(57)【要約】【課題】全ての制御可能ピクセルの有効利用を図り、ページ当たりのデータ量及びデータ転送レートを増大できるようにする。【解決手段】中央に位置する信号光エリア１０と、該信号光エリアの外周に位置する参照光エリア１２とを具備している同軸ホログラム記録システム用の空間光変調器において、信号光エリアは、オン・オフ切り替えできる多数の制御可能ピクセルが縦横に規則的に配列された構造とし、他方、参照光エリアは、前記制御可能ピクセルと同一サイズであるがオンかオフのいずれかに固定されている多数のダミーピクセルが縦横に規則的に配列され、オンのダミーピクセルとオフのダミーピクセルがランダムに位置して固定パターンが形成される構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に位置する信号光エリアと、該信号光エリアの外周に位置する参照光エリアとを具備している同軸ホログラム記録システム用の空間光変調器において、
信号光エリアは、オン・オフ切り替えできる多数の制御可能ピクセルが縦横に規則的に配列された構造であり、他方、参照光エリアは、前記制御可能ピクセルと同一サイズであるがオンかオフのいずれかに固定されている多数のダミーピクセルが縦横に規則的に配列され、オンのダミーピクセルとオフのダミーピクセルがランダムに位置して固定パターンが形成される構造であることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルは、基板上に育成された磁気光学結晶からなるファラデー素子を含んでおり、全ての制御可能ピクセルは、それぞれ該制御可能ピクセル直近に配置した微細電線への通電制御による印加磁界可変手段を具備している請求項１記載の空間光変調器。
【請求項３】
全ての制御可能ピクセルの背面にミラーが装着され、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみに背面にミラーが装着されてオンピクセルになっている請求項１又は２記載の空間光変調器。
【請求項４】
全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルの背面にミラーが装着され、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみが制御可能ピクセルよりも保磁力が大きいファラデー素子を有し、他のダミーピクセルは制御可能ピクセルと保磁力が同等もしくはそれ以下となるように設定されているファラデー素子を有しており、保磁力が大きいダミーピクセルがオンピクセルとなる請求項２記載の空間光変調器。
【請求項５】
保磁力の大きなダミーピクセルは、そのファラデー素子周辺の基板部分を削ることによって、該ファラデー素子の表面が、その周囲の基板表面よりも高くなるような段差を設けた構造になっている請求項４記載の空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸ホログラム記録システムで用いる空間光変調器に関し、更に詳しく述べると、多数の制御可能ピクセルからなる信号光エリアの外周に、それらと同一サイズにピクセル加工した多数のダミーピクセルからなる参照光エリアを配置した空間光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録システムでは、信号光パターンによって空間的に変調された信号光と、参照光パターンによって生成された参照光とを干渉させて、その干渉縞を記録する。従って記録すべき情報は、信号光パターンとして空間光変調器の信号光エリアに形成される。このようなホログラム記録では、記録容量の増大とデータ転送速度の高速化の両方を同時に必要とし、そのため空間光変調器の１フレームには、できる限り多くのビット数を表示できるようにすることが望ましい。
【０００３】
ホログラム記録システムの一形式として同軸ホログラム記録システムがあることは、従来公知である。これは、同軸上に信号光と参照光を配置する形式のホログラム記録システムであり（例えば、特許文献１など参照）、記録ヘッドの小型化が可能であり、光ディスクなどで周知のサーボシステムを利用できることから、実現性が高いとされている。しかし、従来の同軸ホログラム記録システムでは、空間光変調器上に多数の制御可能ピクセルを形成し、その制御可能エリアを、信号光パターンを表示させる信号光エリアと参照光パターンを表示させる参照光エリアに二分して用いている。そのため、空間光変調器の本来の性能（ページデータ量やデータ転送レート）が実質半減してしまう欠点があった。
【０００４】
ところで、空間光変調器の一種に、ファラデー素子の磁気光学効果を利用して電流駆動によって外部磁界を切り替えてピクセルをオン・オフ制御する方式がある。この種の磁気光学空間光変調器は、高速応答性を呈しうるという非常に有用な特徴があるが、電流駆動のために各ピクセルの直近に微細配線を形成する必要がある。１ページ分のデータ量を増大するためにピクセル数を増やすと、必然的に微細配線も長くなるため、電気抵抗が大きくなり、消費電力が増大するばかりでなく、発熱によりファラデー素子の磁気光学特性が劣化する問題が生じる。電流駆動方式の磁気光学空間光変調器の例は、例えば特許文献２等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２００３９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５４７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、全ての制御可能ピクセルの有効利用を図り、ページ当たりのデータ量及びデータ転送レートを増大できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、中央に位置する信号光エリアと、該信号光エリアの外周に位置する参照光エリアとを具備している同軸ホログラム記録システム用の空間光変調器において、信号光エリアは、オン・オフ切り替えできる多数の制御可能ピクセルが縦横に規則的に配列された構造であり、他方、参照光エリアは、前記制御可能ピクセルと同一サイズであるがオンかオフのいずれかに固定されている多数のダミーピクセルが縦横に規則的に配列され、オンのダミーピクセルとオフのダミーピクセルがランダムに位置して固定パターンが形成される構造であることを特徴とする空間光変調器である。ここで空間変調器は、磁気光学方式の他、マイクロミラー方式あるいは液晶方式など、任意の形式であってよい。
【０００８】
典型的な例として、全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルが、基板上に育成した磁気光学結晶からなるファラデー素子を含んでおり、全ての制御可能ピクセルが、それぞれ該制御可能ピクセル直近に配置した微細電線への通電制御による印加磁界可変手段を具備している構造の磁気光学空間光変調器がある。
【０００９】
任意の駆動方式の空間光変調器において、全ての制御可能ピクセルの背面にミラーが装着され、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみに背面にミラーが装着されている構造とすることで、ミラーの装着されているダミーピクセルは「オン」に、ミラーの無いダミーピクセルは「オフ」になり、固定パターンの参照光エリアを形成できる。ここで、信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と「同数」とは、必ずしも厳密な意味での同数である必要はない。「同数」に近いほど、偏りのない干渉縞を記録することができるということであり、「ほぼ同数」ということである。
【００１０】
磁気光学空間光変調器の場合には、全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルの背面にミラーを装着し、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみが制御可能ピクセルよりも保磁力が大きいファラデー素子を有し、他のダミーピクセルは制御可能ピクセルと保磁力が同等もしくはそれ以下となるように設定されているファラデー素子を有している構成でもよい。保磁力の大きいダミーピクセルのファラデー素子の保磁力は、制御可能ピクセルのファラデー素子の保磁力の２倍程度に設定する。保磁力が大きいダミーピクセルは常に「オン」、保磁力が小さいダミーピクセルは常に「オフ」となることから、保磁力の程度によってパターンが決まる参照光エリアを形成できる。保磁力の大きなダミーピクセルは、例えば該ダミーピクセル周辺の基板部分を削って段差を設けた構造にすることで実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る空間光変調器は、制御可能ピクセル全てを信号光エリアとして使用することで制御可能ピクセルの有効利用を図ることができる。空間光変調器のもつフレームレート×ピクセル数の全てが信号ビット（制御可能ピクセル）に割り当てられるため、ページ当たりのデータ量が増大し、データ転送レートの増大が期待できる。また本発明に係る空間光変調器では、参照光エリアはオン・オフ固定の多数のダミーピクセルで構成され、参照光エリアは記録から再生まで常に同じパターンであるため、安定した記録・再生が行える。その理由は、空間光変調器で実際に記録再生するには、参照光は記録時と再生時に全く同じパターンのときに高いＳＮ比が得られるためである。
【００１２】
更に本発明では、制御可能ピクセル全てを信号光エリアとして使用し、信号光エリアの周囲の参照光エリアはオン・オフ固定の多数のダミーピクセルで構成するので、特に、電流駆動方式の磁気光学空間光変調器の場合には、ダミーピクセルには微細配線を設ける必要がないために該微細配線が長大化することは無く、そのため電気抵抗が増大することもなく、消費電力の増大を抑えることができ、発熱による特性劣化の恐れも生じない。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明に係る空間光変調器の一実施例を示す説明図である。これは同軸ホログラム記録システム用の空間光変調器であり、Ａに示すように、中央に位置する信号光エリア１０と、該信号光エリア１０の外周に間隙を空けて位置する参照光エリア１２とを具備している。本発明では、信号光エリア１０は、オン・オフ切り替えできる多数の制御可能ピクセルが縦横に規則的に配列された構造であり、他方、参照光エリア１２は、前記制御可能ピクセルと同一サイズであるがオンかオフのいずれかに固定されている多数のダミーピクセルが縦横に規則的に配列された構造である。ここで、制御可能ピクセル及びダミーピクセルの寸法は、例えば縦横１６μｍ程度の正方形とし、ピクセル間隔を２μｍ程度に設定している。
【００１４】
この実施例では、信号光エリア１０を矩形状としており、例えば１２８×１２８ピクセルの信号光エリア１０は２ｍｍ角程度の大きさになる。その周囲に配置する参照光エリアは、１．４ｍｍ幅程度の円環状でよい。全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルは、基板上に育成された磁気光学結晶からなるファラデー素子を含んでいる。なお、これは電流駆動方式の例であり、全ての制御可能ピクセルは、それぞれピクセル直近に配置した微細電線への通電制御による印加磁界可変手段を具備している。それに対して全てのダミーピクセルは印加磁界可変手段を具備していない（ピクセル直近に微細電線は配置されていない）。
【００１５】
図１のＢは、信号光エリアを上面から透視的に表したものであり、図面を簡略化するために便宜的に４×４のピクセル構成で描いてある。制御可能ピクセル２０は、ファラデー効果により入射光に対して磁化方向に応じた偏光方向の回転を与える微小なファラデー素子（磁気光学結晶）２２を有している。これら多数のファラデー素子２２は、互いに離間した状態で縦横２次元的に配列され、各ファラデー素子２２に沿って縦横方向に微細電線（駆動ライン）が設けられる。この微細電線を流れる駆動電流によって発生する磁界を利用し、複数の微細電線を同時に流れる駆動電流により発生する合成磁界によって、各ファラデー素子の磁化方向が個別に（独立に）制御されるように構成されている。
【００１６】
Ｘ側の駆動ライン（横方向）２４は、Ｘ方向に配列されているファラデー素子の周縁上を真っ直ぐに延び、またＹ側の駆動ライン（縦方向）２６は、Ｙ方向に配列されているファラデー素子の周縁上を真っ直ぐに延びており、それらＸ側とＹ側の駆動ラインによって各ファラデー素子を、その中心を除いて「井」の字状に囲むように配線されている。具体的には、Ｘ側の駆動ライン２４とＹ側の駆動ライン２６は、各ファラデー素子２２上を、外縁がファラデー素子の周辺に沿ってそれぞれ往復で１／２周するように、従って各ファラデー素子はＸ側とＹ側とで合計１周回するように配線される。
【００１７】
ファラデー素子の両側に配置された２本のＸ側の駆動ライン及び２本のＹ側の駆動ラインは、対をなし、それぞれ一方の端部で短絡されてループが形成されており、Ｘ側及びＹ側で各駆動ラインの短絡部がファラデー素子配列領域の両側に交互に現れるようにしている。従って、１つのＸ側の駆動ラインを選択すると、そのＸ側の駆動ラインの下方に位置するファラデー素子に対して往復で１／２周する。Ｙ側の駆動ラインについても同様である。このように短絡部を振り分けて配置すると、ファラデー素子及びファラデー素子間隙が狭くなっても、容易に駆動部を配置することが可能となる。選択されたＸ側の駆動ラインと選択されたＹ側の駆動ラインに同時に電流Ｉが流れると、それらが交わる位置のファラデー素子の周りを電流Ｉが丁度１周することになり、両駆動ラインから発生する磁界の方向がファラデー素子中心で一致する。この合成磁界によって、ファラデー素子は合成磁界方向に磁化される。
【００１８】
図１のＣは、その断面図である。ファラデー素子（磁気光学結晶）は、例えばＧＧＧ基板上に液相エピタキシャル成長させたＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜からなる。以下、製造工程の一例について簡単に説明する。
（ａ）基板３０に多数のファラデー素子２２を縦横規則的に埋設する。具体的には、例えばＧＧＧ基板上に、フォトレジストにより正方格子状のパターニングを行い、イオンミリングでフォトレジストが付着していない多数の矩形微細領域（ピクセル形成箇所）を掘り込み、表面に残っているフォトレジストを除去する。ピクセル形成箇所が掘り込まれた表面構造の基板の上に、Ｂｉ置換鉄ガーネット薄膜を液相エピタキシャル法により育成し、その後、ギャップ位置上のＢｉ置換鉄ガーネット薄膜が除去されるまで表面を研磨する。これによって、基板３０の凹部にファラデー素子２２が埋設され、ファラデー素子間が仕切り壁３２によって完全に磁気的分離された状態が得られる。
（ｂ）次に、全てのファラデー素子２２の上に、スパッタ法や蒸着法などによりＡｌ膜でミラー３４を形成する。
（ｃ）ＳｉＯ2 絶縁膜３６を形成後、ファラデー素子２２の外縁に沿って横方向に、スパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法などによりＣｕ膜を形成し、Ｘ側の駆動ライン２４を配線する。駆動ラインは、Ｃｕの他、ＡｕやＡｌなどで作製してもよい。
（ｄ）同様に、ＳｉＯ2 絶縁膜３８を形成後、ファラデー素子２２の外縁に沿って縦方向に、スパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法などによりＣｕ膜を形成し、Ｙ側の駆動ライン２６を配線する。この駆動ラインも、Ｃｕの他、ＡｕやＡｌなどで作製してもよい。
【００１９】
このようにすることで、Ｘ側の駆動ライン２４及びＹ側の駆動ライン２６が、各ファラデー素子２２を「井」の字に囲むようにファラデー素子２２の上に形成された構造の磁気光学式空間光変調器が得られる（図１のＢ参照）。Ｘ側の駆動ライン及びＹ側の駆動ラインを流れる電流の向きは、各駆動ラインを流れる電流によって発生する磁界の向きが制御対象のファラデー素子に同じ向きに印加されるようにする。Ｘ側の２本の駆動ライン（１つのループ）の通電のみでは、発生する磁界は磁性膜の保磁力を超えることはできず、Ｘ側の２本の駆動ライン（１つのループ）とＹ側の２本の駆動ライン（１つのループ）への同時通電によってはじめて磁気飽和するように各電流値を設定する。これによって、制御対象のファラデー素子のみの磁化方向を独立に制御できることになる。電流が、制御対象のファラデー素子の周囲を１周することで磁化反転を起こさせるので、１本の駆動ラインを流れる電流値を半減でき、その点でも制御対象のファラデー素子以外のファラデー素子における不必要な磁化反転を防止できる。
【００２０】
このような磁気光学式空間光変調器では、入射光は、ＧＧＧ基板３０及びファラデー素子２２を透過し、ミラー３４で反射し、再びファラデー素子２２及びＧＧＧ基板３０を透過して出射する。光の経路を矢印で示す。入射光が、ファラデー素子２２を往復する際、そのファラデー効果によって偏光方向の回転が与えられる。
【００２１】
参照光エリアは、図１のＤに示すように、前記制御可能ピクセルと同一サイズであるがオンかオフのいずれかに固定されている多数のダミーピクセル４０からなる。ここでも、図面を簡略化するために４×４のピクセル構成で描いてある。これらのダミーピクセル４０もファラデー素子２２を含んでいるが、オンかオフのいずれかに固定されており、可変する必要がないため、Ｘ側の駆動ライン及びＹ側の駆動ラインは設けられていない。断面を図１のＥに示す。ファラデー素子（磁気光学結晶）２２は、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜であり、ＧＧＧ基板３０上に液相エピタキシャル成長によって成膜したものを利用している。ダミーピクセルにおけるファラデー素子の製造工程は、上記の制御可能ピクセルにおけるファラデー素子の製造工程と同じであり、それらのファラデー素子は同時に基板に形成することになる。
【００２２】
参照光エリアでは、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみに背面にミラー３４を装着する（選ばれていないダミーピクセルの背面にはミラーは設けない）。具体的には、ランダムに形成したパターンを用いて、蒸着あるいはスパッタにより、選ばれたピクセル領域のみにＡｌ膜を形成してミラー３４とする。そしてＳｉＯ2 絶縁膜３６を形成する。これらミラーの形成及び絶縁膜の形成も、信号光エリアと同時に実施する。
【００２３】
ところで、１フレームの画面生成の際、特にピクセルを１つずつ順繰りに反転させて高速表示を行う電流駆動方式の磁気光学空間光変調器では、１フレームのピクセル数は最小限であることが望ましい。微細電線に電流を流し続けるため発熱が大きく、磁気特性の劣化や断線の恐れ等の問題が生じるからである。しかし本発明では、データ生成に必要なエリア（信号光エリア）のピクセルのみを駆動するため（参照光エリアのピクセルは駆動しないため）、１フレームのピクセル数は最小限となり、より高速でフレームの切り替えができ、発熱の問題も解消できる。
【００２４】
このような空間光変調器を用いた同軸ホログラム記録の原理を図２に示す。システム的には、空間光変調器５０からの光が、対物レンズ５２を通して記録材料５４を照射するような構成である。信号光エリアのパターンによって空間的に変調された信号光と、参照光エリアのパターンで形成された参照光は、対物レンズ５２を経て、広がりのあるビームが重なり干渉縞を形成し、記録材料５４に記録される。従って本発明では、信号光エリアのパターンは記録すべき情報によって変化するが、参照光エリアのパターンは固定であり、変化しない。前記の実施例では、参照光エリアにおいて、ミラーを付着したダミーピクセルはオンピクセル（白ピクセル）、ミラーの無いダミーピクセルはオフピクセル（黒ピクセル）となる。オンピクセルを前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数とほぼ同数とし、それらをランダムに配置することで、偏りのない干渉縞を記録することができる。
【００２５】
なお上記の実施例では、中央に位置する信号光エリアを矩形状とし、該信号光エリアの外周に位置する参照光エリアを円環状としているが、そのような形状に限定されるものではない。信号光エリアを円形状としてもよいし、参照光エリアを矩形枠状にしてもよい。図３に示す例は、信号光エリア６０を矩形状とし、参照光エリア６２を矩形枠状にしたものである。信号光エリア６０と参照光エリア６２の間は無反射部６４とする。無反射部６４を設けることで、信号光エリアへの光の漏れ込みが少なくなり、高コントラストで低ＳＮ比が得られる。この無反射部は、ピクセルの無い領域でもよいし、ファラデー素子が配列されているものの背面にミラーが無い領域でもよい。
【００２６】
また上記の実施例では、参照光エリアを形成している多数のダミーピクセルのうち、一部にはミラーを設け、残りにはミラー無しとすることで、ランダムにオンかオフのいずれかに固定されて不変のパターンが形成されるようにしているが、磁気特性を変えるなど他の手法もある。例えば、全ての制御可能ピクセル及び全てのダミーピクセルの背面にミラーを装着するが、前記信号光エリアでオン状態にある制御可能ピクセル数と同数のランダムに選ばれたダミーピクセルのみが制御可能ピクセルよりも保磁力が大きいファラデー素子を有し、他のダミーピクセルは制御可能ピクセルと保磁力が同等となるように設定したファラデー素子を有する構成もある。一部のダミーピクセルのファラデー素子の保磁力を大きくすれば、当該ダミーピクセルのみが常にオンの状態となり、他のダミーピクセルはオフの状態にすることができる。前記の実施例でいえば、前者はミラーがある場合に相当し、後者はミラーが無い場合に相当することになる。
【００２７】
例えば、信号光エリアの制御可能ピクセルの保磁力を１６０００Ａ／ｍ（２００Ｏｅ）程度に設定し、参照光エリアのダミーピクセルの保磁力を２４０００〜４００００Ａ／ｍ（３００〜５００Ｏｅ）に分布するようにしておいて、３２０００Ａ／ｍ（４００Ｏｅ）程度の外部磁界を前もって印加しておけば、ほぼ半数のダミーピクセルがオンピクセルとして固定される。その後、制御可能ピクセルは、駆動ラインからの磁界によって２００００Ａ／ｍ（２５０Ｏｅ）程度の磁界でオン・オフの制御ができる。
【００２８】
ダミーピクセルの保磁力を大きくするには、例えば、該ダミーピクセル周辺の基板部分を削って僅かに段差を設けることで実現できる。段差を設けるには、イオンミリング等で基板を加工すればよい。保磁力の大きなダミーピクセルは、図４のＡに示すようにして形成する。基板３０に埋設されているファラデー素子（磁気光学結晶）３２（ａ）にマスク６０を施し、イオンミリング等で基板３０を削り（ｂ）、マスクを除去し（ｃ）、ファラデー素子３２にミラー（反射膜）３４を設け（ｄ）、絶縁膜３６で覆う（ｅ）。それに対して保磁力が相対的に大きくないダミーピクセルは、図４のＢに示すように、基板を削ることなく（工程（ｂ）〜（ｃ）を省略し）ファラデー素子３２にミラー（反射膜）３４を設け（ｄ）、絶縁膜３６で覆う（ｅ）ことで形成できる。
【００２９】
本発明は、制御可能ピクセルからなる信号光エリアの周囲に、ダミーピクセルからなる参照光エリアが位置する構成なので、製造時には信号光エリアのみをエラーが発生しないように製作すればよいし、フォトリソグラフィのプロセスでは部分的にピクセル加工するよりもある程度の広い範囲にわたって同じピクセル加工を施した方が、作業が容易であるし品質も揃う。従って、制御可能ピクセルとダミーピクセルの両方を同時に製作することで、歩留まりの向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る空間光変調器の一実施例を示す説明図。
【図２】同軸ホログラム記録の原理説明図。
【図３】本発明に係る空間光変調器の他の実施例を示す説明図。
【図４】保磁力の異なるピクセルの製作工程の例を示す説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１０  信号光エリア
１２  参照光エリア
２０  制御可能ピクセル
２２  ファラデー素子
２４  Ｘ側の駆動ライン
２６  Ｙ側の駆動ライン
４０  ダミーピクセル
【図１】
2010117601.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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