JP2006107663A - 位相変調装置、ホログラフィック記録再生装置及び位相変調装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置にあって、フーリエ面での強度スペクトラムのＤＣピークの抑制を図り、ダイナミックレンジの改善を図り、更に、構成の簡潔化、製造の簡易化を図ることができるようにした位相変調装置、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置及び位相変調装置の製造方法を提供するものである。
【解決手段】 信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部５Ｓと、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部５Ｒとが１つの位相変調素子５として平面的に配置された構成とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置に適用する位相変調装置、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置及び位相変調装置の製造方法に関する。

ホログラムを用いた記録または／および再生を行う記録再生装置、すなわちホログラフィックメモリー装置において、その記録密度を向上させる一手法として、位相相関多重方式がある（非特許文献１，２および特許文献１）。
この位相相関多重方式では、記録時に、ホログラム記録媒体に記録光と共に照射する参照光に位相変調を与えながら、ホログラム記録媒体を、その面方向にシフトさせることによって多重記録を行うものである。

この場合、参照光に与える位相変調、すなわち参照光の位相変化の周期、強度の分布に伴い、ホログラム記録媒体位置での参照光には、コヒーレントとみなせる光束領域（スペックルという）のサイズが変化する。そして、信号光と参照光のスペックルが重なった領域において、光干渉が発生し、ホログラム記録が可能となる。
したがって、この場合、スペックルサイズの微細化によりホロクラフィックメモリーにおける高記録密度化が可能となる。

このようにして記録されたホログラフィック記録情報の再生に当たっては、記録時と同じ位相変調が与えられた参照光ホログラム記録媒体に照射するものであり、このようにすることによって、ホログラム記録部において、記録時の参照光の位相変調と一致する位相変調がなされた参照光の照射部の情報のみを選択的に読み出すことができるものであり、このため多重記録が可能となり、高密度記録化が図られるものである。
参照光に対する位相変調を与える方法としては、参照光の光路上に、位相マスクと称される光学素子が配置されて、参照光の位相変化の周期、強度の分布を制御する方法がある。

また、信号光に対しても、位相変調を与えることが高記録密度化を実現する上で有効である。すなわち、信号光に位相変調を与えることにより、フーリエ面でのＤＣ（直流）ピーク強度を抑圧することができ、記録媒体内部での信号光のダイナミックレンジを確保し、Ｓ／Ｎにすぐれたホログラム記録が可能となるものである。

一方、ホログラフィックメモリーにおいて、信号光と参照光とが同じ光軸を共通する１光束からなる方式、いわゆるコリニア方式が提案されている。
これは、信号光と参照光とが別々の光束から成る従来方式に比し、光学系を簡潔な構成とすることができ、また、汎用の各種光記録再生装置例えば光ディスク記録再生装置において、充分に研究開発されている光学系、もしくはその技術を適用することができるものである。

しかしながら、上述した位相マスク素子をコリニア方式に導入する場合、信号用位相マスクと、参照光用位相マスクとを共通の光軸に個々に位置合わせして設けることは、製造の煩雑さのみならず、精度への影響を来たす。
Optics Communications 175(2000)67-74, " Diffraction selectiveholograms with random phase encoding" 10 March 2oo1/Vol.40,No.8/APPLIED OPTICS,pp1253-1260 "Thhree-dimensional shifting selectivity of random phase encoding in volume holograms" 米国特許US 6,281,993 B1公報

上述したように、ホログラフィック記録または／および再生がなされる位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置においては、信号光に位相変調を与えることにより、フーリエ面でのＤＣピーク強度を抑圧することができるものであるが、その信号光に対する位相変調を与える位相マスクと、再生光に対する位相変調を与える位相マスクの双方を、信号光および再生光の光軸に軸合わせしてホログラフィック記録再生装置を構成することは、製造の煩雑さと、精度の低下の問題がある。

本発明は、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置にあって、前述したように、信号光に対しても位相変調を行って、ＤＣピークの抑制を図り、信号光のダイナミックレンジの改善を図るものであり、この場合において、信号光および参照光に対して確実に、位相変調を行うことがで、更に、構成の簡潔化、製造の簡易化を図って、上述した製造の煩雑さと、精度の低下の問題の解決を図ることができる位相変調装置、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置及び位相変調装置の製造方法を提供するものである。

本発明による位相変調装置は、ホログラフィック記録または／および再生がなされる位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置に用いられる少なくとも位相変調素子を有する位相変調装置であって、上記位相変調素子が、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが１つの位相変調素子として構成されたことを特徴とする。

また、本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部とが、平面的に同心円状に配置されて成ることを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、参照光用位相変調部とが、異なる位相変調構造を有することを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部は、空間変調器の２次元的に配列されたピクセルの各辺の長さと等しいもしくはその整数倍の辺の長さを有する位相変調ピクセルが、等ピッチをもって２次元的に配列され、各位相変調ピクセル内では一定の位相変調を持ち、かつそれぞれの位相変調ピクセルがランダムな位相変調度の配列を持つ構成とされて成ることを特徴とする。

本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の位相変調ピクセルの位相変調度が離散的でＮレベルからなり、２π／Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする。
本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の各位相変調ピクセルの隣接する位相変調度の差が２π／Ｎ（Ｎは整数）であることを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の各位相変調ピクセルが、上記各位相マスク構造表面における反射光あるいは透過光に対して凹凸による深さ変調による位相変調を与える構成とされたことを特徴とする。

また、本発明による位相変調装置は、上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部は、空間変調器の２次元的に配列されたピクセルの各辺の長さと等しいもしくはその整数倍の辺の長さを有する深さ変調による位相変調ピクセルが、等ピッチをもって２次元的に配列され、各位相変調ピクセル内では一定の位相変調を持ち、かつそれぞれの位相変調ピクセルがランダムな位相変調度の配列を持つ構成とされて成ることを特徴とする。

また、本発明による位相変調装置は、透過光に対する上記位相ピクセルの深さ変調度が離散的でＮレベルからなり、使用波長λ、位相マスク構造の構成材料の屈折率をｎとしたとき、各位相ピクセルの深さが、
λ／（ｎ−１）／Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、反射光に対する上記位相ピクセルの深さ変調度が離散的でＮレベルからなり、使用波長λ、位相マスク構造の構成材料の屈折率をｎとしたとき、各位相ピクセルの深さが、
λ／２Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする。

また、本発明による位相変調装置は、透過光に対する位相ピクセルの隣接する位相ピクセルの深さ変調度の差が、λ／｛Ｎ（ｎ−１）｝（Ｎは整数）であることを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、反射光に対する位相ピクセルの隣接する位相ピクセルの深さ変調度の差が、λ／２Ｎ（Ｎは整数）であることを特徴とする。
また、本発明による位相変調装置は、上記信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、上記参照光に位相変調を与える位相マスク構造とによって構成された位相変調素子が、上記空間変調器と、同軸上に一体化されて成ることを特徴とする。

本発明によるホログラフィック記録再生装置は、ホログラフィック記録または／及び再生がなされる位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置であって、レーザ光源と、空間変調器と、対物レンズと、ホログラム情報記録媒体と、光検出器とを有し、上記空間変調器と同軸心上に、位相変調素子が配置され、該位相変調素子は、信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが１つの位相変調素子として構成されて成ることを特徴とする。

本発明によるコリニアホログラフィック記録再生装置は、上記信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが、平面的に同心円状に配置されて成ることを特徴とする。
また、本発明によるコリニアホログラフィック記録再生装置は、上記位相変調素子が、上記空間変調器と一体に、同軸心上に配置されて成ることを特徴とする。

更に、本発明による位相変調装置の製造方法は、同一基板表面に、信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが、それぞれ最適化された深さ変調パターンをもって、フォトリソグラフィ工程および真空エッチング工程の組み合わせによる同一工程で同時に１つの位相変調素子として構成することを特徴とする。

本発明による位相変調装置においては、信号光に対しても位相変調を行う信号用位相変調部と、参照光に対してそれぞれ位相変調を行う参照光用位相変調部を有する位相変調素子を具備する構成としたことによって、参照光に対してランダムな位相変調を行う位相相関多重方式のホログラフィックメモリーによってホログラム記録の高密度化が図られると共に、信号光に関してもランダムな位相変調を行うことができ、後述するところから明らかなように、フーリエ面でのＤＣピーク強度を抑制する効果を得ることができ、位相相関多重ホログラム記録媒体内部での信号光のダイナミックレンジを確保することができ、ＳＮ比の高いホログラム記録を行うことができるものである。

そして、本発明による位相変調装置においては、その信号光用位相変調部と、参照光用位相変調部とを１つの素子として一体化した構成としたことにより、構造の簡潔化と共に、組み立て製造において、信号光と参照光とに対して、個々に各信号光用位相変調部と参照光用位相変調部とを位置あわせすることが回避され、組立て精度の向上が図られる。
更に、信号光用位相変調部と、参照光用位相変調部とを１つの素子として同心円状に配置した構成とすることにより、コリニア構成における信号光と参照光とが同心的位置関係にある構成において、信号光と、参照光に対して、容易かつ正確に、信号光用位相変調部と、参照光用位相変調部との位置関係の設定を行うことができ、生産性の向上、信頼性の向上、歩留まりの向上を図ることができるものである。

また、信号光位相変調部と、参照光位相変調部において、その隣接する位相変調ピクセル間の位相変調度の差を制限する構成とすることによって隣接ピクセル間同士の干渉によるコントラストの低下、すなわちＳＮ比の低下を回避できるものである。
また、空間変調器（ＳＬＭ）と、位相変調素子とを一体構成とすることにより、両者間の密着性および空間変調器と位相変調素子の各ピクセルマッチングを可能とすることができ、空間変調器の１ピクセルからの出射光を、位相変調素子の対応する１つピクセルに入射させることができることから、ＳＮ比の高いホログラフィック記録または／および再生を行うことができる。

また、本発明による位相変調素子の製造方法によれば、フォトリソグラフィ工程と、真空エッチング工程によって、位相マスク構造を形成することから、上述した信号光に対する位相変調部と、参照光に対する位相変調部とを同時に、かつ高精度に形成することができ、また量産的、かつ再現性良く製造することができるものである。

本発明による位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置及び位相変調装置の製造方法の実施の形態例を図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は、この実施の形態例に限定されるものではない。
図１は、本発明による位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置の一実施形態例の概略的構成図を示す。
この例においては、ホログラム記録層の裏面に反射膜１Ｒを有する反射型のホログラム記録媒体１が用いられる反射型のホログラフィック記録再生装置であって、図１は、その基本的構成を示すものであり、例えばレーザー光源２と、コリメートレンズ３と、空間変調器（ＳＬＭ）４と、位相変調素子５と、対物レンズ８と、集光レンズ９と、イメージャー例えばＣＣＤセンサー，ＣＭＯＳセンサー等のイメージャーによる光検出器１０とを有する。また、図１の例においては、光路を所要方向に向けるミラー１１が配置される。

空間変調器４は、例えば２次元空間変調器の液晶型空間変調器、強誘電体を用いた空間変調器、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror）等によって構成することができる。
この空間変調器４には、レーザー光源２からのレーザー光が、コリメートレンズ３によって、平行光とされて、ミラー１１を介して、導入される。

空間変調器４は、図２にこの空間変調器４からの光出射面側の模式的正面図を示し、図３に模式的光路図を示すように、空間変調器４に導入されるレーザー光に対して、空間変調器を構成する空間変調単位素子ごとに、すなわち空間変調ピクセルごとに光強度変調がなされる。
この空間変調器においては、その中心部の円形エリアのピクセルで、記録情報信号に応じた例えば“１” “０”信号による例えばオン・オフ制御による変調を行って中心部の円形エリアに分布する信号光Ｓを生成する。同時に、この空間変調器４の、上述した中心部の円形エリアと同心の外周リング状エリアにおいては、同様の空間変調ピクセルによって、後述する所要の空間変調がなされて、リング状エリアに分布する参照光Ｒを生成する。

空間変調器４による中心部のエリアと、外周部のエリアに対する空間変調ピクセルは、同一構成とすることができるものの、例えば外周部の参照光の生成部における空間変調ピクセルは、中心部エリアの信号光生成部のピクセルと異なるピッチ、例えば狭ピッチとすることができる。
そして、空間変調器４における中心部エリアと外周エリアの空間変調の時間的周期は、同期し、かつ例えばホログラム情報の１画面、いわゆる１ページ周期に選定される。

そして、本発明においては、空間変調器４の光出射面４ａ側に、信号光Ｓおよび参照光Ｒに対して位相変調を行う位相変調素子５を接合一体化し、上述した信号光Ｓおよび参照光Ｒに対する空間変調器４による例えばオン・オフ変調と、位相変調素子５による位相制御との複合、すなわち共働によって、信号光Ｓと、参照光Ｒに対して実質的に後述するランダムないしは擬似ランダム位相変調を行う位相変調装置６を構成する。

位相変調素子５は、その光出射面５ａ側の正面図を図４に示し、図５に空間変調器４と位相変調素子４とによる位相変調装置６からの信号光Ｓおよび参照光Ｒの模式的光路図を示すように、空間変調器４の信号光Ｓのエリアに正対して、信号光Ｓに対して位相変調を行う位相マスクによる信号用位相変調部５Ｓと、その外周部の参照光Ｒのリンク状エリアに正対して参照光に対して位相変調を行う位相マスクによる参照光用位相変調部５Ｒとが平面的に配置されて成る。

位相変調素子５の各位相変調ピクセル５Ｐと、空間変調器４のピクセル４Ｐは、図６ＡおよびＢに各パターン図を示すように、それぞれ対応した形状、寸法に選定される。すなわち、各信号用位相変調素子５Ｓの参照用位相変調素子５Ｒおよび信号用位相変調素子５Ｓにおける各位相変調ピクセル５Ｐは、空間変調器（ＳＬＭ）４における各中心エリアと、外周リングエリアの各空間変調ピクセル４Ｐの大きさ、具体的には例えば正方形のピクセルにおいて、各辺の長さが一致あるいは整数倍の長さとされた位相変調ピクセルが２次元的配列された構造とされる。
そして、それぞれそのピクセル内で所要の位相変調度を持ち、かつそれぞれのピクセルがランダムな位相変調度を持つ構造とされる。
更に、各ピクセルは、位相変調度が離散的でＮ（Ｎは整数）レベルから構成し、２π／Ｎの整数倍の値を持つ位相マスク構造とし、これにより、ピクセル数Ｍ²を持つ位相マスクにより、信号光がフーリエ面でのピーク強度を１／Ｍ²に抑圧するようにすることができる。

ところで、このように、隣接する位相ピクセルにおいて、大きな変調の飛びが存在すると、隣接するピクセル、すなわち画素間同士で、干渉を起こし、イメージャー上の結像にコントラストすなわちＳＮ比の低下を来たす。
このような不都合を回避するには、隣接ピクセル間の位相変調度の差、すなわち飛びの大きさを、最小差の２π／Ｎとすることが望ましい。
位相変調素子５、すなわち位相マスクの具体的な構造としては、位相マスクの表面に深さの変調、すなわち凹凸を有する構成とし、このマスク表面における反射光、あるいは透過光に対して、位相変調を与える構造とすることができる。
図７Ａは、この位相変調素子５の一部の拡大平面図で、図７Ｂは、その位相変調ピクセル４Ｐが完全ランダム構成とした場合の一例の断面図、図７Ｃは、擬似ランダム構成とした場合の断面図を示す。
図７Ｂの完全ランダム構成による場合は、隣り合うピクセル５Ｐ間の段差、すなわち、隣接する位相変調ピクセルの位相変調度が、大きな飛びを生じる部分が存在する。

しかし、このように、隣接する位相ピクセルにおいて、大きな変調の飛びが存在すると、上述したように、隣接するピクセル、すなわち画素間同士で、干渉を起こし、イメージャー上の結像にコントラストすなわちＳＮ比の低下を来たすことから、図７Ｃで示すように隣接する位相変調度の差を、上述した、このような不都合を回避するには、隣接ピクセル間の位相変調度の変化、すなわち飛びの大きさを制限する。具体的には、位相の飛びを一定値以下に抑えることが望まれるものであり、このために、図７Ｃで示すように、隣接する位相ピクセルが所定の変調度間の位相深さの差を、２π／Ｎの単位位相深さｄとする擬似ランダム構成とする。

上述したように、透過光に対する凹凸による深さ変調の位相マスク構造とする場合、位相レベル数Ｎの位相変調度を持つ位相マスク構造で、各ピクセルの深さが、（０，１，２，３、……（Ｎ−１））×ｄ１（ｄ１は単位深さ）で与えられる構造において、その単位深さｄ１は、
ｄ１＝λ／{Ｎ×（ｎ−１）} ……（１）
（λは、レーザー光の波長、ｎは位相マスクの構成材の屈折率）となるものであり、隣り合う位相ピクセル間の差は、最大この単位深さｄ１とする。

また、反射光に対する凹凸による深さ変調の位相マスク構造とする場合、位相レベル数Ｎの位相変調度を持つ位相マスク構造で、各ピクセルの深さが、（０，１，２，３、……（Ｎ−１））×ｄ２（ｄ２は単位深さ）で与えられる構造において、その単位深さｄ２は、
ｄ２＝λ／２Ｎ ……（２）
となるものであり、隣り合う位相ピクセル間の差は、最大この単位深さｄ２とする。

上述した位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置において、面方向にシフトされるホログラム記録媒体１に対して、ホログラフィック記録を行うには、上述したそれぞれランダム位相変調された信号光Ｓと参照光Ｒとをホログラム記録媒体１に照射して、そのピクセル領域での干渉によるホログラフィック記録を行う。
そして、このホログラム記録媒体１に記録されたホログラム情報を再生するには、信号光を停止して、上述した記録時同一のランダム位相変調された参照光Ｒのみを、同様に上述した方向にシフトするホログラフィック記録がなされたホログラム記録媒体１に照射し、ホログラム記録にもとづく再生光を取り出し、光検出器１０（イメージャー）によってホログラム記録情報パターンを得る。

上述した本発明装置における、完全ランダム位相マスク構成による位相変調素子構成とした場合と、擬似ランダム位相マスク構成による位相変調素子構成とした場合の各フーリエ面の強度スペクトラムを、図８および図９に示す。
また、図１０に、本発明構成によらない、すなわち信号光に対してランダム位相変調を行わなかった場合の同様のスペクトラムを示す。
図８および図９と、図１０とを比較して明らかなように、本発明によるときは、図１０における、ＤＣピークが抑制されていることがわかる。

また、図１１は、イメージャー上の強度ヒストグラム示し、横軸において、左端の原点位置が例えば“０”の情報位置、右端位置が、例えば“１”の情報位置を示すもので、曲線１１Ａが、完全ランダム構成による場合、曲線１１Ｂが擬似ランダム構成による場合、曲線１１Ｃが、本発明によらない、すなわち位相マスクがない構成によるものである。
この場合情報“１”の記録部に関しては、光の滲み、干渉によって裾を引く形状となるものの、曲線１１Ｂで示すように、擬似ランダム構成とするときは、完全ランダム構成とする場合に比し、急峻な立ち上がりを示す。これは完全ランダムによるときは、隣接するピクセルの位相変調度差大きい部分が存在することにより、隣接するピクセル間に干渉が生じるが、擬似ランダム構成によるときは、この隣接ピクセル間の干渉が良好に回避されることによると考えられる。

次に、上述した位相変調装置６の位相変調素子５、すなわち位相マスクの本発明による製造方法の実施の形態例を図１２の工程図を参照して説明する。
本発明製造方法においては、位相変調素子を構成する基板、すなわち同一基板表面に、信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが、それぞれ最適化された深さ変調パターンをもって、フォトリソグラフィ工程および真空エッチング工程の組み合わせによる同一工程で同時に１つの位相変調素子として構成するものである。

先ず、図１２Ａに示すように、位相変調素子を構成する基板２１、例えばガラス基板が用意され、その平滑面とされた１主面上に、基板２１に対する後述の真空エッチングに耐性を有するレジスト層となるフォトレジスト層２２を塗布する。
このフォトレジスト層２２に、露光マスク２３を介して、アライナー、ステッパー等の周知の露光装置によって、２次元的パターンに露光する。
図１２Ｂに示すように、フォトレジスト層２２に対して現像処理を行ってフォトレジスト層２２に第１の開口パターン２２ａを形成する。

このフォトレジスト層２２をエッチングマスクとしてその開口を通じて、基板２１の上述した１主面に対して真空エッチング、例えばイオンミリングあるいはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行い、図１２Ｃに示すように、フォトレジスト層２２を除去し、第１の開口パターン２２ａに対応するパターンを有し、所要の深さを有する第１の凹凸パターン２４を形成する。
更に図１２Ｄに示すように、基板２１上に全面的に、第１の凹凸パターン２４を埋め込んでフォトレジスト層２５を再び塗布形成する。
このフォトレジスト層２５に対して図示しないが、図１２Ａで説明したように、所要の露光マスクを介して、同様にアライナー、ステッパー等の周知の露光装置によって、２次元的パターンに露光する。
その後、フォトレジスト層２５に対して現像処理を行って、フォトレジスト層２５に第２の開口パターン２５ａを形成する。

次に、フォトレジスト層２５を、エッチングマスクとしてその開口を通じて、基板２１の上述した１主面に対して真空エッチング、例えば上述したイオンミリングあるいはＲＩＥを行い、図１２Ｆに示すように、フォトレジスト層２５を除去し、第２の開口パターン２５ａに対応するパターンを有し、所要の深さを有する第２の凹凸パターン２６を第１の凹凸パターン２４に重ねて形成する。
このようにして、第１および第２の凹凸パターン２４および２５による、目的とする大きさ、深さ、ピッチを有する、前述した深さ変調による位相変調素子５を得る。この場合、前述した信号光に対し位相変調を行う信号光用位相変調部と、参照光に対して位相変調を行う参照光用位相変調部とを、同時に形成することができる。
尚、図１２で説明した例では、第１および第２の凹凸パターンによる２レベル以上の変調度差を有する構成の位相変調素子５を製造する場合について例示したものであるが、３レベル以上の位相変調度差を有するパターンの形成は、上述したフォトレジスト層の形成、すなわちフォトリソグラフィ工程と、エッチング工程との作業を繰り返すことによって形成することができるものである。

そして、このようにして製造した位相変調素子５は、図１３に示すように、空間変調器４の光出射側に光学接着剤等によって、所定の位置関係、すなわち空間変調器４の上述した空間変調ピクセル４Ｐと、位相変調素子５の対応する位相変調ピクセル５Ｐとが正対するように接合一体化し、位相変調装置を構成する。この場合、空間変調器４と位相変調装置５とにおいて、その空間変調ピクセルと位相変調ピクセルとの位置合わせ基準マーク等を、各ピクセルの形成と共に形成しておくことによって、両者の位置合わせを高精度に設定して一体構造とすることができる。

上述したように、本発明による位相変調素子５は、信号用位相変調部５Ｓと、参照光用位相変調部５Ｒとを設けたことによって、ホログラム記録再生装置において参照光と信号光との双方に関してランダムな位相変調を行うことができ、前述したように、参照光に対するランダム位相変調により、位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生による高密度記録を行うことができ、また、信号光に対するランダム位相変調により、フーリエ強度スペクトラムのＤＣピークの抑制が図られる、ダイナミックレンジの狭隘化を回避でき、ＳＮ比の向上を図ることができる。

そして、位相変調素子５は、上述した本発明製造方法によって形成することにより、信号用位相変調部５Ｓと参照光用位相変調素子５Ｒとを同時に、すなわち所定の位置関係に確実に形成することができることから、高精度に、量産的に、再現性良く製造することができるものである。

また、空間変調器４と位相変調素子５とを、図１３で示したように、一体化構造としたことにより、両者間に間隙を生じることなく密着させて、所定の空間変調ピクセルと位相変調ピクセルとの厳密なピクセルマッチングを実現することができるものである。すなわち、空間変調器４と、位相変調素子５との間に間隙が存在する場合、１つの空間変調ピクセルから出射した光が、対応する１つ位相変調ピクセルに入射されず、光の回折現象によって隣接する位相変調ピクセルにも入射することになって、所要のホログラフィック記録および再生を阻害することになるものであるが、上述した一体型構成によってこのような不都合が回避されるものである。

また、信号光用位相変調部と、参照光用位相変調分とを１つの素子として一体化した構成としたことにより、構造の簡潔化、製造の簡易化が図られるものであるが、更に、空間変調器４と一体化した構成とすることによって、より、精度の向上、製造の簡易化を図ることができるものである。

また、上述したように、信号光位相変調部と、参照光位相変調部において、その隣接する位相変調ピクセル間の位相変調度の差を制限する構成とすることによって隣接ピクセル間同士の干渉によるコントラストの低下、すなわちＳＮ比の低下を回避できるものである。

尚、図１で示した構成においては、反射型ホログラム記録媒体を用いる透過型構成による位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置構成とした場合であるが、透過型ホログラム記録媒体を用いる透過型構成による位相相関多重方式によるコリニアホログラフィックメモリー装置構成とすることもできる。
また、上述した例では、位相変調素子が深さの相違による構成とした場合であるが、このような凹凸構成による場合にかぎらず、不純物ドープ量の変化等による光学特性の変化によって位相変調構成とすることのできるなど、種々の構成をとることができ、これにともなってその製造方法においても、本発明にあって種々の変更を行うことができるものである。

本発明による位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置の一実施形態例の概略構成図である。 本発明によるホログラフィック装置における空間変調器の一例の光出射側の模式的正面図である。 本発明によるホログラフィック装置の一例の信号光および参照光の模式的光路図である。 本発明によるホログラフィック装置の一例の位相変調素子の一例の光出射側の模式的正面図である。 本発明によるホログラフィック装置の一例の位相変調された信号光および参照光の模式的光路図である。 ＡおよびＢは、それぞれ本発明装置の一例の空間変調器および位相変調素子の各ピクセルのパターンを示す模式図である。 Ａは、位相変調素子のピクセルの配置パターンの一例を示す要部の平面図、ＢおよびＣは、それぞれ完全ランダム構造および擬似ランダム構造としたときの断面図である。 完全ランダム構造の位相マスクによる位相変調素子を具備するコリニアホログラフィック記録再生装置のフーリエスペクトラムである。 擬似ランダム構造の位相マスクによる位相変調素子を具備するコリニアホログラフィック記録再生装置のフーリエスペクトラムである。 位相変調素子を具備しないコリニアホログラフィック記録再生装置におけるフーリエスペクトラムである。 位相変調素子がランダム構造、擬似ランダム構造である場合と、位相変調素子を具備しない場合のそれぞれのイメージャー上の強度ヒストグラムである。 Ａ〜Ｆは、それぞれ本発明による位相変調装置の製造方法の一例の工程図である。 本発明による位相変調装置の模式的断面図である。

符号の説明

１……ホログラム記録媒体、１Ｒ……反射膜、２……レーザー光源、３……コリメートレンズ、４……空間変調器（ＳＬＭ）、４ａ……光出射面、５……位相変調素子、５ａ……光出射面、６……位相変調装置、７……ビームスプリッタ、８……対物レンズ、９……収束レンズ、１０……光検出器（イメージャー）、１１……ミラー、２１……基板、２２……フォトレジスト層、２２ａ……第１の開口パターン、２３……露光マスク、２４……第１の凹凸パターン、２５……フォトレジスト層、２５ａ……第２の開口パターン、２６……第２の凹凸パターン、Ｓ……信号光、Ｒ……参照光、

Claims (17)

1. ホログラフィック記録または／および再生がなされる位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置に用いられる少なくとも位相変調素子を有する位相変調装置であって、
   上記位相変調素子が、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが１つの位相変調素子として構成されたことを特徴とする位相変調装置。
2. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部とが、平面的に同心円状に配置されて成ることを特徴とする請求項１に記載の位相変調装置。
3. 上記信号光用位相変調部と、参照光用位相変調部とが、異なる位相変調構造を有することを特徴とする請求項１に記載の位相変調装置。
4. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部は、空間変調器の２次元的に配列されたピクセルの各辺の長さと等しいもしくはその整数倍の辺の長さを有する位相変調ピクセルが、等ピッチをもって２次元的に配列され、
   各位相変調ピクセル内では一定の位相変調を持ち、かつそれぞれの位相変調ピクセルがランダムな位相変調度の配列を持つ構成とされて成ることを特徴とする請求項１に記載の位相変調装置。
5. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の位相変調ピクセルの位相変調度が離散的でＮレベルからなり、２π／Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする請求項４に記載の位相変調装置。
6. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の各位相変調ピクセルの隣接する位相変調度の差が２π／Ｎ（Ｎは整数）であることを特徴とする請求項５に記載の位相変調装置。
7. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部の各位相変調ピクセルが、上記各位相マスク構造表面における反射光あるいは透過光に対して凹凸による深さ変調による位相変調を与える構成とされたことを特徴とする請求項１に記載の位相変調装置。
8. 上記信号光用位相変調部と、上記参照光用位相変調部は、空間変調器の２次元的に配列されたピクセルの各辺の長さと等しいもしくはその整数倍の辺の長さを有する深さ変調による位相変調ピクセルが、等ピッチをもって２次元的に配列され、
   各位相変調ピクセル内では一定の位相変調を持ち、かつそれぞれの位相変調ピクセルがランダムな位相変調度の配列を持つ構成とされて成ることを特徴とする請求項７に記載の位相変調装置。
9. 透過光に対する上記位相ピクセルの深さ変調度が離散的でＮレベルからなり、使用波長λ、位相マスク構造の構成材料の屈折率をｎとしたとき、各位相ピクセルの深さが、
   λ／（ｎ−１）／Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする請求項８に記載の位相変調装置。
10. 反射光に対する上記位相ピクセルの深さ変調度が離散的でＮレベルからなり、使用波長λ、位相マスク構造の構成材料の屈折率をｎとしたとき、各位相ピクセルの深さが、
    λ／２Ｎ（Ｎは整数）の整数倍の値を持つことを特徴とする請求項８に記載の位相変調装置。
11. 透過光に対する位相ピクセルの隣接する位相ピクセルの深さ変調度の差が、λ／（ｎ−１）／Ｎ（Ｎは整数）であることを特徴とする請求項９に記載の位相変調装置。
12. 反射光に対する位相ピクセルの隣接する位相ピクセルの深さ変調度の差が、λ／２Ｎ（Ｎは整数）であることを特徴とする請求項１０に記載の位相変調装置。
13. 上記信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、上記参照光に位相変調を与える位相マスク構造とによって構成された位相変調素子が、上記空間変調器と、同軸上に一体化されて成ることを特徴とする請求項１に記載の位相変調装置。
14. ホログラフィック記録または／及び再生がなされる位相相関多重方式によるコリニアホログラフィック記録再生装置であって、
    レーザ光源と、空間変調器と、対物レンズと、ホログラム情報記録媒体と、光検出器とを有し、
    上記空間変調器と同軸心上に、位相変調素子が配置され、
    該位相変調素子は、信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが１つの位相変調素子として構成されて成ることを特徴とするホログラフィック記録再生装置。
15. 上記信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが、平面的に同心円状に配置されて成ることを特徴とする請求項１４に記載のコリニアホログラフィック記録再生装置。
16. 上記位相変調素子が、上記空間変調器と一体に、同軸心上に配置されて成ることを特徴とする請求項１４に記載のコリニアホログラフィック記録再生装置。
17. 同一基板表面に、信号光に位相変調を与える位相マスク構造と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造とが、それぞれ最適化された深さ変調パターンをもって、フォトリソグラフィ工程および真空エッチング工程の組み合わせによる同一工程で同時に１つの位相変調素子として構成することを特徴とする位相変調装置の製造方法。

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