JPH05346546A - 光ビーム操縦装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反射薄膜を電気的に変形することにより、レン
ズ或いはミラーの移行或いは回転の運動を不要とする。 【構成】 変形可能な薄膜型の空間光変調器（１０）
は、修正され、ビーム操縦応用のためにレンズ（１６）
と共に使用される。反射薄膜（１１）は、エネルギーで
満たされる電極に依存して、湾曲の異なる中心をもつよ
うに、一或いはそれ以上の多数の下側にある電極（１
４）により変形される。入ってくるビームは、薄膜上に
入射してそれから反射される。レンズ（１６）は、ビー
ムが、入ってくるビームとの関連にて所望の方向に反射
されるように、薄膜から反射される光を平行にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連特許出願】次の特許出願、即ち米国特許出願番号
Ｎｏ． 、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−１５７２０の
「光集積導波路装置及び方法」の特許出願は、本願に関
運し、ここに参照のために取り込まれる。

【０００２】

【発明の技術分野】本発明は、光学に係り、より詳しく
は、変形可能な薄膜の湾曲中心を電気的に移動させるこ
とにより入射ビームの反射角を変化させて、光のビーム
を操縦する光ビーム操縦装置及びその製造方法に関す
る。

【０００３】

【発明の背景】光学的なビーム操縦は、光のビームを所
定の方向に再び向けることを必然的に伴う。より複雑な
ビーム操縦応用は、そのビームを連続的な一次元或いは
二次元の光路に再び向けること、即ち走査或いは追跡を
必然的に伴う。そのような応用は、光学的処理、レーザ
プリンタに対してのようなレーザ走査、及び光学的メモ
リを含む。

【０００４】多くの現存のビーム操縦装置は、レンズ或
いはミラーを動かして透過される或いは反射されるビー
ムの方向を変化させるという或る原理に基づいて作動す
る。一つの現存のビーム操縦方法は、透過レンズの一つ
の層をレンズの他の層との関連にて移動させることを必
然的に伴う。この方法は、１９９０年１１月発行の光工
学、１３９２頁−１３９７頁に記載のダブリュー・ゴル
トソス（Ｗ．Ｇｏｌｔｓｏｓ）及びエム・ホルツ（Ｍ．
Ｈｏｌｚ）による「二元の光学的マイクロレンズアレイ
を使用する敏捷なビーム操縦」と題した技術において議
論されている。他の光学的なビーム操縦装置はそのビー
ムの向きをを回転ミラーでもって変える。そのような各
装置に伴う問題は、それらが、移行或いは回転の運動を
レンズ或いはミラーに与えるためにいくつかの機械的手
段を備えなければならないということである。これによ
り、それらの装置は、作動の速度において制限されそし
て機械的な失敗を受け易い。

【０００５】ビーム操縦に対し他にとるべき手がかり
は、空間光変調器（ＳＬＭ）の使用である。各空間光変
調器は、典型的には、個々のアドレス可能な光学素子の
一次元或いは二次元のアレイとして構成される。空間光
変調器の共通の応用は、表示系において存在し、そこに
おいては、これらの素子が、画像の画素を表しそして光
学系における光分布の振幅或いは位相のいずれかを修正
する。各空間光変調器は、電気光学的、磁気光学的、液
晶及び変形可能なミラー装置を含み、色々な型に分割さ
れ得る。色々な型の光変調器は、参照のためにここに取
り込まれた米国特許Ｎｏ．４，９５６，６１９の背景に
おいて議論されている。

【０００６】ビーム操縦に対しては、空間光変調器は入
力ビームを受け、そして各画素素子は機械的に微動され
てそのビームを向け直す。ビーム操縦に対し空間光変調
器を使用する利益は、大きな外部のレンズ或いはミラー
の移行或いは回転の運動が要求されないということであ
る。その方向性は、位相、位置成いは形状を変化させる
静止変調器からの光を反射することによって与えられ
る。もう一つの利益は、空間光変調器が、通信に使用さ
れる光ビームの寸法に適した寸法にて容易に製造される
ことである。集積回路のようなアドレッシング回路を含
む空間光変調器を製造するための進んだ技術が開発され
てきた。

【０００７】ビーム操縦に対し空間光変調器を使用する
ことに伴う問題は、反射素子の小さな寸法である。単一
の反射素子は、典型的には、操縦されるビームよりもよ
り小さい。そして、反射素子のアレイが使用されれば、
回折が問題となる。

【０００８】一つの必要性が、光のビームを操縦するた
めに空間光変調器の概念を使用するための改善された手
段に対して存在する。

【０００９】

【発明の概要】本発明の−局面によれば、光ビーム操縦
装置が提供される。その装置の主な素子は、薄膜、関連
の電極回路及びレンズである。その装置はこれらの素子
成いはアレイを有する単一の装置である。薄膜は反射表
面をもち、柔軟性を有し電気的導電材料から作られる。
電極回路は、薄膜が電極回路に向けて変形するように当
該薄膜の下側に間隔を付与して薄膜の下側に位置してい
る。電極回路の構成はビーム操縦装置の所望の方向性に
依存する。例えば、もし電極回路が細長い電極小片から
なるならば、一次元的な操縦が促進される。もし電極回
路が点電極の面アレイならば、二次元的な操縦が促進さ
れる。各スペーサは電極回路の上方の薄膜を支持するた
めに使用される。レンズは前記薄膜の上方にて間隔をお
いて置かれそして薄膜から反射される光のビームを平行
に維持するに適当な強度を有する。

【００１０】上に述べたことは、負のレンズから離れた
凹面の形状に変形する薄膜に対してである。もし透過電
極回路が薄膜とレンズとの間に配置されておれば、薄膜
は正のレンズに向けて凸面の形状に変形し得る。

【００１１】本発明の他の局面によれば、光のビームを
操縦するために変形可能な薄膜の使用及びビーム操縦装
置を製造する方法が含まれる。

【００１２】本発明の技術的な利益は、レンズ或いはミ
ラーの移行成いは回転の運動が要求されないことであ
る。その代わりに、反射薄膜が電気的に変形されて変化
ミラー表面を提供する。作動の速度は、ありふれた空間
光変調器のアドレッシング能力と同じくらいに速い。そ
の装置は、既知のシリコン処理及びエッチング技術を使
用して容易に製造される。−実施例においては、レンズ
がモノリシックな空間光変調器上に組み立てられる。他
の実施例においては、レンズが全体の装置のモノリシッ
クな構造の一部である。

【００１３】

【実施例】ビーム操縦のための空間光変調器の応用は、
そのような装置に対し名付けられた「変調」ではない
が、それにもかかわらず、用語「空間光変調器（ＳＬ
Ｍ）」の使用がここにおいても利用される。以下に述べ
るように、本発明がいくつかの空間光変調器の概念の再
使用を必然的に伴う。しかしながら、本発明は、作動上
の差のみならず、電極回路及び関連の光学のような多数
の異なる局面をもっている。

【００１４】ありふれた応用、特に画像発生からの出発
においては、変形可能な薄膜空間光変調器が、導波路応
用のために修正されてきた。特に、米国特許出願番号Ｎ
ｏ．、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−１５７２０の「光集
積導波路装置及び方法」では、薄膜の変形を制御して、
案内された光波において色々な効果を作り出すための装
置が述べられている。光は、薄膜から反射されるよりも
むしろ薄膜の下の導波路内に進行する。しかしながら、
出願番号Ｎｏ． 、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−
１５７２０において議論されている製造技術の多くは、
本発明に応用可能であって、その特許出願はここに参照
のために取り込まれる。

【００１５】図１は単一のビーム操縦装置１０の横断面
図である。図１は一つの操縦装置１０のみを示している
が、多数の装置１０がアレイを形成するために共に組み
付けられ得る。

【００１６】薄膜１１は、各スペーサ１３の間にて空隙
１２に亘り伸びている。何らかの柔軟性のある反射材料
が適当であるが、薄膜１１に対する適当な材料の例はア
ルミニウム合金である。薄膜１１は、典型的には、１／
４ミクロンから１／２ミクロンの厚さの範囲にある。薄
膜１１の面積との関連における薄膜１１の厚さは、その
機械的な変形特性を決定する。薄膜１１は、表面張力が
存在するように、各スペーサ１３の間に伸びている。も
しビーム操縦装置１０がアレイの一部であれば、各スペ
ーサ１３は、スペーサグリッドの一部であってもよい。

【００１７】薄膜１１は何らかの形状には限定されな
い。それは、スペーサ１３によって、いたるところ、或
いはもし円形であればその全円周の周りを支持される必
要はない。以下に述べるように、その寸法及び薄膜１１
のための支持手段は、その変形の形状に影響を与える要
因である。

【００１８】下に位置する電極回路は複数の電極１４か
らなる。以下に述べるように、薄膜１１の所望の変形形
状に依存して、電極１４は線或いは面のアレイ或いは他
のパターンであってもよい。より好ましい実施例におい
ては、絶縁層１８は、電極１４の上方に配置されて、作
動中、電極１４に対する薄膜１１の現実の接触を阻止す
る。

【００１９】電極１４は、基板１５の部分を処理するこ
とによって、或いは基板１５上に導電材料を沈積するこ
とによって形成され得る。電極１４から電源へのみなら
ずスイッチング及びデータ記憶手段への電気的接続は示
されてはいない。一般的には、そのような特徴は空間光
変調器の技術において知られている。

【００２０】レンズ１６は薄膜１１との関連にてアフォ
ーカル（ａｆｏｃａｌ）な光学系を形成する。入ってく
る光ビームはレンズ１６を通り薄膜１１の反射表面に透
過する。そのビームが薄膜１１により反射された後に、
レンズ１６は、再び、光ビームが平行のままであるよう
にこの光ビームを焦点から離す。レンズ１６は、この平
行にする機能を満足する限り、屈折性或いは回折性のい
ずれであってもよい。図１は単一の光線のみを示す。そ
して、複数の光線からなるビームを焦点から離して平行
にすることは示されていない。

【００２１】実際には、レンズ１６の負の強度は、変形
された薄膜１１の正の強度を相殺する。図７との関連に
て以下に述べるように、本発明の他のいくつかの実施例
は、負の強度をもつように薄膜１１の他の側を使用し、
その場合には正のレンズが使用される。

【００２２】薄膜１１とレンズ１６との間の間隔はそれ
らの表面領域との関連にからみると近い。薄膜１１は変
形すると、この薄膜１１及びレンズ１６は近似的に同じ
焦点巨離をもつ。

【００２３】ビーム操縦装置１０の設計及び作動の前提
は、電極１４が所定の方法にて配置されそしてアドレス
されて入射光ビームの所望の反射を生じさせ得ることで
ある。変形された薄膜１１からの光がレンズ１６を透過
するとき、その結果として生ずるものは所望の方向にお
ける反射ビームである。従って、何らかの方向に入射ビ
ームを向ける装置を提供することが可能である。入射光
は、薄膜１１が現実にいかに変形されるかに依存して、
異なる角度にて反射され得る。

【００２４】作動において、一或いはそれ以上の電極１
４がエネルギーで満たされると、薄膜１１が空隙１２内
に引かれる。より詳しくは、電位差が薄膜１１と一或い
はそれ以上の電極１４との間に印加されると、その結果
として生ずるものは、それらの間の静電的な引力であ
る。スペーサ１３により支持される薄膜１１は、エネル
ギーで満たされた電極に引き付けられ、そしてそれらに
向けて変形される。空隙１２は、薄膜１１の変形のため
に、容積においてより小さくなる。空隙１２内の空気は
各空気孔１７を介して排出され、これら各空気孔１７
は、その目的のために薄膜１１内に置かれ、或いは下に
位置するスペーサ層の部分をエッチングするための製造
工程中に作られる。

【００２５】薄膜１１の構成及び支持、各電極１４の構
成、エネルギーで満たされる電極１４の数、及び各電極
１４に印加される電圧レベルは、薄膜１１の変形形状に
影響を与えるすべての要因である。一般的には、一或い
はそれ以上の電極１４がエネルギーで満たされると、薄
膜１１の形状は、その表面エネルギーを最小にすること
によって決定される。

【００２６】特別の応用のためにビーム操縦装置１０を
設計するときのもう一つの考慮は、レンズ１５の設計で
ある。ある形状及び強度は所望の方向性を高めるために
使用され得る。

【００２７】図２及び図５は薄膜１１及び電極１４を構
成する例である。他の構成は、その所望の方向性に依存
する薄膜及び電極の設計の特別の選択と共に使用され得
る。以下に述べるように、あるいくつかの構成は一次元
の操縦に適しており、他のいくつかの構成は二次元の操
縦により一層適している。

【００２８】図２は長方形の薄膜１１のための細長い電
極１４ａ−１４ｅの一次元的なアレイの平面図である。
薄膜１１は、電極回路からの９０度回転にて示されて、
電極１４ｃがエネルギーで満たされるときのその変形形
状の断面を表す。各電極１４ａ−１４ｅは図５の電極の
ような点電極よりもむしろ、導電材料の小片である。

【００２９】図３は図２のアレイの単一の電極１４ｃを
エネルギーで満たす効果の横断面図である。レンズ１６
は示されていない。電極１４ｃは薄膜１１の中心の下に
あり、従って、薄膜１１が凹面の断面Ｖ形状に変形す
る。その最下部は電極１４ｃの上方にて同電極１４ｃに
対応する。図４は電極１４ｃからｘ軸に沿い移動される
電極１４ｅをエネルギーで満たす効果を示す。薄膜１１
は、その最下部が電極１４ｅの上方にあるように変形す
る。

【００３０】図２、図３及び図４の構成は、一次元のビ
ーム操縦に適している。薄膜１１はＶ形状のように変形
され、そしてＶ形状の底部にて湾曲線をもち、エネルギ
ーで満たされた電極に対応する。薄膜１１からの入射光
ビームの反射角は、Ｖ形状の底部の移動位置に応じて変
化する。一次元操縦を高めるために、薄膜１１はスペー
サ１３による支持のない両端２１ａ及び２１ｂをもつ。
レンズ１６は円筒形であって、薄膜１１が曲げられる寸
法での強度をもつ。

【００３１】図５は、四角形或いは円形の薄膜素子１０
のためのアドレス電極１４の四角形の面アレイの平面図
である。この例においては、面アレイは、アドレス電極
１４の５×５のアレイである。電極１４の配置は薄膜１
１の表面領域の中心にて原点をもつｘ−ｙ位置に対応す
る。

【００３２】図５の構成は二次元のビーム操縦に適して
いる。一つの見地からすれば、その変形は図３及び図４
で示されたものと同様である。しかし、エネルギーで満
たされた電極１４は、小片というよりはむしろ点である
ので、薄膜１１は、エネルギーで満たされた電極１４の
上方にて湾曲の最下点を有し、半球の−般的な形状に変
形する。

【００３３】理想的には、もし各電極１４が一度に一つ
だけエネルギーで満たされるならば、電極１４をエネル
ギーで満たすことから生ずる薄膜１１の変形形状は、簡
単には、湾曲の移動した線或いは中心である。しかし、
ある電極の活性化計画はそのような移動した湾曲に近づ
き得るが、現実の変形はより複雑かも知れない。この理
想により密に近づくためには、薄膜１１の表面面積は、
主に、その変形の深さに関係する。また、電極１４は、
薄膜１１の中心点の近くに配置されている。

【００３４】薄膜１１の変形から生ずる他の光学的な収
差は、薄膜１１に対し、アドレスされている電極１４に
依存して異なる屈折強度をもたせる。強度におけるこれ
らの差は、レンズ１５の形状により、或いは電極１４の
形状及び寸法並びにそれらに印加される電圧により、決
定されそして補償される。

【００３５】また、ホモグラフィー修正技術は所望の方
向性からの収差を修正するために使用され得る。典型的
には、ホモグラフィー修正のためには、レンズ１６は適
当に形成される。変形された薄膜１１に関するホモグラ
フィーは、反射ビームが平行なビームとして再構成され
るように、関連のレンズ１６を統合すべく使用される。
参照光と入力光との間の干渉はホログラムとして生じ、
このホログラムは、単一のビームにより照らされたと
き、平行なビームを再構成する。従って、ホログラフィ
ー素子が形成されビームを自動的に修正するために使用
される。代わりとして、コンピュータ処理で形成された
ホログラムは、エッチング或いは沈積により形成され得
る。

【００３６】これまでに議論されてきたビーム操縦装置
１０の例は、アレイよりもむしろ単一の装置に向けられ
てきた。もし薄膜１１が操縦されるビームの断面に順応
するに十分に大きいならば、単一の素子１０からなるビ
ーム操縦装置が使用され得る。しかし、これは通常の場
合ではなく、操縦される光のビームが薄膜１１の表面面
積よりも大きいときに、ビーム操縦装置１０のアレイが
使用される。そのアレイの寸法はビームの寸法に依存す
る。理想的には、薄膜１１とそのアレイの関連レンズ１
５との間の間隔が最小にされて、高いパーセンテージの
光捕獲を許容する。

【００３７】図６及び図７は多重ビーム操縦素子１０か
らなるビーム操縦装置の実施例を示す。アレイに対して
は、薄膜１１、それらの関連の電極１４及びレンズ１６
が層として構成され得る。

【００３８】図６は、ビーム操縦装置５０の第１のアレ
イの実施例を示しており、このビーム操縦装置５０は多
重薄膜５１並びに関運のレンズ５２及び電極５３をも
つ。各薄膜５１と関連する電極５３の回路は、図２或い
は図５の構成或いは所望の方向性を生成するための何ら
かの他の構成をもち得る。

【００３９】操縦装置５０の各レンズ５２は凹面の（負
の）レンズである。レンズ５２のアレイは、図１の実施
例の単一のレンズ１６のように、薄膜１１からの反射の
後、光ビームを再び平行にする。これにより、反射の
後、その光は、発散する代わりに、定められた光路に従
う。レンズ１６のように、レンズ５２は屈折性或いは回
折性を有してもよい。回折アレイの場合には、エッチン
グ或いは沈積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が各レンズ５２
を同時に形成するために使用され得る。

【００４０】図７は、多重薄膜６１並びに関連のレンズ
６２及び電極６３を有するビーム操縦装置６０のもう一
つの実施例を示す。この実施例では、薄膜１１の凹面側
が、入ってくる光ビームを反射するために使用される。
従って、レンズ６２は正のレンズである。以下に述べる
ように、レンズ６２は、透明材料上に凸面の表面を形成
することによって形成され得る。すべての屈折はレンズ
６２の表面にて生ずる。レンズ６２は、また、回折的な
レンズからなり得る。電極６３は入出光と干渉しないよ
うに透明である。

【００４１】７の実施例の利益は、それが基板材料の単
一片から製造され得ることである。薄膜６１及び電極６
３は、基板の一側上に形成され、そして、レンズ６２は
反対側上に形成される。

【００４２】図８は、図６及び図７のアレイビーム操縦
装置を形成するための製造工程を示す。その方法は、両
実施例に対して実質的に同じであり、その変形は図７の
実施例におけるモノリシックなレンズの可能性に関して
である。図１の操縦装置１０のような単一のビーム操縦
装置の製造は、理論的には、アレイに対してと同じであ
るが、実際の意味においては、本発明の利益はアレイが
製造され得る容易性である。

【００４３】まず第１に、その電極回路が基板材料の片
上に形成される。これは、電極１４の所望のパターンへ
のフォトレジスト及びエッチングでもって達成される。
代わりとしては、基板が電極１４を描きだすように処理
されてもよい。従って、絶縁層１８は電極１４の上方に
加えられる。

【００４４】次の工程はスペーサ１３を形成することで
ある。典型的には、良い分離性でもってセクションを後
に残す限り、スペーサの層は、容易にエッチングされる
ポリマー材料である。

【００４５】薄膜の層は、エッチングに先立ち、金属合
金の薄い引き伸ばし可能なフィルムをスパッタリング或
いは蒸着をすることによつて、スペーサの層上に沈積さ
れる。このフィルムは、図１の孔１７のような小さなア
クセス孔のアレイと共にパターン化されエッチングさ
れ、これを通じてスペーサの層がエッチングされる。プ
ラズマエッチングのような選択的エッチングを使用する
ことによって、アクセス孔を含む薄膜の領域の下におけ
るスペーサの部分が除去されるが、スペーサの材料は、
スペーサ１３を形成するためにどこかに残る。

【００４６】レンズの層は、薄膜の上方に適当な間隔に
て各レンズを付着することによって形成され得る。これ
らのレンズはコーニング・インコーポレイテッド（Ｃｏ
ｒｎｉｎｇ Ｉｎ ｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）により製造
されるマイクロレンズのように、商業的に利用できる。

【００４７】代わりとしては、図７の実施例において
は、レンズの層は、その装置の残部と同じような基板か
ら或いは基板上に形成され得る。上述のように、基板材
料は透明であり、そしてレンズはその材料から或いはそ
の材料上に簡単に形成される。

【００４８】他の実施例 本発明は具体的な実施例を参照して述べられたが、この
記述は、限定した意味に解釈されるように意図されては
いない。代わりの実施例のみならず、開示した実施例の
色々な変形がその技術において熟練した者達にとって明
らかであろう。従って、付属の各請求項は、本発明の真
の範囲内に入るすべての変形を含むことが熟慮される。

【００４９】以上の説明に関し、更に以下の項を開示す
る。反射上面を有する薄膜であって、柔軟性のある電気
的導電材料から作られた薄膜と、前記薄膜の下側にある
電極回隆であって、前記薄膜が前記電極回路に向けて変
形するように、前記薄膜下にて間隔を付与されてなる電
極回路と、前記電極回路の上方にて前記薄膜を支持する
各スペーサと、前記薄膜の上方にて間隔を付与して位置
するレンズであって、前記薄膜から反射される光のビー
ムを平行にするために適当な強度を有するレンズとから
なる光ビーム操縦装置。 （２）第１項記載の装置において、前記薄膜が前記レン
ズに関して凹面の形状に変形し、また前記レンズが負の
レンズである装置。 （３）第１項記載の装置において、前記レンズが屈折性
のあるレンズづある装置。 （４）第１項記載の装置において、前記レンズが回折性
のあるレンズである装置。 （５）第１項記載の装置において、前記電極回路が、前
記薄膜の下よりもむしろ、前記薄膜と前記レンズとの間
にある装置。 （６）第１項記載の装置において、前記電極回路が細長
い電極の小片である装置。 （７）第１項記載の装置において、前記電極回路が点電
極の面アレイである装置。 （８）第１項記載の装置において、前記薄膜、前記電極
回路及び前記レンズが、そのような素子のアレイとし
て、二重である装置。 （９）第１項記載の装置において、前記レンズが、所望
のビーム操縦方向性を高めるために円筒形である装置。 （１０）エネルギーで満たされるべき反射及び変形可能
な薄膜の近傍の電極を選択するステップと、前記薄膜が
湾曲形状に変形するように前記電極をエネルギーで満た
すステップと、光のビームが、前記選択ステップにより
決定されるような所定の角度にて前記薄膜の反射面から
反射されるように、前記光のビームを前記薄膜に向ける
ステップと、反射後、反射光ビームを平行にするステッ
プとからなる光ビームを操縦するための反射及び変形可
能な薄膜を使用する方法。 （１１）第１０項記載の方法において、さらに、前記光
のビームを所定のパターンに向けるために前記各ステッ
プを繰り返すステップを設けた方法。 （１２）第１１項記載の方法において、前記エネルギー
で満たすステップが、電極の面アレイでもって、前記薄
膜の湾曲の移動した中心に近似するように履行される方
法。 （１３）第１１項記載の方法において、前記エネルギギ
ー満たすステップが、小片の電極でもって、前記薄膜の
湾曲の移動した線に近似するように履行される方法。 （１４）基板上に電極回路アレイを形成し、前記電極回
路の各々が、薄膜が一或いはそれ以上の前記電極に静電
的に引きつけられるとき前記薄膜を所定の形状に選択的
に変形させるために使用されるような所定のパターンを
有しており、前記電気回路の上方に各スペーサを形成し
て前記ビーム操縦装置の薄膜を支持し、反射及び柔軟性
のある薄膜のアレイが前記電極に向けて変形するよう
に、前記電極の上方に離れて前記各スペーサの間に前記
薄膜のアレイを形成し、そして、前記薄膜から小距離離
れ、かつ前記薄膜の表面から反射される光のビームを平
行にするために設計した負のレンズを、前記薄膜の上方
に配置するようにしたビーム操縦装置の製造方法。 （１５）第１４項記載の方法において、さ、前記光のビ
ーム所望の方向性に影響する前記薄膜の変形における収
差を補償するステップを設けた方法。 （１６）透明な電極回路のアレイを基板の第１の側に形
成し、前記電極回路の各々が、薄膜が一或いはそれ以上
の前記電極に静電的に引きつけられるとき所定の形状に
前記薄膜を選択的に変形するために使用されるように、
所定のパターンを有しており、前記電極回路の下にスペ
ーサを形成してビーム操縦装置の薄膜を支持し、前記薄
膜が前記電極に向けて変形するように前記電極から離れ
て、前記各スペーサの間において反射し柔軟性のある薄
膜のアレイを形成し、そして前記基板の反対側上に前記
基板から正のレンズを形成し、ここにおいて、前記レン
ズの前記薄膜からの距離及び前記レンズの強度が、前記
薄膜から反射される光が平行にされるようになっている
方法。

【００５０】（１７）変形可能な薄膜型の空間光変調器
（１０）は、修正され、ビーム操縦応用のためにレンズ
（１６）と共に使用される。反射薄膜（１１）は、エネ
ルギーで満たされる電極に依存して、湾曲の異なる中心
をもつように、一或いはそれ以上の多数の下側にある電
極（１４）により変形される。入ってくるビームは、薄
膜上に入射してそれから反射される。レンズ（１６）
は、ビームが、入ってくるビームとの関連にて所望の方
向に反射されるように、薄膜から反射される光を平行に
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一のビーム操縦素子の横断面図である。

【図２】一型の電極回路の平面図及び薄膜の横断面図で
ある。

【図３】図２の電極アレイを使用したビーム操縦薄膜の
変形の横断面図である。

【図４】図２の電極アレイを使用したビーム操縦薄膜の
変形の横断面図である。

【図５】面アレイ型の電極回路の平面図である。

【図６】ビーム操縦装置の第１アレイ実施例を示す図で
ある。

【図７】ビーム操縦装置の第２アレイ実施例を示す図で
ある。

【図８】図６或いは図７の実施例のための製造工程を示
す図である。

【符号の説明】

１０・・・ビーム操縦装置、１１・・・薄膜、１３・・
・スペーサ、１４・・・電極、１６・・・レンズ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 光ビーム操縦装置及びその製造方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連特許出願】次の特許出願、即ち米国特許出願番号
Ｎｏ． 、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−１５７２０の
「光集積導波路装置及び方法」の特許出願は、本願に関
連し、ここに参照のために取り込まれる。

【０００２】

【発明の技術分野】本発明は、光学に係り、より詳しく
は、変形可能な薄膜の湾曲中心を電気的に移動させるこ
とにより入射ビームの反射角を変化させて、光のビーム
を操縦する光ビーム操縦装置及びその製造方法に関す
る。

【０００３】

【発明の背景】光学的なビーム操縦は、光のビームを所
定の方向に再び向けることを必然的に伴う。より複雑な
ビーム操縦応用は、そのビームを連続的な一次元或いは
二次元の光路に再び向けること、即ち走査或いは追跡を
必然的に伴う。そのような応用は、光学的処理、レーザ
プリンタに対してのようなレーザ走査、及び光学的メモ
リを含む。

【０００４】多くの現存のビーム操縦装置は、レンズ或
いはミラーを動かして透過される或いは反射されるビー
ムの方向を変化させるという或る原理に基づいて作動す
る。一つの現存のビーム操縦方法は、透過レンズの一つ
の層をレンズの他の層との関連にて移動させることを必
然的に伴う。この方法は、１９９０年１１月発行の光工
学、１３９２頁−１３９７頁に記載のダブリュー・ゴル
トソス（Ｗ．Ｇｏｌｔｓｏｓ）及びエム・ホルツ（Ｍ．
Ｈｏｌｚ）による「二元の光学的マイクロレンズアレイ
を使用する敏捷なビーム操縦」と題した技術において議
論されている。他の光学的なビーム操縦装置はそのビー
ムの向きをを回転ミラーでもって変える。そのような各
装置に伴う問題は、それらが、移行或いは回転の運動を
レンズ或いはミラーに与えるためにいくつかの機械的手
段を備えなければならないということである。これによ
り、それらの装置は、作動の速度において制限されそし
て機械的な失敗を受け易い。

【０００５】ビーム操縦に対し他にとるべき手がかり
は、空間光変調器（ＳＬＭ）の使用である。各空間光変
調器は、典型的には、個々のアドレス可能な光学素子の
一次元或いは二次元のアレイとして構成される。空間光
変調器の共通の応用は、表示系において存在し、そこに
おいては、これらの素子が、画像の画素を表しそして光
学系における光分布の振幅或いは位相のいずれかを修正
する。各空間光変調器は、電気光学的、磁気光学的、液
晶及び変形可能なミラー装置を含み、色々な型に分割さ
れ得る。色々な型の光変調器は、参照のためにここに取
り込まれた米国特許Ｎｏ．４，９５６，６１９の背景に
おいて議論されている。

【０００６】ビーム操縦に対しては、空間光変調器は入
力ビームを受け、そして各画素素子は機械的に微動され
てそのビームを向け直す。ビーム操縦に対し空間光変調
器を使用する利益は、大きな外部のレンズ或いはミラー
の移行或いは回転の運動が要求されないということであ
る。その方向性は、位相、位置或いは形状を変化させる
静止変調器からの光を反射することによって与えられ
る。もう一つの利益は、空間光変調器が、通信に使用さ
れる光ビームの寸法に適した寸法にて容易に製造される
ことである。集積回路のようなアドレッシング回路を含
む空間光変調器を製造するための進んだ技術が開発され
てきた。

【０００７】ビーム操縦に対し空間光変調器を使用する
ことに伴う問題は、反射素子の小さな寸法である。単一
の反射素子は、典型的には、操縦されるビームよりもよ
り小さい。そして、反射素子のアレイが使用されれば、
回折が問題となる。

【０００８】一つの必要性が、光のビームを操縦するた
めに空間光変調器の概念を使用するための改善された手
段に対して存在する。

【０００９】

【発明の概要】本発明の一局面によれば、光ビーム操縦
装置が提供される。その装置の主な素子は、薄膜、関連
の電極回路及びレンズである。その装置はこれらの素子
或いはアレイを有する単一の装置である。薄膜は反射表
面をもち、柔軟性を有し電気的導電材料から作られる。
電極回路は、薄膜が電極回路に向けて変形するように当
該薄膜の下側に間隔を付与して薄膜の下側に位置してい
る。電極回路の構成はビーム操縦装置の所望の方向性に
依存する。例えば、もし電極回路が細長い電極小片から
なるならば、一次元的な操縦が促進される。もし電極回
路が点電極の面アレイならば、二次元的な操縦が促進さ
れる。各スペーサは電極回路の上方の薄膜を支持するた
めに使用される。レンズは前記薄膜の上方にて間隔をお
いて置かれそして薄膜から反射される光のビームを平行
に維持するに適当な強度を有する。

【００１０】上に述べたことは、負のレンズから離れた
凹面の形状に変形する薄膜に対してである。もし透過電
極回路が薄膜とレンズとの間に配置されておれば、薄膜
は正のレンズに向けて凸面の形状に変形し得る。

【００１１】本発明の他の局面によれば、光のビームを
操縦するために変形可能な薄膜の使用及びビーム操縦装
置を製造する方法が含まれる。

【００１２】本発明の技術的な利益は、レンズ或いはミ
ラーの移行或いは回転の運動が要求されないことであ
る。その代わりに、反射薄膜が電気的に変形されて変化
ミラー表面を提供する。作動の速度は、ありふれた空間
光変調器のアドレッシング能力と同じくらいに速い。そ
の装置は、既知のシリコン処理及びエッチング技術を使
用して容易に製造される。一実施例においては、レンズ
がモノリシックな空間光変調器上に組み立てられる。他
の実施例においては、レンズが全体の装置のモノリシッ
クな構造の一部である。

【００１３】

【実施例】ビーム操縦のための空間光変調器の応用は、
そのような装置に対し名付けられた「変調」ではない
が、それにもかかわらず、用語「空間光変調器（ＳＬ
Ｍ）」の使用がここにおいても利用される。以下に述べ
るように、本発明がいくつかの空間光変調器の概念の再
使用を必然的に伴う。しかしながら、本発明は、作動上
の差のみならず、電極回路及び関連の光学のような多数
の異なる局面をもっている。

【００１４】ありふれた応用、特に画像発生からの出発
においては、変形可能な薄膜空間光変調器が、導波路応
用のために修正されてきた。特に、米国特許出願番号Ｎ
ｏ．、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−１５７２０の「光集
積導波路装置及び方法」では、薄膜の変形を制御して、
案内された光波において色々な効果を作り出すための装
置が述べられている。光は、薄膜から反射されるよりも
むしろ薄膜の下の導波路内に進行する。しかしながら、
出願番号Ｎｏ． 、代理人ドケットＮｏ．ＴＩ−
１５７２０において議論されている製造技術の多くは、
本発明に応用可能であって、その特許出願はここに参照
のために取り込まれる。

【００１５】図１は単一のビーム操縦装置１０の横断面
図である。図１は一つの操縦装置１０のみを示している
が、多数の装置１０がアレイを形成するために共に組み
付けられ得る。

【００１６】薄膜１１は、各スペーサ１３の間にて空隙
１２に亘り伸びている。何らかの柔軟性のある反射材料
が適当であるが、薄膜１１に対する適当な材料の例はア
ルミニウム合金である。薄膜１１は、典型的には、１／
４ミクロンから１／２ミクロンの厚さの範囲にある。薄
膜１１の面積との関連における薄膜１１の厚さは、その
機械的な変形特性を決定する。薄膜１１は、表面張力が
存在するように、各スペーサ１３の間に伸びている。も
しビーム操縦装置１０がアレイの一部であれば、各スペ
ーサ１３は、スペーサグリッドの一部であってもよい。

【００１７】薄膜１１は何らかの形状には限定されな
い。それは、スペーサ１３によって、いたるところ、或
いはもし円形であればその全円周の周りを支持される必
要はない。以下に述べるように、その寸法及び薄膜１１
のための支持手段は、その変形の形状に影響を与える要
因である。

【００１８】下に位置する電極回路は複数の電極１４か
らなる。以下に述べるように、薄膜１１の所望の変形形
状に依存して、電極１４は線或いは面のアレイ或いは他
のパターンであってもよい。より好ましい実施例におい
ては、絶縁層１８は、電極１４の上方に配置されて、作
動中、電極１４に対する薄膜１１の現実の接触を阻止す
る。

【００１９】電極１４は、基板１５の部分を処理するこ
とによって、或いは基板１５上に導電材料を沈積するこ
とによって形成され得る。電極１４から電源へのみなら
ずスイッチング及びデータ記憶手段への電気的接続は示
されてはいない。一般的には、そのような特徴は空間光
変調器の技術において知られている。

【００２０】レンズ１６は薄膜１１との関連にてアフォ
ーカル（ａｆｏｃａｌ）な光学系を形成する。入ってく
る光ビームはレンズ１６を通り薄膜１１の反射表面に透
過する。そのビームが薄膜１１により反射された後に、
レンズ１６は、再び、光ビームが平行のままであるよう
にこの光ビームを焦点から離す。レンズ１６は、この平
行にする機能を満足する限り、屈折性或いは回折性のい
ずれであってもよい。図１は単一の光線のみを示す。そ
して、複数の光線からなるビームを焦点から離して平行
にすることは示されていない。

【００２１】実際には、レンズ１６の負の強度は、変形
された薄膜１１の正の強度を相殺する。図７との関連に
て以下に述べるように、本発明の他のいくつかの実施例
は、負の強度をもつように薄膜１１の他の側を使用し、
その場合には正のレンズが使用される。

【００２２】薄膜１１とレンズ１６との間の間隔はそれ
らの表面領域との関連にからみると近い。薄膜１１は変
形すると、この薄膜１１及びレンズ１６は近似的に同じ
焦点距離をもつ。

【００２３】ビーム操縦装置１０の設計及び作動の前提
は、電極１４が所定の方法にて配置されそしてアドレス
されて入射光ビームの所望の反射を生じさせ得ることで
ある。変形された薄膜１１からの光がレンズ１６を透過
するとき、その結果として生ずるものは所望の方向にお
ける反射ビームである。従って、何らかの方向に入射ビ
ームを向ける装置を提供することが可能である。入射光
は、薄膜１１が現実にいかに変形されるかに依存して、
異なる角度にて反射され得る。

【００２４】作動において、一或いはそれ以上の電極１
４がエネルギーで満たされると、薄膜１１が空隙１２内
に引かれる。より詳しくは、電位差が薄膜１１と一或い
はそれ以上の電極１４との間に印加されると、その結果
として生ずるものは、それらの間の静電的な引力であ
る。スペーサ１３により支持される薄膜１１は、エネル
ギーで満たされた電極に引き付けられ、そしてそれらに
向けて変形される。空隙１２は、薄膜１１の変形のため
に、容積においてより小さくなる。空隙１２内の空気は
各空気孔１７を介して排出され、これら各空気孔１７
は、その目的のために薄膜１１内に置かれ、或いは下に
位置するスペーサ層の部分をエッチングするための製造
工程中に作られる。

【００２５】薄膜１１の構成及び支持、各電極１４の構
成、エネルギーで満たされる電極１４の数、及び各電極
１４に印加される電圧レベルは、薄膜１１の変形形状に
影響を与えるすべての要因である。一般的には、一或い
はそれ以上の電極１４がエネルギーで満たされると、薄
膜１１の形状は、その表面エネルギーを最小にすること
によって決定される。

【００２６】特別の応用のためにビーム操縦装置１０を
設計するときのもう一つの考慮は、レンズ１５の設計で
ある。ある形状及び強度は所望の方向性を高めるために
使用され得る。

【００２７】図２及び図５は薄膜１１及び電極１４を構
成する例である。他の構成は、その所望の方向性に依存
する薄膜及び電極の設計の特別の選択と共に使用され得
る。以下に述べるように、あるいくつかの構成は一次元
の操縦に適しており、他のいくつかの構成は二次元の操
縦により一層適している。

【００２８】図２は長方形の薄膜１１のための細長い電
極１４ａ−１４ｅの一次元的なアレイの平面図である。
薄膜１１は、電極回路からの９０度回転にて示されて、
電極１４ｃがエネルギーで満たされるときのその変形形
状の断面を表す。各電極１４ａ−１４ｅは図５の電極の
ような点電極よりもむしろ、導電材料の小片である。

【００２９】図３は図２のアレイの単一の電極１４ｃを
エネルギーで満たす効果の横断面図である。レンズ１６
は示されていない。電極１４ｃは薄膜１１の中心の下に
あり、従って、薄膜１１が凹面の断面Ｖ形状に変形す
る。その最下部は電極１４ｃの上方にて同電極１４ｃに
対応する。図４は電極１４ｃからｘ軸に沿い移動される
電極１４ｅをエネルギーで満たす効果を示す。薄膜１１
は、その最下部が電極１４ｅの上方にあるように変形す
る。

【００３０】図２、図３及び図４の構成は、一次元のビ
ーム操縦に適している。薄膜１１はＶ形状のように変形
され、そしてＶ形状の底部にて湾曲線をもち、エネルギ
ーで満たされた電極に対応する。薄膜１１からの入射光
ビームの反射角は、Ｖ形状の底部の移動位置に応じて変
化する。一次元操縦を高めるために、薄膜１１はスペー
サ１３による支持のない両端２１ａ及び２１ｂをもつ。
レンズ１６は円筒形であって、薄膜１１が曲げられる寸
法での強度をもつ。

【００３１】図５は、四角形或いは円形の薄膜素子１０
のためのアドレス電極１４の四角形の面アレイの平面図
である。この例においては、面アレイは、アドレス電極
１４の５×５のアレイである。電極１４の配置は薄膜１
１の表面領域の中心にて原点をもつｘ−ｙ位置に対応す
る。

【００３２】図５の構成は二次元のビーム操縦に適して
いる。一つの見地からすれば、その変形は図３及び図４
で示されたものと同様である。しかし、エネルギーで満
たされた電極１４は、小片というよりはむしろ点である
ので、薄膜１１は、エネルギーで満たされた電極１４の
上方にて湾曲の最下点を有し、半球の一般的な形状に変
形する。

【００３３】理想的には、もし各電極１４が一度に一つ
だけエネルギーで満たされるならば、電極１４をエネル
ギーで満たすことから生ずる薄膜１１の変形形状は、簡
単には、湾曲の移動した線或いは中心である。しかし、
ある電極の活性化計画はそのような移動した湾曲に近づ
き得るが、現実の変形はより複雑かも知れない。この理
想により密に近づくためには、薄膜１１の表面面積は、
主に、その変形の深さに関係する。また、電極１４は、
薄膜１１の中心点の近くに配置されている。

【００３４】薄膜１１の変形から生ずる他の光学的な収
差は、薄膜１１に対し、アドレスされている電極１４に
依存して異なる屈折強度をもたせる。強度におけるこれ
らの差は、レンズ１５の形状により、或いは電極１４の
形状及び寸法並びにそれらに印加される電圧により、決
定されそして補償される。

【００３５】また、ホモグラフィー修正技術は所望の方
向性からの収差を修正するために使用され得る。典型的
には、ホモグラフィー修正のためには、レンズ１６は適
当に形成される。変形された薄膜１１に関するホモグラ
フィーは、反射ビームが平行なビームとして再構成され
るように、関連のレンズ１６を統合すべく使用される。
参照光と入力光との間の干渉はホログラムとして生じ、
このホログラムは、単一のビームにより照らされたと
き、平行なビームを再構成する。従って、ホログラフィ
ー素子が形成されビームを自動的に修正するために使用
される。代わりとして、コンピュータ処理で形成された
ホログラムは、エッチング或いは沈積により形成され得
る。

【００３６】これまでに議論されてきたビーム操縦装置
１０の例は、アレイよりもむしろ単一の装置に向けられ
てきた。もし薄膜１１が操縦されるビームの断面に順応
するに十分に大きいならば、単一の素子１０からなるビ
ーム操縦装置が使用され得る。しかし、これは通常の場
合ではなく、操縦される光のビームが薄膜１１の表面面
積よりも大きいときに、ビーム操縦装置１０のアレイが
使用される。そのアレイの寸法はビームの寸法に依存す
る。理想的には、薄膜１１とそのアレイの関連レンズ１
５との間の間隔が最小にされて、高いパーセンテージの
光捕獲を許容する。

【００３７】図６及び図７は多重ビーム操縦素子１０か
らなるビーム操縦装置の実施例を示す。アレイに対して
は、薄膜１１、それらの関連の電極１４及びレンズ１６
が層として構成され得る。

【００３８】図６は、ビーム操縦装置５０の第１のアレ
イの実施例を示しており、このビーム操縦装置５０は多
重薄膜５１並びに関連のレンズ５２及び電極５３をも
つ。各薄膜５１と関連する電極５３の回路は、図２或い
は図５の構成或いは所望の方向性を生成するための何ら
かの他の構成をもち得る。

【００３９】操縦装置５０の各レンズ５２は凹面の（負
の）レンズである。レンズ５２のアレイは、図１の実施
例の単一のレンズ１６のように、薄膜１１からの反射の
後、光ビームを再び平行にする。これにより、反射の
後、その光は、発散する代わりに、定められた光路に従
う。レンズ１６のように、レンズ５２は屈折性或いは回
折性を有してもよい。回折アレイの場合には、エッチン
グ或いは沈積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が各レンズ５２
を同時に形成するために使用され得る。

【００４０】図７は、多重薄膜６１並びに関連のレンズ
６２及び電極６３を有するビーム操縦装置６０のもう一
つの実施例を示す。この実施例では、薄膜１１の凹面側
が、入ってくる光ビームを反射するために使用される。
従って、レンズ６２は正のレンズである。以下に述べる
ように、レンズ６２は、透明材料上に凸面の表面を形成
することによって形成され得る。すべての屈折はレンズ
６２の表面にて生ずる。レンズ６２は、また、回折的な
レンズからなり得る。電極６３は入出光と干渉しないよ
うに透明である。

【００４１】図７の実施例の利益は、それが基板材料の
単一片から製造され得ることである。薄膜６１及び電極
６３は、基板の一側上に形成され、そして、レンズ６２
は反対側上に形成される。

【００４２】図８は、図６及び図７のアレイビーム操縦
装置を形成するための製造工程を示す。その方法は、両
実施例に対して実質的に同じであり、その変形は図７の
実施例におけるモノリシックなレンズの可能性に関して
である。図１の操縦装置１０のような単一のビーム操縦
装置の製造は、理論的には、アレイに対してと同じであ
るが、実際の意味においては、本発明の利益はアレイが
製造され得る容易性である。

【００４３】まず第１に、その電極回路が基板材料の片
上に形成される。これは、電極１４の所望のパターンへ
のフォトレジスト及びエッチングでもって達成される。
代わりとしては、基板が電極１４を描きだすように処理
されてもよい。従って、絶縁層１８は電極１４の上方に
加えられる。

【００４４】次の工程はスペーサ１３を形成することで
ある。典型的には、良い分離性でもってセクションを後
に残す限り、スペーサの層は、容易にエッチングされる
ポリマー材料である。

【００４５】薄膜の層は、エッチングに先立ち、金属合
金の薄い引き伸ばし可能なフィルムをスパッタリング或
いは蒸着をすることによって、スペーサの層上に沈積さ
れる。このフィルムは、図１の孔１７のような小さなア
クセス孔のアレイと共にパターン化されエッチングさ
れ、これを通じてスペーサの層がエッチングされる。プ
ラズマエッチングのような選択的エッチングを使用する
ことによって、アクセス孔を含む薄膜の領域の下におけ
るスペーサの部分が除去されるが、スペーサの材料は、
スペーサ１３を形成するためにどこかに残る。

【００４６】レンズの層は、薄膜の上方に適当な間隔に
て各レンズを付着することによって形成され得る。これ
らのレンズはコーニング・インコーポレイテッド（Ｃｏ
ｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）により製造さ
れるマイクロレンズのように、商業的に利用できる。

【００４７】代わりとしては、図７の実施例において
は、レンズの層は、その装置の残部と同じような基板か
ら或いは基板上に形成され得る。上述のように、基板材
料は透明であり、そしてレンズはその材料から或いはそ
の材料上に簡単に形成される。

【００４８】他の実施例本発明は具体的な実施例を参照
して述べられたが、この記述は、限定した意味に解釈さ
れるように意図されてはいない。代わりの実施例のみな
らず、開示した実施例の色々な変形がその技術において
熟練した者達にとって明らかであろう。従って、付属の
各請求項は、本発明の真の範囲内に入るすべての変形を
含むことが熟慮される。

【００４９】以上の説明に関し、更に以下の項を開示す
る。 （１）反射上面を有する薄膜であって、柔軟性のある電
気的導電材料から作られた薄膜と、前記薄膜の下側にあ
る電極回路であって、前記薄膜が前記電極回路に向けて
変形するように、前記薄膜下にて間隔を付与されてなる
電極回路と、前記電極回路の上方にて前記薄膜を支持す
る各スペーサと、前記薄膜の上方にて間隔を付与して位
置するレンズであって、前記薄膜から反射される光のビ
ームを平行にするために適当な強度を有するレンズとか
らなる光ビーム操縦装置。 （２）第１項記載の装置において、前記薄膜が前記レン
ズに関して凹面の形状に変形し、また前記レンズが負の
レンズである装置。 （３）第１項記載の装置において、前記レンズが屈折性
のあるレンズである装置。 （４）第１項記載の装置において、前記レンズが回折性
のあるレンズである装置。 （５）第１項記載の装置において、前記電極回路が、前
記薄膜の下よりもむしろ、前記薄膜と前記レンズとの間
にある装置。 （６）第１項記載の装置において、前記電極回路が細長
い電極の小片である装置。 （７）第１項記載の装置において、前記電極回路が点電
極の面アレイである装置。 （８）第１項記載の装置において、前記薄膜、前記電極
回路及び前記レンズが、そのような素子のアレイとし
て、二重である装置。 （９）第１項記載の装置において、前記レンズが、所望
のビーム操縦方向性を高めるために円筒形である装置。 （１０）エネルギーで満たされるべき反射及び変形可能
な薄膜の近傍の電極を選択するステップと、前記薄膜が
湾曲形状に変形するように前記電極をエネルギーで満た
すステップと、光のビームが、前記選択ステップにより
決定されるような所定の角度にて前記薄膜の反射面から
反射されるように、前記光のビームを前記薄膜に向ける
ステップと、反射後、反射光ビームを平行にするステッ
プとからなる光ビームを操縦するための反射及ひ変形可
能な薄膜を使用する方法。 （１１）第１０項記載の方法において、さらに、前記光
のビームを所定のパターンに向けるために前記各ステッ
プを繰り返すステップを設けた方法。 （１２）第１１項記載の方法において、前記エネルギー
で満たすステップが、電極の面アレイでもって、前記薄
膜の湾曲の移動した中心に近似するように履行される方
法。 （１３）第１１項記載の方法において、前記エネルギー
で満たすステップが、小片の電極でもって、前記薄膜の
湾曲の移動した線に近似するように履行される方法。 （１４）基板上に電極回路のアレイを形成し、前記電極
回路の各々が、薄膜が一或いはそれ以上の前記電極に静
電的に引きつけられるとき前記薄膜を所定の形状に選択
的に変形させるために使用されるような所定のパターン
を有しており、前記電気回路の上方に各スペーサを形成
して前記ビーム操縦装置の薄膜を支持し反射及び柔軟性
のある薄膜のアレイが前記電極に向けて変形するよう
に、前記電極上方に離れて前記各スペーサの間に前記薄
膜のアレイを形成し、そして、前記薄膜から小距離離
れ、かつ前記薄膜の表面から反射される光のビームを平
行にするために設計した負のレンズを、前記薄膜の上方
に配置するようにしたビーム操縦装置の製造方法。 （１５）第１４項記載の方法において、さらに、前記光
のビームの所望の方向性に影響する前記薄膜の変形にお
ける収差を補償するステップを設けた方法。 （１６）透明な電極回路のアレイを基板の第１の側に形
成し、前記電極回路の各々が、薄膜が一或いはそれ以上
の前記電極に静電的に引きつけられるとき所定の形状に
前記薄膜を選択的に変形するために使用されるように、
所定のパターンを有しており、前記電極回路の下にスペ
ーサを形成してビーム操縦装置の薄膜を支持し、前記薄
膜が前記電極に向けて変形するように前記電極から離れ
て、前記各スペーサの間において反射し柔軟性のある薄
膜のアレイを形成し、そして前記基板の反対側上に前記
基板から正のレンズを形成し、ここにおいて、前記レン
ズの前記薄膜からの距離及び前記レンズの強度が、前記
薄膜から反射される光が平行にされるようになっている
方法。

【００５０】（１７）変形可能な薄膜型の空間光変調器
（１０）は、修正され、ビーム操縦応用のためにレンズ
（１６）と共に使用される。反射薄膜（１１）は、エネ
ルギーで満たされる電極に依存して、湾曲の異なる中心
をもつように、一或いはそれ以上の多数の下側にある電
極（１４）により変形される。入ってくるビームは、薄
膜上に入射してそれから反射される。レンズ（１６）
は、ビームが、入ってくるビームとの関連にて所望の方
向に反射されるように、薄膜から反射される光を平行に
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一のビーム操縦素子の横断面図である。

【図２】一型の電極回路の平面図及び薄膜の横断面図で
ある。

【図３】図２の電極アレイを使用したビーム操縦薄膜の
変形の横断面図である。

【図４】図２の電極アレイを使用したビーム操縦薄膜の
変形の横断面図である。

【図５】面アレイ型の電極回路の平面図である。

【図６】ビーム操縦装置の第１アレイ実施例を示す図で
ある。

【図７】ビーム操縦装置の第２アレイ実施例を示す図で
ある。

【図８】図６或いは図７の実施例のための製造工程を示
す図である。

【符号の説明】 １０ ビーム操縦装置 １１ 薄膜 １３ スペーサ １４ 電極 １６ レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射上面を有する薄膜であって、柔軟性の
   ある電気的導電材料から作られた薄膜と、 前記薄膜の下側にある電極回路であって、前記薄膜が前
   記電極回路に向けて変形するように、前記薄膜下にて間
   隔を付与されてなる電極回路と、 前記電極回路の上方にて前記薄膜を支持する各スペーサ
   と、 前記薄膜の上方にて間隔を付与して位置するレンズであ
   って、前記薄膜から反射される光のビームを平行にする
   ために適当な強度を有するレンズとからなる光ビーム操
   縦装置。
2. 【請求項２】基板上に電極回路のアレイを形成し、前記
   電極回路の各々が、薄膜が一或いはそれ以上の前記電極
   に静電的に引きつけれるとき前記薄膜を所定の形状に選
   択的に変形させるために使用されるような所定のパター
   ンを有しており、 前記電気回路の上方に各スペーサを形成して前記ビーム
   操縦装置の薄膜を支持し、反射及び柔軟性のある薄膜の
   アレイが前記電極に向けて変形するように、前記電極の
   上方に離れて前記各スペーサの間に前記薄膜のアレイを
   形成し、そして、 前記薄膜から小距離離れ、かつ前記薄膜の表面から反射
   される光のビームを平行にするために設計した負のレン
   ズを、前記薄膜の上方に配置するようにしたビーム操縦
   装置の製造方法。