JP4396473B2 - Holographic recording / reproducing apparatus - Google Patents
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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ホログラフィック記録再生装置に関する。 The present invention relates to a sulfo b graphic recording equipment to apply the collinear holographic memory device according to phase correlation multiplexing.
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。
In a recording / reproducing apparatus that performs recording or / and reproduction using a hologram, that is, a holographic memory device, there is a phase correlation multiplexing system as one technique for improving the recording density (Non-patent
In this phase correlation multiplexing method, multiplex recording is performed by shifting the hologram recording medium in the surface direction while applying phase modulation to reference light irradiated to the hologram recording medium together with the recording light during recording.
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。
In this case, the size of a light flux region (referred to as speckle) that can be regarded as coherent changes in the reference light at the position of the hologram recording medium in accordance with the phase modulation applied to the reference light, that is, the phase change period and intensity distribution of the reference light. To do. Then, in the region where the speckles of the signal light and the reference light overlap, optical interference occurs, and hologram recording becomes possible.
Therefore, in this case, the recording density in the holographic memory can be increased by reducing the speckle size.
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。
In reproducing the holographic recording information recorded in this way, the reference light hologram recording medium to which the same phase modulation as that at the time of recording is applied is irradiated. Only the information of the irradiated portion of the reference light that has undergone phase modulation that matches the phase modulation of the reference light at the time of recording can be selectively read out, so that multiplex recording is possible and high density recording is achieved. It is what
As a method for applying phase modulation to the reference light, there is a method in which an optical element called a phase mask is arranged on the optical path of the reference light, and the phase change period and intensity distribution of the reference light are controlled.
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。 In addition, applying phase modulation to signal light is also effective in achieving high recording density. That is, by applying phase modulation to the signal light, the DC (direct current) peak intensity on the Fourier plane can be suppressed, the dynamic range of the signal light inside the recording medium is ensured, and the hologram is excellent in S / N. Recording is possible.
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。
On the other hand, in the holographic memory, a so-called collinear method has been proposed in which signal light and reference light are composed of one light beam having the same optical axis.
This is because the optical system can have a simple structure as compared with the conventional method in which the signal light and the reference light are made of separate light beams, and is sufficient for various general-purpose optical recording / reproducing apparatuses such as optical disk recording / reproducing apparatuses. The optical system currently being researched and developed, or its technology can be applied.
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。
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。 As described above, in the collinear holographic recording / reproducing apparatus using the phase correlation multiplexing method in which holographic recording and / or reproduction is performed, the DC peak intensity on the Fourier plane is suppressed by applying phase modulation to the signal light. The holographic recording / reproducing apparatus aligns both the phase mask for applying phase modulation to the signal light and the phase mask for applying phase modulation to the reproduction light to the optical axes of the signal light and the reproduction light. However, there are problems of manufacturing complexity and accuracy reduction.
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。 The present invention is a collinear holographic memory device using a phase correlation multiplex method, and as described above, phase modulation is also performed on signal light to suppress DC peaks and improve the dynamic range of signal light. In this case, it is possible to reliably perform phase modulation on the signal light and the reference light, and further simplify the configuration, simplify the manufacturing, and the above-described manufacturing complexity. The present invention provides a phase modulation apparatus, a collinear holographic recording / reproducing apparatus using a phase correlation multiplexing method, and a method for manufacturing the phase modulation apparatus, which can solve the problem of accuracy degradation.
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型のホログラフィック記録再生装置であって、レーザ光源と、光強度変調を行う空間変調器と、位相変調素子と、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、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位相変調部とが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。 The holographic recording and reproducing apparatus according to the present invention is a holographic recording and reproducing equipment collinear type by phase correlation multiplexing method holographic recording and / or reproducing is performed, the spatial modulator for performing a laser light source, a light intensity modulation A phase modulation element, an objective lens, a hologram information recording medium, and a photodetector. The phase modulation element is disposed coaxially with the spatial modulator, and the phase modulation element includes signal light. and wherein a signal for phase modulation unit having a phase mask structure for giving a phase modulation, the reference light that is the reference light phase modulating portion having a phase mask structure giving phase modulation made is configured as one of the phase modulation element To do.
また、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、上記信号光用位相変調部及び上記参照光用位相変調部は、それぞれ、2次元的に配列された位相変調ピクセルからなり、上記信号光用位相変調部の位相変調ピクセルと、参照光用位相変調部の位相変調ピクセルとが、異なるピッチであることを特徴とする。
また、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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。
The holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention is characterized in that the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation section are arranged concentrically in a plane.
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention , each of the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit includes phase modulation pixels arranged two-dimensionally, and the signal light phase modulation unit a phase modulation pixel parts, the phase modulation pixel of the reference light phase modulation unit, characterized in that it is a different pitches.
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation section are equal to the length of each side of the two-dimensionally arranged pixels of the spatial modulator, or Phase modulation pixels having an integral multiple of the side length are two-dimensionally arranged at equal pitches, each phase modulation pixel has a constant phase modulation, and each phase modulation pixel has a random phase modulation degree. It is characterized by having a configuration having the following arrangement.
本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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。
本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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。
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, the phase modulation degree of the signal light phase modulation unit and the phase modulation pixel of the reference light phase modulation unit is discrete and has N levels, and 2π / N (N is an integer). ) That is an integer multiple of.
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, a difference between adjacent phase modulation degrees of each phase modulation pixel of the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit is 2π / N (N is an integer). It is characterized by that.
Further, in the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, each phase modulation pixel of the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit is configured to detect reflected light or transmitted light on the surface of each phase mask structure. The present invention is characterized in that phase modulation is performed by depth modulation by unevenness.
また、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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。 In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation section are equal to the length of each side of the two-dimensionally arranged pixels of the spatial modulator, or Depth-modulated phase modulation pixels having side lengths that are integral multiples thereof are two-dimensionally arranged at an equal pitch, each phase modulation pixel has a constant phase modulation, and each phase modulation pixel is random. It is characterized by having a configuration with an array of various phase modulation degrees.
また、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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。
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, when the depth modulation degree of the phase pixel with respect to the transmitted light is discrete and has an N level, the wavelength used is λ, and the refractive index of the constituent material of the phase mask structure is n. , The depth of each phase pixel is
It has a value that is an integral multiple of λ / (n−1) / N (N is an integer).
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, when the depth modulation degree of the phase pixel with respect to the reflected light is discrete and has an N level, the wavelength used is λ, and the refractive index of the constituent material of the phase mask structure is n. , The depth of each phase pixel is
It has a value that is an integral multiple of λ / 2N (N is an integer).
また、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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、本発明によるホログラフィック記録再生装置は、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、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。
In the holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention, the difference in the depth modulation degree of the phase pixel adjacent to the phase pixel with respect to the transmitted light is λ / {N (n−1)} (N is an integer). Features.
The holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention is characterized in that a difference in depth modulation degree between adjacent phase pixels with respect to reflected light is λ / 2N (N is an integer).
The holographic recording / reproducing apparatus according to the present invention includes a phase modulation element configured by a phase mask structure that applies phase modulation to the signal light and a phase mask structure that applies phase modulation to the reference light. And being integrated on the same axis.
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。 The phase modulation apparatus according to the present invention includes a phase modulation element having a signal phase modulation unit that performs phase modulation on signal light and a reference light phase modulation unit that performs phase modulation on the reference light. With this configuration, high-density hologram recording can be achieved with a phase correlation multiplexing holographic memory that performs random phase modulation on the reference light, and random phase modulation can also be performed on signal light. As will be apparent from the following description, the effect of suppressing the DC peak intensity on the Fourier plane can be obtained, the dynamic range of the signal light inside the phase correlation multiplex hologram recording medium can be secured, and the SN ratio High hologram recording can be performed.
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。
In the phase modulation device according to the present invention, the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit are integrated as one element, so that the structure can be simplified and assembled and manufactured. Alignment of the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation section with respect to the signal light and the reference light is avoided, and assembly accuracy is improved.
Further, the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation section are arranged concentrically as one element, so that the signal light and the reference light in the collinear configuration have a concentric positional relationship. Therefore, the positional relationship between the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit can be set easily and accurately with respect to the signal light and the reference light, thereby improving productivity and reliability. Improvement in yield and yield.
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。
Further, the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit are configured to limit the difference in the phase modulation degree between the adjacent phase modulation pixels, thereby reducing the contrast due to interference between adjacent pixels, that is, SN. A reduction in the ratio can be avoided.
Further, by integrating the spatial modulator (SLM) and the phase modulation element, it is possible to achieve adhesion between them and pixel matching between the spatial modulator and the phase modulation element. Since the emitted light from one pixel can be incident on one corresponding pixel of the phase modulation element, holographic recording and / or reproduction with a high S / N ratio can be performed.
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。 In addition, according to the method for manufacturing a phase modulation element according to the present invention, the phase mask structure is formed by the photolithography process and the vacuum etching process, so that the phase modulation unit for the signal light and the phase modulation unit for the reference light described above are formed. At the same time and with high precision, and can be manufactured in a mass-productive manner with good reproducibility.
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。
Embodiments of a method for manufacturing a collinear holographic recording / reproducing apparatus and a phase modulation apparatus using a phase correlation multiplexing system according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a collinear holographic recording / reproducing apparatus using a phase correlation multiplexing system according to the present invention.
In this example, a reflection-type holographic recording / reproducing apparatus using a reflection-type
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。
The spatial modulator 4 can be configured by, for example, a liquid crystal spatial modulator of a two-dimensional spatial modulator, a spatial modulator using a ferroelectric, DMD (Digital Micro Mirror), or the like.
Laser light from the laser light source 2 is converted into parallel light by the collimator lens 3 and introduced through the mirror 11 into the spatial modulator 4.
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。
The spatial modulator 4 is a laser beam introduced into the spatial modulator 4 as shown in FIG. 2 which is a schematic front view on the light emitting surface side from the spatial modulator 4 and a schematic optical path diagram in FIG. On the other hand, light intensity modulation is performed for each spatial modulation unit element constituting the spatial modulator, that is, for each spatial modulation pixel.
In this spatial light modulator, the pixels in the central circular area are modulated by, for example, on / off control using, for example, “1” and “0” signals according to the recording information signal, and distributed in the central circular area. Signal light S is generated. At the same time, in the outer peripheral ring-shaped area concentric with the above-described central circular area of the spatial modulator 4, a reference spatial distribution is performed by a similar spatial modulation pixel and distributed in the ring-shaped area. Light R is generated.
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。
Although the spatial modulation pixels for the central area and the peripheral area by the spatial modulator 4 can have the same configuration, for example, the spatial modulation pixels in the reference light generation unit in the peripheral part are signals of the central area. The pitch may be different from the pixels of the light generation unit, for example, a narrow pitch.
The temporal period of the spatial modulation of the central area and the outer peripheral area in the spatial modulator 4 is synchronized and selected, for example, as one screen of hologram information, so-called one page period.
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。
In the present invention, the
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。
FIG. 4 shows a front view of the
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。
The respective
Each pixel has a required phase modulation degree, and each pixel has a random phase modulation degree.
Further, each pixel has a phase mask structure in which the phase modulation degree is discrete and is composed of N (N is an integer) level, and has a value that is an integer multiple of 2π / N, whereby a phase mask having the number of pixels M 2. Thus, the signal light can suppress the peak intensity on the Fourier plane to 1 / M 2 .
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。
By the way, when there is a large modulation jump in adjacent phase pixels, interference occurs between adjacent pixels, that is, between the pixels, and the contrast, that is, the SN ratio is lowered in the image formation on the imager.
In order to avoid such an inconvenience, it is desirable that the difference in the degree of phase modulation between adjacent pixels, that is, the magnitude of the jump is set to the minimum difference of 2π / N.
As a specific structure of the
7A is an enlarged plan view of a part of the
In the case of the completely random configuration in FIG. 7B, there is a portion where the step between the
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。 However, when there is a large modulation jump in adjacent phase pixels as described above, as described above, interference occurs between adjacent pixels, that is, between the pixels, and the image formation on the imager has a contrast, that is, an SN ratio. In order to avoid the above-described inconvenience described above, the difference in the adjacent phase modulation degree as shown in FIG. 7C can be avoided. Limit. Specifically, it is desired to suppress the phase jump to a certain value or less. For this reason, as shown in FIG. 7C, adjacent phase pixels reduce the difference in phase depth between predetermined modulation degrees. A pseudo-random configuration with a unit phase depth d of 2π / N is adopted.
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。
As described above, when a depth-modulated phase mask structure with unevenness with respect to transmitted light is used, the depth of each pixel is (0, 1, 2, 2) with a phase mask structure having a phase modulation degree of N phase levels. 3,... (N-1)) × d1 (d1 is a unit depth), the unit depth d1 is
d1 = λ / {N × (n−1)} (1)
(Λ is the wavelength of the laser beam, n is the refractive index of the constituent material of the phase mask), and the maximum difference between adjacent phase pixels is the unit depth d1.
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。
Further, when a phase mask structure of depth modulation by unevenness with respect to reflected light is used, the depth of each pixel is (0, 1, 2, 3,...) With a phase mask structure having a phase modulation number of N phase levels. (N-1)) × d2 (d2 is a unit depth), the unit depth d2 is
d2 = λ / 2N (2)
The difference between adjacent phase pixels is the maximum unit depth d2.
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。
In the above-described collinear holographic memory device using the phase correlation multiplexing method, in order to perform holographic recording on the
In order to reproduce the hologram information recorded on the
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。
FIG. 8 and FIG. 9 show the intensity spectrum of each Fourier plane in the above-described apparatus of the present invention when the phase modulation element configuration is based on the complete random phase mask configuration and when the phase modulation element configuration is based on the pseudo random phase mask configuration. Show.
Further, FIG. 10 shows a similar spectrum that is not based on the configuration of the present invention, that is, when random phase modulation is not performed on the signal light.
8 and 9 and FIG. 10 clearly show that the DC peak in FIG. 10 is suppressed according to the present invention.
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。
FIG. 11 shows an intensity histogram on the imager. On the horizontal axis, the origin position at the left end indicates an information position of “0”, for example, and the right end position indicates an information position of “1”, for example. In the case of a completely random configuration, if the curve 11B is in a pseudo-random configuration, the curve 11C is not according to the present invention, that is, due to a configuration without a phase mask.
In this case, the recording portion of the information “1” has a shape that skirts due to light bleeding and interference, but as shown by the curve 11B, the pseudo-random configuration is compared to the complete random configuration. Shows a steep rise. When this is based on complete randomness, there is interference between adjacent pixels due to the presence of a large difference in the degree of phase modulation between adjacent pixels, but when using a pseudo-random configuration, interference between adjacent pixels is good. This is thought to be due to being avoided.
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。
Next, an embodiment of the manufacturing method according to the present invention of the
In the manufacturing method of the present invention, the phase mask structure for applying phase modulation to the signal light and the phase mask structure for applying phase modulation to the reference light are optimized on the substrate constituting the phase modulation element, that is, the same substrate surface. The depth modulation pattern is configured as one phase modulation element at the same time in the same process by a combination of a photolithography process and a vacuum etching process.
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。
First, as shown in FIG. 12A, a
The photoresist layer 22 is exposed to a two-dimensional pattern through an exposure mask 23 by a known exposure apparatus such as an aligner or a stepper.
As shown in FIG. 12B, the photoresist layer 22 is developed to form a first opening pattern 22 a in the photoresist layer 22.
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。
Using the photoresist layer 22 as an etching mask, through the opening, vacuum etching, for example, ion milling or RIE (Reactive Ion Etching) is performed on the one principal surface of the
Further, as shown in FIG. 12D, a photoresist layer 25 is again formed by embedding the first concavo-convex pattern 24 on the entire surface of the
Although not shown, the photoresist layer 25 is exposed to a two-dimensional pattern by a known exposure apparatus such as an aligner and a stepper through a required exposure mask as described with reference to FIG. 12A.
Thereafter, development processing is performed on the photoresist layer 25 to form a second opening pattern 25 a in the photoresist layer 25.
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。
Next, the photoresist layer 25 is subjected to vacuum etching, for example, the above-described ion milling or RIE, to the above-described one main surface of the
In this manner, the above-described depth modulation
In the example described with reference to FIG. 12, the case where the
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。
Then, as shown in FIG. 13, the
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。
As described above, the
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。
Then, by forming the
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。
Further, as shown in FIG. 13, the spatial modulator 4 and the
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。 Further, by adopting a configuration in which the signal light phase modulation section and the reference light phase modulation component are integrated as one element, the structure can be simplified and the manufacturing can be simplified. By adopting a configuration integrated with the spatial modulator 4, it is possible to further improve accuracy and simplify manufacturing.
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。 Further, as described above, in the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit, the contrast due to interference between adjacent pixels is configured by limiting the difference in the phase modulation degree between the adjacent phase modulation pixels. Decrease, that is, the SN ratio can be avoided.
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。
The configuration shown in FIG. 1 is a case of a collinear holographic memory device configuration based on a phase correlation multiplexing system using a transmission type configuration using a reflection type hologram recording medium, but a transmission type configuration using a transmission type hologram recording medium. It is also possible to adopt a collinear holographic memory device configuration based on the phase correlation multiplexing method.
In the above-described example, the phase modulation element is configured by a difference in depth. However, the phase modulation configuration is not limited to the case of such an uneven configuration, but is changed by the change in optical characteristics due to a change in the impurity doping amount or the like. In the present invention, various changes can be made in the manufacturing method.
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、
DESCRIPTION OF
Claims (13)
レーザ光源と、光強度変調を行う空間変調器と、位相変調素子と、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、
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位相変調部とが1つの位相変調素子として構成されて成る
ホログラフィック記録再生装置。 A holographic recording and reproducing equipment collinear type by phase correlation multiplexing method holographic recording and / or reproducing is performed,
A laser light source, a spatial modulator for performing light intensity modulation, a phase modulation element, an objective lens, a hologram information recording medium, and a photodetector;
A phase modulation element is disposed coaxially with the spatial modulator,
The phase modulation element includes a signal phase modulation unit having a phase mask structure that applies phase modulation to signal light and a reference light phase modulation unit having a phase mask structure that applies phase modulation to reference light as one phase modulation element formed by configuration
Holographic recording and playback device.
請求項1に記載のホログラフィック記録再生装置。 And the signal light phase modulation unit, and the reference light phase modulation unit, Ru are arranged in a planar manner concentric
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 1.
上記信号光用位相変調部の位相変調ピクセルと、参照光用位相変調部の位相変調ピクセルとが、異なるピッチである
請求項1に記載のホログラフィック記録再生装置。 Each of the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit is composed of phase modulation pixels arranged two-dimensionally,
A phase modulation pixels for the signal light phase modulation unit, and the phase modulation pixel of the reference light phase modulation unit, the holographic recording and reproducing apparatus according to claim 1 which is different pitches.
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
請求項1に記載のホログラフィック記録再生装置。 The phase modulation unit for signal light and the phase modulation unit for reference light have a side modulation length equal to or an integral multiple of the length of each side of the two-dimensionally arranged pixels of the spatial light modulator. Pixels are arranged two-dimensionally at an equal pitch,
Within the respective phase modulating pixel has a constant phase modulation, and Ru formed are each phase modulated pixels configured with an array of random phase modulation index
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 1.
請求項4に記載のホログラフィック記録再生装置。 And the signal light phase modulation unit, the phase modulation depth of the phase modulation pixels of the reference light phase modulation unit consists discrete and N levels, 2 [pi / N (N is an integer) single lifting the integral multiple of
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 4.
請求項5に記載のホログラフィック記録再生装置。 And the signal light phase modulation unit, the difference is 2 [pi / N adjacent phase modulation of the respective phase modulating pixels of the reference light phase modulating section Ru (N is an integer) der
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 5.
請求項1に記載のホログラフィック記録再生装置。 Each phase modulation pixel of the signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit applies phase modulation by depth modulation by unevenness to reflected light or transmitted light on the surface of each phase mask structure; has been
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 1.
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
請求項7に記載のホログラフィック記録再生装置。 The signal light phase modulation unit and the reference light phase modulation unit have a depth that is equal to or an integral multiple of the length of each side of the two-dimensionally arranged pixels of the spatial light modulator. Phase modulation pixels by modulation are arranged two-dimensionally at an equal pitch,
Within the respective phase modulating pixel has a constant phase modulation, and Ru formed are each phase modulated pixels configured with an array of random phase modulation index
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 7.
λ/(n−1)/N(Nは整数)の整数倍の値を持つ
請求項8に記載のホログラフィック記録再生装置。 When the depth modulation degree of the phase pixel with respect to the transmitted light is discrete and consists of N levels, the wavelength of use is λ, and the refractive index of the constituent material of the phase mask structure is n, the depth of each phase pixel is
λ / (n-1) / N (N is an integer) single lifting the integral multiple of
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 8.
λ/2N(Nは整数)の整数倍の値を持つ
請求項8に記載のホログラフィック記録再生装置。 When the depth modulation degree of the phase pixel with respect to the reflected light is discrete and consists of N levels, the wavelength used, and the refractive index of the constituent material of the phase mask structure is n, the depth of each phase pixel is
lambda / 2N (N is an integer) single lifting the integral multiple of
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 8.
請求項9に記載のホログラフィック記録再生装置。 The difference in the depth modulation of the adjacent phase pixels of the phase pixels for transmitted light, λ / (n-1) / N Ru (N is an integer) der
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 9.
請求項10に記載のホログラフィック記録再生装置。 The difference in the depth modulation of the adjacent phase pixels of the phase pixels for reflected light, lambda / 2N Ru (N is an integer) der
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 10.
請求項1に記載のホログラフィック記録再生装置。 A phase mask structure giving phase modulation to the signal light, a phase modulating element constituted by a phase mask structure giving phase modulation to the reference light, and the spatial modulator, Ru formed are integrated coaxially
The holographic recording and reproducing apparatus according to 請 Motomeko 1.
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