光制御装置
【課題】空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を向上することができる光制御装置を提供する。更に、衝撃や振動に対して空間光変調器とランダム位相マスクとの間の位置ずれを防止することができる光制御装置を提供する。
【解決手段】光制御装置１において、基板２と、基板２上に配設され、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備える。
【解決手段】光制御装置１において、基板２と、基板２上に配設され、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御装置に関し、特に光変調を行う光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１には、ホログラムメモリをターゲットとして情報の書き込みを行うホログラフィックレコーディングシステムが記載されている。このシステムにおいては、空間光変調器（SLM：spatial light modulator）とランダム位相マスク（RPM：random phase mask）とが別々に準備され、これらは反射ミラー、光学レンズ等を介在させて光学系に組み込まれる。
【０００３】
空間光変調器はレーザ光源から発せられるコヒーレント光の強度、位相、偏光等の変調を行う。空間光変調器が周期的な構造を持つために、空間光変調器により変調された光は回折される。回折光が生じると、近接光同士に干渉が生じたり、光の利用効率が低下する。また、光情報としては意味を持たない光のDC成分が多く発生する。この光のDC成分の光強度は強く、DC成分以外の部分にも感光が生じるので、写真や媒体に情報を記録する際に誤動作の原因になる。
【０００４】
ランダム位相マスクは、空間光変調器により変調された光に空間的にランダムな位相変化を与え、回折光の発生やDC成分の発生を防止する。
【非特許文献１】2005 Optical Society of America, OCIS codes: (090.0090) Holography; (090.4220) Multiplex holography. Koji ISHIOKA et al., “Optical Collinear Holographic Recording System Using a Blue Laser and a Random Phase Mask”.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の非特許文献１に記載されたホログラフィックレコーディングシステムにおいては、以下の点について配慮がなされていなかった。空間光変調器とランダム位相マスクとの間には反射ミラー、光学レンズ等が組み込まれ、更に双方の間は離間されている。このため、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を高くすることが難しい。組み込み位置精度を高めるには製作コストが増大し、ホログラフィックレコーディングシステムの製品コストが増大する。
【０００６】
また、ホログラフィックレコーディングシステムの取り扱い方によっては、空間光変調器及びランダム位相マスクが組み込まれた後に、システム全体が衝撃や振動を受ける。この場合、空間光変調器、ランダム位相マスクの少なくともいずれか一方の組み込み位置にずれが生じ、動作上の信頼性を十分に確保することが難しい。
【０００７】
本発明は前述の課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を向上することができる光制御装置を提供することである。更に、本発明は、衝撃や振動に対して空間光変調器とランダム位相マスクとの間の位置ずれを防止することができ、動作上の信頼性を向上することができる光制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、光制御装置において、基板と、基板上に配設され、光を変調する光変調ユニットと、光変調ユニットの光軸上において光変調ユニット内部に配設されたランダム位相マスクとを備える。
【０００９】
また、第１の特徴に係る光制御装置において、基板は光を透過するガラス基板であり、光変調ユニットは光透過型であることが好ましい。また、第１の特徴に係る光制御装置において、基板は光を透過しない半導体基板であり、光変調ユニットは光反射型であることが好ましい。
【００１０】
また、第１の特徴に係る光制御装置において、光変調ユニットはトランジスタとキャパシタとの直列回路を有する光変調セルを複数配列したものであることが好ましい。更に、光変調ユニットのトランジスタは、第１の信号線に電気的に接続された一方の主電極領域と、他方の主電極領域と、第１の信号線とは異なる第２の信号線に電気的に接続された制御電極とを有し、キャパシタは、トランジスタの他方の主電極領域に一方が電気的に接続された第１の電極と、固定電源に接続される第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配設された電気光学膜とを有することが好ましい。更に、ランダム位相マスクは、隣接する光変調セルの１つと他の１つとにおいて厚さが異なる層により構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を向上することができる光制御装置を提供することができる。更に、本発明によれば、衝撃や振動に対して空間光変調器とランダム位相マスクとの間の位置ずれを防止することができ、動作上の信頼性を向上することができる光制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、光透過型の空間光変調ユニットを備えた光制御装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００１４】
［光制御装置のデバイス構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３（空間光変調ユニット）と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備えている。光変調ユニット３は基板２上に配設されており、ランダム位相マスク４はこの基板２上に配設された光変調ユニット４上に積層されている。
【００１５】
ここで、光変調ユニット３において「光の変調」とは、光の強度、位相、偏光等の変調を含む意味で使用されている。また、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３により変調された光、又は光変調ユニット４により変調される光に空間的にランダムな位相変化を与え、回折光の発生やDC成分の発生を防止する機能を備えている。
【００１６】
基板２は、第１の実施の形態において、光を透過する透明基板である。例えば、基板２には石英基板を実用的に使用することができる。ランダム位相マスク４、光変調ユニット３のそれぞれを透過した光は、基板２の表面からその裏面まで透過され、この基板２の裏面から出力される。また、基板２の裏面からその表面に透過された光は、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれを透過し、ランダム位相マスク４から出力される。すなわち、第１の実施の形態に係る光制御装置１は光透過型である。
【００１７】
［光変調ユニットの回路構成］
光変調ユニット３は、図２に示すように、複数の光変調セル１０を行列状に配列して構成されている。ここでは、回路構成を理解しやすくするために、行方向に配列された２個の光変調セル１０（１１）、１０（１２）、列方向に配列された２個の光変調セル１０（２１）及び１０（２２）によりセルアレイが構築されている。
【００１８】
光変調セル１０（１１）は、行方向に延在する２本のビット線（第１の信号線）ＢＬ１及びＢＬ１’と列方向に延在する２本のワード線（第２の信号線）ＷＬ１及びＷＬ１’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。光変調セル１０（１２）は、２本のビット線ＢＬ１及びＢＬ１’と列方向に延在する２本のワード線ＷＬ２及びＷＬ２’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。
【００１９】
光変調セル１０（２１）は、行方向に延在する２本のビット線ＢＬ２及びＢＬ２’と２本のワード線ＷＬ１及びＷＬ１’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。そして、光変調セル１０（２２）は、２本のビット線ＢＬ２及びＢＬ２’と２本のワード線ＷＬ２及びＷＬ２’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。
【００２０】
ここで、ビット線ＢＬ１’、ＢＬ２’は、常時ロウレベル（固定電源）に保持され、実効的にグランド配線として使用されている。ワード線ＷＬ１’、ＷＬ２’は、常時ハイレベルに保持され、光変調セル１０内にグランド電位を供給する。
【００２１】
これらの合計４個の光変調セル１０はセルアレイにおいて繰り返し配列パターンの基本パターンである。実際の光変調ユニット３は、基本パターンとなる４個の光変調セル１０を行列状に複数配列している。
【００２２】
光変調セル１０は、トランジスタ３２（１）とキャパシタ３５とトランジスタ３２（２）との直列回路により構成されている。光変調セル１０（１１）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ１に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、第１の実施の形態において、電気光学膜キャパシタである。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ１’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１’に制御電極を電気的に接続している。
【００２３】
トランジスタ３２（１）、３２（２）には、いずれも第１の実施の形態において、nチャネル導電型IGFET（insulated gate field effect transistor）が使用される。IGFETには、MOSFET（metal oxide semiconductor field effect transistor）、MISFET（metal insulator semiconductor field effect transistor）、TFT（thin film transistor）が少なくとも含まれ、ここではTFTが使用されている。なお、トランジスタ３２（２）は、前述のとおり、ワード線ＷＬ１’を常時ハイレベルに保持しているのでオン状態にあり、ビット線ＢＬ１’を常時ロウレベルに保持しているので、グランド電位をキャパシタ３５の他方の電極に供給している。
【００２４】
光変調セル１０（１２）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ１に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ１’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２’に制御電極を電気的に接続している。
【００２５】
光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ２に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ２’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１’に制御電極を電気的に接続している。
【００２６】
光変調セル１０（２２）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ２に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ２’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２’に制御電極を電気的に接続している。
【００２７】
［光変調ユニットのデバイス構成］
光変調ユニット３の光変調セル１０（１１）において、トランジスタ３２（１）は、図１及び図３に示すように、チャネル領域３２１と、チャネル領域３２１の一端に配設された第１の主電極領域３２２と、チャネル領域３２１の他端に配設された第２の主電極領域３２３と、チャネル領域３２１上のゲート絶縁膜３２４と、ゲート絶縁膜３２４上の制御電極（ゲート電極）３２５とを備えている。
【００２８】
チャネル領域３２１、第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３は、基板２上に下地絶縁膜３１を介在して配設され、同一導電層かつ同一導電材料により構成されている。チャネル領域３２１、第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には例えば単結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜を実用的に使用することができる。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には抵抗値を低減するn型不純物が導入されている。下地絶縁膜３１には例えばシリコン酸化膜を使用することができる。
【００２９】
ゲート絶縁膜３２４には例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の単層膜又はそれらを組み合わせた積層膜を実用的に使用することができる。制御電極３２５には例えばシリコン多結晶膜を実用的に使用することができ、このシリコン多結晶膜には抵抗値を低減する例えばn型不純物が導入されている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（１）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１を構成する（図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、図３に示すように、ビット線ＢＬ１は行方向に延在する。
【００３０】
光変調セル１０（１１）のトランジスタ３２（２）は、図１及び図３に示すように、基本的にはトランジスタ３２（１）と同一構造により構成され、チャネル領域３２１と、第１の主電極領域３２２と、第２の主電極領域３２３と、ゲート絶縁膜３２４と、制御電極３２５とを備えている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（２）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１’を構成する（図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１’は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、図３に示すように、ビット線ＢＬ１’は行方向に延在する。
【００３１】
光変調セル１０（１１）のキャパシタ３５は、図１、図３及び図４に示すように、トランジスタ３２（１）及び３２（２）上に配設され、光変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設された第１の電極３５１と、第１の電極３５１上の電気光学膜３５２と、図１、図３及び図５に示すように、電気光学膜３５２上において光変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設された第２の電極３５３とを備えている。第１の実施の形態において、キャパシタ３５の第１の電極３５１は、一方の電極及び下部電極として使用され、トランジスタ３２（１）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第２の電極３５３は、他方の電極及び上部電極として使用され、トランジスタ３２（２）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。
【００３２】
第１の電極３５１、第２の電極３５３には例えばPt、Ir、Ru、RuO2、SrRuO3、(La, Sr) CoO3、Ti、TiN、TiOx等の導電性材料を実用的に使用することができる。
【００３３】
電気光学膜３５２は、第１の電極３５１、第２の電極３５２のそれぞれに重複する領域において実効的に機能し、変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設されている。第１の実施の形態において、電気光学膜３５２には強誘電体膜具体的にはPZT（：Pb（Zr, Ti）O3、）を実用的に使用することができる。また、電気光学膜３５２には、PZTN（：Pb（Zr, Ti）Nb2O8）、PLZT（：（Pb, La）（Zr, Ti）O3）、PLT（：PbLaTiOx）、PTN（：PbTiNbOx）、SBT（：SrBi2Ta2O9）、SBTN（：SrBi2（Ta, Nb）2O9）、BTO（：Bi4Ti3O12）、BiSiOx、BLTO（：Bi4-xLaxTi3O12）等のいずれかを使用することができる。
【００３４】
図１に示すように、キャパシタ３５はトランジスタ３２上を覆う絶縁膜３３上に配設される。また、キャパシタ３５上には絶縁膜３６が配設される。絶縁膜３３、３６はいずれも例えばシリコン酸化膜により形成されている。また、絶縁膜３６は反射防止（DBR）膜として機能させてもよい。
【００３５】
光変調セル１０（１２）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（１２）は双方の境界線に対して線対象の平面パターンを有し構成されている。同様に、光変調セル１０（２１）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（２１）は双方の境界線に対して線対象の平面パターンを有し構成されている。更に、光変調セル１０（２２）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（１２）は双方の間の中心点に対して点対象の平面パターンを有し構成されている。
【００３６】
［ランダム位相マスクの構成］
ランダム位相マスク４は、図１に示すように、光変調ユニット３に積層され、詳細には光変調ユニット３の最上層の絶縁膜３６上に直接積層され、隣接する光変調セル１０毎に厚さが異なる層により構成されている。具体的には、ランダム位相マスク４は、１つの光変調セル１０上において薄い膜厚領域４１と隣接する他の１つの光変調セル１０上において厚い膜厚領域４２とを備えている。
【００３７】
図６には、ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とのランダムな配列状態を示す。符号「０」は薄い膜厚領域４１である。符号「１」は厚い膜厚領域４２である。この図６に示すランダム位相マスク４は、行方向に３０個の光変調セル（画素）１０、列方向に３０個の光変調セル（画素）１０を配列し、合計９００個の光変調セル１０を有する光変調ユニット３に使用される。
【００３８】
ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを透過する光の位相差は「π」に設定されている。今、図１に符号「ｄ」を付け指し示す薄い膜厚領域４１の表面と厚い膜厚領域４２の表面との段差は、光透過型の場合、ランダム位相マスク４の屈折率ｎm、ランダム位相マスク４が置かれた環境下の屈折率ｎaとすると、下記式（１）及び式（２）により求められる。
【００３９】
ｎmｄ−ｎaｄ＝（２ｍ−１）λ／２ …（１）
ｄ＝（２ｍ−１）λ／２（ｎm−ｎa） …（２）
ここで、「ｍ」は整数である。ランダム位相マスク４を例えば空気中に配設した場合には屈折率ｎaは空気の屈折率「１」であるので、上記式（２）は下記式（３）に書き直せる。
【００４０】
ｄ＝（２ｍ−１）λ／２（ｎm−１） …（３）
ランダム位相マスク４には、光透過性を有する無機材料の薄膜、光透過性を有する有機材料の薄膜のいずれも使用することができる。無機材料の薄膜としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜のいずれかの単層膜、又はそれらを重ね合わせた複合膜を実用的に使用することができ、これらの薄膜はCVD法、スパッタリング法等の半導体製造プロセスを利用して形成される。ランダム位相マスク４においては、例えばフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用い、部分的にエッチングを行うことにより、薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とを作り分けることができる。
【００４１】
また、有機材料の薄膜としては、ネガティブレジスト膜、ポジティブレジスト膜、クリアフィルタ等の樹脂膜を実用的に使用することができる。これらの薄膜は、フォトリソグラフィ技術において塗布法若しくはラミネート法により形成される。例えば、レジスト膜により製作されるランダム位相マスク４においては、表面の一部分を露光し現像することにより、薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とを作り分けることができる。
【００４２】
また、第１の実施の形態に係るランダム位相マスク４において、「光透過性」とは、光を透過すれば良く、無色透明である必要はないという意味で使用される。例えば、赤色染料を加えた樹脂膜によりランダム位相マスク４を製作し、このランダム位相マスク４は緑色のレーザ光に対して使用してもよい。この場合、ランダム位相マスク４において、緑色のレーザ光以外の余計な光を排除することができる。
【００４３】
［ランダム位相マスクの特性］
次に、第１の実施の形態に係る光制御装置１において、ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを通過する光の位相差と光強度との関係を説明する。測定系６は、図７に示すように、光源６１と、光源６１から発せられる光を通過させる偏光ビームスプリッタ（PBS）６２と、偏光ビームスプリッタ６２を透過した光を変調する光制御装置１と、光制御装置１において変調された光を偏光ビームスプリッタ６２を通して反射させ投影するスクリーン（SCR）６３とを備え構築されている。ここでは、光制御装置１に後述する光反射型の光制御装置１が使用されているが、基本的な特性は第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様である。また、光源６１には、波長532 nmをもつ緑色コヒーレント光を発振するレーザ光源が使用される。
【００４４】
図８は比較例である。（Ａ）には、ランダム位相マスク４を備えていない光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、光強度（対数）と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備えていないので、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分が多く、光強度が突出したピークが検出される。このような光のDC成分は無駄な光エネルギであり、隣接する光変調セル１０に誤情報を与える。
【００４５】
図９は第１の実施例である。（Ａ）には、位相差π／４に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４は備えているものの、位相差を十分に確保していないので、比較例に比べて光強度は低いものの、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分がまだ検出される。
【００４６】
図１０は第２の実施例である。（Ａ）には、位相差π／２に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４は備えているものの、位相差を十分に確保していないので、比較例並びに第１の実施例に比べて光強度は低いものの、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分がまだ検出される。
【００４７】
図１１は第３の実施例である。（Ａ）には、位相差３π／４に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備え、位相差を十分に確保しつつあるので、比較例、第１の実施例並びに第２の実施例に比べて光強度はかなり低くなり、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光の存在が消えつつある。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分が減少されつつある。
【００４８】
図１２は、第４の実施例であり、最適な例である。（Ａ）には、位相差πに設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備え、位相差を十分に確保しているので、比較例、第１の実施例、第２の実施例並びに第３の実施例に比べて光強度はかなり低くなり、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光の存在が消えている。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分を減少することができる。
【００４９】
このように構成される第１の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３にランダム位相マスク４を積層しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００５０】
更に、第１の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が高いので、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００５１】
［第１の変形例］
第１の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置１は、図１３に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第１の電極３５１は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第１の電極には固定電源が供給される。
【００５２】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００５３】
［第２の変形例］
第１の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置１は、図１４に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第２の電極３５３は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第２の電極には固定電源が供給される。
【００５４】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る光透過型の光制御装置１に代えて、光反射型の光制御装置１に本発明を適用した例を説明するものである。
【００５６】
［光制御装置のデバイス構成］
図１５に示すように、第２の実施の形態に係る光制御装置１は、基本的には前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様に、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備えている。光変調ユニット３は基板２及び基板上に配設されており、ランダム位相マスク４は光変調ユニット４上に積層されている。
【００５７】
ここで、光変調ユニット３並びにランダム位相マスク４の機能は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３並びにランダム位相マスク４の機能と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００５８】
基板２は、第２の実施の形態において、光を透過せずに反射する半導体基板である。例えば、基板２にはシリコン単結晶基板を実用的に使用することができる。ランダム位相マスク４、光変調ユニット３のそれぞれを透過した光は基板２の表面において反射され、この反射された光は光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれを透過し、ランダム位相マスク４から出力される。すなわち、第２の実施の形態に係る光制御装置１は光反射型である。
【００５９】
［光変調ユニットのデバイス構成］
第２の実施の形態に係る光変調ユニット３の回路構成は前述の第１の実施の形態に係る図２に示す光変調ユニット３の回路構成と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００６０】
光変調ユニット３の光変調セル１０において、トランジスタ３２（１）は、図１５に示すように、チャネル領域３２１と、チャネル領域３２１の一端に配設された第１の主電極領域３２２と、チャネル領域３２１の他端に配設された第２の主電極領域３２３と、チャネル領域３２１上のゲート絶縁膜３２４と、ゲート絶縁膜３２４上の制御電極（ゲート電極）３２５とを備えている。
【００６１】
チャネル領域３２１には基板２が利用されている。トランジスタ３２（１）がnチャネル導電型IGFETの場合、基板２はp型シリコン単結晶基板が使用される。また、基板２にはn型若しくはp型シリコン単結晶基板が使用され、nチャネル導電型IGFETが配設される領域にp型ウエル領域が構成されていてもよい。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３は、基板２の主面部若しくはウエル領域の主面部において同一層に構成されている。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には抵抗値を低減するn型不純物が導入されている。
【００６２】
ゲート絶縁膜３２４には例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の単層膜又はそれらを組み合わせた積層膜を実用的に使用することができる。制御電極３２５には例えばシリコン多結晶膜を実用的に使用することができ、このシリコン多結晶膜には抵抗値を低減する例えばn型不純物が導入されている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０のトランジスタ３２（１）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１を構成する（前述の図２及び図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、前述の図３に示すように、ビット線ＢＬ１は行方向に延在する。
【００６３】
光変調セル１０のトランジスタ３２（２）は、基本的にはトランジスタ３２（１）と同一構造により構成され、チャネル領域３２１と、第１の主電極領域３２２と、第２の主電極領域３２３と、ゲート絶縁膜３２４と、制御電極３２５とを備えている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０のトランジスタ３２（２）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１’を構成する（前述の図２及び図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１’は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、前述の図３に示すように、ビット線ＢＬ１’は行方向に延在する。
【００６４】
光変調セル１０のキャパシタ３５は、図１５に示すように、トランジスタ３２（１）及び３２（２）上に配設され、光変調セル１０のほぼ全域に光変調セル１０毎に個別に配設された第１の電極３５１と、第１の電極３５１上の電気光学膜３５２と、電気光学膜３５２上において光変調セル１０のほぼ全域に光変調セル１０毎に個別に配設された第２の電極３５３とを備えている。第２の実施の形態において、キャパシタ３５の第１の電極３５１は、一方の電極及び下部電極として使用され、トランジスタ３２（１）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第２の電極３５３は、他方の電極及び上部電極として使用され、トランジスタ３２（２）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第１の電極３５１、第２の電極３５３、電気光学膜３５２のそれぞれの具体的な材料は前述と同様である。
【００６５】
図１５に示すように、キャパシタ３５はトランジスタ３２上を覆う絶縁膜３３上に配設される。また、キャパシタ３５上には絶縁膜３６が配設される。
【００６６】
［ランダム位相マスクの構成］
ランダム位相マスク４は、図１５に示すように、光変調ユニット３に積層され、詳細には光変調ユニット３の最上層の絶縁膜３６上に積層され、隣接する光変調セル１０毎に厚さが異なる層により構成されている。具体的には、ランダム位相マスク４は、１つの光変調セル１０上において薄い膜厚領域４１と隣接する他の１つの光変調セル１０上において厚い膜厚領域４２とを備えている。このランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とのランダムな配列状態は例えば前述の図６に示す通りである。
【００６７】
ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを透過する光の位相差は、光反射型であるので光透過型の半分の「π／２」に設定されている。今、図１５に符号「ｄ」を付け指し示す薄い膜厚領域４１の表面と厚い膜厚領域４２の表面との段差は、光反射型の場合、ランダム位相マスク４の屈折率ｎm、ランダム位相マスク４が置かれた環境下の屈折率ｎaとすると、下記式（４）及び式（５）により求められる。
【００６８】
２（ｎmｄ−ｎaｄ）＝（２ｍ−１）λ／２ …（４）
ｄ＝（２ｍ−１）λ／４（ｎm−ｎa） …（５）
ここで、「ｍ」は整数である。ランダム位相マスク４を例えば空気中に配設した場合には屈折率ｎaは空気の屈折率「１」であるので、上記式（５）は下記式（６）に書き直せる。
【００６９】
ｄ＝（２ｍ−１）λ／４（ｎm−１） …（６）
ランダム位相マスク４には、第１の実施の形態に係るランダム位相マスク４と同様に、光透過性を有する無機材料の薄膜、光透過性を有する有機材料の薄膜のいずれも使用することができる。具体的なランダム位相マスク４の材料は前述の通りであるので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
このように構成される第２の実施の形態に係る光制御装置１においては、第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様に、光変調ユニット３にランダム位相マスク４を積層しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００７１】
更に、第２の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が高いので、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００７２】
［第１の変形例］
第２の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置１は、図１６に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第１の電極３５１は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第１の電極には固定電源が供給される。
【００７３】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００７４】
［第２の変形例］
第２の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置１は、図１７に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第２の電極３５３は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第２の電極には固定電源が供給される。
【００７５】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る光透過型の光制御装置１において、ランダム位相マスク４の組み込み位置を代えた例を説明するものである。
【００７７】
［光制御装置、光変調ユニット及びランダム位相マスクの構成］
図１８に示すように、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３内部に配設されたランダム位相マスク４とを備えている。
【００７８】
基板２は、第３の実施の形態において、光を透過する透明基板である。すなわち、第３の実施の形態に係る光制御装置１は光透過型である。
【００７９】
光変調ユニット３は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３と同様に、基板２上に配設されている。
【００８０】
ランダム位相マスク４は光変調ユニット４のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間に配設されている。すなわち、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間において、トランジスタ３２上に積層された（光変調ユニット３に積層された）層間の絶縁膜３３を利用して構成されている。このランダム位相マスク４は、薄い膜厚領域４１及び厚い膜厚領域４２を備え、位相差を生じる。ランダム位相マスク４においては、半導体製造プロセスの中期段階、詳細にはトランジスタ３２を形成した後、キャパシタ３５を形成する前に製作されるので、高温度熱処理に耐え得る無機材料の薄膜、具体的にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜により製作されることが好ましい。
【００８１】
このように構成される第３の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３内部にランダム位相マスク４を配設しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００８２】
更に、第３の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が特にトランジスタ３２とキャパシタ３５との間にランダム位相マスク４を挟み込むんでいるので高く、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００８３】
［変形例］
第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１３に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１を共通電極として構成してもよい。
【００８４】
また、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１４に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３を共通電極として構成してもよい。
【００８５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に係る光反射型の光制御装置１において、ランダム位相マスク４の組み込み位置を代えた例を説明するものである。
【００８６】
［光制御装置、光変調ユニット及びランダム位相マスクの構成］
図１９に示すように、第４の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３内部に配設されたランダム位相マスク４とを備えている。
【００８７】
基板２は、第４の実施の形態において、光を透過せず反射する半導体基板である。すなわち、第４の実施の形態に係る光制御装置１は光反射型である。
【００８８】
光変調ユニット３は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３と同様に、基板２及び基板２上に配設されている。
【００８９】
ランダム位相マスク４は光変調ユニット４のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間に配設されている。すなわち、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間において、トランジスタ３２上に積層された（光変調ユニット３に積層された）層間の絶縁膜３３を利用して構成されている。このランダム位相マスク４は、薄い膜厚領域４１及び厚い膜厚領域４２を備え、位相差を生じる。ランダム位相マスク４においては、半導体製造プロセスの中期段階、詳細にはトランジスタ３２を形成した後、キャパシタ３５を形成する前に製作されるので、高温度熱処理に耐え得る無機材料の薄膜、具体的にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜により製作されることが好ましい。
【００９０】
このように構成される第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３内部にランダム位相マスク４を配設しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００９１】
更に、第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が特にトランジスタ３２とキャパシタ３５との間にランダム位相マスク４を挟みこんでいるので高く、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００９２】
また、第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、ランダム位相マスク４を光変調ユニット３に密着させると多重反射によって光変調セル（画素）１０毎の反射率（透過率）が変化してしまうが、そのような反射率の変化を減少することができる。
【００９３】
［変形例］
第４の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１６に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１を共通電極として構成してもよい。
【００９４】
また、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１７に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３を共通電極として構成してもよい。
【００９５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は前述の一実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、本発明の実施の形態に係る光制御装置１は、ホログラフィックメモリのシステムに組み込まれることに限定されるものではなく、ディスプレイデバイス、光通信用スイッチ、レーザプリンタ、複写機、光演算装置、暗号化回路等の空間光変調を利用するシステムに適用することができる。
【００９６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図２】図１に示す光制御装置の光変調ユニットの回路図である。
【図３】図１に示す光制御装置の光変調ユニットの平面図である。
【図４】図３に示す光変調ユニットのキャパシタの第１の電極の平面図である。
【図５】図３に示す光変調ユニットのキャパシタの第２の電極の平面図である。
【図６】図１に示す光制御装置のランダム位相マスクの模式的平面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る光制御装置の特性を測定する測定系のシステム構成図である。
【図８】（Ａ）は第１の実施の形態に係る比較例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図９】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第１の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１０】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第２の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１１】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第３の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１２】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第４の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１３】第１の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１４】第１の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図１６】第２の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１７】第２の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…光制御装置
１０…光変調セル
２…基板
３…光変調ユニット
３１…下地絶縁膜
３２…トランジスタ
３２１…チャネル形成領域
３２２…第１の主電極領域
３２３…第２の主電極領域
３２４…ゲート絶縁膜
３２５…制御電極
３３、３６…絶縁膜
３５…キャパシタ
３５１…第１の電極
３５２…電気光学膜
３５３…第２の電極
４…光変調ユニット
４１…薄い膜厚領域
４２…厚い膜厚領域
５…光軸
６…測定系
ＷＬ…ワード線
ＢＬ…ビット線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御装置に関し、特に光変調を行う光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１には、ホログラムメモリをターゲットとして情報の書き込みを行うホログラフィックレコーディングシステムが記載されている。このシステムにおいては、空間光変調器（SLM：spatial light modulator）とランダム位相マスク（RPM：random phase mask）とが別々に準備され、これらは反射ミラー、光学レンズ等を介在させて光学系に組み込まれる。
【０００３】
空間光変調器はレーザ光源から発せられるコヒーレント光の強度、位相、偏光等の変調を行う。空間光変調器が周期的な構造を持つために、空間光変調器により変調された光は回折される。回折光が生じると、近接光同士に干渉が生じたり、光の利用効率が低下する。また、光情報としては意味を持たない光のDC成分が多く発生する。この光のDC成分の光強度は強く、DC成分以外の部分にも感光が生じるので、写真や媒体に情報を記録する際に誤動作の原因になる。
【０００４】
ランダム位相マスクは、空間光変調器により変調された光に空間的にランダムな位相変化を与え、回折光の発生やDC成分の発生を防止する。
【非特許文献１】2005 Optical Society of America, OCIS codes: (090.0090) Holography; (090.4220) Multiplex holography. Koji ISHIOKA et al., “Optical Collinear Holographic Recording System Using a Blue Laser and a Random Phase Mask”.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の非特許文献１に記載されたホログラフィックレコーディングシステムにおいては、以下の点について配慮がなされていなかった。空間光変調器とランダム位相マスクとの間には反射ミラー、光学レンズ等が組み込まれ、更に双方の間は離間されている。このため、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を高くすることが難しい。組み込み位置精度を高めるには製作コストが増大し、ホログラフィックレコーディングシステムの製品コストが増大する。
【０００６】
また、ホログラフィックレコーディングシステムの取り扱い方によっては、空間光変調器及びランダム位相マスクが組み込まれた後に、システム全体が衝撃や振動を受ける。この場合、空間光変調器、ランダム位相マスクの少なくともいずれか一方の組み込み位置にずれが生じ、動作上の信頼性を十分に確保することが難しい。
【０００７】
本発明は前述の課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を向上することができる光制御装置を提供することである。更に、本発明は、衝撃や振動に対して空間光変調器とランダム位相マスクとの間の位置ずれを防止することができ、動作上の信頼性を向上することができる光制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、光制御装置において、基板と、基板上に配設され、光を変調する光変調ユニットと、光変調ユニットの光軸上において光変調ユニット内部に配設されたランダム位相マスクとを備える。
【０００９】
また、第１の特徴に係る光制御装置において、基板は光を透過するガラス基板であり、光変調ユニットは光透過型であることが好ましい。また、第１の特徴に係る光制御装置において、基板は光を透過しない半導体基板であり、光変調ユニットは光反射型であることが好ましい。
【００１０】
また、第１の特徴に係る光制御装置において、光変調ユニットはトランジスタとキャパシタとの直列回路を有する光変調セルを複数配列したものであることが好ましい。更に、光変調ユニットのトランジスタは、第１の信号線に電気的に接続された一方の主電極領域と、他方の主電極領域と、第１の信号線とは異なる第２の信号線に電気的に接続された制御電極とを有し、キャパシタは、トランジスタの他方の主電極領域に一方が電気的に接続された第１の電極と、固定電源に接続される第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配設された電気光学膜とを有することが好ましい。更に、ランダム位相マスクは、隣接する光変調セルの１つと他の１つとにおいて厚さが異なる層により構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、空間光変調器及びランダム位相マスクの組み込み位置精度を向上することができる光制御装置を提供することができる。更に、本発明によれば、衝撃や振動に対して空間光変調器とランダム位相マスクとの間の位置ずれを防止することができ、動作上の信頼性を向上することができる光制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、光透過型の空間光変調ユニットを備えた光制御装置に本発明を適用した例を説明するものである。
【００１４】
［光制御装置のデバイス構成］
図１に示すように、第１の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３（空間光変調ユニット）と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備えている。光変調ユニット３は基板２上に配設されており、ランダム位相マスク４はこの基板２上に配設された光変調ユニット４上に積層されている。
【００１５】
ここで、光変調ユニット３において「光の変調」とは、光の強度、位相、偏光等の変調を含む意味で使用されている。また、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３により変調された光、又は光変調ユニット４により変調される光に空間的にランダムな位相変化を与え、回折光の発生やDC成分の発生を防止する機能を備えている。
【００１６】
基板２は、第１の実施の形態において、光を透過する透明基板である。例えば、基板２には石英基板を実用的に使用することができる。ランダム位相マスク４、光変調ユニット３のそれぞれを透過した光は、基板２の表面からその裏面まで透過され、この基板２の裏面から出力される。また、基板２の裏面からその表面に透過された光は、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれを透過し、ランダム位相マスク４から出力される。すなわち、第１の実施の形態に係る光制御装置１は光透過型である。
【００１７】
［光変調ユニットの回路構成］
光変調ユニット３は、図２に示すように、複数の光変調セル１０を行列状に配列して構成されている。ここでは、回路構成を理解しやすくするために、行方向に配列された２個の光変調セル１０（１１）、１０（１２）、列方向に配列された２個の光変調セル１０（２１）及び１０（２２）によりセルアレイが構築されている。
【００１８】
光変調セル１０（１１）は、行方向に延在する２本のビット線（第１の信号線）ＢＬ１及びＢＬ１’と列方向に延在する２本のワード線（第２の信号線）ＷＬ１及びＷＬ１’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。光変調セル１０（１２）は、２本のビット線ＢＬ１及びＢＬ１’と列方向に延在する２本のワード線ＷＬ２及びＷＬ２’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。
【００１９】
光変調セル１０（２１）は、行方向に延在する２本のビット線ＢＬ２及びＢＬ２’と２本のワード線ＷＬ１及びＷＬ１’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。そして、光変調セル１０（２２）は、２本のビット線ＢＬ２及びＢＬ２’と２本のワード線ＷＬ２及びＷＬ２’との交差部において配設され、それらに電気的に接続されている。
【００２０】
ここで、ビット線ＢＬ１’、ＢＬ２’は、常時ロウレベル（固定電源）に保持され、実効的にグランド配線として使用されている。ワード線ＷＬ１’、ＷＬ２’は、常時ハイレベルに保持され、光変調セル１０内にグランド電位を供給する。
【００２１】
これらの合計４個の光変調セル１０はセルアレイにおいて繰り返し配列パターンの基本パターンである。実際の光変調ユニット３は、基本パターンとなる４個の光変調セル１０を行列状に複数配列している。
【００２２】
光変調セル１０は、トランジスタ３２（１）とキャパシタ３５とトランジスタ３２（２）との直列回路により構成されている。光変調セル１０（１１）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ１に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、第１の実施の形態において、電気光学膜キャパシタである。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ１’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１’に制御電極を電気的に接続している。
【００２３】
トランジスタ３２（１）、３２（２）には、いずれも第１の実施の形態において、nチャネル導電型IGFET（insulated gate field effect transistor）が使用される。IGFETには、MOSFET（metal oxide semiconductor field effect transistor）、MISFET（metal insulator semiconductor field effect transistor）、TFT（thin film transistor）が少なくとも含まれ、ここではTFTが使用されている。なお、トランジスタ３２（２）は、前述のとおり、ワード線ＷＬ１’を常時ハイレベルに保持しているのでオン状態にあり、ビット線ＢＬ１’を常時ロウレベルに保持しているので、グランド電位をキャパシタ３５の他方の電極に供給している。
【００２４】
光変調セル１０（１２）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ１に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ１’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２’に制御電極を電気的に接続している。
【００２５】
光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ２に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ２’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ１’に制御電極を電気的に接続している。
【００２６】
光変調セル１０（２２）のトランジスタ３２（１）は、ビット線ＢＬ２に一方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２に制御電極を電気的に接続し、キャパシタ３５の一方の電極に他方の主電極領域を電気的に接続している。キャパシタ３５は、一方の電極と他方の電極との間に電気光学膜を備え、他方の電極をトランジスタ３２（２）の他方の主電極領域に電気的に接続している。トランジスタ３２（２）は、ビット線ＢＬ２’に他方の主電極領域を電気的に接続し、ワード線ＷＬ２’に制御電極を電気的に接続している。
【００２７】
［光変調ユニットのデバイス構成］
光変調ユニット３の光変調セル１０（１１）において、トランジスタ３２（１）は、図１及び図３に示すように、チャネル領域３２１と、チャネル領域３２１の一端に配設された第１の主電極領域３２２と、チャネル領域３２１の他端に配設された第２の主電極領域３２３と、チャネル領域３２１上のゲート絶縁膜３２４と、ゲート絶縁膜３２４上の制御電極（ゲート電極）３２５とを備えている。
【００２８】
チャネル領域３２１、第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３は、基板２上に下地絶縁膜３１を介在して配設され、同一導電層かつ同一導電材料により構成されている。チャネル領域３２１、第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には例えば単結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜又は非晶質シリコン膜を実用的に使用することができる。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には抵抗値を低減するn型不純物が導入されている。下地絶縁膜３１には例えばシリコン酸化膜を使用することができる。
【００２９】
ゲート絶縁膜３２４には例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の単層膜又はそれらを組み合わせた積層膜を実用的に使用することができる。制御電極３２５には例えばシリコン多結晶膜を実用的に使用することができ、このシリコン多結晶膜には抵抗値を低減する例えばn型不純物が導入されている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（１）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１を構成する（図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、図３に示すように、ビット線ＢＬ１は行方向に延在する。
【００３０】
光変調セル１０（１１）のトランジスタ３２（２）は、図１及び図３に示すように、基本的にはトランジスタ３２（１）と同一構造により構成され、チャネル領域３２１と、第１の主電極領域３２２と、第２の主電極領域３２３と、ゲート絶縁膜３２４と、制御電極３２５とを備えている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０（２１）のトランジスタ３２（２）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１’を構成する（図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１’は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、図３に示すように、ビット線ＢＬ１’は行方向に延在する。
【００３１】
光変調セル１０（１１）のキャパシタ３５は、図１、図３及び図４に示すように、トランジスタ３２（１）及び３２（２）上に配設され、光変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設された第１の電極３５１と、第１の電極３５１上の電気光学膜３５２と、図１、図３及び図５に示すように、電気光学膜３５２上において光変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設された第２の電極３５３とを備えている。第１の実施の形態において、キャパシタ３５の第１の電極３５１は、一方の電極及び下部電極として使用され、トランジスタ３２（１）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第２の電極３５３は、他方の電極及び上部電極として使用され、トランジスタ３２（２）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。
【００３２】
第１の電極３５１、第２の電極３５３には例えばPt、Ir、Ru、RuO2、SrRuO3、(La, Sr) CoO3、Ti、TiN、TiOx等の導電性材料を実用的に使用することができる。
【００３３】
電気光学膜３５２は、第１の電極３５１、第２の電極３５２のそれぞれに重複する領域において実効的に機能し、変調セル１０（１１）のほぼ全域に光変調セル１０（１１）毎に個別に配設されている。第１の実施の形態において、電気光学膜３５２には強誘電体膜具体的にはPZT（：Pb（Zr, Ti）O3、）を実用的に使用することができる。また、電気光学膜３５２には、PZTN（：Pb（Zr, Ti）Nb2O8）、PLZT（：（Pb, La）（Zr, Ti）O3）、PLT（：PbLaTiOx）、PTN（：PbTiNbOx）、SBT（：SrBi2Ta2O9）、SBTN（：SrBi2（Ta, Nb）2O9）、BTO（：Bi4Ti3O12）、BiSiOx、BLTO（：Bi4-xLaxTi3O12）等のいずれかを使用することができる。
【００３４】
図１に示すように、キャパシタ３５はトランジスタ３２上を覆う絶縁膜３３上に配設される。また、キャパシタ３５上には絶縁膜３６が配設される。絶縁膜３３、３６はいずれも例えばシリコン酸化膜により形成されている。また、絶縁膜３６は反射防止（DBR）膜として機能させてもよい。
【００３５】
光変調セル１０（１２）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（１２）は双方の境界線に対して線対象の平面パターンを有し構成されている。同様に、光変調セル１０（２１）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（２１）は双方の境界線に対して線対象の平面パターンを有し構成されている。更に、光変調セル１０（２２）のデバイス構成は光変調セル１０（１１）のデバイス構成と同一であり、光変調セル１０（１１）及び１０（１２）は双方の間の中心点に対して点対象の平面パターンを有し構成されている。
【００３６】
［ランダム位相マスクの構成］
ランダム位相マスク４は、図１に示すように、光変調ユニット３に積層され、詳細には光変調ユニット３の最上層の絶縁膜３６上に直接積層され、隣接する光変調セル１０毎に厚さが異なる層により構成されている。具体的には、ランダム位相マスク４は、１つの光変調セル１０上において薄い膜厚領域４１と隣接する他の１つの光変調セル１０上において厚い膜厚領域４２とを備えている。
【００３７】
図６には、ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とのランダムな配列状態を示す。符号「０」は薄い膜厚領域４１である。符号「１」は厚い膜厚領域４２である。この図６に示すランダム位相マスク４は、行方向に３０個の光変調セル（画素）１０、列方向に３０個の光変調セル（画素）１０を配列し、合計９００個の光変調セル１０を有する光変調ユニット３に使用される。
【００３８】
ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを透過する光の位相差は「π」に設定されている。今、図１に符号「ｄ」を付け指し示す薄い膜厚領域４１の表面と厚い膜厚領域４２の表面との段差は、光透過型の場合、ランダム位相マスク４の屈折率ｎm、ランダム位相マスク４が置かれた環境下の屈折率ｎaとすると、下記式（１）及び式（２）により求められる。
【００３９】
ｎmｄ−ｎaｄ＝（２ｍ−１）λ／２ …（１）
ｄ＝（２ｍ−１）λ／２（ｎm−ｎa） …（２）
ここで、「ｍ」は整数である。ランダム位相マスク４を例えば空気中に配設した場合には屈折率ｎaは空気の屈折率「１」であるので、上記式（２）は下記式（３）に書き直せる。
【００４０】
ｄ＝（２ｍ−１）λ／２（ｎm−１） …（３）
ランダム位相マスク４には、光透過性を有する無機材料の薄膜、光透過性を有する有機材料の薄膜のいずれも使用することができる。無機材料の薄膜としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜のいずれかの単層膜、又はそれらを重ね合わせた複合膜を実用的に使用することができ、これらの薄膜はCVD法、スパッタリング法等の半導体製造プロセスを利用して形成される。ランダム位相マスク４においては、例えばフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用い、部分的にエッチングを行うことにより、薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とを作り分けることができる。
【００４１】
また、有機材料の薄膜としては、ネガティブレジスト膜、ポジティブレジスト膜、クリアフィルタ等の樹脂膜を実用的に使用することができる。これらの薄膜は、フォトリソグラフィ技術において塗布法若しくはラミネート法により形成される。例えば、レジスト膜により製作されるランダム位相マスク４においては、表面の一部分を露光し現像することにより、薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とを作り分けることができる。
【００４２】
また、第１の実施の形態に係るランダム位相マスク４において、「光透過性」とは、光を透過すれば良く、無色透明である必要はないという意味で使用される。例えば、赤色染料を加えた樹脂膜によりランダム位相マスク４を製作し、このランダム位相マスク４は緑色のレーザ光に対して使用してもよい。この場合、ランダム位相マスク４において、緑色のレーザ光以外の余計な光を排除することができる。
【００４３】
［ランダム位相マスクの特性］
次に、第１の実施の形態に係る光制御装置１において、ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを通過する光の位相差と光強度との関係を説明する。測定系６は、図７に示すように、光源６１と、光源６１から発せられる光を通過させる偏光ビームスプリッタ（PBS）６２と、偏光ビームスプリッタ６２を透過した光を変調する光制御装置１と、光制御装置１において変調された光を偏光ビームスプリッタ６２を通して反射させ投影するスクリーン（SCR）６３とを備え構築されている。ここでは、光制御装置１に後述する光反射型の光制御装置１が使用されているが、基本的な特性は第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様である。また、光源６１には、波長532 nmをもつ緑色コヒーレント光を発振するレーザ光源が使用される。
【００４４】
図８は比較例である。（Ａ）には、ランダム位相マスク４を備えていない光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、光強度（対数）と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備えていないので、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分が多く、光強度が突出したピークが検出される。このような光のDC成分は無駄な光エネルギであり、隣接する光変調セル１０に誤情報を与える。
【００４５】
図９は第１の実施例である。（Ａ）には、位相差π／４に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４は備えているものの、位相差を十分に確保していないので、比較例に比べて光強度は低いものの、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分がまだ検出される。
【００４６】
図１０は第２の実施例である。（Ａ）には、位相差π／２に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４は備えているものの、位相差を十分に確保していないので、比較例並びに第１の実施例に比べて光強度は低いものの、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光が存在する。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分がまだ検出される。
【００４７】
図１１は第３の実施例である。（Ａ）には、位相差３π／４に設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備え、位相差を十分に確保しつつあるので、比較例、第１の実施例並びに第２の実施例に比べて光強度はかなり低くなり、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光の存在が消えつつある。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分が減少されつつある。
【００４８】
図１２は、第４の実施例であり、最適な例である。（Ａ）には、位相差πに設定されたランダム位相マスク４を備えている光制御装置１において変調され、SCR６３に映し出された光情報パターンを示す。（Ｂ）には、同様に光強度と次数との関係を示す。（Ａ）に示すように、ランダム位相マスク４を備え、位相差を十分に確保しているので、比較例、第１の実施例、第２の実施例並びに第３の実施例に比べて光強度はかなり低くなり、隣接する光変調セル１０の境界部分において明るい光の存在が消えている。そして、（Ｂ）に示すように、隣接する光変調セル１０の境界部分において、光のDC成分を減少することができる。
【００４９】
このように構成される第１の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３にランダム位相マスク４を積層しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００５０】
更に、第１の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が高いので、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００５１】
［第１の変形例］
第１の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置１は、図１３に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第１の電極３５１は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第１の電極には固定電源が供給される。
【００５２】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００５３】
［第２の変形例］
第１の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置１は、図１４に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第２の電極３５３は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第２の電極には固定電源が供給される。
【００５４】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る光透過型の光制御装置１に代えて、光反射型の光制御装置１に本発明を適用した例を説明するものである。
【００５６】
［光制御装置のデバイス構成］
図１５に示すように、第２の実施の形態に係る光制御装置１は、基本的には前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様に、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３に積層されたランダム位相マスク４とを備えている。光変調ユニット３は基板２及び基板上に配設されており、ランダム位相マスク４は光変調ユニット４上に積層されている。
【００５７】
ここで、光変調ユニット３並びにランダム位相マスク４の機能は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３並びにランダム位相マスク４の機能と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００５８】
基板２は、第２の実施の形態において、光を透過せずに反射する半導体基板である。例えば、基板２にはシリコン単結晶基板を実用的に使用することができる。ランダム位相マスク４、光変調ユニット３のそれぞれを透過した光は基板２の表面において反射され、この反射された光は光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれを透過し、ランダム位相マスク４から出力される。すなわち、第２の実施の形態に係る光制御装置１は光反射型である。
【００５９】
［光変調ユニットのデバイス構成］
第２の実施の形態に係る光変調ユニット３の回路構成は前述の第１の実施の形態に係る図２に示す光変調ユニット３の回路構成と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００６０】
光変調ユニット３の光変調セル１０において、トランジスタ３２（１）は、図１５に示すように、チャネル領域３２１と、チャネル領域３２１の一端に配設された第１の主電極領域３２２と、チャネル領域３２１の他端に配設された第２の主電極領域３２３と、チャネル領域３２１上のゲート絶縁膜３２４と、ゲート絶縁膜３２４上の制御電極（ゲート電極）３２５とを備えている。
【００６１】
チャネル領域３２１には基板２が利用されている。トランジスタ３２（１）がnチャネル導電型IGFETの場合、基板２はp型シリコン単結晶基板が使用される。また、基板２にはn型若しくはp型シリコン単結晶基板が使用され、nチャネル導電型IGFETが配設される領域にp型ウエル領域が構成されていてもよい。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３は、基板２の主面部若しくはウエル領域の主面部において同一層に構成されている。第１の主電極領域３２２及び第２の主電極領域３２３には抵抗値を低減するn型不純物が導入されている。
【００６２】
ゲート絶縁膜３２４には例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の単層膜又はそれらを組み合わせた積層膜を実用的に使用することができる。制御電極３２５には例えばシリコン多結晶膜を実用的に使用することができ、このシリコン多結晶膜には抵抗値を低減する例えばn型不純物が導入されている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０のトランジスタ３２（１）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１を構成する（前述の図２及び図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、前述の図３に示すように、ビット線ＢＬ１は行方向に延在する。
【００６３】
光変調セル１０のトランジスタ３２（２）は、基本的にはトランジスタ３２（１）と同一構造により構成され、チャネル領域３２１と、第１の主電極領域３２２と、第２の主電極領域３２３と、ゲート絶縁膜３２４と、制御電極３２５とを備えている。制御電極３２５は、列方向において隣接する他の光変調セル１０のトランジスタ３２（２）の制御電極３２５と電気的に接続され、列方向に延在するワード線ＷＬ１’を構成する（前述の図２及び図３参照。）。また、ビット線ＢＬ１’は第１の主電極領域３２２に電気的に接続され、ビット線ＢＬ１の断面構造の記載は省略するが、前述の図３に示すように、ビット線ＢＬ１’は行方向に延在する。
【００６４】
光変調セル１０のキャパシタ３５は、図１５に示すように、トランジスタ３２（１）及び３２（２）上に配設され、光変調セル１０のほぼ全域に光変調セル１０毎に個別に配設された第１の電極３５１と、第１の電極３５１上の電気光学膜３５２と、電気光学膜３５２上において光変調セル１０のほぼ全域に光変調セル１０毎に個別に配設された第２の電極３５３とを備えている。第２の実施の形態において、キャパシタ３５の第１の電極３５１は、一方の電極及び下部電極として使用され、トランジスタ３２（１）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第２の電極３５３は、他方の電極及び上部電極として使用され、トランジスタ３２（２）の第１の主電極領域３２２に電気的に接続されている。第１の電極３５１、第２の電極３５３、電気光学膜３５２のそれぞれの具体的な材料は前述と同様である。
【００６５】
図１５に示すように、キャパシタ３５はトランジスタ３２上を覆う絶縁膜３３上に配設される。また、キャパシタ３５上には絶縁膜３６が配設される。
【００６６】
［ランダム位相マスクの構成］
ランダム位相マスク４は、図１５に示すように、光変調ユニット３に積層され、詳細には光変調ユニット３の最上層の絶縁膜３６上に積層され、隣接する光変調セル１０毎に厚さが異なる層により構成されている。具体的には、ランダム位相マスク４は、１つの光変調セル１０上において薄い膜厚領域４１と隣接する他の１つの光変調セル１０上において厚い膜厚領域４２とを備えている。このランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１と厚い膜厚領域４２とのランダムな配列状態は例えば前述の図６に示す通りである。
【００６７】
ランダム位相マスク４の薄い膜厚領域４１、厚い膜厚領域４２のそれぞれを透過する光の位相差は、光反射型であるので光透過型の半分の「π／２」に設定されている。今、図１５に符号「ｄ」を付け指し示す薄い膜厚領域４１の表面と厚い膜厚領域４２の表面との段差は、光反射型の場合、ランダム位相マスク４の屈折率ｎm、ランダム位相マスク４が置かれた環境下の屈折率ｎaとすると、下記式（４）及び式（５）により求められる。
【００６８】
２（ｎmｄ−ｎaｄ）＝（２ｍ−１）λ／２ …（４）
ｄ＝（２ｍ−１）λ／４（ｎm−ｎa） …（５）
ここで、「ｍ」は整数である。ランダム位相マスク４を例えば空気中に配設した場合には屈折率ｎaは空気の屈折率「１」であるので、上記式（５）は下記式（６）に書き直せる。
【００６９】
ｄ＝（２ｍ−１）λ／４（ｎm−１） …（６）
ランダム位相マスク４には、第１の実施の形態に係るランダム位相マスク４と同様に、光透過性を有する無機材料の薄膜、光透過性を有する有機材料の薄膜のいずれも使用することができる。具体的なランダム位相マスク４の材料は前述の通りであるので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
このように構成される第２の実施の形態に係る光制御装置１においては、第１の実施の形態に係る光制御装置１と同様に、光変調ユニット３にランダム位相マスク４を積層しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００７１】
更に、第２の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が高いので、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００７２】
［第１の変形例］
第２の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置１は、図１６に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第１の電極３５１は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第１の電極には固定電源が供給される。
【００７３】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００７４】
［第２の変形例］
第２の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置１は、図１７に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３と、隣接する他の光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３とを一体に構成している。つまり、隣接する光変調セル１０の第２の電極３５３は共通電極として構成されている。この共通電極として構成された第２の電極には固定電源が供給される。
【００７５】
このように構成される光制御装置１においては、光変調セル１０の固定電源を供給する側のトランジスタ３２（２）を省略し、１トランジスタ構造を実現することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に係る光透過型の光制御装置１において、ランダム位相マスク４の組み込み位置を代えた例を説明するものである。
【００７７】
［光制御装置、光変調ユニット及びランダム位相マスクの構成］
図１８に示すように、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３内部に配設されたランダム位相マスク４とを備えている。
【００７８】
基板２は、第３の実施の形態において、光を透過する透明基板である。すなわち、第３の実施の形態に係る光制御装置１は光透過型である。
【００７９】
光変調ユニット３は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３と同様に、基板２上に配設されている。
【００８０】
ランダム位相マスク４は光変調ユニット４のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間に配設されている。すなわち、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間において、トランジスタ３２上に積層された（光変調ユニット３に積層された）層間の絶縁膜３３を利用して構成されている。このランダム位相マスク４は、薄い膜厚領域４１及び厚い膜厚領域４２を備え、位相差を生じる。ランダム位相マスク４においては、半導体製造プロセスの中期段階、詳細にはトランジスタ３２を形成した後、キャパシタ３５を形成する前に製作されるので、高温度熱処理に耐え得る無機材料の薄膜、具体的にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜により製作されることが好ましい。
【００８１】
このように構成される第３の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３内部にランダム位相マスク４を配設しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００８２】
更に、第３の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が特にトランジスタ３２とキャパシタ３５との間にランダム位相マスク４を挟み込むんでいるので高く、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００８３】
［変形例］
第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１３に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１を共通電極として構成してもよい。
【００８４】
また、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１４に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３を共通電極として構成してもよい。
【００８５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に係る光反射型の光制御装置１において、ランダム位相マスク４の組み込み位置を代えた例を説明するものである。
【００８６】
［光制御装置、光変調ユニット及びランダム位相マスクの構成］
図１９に示すように、第４の実施の形態に係る光制御装置１は、光を変調する光変調ユニット３と、光変調ユニット３の光軸５上において光変調ユニット３内部に配設されたランダム位相マスク４とを備えている。
【００８７】
基板２は、第４の実施の形態において、光を透過せず反射する半導体基板である。すなわち、第４の実施の形態に係る光制御装置１は光反射型である。
【００８８】
光変調ユニット３は前述の第１の実施の形態に係る光制御装置１の光変調ユニット３と同様に、基板２及び基板２上に配設されている。
【００８９】
ランダム位相マスク４は光変調ユニット４のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間に配設されている。すなわち、ランダム位相マスク４は、光変調ユニット３のトランジスタ３２とキャパシタ３５との間において、トランジスタ３２上に積層された（光変調ユニット３に積層された）層間の絶縁膜３３を利用して構成されている。このランダム位相マスク４は、薄い膜厚領域４１及び厚い膜厚領域４２を備え、位相差を生じる。ランダム位相マスク４においては、半導体製造プロセスの中期段階、詳細にはトランジスタ３２を形成した後、キャパシタ３５を形成する前に製作されるので、高温度熱処理に耐え得る無機材料の薄膜、具体的にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜により製作されることが好ましい。
【００９０】
このように構成される第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３内部にランダム位相マスク４を配設しているので、双方の組み込み位置精度を向上することができる。特に、光変調ユニット３、ランダム位相マスク４のそれぞれは半導体製造プロセスを利用して製作することができるので、組み込み位置精度は容易にミクロンオーダにすることができる。従って、光制御装置１の製作コストを大幅に削減することができる。
【００９１】
更に、第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、光変調ユニット３とランダム位相マスク４との接着性が特にトランジスタ３２とキャパシタ３５との間にランダム位相マスク４を挟みこんでいるので高く、衝撃や振動に対して光変調ユニット３とランダム位相マスク４との間の位置ずれを生じることが無くなり、動作上の信頼性を向上することができる。
【００９２】
また、第４の実施の形態に係る光制御装置１においては、ランダム位相マスク４を光変調ユニット３に密着させると多重反射によって光変調セル（画素）１０毎の反射率（透過率）が変化してしまうが、そのような反射率の変化を減少することができる。
【００９３】
［変形例］
第４の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１６に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第１の電極３５１を共通電極として構成してもよい。
【００９４】
また、第３の実施の形態に係る光制御装置１は、前述の図１７に示すように、光変調ユニット３において、光変調セル１０のキャパシタ３５の第２の電極３５３を共通電極として構成してもよい。
【００９５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は前述の一実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。例えば、本発明の実施の形態に係る光制御装置１は、ホログラフィックメモリのシステムに組み込まれることに限定されるものではなく、ディスプレイデバイス、光通信用スイッチ、レーザプリンタ、複写機、光演算装置、暗号化回路等の空間光変調を利用するシステムに適用することができる。
【００９６】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図２】図１に示す光制御装置の光変調ユニットの回路図である。
【図３】図１に示す光制御装置の光変調ユニットの平面図である。
【図４】図３に示す光変調ユニットのキャパシタの第１の電極の平面図である。
【図５】図３に示す光変調ユニットのキャパシタの第２の電極の平面図である。
【図６】図１に示す光制御装置のランダム位相マスクの模式的平面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る光制御装置の特性を測定する測定系のシステム構成図である。
【図８】（Ａ）は第１の実施の形態に係る比較例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図９】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第１の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１０】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第２の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１１】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第３の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１２】（Ａ）は第１の実施の形態に係る第４の実施例の光情報パターンを示す図、（Ｂ）は光強度と次数との関係を示す図である。
【図１３】第１の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１４】第１の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図１６】第２の実施の形態の第１の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１７】第２の実施の形態の第２の変形例に係る光制御装置の断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る光制御装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…光制御装置
１０…光変調セル
２…基板
３…光変調ユニット
３１…下地絶縁膜
３２…トランジスタ
３２１…チャネル形成領域
３２２…第１の主電極領域
３２３…第２の主電極領域
３２４…ゲート絶縁膜
３２５…制御電極
３３、３６…絶縁膜
３５…キャパシタ
３５１…第１の電極
３５２…電気光学膜
３５３…第２の電極
４…光変調ユニット
４１…薄い膜厚領域
４２…厚い膜厚領域
５…光軸
６…測定系
ＷＬ…ワード線
ＢＬ…ビット線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配設され、光を変調する光変調ユニットと、
前記光変調ユニットの光軸上において前記光変調ユニット内部に配設されたランダム位相マスクと、
を備えたことを特徴とする光制御装置。
【請求項２】
前記基板は光を透過するガラス基板であり、前記光変調ユニットは光透過型であることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項３】
前記基板は光を透過しない半導体基板であり、前記光変調ユニットは光反射型であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光制御装置。
【請求項４】
前記光変調ユニットは、トランジスタとキャパシタとの直列回路を有する光変調セルを複数配列したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光制御装置。
【請求項５】
前記光変調ユニットのトランジスタは、第１の信号線に電気的に接続された一方の主電極領域と、他方の主電極領域と、前記第１の信号線とは異なる第２の信号線に電気的に接続された制御電極とを有し、前記キャパシタは、前記トランジスタの他方の主電極領域に一方が電気的に接続された第１の電極と、固定電源に接続される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された電気光学膜とを有することを特徴とする請求項４に記載の光制御装置。
【請求項６】
前記ランダム位相マスクは、隣接する前記光変調セルの１つと他の１つとにおいて厚さが異なる層により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光制御装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配設され、光を変調する光変調ユニットと、
前記光変調ユニットの光軸上において前記光変調ユニット内部に配設されたランダム位相マスクと、
を備えたことを特徴とする光制御装置。
【請求項２】
前記基板は光を透過するガラス基板であり、前記光変調ユニットは光透過型であることを特徴とする請求項１に記載の光制御装置。
【請求項３】
前記基板は光を透過しない半導体基板であり、前記光変調ユニットは光反射型であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光制御装置。
【請求項４】
前記光変調ユニットは、トランジスタとキャパシタとの直列回路を有する光変調セルを複数配列したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光制御装置。
【請求項５】
前記光変調ユニットのトランジスタは、第１の信号線に電気的に接続された一方の主電極領域と、他方の主電極領域と、前記第１の信号線とは異なる第２の信号線に電気的に接続された制御電極とを有し、前記キャパシタは、前記トランジスタの他方の主電極領域に一方が電気的に接続された第１の電極と、固定電源に接続される第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配設された電気光学膜とを有することを特徴とする請求項４に記載の光制御装置。
【請求項６】
前記ランダム位相マスクは、隣接する前記光変調セルの１つと他の１つとにおいて厚さが異なる層により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１３９５８７（Ｐ２００９−１３９５８７Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１５１２５（Ｐ２００７−３１５１２５）
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]