(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学効率とコントラストとが改良された電気機械コンフォーマル格子デバイスのリニアアレイであって、
各電気機械コンフォーマル格子デバイスは、
ａ）光反射面を含む長手リボン要素と、
ｂ）基板上の両端で前記長手リボン要素を支持する一対の端部サポートと、
ｃ）幅ｂを有する少なくとも一個の中間サポートであって、幅ｂの間に少なくとも２個の間隔を置いて配置されたサブサポートがある中間サポートと、
ｄ）前記長手リボン要素に力を加えて非作動状態と作動状態の間で前記リボン要素を変形させる手段とを備え、前記作動状態では長手リボン要素が中間サポートに機械的に形状順応して変形し、前記サブサポートの間に懸架されたままの状態を保ち、光学格子構造が形成され、
各電気機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素が互いから機械的及び電気的に切り離されて間隔を置いて配列されていることで、各電気機械コンフォーマル格子デバイスが独立に作動可能であることを特徴とする電気機械コンフォーマル格子デバイスのリニアアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の入射ビームを回折によって空間的、一時的に変調するマイクロメカニカル装置に関する。特に本発明は、光学効率とコントラストとを改良するように設計された支持構造を有する電気機械コンフォーマル（形状順応;conformal）格子デバイスを開示する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
多岐にわたる設計で製作された電気機械空間光変調器は、ディスプレイ、光プロセッシング、印刷、光学的データ記憶、分光学などの用途に用いられている。これらの変調器では、個々にアドレス可能なデバイスを備えるアレイを用いて入射光ビームの位相および／または振幅の空間変動が得られる。
【０００３】
電気機械空間光変調器の種類の一つとして、反射エレメントを周期的なシーケンスで備え、それによって電気機械位相格子構造を形成させるデバイスがある。このようなデバイスでは、入射光ビームが選択的に反射または回折され、数多くの離散した次数の回折光が得られる。用途によるが、これら回折光から一つの次数または複数の次数のものを光学系で集めて使用することができる。電気機械位相格子構造は金属化エラストマゲルで形成することができる。例えば、グレン（Glenn）の１９８６年１２月２日付け米国特許第４，６２６，９２０号やゴールドバート（Goldburt）らの１９８９年８月１５日付け米国特許第４，８５７，９７８号を参照のこと。エラストマの下に設置した電極をパターン化し、電圧を印加すると、エラストマが変形し、近似的に正弦波的な位相格子構造が得られる。これらのタイプのデバイスはカラー投射ディスプレイに成功して用いられている。
【０００４】
極めて迅速な応答時間を有する電気機械位相格子構造が懸架式マイクロメカニカルリボン要素を用いて製造できることは、ブルーム（Bloom）らの１９９４年５月１０日付け米国特許第５，３１１，３６０号に記載の通りである。このデバイスは、格子構造光バルブ（grating light valve; GLV）としても知られるが、ＣＭＯＳプロセスと同様のプロセスを用いてシリコン基板上に製造できる。このデバイスの改良についてはブルーム（Bloom）らが後に述べており、大要は、１）パターン化した高台領域をリボンの下に設置し、接触面を最小限に抑え、リボンと基板の付着をなくすこと、２）リボン間の間隔が減少した別のデバイス設計を行い、優れたコントラスト性能を得るように別のリボンを作動させることであるが、１９９５年１０月１７日付け米国特許第５，４５９，６１０号を参照のこと。ブルーム（Bloom）らはこのデバイスを製造する方法も示しているので、１９９７年１０月１４日付け米国特許第５，６７７，７８３号を参照のこと。このタイプのリニアＧＬＶアレイでは、回折方向はアレイ方向に垂直でないので、回折次数の分離に必要な光学系の複雑性が増す。その上、アレイのアクティブ領域が比較的狭いので、アレイ全長に対する線照光は、普通数ｃｍの長さに対して１０〜３０μｍと正確な心合わせが必要である。したがって、この線照光はリニアアレイ全体に対して非常に真っ直ぐでなければならない。
【０００５】
したがって、アクティブ領域が広く、回折方向がアレイ方向に垂直なリニアアレイ型格子デバイスに対するニーズが存在する。更に、このデバイスは光を離散した次数に効率的に回折できるとともに、コントラストが高く、応答が高速なものである。その上、このデバイスの製造法はＣＭＯＳプロセスと互換性があるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記ニーズは、本発明による以下の格子デバイスのリニアアレイを提供することによって満たされる。このデバイスのリニアアレイは、光学効率とコントラストとが改良された電気機械コンフォーマル格子デバイスのリニアアレイであって、各電気機械コンフォーマル格子デバイスは、光反射面を含む長手リボン要素と、基板上の両端で前記長手リボン要素を支持する一対の端部サポートと、幅ｂを有する少なくとも一個の中間サポートであって、幅ｂの間に少なくとも２個の間隔を置いて配置されたサブサポートがある中間サポートと、前記長手リボン要素に力を加えて非作動状態と作動状態の間で前記リボン要素を変形させる手段とを備え、前記作動状態では長手リボン要素が中間サポートに機械的に形状順応して変形し、前記サブサポートの間に懸架されたままの状態を保ち、光学格子構造が形成され、各電気機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素が互いから機械的及び電気的に切り離されて間隔を置いて配列されていることで、各電気機械コンフォーマル格子デバイスが独立に作動可能であるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ＧＬＶの格子構造は、リボン要素をパターン形成することによって規定される。これと全く異なる種類の電気機械格子デバイスを、長手リボン要素の下に配置されたサポートに格子構造を規定することによって得ることができる。これらのコンフォーマル格子デバイスは、隠れた格子構造という原理に基づいて機能する。非作動状態では、格子構造は全く隠れておって外からは見えず、デバイスは単にミラーとして機能する。作動状態では、長手リボン要素が変形し、サポートが有している格子構造を現出する。すなわち、サポートの格子構造形状に部分的に順応した、つまりコンフォーマルした回折格子が創り出される。したがって、コンフォーマル格子デバイスは金属化エラストマゲル格子デバイスと機能上は同じであるが、ＧＬＶが有する高速性能を備える。更に製造はＣＭＯＳプロセスと同じようにして行える。コンフォーマル格子デバイスによっては、光学効率とコントラストが最大達成可能値に至らないものもある。長手リボン要素の下のサポート構造が最適でない可能性があるからである。したがって、より優れたサポート構造に対するニーズが存在する。
【０００８】
図１は、２個並列のコンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂの構造を非作動状態で示す。この実施の形態では、デバイスの作動は静電力をかけることによって行うことができる。格子デバイス５ａ，５ｂは、ガラス、金属、プラスチック、または半導体材料で製造された基板１０の頂部に形成される。基板１０は、デバイスを作動化させる電極として作用する導電性底層１２で被覆されている。導電性底層１２は、アルミニウム、チタン、金、銀、タングステン、ドープされたシリコンまたはインジウム錫酸化物のような材料で製造することができる。導電性底層１２は、誘電保護層１４で被覆され、更にその上にはスペーサ層１８がある。スペーサ層１８の頂部には、リボン層２０が形成され、リボン層２０は反射層２２で被覆されている。本実施の形態では、反射層２２も導電体であって、コンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂの作動化に必要な電極となる。反射／導電体層２２はパターン形成が行われ、２個のコンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂに対する電極となる。リボン層２０は、大きな復元力を得るに十分な引っ張り応力を有する材料を含むのが好ましい。リボン材料の例としては、窒化シリコン、アルミ化チタン、酸化チタンが挙げられる。リボン層２０の厚さと引っ張り応力の選択は、作動化に必要な静電力と復元力とを変えて性能を最適化するように行われる。これら静電力と復元力は、コンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂの電圧所要値、速度、共振周波数に影響する。
【０００９】
二個のデバイス５ａ，５ｂは関連する長手リボン要素２３ａ，２３ｂをそれぞれ備え、反射／導電体層２２とリボン層２０からパターン形成が行われている。長手リボン要素２３ａ，２３ｂは、スペーサ層１８から形成された端部サポート２４ａ，２４ｂと、一個または複数個の中間サポート２７とで支持される。図１では、３個の中間サポート２７がスペーサ層１８から形成されているのが示されている。これらの中間サポート２７は均一間隔で配置され、４個の等幅チャネル２５を形成するようになっている。長手リボン要素２３ａ，２３ｂは、端部サポート２４ａ，２４ｂと、中間サポート２７とに固定される。端部サポート２４ａ，２４ｂは、チャネル２５に面する端部以外は規定されていない。複数の正方形スタンドオフ（柱状突起;standoff）２９がスタンドオフ層１６からパターン形成されてチャネル２５の底部に作られる。これらのスタンドオフ２９があると、作動化したときリボン要素が付着する可能性が低減される。スタンドオフ２９のパターン形成は、正方形以外の形状、例えば、長方形にも円形にでも行うことができる。
【００１０】
図２に示されるのは、コンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの４デバイスリニアアレイの上面図である。図示の長手リボン要素はライン２−２の下では図面部分から部分的に取り外し、その下に配置されている構造を示している。光学性能を最高にし、コントラストを最大にするには、中間サポート２７は、長手リボン要素２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの下に完全に隠れているものとなる。したがって、上面から見ても、コンフォーマル格子デバイス５ａ〜５ｄの間のギャップ２８に中間サポート２７を見ることはない。この図ではコンフォーマル格子デバイス各々は３個の中間サポート２７と、４室の等幅チャネル２５とを備える。中間サポート２７の数が少なく、ただ１個だけというコンフォーマル格子デバイスもある。中間サポート２７の中心間距離Λ、あるいはこれと等価であるが、コンフォーマル格子デバイスのチャネル２５の中心間距離Λによって、作動化された状態のコンフォーマル格子デバイスの周期Λが規定される。後で詳細に説明されるように、中間サポート２７の幅ｂは回折効率に重要な影響を与える。長手リボン要素２３ａ〜２３ｄは機械的にも電気的にも互いから切り離されて独立しているので、４個のコンフォーマル格子デバイス５ａ〜５ｄを独立に作動させることが可能である。図１の導電性底層１２は装置全体で共通にすることができる。
【００１１】
図３（ａ）は、非作動状態のコンフォーマル格子デバイス５ａの２チャネルを、図２のライン３−３で切断した側面図である。図３（ｂ）は、作動状態の同様の図を示す。デバイスを作動するに当たって、導電性底層１２と長手リボン要素２３ａの導電性層２２との間に電位差を印加することによって静電引力が発生する。非作動状態では（図３（ａ）を参照のこと）電位差がないので、リボン要素２３ａはサポートの間に懸架されてフラットになっている。この状態では、入射光ビーム３０は主としてミラー方向３２に反射される。作動化状態を得るには、コンフォーマル格子デバイス５ｂに電圧を印加する。すると、長手リボン要素２３ｂが変形され、周期Λを有する部分的コンフォーマルの格子構造を生成する。図３（ｂ）は、長手リボン要素２３ａがスタンドオフ２９と接触している状態の、完全作動状態になったデバイスを示す。リボン要素２３ａの底部とスタンドオフ２９の頂部との間の高さ差の選択は、入射光の波長λの大略１／４となるように行われる。最適高さは、作動化されるデバイス特有の形状に依存する。作動状態では、入射光ビーム３０は主として＋１次回折光３５ａと−１次回折光３５ｂとに回折され、他の光は＋２次回折光３６ａと−２次回折光３６ｂとに回折される。少量の光は、より高次の回折光に回折され、反射される光もある。デバイスの表面に垂直な入射光に対しては、入射ビームとｍ次回折ビームとの間の角度θmは、
【数１】
sinθm = mλ／Λ
で与えられる。式中、ｍは整数である。用途によるが、これら回折光から一つの次数または複数の次数のものを光学系で集めて使用することができる。印加電圧を解除すると、引っ張り応力と曲げによる力が働いてリボン要素２３ａは元の非作動状態に復帰する。
【００１２】
図４（ａ）と４（ｂ）とは、それぞれ非作動状態と作動状態とにおけるコンフォーマル格子デバイス５ｂについて図２のライン４−４で切断した回転側面図である。長手リボン要素２３ａは端部サポート２４ｂと隣接中間サポート２７（この斜視図では図示せず）とで支持されている。電圧を印加すると、デバイスは図４（ｂ）に示されるように作動化される。
【００１３】
好ましい実施の形態では、コンフォーマル格子デバイスのリニアアレイは、図１〜３に図示のデバイスを、アレイ方向（ｘ方向）に垂直な格子周期Λの方向（ｙ方向）に配列することによって形成される。回折光の次数成分はｙ−ｚ面で多岐にわたる角度となり、アレイ方向には垂直となる。恐らく数千個のデバイスから成る大型のリニアアレイに狭い線光を照光した場合でも、数次の回折光は比較的短距離の間に空間分離される。この機能により、光学系の設計が簡易化され、実現可能の設計が可能となり、回折光の次数成分の分離は空間的に行うことができ、シュリーレン(Schlieren）光学の必要はなくなる。
【００１４】
従来のＧＬＶデバイスから製造されるリニアアレイでは、格子周期はアレイ方向に平行であるから、回折光の次数成分を空間分離するには非常に長距離が必要になってくる。比較例として、長さ４ｃｍ（２０μｍ幅のデバイスが２０００個）のコンフォーマル格子デバイスに１００μｍ幅の線光で照光することを考える。回折光の次数成分が角度にして１°だけ分離されるように選んだ周期を有するデバイスでは、回折光の次数成分は約６ｍｍ内に空間分離されることになる。従来のＧＬＶデバイスの同様な４ｃｍリニアアレイであって、回折光次数間の角分離が４°である場合、シュリーレン光学系を用いないと、空間分離には少なくとも６０ｃｍを要することになる。
【００１５】
更に、コンフォーマル格子デバイスアレイの格子周期Λはアレイ方向に垂直であるので、アレイは何周期も幅を増やして製造でき、可能な周期数には実質的な制約は存在しない。周期数を増やせば、光学的配列に対する寛容度が改善され、局所的なデバイス不良の場合でもある程度の冗長度が組み込まれている状態になる。コンフォーマル格子デバイスの一部が機能しなくなったら、光ビーム位置を変えて再び光ビームを作動している部分へ向ければよい。
【００１６】
コンフォーマル格子デバイスの電気機械的並びに光学的動作を、より詳細に理解するため、実際的な設計の予測性能を調べてみることは役立つことと思われる。実際的設計の材料とパラメータは以下の通りである。
基板１０の材質：シリコン
導電性底層１２：ドープされたシリコン
保護層１４：二酸化シリコン、厚さ＝５０ｎｍ
スペーサ層１８：二酸化シリコン、厚さ＝１５０ｎｍ
リボン層２０：窒化シリコン、厚さ＝１００ｎｍ、引っ張り応力＝６００ＭＰａ
反射／導電層２２：アルミニウム、厚さ＝５０ｎｍ
格子周期Λ：２０μｍ
長手リボン要素２３ａの懸架長さ＝１６μｍ
長手リボン要素２３ａの幅ｗ＝３０μｍ
中間サポート２７の幅ｂ＝４μｍ
【００１７】
このタイプの設計を行うと、ＣＭＯＳ法で製造が可能となり、ＣＭＯＳ回路を用いて集積化できる。この具体的な設計ではリボン要素の共振周波数は約１１ＭＨｚである。最も実際的な設計では共振周波数は２ＭＨｚ〜１５ＭＨｚである。この設計では共振周波数が高いので、デバイスのスイッチ時間は極めて小さくできる。
【００１８】
図５と図６に示すのは、この特定のデバイスが行うモデル的な電気機械動作である。図５は、チャネル中央における長手リボン要素の位置を印加電圧の関数として示すプロットであり、ヒステリシスが関連していることが示されている。第１の作動状態で、電圧を０Ｖから増加していくと、中央の変位が大略２次関数的に増大し、長手リボン要素を変形させ、第２の作動状態におけるプルダウン電圧の２０．１Ｖに到達する。この電圧では、静電力が引っ張り復元力に打克ち、長手リボン要素は基板にピッタリと押し付けられる。印加電圧を更に増加すると、変形されたリボンの形状は変わるが、中心位置は変わらない。基板と接触したリボンについては、接触を保ったままでプルダウン値以下に電圧を下げることができるが、それも１０．８Ｖでリリースされるまでである。このヒステリシスはデバイスの光学性能を改良するために利用することができる。ある種の用途では、これをスイッチとして用いることも可能である。
【００１９】
図６に示すのは、第２の作動状態、すなわち、２２．１Ｖを印加した作動状態の長手リボン要素のプロファイルである。高台部４２の長さは、中間サポートの幅ｂ＝４μｍに略等しい。基板に接触している低地部４４の長さは約８．２μｍに等しい。しかし、図７に示されるように、最大到達可能回折効率を得るためには、高台部４２の長さを増加して格子構造のデューティサイクル(duty  cycle)を改良する必要がある。
【００２０】
図７は、コンフォーマル格子デバイスの回折効率を中間サポートの幅ｂを変えてその関数として示すプロットである。周期Λ＝２０μｍは一定に保っている。仮定しているのは、印加電圧がプルダウン電圧の１１０％、照射光波長が５５０ｎｍ、反射率が１００％、それから長手リボン要素間のギャップが無視できるということである。効率カーブは以下の４ケースについて示される。１）−１次と＋１次回折ビームを集める光学系；２）−２次、−１次、＋１次及び＋２次回折ビームを集める光学系；３）−３次、−２次、−１次、＋１次、＋２次及び＋３次回折ビームを集める光学系；４）０次ビームを除いて全ての次数の回折ビームを集める光学系である。図７から明らかであるが、ｂ＝４μｍである図６の例では最大到達可能回折効率が得られていない。一般に、良好な回折効率を得るには、中間サポートの選択はΛ／４≦ｂ≦Λ／２となるように行われなければならない。周期Λ＝２０μｍを有する長手リボン要素では、良好な効率は５μｍ≦ｂ≦１０μｍで得られる。最大回折効率をもたらすｂの具体的な値は、具体的なリボン材質、リボンの幾何学的形状、光学系で集められる回折光の種類に左右される。リボン材質は大きな影響を与える可能性がある。リボン材質は、高台部４２の幅が中間サポートの幅ｂを超えて延びる程度に影響するからである。一般に、最大回折効率はｂ≒Λ／３付近で得られる。
【００２１】
図８に示すのは、高台部４２と低地部４４とをそれぞれ交互に有する作動状態での長手リボン要素のプロファイルで、Λ＝２０μｍ、ｂ＝７μｍであり、コンフォーマル格子デバイスの改良された回折効率が得られる。低地部４４の長さは高台部４２の長さに実質的に等しい。
【００２２】
別の実施の形態が図９に示される。これは図２と同様な４デバイスリニアアレイの上面図を示す。コンフォーマル格子デバイス５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ各々は、今度は関連した対の長手リボンデバイス（５１ａ，５２ａ），（５１ｂ，５２ｂ），（５１ｃ，５２ｃ），（５１ｄ、５２ｄ）をそれぞれ備える。各デバイスをこのように分割すると、光学性能に格段に大きな影響を与えずに、より広い幅のデバイスの製造が可能となる。好ましい製造法は、チャネルから犠牲層をエッチングし、リボン要素をリリースさせることである。リボン要素間のギャップ５５があると、エッチング液がこの犠牲層にアクセスできるようになる。したがって、ギャップ５５の数を増やせば、エッチングプロセスを改良できる。実際には、コンフォーマル格子デバイスを２分割より更に分割する必要があるかも知れない。図示の長手リボン要素はライン２−２の下では図面部分から部分的に取り外され、その下に配置されている構造を示している。光学性能を最高にし、コントラストを最大にするには、中間サポート２７は、長手リボン要素５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃ，５１ｄ，５２ｄの下に完全に隠れるものとする。したがって、上面から見ても、中間サポート２７がギャップ５５に飛び出して見えることはない。単一のコンフォーマル格子デバイス内のリボン要素は機械的には離れて独立しているが、電気的には連結している。したがって、これらリボン要素は電圧が印加されると一斉に作動する。
【００２３】
図１０は、非作動状態のコンフォーマル格子デバイス５ａの２チャネルを、図９のライン１０−１０で切断した側面図である。この特定の例では、デバイスが完全な状態に製造されず、中間サポート２７の近くに高さεの小さな突起状段差が生じている。すると、長手リボン要素５２ａは非作動状態では周期Λの弱い格子構造を有することになるので、少量の入射光は、−２次、−１次、＋１次及び＋２次の次数に回折されることになる。この結果は、デバイスのコントラストの減少である。同じ製造誤差は図１と２のコンフォーマル格子デバイスにも存在する恐れがある。この弱い格子構造がコントラストに与える影響を最小限に抑える方法の一つは、中間サポートの幅ｂを出来るだけ小さくすることである。しかし、前に説明したように、ｂを小さくすると、デバイスの回折効率が低下する。回折効率を高く維持する別のソリューションについては、以下に記載する。
【００２４】
図１１（ａ）〜１１（ｃ）に示すのは、図１０の中間サポート２７と同じｂ値を有する設計３例である。したがって、これらの設計各々は作動状態で同じ回折効率を与えることになる。図１１（ａ）に示すのは、図１０の中間サポート２７である。図１１（ｂ）に示すのは、中間サポート２７が対応する一対のサブサポート２７ａ，２７ｂに２分割されている別の実施の形態である。このようにサポートを分割するとデバイスのコントラストが改良されるのは、非作動状態で形成された弱い格子構造の回折効率を減少させることによって行われる。これら対応する一対のサブサポート２７ａ，２７ｂの各々は、幅は１μｍ未満とすることができる。図１１（ｃ）に示すのは、中間サポート２７が更にもっと多くのサブサポートに細かく分割されている更に別の実施の形態である。これらのサブサポートは、中間サポートの外壁部から形成することも可能である。これらのタイプのサポート細分割法を用いると、コントラストが高く、同時に効率も高いデバイスを製造することが可能である。Λ＝２０μｍ、ｂ＝７μｍである図８の高効率の例については、中間サポート２７各々を、幅が１μｍであって間隔が５μｍの対応するサブサポート２７ａ，２７ｂとすることができる。これらサブサポートの形状は正方形や長方形以外でも差し支えない。
【００２５】
更に、サブサポート設計法は、作動状態で長手リボン要素を屈曲させるのに用いられる電圧にも影響がある。具体的にいえば、長手リボン要素がサブサポート間に懸架された状態のままにするのに必要な電圧は十分に低いものである。その結果として、優れたサブサポート設計を行えば、個々のペアのサブサポート間ではリボン要素の屈曲は殆どないが、中間サポートの間では屈曲が完全に行われるのである。Λ＝２０μｍ、ｂ＝７μｍであって、２個の幅１μｍサブサポートを間隔５μｍで並んで配置した上記の高効率実施例では、広い範囲の電圧に対して作動状態でサブサポート間ではリボン要素の屈曲が殆どないという要求が満たされる。電圧に対する自由度を上げるためには、１μｍ幅のサブサポート３個を２μｍ間隔で離して配置した中間サポートを用いることができる。
【００２６】
図１２に示すのは、図１１（ｂ）に示されるように２個のサブサポート２７ａ，２７ｂに２分割された中間サポート２７を備えているコンフォーマル格子デバイス５ａの２チャネル２５の非作動状態での側面図である。このデバイスは図１０のデバイスよりもコントラストが高くなる。長手リボン要素５２ａで同じ高さになっている部分のパーセンテージが大きいからである。実際上は、相対的な改良の程度は図１２に示されるより大きいとも言える。長手リボン要素５２ａの引っ張り力のためにある程度平坦化させる効果が生じて、全高εを低下させるからである。作動状態では（図１２には図示せず）長手リボン要素５２ａは、単一の中間サポート２７に対応するサブサポート２７ａ，２７ｂとの間では殆ど平坦な形状を保ち、同時に２個の隣接する中間サポート２７の間ではしっかりとスタンドオフ２９と接触状態を保つということをここで注記したい。
【００２７】
機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートの幅がｂであり、ｂの選択はΛ／４≦ｂ≦Λ／２となるように行われる。
【００２８】
光学効率とコントラストとが改良された電気機械コンフォーマル格子デバイスは、ａ）光反射面を含む長手リボン要素と、ｂ）基板上の両端で前記長手リボン要素を支持する一対の端部サポートと、ｃ）幅ｂを有する少なくとも一個の中間サポートであって、幅ｂの間に前記少なくとも一個の中間サポートのサブサポートがある中間サポートと、ｄ）前記長手リボン要素に力を加えて第一作動状態と第二作動状態の間で前記リボン要素を変形させる手段とを備え、前記第二作動状態では長手リボン要素が中間サポートの形状に機械的に順応した変形を行い、前記サブサポートの間に懸架されたままの状態を保ち、光学格子構造が形成される。
【００２９】
前記機械コンフォーマル格子デバイスは、ｂ内に少なくとも２個の間隔を置いて配置されたサブサポートを備える。
【００３０】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートの幅ｂの選択は、Λ／４≦ｂ≦Λ／２となるように行われる。
【００３１】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートの幅ｂの選択は、ｂ≒Λ／３となるように行われる。
【００３２】
第一作動状態では、機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素が平面反射板として機能し、第二作動状態では、前記長手リボン要素が、長手リボン要素の長手方向に平行な周期を有する回折格子として機能する。
【００３３】
機械コンフォーマル格子デバイスのサブサポートが長手リボン要素に接触するのは、前記第二作動状態の時だけである。
【００３４】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、張力によって支持される。
【００３５】
前記機械コンフォーマル格子デバイスは、基板上に配置されたスタンドオフを長手リボン要素の下に備え、長手リボン要素が変形されたとき長手リボン要素が基板に付着するのをこのスタンドオフによって防止する。
【００３６】
前記機械コンフォーマル格子デバイスは、前記長手リボン要素に力を加えて第一作動状態と第二作動状態の間で前記リボン要素を変形させる手段を備え、前記第二作動状態においては長手リボン要素が中間サポートに機械的に形状順応して変形し、前記サブサポートの間に懸架されたままの状態を保ち、格子構造が形成される。前記力は静電力である。
【００３７】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は第一導電体を備え、長手リボン要素の下に配置される基板は、静電力を発生させる電圧を印加する第二導電体を備える。
【００３８】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、複数の離れた部分を平行配置で備える。
【００３９】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、サブサポートと端部サポートとに固定されている。
【００４０】
前記機械コンフォーマル格子デバイスが第一作動状態にある時、長手リボン要素はフラットに懸架されており、第二作動状態にある時は、長手リボン要素は、少なくとも２周期からなる円滑に変化するプロファイルとなっている。
【００４１】
光学効率とコントラストとが改良された電気機械コンフォーマル格子デバイスが、ａ）光反射面を含む長手リボン要素と、ｂ）基板上の両端で前記長手リボン要素を支持する一対の端部サポートと、ｃ）少なくとも一個の幅ｂを有する中間サポートであって、幅ｂの選択がΛ／４≦ｂ≦Λ／２となるように行われる中間サポートと、ｄ）前記長手リボン要素に力を加えて第一作動状態と第二作動状態の間で前記リボン要素を変形させる手段とを備え、その際に前記長手リボン要素が中間サポートに機械的に形状順応した変形を行う。
【００４２】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートの幅ｂの選択は、ｂ≒Λ／３となるように行われる。
【００４３】
前記機械コンフォーマル格子デバイスが第一作動状態にあるときは、長手リボン要素が平面の反射板として機能し、第二作動状態にあるときは、前記長手リボン要素が、長手リボン要素の長手方向に平行な周期を有する回折格子として機能する。
【００４４】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートが長手リボン要素に接触するのは、前記第二作動状態の時だけである。
【００４５】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、張力によって支持される。
【００４６】
前記機械コンフォーマル格子デバイスは、基板上に配置されたスタンドオフを長手リボン要素の下に更に備え、長手リボン要素が変形されたとき長手リボン要素が基板に付着するのをこのスタンドオフによって防止する。
【００４７】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素に加えられる力は静電力である。
【００４８】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は第一導電体を備え、長手リボン要素の下に配置される基板は、静電力を発生させる電圧を印加する第二導電体を備える。
【００４９】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、複数の離れた部分を平行配置で備える。
【００５０】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの長手リボン要素は、中間サポートと端部サポートとに固定されている。
【００５１】
前記機械コンフォーマル格子デバイスが第一作動状態にある時、長手リボン要素はフラットに懸架されており、第二作動状態にある時は、長手リボン要素は、少なくとも２周期からなる円滑に変化するプロファイルとなっている。
【００５２】
前記機械コンフォーマル格子デバイスの中間サポートの幅ｂの選択は、ｂ≒Λ／３となるように行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電気機械コンフォーマル格子デバイスを備える空間光変調器の斜視図であり、一部は切断図であり、リニアアレイの中のデバイスを２個示している図である。
【図２】  電気機械コンフォーマル格子デバイスを備える空間光変調器の上面図であり、個々に作動可能なデバイスを４個示している図である。
【図３】  図２のライン３−３で切断した断面図であり、それぞれ非作動状態と作動状態における電気機械コンフォーマル格子デバイスの作動を示している図である。
【図４】  図２のライン４−４で切断した断面図であり、各々非作動状態と作動状態におけるコンフォーマル格子デバイスを示している図である。
【図５】  リボン要素の位置を印加電圧の関数として示すプロットである。
【図６】  作動状態におけるリボン要素プロファイルを示すプロットである。
【図７】  コンフォーマル格子デバイスの回折効率をサポート幅の関数として様々な回折次数の組合せに対して示すプロットである。
【図８】  作動状態におけるリボン要素プロファイルを、回折効率が改良された装置に対して示すプロットである。
【図９】  空間光変調器の別の実施の形態の上面図である。
【図１０】  図９のライン１０−１０で切断した断面図であり、突起のある中間サポートの結果、コントラストが低下したコンフォーマル格子デバイスの断面図である。
【図１１】  異なる中間サポートの幾何学的形状を示す上面図である。
【図１２】  中間サポートが２個のサブサポートに細分割されたコンフォーマル格子デバイスの側面図である。
【符号の説明】
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  コンフォーマル格子デバイス、１０  基板、１２  導電性底層、１４  保護層、１６  スタンドオフ層、１８  スペーサ層、２０  リボン層、２２  反射／導電層、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ  長手リボン要素、２４ａ，２４ｂ  端部サポート、２５  チャネル、２７  中間サポート、２７ａ，２７ｂ  サブサポート、２９  スタンドオフ、３０  入射光ビーム、３２  反射光ビーム、３５ａ  ＋１次ビーム、３５ｂ  −１次ビーム、３６ａ  ＋２次ビーム、３６ｂ  −２次ビーム、４２  高台部、４４  低地部、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ  長手リボン要素、５５  ギャップ 。
【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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【図１２】
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