニカル格子デバイス表面上に互いに差し込まれる形で配置された櫛状の構造を形成し、ブレーズ格子に近似するリボン高さの周期的変化波形を示すことを特徴とするメカニカル格子デバイス。
【請求項２】
メカニカル格子デバイスであって、
表面を有するベースを備え、
上表面を有するスペーサ層が前記ベースの上に設けられ、
長手のチャンネルが前記スペーサ層に形成され、前記チャンネルは互いに相対する第一及び第二の側壁と底面とを有し、
離間し変形可能な複数のリボン要素であって、前記複数のリボン要素は、互いに平行に配置されて前記チャンネルを橋架し、上面と下面を規定するとともに前記チャンネルの両側で前記スペーサ層の上表面に固定され、２より大きいＮ個の要素にグループ化され、グループを構成する要素の一部は前記チャンネルの一つの側のみに固定され、前記グループの残りの要素は前記チャンネルの他の側のみに固定され、
前記装置の長手方向に応じて前記グループ各々に設けられた少なくともＮ−２個の隔て台であって、前記Ｎ−２個の隔て台は、離散ステップを形成する隔て台の高さの周期的変化を示し、
前記グループ各々が、作動状態で離散レベルからなるパターンを形成し、前記パターンは、２より大きいｎ段のレベルを有し、前記メカニカル格子デバイス表面上に互いに差し込まれる形で配置された櫛状の構造を形成し、ブレーズ格子に近似するリボン高さの周期的変化波形を示し、
少なくともＮ−１個の変形可能なリボン要素は、作動状態で前記離散レベルを形成すべく底部構造と接触することを特徴とするメカニカル格子デバイス。
【請求項３】
メカニカル格子デバイスであって、
表面を有するベースを備え、
上表面を有するスペーサ層が前記ベースの上に設けられ、
長手のチャンネルが前記スペーサ層に形成され、前記チャンネルは互いに相対する第一及び第二の側壁と底面とを有し、
前記チャンネルの底部の下に第一の導電層が設けられ、
離間し変形可能な複数のリボン要素であって、前記複数のリボン要素は、互いに平行に配置されて前記チャンネルを橋架し、上面と下面を規定するとともに前記チャンネルの両側で前記スペーサ層の上表面に固定され、２より大きいＮ個の要素にグループ化され、グループを構成する要素の一部は前記チャンネルの一つの側のみに固定され、前記グループの残りの要素は前記チャンネルの他の側のみに固定され、
前記装置の長手方向に応じて前記グループ各々に設けられた少なくともＮ−２個の隔て台であって、前記Ｎ−２個の隔て台は、離散ステップを形成する隔て台の高さの周期的変化を示し、
前記グループ各々が、作動状態で離散レベルからなるパターンを形成し、前記パターンは、２より大きいｎ段のレベルを有し、前記メカニカル格子デバイス表面上に互いに差し込まれる形で配置された櫛状の構造を形成し、ブレーズ格子に近似するリボン高さの周期的変化波形を示し、
前記リボン要素各々の一部としての第二の導電層と、
少なくともＮ−１個の変形可能なリボン要素は、作動状態で前記離散レベルを形成すべく底部構造と接触することを特徴とするメカニカル格子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカル格子デバイスを用いて入射光ビームの変調を行う技術分野に関する。特に、本発明は、連続ブレーズ格子をｍ個の離散レベルで近似することによって回折光ビームの出力を顕著に改良するマルチレベルメカニカル格子デバイスを開示する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロメカニカル空間光変調器は、画像処理、画面表示、光計算、光印刷など多種多様な適用に対して設計されている。変形可能のミラーを用いて光ビーム処理を印刷用に行うことは、ホーンベック（L.J.Hornbeck）が発表している。１９８６年６月２４日公告米国特許第４，５９６，９９２号、名称「リニア空間光変調器およびプリンタ（Linear Spatial Light Modulator and Printer）」を参照のこと。カンチレバー・メカニカルビームを用いる光ビーム変調用のデバイスも、バントン（Banton）ら１９９５年１月８日公告米国特許第４，４９２，４３５号、名称「多重アレイ全幅エレクトロメカニカル変調器（Multiple Array Full Width Electro-mechanical Modulator)とエングル（C.D.Engle）の１９９７年８月２６日公告米国特許第５，６６１，５９３号、名称「リニア静電変調器（Linear Electrostatic Modulator)に記載されている。エレクトロメカニカル格子製造技術の他の適用例を挙げれば、例えば、波長分割多重化や分光分析器がある。リッコ（Ricco）らの１９９８年５月２６日公告米国特許第５，７５７，５３６号、名称「電気的にプログラム可能な回折格子（Electrically-Programmable Diffraction Grating)」を参照のこと。
【０００３】
エレクトロメカニカル格子は、特許文献では周知である。例えば、ラマ（Lama）らの１９７７年３月８日公告米国特許第４，０１１，００９号、名称「制御可能のブレーズ角を有する反射回折格子（Reflection  Diffraction Grating Having a Controllable Blaze Angle）とジャスキー（Jaskie）らの１９９２年５月１９日公告米国特許第５，１１５，３４４号、名称「同調可能の回折格子（Tunable Diffraction Grating）を参照のこと。最近では、ブルーム（Bloom）らは、当業者に格子用光バルブ（ＧＬＶ）として知られる光ビーム変調デバイスを製造する装置および方法を発表した。１９９４年５月１０日公告米国特許第５，３１１，３６０号、名称「光ビームを変調する方法および装置（Method and Apparatus for Modulating a Light Beam）」を参照のこと。ブルームらは、後ほどこのデバイスの構造を変更して発表した。変更点としては、１）リボンの下側にパターン化された突起領域を設け、接触領域を最小限化し、リボンと基板との間の引っ付きを無くすること、２）リボン間間隔を減少し、一方のリボンを作動して良好なコントラストを得る新たな設計を行うこと、３）一方のリボンを固定する固体サポートを用いること、および４）懸垂された表面の回転によってブレーズ格子を製造する新たなデバイス設計を行うことなどである。これらについては、例えば、ブルームらの１９９５年１０月１７日公告米国特許第５，４５９，６１０号、名称「光ビームを変調する変形可能の格子装置および格子エレメントと下層基板との間の引っ付きを無くす補助手段（Deformable Grating Apparatus for Modulating a Light Beam and Including Means for Obviating Stiction Between Grating Elements and Underlying Substrate）」と同じブルームらの１９９８年９月１５日公告米国特許第５，８０８，７９７号、名称「光ビーム変調方法および装置（Method and Apparatus for Modulating Light Beam）を参照のこと。ブルームらは、このデバイスを製造する方法も発表した。１９９７年１０月１４日公告米国特許第５，６７７，７８３号、名称「光ビームを変調する変形可能の格子装置および格子エレメントと下層基板との間の引っ付きを無くす補助手段を製造する方法（Method of Making Deformable Grating Apparatus for Modulating a Light Beam and Including Means for Obviating Stiction Between Grating Elements and Underlying Substrate）」を参照のこと。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＬＶデバイスでは、リボンの上表面に反射コーテングを被覆して、回折効率と寿命を改良することができる。好ましい製造法は、基板としてシリコンウエハーを用い、このデバイスが、関心ある波長を反射するように作動させる。反射率の増大には、リボンの上表面の損傷を少なくし、光吸収によるデバイスの顕著な温度上昇に起因すると考えられる機械的作用を回避するのが重要である。
【０００５】
ＧＬＶデバイスでは、リボンの位置と高さとを対称とする設計が行われてきた。この設計の欠点の一つは、光強度を光ビーム一本へ集中させることができないことである。この比較的劣った光効率の主原因は、等強度の光ビームをペアで発する作動デバイスの対称性にある。改良された格子の各間隔では、リボンを二本より多く備え、リボン高さが非対称となるようにしなければならない。リボン高さが非対称パターンとなるようにすれば、回折された光ビームの強度分布も非対称となり、より高い光強度を有する主ビームを得ることができる。更に、リボンの位置と高さのパターンの非対称性を調整することによって、回折された光ビームの強度分布を変えることが可能となる。このような方法で、種々の回折光ビーム間でスイッチすることができる。
【０００６】
本発明の目的は、ブレーズ格子の有する回折効率を達成するメカニカル格子デバイスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、表面を有するベースを備え、上表面を有するスペーサ層が前記ベースの上に設けられ、長手のチャンネルが前記スペーサ層に形成され、前記チャンネルは互いに相対する第一及び第二の側壁と底面とを有し、離間し変形可能な複数のリボン要素であって、前記複数のリボン要素は、互いに平行に配置されて前記チャンネルを橋架し、上面と下面を規定するとともに前記チャンネルの両側で前記スペーサ層の上表面に固定され、２より大きいＮ個の要素にグループ化され、前記グループ各々が、作動状態で離散レベルから成るパターンを形成し、前記パターンは、２より大きいｎ段のレベルを有し、ブレーズ格子に近似するリボン高さの周期的変化波形を示すことにより達成される。
【０００８】
また、本発明の更なる目的は、ブレーズ格子の有する回折効率を達成するエレクトロメカニカル格子デバイスを提供することであり、この目的は、表面を有するベースを備え、上表面を有するスペーサ層が前記ベースの上に設けられ、長手のチャンネルが前記スペーサ層に形成され、前記チャンネルが相対する第一、第二側壁と底面とを有し、第一導電層が前記チャンネルの底部の下に設けられ、互いに平行に配置され、前記チャンネルを橋架けしている複数の間隔を置いて離れている変形可能なリボン素子を備え、前記変形可能なリボン素子が上面と底面とを規定し、前記チャンネルの両側でスペーサ層の上表面に固定され、前記変形可能素子が、２より大きいＮ個の要素にグループ化され、前記グループ各々が、作動状態で、離散レベルから成るパターンを形成し、前記パターンは、２より大きいｎ段のレベルを有しており  第二導電層が各作動可能なリボン素子の部分であることを特徴とするエレクトロメカニカル格子デバイスによって達成される。
【０００９】
本発明のメカニカル格子デバイスの利点は、基板領域の上全体にあるリボンの位置と周期的リボン高さ変化波形とを用いて光ビームの回折効率を改良することができることである。本発明は、離散した段々のレベルを有するブレーズ格子に近似する周期的リボン高さ変化波形が提供されるので、光回折効率が著しく増大することが予期される。マルチレベルメカニカル格子デバイスは、マイクロエレクトロニクス工業に互換性ある方法を用いて製作することができる。このデバイスは、特許文献に開示されている他のブレーズメカニカルおよび／またはエレクトロメカニカル格子装置よりも、印刷に適用する場合に、より信頼性があり、より適切である。
【００１０】
【発明の実施の態様】
本発明の主題は、図面に示される態様を参照して記載される。
【００１１】
光学表面（例えば、回折格子）に設けた周期的な凹凸模様が、入射光の方向性を変化させることは周知である。平行入射光を空気中で格子に当てると、光は、次の回折式に従って異なる次数に回折される。
【００１２】
【数１】
0004409689.tif 000002
ここに、λは光の波長で、ｍは回折次数を示す整数である。図１は、反射格子１０を示し、光ビーム１２が反射格子１０の直交軸Ｏ−Ｏに関して角度θ0で格子１０に入射する。格子表面は間隔Λ１３で規定される。Λ１３は、式（１）で示される関係で回折角を規定する。回折次数ｍに対応する回折されたビーム１６は、角度θm１５で格子１０を出る。
【００１３】
図１に描かれる回折格子１０は、格子プロファイルが四角波形のバイナリー格子である。デュティサイクル（duty cycle)は、溝幅Ｌ１１４の格子間隔Λ１３に対する比として定義される。バイナリー相の格子は、デュティサイクルが０．５に等しく、反射率Ｒが１．０に等しい時に回折効率が最大になる。
【００１４】
反射率が均一で、デュティサイクルが０．５の場合、式（２）に示される関係が、スカラー回折理論の確度内で理論回折効率の計算に適切である。
【００１５】
【数２】
0004409689.tif 000003
ここに、ｑmは幾何学形状ファクターで、
【数３】
0004409689.tif 000004
但し、法線入射でθ0 ＝０の場合である。
【００１６】
通常の入射照度の場合、一次（ｍ＝１）の最大効率は、格子深さｄ＝λ／４の時に起こる。このような格子では、関心ある格子（λ／Λ≦０．５）に対して＋１と−１次とへの等回折効率約４０％であり、残りの光は高奇数次（すなわち、±３、±５、など）に回折される。
【００１７】
高度の光学能力を必要な適用に対しては、単一光ビームへ高効率で回折する格子が望ましい。これを達成する最良の方法は、格子プロフィールを火炎のようなブレーズ形に成形することが当業者に周知である。例えば、パルマー（C.Palmer）編の「回折格子ハンドブック（Diffraction Grating  Handbook）」（Milton  Roy  Instruments，Rochester，ＮＹ,1993)を参照のこと。図２に示すのは、連続ブレーズ格子プロフィール２０である。ビーム２２は格子表面２４の面に入射し、非ゼロ次の回折ビーム２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆが出射する。格子プロフィールの設計を適切に行うことによって、＋１次に回折されたビーム２６ｄの強度が最大化される。
【００１８】
格子デバイスを製作するこれまでの好ましい方法では、図２に示される格子プロフィールを製作することがきない。図３は、マイクロエレクトロニクス技法を用いて製作することができる格子プロフィールであり、離散した別々のステップでブレーズを近似する。各ステップで別々の段々レベルが製作される。格子プロフィール３０は、連続ブレーズ格子プロフィール３２を近似するマルチレベルの段々ステップ格子で、幅Ｌ2３４と分離高さｈ2３８を有する。式（４）は、スカラー回折理論に基づいて示す回折効率である。この式中の離散した段々ステップＮの数が格子プロフィール３０を規定する。ＧＬＶデバイスに対しては、整数の価は、格子プロフィールの間隔と選択されたリボン幅Ｌ2３４とに基づいて選択される。Ｌ2３４の価は所要の回折効率を得るように選択されが、利用できる製作法によって決まる最小の価に制限される。高さｈ2３８の価は、式  ｈ2＝λ／２Ｎ＋ｐλ／２  （ｐは０または正の整数）に従って＋１次の回折光ビームの強度を最大にするように最適化される。
【００１９】
＋１次に同調されたＮステップの格子に対するｍ次回折効率ηmは、スカラー理論で、
【数４】
0004409689.tif 000005
と予測される。
【００２０】
これらの関係を用いる例の一つとして、表１には、異なる離散ステップＮと１．０に等しいＲ（反射率）とを有する格子に対する−３〜＋３次への回折効率が示される。第三の離散ステップを追加すると、格子プロフィールは非対称となり、＋１次回折ビーム２６ｄの強度は、四角波形を有するＮ＝２格子プロフィールで得られる強度より７０％増大する。回折効率の改良の程度は、ステップレベルＮの数が大きくなるに従って大きくなる。
【００２１】
【表１】
0004409689.tif 000006
本明細書に記載のデバイスを感光性媒体または感熱性方法による印刷に適用する場合、効率を最大にして、高速印刷を可能にすると共に照射光を付与する光源の必要動力を減少するようにすべきである。ディスプレイなどの他の適用に対しても、効率増大は利益がある。理想的には、連続ブレーズ格子プロフィールを用いれば、単一次数の回折の効率を最大化できる。しかし、実際に選ばれる製作方法に制限があるので、多段ステップを用いる別法が望ましい。図３は、マイクロエレクトロニクスデバイスの標準製作プロセスを用いて製造できる格子プロフィールを示す。
【００２２】
さて、本発明のマルチレベルメカニカル格子デバイス１００の斜視図で、一部切断面を示す図４を参照する。ここに開示されているマルチレベルメカニカル格子デバイス１００は、少なくとも三つの異なるレベルの段々を備えることができる。デバイス１００の機械的に変形可能の構造がベース５０の頂部に形成される。図４に示される本態様は、静電気の力を適用することによって作動できるデバイス１００を開示する。マルチレベルメカニカル格子デバイス１００の作動力は静電気なので、ベース５０は異なる材質の層数枚を備える。ベース５０は、ガラスとシリコンから選択される基板５２を備え、底部導電層５６で覆われる。この態様で、薄い底部導電層５６が必要なのは、メカニカル格子デバイス１００を作動させる電圧を掛ける電極として作用させるからである。薄い底部導電層５６は保護層５８で覆われる。底部導電層５６は、アルミニウム、チタニウム、金、銀、タングステン、シリコン合金およびインジュウム錫酸化物からなる群から選択される。保護層５８の上には、隔て層６０が形成され、その上に更にスペーサ層６５がある。スペーサ層の頂部には、リボン層７０が形成され、反射層（複数も含む）７８で覆われている。リボン層７０の厚さと引っ張り強度は、作動に必要な静電気または機械力と戻り力に影響することによって性能を最適化するように選択される。戻り力は、マルチレベルメカニカル格子デバイス１００のスピード、共振周波数、所要電圧に影響する。本態様では、マルチレベルメカニカル格子デバイス１００の作動に必要な電極とするために導電板を反射層７８に備える必要がある。この電極は、反射層および導電層５６からパターン化される。
【００２３】
スペーサ層６５の内部には、長手のチャンネル６７が設けられ、マルチレベルメカニカル格子デバイス１００の長手方向Ｌ−Ｌに沿って延びている。長手チャンネル６７は、第一側壁６７ａと第二側壁６７ｂと底面６７ｃとを備える。チャンネル６７は、頂部が開放で、変形可能リボン素子７２ａと７２ｂの第一セットと第二セットで覆われている。変形可能リボン素子７２ａと７２ｂ各々は、チャンネル６７の上を橋架けしており、チャンネル６７の両側でスペーサ層６５の表面に固定されている。チャンネル６７の底面６７ｃは保護層５８で覆われている。上述のように、リボン層７０は反射層７８で覆われている。反射層７８（導電性）はパターン化され、第一と第二の導電性領域７８ａと７８ｂがあるようになっている。これら領域は、マルチレベルメカニカル格子デバイス１００の表面上に互いに差し込まれた形で配置された櫛状の構造を形成している。第一と第二の電導性領域７８ａと７８ｂとは、機械的にも電気的にも互いに分離されている。反射層７８のパターンに従って、リボン層７０は、チャンネル６７の上を橋架けする変形可能リボン素子第一セットと第二セット７２ａと７２ｂとを形成するようにパターン化されている。変形可能リボン素子７２ａと７２ｂとは、チャンネル６７の長手方向Ｌ−Ｌについてグループ化されている。３レベルのメカニカル格子デバイス（図４に開示される態様）の場合、３本の変形可能リボン素子は一つのグループに属する。各グループは、第二セット７２ｂからの変形可能リボン素子１本と、第一セット７２ａからの変形可能リボン素子２本とから構成される。
【００２４】
図４に示される態様では、チャンネル６７の底面６７ｃの上に複数の隔て台６１が配置される。隔て台６１は、隔て台６１のグループが各リボン素子グループの変形可能リボン素子７２ａと７２ｂとに対応するように隔て層６０からパターン化されている。この図に示される態様では、隔て台６１のグループは、各リボン素子グループの第二リボン素子７２L3ａ2に対応している（グループ当たり３本のリボン素子に対して当てはまる）。図７に示されるように、各グループは、第一、第二、第三リボン素子７２L3ａ1、７２L3ａ2、７２L3ｂ1から構成される。隔て台６１のパターン化は、単一バーの形で行うこともできる。
【００２５】
３段レベルのメカニカル格子デバイス１００の上面図が図５に示される。図５は、図示の方向に直角な二つの面も示している。面Ａ−Ａで切断して見える図は、メカニカル格子デバイス１００の側面図で、図６に示される形を示す。面Ｂ−Ｂで切断して見える図は、上記デバイスの側面図で、図７に示される形を示す。４段以上のレベル（グループ当たり４本以上の変形可能リボン素子）を有するデバイスは、図５，６，７に示される原理を直線的に延長したものである。
【００２６】
図５に示されるメカニカル格子デバイス１００は、静電気力を適用して作動させることができるデバイスである。当業者ならば、格子デバイスを作動させる他の方法、例えば、熱作動、ピエゾ電気作動またはこれらの組み合わせなどを想到することができる。図５に示される態様では、第一と第二電導性領域７８ａと７８ｂがメカニカル格子デバイス１００の表面上に形成される。第一と第二の電導性領域７８ａと７８ｂとは、機械的にも電気的にも互いに分離されているので、第一セットと第二セットの変形可能リボン素子７２ａと７２ｂとに異なる電圧を掛けることができる。第一電導性領域７８ａが第一セットの変形可能リボン素子７２ａに電圧を掛け、第二電導性領域７８ｂが第二セットの変形可能リボン素子７２ｂに電圧を印加する。第二電導性領域７８ｂは、厚い電導層７６が充填された少なくとも１本のエッチング加工された開口部７４を通過してベース５０に備えられた底部電導性層５６（図６を参照）と接触している。このデバイスの作動に当たっては、底部電導性層５６とリボン層７０の上にある電導性層７８との間の電圧差で静電気の力が惹起される。理想的には、格子デバイスを作動させると、電導性層７８が非常に反射性なので、光回折効率が最大化される。底部電導性層５６との接続は内部接続７５で行われる。薄い底部電導性層５６は、チャンネル６７の底面６７ｃの下に形成される。図５の図から視ると、スペーサ層６５と保護層５８が見える。第一と第二の電導性領域７８ａと７８ｂのパターン化が、変形可能リボン素子７２ａと７２ｂの電気的、機械的分離を行うように行われているからである。
【００２７】
ここに示されているデバイスは、多段レベルを備えるＧＬＶであるが、これは、ブレーズ格子を離散的に近似するのに２段を超えるレベルを意味する。図７と８は、３段レベルの概念を示し、図９と１０は、４段レベルの概念を示す。
【００２８】
図７では、基板の表面５３ａが、高さｈ2３８とグループ当たりのリボン本数Ｎとの間の関係によって規定される特定の高さで設計される隔て台６１の台座または基線と共に示される。この場合、Ｎの価は、一単位の間隔Λを示すグループに対して３である。各グループの第一リボン素子は、７２L3ａ1と記され、各グループの第二リボン素子は、７２L3ａ2と記され、各グループの第三リボン素子は、７２L3ｂ1と記される。各グループの第一と第二リボン素子７２L3ａ1と７２L3ａ2とは、第一電導性領域７８ａに接触される。換言すれば、各グループの第一と第二リボン素子７２L3ａ1と７２L3ａ2とは、変形可能リボン素子７２ａの第一セットに属する。各グループの第三リボン素子７２L3ｂ1は、第二電導性領域７８ｂに接触され、換言すれば、各グループの第三リボン素子７２L3ｂ1は、変形可能リボン素子７２ｂの第二セットに属する。中間レベルの高さは、各グループの第二リボン素子７２L3ａ2に対応している隔て台６１で規定される。非作動（力が加わっていない）状態では、リボン素子７２ａと７２ｂとは全てコプラナー（共面；coplanar）で、第一頂面レベル６４ｂと第一底面レベル６４ａとを規定する。非作動状態のマルチレベルメカニカル格子デバイス１００は、ミラーのように機能し、波長λを有する入射光ビーム９０は０次に反射される。０次の反射光ビームは、９２ａと記される。作動状態では（図８）、第一セットの変形可能リボン素子７２ａが変形を受け、リボン素子はチャンネル６７の中へ引き込まれる。第二セットのリボン素子７２ｂは変形を受けない。従って、各グループの第三リボン素子７２L3ｂ1は全て非作動状態のままに残り、その結果、第一頂面レベル６４ｂと第一底面レベル６４ａとを規定する。各グループの第二リボン素子は隔て台６１に接触し、その結果、第一中間頂面レベル５４ｂを規定する。各グループの第一素子７２L3ａ1は、表面５３ａで規定されるチャンネル６７の底部へ動かされ、その結果、底部の頂面レベル５３ｂを規定する。頂面レベル６４ｂ，５４ｂ，５３ｂ各々は表面５３ａの上でλ／２Ｎだけ間隔が開いているので、＋１次への回折効率が最大化される。回折されたビームは９２ｂと記される。
【００２９】
各グループのリボンは異なる深さに作動されるけれども、各々を独立的に駆動回路でアドレスする必要はない。高さ５４ａを規定する隔て台が存在するので、動くリボンが全て同じ電圧と同じ初期静電気力を受けても、回折格子デバイスを設計通りに作動させることができる。従って、効率が改良された回折格子デバイスを作動させるには、独立の電圧レベルは二つだけ、接地電圧と作動電圧とが必要なだけである。これは、既往技術の回折格子デバイスの要求値に相当する。
【００３０】
図９と１０では、Ｎ＝４であり、低い方の隔て台高さ６１はλ／８であり、高い方の隔て台高さ６２はλ／４である。チャンネルの全深さは（１−１／Ｎ）λ／２となる筈である。この場合は、Ｎの値は一間隔Λを示すグループに対して４である。各グループの第一リボン素子を７２L4ａ 1と記し、各グループの第一リボン素子を７２L4ａ2と記し、各グループの第三リボン素子を７２L4ａ3と記し、各グループの第四リボン素子を７２L4ｂ1と記す。中間レベルの高さは、各グループの第二および第三リボン素子７２L4ａ2および７２L4ａ3に対応している隔て台６１に規定される。第二リボン素子７２L4ａ2に対応している隔て台６１は表面５４ａを規定する。第三リボン素子７２L4ａ3に対応している隔て台６１は表面５５ａを規定する。非作動（力が掛かっていない）状態では、リボン素子７２ａ，７２ｂはすべてコプラナーで、第一頂部レベル６４ｂと第一底部レベル６４ａを規定する。非作動状態のマルチレベルメカニカル格子デバイス１００は、ミラーのように機能し、波長λを有する入射光ビーム９０は０次に反射される。０次の反射光ビームは、９２ａと称される。作動状態では（図１０）、第一セットの変形可能リボン素子７２ａが変形を受け、リボン素子はチャンネル６７の中へ引き込まれる。第二セットのリボン素子７２ｂは変形を受けない。従って、各グループの第四リボン素子７２L4ｂ1は全て非作動状態のままに残り、その結果、第一頂面レベル６４ｂと第一底面レベル６４ａとを規定する。各グループの第三リボン素子７２L4ａ3は隔て台６１に接触し、表面５５ａを規定し、その結果、第一中間頂面レベル５５ｂを規定する。各グループの第二リボン素子７２L4ａ2は隔て台６１に接触し、表面５４ａを規定し、その結果、第一中間頂面レベル５４ｂを規定する。各グループの第一素子７２L3ａ1は、表面５３ａで規定されるチャンネル６７の底部へ動かされ、その結果、底部の頂面レベル５３ｂを規定する。頂面レベル６４ｂ，５５ｂ，５４ｂおよび５３ｂ各々は、表面５３ａの上でλ／２Ｎだけ間隔が開いているので、＋１次への回折効率が最大化される。回折されたビームは９２ｂと記される。
【００３１】
前に議論したように、格子デバイスの光学効率は、理論的には、理想反射板を仮定し、内部リボンのギャップを無視すれば、３段レベル格子に対しては７０％まで、４段レベル格子に対しては１０２％まで大きくすることができる。ただし、理想の格子ではレベルの段数を多くすればするほど、回折効率が大きくなるけれども、リボンの間にはギャップがあるので、３段レベルおよび４段レベル格子の性能は２段レベル格子の性能に比べて劣化することに注意のこと。更に、段数を追加することは、隔て台６１を製造するのに必要な処理工程の数を増やすことになる。図１１は、１次ビームの理論的回折効率を、スカラー回折理論の精度内で、ギャップ幅ＬGに対するリボン幅ＬRとの％比の関数としてプロットした曲線である。実際では、最適化された格子デバイスでは、比ＬG／ＬRは１０〜３０％の間にあるので、対応する３段および４段レベルの格子は、回折効率の顕著な改良を提供することになる。従って、単位間隔当たりのリボンの理想の数，Ｎは、リボン間のギャップの最小可能サイズと、許されるピクセル幅によるが、恐らく３か４であろう。
【００３２】
本発明の記載は、好ましい態様を参照して行われたものである。しかし、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに多くの変形や部分的改変を行うことができるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バイナリー反射格子からの回折図である。
【図２】  ブレーズ反射格子からの回折図である。
【図３】  ブレーズ反射格子を近似するマルチレベル回折格子図である。
【図４】  本発明のマルチレベルメカニカル格子デバイスの斜視図で、一部切断面を示す図である。
【図５】  本発明のマルチレベルメカニカル格子デバイスの上面図である。
【図６】  図５に示される面Ａ−Ａで切断した断面図で、本発明の層状構造を示す図である。
【図７】  ３段レベルのメカニカル格子デバイスの図５に示される面Ｂ−Ｂで切断した断面図で、変形可能のリボンには力が掛かっていない場合を示す図である。
【図８】  ３段レベルのメカニカル格子デバイスの図５に示される面Ｂ−Ｂで切断した断面図で、変形可能のリボンには力が掛かっている場合を示す図である。
【図９】  ４段レベルのメカニカル格子デバイスの図５に示される面Ｂ−Ｂで切断した断面図で、変形可能のリボンには力が掛かっていない場合を示す図である。
【図１０】  ４段レベルのメカニカル格子デバイスの図５に示される面Ｂ−Ｂで切断した断面図で、変形可能のリボンには力が掛かっている場合を示す図である。
【図１１】  ２、３、４、５段レベルの光格子バルブの回折効率に対する間隙幅の効果を示す図である。
【符号の説明】
１０  反射格子、１１  角度θ0、１２  光ビーム、１３  間隔Λ、１４  溝幅、１５  角度θm、１６  回折されたビーム、２０  ブレーズ格子、２２  入射ビーム、２４  格子表面、２６ａ〜２６ｆ  回折されたビーム、３０  格子プロフィール、３２  連続ブレーズ格子プロフィール、３４  幅Ｌ2、３８  分離高さｈ2、５０  ベース、５０ａ  ベースの上表面、５２  基板、５３  基板の表面、５３ａ  表面、５３ｂ  頂面レベル、５４ａ  隔て台の上面、５４ｂ  第二中間頂面レベル、５５ａ  表面、５５ｂ  第一中間頂面レベル、５６  底部導電層、５８  保護層、６０  隔て層、６１  隔て台、６４ａ  第一底面レベル、６４ｂ  第一頂面レベル、６５  スペーサ層、６６  犠牲層、６７  チャンネル、６７ａ  チャンネルの第一側壁、６７ｂ  チャンネルの第二側壁、６７ｃ  チャンネルの底部、７０  リボン層、７０ａ  コプラナーリボン素子の底面、７０ｂ  コプラナーリボン素子の頂面、７２ａ  変形可能リボン素子の第一セット、７２ｂ  変形可能リボン素子の第二セット、７２L3ａ1 ３段グループ各々の第一要素、７２L3ｂ2   ３段グループ各々の第二要素、７２L3ａ3 ３段グループ各々の第三要素、７２L4ａ1 ４段グループ各々の第一要素、７２L4ａ2 ４段グループ各々の第二要素、７２L4ａ3 ４段グループ各々の第三要素、７２L4ｂ1 ４段グループ各々の第四要素、７４  開口部、７５  インターコネクト、７６  厚い導電体、７８ａ  第一導電領域、７８ｂ  第二導電領域、９２ｂ  回折されたビーム、１００  マルチレベルメカニカル格子デバイス、Ｌ  長手方向、Ｎ  離散した段々ステップの数、ｄ  格子深さ、ｍ  次数、ｎ  レベルの数、ηm 回折効率、Ａ−Ａ  図切断面、Ｂ−Ｂ  図切断面、Ｌ−Ｌ  格子デバイスの長手方向、Ｏ−Ｏ  直交軸。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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