WO1997016756A1

WO1997016756A1 - Dispositif de commande de la puissance sortante, equipement d'affichage a projection, capteur a infrarouge et thermometre sans contact

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Publication number: WO1997016756A1
Application number: PCT/JP1996/003202
Authority: WO
Inventors: Teruhiro Shiono; Michihito Ueda; Tatsuo Ito; Kazuo Yokoyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1997-05-09
Also published as: DE69636941D1; DE69636884T2; EP1278093B1; DE69636941T2; DE69636884D1; EP0801319A1; EP1367424A2; EP1278093A3; DE69634241D1; EP0801319B1; US6072620A; CN1495499A; KR100424548B1; EP1278093B9; CN1194242C; EP0801319A4; CN1173925A; EP1367424A3; CN1275088C; DE69634241T2

Description

明細書出射効率制御素子、投射型ディスプレイ装置、赤外線センサおよび非接触温度計技術分野

本発明は、出射効率制御素子、ならびにそれを用いた投射型のディスプレイ装置、赤外線センサおよび非接触温度計に関する。背景技術

光変調装置は、入射光の強度を変調して出射する装置である。従来例として、米国特許第 5, 311, 360号、および 0. Solgaardらの論文「Deformable Grating Opt ical ModulatorJ (Optics Letters, Vol. 17, No. 9, May 1, 1992) に示されている光変調装置があった。この光変調装置は、光の回折効果を利用して光の強度変調を行うものであり、小型化が可能な上、 I Cプロセスで作製できるため一括大量生産できるという利点がある。

図 3 2 ( a ) は、上記米国特許および論文に示されている光変調装置の平面図であり、図 3 2 ( b ) は、図 3 2 ( a ) の K— K ' 線に沿った断面図を示すものである。

この光変調装置は、シリコン基板 1 0 0 1、シリコン基板 1 0 0 1の周辺領域上に形成されたシリコン酸化膜からなるスぺーサ層 1 0 0 2、誘電体層 1 0 0 3 を備えている。誘電体層 1 0 0 3は、複数の微細な誘電体梁 1 0 0 4にパ夕一二ングされており、誘電体梁 1 0 0 4は、スぺ一サ層 1 0 0 2に両端を支持された両持ち梁となって中空に浮いている。なお、誘電体層 1 0 0 3はシリコン ■ リッチのシリコン窒化膜からなり、残留応力がおよそ 2 0 O M P aに低減されている。また、スぺーサ層 1 0 0 2と誘電体層 1 0 0 3との厚みは、効率制御対象の光、つまりこの光変調装置への入射光の波長の 4分の 1に等しくなるように設定されている。

誘電体梁 1 0 0 4の間には、各誘電体梁 1 0 0 4の幅と等しい幅を有する開口部 1 0 0 5が形成されている。さらに、基板 1 0 0 1上には、電極としても機能する A 1反射膜 1 0 0 6が設けられている。反射膜 1 0 0 6は、誘電体梁 1 0 0 4の表面上に形成されている上部反射膜 1 0 0 7、開口部 1 0 0 5を通して基板 1 0 0 1表面上に形成されている下部反射膜 1 0 0 8からなる。上部反射膜 1 0 0 7と下部反射膜 1 0 0 8とにより反射形グレーティングが形成されている。上述した構成を有する従来の光変調装置における光変調原理を図 3 3 ( a ) および（b ) を参照しながら説明する。なお、これらの図面において、図 3 2と同一の構成要素には同一の番号を附記し、説明を省略する。

図 3 3 ( a ) は、反射膜 1 0 0 6と基板 1 0 0 1との間に電圧を印加していない状態を示している。このとき、上部反射膜 1 0 0 7と下部反射膜 1 0 0 8との段差は、入射光波長の 2分の 1になっており、上部反射膜 1 0 0 7によって反射される光と、下部反射膜 1 0 0 8によって反射される光との光路差は 1波長となつて位相が揃う。したがって、反射形グレーティングは、入射した入射光 1 0 1 0に対して単なるミラ一として作用し、入射光 1 0 1 0は 0次回折光 1 0 1 1となり、入射側へ反射される。

一方、反射膜 1 0 0 6と基板 1 0 0 1との間に電圧を印加した状態では、反射膜 1 0 0 6と基板 1 0 0 1とは、誘電体層 1 0 0 3および空気層 1 0 1 2を挟むコンデンサを形成し、反射膜 1 0 0 6には正電荷が、基板 1 0 0 1には負電荷がチャージされる。この電荷間に静電引力が作用するため、図 3 3 ( b ) に示すように、誘電体梁 1 0 0 4は湾曲し、基板 1 0 0 1に接触するまで引き寄せられる。このとき、上部反射膜 1 0 0 7と下部反射膜 1 0 0 8との表面の段差は、入射光の波長の 4分の 1となり、上部反射膜 1 0 0 7表面で反射する光と下部反射膜 1 0 0 8表面で反射する光の光路差は往復で 2分の 1波長となって位相が半波長ずれる。したがって、上部反射膜 1 0 0 7によって反射される光と下部反射膜 1 0 0 8によって反射される光とは互いに打ち消しあって 0次回折光が消滅し、代わりに 0次以外の回折光が出射するようになる。例えば、このとき、 ± 1次回折光 1 0 1 3 a . 1 0 1 3 bは、それぞれ、 4 1 %の回折効率で発生する。以上のように、この光変調装置は、反射膜 1 0 0 6と基板 1 0 0 1とに印加する電圧のォン ·オフにより、入射光を変調することが出来る。

しかしながら、上述した従来の光変調装置では、たかだかグレーティングのサィズまでのビー厶径を有する入射光しか変調することができない。したがって、口径の大きな入射光を変調するためには、グレーティングのサイズを大きくする必要がある。し力、し、グレーティングのサイズを大きくすると、半波長だけ、グレーティングを浮かせる工程でシリコン基板 1 0 0 1にグレーティングが付着しがちで、歩留まりよく作製することが困難であった。

本発明の目的は、ビーム径の大きな入射光の光量を変調することができ、かつ応答速度の速い光変調装置を提供すること、一様な回折効果を得ることができる出射効率制御素子を提供すること、ならびにこれらを用いたディスプレイ装置、赤外線センサ、および非接触温度計を提供することである。発明の開示

本発明の光変調装置は、入射した光の光量を変調する出射効率制御手段と、該光を該出射効率制御手段に集光する第 1の集光手段と、該出射効率制御手段によつて光董を変調された該光を出力する第 2の集光手段と、を備えており、該第 1 および第 2の集光手段は、該出射効率制御手段に対向して配 Sされており、そのことにより上記目的を達成する。

ある実施形態では、前記出射効率制御手段は、反射形の光学素子である。ある実施形態では、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、基板の同一の面上に形成されている。

ある実施形態では、前記光変調装置は、対向する第 1の面および第 2の面を有する透明基板をさらに備えており、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、該透明基板の該第 1の面上に形成されており、該出射効率制御手段は、該透明基板の該第 2面上に形成された反射形の光学素子である。

ある実施形態では、前記出射効率制御手段は、前記透明基板の前記第 2面上に形成された、第 1電極として機能する透明電極と、該透明電極上に形成された第 1のグレーティングと、該透明電極上に形成されたスぺーサ層と、該スぺーサ層上に両端を支持され、第 2電極として機能する部分を有する複数本の梁から形成された第 2のグレーティングと、を備えており、該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該透明電極と該第 2のグレーティングとの距離を変化させ、それによつて、前記第 1の集光手段によって集光された前記光が前記第 2の集光手段に出射する効率を制御する。前記出射効率制御手段は、前記第 1のグレーティング上に設けられた絶縁層をさらに有していてもよい。ある実施形態では、前記第 1と第 2の集光手段は同一形状であり、前記出射効率制御手段は、該第 1の集光手段の中心と該第 2の集光手段の中心とを結ぶ直線の中央からの、該第 1の集光手段および該第 2の集光手段が形成されている平面に対する垂線と、該出射効率制御手段が形成される平面との交点を中心として配 Sされている。

ある実施形態では、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、厚さ方向の断面が徐々に小さくなる相似形の楕円形状であり、その長軸方向に配列されている。好ましくは、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段が形成されて L、る面の垂直方向に対する、該第 1の集光手段への前記光の光軸の入射角を Θ としたときに、前記楕円の長軸の短軸に対するサイズ比は、 1 じ 0 5 0でぁる_£ ある実施形態では、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、バイナリ /マルチレベル構造の回折型マイクロレンズである。

ある実施形態では、前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、矩形の開口を有する正方形のレンズであり、前記出射効率制御手段の前記第 2のグレーティングにおいて、該複数本の梁の間隔は、該梁の長手方向に沿って徐々に大きくなる。前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなつてもよい。好ましくは、前記出射効率制御手段の前記第 1のグレ —ティングおよび前記第 2のグレーティングは、グレーティング周期の最も小さい部分が、前記入射光の波長の 7倍以上となるように設計されている。さらに好ましくは、前記レンズの 1辺の長さを L、焦点距離を f とし、前記出射効率制御素子の前記プレー卜の主面に対する法線と前記レンズの光軸とがなす角度を 0とした場合、前記第 1のグレーティングおよび前記第 2のグレーティングは、グレ一ティング周期の最も大きい部分が、前記入射光の波長の 7 ( 2 f + L t a n 0 ) / ( 2 f - L t a n 0 ) 倍以上となるように設計されている。また、前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の長さが等しくてもよい。

ある実施形態では、前記出射効率制御手段は、可動鏡である。

本発明の他の局面によれば、ディスプレイ装置が提供される。該ディスプレイ装置は、光源と、該光源から出射した光を、互いに異なる波長域を有する複数の色光に分離する分離手段と、該複数の色光の光路上にそれぞれ設けられており、該複数の色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、該複数の光変調装置によつて変調された該複数の色光を結像する結像レンズと、を備えており、該複数の允調装直のでれでれは、 ¾ ¾¾ ' &尤^ D メ心し rこ尤の尤重調" τ·6、アレイ状に配列された複数の出射効率制御手段と、アレイ状に配列された複数の集光素子を有する集光手段と、を備えており、該対応する色光は、該集光手段の光軸に対して斜め方向から該集光手段に入射して該出射効率制御手段に集光され、変調された該対応する色光は、該集光手段を介して斜め方向に出力される。

ある実施形態において、前記色光が前記集光手段に入射する入射角と、該色光が該集光手段から出力される角度とは等しく、前記複数の出射効率制御手段が配列されている間隔と、該集光手段にお t、て前記複数の集光素子が配列されている間隔とは等しく、該複数の出射効率制御手段は、該集光手段に対して、該色光が入射する方向が該集光手段の光軸に対して傾いている方向に配列間隔の半分ずらせて配置されている。

ある実施形態において、前記複数の出射効率制御手段のそれぞれは、前記集光手段の前記複数の集光素子のうちの隣り合う一対の集光素子に対向するように配置されており、該ー対の集光素子の 1つから前記対応する色光を受け取り、該ー対の集光素子の他の 1つに、変調された該対応する色光を出力する。

ある実施形態において、前記複数の出射効率制御手段は、 m行 n列の 2次元ァレイ状に配置されており、前記集光手段において、前記複数の集光素子は（m + 1 ) 行 n列の 2次元アレイ状に配置されており、第 k行の出射効率制御手段は、第 k行の集光素子および第（k + 1 ) 行の集光素子に対応するように配置されている。

ある実施形態において、前記複数の光変調装置は、前記集光手段が形成された第 1の面と、該第 1の面に対向する第 2の面とを有する透明基板を備えており、前記出射効率制御手段は、該第 2の面に形成された反射形の光学素子である。前記複数の出射効率制御手段のそれぞれは、前記透明記板の前記第 2の面に設けられた、第 1電極として機能する透明電極と、該透明電極上に形成された第 1のグレーティングと、該透明電極上に形成されたスぺーサ層と、該スぺ一サ層上に両端を支持され、第 2電極として機能する部分を有する複数本の梁から形成された第 2のグレーティングと、を備えており、該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該透明電極と該第 2のグレーティングとの距離を変化させ、それによつて、前記対応する色光が前記集光手段に出射する効率を制御してもよい。

ある実施形態において、前記複数の集光素子は、それぞれ厚さ方向に対する断面が徐々に小さくなる相似形の楕円形状である。好ましくは、前記集光手段が形成されている平面の垂直方向に対する、前記対応する色光が該集光手段に入射する光軸の角度を 0としたときに、前記楕円の長軸の短軸に対するサイズ比は、 1 / c o s Θである。

ある実施形態において、前記分雜手段は、青色光を反射し、その他の光を透過する第 1の分離素子と、緑色光を反射し、その他の光を透過する第 2の分離素子と、赤色光を反射しその他の光を透過する第 3の分離素子とを備えている。前記第 1の分離素子によって反射される光の波長帯域幅は、前記第 2の分離素子および前記第 3の分離素子のそれよりも小さくてもよい。あるいは、前記第 3の分離素子によって反射される光の波長帯域幅は、前記第 1の分離素子および前記第 2 の分雠素子のそれより大きくてもよい。あるいは、反射される光の波長帯域幅は、前記第 3の分離素子、前記第 2の分雜素子および前記第 1の分離素子の順に小さくなつてもよい。好ましくは、前記分離手段は、前記光源から出射した前記光を、前記第 1の分離素子、前記第 2の分離素子、前記第 3の分離素子の順に通過させる。

ある実施形態では、前記複数の光変調装置のそれぞれは、前記出射効率制御手段の制御回路をさらに備えており、該出射効率制御手段のそれぞれの前記第 2電極と、該制御回路の接続電極とはソルダバンプで接続されている。

ある実施形態では、前記複数の光変調装置のそれぞれは、前記透明基板の前記集光手段および前記複数の出射効率制御手段が形成された領域以外の領域に設けられた光吸収手段をさらに備えている。前記光吸収手段は、前記複数の集光素子のそれぞれの周辺にも設けられていてもよい。

ある実施形態では、前記出射効率制御手段は、前記対応する色光の 0次回折光を出射する。

ある実施形態では、前記複数の出射効率制御手段は、可動鏡アレイである。ある実施形態では、前記集光手段は、バイナリ Zマルチレベル構造の回折型マイク口レンズアレイである。

ある実施形態では、前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の間隔は、該梁の長手方向に沿って徐々に大きくなる。前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなつてもよい。また、前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の長さが等しくてもよい。

本発明の他の局面によれば、出射効率制御素子が提供される。該出射効率制御素子は、入射した光の光量を変調して出射させる出射効率制御素子であって、第 1電極として機能する部分を有するプレー卜と、該プレー卜上に形成されたスぺ —サ層と、該スぺ一サ層上に両端を支持され、かつ第 2電極として機能する部分を有する互いに平行でない複数本の梁からなるグレーティングと、を備えており、該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該グレーティングと該プレートとの距離を変化させ、それによつて該光の出射効率を制御する。

ある実施形態では、前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に徐々に大きくなる。前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなつてもよい。また、前記複数本の梁の長さが全て等しくてもよい。

ある実施形態では、前記グレーティングの前記複数本の梁は、前記第 1電極と前記第 2電極との間に電圧を印加していないときには同一平面上に並び、電圧が印加されているときには 1本おきに前記プレート側に引き寄せられ、それによつて前記出射効率を制御する。前記複数本の梁が密に並び、前記第 1電極と前記第 2電極との間に電圧を印加していないときにはミラーとして作用してもよい。ある実施形態では、前記入射光の波長をス、前記出射効率制御素子の前記プレ一卜の主面に対する法線と該入射光の光軸とのなす角度を Θとしたときに、前記グレーティングの動作距離が、 mを整数として、 πι λノ（4 c o s 0 ) となるように設定されている。

ある実施形態では、前記入射光の波長をス、前記出射効率制御素子の前記プレ一卜の主面に対する法線と該入射光の光軸とのなす角度を 0としたときに、前記梁の厚さが、 mを整数として、 m ;i Z ( 4 c 0 s となるように設定されている。

ある実施形態では、本発明の出射効率制御素子は、前記プレートの表面および前記グレーティングの表面に形成された反射膜をさらに備えている。

ある実施形態では、本発明の出射効率制御素子は、前記プレー卜と前記グレーティングとの間に形成された絶縁膜をさらに備えている。また、本発明の出射効率制御素子は、前記絶縁層の表面および前記グレーティングの表面に形成された反射膜をさらに備えて t、てもよい。

本発明の他の局面によると、赤外線センサが提供される。該赤外線センサは、赤外光を集光するレンズと、焦電体と、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する、上述のような構成を有する出射効率制御素子と、を備えている。

ある実施形態では、前記焦電体は矩形である。

ある実施形態では、前記レンズは、開口が矩形である。

ある実施形態では、前記出射効率制御素子は、前記プレー卜の主面に対する法線が、前記レンズの光軸に平行とはならないように傾斜して配置されている。ある実施形態では、前記出射効率制御素子の前記グレーティングによって回折された回折光のうち 0次回折光だけを前記焦電体に入射し、前記 0次回折光以外の回折光を前記焦電体に入射させないように、前記出射効率制御素子が配置されている。

ある実施形態では、前記出射効率制御素子の前記グレーティングと前記プレートとの距離の変化により、前記 0次回折光の光量が変化する。

ある実施形態では、前記赤外線センサは、開口部を有する封止体をさらに備えており、該封止体は、前記出射効率制御素子および前記焦電体を内蔵している。前記レンズは、前記封止体の前記開口部に設けられて t、てもよい。

ある実施形態では、前記レンズは、回折型レンズである。

ある実施形態では、前記出射効率制御素子の前記グレーティングの周期は、その最も小さい部分が、前記赤外光の波長の 7倍以上である。また、前記レンズの 1辺の長さをし、焦点距雜を f とし、前記出射効率制御素子の前記プレー卜の主面に対する法線と前記レンズの光軸とがなす角度を 0とした場合、前記グレーティングの周期は、その最も大きい部分が、前記赤外光の波長の 7 ( 2 f + L t a n 0 ) / ( 2 f - L t a n 0 ) 倍以上であってもよい。

ある実施形態では、前記プレートの主面に平行で、かつ前記グレーティングに垂直な方向が前記レンズの光軸に垂直となるように前記出射効率制御素子が配置されている。

本発明の他の局面によれば、赤外線センサが提供される。該赤外線センサは、入射した赤外光の少なくとも一部を出射する、上述のような構成を有する出射効率制御素子と、焦電体と、該出射効率制御素子と該焦電体との間に設けられており、該出射効率制御素子から出射された該赤外光を該焦電体に集光するレンズと、を備えている。

ある実施形態では、前記焦電体は矩形である。

ある実施形態では、前記レンズは開口が矩形である。

ある実施形態では、前記出射効率制御素子は、前記プレートの主面に対する法線が前記レンズの光軸に平行とはならないように、傾斜して配 Sされている。ある実施形態では、前記出射効率制御素子の前記グレーティングによって回折された回折光のうち 0次回折光だけを前記焦電体に入射し、前記 0次回折光以外の回折光を前記焦電体に入射させないように、前記出射効率制御素子が配置されている。

ある実施形態では、前記赤外線センサは、開口部を有する封止体をさらに備えており、該封止体は、前記出射効率制御素子および前記焦電体を内蔵する。

ある実施形態では、前記レンズは、該レンズの位相変調量に応じた凹凸を有しており、 S i、 G e、 G a A s、 I n P、 G a P、 Z n S e、および Z n Sカヽらなる群から選択された材料から形成されている。

ある実施形態では、前記プレー卜の主面に平行で、かつ前記グレーティングに垂直な方向が前記レンズの光軸に垂直となるように前記出射効率制御素子が配置されている。

本発明のさらに他の局面によれば、入射した光の光量を変調して出射する、 2 次元アレイ状に配置された複数の出射効率制御素子を有する出射効率制御素子ァレイが提供される。該複数の出射効率制御素子のそれぞれは、第 1電極として機能する部分を有するプレートと、前記プレート上に形成されたスぺーサ層と、前記スぺーサ層上に両端を支持されなかつ第 2電極として機能する部分を有する互いに平行でない梁からなるグレーティングと、を備えており、前記第 1電極と前記第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、前記グレーティングと前記プレートとの距離を変化させ、それによつて、該光が出射する効率を制御する。

本発明のさらに他の局面によれば、赤外線センサが提供される。該赤外線センサは、赤外光を集光するレンズと、焦電体と、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する、上述の構成を有する出射効率制御素子アレイとを備えている。

本発明のさらに他の局面によれば、上述した構成を有する赤外線センサの駆動方法が提供される。該方法は、前記複数の出射効率制御素子を順次動作させ、それによって得られる前記焦電体からの出力信号を順次検出する工程と、該検出された該焦電体からの該出力信号に基づいて、 2次元的な赤外光強度分布を時系列情報として検出する工程とを包含する。

本発明のさらに他の局面によれば、赤外線センサが提供される。該赤外線センサは、入射した赤外光の少なくとも一部を出射する、上述の構成を有する出射効率制御素子アレイと、焦電体と、該出射効率制御素子と該焦電体との間に設けられており、該出射効率制御素子から出射された該赤外光を該焦電体に集光するレンズとを備えている。

本発明のさらに他の局面によれば、上述の構成を有する赤外線センサの駆動方法が提供される。該方法は、前記複数の出射効率制御素子を順次動作させ、それによって得られる前記焦電体からの出力信号を順次検出する工程と、該検出された該焦電体からの該出力信号に基づいて、 2次元的な赤外光強度分布を時系列情報として検出する工程とを包含する。

本発明のさらに他の局面によれば、非接触温度計が提供される。該非接触温度計は、赤外光を集光するレンズと、開口を有する筐体と、該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、該筐体内に設けられた焦電体と、該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、該筐体内に設けられており、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する、上述の構成を有する出射効率制御素子とを備えている。好ましくは、前記接触式温度測定手段は、熱電対である。

本発明のさらに他の局面によれば、非接触温度計が提供される。該非接触温度計は、開口を有する筐体と、該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、該筐体内に設けられた焦電体と、該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、該筐体内に設けられており、該開口を通して入射した赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する、上述の構成を有する出射効率制御素子と、該出射効率制御素子から出射された該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射するレンズとを備えている。好ましくは、前記接触式温度測定手段は、熱電対である。本発明のさらに他の局面によれば、非接触温度計が提供される。該非接触温度計は、赤外光を集光するレンズと、開口を有する筐体と、該開口を遮蔽 '開放する遮蔽体と、該筐体内に設けられた焦電体と、該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、該筐体内に設けられており、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する、上述の構成を有する出射効率制御素子アレイとを備えている。好ましくは、前記接触式温度測定手段は、熱電対である。

本発明のさらに他の局面によれば、非接触温度計が提供される。該非接触温度計は、開口を有する筐体と、該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、該筐体内に設けられた焦電体と、該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、該筐体内に設けられており、該開口を通して入射した赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する請求項 7 1に記載の出射効率制御素子と、該出射効率制御素子から出射された該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射するレンズと、を備えている。好ましくは、前記接触式温度測定手段は、熱電対である。

本発明のさらに他の局面によれば、上述の構成を有するディスプレイ装置の製造方法が提供される。該製造方法は、前記複数の光変調装置を作製する工程と、前記光源、前記分離手段、該複数の光変調装置および前記結像レンズを配置し、組み立てる工程と、を包含しており、該複数の光変調装置を作製する工程は、透明基板の第 1の面上に前記集光手段を形成する工程と、該第 1の面に対向する該透明基板の第 2の面上に、駆動用の接続部をそれぞれが有している前記複数の出射効率制御手段を形成する工程と、該複数の出射効率制御手段を駆動する駆動回路に、該駆動用の接続部を接続する工程と、該駆動用の接続部と該駆動回路との接続不良があるときに、該接続不良に対応する接続部にレーザ光を照射することによって、該接続不良をリペアする工程と、を包含している。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態における光変調装置の構成を示す図であり、（a ) は下面から見た透視図、（b ) は側面図である。

図 2は、図 1の A - A ' 線に沿った断面図である。

図 3は、回折形の楕円マイクロレンズの一例を示しており、（a ) は平面図、

( b ) は、（a ) のマイクロレンズのうちの 1つのレンズの断面図である。図 4は、実施の形態 1における出射効率制御素子の作製工程を説明する図である。

図 5は、出射効率制御素子として可動鏡を用いた光変調装置の構成を示す図である。

図 6は、本発明の第 2の実施の形態における光変調装置の構成を示す下面からみた透視図である。

図 7は、本発明の実施の形態 3におけるディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。

図 8は、図 7のディスプレイ装置における光変調装置の構成を示す図であり、 ( a ) は上面透視図、（b ) は断面図である。

図 9は、図 7のディスプレイ装置における、出射効率制御素子を駆動する駆動回路と光変調装置との接続の様子を示す図である。

図 1 0は、実施の形態 3における出射効率制御素子の 0次回折効率（反射光の出射効率）の波長依存特性を示す図である。

図 1 1は、配列された複数個の矩形のマイクロレンズのアレイと開口率との関係を示す図である。

図 1 2は、本発明の第 4の実施形態における出射効率制御素子を用いた赤外線センサの構成を示す斜視図である。

図 1 3は、図 1 2の赤外線センサの側面図である。

図 1 4は、図 1 2の赤外線センサのレンズの平面図である。

図 1 5は、焦罨体上のスポッ卜形状の例を示す図であり、（a ) は、従来の円形レンズを用いて焦電体上に入射光を集光した場合を、（b ) は、レンズを矩形とした場合を示している。

図 1 6は、第 4の実施形態における出射効率制御素子の構成を示しており、 ( a ) は平面図、（b ) は、（a ) の B - B ' 線に沿った断面図である。

図 1 7は、図 1 6の出射効率制御素子の製造工程を説明する図である。図 18は、図 16の出射効率制御素子の動作を説明する図である。

図 19は、本発明の実施の形態 5のディスプレイ装置における光変調装置の構成を示しており、（a) は上面透視図、（b) は断面図である。

図 20は、図 1 9のディスプレイ装置における、出射効率制御素子を駆動する駆動回路と光変調装置との接続の様子を示す図である。

図 21は、実施の形態 5における出射効率制御素子のグレーティング形状を摸式的に示す図である。

図 22は、本発明の実施の形態 6における出射効率制御素子の構造を示す図であり、（a) は平面図、（b) は（a) の E— E' 線に沿った断面図を示している。

図 23は、本発明の実施の形態 7における出射効率制御素子の構造を示す図であり、（a) は平面図、（b) は (a) の F— F' 線に沿った断面図である。図 24は、図 23の出射効率制御素子の製造工程を説明する図である。

図 25は、図 23の出射効率制御素子の動作を説明する図である。

図 26は、本発明の実施の形態 8における赤外線センサの構成を示す図であり、

(a) は側面図、 (b) は、直線 G— G' を含み、かつ y— z平面に平行な面上から一 X方向を見たときの図である。

図 27は、本発明の実施の形態 9における赤外線センサの構成を示すである。図 28は、図 27の赤外線センサにおける出射効率制御素子アレイの構造を示す図であり、（a) は平面図、（b) は（a) の H— H' 線に沿った断面図、 (c) は（a) の I一 I' 線に沿った断面図である。

図 29は、実施の形態 9における、出射効率制御素子アレイを用いて光源（熱源）の 2次元強度分布を測定する手段の構成を示す図である。

図 30は、本発明の実施の形態 1 0における赤外線センサの構造を示す図であり、（a) は側面図、（b) は直線 J— を含み、かつ y— z平面に平行な面上から— X方向を見たときの図である。図 3 1は、本発明の実施の形態 1 1の非接触温度計の構成を示す断面図である。図 3 2は、従来の光変調装置の構成を示す図であり、（ a ) は平面図、（ b ) は（a ) の K一 K' 線に沿った断面図である。

図 3 3は、従来の光変調装置における光変調原理を説明する図である。

図 3 4は、回折形の楕円マイクロレンズアレイの平面図である。

図 3 5は、可動鏡アレイを用いた光変調装置の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1 )

図 1 ( a ) および（b ) は、それぞれ、本発明の第 1の実施の形態における光変調装置の構成を示す下面から見た透視図および側面図であり、図 2は、図 1の

A— A' 線に沿った断面図である。

本実施の形態における光変調装置は、図 1に示すように、例えば、厚さ 2 m m のガラス等の透明基板 1の表面である第 1面に、第 1の集光手段としてのマイク口レンズ 3 a、および、第 2の集光手段としてのマイク口レンズ 3 bが形成されている。マイクロレンズ 3 aおよび 3 bは、隣接して設けられた同一形状のレンズである。

透明基板 1の第 1面に対向する第 2面上には、反射形の出射効率制御素子 2が形成されている。出射効率制御素子 2は、レンズ 3 aの中心とレンズ 3 bの中心とを結ぶ直線の中央（レンズの隣接点）から、レンズを形成した平面（第 1面）に対する垂線と、出射効率制御素子 2が設けられる面（第 2面）との交点を中心として配置されている。すなわち、本実施の形態では、マイクロレンズ 3 a , 3 bの中点の真下に、出射効率制御素子 2を配置している。

本実施の形態では、マイクロレンズ 3 a、 3 bとして、口径 l mmの円形レンズを用いた。このような円形レンズは、どのような方法によって作製してもよいか、本実施の形態では、基板 1上にレジストを塗布し、レジスト軟化温度以上でベーキングすることによってレジストフローを生じさせ、表面張力により山形にするという方法で作製した。

なお、本実施形態では、円形のマイクロレンズを用いている力、マイクロレンズの形状はこれに限られない。例えば、矩形、あるいは楕円形のレンズを用いることもできる。また、回折形のマイクロレンズ、あるいは非球面レンズを、フォトリソグラフィゃ、エッチング、堆積等の半導体プロセスを用いて作製してもよい。図 3 (a) に、回折形の楕円マイクロレンズの一例の平面図を示す。また、図 3 ( b ) に、図 3 ( a ) のマイクロレンズの 1つを X— z平面で切ったときの断面図を示す。図 3 (b) に示すような断面が階段形状のバイナリ Zマルチレべル構造の回折形マイクロレンズは、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィとエツチング Z薄膜堆積を橾り返して一括して大量作製することができる。このため、量産性および作製精度に優れたマイクロレンズを得ることがでさる。

例えば、ビーム径が 0. 9mmの入射光 4は、その光軸が図 1 (b) に示す z 軸方向からの角度 01 (例えば、 20.2° ) でマイクロレンズ 3 aに入射し、基板 1内の光軸の入射角 0 (例えば、 1 3. 3° ) で基板 1を進行し、出射効率制御素子 2に集光される。ここで、入射光 4は反射されて（反射角 0、例えば 1 3.3° ) 、マイクロレンズ 3 bでコリメ一卜され、光軸の出射角度 01 (例えば、 20.2° ) で、出射光 5として出力される。

また、本実施の形態では、透明基板 1の表面のマイクロレンズ 3 aおよび 3 b と出射効率制御素子 2が形成された領域以外の領域には、光吸収部材 6を設けている。光吸収部材 6は、入射する光の波長に対して光吸収作用のある膜、例えばカーボンまたはフタロシアニン化合物を、ポリイミドゃ PMMA等の高分子に混せて塗布することによって作製した。しかし、光吸収部材 6の構成および作製方法はこれには限られず、入射光の波長に対して光吸収効果がある色素等の有機膜を蒸着してもよい。このような光吸収部材 6を設けることにより、基板内 1および基板外からの迷光を除去し、出射光 5の S/Nを向上させるという効果がある。本実施の形態では、マイクロレンズ 3 aおよび 3 bの周辺部にも光吸収部材 6 を設けている。このような構成により、通常基板 1との表面張力によりレンズ特性が劣化しがちであるマイクロレンズの周辺部を用いずに、レンズ特性が良好な領域のみを第 1および第 2の集光手段として使用することができるという効果があ

出射効率制御素子 2の平面構造は、図 1 (a) に透視して示しており、例えばサイズは 1 00 zmx 1 00 /zmである。以下に、図 2および 4を参照しながら、出射効率制御素子 2の構造および作製工程を説明する。なお、以下の出射効率制御素子 2の構造の説明では、基板 1の裏面（第 2面）から見て述べるため、上下の言い回しは、図 2中の上下関係と逆になる。

まず、図 4 (a) に示すように、透明基板 1の一つの表面上に、第 1の電極として機能する透明導電膜 7および反射膜 8をこの順に形成する。本実施の形態では、厚さ 2mmのガラス基板を基板 1として用いて、その上に、透明導電膜 7として厚さ 50 OAの I TO膜を形成し、反射膜 8として、厚さが例えば 4000 Aの A 1膜を形成した。

続いて、反射膜 8上にレジス卜マスク（図示せず）を形成し、エッチングを行つて反射膜 8を適切な形状にパターニングして、図 4 (b) に示すように第 1のグレーティング 8 aを形成する。その後、図 4 (c) に示すように、グレーティング 8 aを覆って、厚さ L₂の絶縁層 9を形成する。本実施形態では、絶縁層 9 として厚さ 0. 086 mの S i 0₂層を形成した。この絶縁層 9は、第 1のグレーティング 8 aと後述する第 2のグレーティング 8 bとのショートを防ぐために用いられる。

さらに、絶縁層 9上に、図 4 (d) および図 4 (e) に示すように犠牲層 1 0 および反射膜 8' を形成する。本実施形態では、犠牲層 10としては、厚さ 0.

3 のポリイミド層を形成し、反射膜 8' としては、厚さが例えば 400 OA の A 1膜を形成した。この犠牲層 10は、スぺ一サ層として機能する。次いで、反射膜 8' 上にレジストマスク（図示せず）を形成し、エッチングを行って反射膜 8' を適切な形状にパターニングして、図 4 (f ) に示すように、第 2の電極として機能する第 2のグレーティング 8 b、および電極 8 cを形成する。第 2のグレーティング 8 bは、両端が犠牲層（スぺーサ層） 1 0上に支持されている複数本の梁として形成されており、電極 8 cに電気的に接続されている。最後に、犠牲層 1 0を除去する。これによつて、第 2のグレーティング 8 bと絶縁層 9との間には、距離 L₃の空間が形成される。

第 1電極 7と第 2電極 8 bとに電圧を印加すると、静電力により、第 2のグレ一ティング 8 bが S i 0₂層 9に密着し、その結果、第 1および第 2のグレーテイング 8 a、 8 bの間隔が変化する。これにより、基板 1側からの入射光でも、出射効率を制御することができる。

S i 0₂層 9の膜厚 L₂、および第 2のグレーティング 8 bと S i 0₂層 9との間の空間部の距雜 L₃は、 S i 0₂層 9の屈折率を n (例えば 1. 5) 、入射光 4の波長を； I (例えば 0. 5 /m) としたときに、 L₂= (4 n c 0 s 0) 、 L₃ =スノ (4 c o s ^ 1 ) を満足するように設定されている。したがって、図 2 (a) に示す電圧を印加しない状態では、入射光 4側から見た第 1のグレーティング 8 aと第 2のグレーティング 8 bとの距離が 1 Z 2波長となり、往復で光の位相が整合することになる。つまり、出射効率制御素子 2は、電圧無印加時にはミラーと同じ役割を果たし、 0次回折光である反射光 5のみが生じる。一方、図 2 (b) に示す電圧印加時には、第 1のグレーティング 8 aと第 2のグレーティング 8 bとの距離が 1 Z4波長になるため、往復で逆位相となって反射光は打ち消しあい、土 1次回折光 1 1 a、 1 1 bが生じるというものである。すなわち、反射光 5の強度、または ± 1次回折光 1 1 a、 1 1 bの光の強度変調ができることになるカ^ 本実施の形態では、反射光（0次回折光）に注目して、反射光の変調に用いた。本発明の光変調装置は、入射光 4をマイクロレンズ 3 aにより集光して、出射効率制御素子 2上に照射し、 0次回折光である反射光をマイクロレンズ 3 bによりコリメートして、出射光 5として出力する。これにより、入射光 4および出射光 5のビーム径よりも非常に小さ t、面積の出射効率制御素子 2を用いて、出射する光の効率を変調することができる。上述したようにして作製した 1 0 0 m x 1 0 0 のサイズの出射効率制御素子 2では、第 2のグレーティング 8 bを浮かせる工程で、第 2のグレーティング 8 bが S i 0 ₂層 9に付着することも少なく、歩留まりよく作製することができた。

また、グレーティング部分のサイズが小さくなつたことにより、応答速度を向上させることもできる。

さらに、本実施の形態の光変調装 Sにおいては、上述したように、透明基板 1 の裏表面に、マイクロレンズ 3 a、 3 b、および出射効率制御素子 2をモノリシックに集積化している。したがって、構造的にも安定した光変調装置を得ることができる。

また、マイクロレンズを用いて出射効率制御素子 2上に入射光を集光させる場合、マイク口レンズの焦点上に出射効率制御素子 2を正確に配置する必要がある。しかし、本実施の形態の光変調装置では、透明基板 1の厚みをマイクロレンズの焦点距離に対応するようにしておけば、マイクロレンズと出射効率制御素子 2との距離を正確に設定することが容易となり、精度よく組立ができる。

なお、出射効率制御素子と、出射効率制御素子上に入射光を集光させるための集光手段とを別々の基板上に作製して、それらを組み合わせても動作可能であるまた、従来の光変調装置と、マイクロレンズを組み合わせても、一体化はできないが動作は可能である。

さらに、本実施の形態で用いた反射形の出射効率制御素子の代わりに、透過形で機能する出射効率制御素子とミラー等の反射手段とを組み合わせたものを、マイク口レンズ等の第 1および第 2の集光手段とともに用いてもよい。また、出射効率制御素子として、本実施の形態では、回折を利用したグレーテイング構造の素子を用いたが、これに限らず、光の出射効率を制御することができるような素子であればよい。例えば、静電力で制御できるようなマイクロミラ一構造の可動鏡でもよい。

図 5に、出射効率制御素子として可動鏡を用いた光変調装置の一例の断面構成を示す。この光変調装置では、一表面に可動鏡 2 4が設けられた基板 2 0と、第 1および第 2の集光手段としてのマイクロレンズ 3 a、 3 bがー表面に設けられた透明基板 2 2とカ^ 可動鏡 2 4およびマイクロレンズ 3 a、 3 bを内側にして対向するように配置されている。各可動鏡 2 4は、上述したグレーティング構造の出射効率制御素子 2と同様に、隣接するマイクロレンズ 3 a、 3 bの中点の真下に配置されており、マイクロレンズ 3 aから入射してきた光 4を反射して、反射光 5としてマイクロレンズ 3 bから出射する。このような構成の光変調装置では、光の反射のみを利用して光変調を行っている。このため、出射効率は、入射光 4の波長には依存せず、使 t、やす t、という利点がある。

(実施の形態 2 )

図 6は、本発明の第 2の実施の形態における光変調装置の基本構成を示す下面からみた透視図である。図 6において、図 1に示している構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態の光変調装置は、出射効率制御素子 2に光を集光させる第 1の集光手段、および出射効率制御素子 2からの光を出力する第 2の集光手段の構造のみが、上記実施の形態 1の光変調装置とは異なる。実施の形態 1では、第 1、第 2の集光手段として、円形のマイクロレンズ 3 a、 3 bを用いていたが、本実施の形態では、楕円形のマイクロレンズ 3 ' a、 3 ' bが長軸を隣接するように設けられている。

楕円形のマイクロレンズ 3 ' a、 3 ' bは、それぞれ、厚さ方向の断面が徐々に小さくなる相似形の楕円形状であり、入射光の入射角を Θ 1としたとき、楕円の長軸の短軸に対するサイズ比が 1 /c o s θ 1になるように設計されている。このように、マイクロレンズ 3' a、 3* bを入射角に応じた楕円形状にすることにより、マイク口レンズに斜めに入射する光に対して生じる収差を減少させ、良好に光変調させることができるという効果がある。

本実施の形態では、例えば 0 1 = 3 5° で、楕円の長軸の短軸に対するサイズ比は、例えば 1. 2 2とした。このような大きな入射角においても、良好に機能させることができた。特に、楕円形マイクロレンズとしては、作製上の点から、図 3 (a ) および（b) に示したようなバイナリ Zマルチレベル構造の回折形の楕円マイクロレンズが適している。

(実施の形態 3)

続いて、図 7〜図 1 0を参照しながら、本発明の第 3の実施の形態におけるデイスプレイ装置を説明する。なお、これらの図面において、 ϋ ΐ〜図 6に示されている構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図 7は、本実施の形態におけるディスプレイ装置の構成を概略的に示すものであり、図 8 (a ) および（b) は、図 7のディスプレイ装 Eにおける光変調装置の基本構成を示す上面透視図および断面図である。また、図 9は、図 7のデイスプレイ装置における、出射効率制御素子を駆動する駆動回路と光変調装置との接続の様子を示す図である。図 1 0は、本実施形態における出射効率制御素子の 0 次回折効率（反射光の出射効率）の波長依存特性を示している。

図 7に示すように、本発明のディスプレイ装置は、光源 2 0 1、ダイクロイツクミラー 2 0 2 a、 2 0 2 b、 2 0 2 c、 2 0 2 dおよび 2 0 2 e、 3つの光変調装置 20 3 a、 2 0 3 bおよび 2 0 3 c、ミラ一 2 04、ならびにスクリーン上に像を結像する投影レンズ 2 0 5を有している。光源 2 0 1は、例えば、メ夕ルハライドランプやキセノンランプ等の白色光源である。光源 2 0 1から出射された白色光は、特定の波長域の光のみを選択的に反射するダイクロイツクミラー

2 0 2 a , 2 0 2 bおよび 2 0 2 cによって、青色光、緑色光および赤色光に分離され、各色光に対して設けられた光変調装置 2 0 3 a , 2 0 3 bおよび 2 0 3 cに入射する。ここで各色光は、表示すべき画像に応じて光変調される。変調された各色光は、ダイクロイツクミラー 2 0 2 dおよび 2 0 2 eによって 1つの光に合成され、投影レンズ 2 0 5によってスクリーン（図示せず）上に投影される。以下、本実施の形態のディスプレイ装置の動作を説明する。

まず、光源 2 0 1から平行光として出射された光は、青色光（例えば 0 . 4 1 ~ 0 . 4 9 mの波長域の光）を選択的に反射するダイクロイックミラー 2 0 2 aに入射する。ここで、青色光 Bだけが反射されて 9 0度向きを変え、光変調装置 2 0 3 aに入射する。光変調装置 2 0 3 aは、制御回路（図示せず）によって各画素毎にスイッチングされており、入射光は画素毎に変調され、 0次回折光である反射光が出射する画素と、出射しない画素ができる。変調された青色光 B ' は、ダイクロイツクミラー 2 0 2 aと同様に青色光を選択的に反射するダイク口イツクミラー 2 0 2 eに入射して、ここで光路を折り曲げられて、他の光と合成され、結像レンズ 2 0 5によりスクリーン（図示せず）上に結像される。

ダイクロイツクミラ一 2 0 2 aを透過した緑色光と赤色光のうち、緑色光 Gは、緑色光（例えば 0 . 5〜0 . 6 mの波長域の光）を選択的に反射するダイク口イツクミラ一 2 0 2 bにより反射されて 9 0度向きを変え、光変調装置 2 0 3 b に入射する。変調された緑色光 B ' は、ダイクロイツクミラー 2 0 2 bと同様に緑色光を選択的に反射するダイクロイックミラ一 2 0 2 dにより 9 0度向きを変え、他の色と合成され、投影レンズ 2 0 5により結像される。

ダイクロイツクミラー 2 0 2 bを透過した赤色光 Rは、赤色光（例えば 0 . 6 〜0 . 7 mの波長域の光）を選択的に反射するダイクロイックミラ一 2 0 2 c によって光路を 9 0度曲げられ、光変調装置 2 0 3 cに入射し、空間変調される。変調された赤色光 R ' は、ミラー 2 0 4により光路を折り曲げられて、レンズ 2 0 5により結像され、その結果、スクリーン上では 3原色が混色されてカラー画像が形成される。

各光変調装置では、図 8 ( a ) および（b ) に示すように、透明基板 1の表面である第 1面上には、アレイ状に配列された複数の集光手段、例えば口径 4 0 mのマイクロレンズ 3 " 力く、例えば 4 0 mの周期で、隣り合うように形成されており、第 1面に対向する透明基板 1の第 2面上には、アレイ状に配列された複数の出射効率制御素子 2 ' が、例えば 4 0 / mの周期で形成されている。本実施の形態では、各出射効率制御素子 2 ' のサイズを 2 0 w m X 2 0 mとした。本実施形態においても、マイクロレンズによって光を出射効率制御素子 2 ' 上に集光させるので、出射効率制御素子 2 ' のサイズをマイクロレンズの口径よりも小さくすることができる。その結果、各出射効率制御素子 2 ' の周りに、出射効率制御素子 2 ' を駆動するための配線の引き回しや、制御回路を構成することができ、デッドスペースを減らすことができる。したがって、実質的に、開口率を上げ、光利用効率を向上させることができる。

本実施の形態の各光変調装置では、実施の形態 1で述べた出射効率制御素子において、 S i 0₂層の膜厚、および空間部（第 2のグレーティングと S i 0 ₂層との間）の距離を入射光の波長に応じて最適化したものを用い、これをアレイ状に配列している。具体的には、本実施の形態では、青色光用の光変調装置 2 0 3 aの設計波長を 0 . 4 5 m、緑色光用の光変調装置 2 0 3 bの設計波長を 0 . 5 5 m、赤色光用の光変調装置 2 0 3 cの設計波長を 0. 6 5 mとした。各光変調装置は、図 8 ( b ) に示すように、ダイクロイツクミラーから入射してくる光 4がマイクロレンズ 3 " の光軸に対して斜めに入射し、かつ、その隣のマイクロレンズから、入射角と同じ角度で、光軸に対して斜めに出射するように配置されている。また、各光変調装置において、出射効率制御素子 2 ' とマイク口レンズ 3 " との配列間隔を等しくし、出射効率制御素子 2 ' のアレイとマイク口レンズ 3 " のアレイとを、入射光の傾いている方向（図 8 ( b ) における X方向）にお互いに配列間隔の半分ずらせて配置している。

このような配置により、本発明の光変調装置では、各出射効率制御素子 2 ' に光 4を入射させる第 1の集光手段としてのマイクロレンズは、 X方向において隣接する出射効率制御素子 2 ' からの光 5を出射させる第 2の集光手段を兼ねることになる。したがって、上記実施の形態 1で述べたように、本発明の出射効率制御素子は X方向に隣接するマイクロレンズを 2つ必要とすることになるカ、それをディスプレイ装置の光変調装置においてアレイ状に配置する場合には、マイク口レンズの個数は、アレイに含まれる出射効率制御素子の個数に、 y方向 1列分の個数だけ増加させるだけでよい。

例えば、 6 4 0 ( X方向） x 4 8 0 ( y方向）個の画素に対応させるためには、出射効率制御素子 2 ' は、 6 4 0 ( X方向） X 4 8 0 ( y方向）個を配列させる必要がある。し力、し、マイクロレンズ 3 " は、 6 4 1 ( X方向） X 4 8 0 ( y方向）個を配列させるだけでよく、マイクロレンズの個数増加の割合は、わずか 0 . 1 6 %である。このように、本発明のディスプレイ装置では、隣接するマイクロレンズを対にして用いる構成ではありながら、ほとんどマイクロレンズの個数の増加を伴う必要がないため、製造が楽であるという効果がある。

本実施の形態のディスプレイ装置では、アレイ状に配列されたマイクロレンズ 3 " および出射効率制御素子 2 ' を、それぞれ透明基板 1の表面および裏面に一体化することにより光変調装置を作製している。したがって、安定した構造の光変調装置を得ることができる。特に、マイクロレンズ 3 " の焦点距離と透明基板 1の厚さとを一致させておくことによって、容易に、マイクロレンズ 3 " の焦点上に出射効率制御素子 2 ' を正確に配置することができ、良好な変調特性を実現することができる。

また、各光変調装置では、透明基板 1の表面のマイクロレンズ 3 " および出射効率制御素子 2 ' が設けられている領域以外の領域には、光吸収部材 6を設けている。本実施の形態では、光吸収部材 6は、使用波長に対して光吸収作用のある膜、例えば力一ボンまたはフタロシアニン化合物を、ポリイミドゃ P MMA等の高分子に混ぜて塗布することによって作製した。し力、し、光吸収部材 6の構成および作製方法はこれには限られず、使用波長に対して光吸収効果がある色素等の有機膜を蒸着してもよい。このような光吸収部材 6を設けることにより、基板内 1および基板外からの迷光を除去し、出射光 5の S ZNを向上させるという効果がある。

本実施の形態では、マイクロレンズアレイの各レンズ 3 " の周辺部にも光吸収部材 6を設けている。このような構成により、通常、基板 1との表面張力によりレンズ特性が劣化しがちであるマイクロレンズ周辺部を用いずに、レンズ特性が良好な部分のみを使用することができるという効果がある。

また、マイクロレンズ 3 " の形状は円形には限られず、矩形、あるいは楕円形のレンズを用いてもよい。図 1 1に、配列された複数個の矩形のマイクロレンズのアレイを示す。図 1 1 ( a ) 〜（c ) に示すように、マイクロレンズの形状および配列を変更することによって、デッドスペースを減らし、開口率を向上させることができることがわかる。

楕円形のマイクロレンズのァレイは、光変調装置への入射角および出射角が大きい場合に有効である。楕円形マイクロレンズアレイの例を、図 3 4に示す。楕円形のマイク口レンズの使用により、マイク口レンズの光軸に対して斜めに入射する光に対して生じる収差を減少させ、良好に光変調させることができる。さらに、楕円形マイクロレンズは、入射光 4の入射角を 0 1としたときに楕円の長軸の短軸に対するサイズ比が l Z c 0 s θ Iとなるように設計することが好ましい _c また、円形レンズをマイクロレンズ 3 " として用いる場合、マイクロレンズ 3 " は、例えばレジストを基板 1上に塗布し、レジス卜軟化温度以上でベ一キングすることによってレジストフローを生じさせ、表面張力によって山形にするという方法で作製することができるが、それ以外の方法によって作製してもよい。あるいは、例えばフォトリソグラフィ、エッチング、堆積等の通常の半導体プロセスによって作製した回折形レンズ、あるいは非球面レンズをマイクロレンズ

3" として用いてもよい。

本発明のディスプレイ装置では、光変調装置の出射効率制御素子 2' のアレイを駆動するための駆動回路を専用の I C 12で構成し、この I C 12を、図 9に示すように、ソルダバンプ 13によって、各出射効率制御素子 2' の電極部 2' aに電気的に接続している。このような構成にすることによって、非常にコンパク卜で、安定なデバイスにすることができる。特に、出射効率制御素子 2' ァレィ駆動用の回路が専用の I Cになっているため、出射効率制御素子 2' のアレイとの接続が容易である。

また、このような構成においては、うまく接続されていないソルダバンプ 1 3 と出射効率制御素子 2' があっても、容易にリペアすることができる。出射効率制御素子 2' の上面側にある透明基板 1およびマイクロレンズアレイが、ともに光を透過するからである。具体的には、接続不良の出射効率制御素子 2' の上面から、 YAGレーザ光や C〇₂レーザ光等のレーザ光を、接続できていない電極部に照射し、ァニールしてリペアする。

次に、図 7および図 10を参照しながら、各光変調装置の変調特性と、光源 2 01から各色光を分離していく順序との関係を説明する。

本実施の形態の光変調装置 203 a、 203 bおよび 203 cは、それぞれ、図 10 (c) 、 (b) および（a) に示すような、変調特性を有しており、本発明者は、波長が短くなるにつれて、変調できる消光比は低下する傾向にあることを発見した。このため、青色光に対応した B用の光変調装置 203 aに入射する波長帯域を、本来は 0. 40〜0. 50 （帯域幅0. l m) にすべきところを、例えば、 0. 4 1〜0. 49 m (帯域幅 0. 08 μπι) になるように、第 1のダイクロイツクミラー 202 aで制限し、そうすることによって、 B用の光変調装置 203 aの変調特性、特に消光比を向上させるようにした。

し力、し、波長帯域を制限すると光パヮの低下が生じてしまう。したがって、本実施の形態のディスプレイ装置においては、光源 2 0 1から出射した光を、まず第 1に、青色光を選択的に反射するダイクロイツクミラー 2 0 2 aに入射させることによってこれを防止している。この理由は、ダイクロイツクミラ一を光が通過すると、通過域の波長の光でも、多少吸収されるためである。

G用および R用の光変調装置 2 0 3 b、 2 0 3 cの入射波長帯域は、通常で、特に制限しなかった（帯域幅 0 . 1 μ χη ) が、消光比を向上させるためには、 G 用の光変調装置の入射波長帯域はわずかに、例えば 0 . 5 0 5〜 0 . 5 9 5 μ m (帯域幅 0 . 0 9 μ τη ) に制限するほうが望ましい。この場合は、緑色に対応するダイクロイックミラ一 2 0 2 bを 2番目におく構成により、帯域制限による光パヮの低下を防止することができる。

このように、本実施の形態のディスプレイ装置では、各光変調装置の変調特性を考慮して、各色光を選択的に反射するダイクロイツクミラーと光変調装置とを配置している

さらに、本実施の形態では、光の回折を利用したグレーティング構造の出射効率制御素子を有する光変調装置を用いたディスプレイ装置を説明したが、本発明はこれには限られない。例えば、図 3 5に示すような、静電力で制御できるようなマイクロミラー構造の可動鏡 2 4をアレイ状に配列した光変調装置を用いてもよい。この場合、各可動鏡 2 4は、光の回折は利用せずに、反射のみを利用して出射光を制御する。したがって、可動鏡を用いた光変調装置では、その変調特性は、入射する光の波長には依存しない。その結果、 3つの光変調装置を、各色光の波長域に合わせて設計する必要がなく、同一の仕様のものを用いることができる。

以上説明したように、本発明の光変調装置では、出射効率制御素子と集光手段とを組み合わせて用 L、ることにより、出射効率制御素子の面積を減らすことができる。このため、応答速度が速く、製造が容易なビーム径の大きな入射光を変調できる光変調装置を実現することができる。さらに、この光変調装置を用いることによって、光利用効率の大きい投射型のディスプレイ装置を実現することがでさる。

(実施の形態 4 )

続いて、本発明の出射効率制御素子のさらに他の実施の形態を、それを適用した赤外線センサを例として説明する。

上記実施の形態 1〜3では、出射効率制御素子のグレーティングの形状を矩形にしているが、本実施の形態 4では、台形のグレーティング形状を採用している。以下、図面を参照しながら、本実施の形態 4を説明する。

図 1 2および図 1 3は、本発明の第 4の実施形態における出射効率制御素子を用いた赤外線センサの基本的構成を示した斜視図、および側面図である。本実施の形態の赤外線センサ 1 0 0は、出射効率制御素子 1 0 1、焦電体 1 0 3、レンズ 1 0 5を有している。出射効率制御素子 1 0 1および焦電体 1 0 3は、図 1 3 に示すように、筐体 1 1 1内に収容されており、レンズ 1 0 5は、筐体 1 1 1の上面に取り付けられている。レンズ 1 0 5は、例えば、図 1 3に示すような断面形状を有するシリコンからなる正方形開口の回折形レンズであり、赤外線センサ 1 0 0に入射した光 1 0 7を集光する。出射効率制御素子 1 0 1は、レンズ 1 0 5により集光される光 1 0 7の光路上に、レンズ 1 0 5の取り付け面に平行な面から角度 0 2だけ傾斜して配置されている。焦電体 1 0 3は、出射効率制御素子 1 0 1から出射される光の少なくとも一部が焦電体 1 0 3に入射するように配置されている。

図 1 4は、図 1 2および図 1 3に示されるレンズ 1 0 5の平面図を示したものである。図 1 4に示すように、本実施形態の赤外線センサ 1 0 0においては、レンズ 1 0 5の開口形状は例えば正方形であり、例えばその断面が 4段階の階段形状からなる回折形レンズである。図 1 4に示すように、本実施形態では正方形形状の 4隅にまで回折格子を形成することで、レンズ開口部の面積を大きくして、光利用効率を向上させている。

—方、図 1 2に示すように、焦電体 1 03は、一般に、その製造の容易性ゃコス卜の面から矩形形状を成しているが、例えば一般的な円形形状のレンズで入射光を集光すると、焦電体上のスポット形状もやはり円となる。図 1 5に、焦電体 103上のスポット形状の例を示す。図 15 (a) は、従来の円形レンズを用いて焦電体上に入射光を集光した場合を示している。図 15 (a) からも明らかなように、焦電体の四隅の部分にはデッドスペースとなり光が入射しないため、焦電体全体を有効活用することができなかった。

—方、図 1 5 (b) は、本実施の形態 4のようにレンズ 1 05を矩形とした場合のスポット形状を示している。焦電体 103上に結ばれるスポッ卜は、図 1 5 (b) のように円形レンズを用いた場合よりもサイズが小さい矩形となり、面積の小さい焦電体で済むため、コストが低減できるという効果がある。具体的には、焦電体上に光を集光するレンズを矩形レンズとすることで、焦電体は、面積比で 25%小さくすることができた。また同時に、焦鼋体全体に光を入射することが可能となり、赤外線センサからの出力信号レベルでは、従来値より 25%以上大きくすることができた。

ところで、本実施の形態 4のように、矩形の開口を有するレンズを用いると、図 12に示すように、出射効率制御素子 101上に入射される光のスポッ卜形状は台形になる。本実施の形態では、例えばレンズ 105のサイズを D3mm、焦点距離を 6mm、傾斜角 02を 45° とし、レンズ 105と焦電体 1 03との例えばちょうど中間の位置に出射効率制御素子 101を配置している。したがって、スポット形状は、レンズ 105に近い側の辺（下底）が長さ 2. Omm, レンズ 105から遠い側の辺（上底）が長さ 1. 2 mm、高さ（ z方向）が 2. 3mm の台形となっている。

図 16 ( a ) に本実施の形態 4の出射効率制御素子 101の平面図を、図 1 6

(b) に、図 16 (a) の B— B' 線に沿った断面図を示している。出射効率制御素子 1 0 1の基板 1 2 1は、例えば S iゥヱハーを熱酸化して熱酸化膜を 0 . 1 m形成した後、減圧化学気相成長法（以下、 L P C V Dと表記）によりシリコン窒化膜を 0 . 2 m堆積して、絶縁層を形成したものである。この基板 1 2 1上には、例えばリンを多量にド一プしたシリコン酸化膜からなるスぺ一サ層 1 2 3が形成されている。さらにその上には、弾性体層 1 2 5か形成されている。本実施の形態 4では、弾性体層 1 2 5は、残留応力を低減したシリコン窒化膜から形成した。梁 1 2 6は、図 1 6 ( b ) に示すように、弾性体層 1 2 5をパターニングして形成されたものであり、その上に上部反射膜 1 2 7が形成されている。基板 1 2 1上には下部反射膜 1 2 8が形成されている。これらの反射膜 1 2 7および 1 2 8は、例えば、厚さ 0 . 1 の A uから形成される。このような構成の出射効率制御素子 1 0 1に、集光赤外光 1 1 5が入射すると、出射効率制御素子 1 0 1上には、図 1 6 ( a ) に示すように、台形状の入射光スポット 1 2 9が形成される。

図 1 6 ( a ) に示すように、本実施の形態 4では、出射効率制御素子 1 0 1は台形形状である。これは先に述べたように矩形レンズを用いることで出射効率制御素子 1 0 1上の光のスポッ卜 1 2 9の形状が図 1 6 ( a ) に示すような台形になることに対応したものである。本実施の形態 4では、前述したようにスポット 1 2 9の形状は、上底が 1 . 2 mm、下底が 2 . 0 mmというように y方向の幅が変化する。このため、従来の出射効率制御素子のように互いに平行な梁からなるグレーティングでは、スポッ卜の上底付近と下底付近で、スポット内にある梁の本数が変化してしまい、これによつて生じる回折現象が上下位置で不均一になり、その結果、変調効率が低下してしまっていた。これに対して、本実施の形態の出射効率制御素子 1 0 1では、グレーティングを構成する梁 1 2 6の周期をスポット 1 2 9の形状に合わせて変化させることによって、スポット 1 2 9内の梁の本数が一定になるようにし、均一な回折現象を発生させることで回折効率が低下しないようにしている。次に、図 17を参照しながら、出射効率制御素子 101の製造工程の一例を説明する。なお、図 17において図 16と同一の構成要素には同一の番号を附記し、説明を省略する。

まず、絶縁膜がその上に形成された基板 121を作製する。基板としては、例えばシリコン基板等が用いられる。本実施の形態では、シリコン基板を用いて、それを熱酸化することによって 0. 1 mの酸化膜を形成した後、さらに LPC VDによりシリコン窒化膜を 0. 5 m堆積した。

続いて、図 17 (a) に示すように、この基板 121上に、例えば LPCVD によって、例えばリンを多量にドープしたシリコン酸化膜からなるスぺーサ層 1 23を形成する。スぺーサ層 123の厚みは、出射効率制御素子に入射する光の波長を λとして、ス / ( 4 c o s 02 ) で与えられる。本実施形態は、入射光の波長スを 1 0 //mとしている。なお、 02は、レンズが取り付けられている面と平行な面に対する出射効率制御素子 101の傾斜角、すなわち光が出射効率制御素子に入射する角度であり、本実施の形態では、上述したように 02 = 45° としている。したがって、本実施の形態では、リンを多量にドープしたシリコン酸化膜を、 LPCVDによって厚さ 3. 5 mに堆積した。

次に、図 17 (b) に示すように、スぺーサ層 1 23上に、厚さが (4 c 0 s 02) で与えられる弾性体層 125を形成する。本実施の形態では、シリコンの含有比を増すことで膜に残留する引張応力を例えば 20 OMP a以下に低減したシリコン窒化膜を、 LPCVDによって 3. 5 mの厚さに形成した。

続いて、弾性体層 125上にレジス卜をスピンコート塗布し、露光 ·現像を行つて、図 1 7 (c) に示すようにレジストマスク 131を形成する。次いで、ドライエッチングにより、弾性体層 125をパターニングし、梁 126および開口部 132を形成する。その後レジス卜 131を除去し、さらに、バッファ一ド · フッ酸を用いた等方性のウエット 'エッチングによって、スぺーサ層 123を開口部 132から梁 1 26の下まで除去して、図 17 (e) に示すように、梁 1 2 6を中空に浮いた状態にする。このようにして、梁1 2 6を、両端がスぺーサ層 1 2 3上に支持されている両持ち梁とする。

最後に、この状態の基板の上に、例えば厚さ 0 . 1 mの A uからなる反射膜を蒸着して、図 1 7 ( f ) に示すように、上部反射膜 2 7および下部反射膜 2 8 を形成する。以上の工程により出射効率制御素子のグレーティング構造が完成する。

以上のように構成された出射効率制御素子の動作について、図 1 8を参照しながら説明する。なお、図 1 8において、図 1 7と同一の構成要素には同一の番号を附記し、説明を省略する。

本実施の形態 4の出射効率制御素子 1 0 1は、上部反射膜 1 2 7と基板 1 2 1 との間に印加する電圧をオン ·オフすることで動作する。図 1 8 ( a ) は、上部反射膜 1 2 7と基板 1 2 1の間に電圧を印加していない状態を示しており、梁 1

2 6は中空に浮いた状態となって梁 1 2 6と基板 1 2 1との間には空気層 1 3 7 が形成されている。このとき、上部反射膜 1 2 7の表面と下部反射膜 1 2 8の表面との段差は、例えば変調対象の光 1 3 5が出射効率制御素子 1 0 1に入射する入射角を 0 2 (図 1 3参照）とし、光 1 3 5の波長を； Iとすると、ス/ ( 2 c o s 0 2 ) で表される値に設定されている。

例えば本実施の形態 4では、 0 2 = 4 5。、ス = 1 0 mとしているので、その値は 7 . O mとしている。このとき、上部反射膜 1 2 7で反射する光と下部反射膜 1 2 8で反射する光との位相差は、往復で 1波長分の 2 πとなり位相が揃う。したがって、出射効率制御素子 1 0 1は単なるミラーとして作用し、入射光

1 3 5は 0次回折光 1 3 6となり、入射側へ反射される。

次に、図 1 8 ( b ) に示すように、上部反射膜 1 2 7と基板 1 2 1との間に電圧を印加すると、上部電極である上部反射膜 1 2 7、および下部電極である基板 1 2 1は、空気層 1 3 7と基板 1 2 1の表面に形成されている絶縁層（図示せず）とを挟むコンデンサを形成し、上部反射膜 1 2 7には例えば正電荷が、基板 1 2 1には例えば負電荷がチャージされる。この電荷間に静電引力が作用するため、図 1 8 ( b ) に示すように、梁 1 2 6は、基板 1 2 1の表面に接触するまで基板 1 2 1側に引き寄せられる。このとき、上部反射膜 1 2 7の表面と下部反射膜 1 2 8の表面との段差は、义ノ ( 4 c o s 0 2 ) で与えられる値に設定されており、例えば本実施の形態 4では 3 . 5 /i mとしている。したがって、上部反射膜 1 2 7の表面で反射する光と下部反射膜 1 2 8の表面で反射する光との位相差は、往復で半波長分の 7Γとなるため、互いに打ち消しあって、 0次回折光が消滅し、代わりに 0次以外の回折光が出射するようになる。例えば、図 1 8 ( b ) に示すように、電圧を上部反射膜 1 2 7および基板 1 2 1の間に印加したときには、 ± 1次回折光 1 3 8 aおよび 1 3 8 b力、それぞれ 4 1 %の回折効率で発生する。なお、実際には、各梁 1 2 6の両端のスぺーサ層 1 2 3上に固定されている部分（図 1 6 ( a ) における C部および D部）の付近では、梁 1 2 6は、完全に基板 1 2 1まで引き寄せられない。このため、図 1 6 ( a ) に示すように、入射光スポッ卜 1 2 9に対して梁 1 2 6を上下に長くし、これらの不完全動作部に光が入らないようにして変調率の低下を防いでいる。

以上の動作により、本実施の形態 4の出射効率制御素子 1 0 1では、印加電圧のオン ·オフにより 0次回折光の強度を変調することが可能である。

次に、本実施の形態 4における出射効率制御素子 1 0 1のグレーティング部分の形状、特にグレーティングの周期の設定を説明する。本実施の形態 4の赤外線センサ 1 0 0では、平行光ではなく、集光光を出射効率制御素子 1 0 1に入射させている。このため、出射効率制御素子 1 0 1のグレーティング部分のうち、 y 方向の中央部ではほぼ 1 0 0 %の 0次回折効率が得られる（電圧オフ時）が、 y 方向の周辺部では図 1 6 ( b ) に角度; Sで示すように入射の角度が傾くため、次第に回折効率が減少することを本発明者らは見いだした。同じ理由により、電圧オン時では、グレーティング周辺部で 0次回折効率が 0 %から増大し、全体として光量の変化蘆幅は低下する。しかしながら、グレーティングの周期 Λが入射光の波長 λの 7倍以上（ΛΖλ≥7) であれば、斜め入射でも回折効率の変化は小さく、集光光の入射は、赤外線センサ 1 00として問題がないことを本発明者らは発見した。このため、本実施の形態 4では、図 16 (a) の C部における最小の Λは、例えば 70 mとしている。

さらに、前述したように本実施の形態 4では、グレーティングの周期 Λを入射光スポッ卜の形状に合わせて変化させている。具体的には、レンズ 105の焦点距離を f 、正方形レンズ 105の 1辺の長さを Lとすると、図 1 6 (a) の D部におけるグレーティングの周期 Λは、 C部における周期 Λの少なくとも（2 f + L t a n 02) / (2 f -L t a n 02) 倍以上であるようにしている。例えば、本実施の形態 4では、 f = 6mm、 L= 3mm、 02 = 45° であるので、 D部におけるグレーティングの周期 Λを、 C部における周期 Λの 1. 67倍である 1 17 m以上としている。

以上のように出射効率制御素子 101を構成することで、台形形状の光スポッ卜に対しても、グレーティングのどの部分でも均一に回折が行われ、高い変調効率を得ることができた。

図 32および図 33に示した従来の出射効率制御素子では、上部反射膜の表面と下部反射膜の表面との段差を、使用波長の 1ノ 2、 1ノ4と変化させ、入射角を 0° 、すなわち垂直に光を入射させることで入射光の変調を行っている。しかし、このような構成では、出射効率制御素子に対して垂直に光を入射させるために入射光と 0次回折光の分離が難しく、 0次以外の回折光を出射光として利用していたため、光の利用効率が極めて低かった。また、上述した従来の出射効率制御素子において、出射効率制御素子を傾けて光を斜めから入射させ、 0次回折光を利用しょうとすると、駆動時の位相差が適切な値とならないため、変調効率が低下してしまうことを、本発明者らは発見した。

これに対して、本実施の形態 4の出射効率制御素子では、上部反射膜 1 27と下部反射膜 128との段差を、入射角 02の値に応じて、それぞれ、スノ（2 c o s 0 2 ) 、 λ / ( 4 c o s 0 2 ) に設定している。これにより、変調効率を低下させずに 0次回折光を容易に分離できるようになつた。

以上説明したように、本実施の形態の出射効率制御素子では、グレーティング部分において一様な回折効果を得ることができ、部分的に変調特性が劣化するようなことはない。また、グレーティングの形状（上部反射膜と下部反射膜との段差、および梁の周期等）を、出射効率制御素子に光が入射する条件、つまり入射角、入射光がグレーティング上で形成するスポッ卜の形状等に応じて設計し、光を出射効率制御素子に対して垂直方向からではなく、斜め方向から入射させている。その結果、変調効率を低下させることなく、容易に 0次回折光を出射光として得ることができるようになる。したがって、この出射効率制御素子を用いることにより、光利用効率が高く、かつ高感度の小型赤外線センサを提供することが可能である。

本実施の形態 4では、出射効率制御素子に入射光を集光させるレンズが矩形の開口を有し、グレーティングの形状が、集光される光スポッ卜の形状に合わせて台形に設計されている場合を特に説明している。しかし、レンズの形状、およびグレーティングの形状はこれには限られない。出射効率制御素子上の入射光スポッ卜内の梁の本数が異なるような他の形状の開口のレンズであっても、そのスポッ卜形状に合わせてグレーティングの形状を設定してやれば良いことは言うまでもない。さらに、グレーティングの長手方向での周期の変化は、特に 1次関数的である必要はなく、出射効率制御素子上での入射光スポット形状によって最適な形状を表す関数を適宜選べばよ t、。

(実施の形態 5 )

次に、本発明の第 5の実施の形態におけるディスプレイ装置を説明する。本実施の形態におけるディスプレイ装置は、光変調装置の構成が異なる点を除いては、上記実施の形態 3で述べたディスプレイ装置と同様の構成を有している。したがつて、ディスプレイ装置の概略構成に関する説明は省略する。

図 1 9 ( a ) および（b ) は、本実施形態のディスプレイ装置における光変調装置の上面透視図および断面図である。また、図 2 0に、本実施の形態における出射効率制御素子を駆動する駆動回路と光変調装置との接粽の様子を示し、図 2 1には、本実施の形態における出射効率制御素子のグレーティング形状を模式的に示す。

図 1 9 ( a ) および（b ) に示すように、この光変調装置は、アレイ状に配置された複数の集光手段としての矩形の回折形レンズ 1 0 5 ' 、および同じ配列間隔（周期）のアレイ状に配置された複数の出射効率制御素子 1 0 Γ を有している。回折形レンズ 1 0 5 ' のアレイは、図 1 9 ( b ) に示すように、透明基板 1 2 1 aの上面に形成されており、出射効率制御素子 1 0 Γ のアレイは、透明基板 1 2 1 aの下面、つまり回折形レンズアレイが形成されている面に対向する面上に形成されている。本実施の形態では、厚さ 2 mmのガラス基板の上面に、開口形状が正方形であって、断面形状が 4段階の階段形状からなる、 1辺が 4 0 / mの回折形レンズを周期 4 0 mのアレイ状に形成し、下面に、サイズが 2 0 μ m x 2 0 mの出射効率制御素子 1 0 1 ' を周期 4 0 mで形成した。また、本実施の形態では、上記実施の形態 4と同様に、正方形形状の四隅にまで回折格子を形成することで、レンズ開口部の面積を大きくして、光利用効率を向上させている。

さらに、回折形レンズ 1 0 5 ' のアレイと、出射効率制御素子 1 0 Γ のァレィとは、回折形レンズ 1 0 5 ' の光軸に対して入射光が傾いている方向（本実施の形態 5では、 X方向）に、配列間隔の半分ずつずらして配置されている。つまり、 X方向に隣接する 2つの回折形レンズ 1 0 5 ' のレンズ中心同士を結ぶ直線の中点の真下に、出射効率制御素子 1 0 Γ が配置されている。したがって、本実施の形態においても、上記実施の形態 3と同様に、 1つの出射効率制御素子 1 0 1 ' に対して入射光 1 3 5を集光させる回折形レンズ 1 0 5 ' は、 X方向における隣の出射効率制御素子 1 0 Γ 力、らの出射光 1 3 6をコリメ一卜して出力する第 2の集光手段としても機能することになる。矩形の回折形レンズ 1 0 5 ' は、例えば、フォトリソグラフィとエッチング Z薄膜堆積を操り返して一括して作製される。

矩形レンズ 1 0 5 ' のアレイを用いたことにより、上記実施の形態 3とは違い、基板 1 2 1 aのレンズ 1 0 5 ' が設けられている面には光吸収部材を設ける必要はない。また、例えば、上記実施の形態 3のように基板上に形成した円形マイク口レンズを集光手段として用いる場合には、基板との表面張力により特性が劣化しがちであつたレンズの周辺部に光が入射しないように、光吸収部材をレンズの周辺部に設けることが好ましいが、本実施の形態では回折形レンズを用いているので、その必要もない。

このように、本実施の形態では、出射効率制御素子 1 0 1 ' 上に入射光を集光させるための集光手段として、矩形の回折形レンズ 1 0 5 ' を用いている。このため、出射効率制御素子 1 0 Γ 上に形成される光スポッ卜の形状は台形となり、上記実施の形態 3のようにグレーティング周期が一定である出射効率制御素子を用いた場合には、一様な回折効果を得ることができない。したがって、本実施の形態では、出射効率制御素子 1 0 Γ のグレーティングの周期を入射光のスポット形状にあわせて変化させ、それによりグレーティングの形状を図 2 1に示すような台形としている。

グレーティングの平面形状は、上記実施の形態 4で述べたようにして設計される。例えば、梁の長さは、梁の両端部近傍の完全に基板側には引き寄せられない部分には光が入射しないように設定されている。これにより、出射効率制御素子 1 0 1 " の不完全動作部に光が入射することに起因する変調率の低下を防ぐことができる。また、グレーティングの周期 Λは、入射光の波長スの 7倍以上（Λ / λ≥ 7 ) となるように設計されている。さらに、グレーティング周期は、回折形レンズ 1 0 5 ' が 1辺の長さが Lの正方形のレンズであり、その焦点距離が f であるものとすると、入射光スポッ卜の台形の下底に対応する位置でのグレーティング周期が、台形の上底に対応する位置における周期の少なくとも（2 f + L t an52) / (2 f -L t an^2)倍以上となるように設定されている。このようにグレーティングの平面形状を設計することにより、台形形状のスポットを形成するようなレンズを集光手段として用いた場合であっても、グレーティングのどの部分でも均一に回折が行われ、高い変調効率を得ることができた。

本実施の形態で用いた出射効率制御素子 10 Γ は、グレーティングの平面形状を除いては、実施の形態 1および 3の出射効率制御素子と同様の構成を有している。したがって、出射効率制御素子 10 Γ の作製は、実施の形態 1で述べた作製工程とほぼ同様の工程によって行われる。

本実施の形態においても、出射効率制御素子 10 Γ を駆動するための駆動回路を、専用の I C 12で構成している。したがって、出射効率制御素子アレイと、駆動回路とを容易に接続することができる。この駆動回路 I C 12は、図 20に示すようにソルダバンプ 13によって、各出射効率制御素子 101' の電極部 1 01' aに接続される。このような構成にすることによって、非常にコンパクトで、安定なデバイスとすることができる。

また、このような構成においては、出射効率制御素子 101' の上面側に位置している透明基板 1および回折形レンズのアレイが、ともに光を通過させるので、仮に、うまく接続されていないソルダバンプ 13と出射効率制御素子 10 Γ があっても、容易にリペアすることができる。具体的には、接続不良の出射効率制御素子 10 Γ の上面から、 YAGレーザや C 0₂レーザ等からのレーザ光を、接続できていない電極部に照射し、ァニールしてソルダバンプ 13と接続する。本実施の形態のディスプレイ装置では、矩形の回折形レンズ 105' によって出射効率制御素子 101' 上に光を集光させている。したがって、出射効率制御素子 10 Γ のサイズを、ビーム径および回折形レンズ 105' のサイズよりも小さくすることができる。その結果、各出射効率制御素子 101' の周りに、出射効率制御素子 1 0 を駆動するために必要な配線（電極部 1 0 aを含む）の引き回しや、制御回路を構成することができ、デッドスペースを減らすことができる。したがって、実質的に、開口率および光利用効率を向上させることができる。

さらに、本実施の形態では出射効率制御素子 1 0 Γ のグレーティング部分の平面形状を台形としている。このため、梁が互いに平行であるようなグレーティング形状を採用した場合に比べると、デッドスペースをさらに減らすことができ、開口率および光利用効率の向上に有効である。 (実施の形態 6 )

続いて、図 2 2を参照しながら、本発明の実施の形態 6における赤外線センサを説明する。

本実施の形態 6の赤外線センサは、出射効率制御素子の構造のみが実施の形態 4の赤外線センサと異なる。このため、以下の説明では、赤外線センサの概略構成についての説明は省略し、出射効率制御素子についてのみ述べる。

図 2 2は、本実施の形態 6の出射効率制御素子の構造を示す図であり、（ a ) は平面図、（b ) は（a ) の E— E ' 線に沿った断面図を示している。

図 2 2 ( b ) に示すように、本実施の形態 6の出射効率制御素子 1 9 0は、基板 1 9 2を有しており、その上に反射形のグレーティングが形成されている。基板 1 9 2は、例えば S i基板を熱酸化して熱酸化膜を 0 . l m形成した後、 L P C V Dによりシリコン窒化膜を 0 . 2 m堆積して、絶縁層を形成したものである。基板 1 9 2の上には、例えばリンを多量にドープしたシリコン酸化膜からなるスぺーサ層 1 9 3が形成されている。その上には、弾性体層 1 9 4およびそれを所定の形状にパターニングして形成された梁 1 9 5が設けられている。弾性体層 1 9 4は、例えば残留応力を低減したシリコン窒化膜からなる。梁1 9 5上には上部反射膜 1 9 6が形成されている。さらに、基板 1 9 2上には、梁 1 9 5 を形成する際に同時に形成された開口部 1 9 9を通して形成された下部反射膜 1 9 7が形成されている。反射膜 1 9 6および 1 9 7は、例えば厚さ 0 . 1 μ πιの A u力、らなっている。

このような構成の出射効率制御素子 1 9 0において、入射した集光赤外光 1 9 1は、図 2 2 ( a ) に示すような形状のスポッ卜 1 9 8を形成する。

図 2 2 ( a ) から理解されるように、本実施の形態 6の出射効率制御素子 1 9 0は、図 1 6に示す実施の形態 4の出射効率制御素子とは、梁 1 9 5と開口部 1 9 9によって構成されるグレーティングの平面形状が異なっている。本実施の形態 6の出射効率制御素子 1 9 0の特徴は、グレーティングの周期を梁の長手方向に沿って大きくし、かつ全ての梁 1 9 5の長さを等しくした点にある。このような出射効率制御素子 1 9 0の一例として、図 2 2には、梁 1 9 5の両端が共に同じ点を中心とする円周上にある場合を示している。

実施の形態 4の出射効率制御素子では、図 1 6 ( a ) からわかるように梁の長さが一定でないので、電圧印加時には長い梁から順に吸引され、電圧除去時には逆に長い梁ほど復元が遅くなる。その結果、光のオン ·オフの立ち上がり、立ち下がりの過渡的な時間が大きくなり、駆動周波数を大きくすることができない。このため、例えば出射効率制御素子を有する赤外線センサによって短時間で高精度に測定を行う場合などには、高速に出射効率制御素子を駆動する必要があるが、実施の形態 4の出射効率制御素子では、高速動作に限界があるため、赤外線センザとしての精度に限界が生じていた。

これに対して、本実施の形態 6の出射効率制御素子 1 9 0では、全ての梁 1 9 5の長さが等しいので、電圧印加時 ·電圧除去時には完全に同時に梁が動作する。このため、光のオン ·オフの動作を極めて短時間に行うことが可能である。この結果、出射効率制御素子の高周波数での駆動が可能となり、本実施の形態 6の出射効率制御素子 1 9 0を用いた赤外線センサでは、高精度の検出を行うことが可能となった。本実施の形態 6では、例えば出射効率制御素子 190の梁 1 95の両端が共に同じ点を中心とする円周上にある場合を示した力、'、梁 1 95の長さが等しければ両端はどの様な曲線上にあってもよい。例えば、いずれか一端の各梁 195の幅方向中心を 1本の直線上に配置することで、同じサイズの光スポッ卜を変調できる出射効率制御素子のサイズを小さくすることが可能である。

なお、本実施の形態 6では、赤外線センサを例として、グレーティングを構成する全ての梁の長さが等しい出射効率制御素子を説明したが、本発明はこれにはられない。例えば、上記実施の形態 5で述べたようなディスプレイ装置の光変調装置の出射効率制御素子において、グレーティングを構成する全ての梁の長さを等しくした場合にも、同様の効果を得ることができるのはもちろんである。

(実施の形態 7)

続いて、図 23〜図 25を参照しながら、本実施の形態 7の赤外線センサを説明する。本実施の形態 7の赤外線センサは、出射効率制御素子の構造のみが上記実施の形態 4の赤外線センサと異なる。このため、赤外線センサの概略構成についての説明は省略し、出射効率制御素子の構造のみを説明する。

図 23 (a) は、本実施の形態 7の出射効率制御素子 200の構造を示す図であり、（a) は平面図、（b) は (a) の F— F' 線に沿った断面図である。図 23 (b) に示すように、本実施の形態 7の出射効率制御素子 200は、基板 2 21を有しており、その上に反射形のグレーティングが設けられている。基板 2 21は、例えば S i基板を熱酸化して熱酸化膜を 0. l ^m形成した後、 L PC VDによりシリコン窒化膜を 0. 2 m堆積して、絶縁層を形成したものである。基板 221の上には、第 1ポスト 222が設けられている。第 1ポスト 222は、例えば、 LPCVDにより多結晶シリコンを堆積し、パターニングすることによつて形成されたものである。また、基板 221の周辺部には、例えばリンを多量にド一プしたシリコン酸化膜からなるスぺーサ層 223が設けられている。さらに、出射効率制御素子 200は、弾性体層 224と、それを所定の形状にパターニングして形成された第 2ボス卜 225および梁 226とを有している。第 2ポスト 225は、第 1ポスト 222上に設けられている。本実施の形態 7では、弾性体層 224を、残留応力を低減したシリコン窒化膜から形成した。第 2 ポスト 225上には、反射膜 227が形成されており、梁 226上には反射膜 2 28が形成されている。これらの反射膜 227、 228は、例えば厚さ 0. 1 mの A u力、らなっている。

次に、図 24を用いて、本実施の形態 7の出射効率制御素子 200の製造工程の一例を説明する。なお、図 24において、図 23と同一の構成要素には同一の番号を附記し、説明を省略する。以下、図 24に従って、製造工程を順次説明する。

まず、シリコン基板を例えば熱酸化して 0. 1 wniの酸化膜を形成した後、さらに、例えば LPCVDによりシリコン窒化膜を 0. 5 ^m堆稜して絶縁層を形成して基板 22 1を作製する。続いて、この基板 22 1上に、例えば L P C VD により例えば多結晶シリコンを堆積し、例えばドライエッチングによりパター二ングして、図 24 (a) に示すように、第 1ポスト 222を形成する。

この状態の基板 22 1上に、例えばリンを多量にドープしたシリコン酸化膜を例えば L P CVDにより堆積して、図 24 (b) に示すように、スぺーサ層 2 2 3を形成する。その後、ドライエッチングにより基板 22 1を全面にわたってェツチングし、図 24 (c) に示すように表面を平坦化する。なお、このときの第 1ポスト 222およびスぺーサ層 223の厚みは、共に； Iノ（4 c o s S 2) となるようにし、本実施の形態 7では例えば 3. 5 mとしている。

続いて、シリコンの含有比を增すことで膜に残留する引張応力を例えば 200 MP a以下に低減したシリコン窒化膜を例えば L P C V Dにより成膜して、弾性体層 224を形成する。弾性体層 224の厚みは任意であるが、本実施の形態 7 では、 2 / mとしている。さらに、図 24 (d) に示すように、弾性体層 224 をパターニングして第 2ボスト 2 2 5と梁 2 2 6とを形成する。

次に、例えばバッファ一ド ·フッ酸によりスぺーサ層 2 2 3を第 2ボスト 2 2 5と梁 2 2 6の隙間からゥエツト ·エッチングして、梁 2 2 6の下のスぺーサ層 2 2 3まで除去し、両持ち梁を形成する。その後、厚さ 0 . 1 111の八11から成る反射膜を蒸着にて成膜し、反射膜 2 2 7、 2 2 8を形成する。以上の工程により図 2 3に示す構造の出射効率制御素子 2 0 0が完成する。

以上のように構成された出射効率制御素子 2 0 0の動作について、図 2 5を用いて説明する。なお、図 2 5において、図 2 3および図 2 4と同一の構成要素には、同一番号を附記し説明を省略する。

本実施の形態 7の出射効率制御素子 2 0 0は、反射膜 2 2 8を上部電極とし、基板 2 2 1を下部電極とし、これらの間に印加する電圧をオン ·オフすることで実施の形態 4の出射効率制御素子と同様の原理で動作する。図 2 5 ( a ) は電圧を印加していない状態を示している。このとき、梁 2 2 6は中空に浮いた状態となって、反射膜 2 2 7と反射膜 2 2 8とは同一平面上にある。このため、出射効率制御素子 2 0 0は単なるミラーとして作用し、入射光 2 3 1は反射光 2 3 2となり、入射側へ反射される。

次に、上部電極 2 2 8および下部電極 2 2 1の間に電圧を印加すると、実施の形態 4で述べた原理と同様にして、図 2 5 ( b ) に示すように、梁 2 2 6は、静電引力によって、基板 2 2 1の表面に接触するまで引き寄せられる。このとき、反射膜 2 2 7の表面と反射膜 2 2 8の表面との段差はえ/ ( 4 c o s 0 2 ) で与えられる値に設定されている。本実施の形態 7では、 3 . 5 mとしている。なお、 λは入射光 2 3 1の波長であり、 0 2は出射効率制御素子 2 0 0への入射光 2 3 1の入射角である。このとき、反射膜 2 2 7の表面で反射する光と反射膜 2 2 8の表面で反射する光との位相差は、往復で半波長分の 7Γとなるため、互いに打ち消しあって、反射光が消滅し、代わりに 0次以外の回折光が出射するようになる。例えばこのとき、図 2 5 ( b ) に示す ± 1次回折光 2 3 3 a , 2 3 3 bは、それぞれ、 4 1 %の回折効率で発生する。

以上の動作により、本実施の形態 7の出射効率制御素子 2 0 0では、印加電圧のオン ·オフにより反射光強度を変調することが可能である。

上述した実施の形態 4の出射効率制御素子では、電圧のオン ·オフのいずれの状態でも回折現象により光の変調を行っていたため、例えば変調対象の光の波長帯域が広い場合には回折効率が低下してしまっていた。しかしながら、本実施の形態 7の出射効率制御素子 2 0 0では、電圧印加時には、実施の形態 4と同様に回折現象により変調を行っているものの、電圧を印加していないときには鏡面反射により入射された光のほぼ 1 0 0 %が出射されるため、全体としての変調率を高くすることが可能である。また、本実施の形態 7の構成によれば弾性体層 2 2 4の厚みを任意に選ぶことができるため、この厚みを薄くすることが可能である。その結果、上部電極として機能する反射膜 2 2 8と、下部電極として機能する基板 2 2 1との間の距離を小さくすることができ、さらに梁 2 2 6の変形に要するエネルギも小さくなることから、駆動電圧を小さくすることができる。

以上、本実施の形態 7の出射効率制御素子は、電圧オフ時の光の出射を 0次回折ではなく鏡面反射とすることで、波長帯域の広い入射光に対しても高い変調率を得ることができる。さらに、弾性体層の厚みを薄くすることが可能なため、低電圧の駆動が可能である。

なお、ここでは、赤外線センサを例として本実施の形態の出射効率制御素子を説明している。しかし、本実施の形態の出射効率制御素子は、赤外線センサに限らず、例えば、上記実施の形態 3および 5で述べたように、ディスプレイ装置の光変調装置に適用することもできる。

(実施の形態 8 )

続いて、図 2 6を参照しながら、本実施の形態 8の赤外線センサを説明する。本実施の形態 8によれば、出射効率制御素子を小さくすることができ、そこから発せられる電磁ノイズが無視できないほど大きくなった場合でも焦電体はその影響を受けず、また光源（熱源）との距離が比較的近距離でしかもあまり変化せず、しかも光源が比較的小さ、場合に高い信号レベルを得ることが可能な赤外線センサを提供することができる。

図 2 6は、本実施の形態 8の赤外線センサ 3 0 0の構成を示す図であり、

(a) は赤外線センサ 300の側面図、（b) は、直線 G— G' を含み、かつ y - z平面に平行な面上からー X方向を見たときの図である。

図 26 (a) および（b) に示すように、赤外線センサ 300は、出射効率制御素子 342、焦電体 343、レンズ 344、およびスぺ一サ 34 5を有しており、これらは筐体 346に収容されている。スぺ一サ 345は、図 26 (a ) に示すように、点熱源（光源） 34 1からの光が出射効率制御素子 34 2に入射する際の入射角 Θ 2を決定する。筐体 346は、その上面に入射窓 347を有している。入射窓 347は、例えばシリコン基板に帯域透過波長フィル夕を形成したものである。

本実施の形態 8の赤外線センサ 300と上述した実施の形態 4の赤外線センサとの違いは、光源 34 1とレンズ 344の間に出射効率制御素子 342を配置している点にある。この配置では、例えばレンズ 344を導電性材料から形成することで、レンズ 344に電磁シ一ルドとしての効果をもたすことができる。このため、特に出射効率制御素子 342の小型化にともない梁が短くなつた場合に、梁を変形させるための駆動電圧が高くなり、その結果電磁ノイズ等が発生しても、焦電体 343が受ける影響を遮断することができる。この場合には、例えばレンズ 344は、 S i、 G e、 G a A s、 I n P、 G a P、 Zn S e、または Z n S 等から形成することができる。また、レンズ 344は、レンズの位相変調量に応じた凹凸を有していてもよい。

レンズ 344は、光源 34 1が無限遠に位置しているのではなく、図 2 6

(a) に示すように入射窓 347から距離 dの位置にあるものとして、設計されている。このようにレンズ 3 4 4の設計を行うことで、光源 3 4 1から放射される光のうち、焦電体 3 4 3上に集光される光の割合が大きくなり、光の利用効率が高くなり、焦電体 3 4 3から出力される信号のレベルも高くなる。また焦電体

3 4 3は、レンズ 3 4 4によって入射光が集光される位置から、図 2 6 ( a ) に示す A f だけ X軸方向にシフトした位置に、配置されている。こうすることで、焦電体 3 4 3上に均一に光を入射させることができ、極端に集光されて焦電体 3

4 3上の一部の領域のみに強い光エネルギが照射され、焦電体 3 4 3からの信号出力力、'低下してしまうことがないようにしている。

さらに本実施の形態 8では、実施の形態 4と同様の理由により、焦電体 3 4 3 全体に光が入射するように、レンズ 3 4 4の形状を矩形形状としている。このため、出射効率制御素子 3 4 2上の光のスポッ卜形状は、実施の形態 4の出射効率制御素子上に形成されるスポッ卜形状とは逆向き、つまり図 2 6における + z側に狭い台形となる。そこで実施の形態 4と同様の理由によって、出射効率制御素子 3 4 2のグレーティング形状を、図 2 6 ( b ) に示すように + z側が狭い台形形状としている。これにより、出射効率制御素子 3 4 2上に照射された光を一様に回折することができる。

上述したように各構成要素を配置した赤外線センサ 3 0 0は、実施の形態 4の赤外線センサとほぼ同様に動作する。つまり、出射効率制御素子 3 4 2の上下^ 極に印加する電圧のオン ·オフによって出射効率制御素子 3 4 2を駆動し、それにより焦電体 3 4 3への光の入射 ·非入射を切り換える。これによつて、光のチョッビングが達成され、焦電体 3 4 3から信号が出力され、光源 3 4 1の有無やそこからの光の強度を知ることが可能となる。

本実施の形態 8では、出射効率制御素子 3 0 0から発せられる電磁ノイズが無視できない程大きい場合や、赤外線センサ 3 0 0に対する光源の位置が比較的一定していて、特にその大きさが小さい場合、光利用効率が高く、それ故きわめて高感度の赤外線センサを提供することが可能である。 (実施の形態 9 )

続いて、図 2 7 ~ 2 9を参照しながら、本発明の実施の形態 9の出射効率制御素子を赤外線センサに用いた場合を例として説明する本実施の形態 9の出射効率制御素子は、例えばこれを赤外線センサに用いた場合、赤外線強度を 2次元的に測定することが可能となるものである。従来は、このような 2次元の赤外線強度測定には、例えば焦電体を 2次元アレイに配置して個々の焦電体の出力情報から 2次元強度分布を得ていた。しかながらこのような方法では、焦電体が多数必要となり、価格が極めて高価になると言う問題点を有していた。

図 2 7は、本実施の形態 9の赤外線センサ 4 0 0の構成を示す図である。図 2

7に示すように、赤外線センサ 4 0 0は、出射効率制御素子アレイ 4 5 3、これに入射光 4 5 1を集光するレンズ 4 5 2、出射効率制御素子アレイ 4 5 3からの光を受け取る焦電体 4 5 4、および入射光 4 5 1が出射効率制御素子アレイ 4 5 3に入射する角度 0 2を決定するスぺーサ 4 5 5を有している。本実施の形態 9 の赤外線センサ 4 0 0は、 1つの出射効率制御素子の代わりに、出射効率制御素子アレイ 4 5 3を用いている点のみが上記実施の形態 4とは異なっているので、この点につ t、てのみ説明する。

図 2 8は、出射効率制御素子ァレイ 4 5 3の構造を示す図であり、（ a ) は平面図、（b ) は（a ) の H— H' 線に沿った断面図、（c ) は（a ) の I一 Γ 線に沿った断面図である。図 2 8 ( a ) 〜（c ) からわかるように、本実施の形態 9における出射効率制御素子アレイ 4 δ 3は、基本的には、実施の形態 4の出射効率制御素子をァレイ状に配置した構造である。

図 2 8 ( b ) および（c ) に示すように、出射効率制御素子アレイ 4 5 3は、その上にグレーティングのアレイが設けられた基板 4 6 1を有している。本実施の形態 9では、基板 4 6 1として、電圧印加のための図示しない配線等をシリコン基板上に形成したものを用いた。基板 4 6 1の周辺部には、例えばリンを多量にドープしたシリコン酸化膜から形成されたスぺ一サ層 4 6 3が設けられている。さらにその上には、弾性体層 4 6 4カ^ 例えば残留応力を例えば 2 0 0 M P a以下の引張応力に低減したシリコン窒化膜から形成されて設けられている。

上部反射膜 4 6 6および下部反射膜 4 6 7は、例えば A uを 0 . 1 / m蒸着して形成したものである。基板 4 6 1上には、図 2 8 ( b ) および（c ) に示すように下部電極 4 6 8が形成されている。この下部電極 4 6 8は、例えばリンを多量にドープしてシート抵抗を例えば 2 0 Ω■ c mまで小さくしたポリシリコン膜を L P C V Dにより 0 . 5 πκ 基板 4 6 1に堆積し、パターニングしたものである。なお、下部電極 4 6 8は、前述した基板 4 6 1の図示しない電圧印加のための配線と接続され、その個々に電圧を印加することができるようにしている。また、上部電極も兼ねる上部反射膜 4 6 6は、これら下部電極 4 6 8に印加される電圧に対しある一定の電位差を有するバイアス電位にあり、例えば接地されている。以上のような構成の出射効率制御素子アレイ 4 5 3においては、個々の下部電極 4 6 8に例えば 0 〔V〕、 + 3 0 〔V〕といった電圧を切り換えて印加することにより、個々の出射効率制御素子を駆動することが可能となる。

次に、図 2 9を用いて、出射効率制御素子アレイ 4 5 3を用いて、光源（熱源）の 2次元強度分布を測定する手段の一例について説明する。ここでは、出射効率制御素子アレイの一例として、 4 X 4個の出射効率制御素子がマトリクス状に配置されたアレイ 4 7 3を考える。なお、説明のため、図 2 9に示すように、左から順に a、 b、 c、 d歹 Uとし、上から順に 1、 2、 3、 4行とする。以下、例えば人体の様に 2次元的に強度分布を有する熱源 4 7 1の 2次元的強度分布を得る方法を順次説明していく。

( 1 ) 出射効率制御素子アレイ 4 7 3の a 1部の出射効率制御素子のみを駆動し、光変調を行うことで、 a 1部に入射している例えば赤外光の強度が、焦電体 4 7 4により検出される。

( 2 ) 次に、 a 2部の出射効率制御素子のみを同様にして駆動して光変調を行い、 a 2部の赤外光強度を検出する。

( 3 ) 以下、同様にして a 3部から d 4部まで順次駆動する出射効率制御素子を切り換えていく。

以上の手順により、ある瞬間の情報とはならないが、 2次元的な赤外光強度分布を時系列的な信号情報として検出することができる。例えば、本実施の形態 9 では、信号検出に必要な時間が 5 m s e cである焦電体 4 7 4を用いたため、例えば 1 6 X 1 6の素子群からなるアレイでは、 1画面分の情報を得るのにおよそ 1 . 3秒の時間が必要であった。

なお、本実施の形態 9の出射効率制御素子アレイでは、 2次元の強度分布を矩形の領域で得るために矩形のレンズを用いているが、このとき、上述した実施の形態 4と同様の理由で、出射効率制御素子アレイに入射する光のスポット形状は台形となる。このため、図 2 7〜図 2 9に示すように、出射効率制御素子アレイの平面形状も同様に台形としている。このようにアレイ形状をスボッ卜形状に適合させることにより、個々の出射効率制御素子に入射する光のエネルギ量を一定とすることができるため、正確な強度分布測定が可能である。

以上のように、本実施の形態 9の赤外線センサは、極めて安価な 2次元赤外線センサを提供でき、極めて有用なものである。なお、広い領域を検出したり、または精細に検出をするために出射効率制御素子の数を増やしたい場合、測定時間があまりに長 t、場合これを短縮するために、本実施の形態 9で述べた赤外線センサをさらに複数個並べ、それぞれを同時に駆動するといつた工夫も考えられる。

(実施の形態 1 0 )

以下、図 3 0を参照しながら、本実施の形態 1 0における赤外線センサを説明する。

図 3 0は、本実施の形態 1 0における赤外線センサ 5 0 0の構造を示す図であり、（a ) は側面図、（b ) は直線 J— J ' を含み、かつ y - z平面に平行な面上から一 X方向を見たときの図である。

図 3 0に示すように、赤外線センサ 5 0 0は、配列された複数の出射効率制御素子のアレイ 5 8 2、焦電体 5 8 3、レンズ 5 8 4、およびスぺーサ 5 8 5を有しており、これらは上面に入射窓 5 8 7が設けられた筐体 5 8 6内に収容されている。スぺーサ 5 8 5は、出射効率制御素子アレイ 5 8 2に、光源 5 8 1からの光が入射する際の入射角 0 2を決定する。光源 5 8 1は、比較的小さな面積の 2 次元的強度分布を有している。本実施の形態 1 0では、レンズ 5 8 4として、正方形形状のシリコン基板に回折形レンズを形成したものを用いている。また、入射窓 5 8 7としては、例えばシリコン基板に帯域透過波長フィル夕を形成したものが用いられ得る。図 3 0からわかるように、本実施の形態 1 0の赤外線センサ 5 0 0は、上記実施の形態 8の赤外線センサにおいて、 1個の出射効率制御素子を用いる代わりに、実施の形態 9と同様にアレイ状に配列した複数個の出射効率制御素子を用いたものである。

本実施の形態 1 0の赤外線センサ 5 0 0は、実施の形態 4の赤外線センサと同様にして、出射効率制御素子アレイ 5 8 2と焦電体 5 8 3との間にレンズ 5 8 4 を配置し、レンズ 5 8 4を例えば導電性のあるシリコンを材料とすることで出射効率制御素子アレイ 5 8 2から発せられる電磁ノイズを遮断することができる。また、比較的小さい領域の光の強度分布を測定する際にその光利用効率が高いため、高感度で 2次元強度分布を測定することが可能である。

(実施の形態 1 1 )

以下、図 3 1を参照しながら、本実施の形態 1 1における非接触温度計を説明する。図 3 1は、本実施の形態 1 1の非接触温度計 6 0 0の断面を示す構成図である。図 3 1に示すように、非接触温度計 6 0 0は、出射効率制御素子 6 4 1、焦電体 6 4 3、レンズ 6 4 5、および、例えば熱電対等の接触式温度測定手段 1 4 9を有しており、これらは筐体 6 4 6内に収容されている。出射効率制御素子 6 4 1としては、上記実施の形態 4、 6および 7で述べた出射効率制御素子のいずれを用いてもよく、あるいは上記実施の形態 9で述べた、配列された複数個の出射効率制御素子のアレイであってもよい。ここでは、上記実施の形態 4の出射効率制御素子を用いた場合を例として非接触温度計 6 0 0を説明する。また、本実施の形態 1 1では、レンズ 6 4 5として、シリコンからなる正方形開口の回折形レンズを用いている。非接触温度計 6 0 0は、さらに遮閉体 6 4 7を有している。この遮蔽体 6 4 7は、筐体 6 4 6のレンズ 6 4 5が取り付けられている面上に機械的に可動な状態で取り付けられており、温度測定対象（図示せず）からレンズ 6 4 5に入射する赤外光 6 5 0を遮蔽する。

以下、図 3 1に従って非接触温度計 6 0 0の測定原理について述べる。図 3 1

( a ) は、遮閉体 6 4 7によりレンズ 6 4 5を遮閉している状態を示しており、入射赤外光 6 5 0は非接触温度計 6 0 0の内部には入射しない。このとき、出射効率制御素子 6 4 1を動作することにより焦電体 6 4 3に生じる信号は、遮閉体 6 4 7の温度に対応したものとなる。接触式温度測定手段（熱電対） 6 4 9は、本実施の形態 1 1では、例えば筐体 6 4 6の内壁に配 Sされており、筐体 6 4 6 の温度を接触式に測定している。

なお、原理的には接触式温度測定手段 6 4 9は遮閉体 6 4 7に配置されているのが望ましい。し力、し、後述するように、本実施の形態 1 1では、遮閉体 6 4 7 は機械的動作を伴うため、その上に接触式温度測定手段 6 4 9を配置すると、機構的に複雑となり、しかも耐久性にも劣る。このため、本実施の形態 1 1では、筐体 6 4 6の温度を遮閉体 6 4 7の温度として測定している。本発明者らの測定では、遮閉体 6 4 7と筐体 6 4 6との温度差は、本実施の形態 1 1の非接触温度計 6 0 0の精度である 0 . 1 °Cより十分小さく、実用上問題のない温度差であつた。

図 3 1 ( b ) は、遮閉体 6 4 7がレンズ 6 4 5を遮閉していない状態である。このような状態は、例えば、手動により遮蔽体 6 4 7をスライドさせることで実現される。このとき、入射赤外光 6 5 0は、レンズ 6 4 5を介して非接触温度計 6 0 0の内部に入射し、出射効率制御素子 6 4 1を実施の形態 4で述べた原理により駆動することによって、入射赤外光 6 5 0の強度を焦電体 6 4 3からの信号として検出することができる。一般に、物体の輻射率が一定の場合、物体から発せられる赤外光の強度は物体温度の 4乗に比例するため、このときの測定信号強度、図 3 1 ( a ) に示す状態での焦電体 6 4 3からの出力信号強度、および接触式温度測定手段 6 4 9による検出信号から、温度測定対象（図示せず）の温度を計算することが可能となる。

以上のように、本実施の形態 1 1の非接触温度計 6 0 0では、入射赤外光 6 5 0の変調を出射効率制御素子 6 4 1で行うことにより、非接触温度計 6 0 0の大きさを小型化することが可能な上、低消費電力が達成される。また、出射効率制御素子 6 4 1は、実施の形態 4で述べたように梁が微小動作することで出射効率を変調するので、駆動時に音が発生しないという利点がある。近年、人体の鼓膜の温度を非接触で測定することで体温を測定する鼓膜体温計が開発されているが、本実施の形態 1 1の非接触温度計 6 0 0は、この様な用途に用いた場合でも駆動時に音が発生しないため、使用に際する不快感を伴わないという大きな利点がある。

なお、本実施の形態 1 1では、出射効率制御素子として、上記実施の形態 4の出射効率制御素子を用いた場合を例として説明を行ったが、用途に応じて、実施の形態 6または実施の形態 7で述べた出射効率制御素子、または実施の形態 9で述べた出射効率制御素子アレイを用いても良いことは言うまでもない。例えば、実施の形態 9で述べた出射効率制御素子アレイを用いれば、非接触で 2次元の温度分布を測定することが可能となる。また、レンズと出射効率制御素子の配置についても、実施の形態 8または実施の形態 1 0で述べたように、被測定物に対応して適応可能であることは言うまでもなし、。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の光変調装置では、出射効率制御素子と集光手段とを組み合わせて用いることにより、出射効率制御素子上の光照射面積を減らし、それにより出射効率制御素子の小型化を実現している。これにより、応答速度が速く、製造が容易な、ビーム径の大きな入射光を変調できる光変調装置を実現することができる。また、このような光変調装置を投射型のディスプレイ装置に適用すれば、光利用効率の大きい投射型のディスプレイ装置を実現することができる。

また、本発明の出射効率制御素子では、グレーティング部分の平面形状が、出射効率制御素子上に形成される入射光スポッ卜の形状に応じて設計されている。例えば、グレーティングを構成する梁の周期を、その長手方向に 1次関数的に変化する形状とすれば、入射赤外光の出射効率制御素子上のスポット形状が台形となっても、台形スポットの上下でそこに含まれる梁の本数を一定にすることができ、一様な回折効果を得ることができる。これにより、光が一様に回折されないことに起因する変調特性の劣化を防ぐことができる。

また、本発明の出射効率制御素子では、全ての梁の長さを等しくしている。これにより、全ての梁を、電圧印加 ·除去時に完全に同時に動作させることができるので、光のオン，オフの駆動を高速に行うことが可能となり、高周波での駆動が可能となる。したがって、このような出射効率制御素子を、例えば赤外線センサに適用した場合には、短時間で高精度の検出を行うことが可能である。

上述したようにして平面形状が設計されたグレーティングを有する出射効率制御素子は、本発明のディスプレイ装置に適用することもできる。例えば集光手段として矩形開口のレンズを用いるときには、光変調装置における出射効率制御素子のグレーティングの平面形状は、梁の間隔が長手方向に沿って 1次関数的に変化する台形に設計することになる。

さらに、本発明の出射効率制御素子を赤外線センサに適用する場合には、出射効率制御素子をレンズと焦電体との間に配置すれば、例えば矩形開口のレンズを用いたときに出射効率制御素子上でのスポット形状が台形となっても、変調特性が劣化しない。またこの場合、焦電体上に結ばれるスポットは、円形開口のレンズの場合よりもサイズが小さい矩形となり、焦電体全体に光を入射することが可能となり、しかも面積の小さい焦電体で済むため、コストを低減することができる。同時に従来より高い信号レベルを得ることができるため、センサ全体として、超小型 ·高感度の赤外線センサを実現することができる。

あるいは、本発明の出射効率制御素子を用いた赤外線センサにおいて、出射効率制御素子から出射された光を、レンズを用いて焦電体に集光する構成とすることで、センサからほぼ一定距離の点光源からの出射光を、高い効率で利用することができる。また、このような構成において、さらにレンズを矩形開口のものとし、そのレンズによって形成されるスポッ卜形状に合わせた平面形状のグレーティングを有する出射効率制御素子を用いることにより、レンズの面積利用効率も高められるため、近距離用の小型 ·高感度の赤外線センサを実現することができる。

また、本発明の出射効率制御素子を 2次元アレイ状に配置する場合、例えばスポッ卜形状が台形形状等であるためにスポット内で光の強度分布に違いがあるときには、それに合わせて出射効率制御素子アレイ全体も台形形状とすることにより、個々の出射効率制御素子に入射する光のエネルギー総量を等しくすることができる。また、上述したように複数個の出射効率制御素子を 2次元アレイ状に配列して赤外線センサに組み込んだ場合、出射効率制御素子を順次動作させ、そのときの焦電体からの出力信号を順次検出することにより、 2次元的な赤外光強度分布を時系列情報として検出することが可能であり、極めて安価な 2次元赤外線センサを提供することが可能である。

さらに、本発明の出射効率制御素子は、非接触温度計にも適用することができる。この場合、まず、遮閉体によって非接触温度計の筐体内に赤外光が入射しないようにした状態で出射効率制御素子を駆動して焦電体から¾^られる信号を検出し、その一方で、筐体内に配備した接触式温度測定手段により温度を測定する。その後、遮閉体を開放して非接触温度計の筐体内に赤外光が入射する状態で、出射効率制御素子を駆動して焦鼋体から発せられる信号を検出する。上述した 2つの状態において焦電体から発せられた信号、および接触式温度測定手段が測定した温度によって、測定対象物の温度を、非接触で、極めて正確に測定することが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 入射した光の光量を変調する出射効率制御手段と、

該光を該出射効率制御手段に集光する第 1の集光手段と、

該出射効率制御手段によって光量を変調された該光を出力する第 2の集光手段と、

を備えており、該第 1および第 2の集光手段は、該出射効率制御手段に対向して配置されている光変調装置。 2 . 前記出射効率制御手段は、反射形の光学素子である、請求項 1に記載の光変

3 . 前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、基板の同一の面上に形成されている、請求項 1に記載の光変調装置。

4 . 前記光変調装置は、対向する第 1の面および第 2の面を有する透明基板をさらに備えており、

前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、該透明基板の該第 1の面上に形成されており、該出射効率制御手段は、該透明基板の該第 2面上に形成された反射形の光学素子である、請求項 1に記載の光変調装置。

5 . 前記出射効率制御手段は、

前記透明基板の前記第 2面上に形成された、第 1電極として機能する透明電極と、

該透明電極上に形成された第 1のグレーティングと、

該透明電極上に形成されたスぺーサ層と、該スぺ一サ層上に両端を支持され、第 2電極として機能する部分を有する複数本の梁から形成された第 2のグレーティングと、

を備えており、

該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該透明電極と該第 2のグレーティングとの距離を変化させ、それによつて、前記第 1の集光手段によって集光された前記光が前記第 2の集光手段に出射する効率を制御する、請求項 1に記載の光変調装置。

6 . 前記出射効率制御手段は、前記第 1のグレーティング上に設けられた絶縁層をさらに有している、請求項 5に記載の光変調装置。

7 . 前記第 1と第 2の集光手段は同一形状であり、

前記出射効率制御手段は、該第 1の集光手段の中心と該第 2の集光手段の中心とを結ぶ直線の中央からの、該第 1の集光手段および該第 2の集光手段が形成されている平面に対する垂線と、該出射効率制御手段が形成される平面との交点を中心として配置されている、請求項 3に記載の^:変調装置。

8 . 前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、厚さ方向の断面が徐々に小さくなる相似形の楕円形状であり、その長軸方向に配列されている、請求項 3 に記載の光変調装置。

9 . 前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段が形成されている面の垂直方向に対する、該第 1の集光手段への前記光の光軸の入射角を 0としたときに、前記楕円の長軸の短軸に対するサイズ比は、 1ノ c o s 0である、請求項 8に記載の光変調装置。

1 0 . 前記出射効率制御手段は、可動鏡である、請求項 1に記載の光変調装置。

1 1 . 前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、バイナリノマルチレべル構造の回折型マイクロレンズである、請求項 3に記載の光変調装置。

1 2 . 前記第 1の集光手段および前記第 2の集光手段は、矩形の開口を有する正方形のレンズであり、前記出射効率制御手段の前記第 2のグレーティングにおいて、該複数本の梁の間隔は、該梁の長手方向に沿って徐々に大きくなる、請求項 5に記載の光変調装置。

1 3 . 前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなる、請求項 1 2に記載の光変調装置。

1 4 . 前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の長さが等しい、請求項 1 2に記載の光変調装置。

1 δ . 前記出射効率制御手段の前記第 1のグレーティングおよび前記第 2のグレ一ティングは、グレーティング周期の最も小さい部分が、前記入射光の波長の 7 倍以上となるように設計されている、請求項 1 2に記載の光変調装置。

1 6 . 前記レンズの 1辺の長さをし、焦点距離を f とし、前記出射効率制御素子の前記プレー卜の主面に対する法線と前記レンズの光軸とがなす角度を 0とした場合、前記第 1のグレーティングおよび前記第 2のグレーティングは、グレーティング周期の最も大きい部分が、前記入射光の波長の 7 ( 2 f + L t a n 0 ) /

( 2 f - L t a n 倍以上となるように設計されている、請求項 1 5に記載の光変調装置。

1 7 . 光源と、

該光源から出射した光を、互、に異なる波長域を有する複数の色光に分離する分離手段と、

該複数の色光の光路上にそれぞれ設けられており、該複数の色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、

該複数の光変調装置によつて変調された該複数の色光を結像する結像レンズと、を備えており、該複数の光変調装置のそれぞれは、

該複数の色光のうちの対応した色光の光量を変調する、アレイ状に配列された複数の出射効率制御手段と、

アレイ状に配列された複数の集光素子を有する集光手段と、

を備えており、該対応する色光は、該集光手段の光軸に対して斜め方向から該集光手段に入射して該出射効率制御手段に集光され、変調された該対応する色光は、該集光手段を介して斜め方向に出力される、ディスプレイ装置。

1 8 . 前記色光が前記集光手段に入射する入射角と、該色光が該集光手段から出力される角度とは等しく、

前記複数の出射効率制御手段が配列されている間隔と、該集光手段において前記複数の集光素子が配列されている間隔とは等しく、

該複数の出射効率制御手段は、該集光手段に対して、該色光が入射する方向が該集光手段の光軸に対して傾いている方向に配列間隔の半分ずらせて配置されている、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。

1 9 . 前記複数の出射効率制御手段のそれぞれは、前記集光手段の前記複数の集光素子のうちの隣り合う一対の集光素子に対向するように配置されており、該ー対の集光素子の 1つから前記対応する色光を受け取り、該一対の集光素子の他の 1つに、変調された該対応する色光を出力する、請求項 1 7に記載のディスプレィ装置。

2 0 . 前記複数の出射効率制御手段は、 m行 η列の 2次元アレイ状に配置されており、前記集光手段において、前記複数の集光素子は（m + 1 ) 行 n列の 2次元アレイ状に配置されており、第 k行の出射効率制御手段は、第 k行の集光素子および第（k + 1 ) 行の集光素子に対応するように配置されている、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。 2 1 . 前記複数の光変調装置は、前記集光手段が形成された第 1の面と、該第 1 の面に対向する第 2の面とを有する透明基板を備えており、前記出射効率制御手段は、該第 2の面に形成された反射形の光学素子である、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。 2 2 . 前記複数の出射効率制御手段のそれぞれは、

前記透明記板の前記第 2の面に設けられた、第 1電極として機能する透明電極と、

該透明電極上に形成された第 1のグレーティングと、

該透明電極上に形成されたスぺーサ層と、

該スぺーサ層上に両端を支持され、第 2電極として機能する部分を有する複数本の梁から形成された第 2のグレーティングと、

を備えており、該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該透明電極と該第 2のグレーティングとの距離を変化させ、それによつて、前記対応する色光が前記集光手段に出射する効率を制御する、請求項 2 1に記載のディスプレイ装置。

2 3 . 前記複数の集光素子は、それぞれ厚さ方向に対する断面が徐々に小さくなる相似形の楕円形状である、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。

2 4 . 前記集光手段が形成されている平面の垂直方向に対する、前記対応する色光が該集光手段に入射する光軸の角度を 0としたときに、前記楕円の長軸の短軸に対するサイズ比は、 l Z c o s 0である、請求項 2 3に記載のディスプレイ装置。

2 5 . 前記分離手段は、青色光を反射し、その他の光を透過する第 1の分離素子と、緑色光を反射し、その他の光を透過する第 2の分離素子と、赤色光を反射しその他の光を透過する第 3の分離素子とを備えている、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。

2 6 . 前記第 1の分離素子によって反射される光の波長帯域幅は、前記第 2の分離素子および前記第 3の分離素子のそれよりも小さい、請求項 2 5に記載のディスプレイ装置。

2 7 . 前記第 3の分離素子によって反射される光の波長帯域幅は、前記第 1の分離素子および前記第 2の分離素子のそれより大きい、請求項 2 5に記載のデイスプレイ装置。

2 8. 反射される光の波長帯域幅は、前記第 3の分離素子、前記第 2の分離素子および前記第 1の分離素子の順に小さくなる、請求項 2 5に記載のディスプレイ

2 9 . 前記光源から出射した前記光を、前記第 1の分離素子、前記第 2の分離素子、前記第 3の分離素子の順に通過させる、請求項 2 5に記載のディスプレイ装置。

3 0 . 前記複数の光変調装置のそれぞれは、前記出射効率制御手段の制御回路をさらに備えており、該出射効率制御手段のそれぞれの前記第 2電極と、該制御回路の接続電極とはソルダバンプで接続されている、請求項 2 2に記載のディスプレイ装置。

3 1 . 前記複数の光変調装置のそれぞれは、前記透明基板の前記集光手段および前記複数の出射効率制御手段が形成された領域以外の領域に設けられた光吸収手段をさらに備えている、請求項 2 1に記載のディスプレイ装置。

3 2 . 前記光吸収手段は、前記複数の集光素子のそれぞれの周辺にも設けられている、請求項 3 1に記載のディスプレイ装置。

3 3 . 前記出射効率制御手段は、前記対応する色光の 0次回折光を出射する、請求項 2 2に記載のディスプレイ装置。

3 4 . 前記複数の出射効率制御手段は、可動鏡アレイである、請求項 1 7に記載のディスプレイ装置。

3 δ . 前記集光手段は、バイナリ Ζマルチレベル構造の回折型マイクロレンズァレイである、請求項 2 2に記載のディスプレイ装置。 3 6 . 前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の間隔は、該梁の長手方向に沿って徐々に大きくなる、請求項 2 2に記載のディスプレイ装置。

3 7 . 前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなる、請求項 3 6に記載のディスプレイ装置。

3 8 . 前記第 2のグレーティングにおいて、前記複数の梁の長さが等しい、請求項 3 6に記載のディスプレイ装置。

3 9 . 入射した光の光量を変調して出射させる出射効率制御素子であって、第 1電極として機能する部分を有するプレー卜と、

該プレート上に形成されたスぺ一サ層と、

該スぺーサ層上に両端を支持され、かつ第 2電極として機能する部分を有する互いに平行でない複数本の梁からなるグレーティングと、

を備えており、該第 1電極と該第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、該グレーティングと該プレートとの距離を変化させ、それによつて該光の出射効率を制御する、出射効率制御素子。

4 0 . 前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に徐々に大きくなる、請求項 3 9に記載の出射効率制御素子。

4 1 . 前記グレーティングの周期が、該グレーティングの長手方向に 1次関数的に大きくなる、請求項 4 0に記載の出射効率制御素子。

4 2 . 前記複数本の梁の長さが全て等しい、請求項 4 0に記載の出射効率制御素子。

4 3 . 前記グレーティングの前記複数本の梁は、前記第 1電極と前記第 2電極との間に電圧を印加していないときには同一平面上に並び、電圧が印加されているときには 1本おきに前記プレート側に引き寄せられ、それによつて前記出射効率を制御する、請求項 39に記載の出射効率制御素子。 44. 前記複数本の梁が密に並び、前記第 1電極と前記第 2電極との間に電圧を印加していないときにはミラーとして作用する、請求項 43に記載の出射効率制御素子。

45. 前記入射光の波長を λ、前記出射効率制御素子の前記プレー卜の主面に対する法線と該入射光の光軸とのなす角度を 0としたときに、前記グレーティングの動作距離が、 mを整数として、 πιλΖ (4 c o s 0) となるように設定されている、請求項 39に記載の出射効率制御素子。

46. 前記入射光の波長を; I、前記出射効率制御素子の前記プレートの主面に対する法線と該入射光の光軸とのなす角度を 0としたときに、前記梁の厚さが、 m を整数として、 ιτιλ/ (4 c o s 0) となるように設定されている、請求項 39 に記載の出射効率制御素子。

47. 前記プレー卜の表面および前記グレーティングの表面に形成された反射膜をさらに備えている、請求項 39に記載の出射効率制御素子。

48. 前記プレートと前記グレーティングとの間に形成された絶縁膜をさらに備えている、請求項 39に記載の出射効率制御素子。 49. 前記絶縁層の表面および前記グレーティングの表面に形成された反射膜をさらに備えている、請求項 48に記載の出射効率制御素子。

5 0 . 赤外光を集光するレンズと、

焦霄体と、

該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する、請求項 3 9に記載の出射効率制御素子と、

を備えている赤外線センサ。

5 1 . 前記焦電体は矩形である、請求項 5 0に記載の赤外線センサ。 5 2 . 前記レンズは、開口が矩形である、請求項 5 1に記載の赤外線センサ。

5 3 . 前記出射効率制御素子は、前記プレートの主面に対する法線が、前記レンズの光軸に平行とはならないように傾斜して配置されている、請求項 5 0に記載の赤外線センサ。

5 4 . 前記出射効率制御素子の前記グレーティングによって回折された回折光のうち 0次回折光だけを前記焦電体に入射し、前記 0次回折光以外の回折光を前記焦電体に入射させないように、前記出射効率制御素子が配置きれている、請求項 δ 0に記載の赤外線センサ。

5 5 . 前記出射効率制御素子の前記グレーティングと前記プレートとの距離の変化により、前記 0次回折光の光量が変化する、請求項 5 0に記載の赤外線センサ。

5 6 . 前記赤外線センサは、開口部を有する封止体をさらに備えており、該封止体は、前記出射効率制御素子および前記焦電体を内蔵している、請求項 5 0に記載の赤外線センサ。

57. 前記レンズは、前記封止体の前記開口部に設けられている、請求項 56に記載の赤外線センサ。 58. 前記レンズは、回折型レンズである請求項 50に記載の赤外線センサ。

59. 前記出射効率制御素子の前記グレーティングの周期は、その最も小さい部分が、前記赤外光の波長の 7倍以上である、請求項 52に記載の赤外線センサ。 60. 前記レンズの 1辺の長さを L、焦点距離を f とし、前記出射効率制御素子の前記プレー卜の主面に対する法線と前記レンズの光軸とがなす角度を 0とした場合、前記グレーティングの周期は、その最も大きい部分が、前記赤外光の波長の 7 C2 f + L t a n 0) / (2 f -L t a n0)倍以上である、請求項 52に記載の赤外線センサ。

61. 前記プレートの主面に平行で、かつ前記グレーティングに垂直な方向が前記レンズの光軸に垂直となるように前記出射効率制御素子が配置されている請求項 50に記載の赤外線センサ。 62. 入射した赤外光の少なくとも一部を出射する、請求項 39に記載の出射効率制御素子と、

焦電体と、

該出射効率制御素子と該焦電体との間に設けられており、該出射効率制御素子から出射された該赤外光を該焦電体に集光するレンズと、

を備えている赤外線センサ。

63. 前記焦電体は矩形である、請求項 62に記載の赤外線センサ。

64. 前記レンズは開口が矩形であることを特徴とする請求項 63に記載の赤外線センサ。

65. 前記出射効率制御素子は、前記プレートの主面に対する法線が前記レンズの光軸に平行とはならないように、傾斜して配置されている、請求項 62に記載の赤外線センサ。

66. 前記出射効率制御素子の前記グレーティングによって回折された回折光のうち 0次回折光だけを前記焦電体に入射し、前記 0次回折光以外の回折光を前記焦電体に入射させないように、前記出射効率制御素子が配置されている、請求項 62に記載の赤外線センサ。

67. 前記出射効率制御素子の前記グレーティングと前記プレートとの距離の変化により、前記 0次回折光の光量が変化する、 '請求項 62に記載の赤外線センサ。

68. 前記赤外線センサは、開口部を有する封止体をさらに備えており、該封止体は、前記出射効率制御素子および前記焦電体を内蔵する、請求項 62に記載の赤外線センサ。

69. 前記レンズは、該レンズの位相変調量に応じた凹凸を有しており、 S i、 Ge、 GaAs、 I nP、 Ga P、 ZnS e、および Z n Sからなる群から選択された材料から形成されている、請求項 62に記載の赤外線センサ。

70. 前記プレー卜の主面に平行で、かつ前記グレーティングに垂直な方向が前

6B 記レンズの光軸に垂直となるように前記出射効率制御素子が配置されている請求項 6 2に記載の赤外線センサ。

7 1 . 入射した光の光量を変調して出射する、 2次元アレイ状に配置された複数の出射効率制御素子を有する出射効率制御素子ァレイであって、該複数の出射効率制御素子のそれぞれは、

第 1電極として機能する部分を有するプレートと、

前記プレート上に形成されたスぺーサ層と、

前記スぺーサ層上に両端を支持されなかつ第 2電極として機能する部分を有する互いに平行でない梁からなるグレーティングと、

を備えており、

前記第 1電極と前記第 2電極との間に印加する電圧を調整することにより、前記グレーティングと前記プレートとの距離を変化させ、それによつて、該光が出射する効率を制御する、出射効率制御素子アレイ。

7 2 . 赤外光を集光するレンズと、

焦電体と、

該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する、請求項 7 1に記載の出射効率制御素子アレイと、を備えている赤外線センサ。

7 3 . 入射した赤外光の少なくとも一部を出射する、請求項 7 1に記載の出射効率制御素子アレイと、

焦電体と、

該出射効率制御素子と該焦電体との間に設けられており、該出射効率制御素子から出射された該赤外光を該焦電体に集光するレンズと、を備えている赤外線センサ。

7 4 . 請求項 7 2に記載の赤外線センサの駆動方法であつて、

前記複数の出射効率制御素子を順次動作させ、それによつて得られる前記焦電体からの出力信号を順次検出する工程と、

該検出された該焦電体からの該出力信号に基づ t、て、 2次元的な赤外光強度分布を時系列情報として検出する工程と

を包含する、赤外線センサの駆動方法。

7 5 . 請求項 7 3に記載の赤外線センサの駆動方法であつて、

該検出された該焦電体からの該出力信号に基づいて、 2次元的な赤外光強度分布を時系列情報として検出する工程と

を包含する、赤外線センサの駆動方法。

7 6 . 赤外光を集光するレンズと、

開口を有する筐体と、

該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、

該筐体内に設けられた焦電体と、

該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、

該筐体内に設けられており、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する請求項 3 9に記載の出射効率制御素子と、を備えている非接触温度計。

7 7 . 前記接触式温度測定手段は、熱電対である、請求項 7 6に記載の非接触温度計。

7 8 . 開口を有する筐体と、

該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、

該筐体内に設けられた焦電体と、

該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、

該筐体内に設けられており、該開口を通して入射した赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する請求項 3 9に記載の出射効率制御素子と、

該出射効率制御素子から出射された該赤外光の少なくとも一部を該焦電体に対して出射するレンズと、

を備えている非接触温度計。

7 9 . 前記接触式温度測定手段は、熱電対である、請求項 7 8に記載の非接触温度計。

8 0 . 赤外光を集光するレンズと、

開口を有する筐体と、

該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、

該筐体内に設けられた焦電体と、

該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、

該筐体内に設けられており、該レンズによって集光された該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する請求項 7 1に記載の出射効率制御素子アレイと、

を備えている非接触温度計。

8 1 . 前記接触式温度測定手段は、熱電対である、請求項 8 0に記載の非接触温度計 <=

8 2 . 開口を有する筐体と、

該開口を遮蔽 ·開放する遮蔽体と、

該筐体内に設けられた焦電体と、

該筐体の側壁上に設けられた接触式温度測定手段と、

該筐体内に設けられており、該開口を通して入射した赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を出射する請求項 7 1に記載の出射効率制御素子と、

を備えている非接触温度計。

8 3 . 前記接触式温度測定手段は、熱電対である、請求項 8 2に記載の非接触温度計。

8 4 . 請求項 1 7に記載のディスプレイ装置の製造方法であって、

前記複数の光変調装置を作製する工程と、

前記光源、前記分雜手段、該複数の光変調装置および前記結像レンズを配置し、組み立てる工程と、

を包含しており、該複数の光変調装置を作製する工程は、

透明基板の第 1の面上に前記集光手段を形成する工程と、

該第 1の面に対向する該透明基板の第 2の面上に、駆動用の接続部をそれぞれが有している前記複数の出射効率制御手段を形成する工程と、

該複数の出射効率制御手段を駆動する駆動回路に、該駆動用の接続部を接铳する工程と、

該駆動用の接続部と該駆動回路との接続不良があるときに、該接続不良に対応する接続部にレーザ光を照射することによって、該接铳不良をリペアする工程と. を包含している、ディスプレイ装置の製造方法。