(57)【要約】【課題】高密度で高速な記録が可能な光情報記録装置を提案する。【解決手段】光を照射して記録媒体を感光させることにより情報を記録する光情報記録装置は光源部と空間光変調素子とを有する。光源部は波長の異なる複数の光を発生させる。空間光変調素子１０８は、ギャップに対する反射率の特性が複数の波長の各々で異なっており、ギャップを少なくとも４段階に変化させることができる。そして、空間光変調素子１０８にてギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する。【選択図】図１１
2007149261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射して記録媒体を感光させることにより情報を記録する光情報記録装置において、
波長の異なる複数の光を発生させる光源部と、
ギャップに対する反射率の特性が前記複数の波長の各々で異なっており、前記ギャップを少なくとも４段階に変化させることができ、前記ギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する空間光変調素子とを有することを特徴とする光情報記録装置。
【請求項２】
前記光源部が発生する光の波長を切り替えることにより前記空間光変調素子が反射率を変化させ、異なる情報を前記記録媒体に記録することを特徴とする、請求項１に記載の光情報記録装置。
【請求項３】
所定の順序で光の波長が切り替わることによって所望の複数の情報が順次記録媒体に書き込まれるように反射率が変化するギャップを選択して前記空間変調素子に設定し、
前記光源部が前記所定の順序で光を切り替えて発生させることを特徴とする、請求項１または２に記載の光情報記録装置。
【請求項４】
前記空間変調素子は、ライン状もしくはマトリクス状に複数存在して画素をなし、
前記空間変調素子の各々は、前記光源からの光を反射する反射電極と、前記反射電極との間にギャップを形成し、前記反射電極との電位差に応じて前記ギャップを変化させる半透過電極とを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項５】
前記半透過電極は、画素領域と画素領域を接続する領域が前記画素領域より細くなった形状であることを特徴とする、請求項４に記載の光情報記録装置。
【請求項６】
前記半透過電極は、前記画素領域と画素領域が複数の接続部で接続された形状であることを特徴とする、請求項５に記載の光情報記録装置。
【請求項７】
前記空間光変調素子からの反射によって作られた情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞を記録媒体に情報として記録することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の光情報記録装置を備え、該光情報記録装置により前記記録媒体に情報を記録し、再生用の光を前記記録媒体に照射して該記録媒体に記録された情報を再生する光情報記録再生装置。
【請求項９】
光を照射して記録媒体を感光させることにより情報を記録する光情報記録方法において、
波長の異なる複数の光を発生させる光源部と、ギャップに対する反射率の特性が複数の波長の各々で異なっており、前記ギャップを少なくとも４段階に変化させることができ、前記ギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する空間光変調素子とを備えておき、
前記光源部から発生する光の波長を切り替えることにより、前記空間光変調素子のギャップを変化させることなく、前記空間光変調素子の反射率を変化させ、異なる情報を前記記録媒体に記録することを特徴とする光情報記録方法。
【請求項１０】
光を照射して記録媒体を感光させることにより情報を記録する光情報記録方法において、
波長の異なる複数の光を発生させる光源部と、ギャップに対する反射率の特性が複数の波長の各々で異なっており、前記ギャップを少なくとも４段階に変化させることができ、前記ギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する空間光変調素子とを備えておき、
所定の順序で光の波長が切り替わることにより、所望の複数の情報が順次記録媒体に書き込まれるように反射率が変化するギャップを選択して前記空間変調素子に設定し、
前記光源部から前記所定の順序で光を切り替えて発生させることを特徴とする光情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の干渉縞により記録媒体に情報を記録する光情報記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、世の中はマルチメディア時代に入り、記録装置の必要性は重要度を増し、その記録密度は年々上がっている。光ディスク記録装置は、ＣＤから、ＤＶＤ、そしてＢｌｕｅＲａｙと光の波長の短波長化により記録密度を上げてきた。近年では、さらにホログラフィックメモリという新しい記録方式が提案されている。ホログラフィックメモリについては、例えば非特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１６は、同軸タイプのホログラフィックメモリ（コリニア方式）の光学系の構成を示す図である。
【０００４】
図１６に示した光学系を用いて、記録媒体であるホログラムディスク２１６に記録を行う場合について説明する。光源の緑レーザ２０１から出射された光束はコリメータ２０２で平行光束とされ、ミラー２０３を経由し、空間光変調素子（ＳＬＭ）２０４を照明する。図１６では、ＳＬＭとしてＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）が使用されている。ＳＬＭ２０４上で「１」の情報を表す画素に入射した光は、ホログラムディスク２１６の方向へ反射される。また、ＳＬＭ２０４上で「０」の情報を表す画素に入射した光はホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。
【０００５】
コリニア方式のＳＬＭ２０４上には、情報光２０６を変調する部分と、それを環状に取り巻く参照光２０５を変調する部分が設けられている。ＳＬＭ２０４で「１」の情報を表す画素にて反射された参照光２０５と情報光２０６は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０７をＰ偏光で透過する。ＰＢＳ２０７をＰ偏光で透過した参照光２０５と情報光２０６は、リレーレンズ２０８、ミラー２０９、リレーレンズ２１０、ダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロＢＳ）２１１を経由してホログラムディスク２１６に差し向けられる。１／４波長板（ＱＷＰ）２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された参照光２０５と情報光２０６は、ミラー２１３で反射されて焦点距離Ｆの対物レンズ２１４に入射する。２つのリレーレンズ２０８、２１０によりＳＬＭ２０４上に表示されたパターンは、対物レンズ２１４からＦだけ手前に中間像を形成する。これにより、ＳＬＭ上のパターン像（図示せず）、対物レンズ２１４、ホログラムディスク２１６がいずれもＦの距離だけ離れて配置される、いわゆる４Ｆ光学系が構成される。
【０００６】
ホログラムディスク２１６は、ディスク形状であり、スピンドルモータ２１５上に回転可能に保持されている。対物レンズ２１４によって、参照光２０５と情報光２０６はディスク上の記録媒体（図示せず）に集光され、干渉して干渉縞を形成する。記録媒体中の高分子材料には、この記録時の干渉縞パターンが屈折率分布として記録され、デジタル体積ホログラムが形成される。また、記録媒体中には反射膜が設けられている。
【０００７】
また、ホログラムの記録再生を行う緑レーザ２０１以外に、記録媒体に感光性のない赤レーザ２２０が設けられていて、上記の反射膜を基準面として、ホログラムディスク２１６の変位を高精度に検出することが可能である。これより、ホログラムディスク２１６に面ブレや偏芯が発生しても、光サーボ技術を用いてダイナミックに記録スポットを記録媒体面に追従させることが可能となり、高精度に干渉縞パターンを記録することが出来る。以下に簡単に説明する。
【０００８】
赤レーザ２２０から出射された直線偏光光束はビームスプリッタ（ＢＳ）２２１を透過し、レンズ２２２で平行光束とされ、ミラー２２３とダイクロＢＳ２１１で反射されて、ホログラムディスク２１６に差し向けられる。ＱＷＰ２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された光束は、ミラー２１３で反射されて対物レンズ２１４に入射してホログラムディスク２１６上の反射面に微小な光スポットとして集光される。反射された光束は逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされ、ミラー２１３で反射されてＱＷＰ２１２を透過して、往路とは垂直な直線偏光光束に変換される。ダイクロＢＳ２１１で反射された光束は、往路と同様にミラー２２３およびレンズ２２２を経由し、ＢＳ２２１で反射されて、光検出器２２４に導かれる。光検出器２２４は、複数の受光面（図示しない）を有していて、公知の方法で反射面の位置情報を検知する。その位置情報に基づいて対物レンズ２１４のフォーカスとトラッキングを行うことが出来る。
【０００９】
次に、上記光学系を用いて、記録媒体であるホログラムディスク２１６から記録情報の再生を行う場合について説明する。光源の緑レーザ２０１から出射された光束は記録時と同様に、ＳＬＭ２０４を照明する。再生時は、ＳＬＭ２０４上の参照光２０５を変調する部分のみが「１」の情報を表示し、情報光２０６を変調する部分はすべて「０」の情報を表示する。したがって、参照光の部分の画素で反射された光だけが、ホログラム２１６の方向へ反射され、情報光はホログラム２１６の方向へ反射されない。
【００１０】
記録時と同様に参照光２０５は、円偏光（例えば、右回りの円偏光）となってディスク上の記録媒体（図示せず）に集光され、記録された干渉縞から情報光を再生する。記録媒体中の反射膜で反射された情報光は、逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされる。その平行光束は、ミラー２１３で反射されてＱＷＰ２１２を透過し、往路とは垂直な直線偏光光束（Ｓ偏光）に変換される。この時、対物レンズ２１４からＦの距離に、再生されたＳＬＭの表示パターンの中間像が形成される。
【００１１】
ダイクロＢＳ２１１を透過した光束は、リレーレンズ２１０、ミラー２０９、リレーレンズ２０８を経由してＰＢＳ２０７に差し向けられる。ＰＢＳで反射された光束は、リレーレンズ２１０、２０８により、ＳＬＭ２０４と共役の位置にＳＬＭの表示パターンの中間像として再結像される。この位置には開口２１７が予め置かれていて、情報光の周辺部にある不要な参照光が遮蔽される。そして、レンズ２１８により、再結像された中間像はＣＭＯＳセンサ２１９上に情報光の部分のみのＳＬＭ表示パターンを形成する。これにより、不要な参照光がＣＭＯＳセンサ２１９に入射しないので、Ｓ／Ｎ比の良い再生信号が得られる。
【００１２】
ここに示した従来のコリニア方式のホログラフィックメモリは、情報光と参照光とが角度を持たない同軸上の光学配置で、１つの対物レンズを用いて記録再生が出来るため、光学系が２軸２光束干渉方式と比較して簡単になるという利点を有する。また、反射膜付の媒体構造により、ディスクの片面側に光学系を配置することができる利点を有する。
【非特許文献１】『ホログラフィックメモリ／ＨＶＤ（ＴＭ）を支える計測・ナノ制御技術』（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ３５ｔｈ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＬＳＴ３５−１２）、Ｊｕｎｅ，２００５、著者：譚小地、堀米秀嘉）図５、６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した従来のコリニア方式のホログラフィックメモリにおいて、ここでいう２次元のＳＬＭ２０４は、一般にＤＭＤや上述した光学系とは若干異なり、透過型の液晶変調素子が用いられている。透過型の液晶変調素子の場合、光学系を簡単な構成にできるので、複雑な製造方法に起因するコストの上昇を抑える点ではＤＭＤよりも有利である。しかし、透過型の液晶変調素子には、微細化の問題や高速性の課題があることが自明である。
【００１４】
また、従来のコリニア方式のホログラフィックメモリでは、記録密度を高くするためには、変調素子の書き換えをより高速に行う必要があり、回路基板にも高速性が要求される。
【００１５】
このような問題点に鑑み、本発明の目的は、高密度で高速な記録が可能な光情報記録装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の光情報記録装置は、光を照射して記録媒体を感光させることにより情報を記録する光情報記録装置において光源部と空間光変調素子とを有する構成である。
【００１７】
光源部は波長の異なる複数の光を発生させる。空間光変調素子は、ギャップに対する反射率の特性が複数の波長の各々で異なっており、ギャップを少なくとも４段階に変化させることができる。
【００１８】
そして、空間光変調素子にてギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明よれば、波長を変化させれば、空間光変調素子のギャップを変化させることなく、異なった情報を記録できるので、変調素子の書き換え速度を上げることなく、変調素子の書き換え速度によって制限されていた情報記録速度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態として、以下の各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例による反射型の光干渉変調素子を用いたホログラフィックメモリ書き込み素子を説明するための等価回路図の一例である。
【００２２】
図１において、３０１，３０２は垂直信号線、３０３〜３０６は画素部のスイッチングトランジスタ、３０７〜３１０は干渉構造部である。３１１〜３１４は保持容量、３１５，３１６は駆動線（走査線）、３１７は水平シフトレジスタ、３１８は垂直シフトレジスタ、３１９は水平信号線、３２０，３２１は水平信号線３１９から垂直信号線３０１，３０２へのサンプリングスイッチである。３２２は干渉構造部の共通対向電極である。
【００２３】
図１に２×２の画素を図示して説明しているが、これは説明のためであり、たとえば１０００×１０００画素のような多画素のマトリクスでも同様な動作と考えてよい。また、マトリクスではなく、ライン状に画素を配置した構成でも同様に考えることができる。
【００２４】
回路動作について説明する。
【００２５】
まず、垂直シフトレジスタ３１８からの駆動線３１５に、画素スイッチトランジスタ３０３，３０４をオン状態にするべくオン信号が入力される。この状態で、水平シフトレジスタ３１７が順次動作し、水平信号線３１９から垂直信号線３０１，３０２に信号を伝達する。
【００２６】
まず、水平シフトレジスタ３１７の動作によりサンプリングスイッチ３２０が開いて、垂直信号線３０１に水平信号線３１９の信号が書き込まれる。すると、画素スイッチ３０３を通して保持容量３１１に電荷が蓄積され、対向電極３２２との間に電界を生じさせる。この電界により干渉構造部３０７を変化させ、入射光に対する反射率を所望の値に変調させる。
【００２７】
次いで、サンプリングスイッチ３２０が閉じた後にサンプリングスイッチ３２１が開いて、今度は水平信号線３１９の信号を垂直信号線３０２に書き込み、画素スイッチ３０４を通して保持容量３１２に書き込む。このシーケンスでＸ方向に順次信号を画素に書き込んでいく。
【００２８】
１行全て書き込んだ後に、駆動線３１５がオフし、今度は、画素スイッチトランジスタ３０５，３０６をオン状態にするべく駆動線３１６にオン信号が入力される。その後は前述と同様に情報を水平方向に順次書き込んでいく。
【００２９】
全ての行に電圧を書きこんだ後に、再びこの動作を第１行から繰り返し各画素の電圧を書き換えていく。
【００３０】
図２は、本実施例による反射型光干渉変調素子に用いられる画素部反射電極付近の断面図である。本実施例では、３３０が反射電極を表す。３３１が半透過膜で例えばＴｉを用いるが特に限定されない。３３２は反射電極上の支柱絶縁膜で例えばシリコン窒化膜である。３３３は半透過膜の保護膜であり、例えばシリコン酸化膜を用いる。反射電極３３０は反射率の高い材料が好ましい。例えば、Ａｌ，ＡｌＳｉ，ＡｌＣｕ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｕ，Ｎｉ，Ａｕ，ＴｉＮ等の金属膜、或いはこれら金属の化合物膜、あるいは積層膜を用いるが特に限定されない。３３４は下地配線層であり、３３５は遮光膜で、入射光が下部トランジスタ領域に届かないようにするためのものである。
【００３１】
半透過膜３３１と支柱絶縁膜３３２の絶縁膜は互いに異なる材料でも同じ材料でも良く、絶縁材料であれば電気的に問題なく、特に限定はされない。
【００３２】
干渉部の動作について説明する。まず、Ｔｉによる半透過膜３３１の共通電極に例えば０Ｖのグランド電位を与える。上述した動作（アクティブマトリクス動作）により反射電極３３０に電圧を与え、反射電極３３０とＴｉ電極のクーロン力によりエアギャップを調整する。このように本実施例の光情報記録装置は反射電極３３０の電位を制御し、反射電極と半透過膜３３１との空間を変化させることにより出力を変調する。そのため、変調素子を簡易的な構造で微細に形成することが可能であり、低コストで光情報記録装置を提供できる。また、半透過膜３３１を共通電極とすることで構造の簡易化が可能となる。また、半透過膜３３１をＴｉを含む材料とすることで信頼性の向上が図られている。
【００３３】
図３は、Ｔｉ電極厚さを１０ｎｍとし、エアギャップを３０ｎｍ、１６０ｎｍ、５６０ｎｍ、６６０ｎｍとしたときの反射率の値を縦軸に、波長を横軸に示したグラフである。図３を参照すると、反射電極に与える電圧によりエアギャップを３０ｎｍから６６０ｎｍへと変化させると、それに伴い波長に対する反射率の特性が大きく変化していることがわかる。この干渉作用は波長や半透過膜材料、エアギャップ厚さによりそれぞれ設計可能であり物理的な強度やコントラスト比等の特性を鑑みて必要な構成をとることが重要である。
【００３４】
図４は、図２に示した構成における、２つの波長での反射率の値を示す表である。ここでは波長が４４６ｎｍと５３０ｎｍの２つの光が用いられている。
【００３５】
４４６ｎｍの波長の光では、エアギャップが１６０ｎｍ及び５６０ｎｍのとき反射率が低く、一方エアギャップが３０ｎｍ及び６６０ｎｍのとき反射率が高い。波長が５３０ｎｍになると、エアギャップが１６０ｎｍ及び６６０ｎｍのとき反射率が低く、エアギャップが３０ｎｍ及び５３０ｎｍのとき反射率が高い。
【００３６】
例えば反射率が高い画素を「１」とし、反射率が低い画素を「０」とすれば情報を記録することができる。なお、この「０」と「１」は逆であってもよい。
【００３７】
そこで本実施例の光情報記録装置は、情報書き込み時に４４６ｎｍの光源を用いる第１のフィールドと、情報書き込み時に５３０ｎｍの光源を用いる第２のフィールドを切り替えて情報書き込みを行うシステムを用いている。そして、４種類のエアギャップの中から第１のフィールドと第２のフィールドの両方に所望の情報が書き込まれるようなエアギャップを選択する。これによれば、第１フィールドと第２フィールドの２つのフィールドの情報書き込みを行うとき、第１フィールドの書き込みと第２フィールドの書き込みの間に変調素子のエアギャップの変更を行う必要が無い。つまり、変調素子のエアギャップを変化させずに２つのフィールドの書き込みを行うことができる。
【００３８】
第１フィールド及び第２フィールド共に情報「１」の画素はエアギャップを３０ｎｍにすればよい。一方、両フィールド共に「０」の画素はエアギャップを１６０ｎｍとすればよい。第１フィールドが「１」、第２フィールドが「０」の画素はエアギャップを６６０ｎｍとし、逆に第１フィールドが「０」、第２フィールドが「１」の画素はエアギャップを５６０ｎｍとすればよい。
【００３９】
図５Ａは、本実施例の反射型の光干渉素子の平面図、図５Ｂは斜視図である。図中左側の素子４０が黒状態、右側の素子４１が白状態である。４２は半透過膜を示す。ここでは波長５３０ｎｍの信号を入射した例を示している。素子４１は中心部のエアギャップが３０ｎｍと狭く、そのため反射率が高く図のように白くなっている。一方、素子４０はエアギャップが６６０ｎｍであり、そのため反射率が低く図のように黒くなっている。この「０」，「１」のパターンを形成することで情報を記録する。素子４０と素子４１の間は構造にもよるが、黒にすることも白にすることも可能である。ただし、黒にしたほうが擾乱はないといえる。これは反射電極の下部に光吸収層を積層させることで実現できる。
【００４０】
図６は反射型の光干渉変調素子に参照光の反射領域を合わせたチップの平面図である。周辺領域４５には半透過膜４２を形成せず常に白状態で反射させ、それを参照光としている。ただし、画素と同じように周辺領域４５にも半透過膜を形成し、白表示状態の電圧を加えても良く、特に限定されない。４６は情報光領域である。このような構成を採用することで、光学系自体が簡素化されるうえ、１つの記録書き込み素子で情報光と参照光を形成できる。
【００４１】
次に、反射型の光干渉変調素子の作製方法について簡単に述べる。
【００４２】
ｎ形シリコン半導体基板を部分熱酸化し、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜を形成する。ついでＬＯＣＯＳをマスクとしてボロンをドーズ量１０11ｃｍ−２程度イオン注入し、ｐ形不純物領域であるｐ型ウエルを形成する。この基板を再度熱酸化し、酸化膜厚６００オングストロームのゲート酸化膜を形成する。
【００４３】
リンを１０20ｃｍ−３程度ドープしたｎ形ポリシリコンからなるゲート電極を形成した後、基板全面にリンをドーズ量１０13ｃｍ−２程度イオン注入し、不純物濃度１０18ｃｍ−３程度のｎ形不純物領域であるｎ型低濃度ドレインを形成する。引き続き、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、リンをドーズ量１０15ｃｍ−２程度イオン注入し、不純物濃度１０20ｃｍ−３程度のソース、ドレイン領域を形成し、ｎＭＯＳトランジスタを形成する。同様にｐＭＯＳトランジスタを形成する。
【００４４】
その後、基板全面に層間膜を形成した。層間膜は、ＰＳＧや、ＮＳＧ／ＢＰＳＧ、ＴＥＯＳ等が可能であり、特に限定されない。ＰＳＧは、Ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓである。ＮＳＧはＮｏｎｄｏｐｅ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓである。ＢＰＳＧはＢｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓである。ＴＥＯＳは、Ｔｅｔｒａｅｔｏｘｙ−Ｓｉｌａｎｅである。
【００４５】
ソース、ドレイン領域の直上にコンタクトホールをパターニングし、スパッタリング等によりＡｌ層３４を蒸着した後パターニングし、Ａｌ電極を形成する。このＡｌ電極と、ソース、ドレイン領域とのオーミックコンタクト特性を向上させるために、Ｔｉ／ＴｉＮ等のバリアメタルを、Ａｌ電極とソース、ドレイン領域との間に形成するのが望ましい。
【００４６】
その後さらに層間絶縁膜を形成し、遮光膜であるたとえば金属膜３５を形成する。金属膜は、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ａｇ等の金属もしくはそれらの積層膜であり特に限定されない。パターニング後、さらに層間膜を形成し、プラグ３６を開ける。ついで、プラグにタングステンを堆積した後にＣＭＰ法により平坦化する。その後、反射電極層３０をスパッタ法により、およそ３００ｎｍ堆積する。
【００４７】
ついで保護膜としてのシリコン窒化膜３２をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ形成し、パターニングした後にエッチングすることにより、支柱を形成する。その後レジストを塗布し、平坦化した後に、およそ１８０ｎｍのシリコン窒化膜の支柱が均一に残るように平坦化した。
【００４８】
低温のスパッタ法により、１０ｎｍのＴｉ３１と、さらに３００ｎｍのシリコン酸化膜３３を堆積した。パターニングした後にドライもしくはウエットエッチングでシリコン窒化膜とＴｉ層をエッチングし、その後レジストをウエットエッチングにより除去した。ワイアボンディングで電極を取り出し反射型の光干渉変調素子を作製できた。
【００４９】
本実施例の光情報記録装置は、以上に説明したような変調素子を有し、また４４６ｎｍと５３０ｎｍという２つの波長の異なる光を発生させる光源を有している。なお、光源を含む光学系については実施例４として後述する。そして、本実施例の光情報記録装置は、空間光変調素子にてギャップと波長で定まる反射率を変化させることによって光を変調する。したがって、本実施例によれば、変調素子のギャップを変化させることなく、異なった情報を記録でき、変調素子の書き換え速度によって制限されていた情報記録速度を、変調素子の書き換え速度を上げることなく２倍に上げることができる。
【００５０】
ここではエアギャップを図４に示した４段階に変化させる例を示した。この場合、光の波長が交互に切り替わることにより、所望の２つの情報が記録媒体に書き込まれるように反射率が変化するエアギャップを選択して変調素子に設定すればよい。本実施例では、これにより２回のうち１回について波長変化により反射率を変化させている。その結果、本実施例は記録速度を２倍にすることを可能としている。
【００５１】
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。エアギャップをさらに多段に変化可能とすることでエアギャップの切り替え頻度をさらに下げることもできる。その場合、光の波長を所定の順序に切り替えることとし、その切り替えによって所望の複数の情報が書き込まれるようなエアギャップを選択すればよい。
【実施例２】
【００５２】
図７は、実施例２の反射型の光干渉素子の平面図である。素子と素子のつなぎ目を細くすることにより、ギャップを小さくしたときにギャップが小さくなる領域を広めた構造である。これにより、上部電極を低電圧で駆動することのできる反射型の光干渉素子を形成した。
【００５３】
図８は、実施例１と実施例２の比較において、横軸に電圧、縦軸に反射率を示したグラフである。実施例１で示した全面一様の半透過膜をＡで、本実施例をＢとして示した。本実施例の形状の素子は低電圧駆動が実現できているとともに素子の反射率も増加している。素子の中でギャップの小さくなる領域が広くなっているため、白状態の開口率が大きくなったためである。ホログラフィック記録においては情報光の白と黒とのコントラストが高いほどホログラフ干渉縞のコントラストも高く、再生時にエラーの少ない読み出しが可能となった。
【実施例３】
【００５４】
図９は、第３実施例の反射型の光干渉素子の平面図である。素子と素子のつなぎ目を細くして上部電極を低電圧で駆動できるようにして反射型の光干渉素子を形成している点は実施例２と同様である。実施例３では、さらに信頼性を高めるために継ぎ目を３本にし、安定な平面構造を実現している。
【００５５】
ホログラフィックメモリのような光の干渉を利用する素子の場合、表面の平坦度は重要な要素である。表面の平坦度が悪く、光の反射方向が微妙に変化すると、それに応じてホログラムによる干渉縞が所望のものから変化してしまう。
【００５６】
素子サイズや素子構造により実施例１〜３に示した素子構造を任意に選択すればよい。また、各実施例に限定されることもなく、たとえば実施例１〜３の素子を組み合わせて形成してもよい。
【実施例４】
【００５７】
図１０〜１２は、本発明に適用可能なコリニア方式ホログラフィックメモリの光学系を説明するものである。本発明では、ギャップを４値以上に変調可能な空間変調素子と、波長の異なる複数の光とを用い、所望のギャップに設定した空間変調素子に複数の波長の光を順次切り替えて入射することで、所望の複数情報を順次記録する。したがって、本実施例の記録再生用レーザは複数の波長を切り替えて出射するものである。ここでは、その中の１つの波長による記録に着目して光学系の説明を行なうこととする。他の構成として複数の光源を備え、切り替えて用いることとしてもよい。
【００５８】
また、ここでは、空間光変調素子ＳＬＭと受光素子ＣＭＯＳセンサとを同一平面に配置し、同一のチップ上に空間光変調素子兼受講素子（ＳＬＭ／ＣＭＯＳ）として形成した構成を例示する。
【００５９】
本実施例は情報の記録と再生が可能な光情報記録再生装置の光学系である。図１０は記録時の光源から空間光変調素子までの光学系の説明図であり、図１１は同じく記録時の空間光変調素子からホログラムディスクまでの光学系の説明図である。また、図１２は再生時の光学系の説明図である。
【００６０】
まず、図１０および１１を用いて、記録媒体であるホログラムディスク１１８に記録を行う場合について説明する。
【００６１】
図１０において、光源の緑レーザ１０１から出射された光束はコリメータ１０２で平行光束とされ、マスク素子１０３に入射する。マスク素子１０３は、光束の中心部の情報光に相当する部分をマスクする働きを有する。例えば、中心部を遮蔽するマスクを光路に挿入しても良い。記録時には、このマスク素子１０３は機能せず、すべての光束を透過させる。
【００６２】
Ｐ偏光で偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０４を透過した光束は、１／４波長板（ＱＷＰ）１０５を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換される。そして、光束は、リレーレンズ１０６およびリレーレンズ１０７を経由し、ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８を照明する。ＳＬＭ上で「１（白）」の情報を表す画素に入射した光は、高い反射率でホログラムディスク１１８の方向へ反射されるが、「０（黒）」の情報を表す画素に入射した光は、干渉によりホログラムディスク１１８の方向へは僅かしか反射されない。
【００６３】
図１６に示した従来例と同様に、コリニア方式のＳＬＭ上には、情報光１１０を変調する部分とそれを環状に取り巻く参照光１０９を変調する部分が設けられている。
【００６４】
図１１において、ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８で反射された光束は、逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）とされる。リレーレンズ１０７およびリレーレンズ１０６を経由した光束はＱＷＰ１０５を透過してＳ偏光に変換され、ＰＢＳ１０４で反射されてホログラムディスク１１８の方向に差し向けられる。
【００６５】
ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８で「１（白）」の情報を表す画素にて反射された参照光１０９と情報光１１０はＰＢＳ１０４で反射される。そして、その参照光１０９と情報光１１０は、リレーレンズ１１１、ミラー１１２、リレーレンズ１１３、ダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロＢＳ）１１４を経由してホログラムディスク１１８に差し向けられる。さらに、その参照光１０９と情報光１１０は、ミラー１１５で反射されて焦点距離Ｆの対物レンズ１１６に入射する。２つのリレーレンズ１１１、１１３により、ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８上に表示されたパターンは、対物レンズ１１６からＦだけ手前に中間像を形成する。これにより、ＳＬＭ上のパターン像（図示せず）、対物レンズ１１６、ホログラム媒体１１８がいずれもＦの距離だけ離れて配置される、いわゆる４Ｆ光学系が構成される。
【００６６】
ホログラムディスク１１８は、ディスク形状であり、スピンドルモータ１１７上に回転可能に保持されている。対物レンズ１１６によって、参照光１０９と情報光１１０はディスク上の記録媒体（図示せず）に集光され、干渉して干渉縞を形成する。記録媒体中の高分子材料には、この記録時の干渉縞パターンが屈折率分布として記録され、デジタル体積ホログラムが形成される。また、記録媒体中には反射膜が設けられている。
【００６７】
従来例と同様に、ホログラムの記録再生を行う緑レーザ１０１以外に、記録媒体に感光性のない赤レーザ１１９が設けられていて、反射膜を基準面として、ホログラムディスク１１８の変位を高精度に検出することが可能である。これより、ホログラムディスク１１８に面ブレや偏芯が発生しても、光サーボ技術を用いてダイナミックに記録スポットを記録媒体面に追従させることが可能となり、高精度に干渉縞パターンを記録することが出来る。以下に簡単に説明する。
【００６８】
赤レーザ１１９から出射された光束はビームプリッタ（ＢＳ）１２０を透過し、レンズ１２１で平行光束とされ、ミラー１２２とダイクロＢＳ１１４で反射されて、ホログラムディスク１１８に差し向けられる。その後、ミラー１１５で反射されて対物レンズ１１６に入射してホログラムディスク１１８上の反射面に微小な光スポットとして集光される。
【００６９】
ホログラムディスク１１８で反射された光束は、対物レンズ１１６に再入射して平行光束とされ、ミラー１１５、ダイクロＢＳ１１４で順次反射される。そして、その光束は、往路と同様にミラー１２２、レンズ１２１を経由し、ＢＳ１２０で一部の光束を反射されて光検出器１２３に導かれる。光検出器１２３は、複数の受光面（図示しない）を有していて、公知の方法で反射面の位置情報を検知し、それに基づく対物レンズ１１６のフォーカスとトラッキングを可能にする。
【００７０】
次に、図１２を用いて、記録媒体であるホログラムディスク１１８から記録情報の再生を行う場合について説明する。
【００７１】
光源の緑レーザ１０１から出射された光束は記録時と同様に、空間光変調素子ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８を照明する。再生時において、マスク素子１０３は、光束の中心部の情報光に相当する部分をマスクする働きをする。
【００７２】
２つのリレーレンズ１０６、１０７は、マスク素子１０３の像をＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８上に結像させる役目を兼ねており、参照光の部分の素子のみが照明され、情報光の部分はマスク素子の像（図示せず）によりきちんと遮光がなされる。ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８上の参照光１０９を変調する部分のみが「１（白）」の情報を表示し、情報光１１０を変調する部分はすべて「０（黒）」の情報を表示する。したがって、参照光部分の画素で反射された光だけが、ホログラムディスク１１８の方向へ反射される。情報光部分の画素の光束はホログラム１１８の方向へ反射されないばかりかもともと照明すらされないので、従来例と比較してＳ／Ｎ比が改善された再生が可能となった。
【００７３】
記録時と同様に参照光１０９は、ＰＢＳ１０４で反射され、ディスク上の記録媒体（図示せず）に集光され、記録された干渉縞から情報光を再生する。記録媒体中の反射膜で反射された情報光は、対物レンズ１１６に再入射して平行光束とされ、ミラー１１５で反射される。この時、対物レンズ１１６からＦの距離に再生されたＳＬＭの表示パターンの中間像が形成される。
【００７４】
ダイクロＢＳ１１４を透過した光束は、リレーレンズ１１３、ミラー１１２、リレーレンズ１１１を経由してＰＢＳ１０４に差し向けられる。リレーレンズ１１３、１１１により、マスク素子１０４と共役の位置に、ＳＬＭの表示パターンの中間像として再結像される（図示せず）。この再結像された中間像は、ＰＢＳ１０４で反射され、２つのリレーレンズ１０６、１０７により、ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８上に結像される。ＳＬＭ／ＣＭＯＳ１０８の受光素子（実施例ではＣＭＯＳセンサ）部分は、情報光が照明される部分の画素間のみに配置されている。マスク素子１０４の働きにより、受光素子が形成されている情報光部分の画素間に不要な参照光が入射しないので、Ｓ／Ｎ比の良い再生信号が得られる。
【００７５】
本実施例の記録・再生の回路動作を図１３を基に詳細に説明する。図１３は、本実施例による反射型干渉変調素子を用いたホログラフィックメモリの記録・再生を行なう等価回路図の一例である。
【００７６】
図１３において、１〜１０は空間光変調素子用、２１〜３３は受光ＣＭＯＳセンサ用である。１，１'は垂直信号線、３，３'，３''，３'''は画素部のスイッチングトランジスタ、４，４'，４''，４'''は干渉構造部である。５，５'，５''，５'''は保持容量、２，２'は駆動線（走査線）、８は水平シフトレジスタ、７は垂直シフトレジスタ、１０は水平信号線、９，９'は水平信号線１０から垂直信号線１，１'へのサンプリングスイッチを表す。６，６'，６''，６'''は干渉構造部の共通対向電極である。また、２１，２１'，２１''，２１'''はフォトダイオード、２２，２２'，２２''，２２'''は転送スイッチトランジスタである。２３，２３'，２３''，２３'''はリセットスイッチトランジスタ、２４，２４'，２４''，２４'''は増幅トランジスタ、２５，２５'，２５''，２５'''は選択スイッチトランジスタである。
【００７７】
２６，２６'は垂直信号線、２７，２７'は水平読出し線、２８，２８'は水平リセット線、２９，２９'は水平選択線である。３０は垂直シフトレジスタ、３１は水平シフトレジスタ、３２，３２'は垂直信号線２６，２６'から水平信号線３３へのサンプリングスイッチ、３３は水平信号線を表す。
【００７８】
図１３には２×２画素が表示され、説明されているが、これは説明のためであり、たとえば１０００ｘ１０００画素のような多画素のマトリクスでも同様な動作と考えてよい。
【００７９】
回路動作について説明する。
【００８０】
書き込みモードについて説明する。
【００８１】
まず垂直シフトレジスタ７から駆動線２に、画素スイッチトランジスタ３、３’をオン状態にするべくオン信号が入力される。この状態で、水平シフトレジスタ８が順次動作し、水平信号線１０から垂直信号線１，１'に信号を伝達する。すなわち、まずサンプリングスイッチ９が開いて、垂直信号線１に水平信号線１０の信号が書き込まれ、画素スイッチ３を通して保持容量５に電荷が蓄積される。
【００８２】
ＳＬＭ／ＣＭＯＳをＳＬＭとして光干渉を用いる場合、干渉構造部４の対向電極６との間に電界を生じさせる。この電界により干渉構造部４を変化させ、入射光に対する反射率を所望の値に変調させる。白と黒の２階調があればよいので、反射率として所望の値になるように電圧を干渉構造部４に与えることになる。次いでサンプリングスイッチ９が閉じた後にサンプリングスイッチ９’が開いて、今度は水平信号線１０の信号を垂直信号線１’に書き込み、画素スイッチ３’を通して保持容量５’に書き込む。このシーケンスで水平（行）方向に順次信号を画素に書き込んでいく。
【００８３】
１行全て書き込んだ後に、駆動線２がオフし、今度は駆動線２’に、画素スイッチトランジスタ３’’、３’’’をオン状態にするべくオン信号が入力される。その後は前述同様に水平方向に順じ書き込んでいく。全ての行に電圧を書きこんだ後に、再びこの動作を第１行から繰り返し各画素の電圧を書き換えていく。全画素に書き込んだ後、光源からの光が入射してそれぞれの画素毎に変調された光として反射し、参照光と干渉してホログラムメモリ媒体に記録される。次のフィールドではレーザーの波長を変えて別の記録情報を記録する。
【００８４】
参照光を変調する画素は、一定の反射率になるように設定する。例えば、情報光が当たる画素と同じ構造にして、最大反射率が得られるような電圧を与える。また例えば、干渉構造は形成せずに、単純にミラー構造としても良い。
【００８５】
次に、読出しモードについて説明する。
【００８６】
ホログラムメモリ媒体に記録された情報が参照光により再生され、受光画素に「１」（白）あるいは「０」（黒）に相当する光強度が入射され、それに応じた量の電荷がフォトダイオードに蓄積される。フォトダイオード２１に貯められた電荷を垂直シフトレジスタ３０からの読出し線２７により、転送トランジスタ２２をオン状態にする。電荷が増幅トランジスタ２４のゲートの電位を変化させると、それに応じた電圧が増幅トランジスタ２４のドレインに出力される。垂直シフトレジスタ３０から水平選択線２９によって、選択トランジスタ２５をオン状態にする。先の出力が垂直信号線２６に伝達する。水平シフトレジスタ３１が順次動作して、サンプリングスイッチ３２が開いて、垂直信号線２６から水平信号線３３へ情報が送られる。サンプリングスイッチ３２が閉じた後、次列のサンプリングスイッチ３２’が開き同様に信号が送られる。１行すべての信号が送られた後は、垂直レジスタにより、次の行に移行し同様にして順次信号が読み出される。
【００８７】
図１４は、本実施例による空間光変調素子ＳＬＭと受光素子ＣＭＯＳセンサを横置きに配置した素子の断面図（略図）である。
【００８８】
受光素子は高速読み出しが可能なＣＭＯＳセンサの例で説明しているが特に限定されず、ＣＣＤやその他のセンサでもよい。
【００８９】
製造プロセスは、ＳＬＭ領域には、フォトダイオードを形成せず、干渉構造を形成する。ＣＭＯＳセンサ領域には、干渉構造を形成せず、フォトダイオードを形成する。図示しないが、ＣＭＯＳ領域上にはマイクロレンズがあると実効的な開口率が増加する。
【００９０】
図１５は、図１４に示した素子を用いた時の横軸を波長、縦軸を反射率としてグラフである。使用波長４３０ｎｍと５００ｎｍを用いることにより、１つの素子で異なる記録が可能になることが分かる。
【００９１】
図１４において、５１はＳｉ基板、５２はフォトダイオードである。５３はＣＭＯＳセンサの転送トランジスタ、５４はＣＭＯＳセンサ配線、５５はＳＬＭ素子配線、５６は遮光膜である。５７，５８は光干渉ミラー、５９は最表面保護膜、６０は層間膜、６１は支柱である。素子間絶縁（ＬＯＣＯＳ／ＳＴＩ等）、ＣＭＯＳセンサの他のＴｒ・配線、ＳＬＭの書き込み用Ｔｒ・配線は省略してある。ここでは単結晶シリコン回路基板を用いることで高速駆動を可能とし、記録密度を高めることを可能としている。
【００９２】
また、ここでは、光干渉部は最表面保護膜５９、光干渉ミラー５８、光干渉ミラー５７の層構成を用いた。光干渉部は最表面保護膜５９は、ＳｉＯ２：１０ｎｍの構成である。光干渉ミラー５８は、Ｔｉ：５ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４：２０ｎｍ／ＳｉＯ２：１０ｎｍ／Ｓｉ３Ｎ４：２０ｎｍの構成である。光干渉ミラー５７は、ＡｌＳｉ：１００ｎｍ（表面にＳｉＯ２：１０ｎｍ）構成である。エアギャップは６６０ｎｍ、７６０ｎｍ、１５ｎｍ、１６０ｎｍの４種類を用いた。
【００９３】
本図面では、光干渉ミラー５７と光干渉ミラー５８との間で干渉を生じさせ、その間の空間（例えば空気）を変化させることで、反射率および透過率を変化させている。半透明のミラーは例えばＴｉを用いるが特に限定されない。支柱６１は反射電極上の支柱絶縁膜で例えばシリコン窒化膜である。最表面保護膜５９は半透過膜の保護膜で例えばシリコン酸化膜を用いる。
【００９４】
支柱６１、層間膜６０、最表面保護膜５９の絶縁膜は異なる材料でも同じ材料でも良く、絶縁材料であれば電気的に問題なく、特に限定はされない。
【００９５】
本実施例では、空間光変調素子（ＳＬＭ）６４の配線５５，５６と受光素子センサ（ＣＭＯＳ）６５の配線５４を同一工程で形成している。また、ＳＬＭ６４のトランジスタ５３とＣＭＯＳ６５のトランジスタ６３を同一工程で形成している。このようにしてＳＬＭ６４とＣＭＯＳ６５を同一のチップ上に配しているので、両者の複雑な位置合わせ機構や高価なリレーレンズ系を廃し、光学系のコストダウンとコンパクト化を図ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施例１による反射型の光干渉変調素子を用いたホログラフィックメモリ書き込み素子を説明するための等価回路図の一例である。
【図２】実施例１による反射型光干渉変調素子に用いられる画素部反射電極付近の断面図である。
【図３】Ｔｉ電極厚さを１０ｎｍとし、エアギャップを３０ｎｍ、１６０ｎｍ、５６０ｎｍ、６６０ｎｍとしたときの反射率の値を縦軸に、波長を横軸に示したグラフである。
【図４】図２に示した構成における、２つの波長での反射率の値を示す表である。
【図５Ａ】実施例１の反射型の光干渉素子の平面図である。
【図５Ｂ】実施例１の反射型の光干渉素子の斜視図である。
【図６】反射型の光干渉変調素子に参照光の反射領域を合わせたチップの平面図である。
【図７】実施例２の反射型の光干渉素子の平面図である。
【図８】実施例１と実施例２の比較において、横軸に電圧、縦軸に反射率を示したグラフである。
【図９】第３実施例の反射型の光干渉素子の平面図である。
【図１０】記録時の光源から空間光変調素子までの光学系の説明図である。
【図１１】記録時の空間光変調素子からホログラムディスクまでの光学系の説明図である。
【図１２】再生時の光学系の説明図である。
【図１３】実施例４による反射型干渉変調素子を用いたホログラフィックメモリの記録・再生を行なう等価回路図の一例である。
【図１４】実施例４による空間光変調素子ＳＬＭと受光素子ＣＭＯＳセンサを横置きに配置した素子の断面図（略図）である。
【図１５】図１４に示した素子を用いた時の横軸を波長、縦軸を反射率としてグラフである。
【図１６】同軸タイプのホログラフィックメモリ（コリニア方式）の光学系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
３０１，３０２    垂直信号線
３０３〜３０６    スイッチングトランジスタ
３０７〜３１０    干渉構造部
３１１〜３１４    保持容量
３１５，３１６    駆動線（走査線）
３１７    水平シフトレジスタ
３１８    垂直シフトレジスタ
３１９    水平信号線
３１９    サンプリングスイッチ
３２０，３２１    水平信号線
３２２  共通対向電極
３３０    反射電極
３３１    半透過膜
３３２    支柱絶縁膜
３３３    保護膜
４０、４１    素子
４２    半透過膜
４５    周辺領域
４６    情報光領域
１０１    緑レーザ
１０２    コリメータ
１０３    マスク素子
１０４    偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０５    １／４波長板（ＱＷＰ）
１０６    リレーレンズ
１０７    リレーレンズ
１０８    ＳＬＭ／ＣＭＯＳ
１０９    参照光
１１０    情報光
１１１    リレーレンズ
１１２    ミラー
１１３    リレーレンズ１１３
１１４    ダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロＢＳ）
１１５    ミラー
１１６    対物レンズ
１１７    スピンドルモータ
１１８    ホログラムディスク
１１９    赤レーザ
１２０    ビームプリッタ（ＢＳ）
１２１    レンズ
１２２    ミラー
１２３    光検出器
１，１'    垂直信号線
２，２'    駆動線（走査線）
３，３'，３''，３'''    スイッチングトランジスタ
４，４'，４''，４'''    干渉構造部
５，５'，５''，５'''    保持容量
６，６'，６''，６'''  共通対向電極
７    垂直シフトレジスタ
８    水平シフトレジスタ
９，９'    サンプリングスイッチ
１０    水平信号線
２１，２１'，２１''，２１'''    フォトダイオード
２２，２２'，２２''，２２'''    転送スイッチトランジスタ
２３，２３'，２３''，２３'''    リセットスイッチトランジスタ
２４，２４'，２４''，２４'''    増幅トランジスタ
２５，２５'，２５''，２５'''    選択スイッチトランジスタ
２６，２６'    垂直信号線
２７，２７'    水平読出し線、
２８，２８'    水平リセット線
２９，２９'    水平選択線
３０    垂直シフトレジスタ
３１    水平シフトレジスタ
３２，３２'    サンプリングスイッチ
３３    水平信号線
５１    Ｓｉ基板
５２    フォトダイオード
５３    転送トランジスタ
５４    ＣＭＯＳセンサ配線
５５    ＳＬＭ素子配線
５６    遮光膜
５７    光干渉ミラー
５８    光干渉ミラー
５９    最表面保護膜
６０    層間膜
６１    支柱
６３    ＣＭＯＳトランジスタ
６４    空間光変調素子（ＳＬＭ）
６５    受光素子センサ（ＣＭＯＳ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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