(57)【要約】【課題】簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きい空間光変調器を得ることを目的とする。【解決手段】光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、基板１５上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極１４、圧電層１０、上部電極１２および反射層１１からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、物体光を反射する反射層１１の表面が相互に同一平面上に形成された構成とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、
基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層、上部電極および反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、
物体光を反射する前記反射層の表面が相互に同一平面上に形成されていることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、
基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層および上部電極兼反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、
物体光を反射する前記上部電極兼反射層の表面が相互に同一平面上に形成されていることを特徴とする空間光変調器。
【請求項３】
前記圧電層は、ペロブスカイト型構造を有する酸化膜であることを特徴とする請求項１または２記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記素子は、フォトリソグラフィ技術により積層方向に区画されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記素子は、前記基板に対してカンチレバー構造を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空間光変調器。
【請求項６】
前記素子は、反射光の位相または強度を空間的に変調することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録技術の向上に従い、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、熱相変化媒体の記録密度は飛躍的に上がっている。
【０００３】
しかしながら、何れもｂｉｔ　ｂｙ　ｂｉｔの記録方式であり、１ｂｉｔ単位で記録再生を行わざるを得ないため、データ転送速度に限界があり、高速多重通信の時代の要請に応えられない可能性が出てきている。
【０００４】
このような、時代の進展に対し、次世代の高記録密度および高速データ転送速度を兼ね備える記録方式として、体積ホログラフィックメモリが注目されている。
【０００５】
この体積ホログラフィックメモリは１９６３年にポラロイド社のＨｅｅｒｄｅｎにより提案され、１９７０年代にはいくつかの試作品が作られた。１９９０年代になってオプトエレクトロニクスが急成長し、高性能の光源・検出器・スクリーンが容易に入手できるようになって、体積ホログラフィックメモリが再び精力的に研究開発されるようになった。そして、課題だった誤り訂正やアクセスの手法も進歩し、材料面では結晶以外にポリマーの利用も可能になってきた。
【０００６】
体積ホログラフィックメモリの原理はレーザなどの可干渉な光をビームスプリッタなどにより２つの光に分け、信号光とよばれる片方の光に情報を重畳するため、ＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれる空間光変調器に分離した光を反射または透過させ光を空間変調し、参照光と呼ばれるもう片方の光を、光に感応する材料で作られた記録メディア内で干渉させ、情報を記録する。情報の読み出しは、参照光だけを情報が記録された記録メディアに読み出そうとする情報を記録したときと同じ角度で照射すると、信号光を記録したときと同じ方向に、２次元情報として記録情報が再現される。その再現された画像情報をＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の２次元画像ディテクタでとらえ、デジタル情報として取り出すものである。
【０００７】
以下に、ホログラフィック記憶装置の概要を、図４を参照して説明する。
【０００８】
ここで、図４は空間光変調器が用いられたホログラフィック記憶装置の概要および記録原理を示す説明図である。
【０００９】
図４において、エンコーダ１２５は、ホログラフィックメモリ１０１に記録すべきデジタルデータを平面上に明暗のドットパターン画像として変換し、例えば縦４８０ビット×横６４０ビットのデータ配列に並べ替えて単位ページ系列データを生成する。このデータを、例えば透過型のＴＦＴ液晶表示装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器１１５に送出する。
【００１０】
空間光変調器１１５は、単位ページに対応する縦４８０ピクセル×横６４０ピクセルの変調処理単位を有し、照射された光ビームをエンコーダ１２５からの単位ページ系列データに応じて空間的な光のオン・オフ信号に光変調し、変調されたシグナルビームすなわち信号光をフーリエ変換レンズ１１６へ導く。より詳しくは、空間光変調器１１５は電気信号である単位ページ系列データの論理値“１”に応答してシグナルビームを通過させ、論理値“０”に応答してシグナルビームを遮断することにより、単位ページデータにおける各ビット内容に従った電気−光学変換が達成され、単位ページ系列の信号光としての変調されたシグナルビームが生成される。
【００１１】
信号光は、フーリエ変換レンズ１１６を介して体積ホログラフィックメモリ１０１に入射する。体積ホログラフィックメモリ１０１には、信号光の他に、信号光のビームの光軸に直交する所定の基準線から入射角度βをもって参照光が入射する。信号光と参照光とはホログラフィックメモリ１０１内で干渉し、この干渉縞が体積ホログラフィックメモリ１０１内に屈折率格子すなわちホログラムとして記憶されることにより、データの記録が行われる。また、入射角βを変えて参照光を入射させて複数の２次元平面データを角度多重記録することにより、３次元データ記録が可能となる。
【００１２】
記録されたデータを体積ホログラフィックメモリ１０１から再生する場合には、信号光ビームおよび参照光ビームの交差する領域の中心に向け、記録時と同じ入射角βで参照光のみを体積ホログラフィックメモリ１０１に入射させる。すなわち、記録時とは異なり、信号光は入射させない。これにより、体積ホログラフィックメモリ１０１内に記録されている干渉縞からの回折光がフーリエ変換レンズ１１９を通して光検出器のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）１２０へ導かれる。
【００１３】
ＣＣＤ１２０は、入射光の明暗を電気信号の強弱に変換し、入射光の輝度に応じたレベルを有するアナログ電気信号を図示しないデコーダ１２６へ出力する。
【００１４】
デコーダ１２６は、このアナログ信号を所定の振幅値（スライスレベル）と比較し、対応する“１”および“０”のデータを再生する。
【００１５】
ホログラフィックメモリ１０１では、上記のように２次元の平面データ系列で記録を行うので、参照光の入射角βを変えることにより角度多重記録を行うことができる。すなわち、参照光の入射角βを変化させることにより記録単位である２次元平面をホログラフィックメモリ１０１内に複数規定することができ、その結果、３次元記録が可能となる。
【００１６】
上記のフォトリフラクティブ効果を用いた書き換え可能型の体積ホログラフィックメモリ１０１においては、記録材料には通常、Ｆｅを添加したニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、略してＬＮ）単結晶が用いられ、記録光にはＮｄ：ＹＡＧレーザをＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の励起光として用い、ＳＨＧ通過後の波長選択フィルタによりその第２高調波である波長５３２ｎｍのみが用いられる。
【００１７】
この従来型の記録方式（従来型単色記録方式と呼ぶ）においては、記録光である信号光と参照光から形成される干渉縞に対応して、干渉縞の明るい領域では、Ｆｅ２＋の準位から電子が伝導体に励起され、フォトリフラクティブプロセスを経て最終的にはＦｅ３＋の準位にトラップされストレージが完結する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、空間光変調器には液晶シャッタを使った透過型のものや反射型のものが提案されている。
【００１９】
液晶を使った透過型の空間光変調器では、光の偏光を制御して偏光板を通して変調するため、強度が低下し、Ｓ／Ｎ比に悪影響を与え、ＢＥＲ（Ｂｉｔ　Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ）が低下する問題がある。
【００２０】
また、反射型の空間光変調器は構造が複雑になったり、液晶の表示速度が遅いため、結果的に書き込みに時間がかかるなどの問題がある。
【００２１】
そこで、本発明は、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きい空間光変調器を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の空間光変調器は、光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層、上部電極および反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、物体光を反射する反射層の表面が相互に同一平面上に形成されている構成としたものである。
【００２３】
また、この課題を解決するために、本発明の空間光変調器は、光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層および上部電極兼反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、物体光を反射する上部電極兼反射層の表面が相互に同一平面上に形成されている構成としたものである。
【００２４】
これにより、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層、上部電極および反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、物体光を反射する反射層の表面が相互に同一平面上に形成されている空間光変調器であり、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の発明は、光の干渉縞を記録媒体に記録、再生するホログラフィック記憶装置に用いられる空間光変調器であって、基板上に積層形成されるとともに積層方向に区画されて２次元的に配置された下部電極、圧電層および上部電極兼反射層からなり、相互に独立制御可能とされた複数の素子を有し、物体光を反射する上部電極兼反射層の表面が相互に同一平面上に形成されている空間光変調器であり、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、圧電層は、ペロブスカイト型構造を有する酸化膜である空間光変調器であり、耐電圧性に優れ、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、素子は、フォトリソグラフィ技術により積層方向に区画されている空間光変調器であり、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、素子は、基板に対してカンチレバー構造を有している空間光変調器であり、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、素子は、反射光の位相または強度を空間的に変調する空間光変調器であり、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという作用を有する。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による空間光変調器を示す斜視図である。
【００３３】
本実施の形態の空間光変調器は、基板１５上に積層形成された下部電極１４、圧電層１０、上部電極１２および反射層１１からなる。そして、下部電極１４、圧電層１０、上部電極１２および反射層１１は、スリット１３により積層方向に区画されて各素子が格子状に形成されており、相互に独立制御できるようになっている。なお、素子数は任意に設定できるが、例えば、本実施の形態では１０２４個×１０２４個の２次元に配置されている。
【００３４】
ここで、反射層１１は、圧電層１０の表面に物体光を反射するためのものである。この反射層１１は上部電極１２と併用してもよいし、本実施の形態のように、電極とは別に電極の上に形成してもよい。反射層１１の材質としては、アルミニウムの薄膜や金、白金、Ｔｉ、またはこれらの合金など、表面が空気中の水分などによって腐食などの劣化を起こさないものを選ぶのが望ましい。
【００３５】
このように反射層１１を相互に同一平面になるように配置することにより空間光変調器を形成することが可能となる。なお、圧電層１０を駆動する回路は圧電層１０の下部にマトリクス状に形成することができる。
【００３６】
分極方向に下部電極１４および上部電極１２を設け、歪を生じるように形成された圧電層１０に電圧を加えると、極性が圧電層１０の分極方向に対応していると収縮し、逆であれば膨張する。このとき、反射層１１の初期同一平面からの変位の大きさを１／２波長になるように設計し、変位距離を決めることにより、変位していない圧電層１０の反射面で反射した光に比べ、変位した圧電層１０の反射面で反射した光は位相が１／２波長ずれることになる。
【００３７】
位相変換後、位相が変化していない光のみを通過させる波長選択フィルタを通過させることにより、位相変調を強度変調に変換し、この光を信号光とし、変換前にビームスプリッタで分割した片方の変調していない光を参照光として、フォトリフラクティブ材料中で干渉させることにより記録することができる。
【００３８】
そして、圧電層１０のスイッチィング速度は液晶に比べて速いので、データ転送速度の低下を招くことがない。
【００３９】
また、本実施の形態によれば、反射型の空間光変調器が比較的容易に構成できるので、構造が簡単な小型の空間光変調器を得ることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による空間光変調器を示す斜視図である。
【００４１】
本実施の形態の空間光変調器は、基板１６上に順次積層形成された下部電極１７、圧電層１８、上部電極兼反射層１９からなる。そして、下部電極１７、圧電層１８、上部電極兼反射層１９は格子状に分離されて各素子が形成されており、相互に独立制御できるようになっている。これらの周囲には、これらの素子を動作制御する制御部２０が設けられている。
【００４２】
本実施の形態の空間光変調器は、圧電層１８を構成する薄膜圧電材料として薄膜ピエゾが用いられているものである。
【００４３】
ここで、薄膜ピエゾについて説明する。
【００４４】
従来より、電気信号が与えられると機械的動作を行うアクチュエータとして、２つの電極と、これらの電極間に設けられた圧電体よりなる圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチュエータは、圧電体の圧電効果を利用して電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するものであり、例えばインクジェット式記録装置のヘッド等のアクチュエータなど、幅広い用途に利用されている。
【００４５】
ところで、近年はインクジェットヘッド等の小型化に伴い、圧電アクチュエータ自体の小型化が望まれており、そのために、圧電体の薄膜化が切望されている。しかし、圧電膜は、膜自体の性質を変えることなく単に薄膜化しただけでは、絶縁破壊を起こしやすくなる。したがって、耐電圧性を確保する観点から、圧電膜の薄膜化には一定の限界があった。
【００４６】
そこで、圧電アクチュエータのさらなる小型化、ひいては圧電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置のより一層の小型化を進めるためには、従来と異なる性質を有する耐電圧性に優れた圧電膜が必要とされる。例えば、Ｐｂ、ＺｒおよびＴｉを含むペロブスカイト型構造（以下、「ＰＺＴ」という。）を有する酸化膜であって、膜厚が１μｍ〜１０μｍで比誘電率が１５０〜５００の圧電膜によって形成されるものが提案されている。
【００４７】
薄膜圧電材料を利用した圧電層１８を形成する基板１６としては、単結晶シリコンを用いることができる。下部電極１７は、アルミニウムの薄膜またはＬＳＩなどの電極として使用されているシリサイドなどの材料を、真空蒸着やスパッタリング等の真空薄膜形成技術を利用して形成される。そして、この下部電極１７の上に、スパッタリングによりＰＺＴ等の圧電膜１８を形成する。さらにその上に、上部電極と反射面とを兼用する上部電極兼反射層１９をアルミニウム膜で形成する。
【００４８】
その後、下部電極層１７と圧電層１８とをフォトリソグラフィ技術により所定の形状にパターニングし、反応性エッチングで素子間分離を行い形成する。さらに、基板１６上に制御部２０を形成し、圧電層１８のアレイをエンコードした情報で２次元パターン状に変位させる。この２次元アレイに、実施の形態１と同様に信号光を反射させて位相を変調させることにより、空間光変調器として機能させることができる。
【００４９】
圧電層１８を薄膜の圧電材料で形成する利点は、薄膜で形成するために膜厚を精度良く制御できるため、形成された圧電層１８の変位制御が精度よくできるからである。また、フォトリソグラフィ技術によりパターンが精度良く、高密度で形成できるため、開口率が大きく取れて光の反射効率が向上して明るくなり、結果的に、光の強度が大きくなりってＳ／Ｎ比に良好な影響を与え、ＢＥＲが向上するからである。
【００５０】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３による空間光変調器を示す斜視図である。
【００５１】
本実施の形態の空間光変調器は、基板２４上に順次積層形成された下部電極２５、圧電層２３、上部電極兼反射層２６からなる。そして、下部電極１７、圧電層１８、上部電極兼反射層１９は格子状に分離されて各素子が形成されており、格子状に形成されており、相互に独立制御できるようになっている。これらの周囲には、これらの素子を動作制御する制御部２８が設けられている。
【００５２】
本実施の形態の空間光変調器は、素子がカンチレバー（片持ち梁）構造を有している。
【００５３】
薄膜圧電材料を利用した圧電層２３を形成する基板２４としては、実施の形態２と同様に単結晶シリコンを使用する。まずはじめに、基板２４を熱酸化して所望の厚さのＳｉＯ２を形成し、その上に、例えばＴｉ／Ｐｔからなる下部電極層２５を形成する。そして、スパッタリング法によりＰＺＴ膜つまり圧電層１８を所望の形成し、その上に、例えばアルミニウムにより上部電極２６を形成する。
【００５４】
その後、フォトリソグラフィ技術により素子間を分離し、梁形状にレジストを形成する。そして、ウエットエッチング液でアルミニウムをエッチングした後にレジストを剥離し、梁形状を作製した。
【００５５】
基板２４からカンチレバー構造を形成するために、基板２４であるシリコンウエハの裏側を酸化被膜により保護した。その後、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｈｃｉｎｇ）によりカンチレバーの下部電極２５までエッチングを行った。次に、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）１３ｗｔ％水溶液９０℃中で基板２４を異方性エッチングし、片持ち梁形状を作製した。
【００５６】
このようにして形成したカンチレバーアレイである各素子を制御部２８により制御し、エンコードした情報で２次元パターン状に変位させる。そして、この２次元カンチレバーアレイに信号光を反射させ反射方向を変調させることにより、強度変調型の空間光変調器として機能させることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構造で、データ変換を高速で行うことができ、光の強度が大きくなってＳ／Ｎ比の良好な空間光変調器が得られるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による空間光変調器を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態２による空間光変調器を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態３による空間光変調器を示す斜視図
【図４】空間光変調器が用いられたホログラフィック記憶装置の概要および記録原理を示す説明図
【符号の説明】
１０　圧電層
１１　反射層
１２　上部電極
１４　下部電極
１５　基板
１６　基板
１７　下部電極
１８　圧電層
１９　上部電極兼反射層
２０　制御部
２３　圧電層
２４　基板
２５　下部電極
２６　上部電極兼反射層
２８　制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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