JP4678854B2 - Optical information recording / reproducing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、光の干渉縞を記録媒体に記録することにより、高密度・大容量の情報の記録が可能な光情報記録再生装置に関する。 The present invention, by recording the interference fringes of light on the recording medium, about the optical information recording and reproducing equipment capable of recording information density and large capacity.

今日、世の中はマルチメディア時代に入り、記録媒体に対して記録を行う記録装置や記録媒体に対して記録及び再生を行う記録再生装置の必要性は重要度を増しており、その記録密度も年々上昇している。光情報記録媒体においても、CD(コンパクトディスク)から、DVD(Digital versatile disc)、そしてBlueRay(ブルー・レイ)ディスクといった進歩が見られる。光情報記録媒体における進歩に対応して、ディスクを用いた光情報記録装置及び光情報記録再生装置においても使用する光の波長の短波長化により記録密度を上昇させてきている。近年では、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は、記録すべき情報に応じたホログラムを記録媒体中に形成することにより、情報の記録を行うものである。ホログラムを使用することの特徴から、多重記録が可能であって、隣接するホログラムが相互に重なり合う部分を有していてもこれらのホログラムから独立して情報を再生できる。したがって、ホログラフィックメモリでは、従来の光情報記録媒体では得られないような高記録密度を達成することができる。   Today, the world has entered the multimedia era, and the necessity of a recording device for recording on a recording medium and a recording / reproducing device for recording and reproducing on a recording medium is increasing in importance. It is rising. Also in the optical information recording medium, progresses such as CD (compact disc), DVD (digital versatile disc), and blue ray (blue ray) disc can be seen. Corresponding to the progress in optical information recording media, the recording density has been increased by shortening the wavelength of light used in optical information recording devices and optical information recording / reproducing devices using disks. In recent years, a new recording method called holographic memory has been proposed. The holographic memory records information by forming a hologram corresponding to information to be recorded in a recording medium. Due to the feature of using holograms, multiple recording is possible, and information can be reproduced independently from these holograms even if adjacent holograms have overlapping portions. Therefore, the holographic memory can achieve a high recording density that cannot be obtained by a conventional optical information recording medium.

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において解説がなされている。図16は、ホログラフィックメモリによる従来の記録再生装置であって、コリニア方式と呼ばれる同軸タイプのホログラフィックメモリシステム(光情報記録再生装置)の光学系を説明している。   The holographic memory is explained in, for example, Non-Patent Document 1. FIG. 16 illustrates a conventional recording / reproducing apparatus using a holographic memory and an optical system of a coaxial type holographic memory system (optical information recording / reproducing apparatus) called a collinear method.

この光情報記録再生装置は、例えばディスク状であるホログラム記録媒体216に対して情報の記録及び再生を行うものである。具体的には、情報によって変調された信号光と情報によっては変調されていない参照光とを同時に記録媒体216に照射して干渉させることによって、記録媒体216内に体積ホログラムを形成し、情報を記録する。また、弱い参照光を記録媒体216に照射することによって、体積ホログラムの再生像を取得し、情報を再生する。なお、体積ホログラムとは、記録媒体の体積ホログラムとは、記録媒体の厚み方向も積極的に利用し、3次元的に干渉縞を書き込む方式であり、厚みを増やす事で、回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量を増大する方式である。デジタル体積ホログラムとは、体積ホログラムと同様の記録方式を用いつつも、記録する画像情報は2値化したデジタルパターンに限定したホログラム記録方式である。   This optical information recording / reproducing apparatus records and reproduces information on, for example, a disc-shaped hologram recording medium 216. Specifically, a volume hologram is formed in the recording medium 216 by simultaneously irradiating the recording medium 216 with signal light modulated by information and reference light not modulated by information to cause interference. Record. Further, by irradiating the recording medium 216 with weak reference light, a reproduction image of the volume hologram is acquired and information is reproduced. In addition, the volume hologram of the volume hologram of the recording medium is a method of actively using the thickness direction of the recording medium and writing interference fringes three-dimensionally. By increasing the thickness, the diffraction efficiency is increased. In this method, the recording capacity is increased by using multiple recording. The digital volume hologram is a hologram recording method in which image information to be recorded is limited to a binarized digital pattern while using a recording method similar to that of the volume hologram.

図示された光学系は、情報の記録及び再生に用いるレーザ光を発生する第1の光源201と、信号光を変調するための空間光変調素子(spacial light modulator;以下、SLMと略記する)204と、再生光を検出するための2次元の受光素子219を備えている。   The illustrated optical system includes a first light source 201 that generates laser light used for recording and reproducing information, and a spatial light modulator (hereinafter abbreviated as SLM) 204 for modulating signal light. And a two-dimensional light receiving element 219 for detecting reproduction light.

まず、上記光学系を用いて、ディスク状の記録媒体216に対して記録を行う場合について説明する。   First, a case where recording is performed on a disk-shaped recording medium 216 using the optical system will be described.

緑色レーザ等からなる第1の光源201から出射された光束は、コリメータ202によって平行光束とされ、ミラー203を経由し、SLM204を照明する。図16に示したものでは、SLM204として、DMD(Deformable Mirror Device)が使用されている。このようなSLM204は、2次元に配置された多数の光変調素子(画素)を有し、各画素ごとに「0」、「1」を表わすことができるようになっている。SLM204において、「1」の情報を表わす画素で反射された光は、記録媒体216の方向へ反射され、「0」の情報を表わす画素で反射された光は記録媒体216の方向へ反射されない。コリニア方式のホログラフィックメモリシステムで用いられるSLM204では、その中央部分が、情報光206を変調する部分とされており、それを環状に取り巻く部分は、参照光205を変調する部分となっている。   A light beam emitted from the first light source 201 made of a green laser or the like is converted into a parallel light beam by the collimator 202 and illuminates the SLM 204 via the mirror 203. In FIG. 16, a DMD (Deformable Mirror Device) is used as the SLM 204. Such an SLM 204 has a large number of light modulation elements (pixels) arranged two-dimensionally, and can represent “0” and “1” for each pixel. In the SLM 204, the light reflected by the pixel representing the information “1” is reflected in the direction of the recording medium 216, and the light reflected by the pixel representing the information “0” is not reflected in the direction of the recording medium 216. In the SLM 204 used in the collinear holographic memory system, the central portion is a portion that modulates the information light 206, and the portion surrounding the ring is a portion that modulates the reference light 205.

SLM204において「1」の情報を表わす画素で反射された情報光206及び参照光205は、いずれも、偏光ビームスプリッタ(以下、PBSと略記する)207をP偏光で透過する。そして、第1のリレーレンズ208、ミラー209、第2のリレーレンズ210、ダイクロイックビームスプリッタ(以下、DBSと略記する)211を経由して記録媒体216に向けられる。DBS211の通過後、1/4波長板(以下、QWPと略記する)212を透過して円偏光(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。SLM204上に表示されたパターンは、第1及び第2のリレーレンズ208、210により、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、SLM204上のパターン像(図示せず)、対物レンズ214、記録媒体216がいずれもFの距離だけ離れて配置される、4F光学系が構成される。   Both the information beam 206 and the reference beam 205 reflected by the pixel representing the information “1” in the SLM 204 pass through a polarization beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) 207 as P-polarized light. Then, the light is directed to the recording medium 216 via a first relay lens 208, a mirror 209, a second relay lens 210, and a dichroic beam splitter (hereinafter abbreviated as DBS) 211. After passing through the DBS 211, the reference light 205 and the information light 206 that have been transmitted through a quarter-wave plate (hereinafter abbreviated as QWP) 212 and converted into circularly polarized light (for example, clockwise circularly polarized light) are reflected by a mirror 213. The light is reflected and enters the objective lens 214 having a focal length F. The pattern displayed on the SLM 204 forms an intermediate image in front of the objective lens 214 by F by the first and second relay lenses 208 and 210. As a result, a 4F optical system is configured in which a pattern image (not shown) on the SLM 204, the objective lens 214, and the recording medium 216 are all separated by a distance of F.

ディスク状の記録媒体216は、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は記録媒体216に集光され、干渉して干渉縞を形成する。記録媒体216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、その結果、デジタル体積ホログラムが形成される。SLM204により、記録すべき情報に応じて情報光206を変調すれば、記録媒体216に、その情報に応じたデジタル体積ホログラムが形成される。特に、SLM204の情報光領域において、記録すべき情報に応じて画素ごとに変調を行えば、記録媒体216に、そのような画素数に応じた情報量を有するデジタル体積ホログラムが形成されることとなる。なお、記録媒体216中には、反射膜が設けられている。   A disk-shaped recording medium 216 is rotatably held on a spindle motor 215. The reference light 205 and the information light 206 are collected on the recording medium 216 by the objective lens 214 and interfere to form interference fringes. On the polymer material in the recording medium 216, the interference fringe pattern at the time of recording is recorded as a refractive index distribution, and as a result, a digital volume hologram is formed. When the information light 206 is modulated by the SLM 204 according to information to be recorded, a digital volume hologram corresponding to the information is formed on the recording medium 216. In particular, if modulation is performed for each pixel according to information to be recorded in the information light region of the SLM 204, a digital volume hologram having an information amount corresponding to the number of pixels is formed on the recording medium 216. Become. Note that a reflective film is provided in the recording medium 216.

光情報記録再生装置には、ホログラム化された光情報の記録再生を行う第1の光源201以外に、記録媒体216に対する感光性のない赤色レーザ等からなる第2の光源220が設けられている。この第2の光源220を用いて、記録媒体216の反射膜を基準面として、記録媒体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、記録媒体216に面ブレや偏心が発生しても、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できる。以下、このようなトラッキングについて、簡単に説明する。   In addition to the first light source 201 that records and reproduces the holographic optical information, the optical information recording / reproducing apparatus is provided with a second light source 220 including a red laser having no sensitivity to the recording medium 216. . Using the second light source 220, it is possible to detect the displacement of the recording medium 216 with high accuracy using the reflective film of the recording medium 216 as a reference plane. As a result, even if surface blurring or eccentricity occurs in the recording medium 216, it is possible to dynamically follow the recording spot using the optical servo technology, and to record the interference fringe pattern with high accuracy. it can. Hereinafter, such tracking will be briefly described.

赤色レーザ等からなる第2の光源220から出射された直線偏光光束は、ビームスプリッタ(以下、BSと略記する)221を透過し、レンズ222で平行光束とされ、ミラー223とDBS211で反射されて、記録媒体216に向けられる。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、記録媒体216の反射膜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、往路での偏光とは垂直な直線偏光光束に変換される。DBS211で反射された光束は、往路と同様にミラー223、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、複数の受光面を有していて、反射面の位置情報を検知する、この検知結果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できる。このようなフォーカス及びトラッキングは、CDやDVDなどを用いる従来からよく知られた光情報記録再生装置において行われるものと同様のものである。   A linearly polarized light beam emitted from the second light source 220 made of a red laser or the like is transmitted through a beam splitter (hereinafter abbreviated as BS) 221, converted into a parallel light beam by a lens 222, and reflected by a mirror 223 and a DBS 211. , Directed to the recording medium 216. The light beam that has been transmitted through the QWP 212 and converted into circularly polarized light (for example, clockwise circularly polarized light) is reflected by the mirror 213 and enters the objective lens 214, and is collected as a minute light spot on the reflective film of the recording medium 216. To be lighted. The reflected light beam becomes reversely circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light), re-enters the objective lens 214 to become a parallel light beam, is reflected by the mirror 213, passes through the QWP 212, and is polarized in the forward path. Is converted into a vertical linearly polarized light beam. The light beam reflected by the DBS 211 is reflected by the BS 221 through the mirror 223 and the lens 222 in the same way as the forward path, and is guided to the photodetector 224. The photodetector 224 has a plurality of light receiving surfaces and detects position information of the reflecting surface, and can focus and track the objective lens 214 based on the detection result. Such focusing and tracking is the same as that performed in a conventionally well-known optical information recording / reproducing apparatus using a CD or DVD.

次に、上記光学系を用いて、記録媒体216に記録されている情報の再生を行う場合について説明する。第1の光源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205の部分の画素で反射された光だけが、記録媒体216の方向へ反射され、情報光206は記録媒体216の方向へ反射されない。   Next, a case where information recorded on the recording medium 216 is reproduced using the optical system will be described. The light beam emitted from the first light source 201 illuminates the SLM 204 as in recording. During reproduction, only the portion of the SLM 204 that modulates the reference light 205 displays “1” information, and all the portions that modulate the information light 206 display “0” information. Therefore, only the light reflected by the pixels of the reference light 205 is reflected in the direction of the recording medium 216, and the information light 206 is not reflected in the direction of the recording medium 216.

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)となって記録媒体216に集光され、記録されている干渉縞(デジタル体積ホログラム)から情報光を再生する。記録媒体216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、ミラー213で反射されてQWP212を透過して、往路での偏光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SLM204の表示パターンの中間像が形成される。   As in the recording, the reference light 205 is circularly polarized (for example, clockwise circularly polarized light), collected on the recording medium 216, and information light is reproduced from the recorded interference fringes (digital volume hologram). The information light reflected by the reflective film in the recording medium 216 becomes reversely circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light), reenters the objective lens 214 to become a parallel light beam, and is reflected by the mirror 213. The light passes through the QWP 212 and is converted into a linearly polarized light beam (S-polarized light) perpendicular to the forward polarized light. At this time, an intermediate image of the display pattern of the SLM 204 reproduced at a distance F from the objective lens 214 is formed.

DBS211を透過した光束は、第2のリレーレンズ210、ミラー209、第1のリレーレンズ208を経由してPBS207に向けられる。PBS207で反射された光束は、SLM204と共役の位置に、SLM204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センサ等の受光素子219上に、情報光の部分のみのSLM204の表示パターンを形成する。これにより、不要な参照光205が受光素子219に入射しないので、S/N(信号対ノイズ比)の良い再生信号が得られる。   The light beam that has passed through the DBS 211 is directed to the PBS 207 via the second relay lens 210, the mirror 209, and the first relay lens 208. The light beam reflected by the PBS 207 is re-imaged as an intermediate image of the display pattern of the SLM 204 at a position conjugate with the SLM 204. An opening 217 is previously placed at this position, and unnecessary reference light around the information light is shielded. The intermediate image re-formed by the lens 218 forms a display pattern of the SLM 204 only on the information light portion on the light receiving element 219 such as a CMOS sensor. Thereby, since unnecessary reference light 205 does not enter the light receiving element 219, a reproduction signal having a good S / N (signal-to-noise ratio) can be obtained.

結局、この光情報記録再生装置では、記録すべき情報を2次元デジタルパターン情報に展開し、この2次元デジタルパターン情報によって情報光が変調される。この処理により、記録情報が2次元空間の光強度分布画像情報となった情報光が生成される。そして情報光と参照光とを干渉させることによって、その干渉縞が記録媒体に記録される。再生時には、参照光を照射する事で再生される光強度分布画像情報から2次元デジタルパターン情報を抽出し、デコードする。このデジタル処理により、S/N比の劣化による再生誤り率の低下を抑えることが可能となり、また、2値化データをコード化してエラー訂正を行うことで、極めて忠実に、記録情報を再現することが可能となる。   Eventually, in this optical information recording / reproducing apparatus, information to be recorded is developed into two-dimensional digital pattern information, and information light is modulated by this two-dimensional digital pattern information. By this processing, information light in which the recorded information becomes the light intensity distribution image information in the two-dimensional space is generated. Then, the interference fringes are recorded on the recording medium by causing the information light and the reference light to interfere with each other. At the time of reproduction, two-dimensional digital pattern information is extracted from the light intensity distribution image information reproduced by irradiating the reference light and decoded. This digital processing makes it possible to suppress a reduction in the reproduction error rate due to the deterioration of the S / N ratio, and reproduces recorded information with high fidelity by encoding binary data and performing error correction. It becomes possible.

上述したコリニア方式のホログラフィックメモリシステムでは、情報光と参照光とが角度を持たない同軸上の光学配置を有するので、1つの対物レンズを用いて記録再生を行うことができる。そのため、情報光と参照光とを別々の光路から記録媒体に照射させる2軸2光束干渉方式と比較して、光学系が簡単になるという利点を有する。また、反射膜を有する記録媒体の構造により、ディスク状の記録媒体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。
堀米 秀嘉ほか、「離陸間近のホログラフィック媒体 2006年に200Gバイトを実現」、日経エレクトロニクス第891号、第105〜114頁、2005年1月17日
In the collinear holographic memory system described above, the information light and the reference light have a coaxial optical arrangement with no angle, so that recording / reproduction can be performed using one objective lens. Therefore, there is an advantage that the optical system is simplified as compared with the biaxial two-beam interference method in which the recording medium is irradiated with the information light and the reference light from different optical paths. Further, the structure of the recording medium having the reflective film has an advantage that the optical system can be arranged on one side of the disk-shaped recording medium.
Hideyoshi Horime et al., “Holographic Media Near Takeoff Realizing 200 GB in 2006”, Nikkei Electronics 891, pages 105-114, January 17, 2005

しかしながら、従来のホログラフィックメモリシステムにおいて、空間光変調素子(SLM)としては、一般にDMDや、上記で説明した光学系とは若干異なるが透過型の液晶素子が用いられている。透過型の液晶素子を用いる場合、光学系が容易になる利点はあるが、液晶素子であるがための微細化の問題や高速性の課題が生ずる。一方、DMDを用いる場合には、DMDの製造方法の複雑さによりコスト低下が困難であることや、微細化の問題が生じることが懸念されている。   However, in a conventional holographic memory system, a transmissive liquid crystal element is generally used as a spatial light modulation element (SLM) although it is slightly different from the DMD or the optical system described above. In the case of using a transmissive liquid crystal element, there is an advantage that the optical system becomes easy, but there are problems of miniaturization and high speed due to the liquid crystal element. On the other hand, when DMD is used, there is a concern that cost reduction is difficult due to the complexity of the manufacturing method of DMD, and there is a problem of miniaturization.

上記の問題点に鑑み、本発明は、ホログラフィックメモリシステムに用いられる空間光変調素子において、高速で動作し、かつ微細化可能であり、さらに簡単な構造で低コスト化をはかるための反射型の空間光変調素子を提案するものである。   In view of the above-described problems, the present invention is a reflection type for operating at high speed and miniaturizing in a spatial light modulation element used in a holographic memory system, and for reducing the cost with a simple structure. A spatial light modulator is proposed.

すなわち本発明の目的は、高速で動作し、かつ微細化可能であり、さらには簡単な構造で低コスト化をはかる空間光変調素子を備えた光情報記録再生装置を実現することにある。 That is, an object of the present invention is to realize an optical information recording / reproducing apparatus including a spatial light modulator that operates at high speed and can be miniaturized, and further achieves cost reduction with a simple structure.

本発明の光情報記録再生装置は、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形成することにより情報を記録媒体に記録し、記録媒体に参照光をあてて前記干渉縞を読み出して再生する光情報記録装置において、光源と、変調信号に応じて反射光の強度が変化する複数の変調素子を有して光源から出射された光束の少なくとも一部を変調し情報光とし、少なくとも一部を変調せずに参照光とするための空間光変調素子と、参照光と情報光を記録媒体の所定の深さで干渉させるための光学系と、光源から参照光を記録媒体の所定の深さにあてて、干渉縞から情報光を再生して再生された情報光を取り出す光学系と、受光素子と、取り出された情報光を受光素子へ導入する光学系と、を有し、変調素子は、光源からの光を反射する反射電極と、反射電極より光源側に空間を介して配置され光源からの光に対して半透過性を示す半透過膜と、反射電極と半透過膜との間の距離を保持するために反射電極の周縁部にあたる位置のみに設けられる支柱状の絶縁膜と、を有し、反射電極と半透過膜との間隔を制御することによって光源からの光の反射率が変化し、空間光変調素子と受光素子とが同一の基板に一体的に形成されており、空間光変調素子は基板の受光素子が形成される表面に配置されていることを特徴とする。 The optical information recording / reproducing apparatus of the present invention records information on a recording medium by forming interference fringes generated by interference between information light and reference light on the recording medium, and applies the reference light to the recording medium to apply the interference fringes. In an optical information recording apparatus that reads and reproduces information light, and has a plurality of modulation elements that change the intensity of reflected light according to a modulation signal, and modulates at least a part of a light beam emitted from the light source to obtain information light, A spatial light modulator for modulating at least a part of the recording light into a reference light, an optical system for causing the reference light and the information light to interfere at a predetermined depth of the recording medium, and a reference light from the light source of the recording medium. An optical system for reproducing information light from interference fringes at a predetermined depth and extracting the reproduced information light; a light receiving element; and an optical system for introducing the extracted information light to the light receiving element. The modulation element reflects the light from the light source And electrode morphism, and the semi-transmissive film exhibiting semi-transparent to light from the light source is arranged through the space to the light source side of the reflective electrodes, for maintaining the distance between the reflective electrode and the semi-permeable membrane And a columnar insulating film provided only at the position corresponding to the peripheral edge of the reflective electrode, and by controlling the distance between the reflective electrode and the semi-transmissive film, the reflectance of light from the light source changes, and the spatial light The modulation element and the light receiving element are integrally formed on the same substrate, and the spatial light modulation element is disposed on the surface of the substrate on which the light receiving element is formed .

本発明においては、反射電極と半透過膜との間隔が各変調素子ごとに制御されることが好ましい。具体的には、反射電極と半透過膜との間に電圧を印加する手段を備え、反射電極と半透過膜との間の静電引力により、印加電圧に応じて反射電極と半透過膜との間隔が変化するものとすることが好ましい。この場合、複数の変調素子に対して共通に設けられる共通電極として半透過膜を設け、各変調素子ごとに反射電極に制御電圧が印加されるようにすることができる。変調素子は、空間光変調素子において、例えば、ライン状、あるいはマトリクス状に配置される。   In the present invention, the distance between the reflective electrode and the semi-transmissive film is preferably controlled for each modulation element. Specifically, a means for applying a voltage between the reflective electrode and the semi-transmissive film is provided, and the reflective electrode and the semi-transmissive film are formed according to the applied voltage by electrostatic attraction between the reflective electrode and the semi-transmissive film. It is preferable to change the interval of. In this case, a semi-transmissive film can be provided as a common electrode provided in common for a plurality of modulation elements, and a control voltage can be applied to the reflection electrode for each modulation element. In the spatial light modulation element, for example, the modulation elements are arranged in a line shape or a matrix shape.

本発明では、記録媒体に形成される干渉縞は、デジタル体積ホログラムとすることが好ましい。そのため、変調素子は、前記光源からの光を2値情報に変調するものであることが好ましい。   In the present invention, the interference fringes formed on the recording medium are preferably digital volume holograms. Therefore, it is preferable that the modulation element modulates light from the light source into binary information.

本発明において、基板は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。反射電極を単結晶シリコン基板に形成することにより、高速駆動が可能になり、記録密度の高い光情報記録装置を実現できる。また、半透過膜は、例えば、Tiを含む材料から構成される。このような半透過膜において印加電圧に対する変位を大きくするために、半透過膜は、各画素を画素の領域と比較して細い構造で接続している構造とすることができる。さらに、半透過膜におけるこのような細い構造が複数箇所に設けられているようにすることができる。 In the present invention, the substrate is preferably a single crystal silicon substrate. By forming the reflective electrode on the single crystal silicon substrate, high-speed driving is possible, and an optical information recording apparatus with high recording density can be realized. The semipermeable membrane is made of a material containing Ti, for example. In order to increase the displacement with respect to the applied voltage in such a semi-transmissive film, the semi-transmissive film may have a structure in which each pixel is connected with a thin structure as compared with the pixel region. Furthermore, such a thin structure in the semipermeable membrane can be provided at a plurality of locations.

本発明の光情報記録再生装置においては、参照光は、変調素子と同一平面にあり変調素子と同じ構造を有するダミー素子により空間光変調素子から反射されるようにすることができる。 In the optical information recording / reproducing apparatus of the present invention, the reference light can be reflected from the spatial light modulation element by a dummy element that is in the same plane as the modulation element and has the same structure as the modulation element.

本発明によれば、反射電極と、反射電極の前方に空間を介して配置された半透過膜とからなる変調素子を使用して空間光変調素子を構成するので、変調素子として簡易な構造を微細に形成することが可能になり、低コストで光情報記録再生装置を提供できる。 According to the present invention, the spatial light modulation element is configured by using the modulation element including the reflection electrode and the semi-transmissive film disposed in front of the reflection electrode through the space. The optical information recording / reproducing apparatus can be provided at a low cost.

本発明によれば、空間光変調素子として簡易な構造を有するものを使用するので、低コストで信頼性の高い光情報記録再生装置を提供することができる。また、空間光変調素子と受光素子とを同一チップ上に形成することが可能となるので、両者の位置合わせの必要がなくなり、さらに、低コストで信頼性の高い光情報記録再生装置を提供できる。 According to the present invention, because it uses one having a simple structure as a spatial light modulator, it is possible to provide a high have the optical information recording and reproducing apparatus of reliability at low cost. Further, since the spatial light modulation element and the light receiving element can be formed on the same chip, it is not necessary to align the both, and it is possible to provide a low-cost and highly reliable optical information recording / reproducing apparatus. .

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態の光情報記録再生装置を説明するにあたり、まず、この光情報記録再生装置において用いられる空間光変調素子を説明する。本実施形態では、反射型の光干渉変調素子を用いて空間光変調素子を構成している。図1は、本実施形態における空間光変調素子を説明するための等価回路図である。
(First embodiment)
In describing the optical information recording / reproducing apparatus according to the first embodiment of the present invention, first, a spatial light modulation element used in the optical information recording / reproducing apparatus will be described. In the present embodiment, the spatial light modulation element is configured using a reflection type interferometric modulation element. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram for explaining the spatial light modulator in the present embodiment.

この空間光変調素子は、2次元に配列された複数の単位変調素子(画素)を備え、画素ごとに光の「0」、「1」を変調できるようにしたものである。複数の垂直信号線と、複数の駆動線(走査線)がマトリクス配線を構成しており、垂直信号線と駆動線との交差位置がそれぞれ画素に対応する。画素ごとに、スイッチングトランジスタからなる画素スイッチ、干渉構造部、保持容量を備えている。画素スイッチのゲートは対応する駆動線に接続し、ドレインは対応する垂直信号線に接続する。保持容量は画素スイッチのソースと定電位点(例えば接地電位点)との間に設けられている。さらに、干渉構造部も画素スイッチのソースに接続している。図1では、2本の垂直信号線301、302と2本の駆動線315,316が示されており、4画素分の領域が示されている。これら4画素の画素スイッチが符号303〜306で、干渉構造部が符号307〜310で、保持容量が符号311〜314で示されている。各干渉構造部は、各画素に共通な共通対向電極322も備えている。   This spatial light modulation element includes a plurality of unit modulation elements (pixels) arranged two-dimensionally so that light “0” and “1” can be modulated for each pixel. A plurality of vertical signal lines and a plurality of driving lines (scanning lines) form a matrix wiring, and the intersection positions of the vertical signal lines and the driving lines correspond to pixels, respectively. Each pixel includes a pixel switch including a switching transistor, an interference structure unit, and a storage capacitor. The gate of the pixel switch is connected to the corresponding drive line, and the drain is connected to the corresponding vertical signal line. The storage capacitor is provided between the source of the pixel switch and a constant potential point (for example, a ground potential point). Furthermore, the interference structure is also connected to the source of the pixel switch. In FIG. 1, two vertical signal lines 301 and 302 and two drive lines 315 and 316 are shown, and an area for four pixels is shown. These four-pixel pixel switches are denoted by reference numerals 303 to 306, the interference structure portions are denoted by reference numerals 307 to 310, and the storage capacitors are denoted by reference numerals 311 to 314. Each interference structure portion also includes a common counter electrode 322 common to each pixel.

垂直信号線301、302の一端は、それぞれサンプリングスイッチ320、321を介して水平信号線319に共通に接続している。サンプリングスイッチ320、321のゲートは、水平シフトレジスタ317に接続する。また、駆動線315、316の一端は、垂直シフトレジスタ318に接続している。   One ends of the vertical signal lines 301 and 302 are connected in common to the horizontal signal line 319 via sampling switches 320 and 321, respectively. The gates of the sampling switches 320 and 321 are connected to the horizontal shift register 317. One ends of the drive lines 315 and 316 are connected to the vertical shift register 318.

図1では2行2列で画素が配置しているが、本実施形態での空間光変調素子は、例えば1000行1000列のような多画素のマトリクスとすることもでき、その場合も同様の構成を有する。   In FIG. 1, the pixels are arranged in 2 rows and 2 columns. However, the spatial light modulator in this embodiment can be a multi-pixel matrix such as 1000 rows and 1000 columns, and in this case, the same applies. It has a configuration.

以下、本実施形態における反射型の光干渉変調素子を用いた空間光変調素子の回路動作について説明する。   Hereinafter, the circuit operation of the spatial light modulator using the reflection type interferometric modulator in the present embodiment will be described.

まず垂直シフトレジスタ318から駆動線315にオン信号が入力され、画素スイッチ303、304をオン状態にする。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。すなわち、まずサンプリングスイッチ320をオンにして、垂直信号線301に水平信号線319の信号を書き込む。すると、干渉構造部307において、画素スイッチ303を通して保持容量311に電荷が蓄積され、共通対向電極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。次いで、サンプリングスイッチ320をオフにした後にサンプリングスイッチ321をオンにして、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(図示水平方向)に順次信号を画素に書き込んでいく。1行全て書き込んだ後に、駆動線315をオフ状態にし、今度は駆動線316にオン信号が入力され、画素スイッチ305、306をオン状態にする。その後は前述同様に水平方向に順次書き込んでいく。Y方向(図示垂直方向)に配列した行のすべてに信号を書きこんだ後に、再びこの動作を第一行から繰り返し各画素の信号を書き換えていく。   First, an on signal is input from the vertical shift register 318 to the drive line 315 to turn on the pixel switches 303 and 304. In this state, the horizontal shift register 317 sequentially operates to transmit a signal from the horizontal signal line 319 to the vertical signal lines 301 and 302. That is, first, the sampling switch 320 is turned on, and the signal of the horizontal signal line 319 is written to the vertical signal line 301. Then, in the interference structure unit 307, charges are accumulated in the storage capacitor 311 through the pixel switch 303, and an electric field is generated between the common counter electrode 322. The interference structure 307 is changed by this electric field, and the reflectance with respect to incident light is modulated to a desired value. Next, after the sampling switch 320 is turned off, the sampling switch 321 is turned on, and the signal of the horizontal signal line 319 is written to the vertical signal line 302 and then written to the storage capacitor 312 through the pixel switch 304. In this sequence, signals are sequentially written to the pixels in the X direction (the horizontal direction in the figure). After writing all the rows, the drive line 315 is turned off, and an on signal is input to the drive line 316 this time, and the pixel switches 305 and 306 are turned on. Thereafter, writing is performed sequentially in the horizontal direction as described above. After signals are written in all the rows arranged in the Y direction (vertical direction in the figure), this operation is repeated from the first row to rewrite the signals of the respective pixels.

図2に、本実施形態における反射型光干渉変調素子を用いた空間光変調素子の画素部(干渉構造部)の断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a pixel portion (interference structure portion) of a spatial light modulation element using the reflection type optical interference modulation element in the present embodiment.

本実施形態における反射型光干渉変調素子は、画素(干渉構造部)ごとに、光を反射する反射電極330と、反射電極330の前方に配置され、光に対して半透過性を有する半透過膜331とを備えるものである。半透過膜331は、複数の画素にまたがって設けられており、上述した共通対向電極322として機能する。半透過膜331では、入射光のうち透過しなかった部分は反射されるようになっている。この構成において、反射電極330と半透過膜331との空間距離(エアギャップ)を変化させることにより、反射電極330で反射された反射光と半透過膜331で反射された反射光との干渉作用によって、全体としての反射光の強度を制御することができる。半透過膜331には、厚さが5nmから15nm程度の薄膜金属材料、例えばTiを用いることができるが、特にTi限定されるものではない。反射電極330と半透過膜331との間の距離を保持するために、これらの間には、支柱状の絶縁膜332が設けられている。絶縁膜332は、隣接する画素の反射電極330間の間隙の位置のみに設けられるようにすることが好ましい。絶縁膜332としては、例えばシリコン窒化膜が用いられる。半透過膜331の表面のうち、反射電極330に対向しない方の面の全面には、例えばシリコン酸化膜からなる保護膜333が設けられている。   The reflective interferometric modulation element according to the present embodiment includes a reflective electrode 330 that reflects light for each pixel (interference structure), and a transflective member that is disposed in front of the reflective electrode 330 and has translucency with respect to light. A film 331 is provided. The semi-transmissive film 331 is provided over a plurality of pixels and functions as the common counter electrode 322 described above. In the semi-transmissive film 331, a portion of the incident light that has not been transmitted is reflected. In this configuration, by changing the spatial distance (air gap) between the reflective electrode 330 and the semi-transmissive film 331, interference between the reflected light reflected by the reflective electrode 330 and the reflected light reflected by the semi-transmissive film 331 is achieved. Thus, the intensity of the reflected light as a whole can be controlled. The semi-transmissive film 331 can be made of a thin film metal material having a thickness of about 5 nm to 15 nm, for example, Ti, but is not particularly limited to Ti. In order to maintain the distance between the reflective electrode 330 and the semi-transmissive film 331, a columnar insulating film 332 is provided between them. The insulating film 332 is preferably provided only at the position of the gap between the reflective electrodes 330 of adjacent pixels. For example, a silicon nitride film is used as the insulating film 332. A protective film 333 made of, for example, a silicon oxide film is provided on the entire surface of the semi-transmissive film 331 that is not opposed to the reflective electrode 330.

反射電極330には、光の反射率の高い材料を用いることが好ましく、Al,AlSi,AlCu,Ti,Ta,W、Ag、Pt、Ru,Ni,Au,TiN等の金属膜、あるいはこれら金属の化合物膜、あるいは積層膜を用いることができる。ただし、反射電極33の材料はこれらのものに限定されるものではない。絶縁膜332と保護膜333は、異なる材料で構成しても同じ材料でも構成してもよく、絶縁材料であれば電気的に問題なく、材質が特に限定されるものではない。反射電極330は、画素ごとに設けられて、図1に示す等価回路において、それぞれ画素スイッチのソースに接続するものである。   The reflective electrode 330 is preferably made of a material having a high light reflectance, such as Al, AlSi, AlCu, Ti, Ta, W, Ag, Pt, Ru, Ni, Au, TiN, or a metal film thereof. These compound films or laminated films can be used. However, the material of the reflective electrode 33 is not limited to these. The insulating film 332 and the protective film 333 may be formed of different materials or the same material, and there is no electrical problem as long as the insulating material is used, and the material is not particularly limited. The reflective electrode 330 is provided for each pixel and is connected to the source of the pixel switch in the equivalent circuit shown in FIG.

次に、図2を用いて干渉構造部の動作について説明する。   Next, the operation of the interference structure will be described with reference to FIG.

まず半透過膜331の共通電極には、例えば0Vの接地電位を与える。図1を用いて説明したアクティブマトリクス動作により、反射電極330に信号に応じた電圧が与えられ、反射電極330と半透過膜331に電位差が生じる。そしてその電位差によって発生するクーロン力により、画素ごとに反射電極330と半透過膜331との間のエアギャップが変化する。   First, a ground potential of 0 V, for example, is applied to the common electrode of the semipermeable membrane 331. With the active matrix operation described with reference to FIG. 1, a voltage corresponding to a signal is applied to the reflective electrode 330, and a potential difference is generated between the reflective electrode 330 and the semi-transmissive film 331. The air gap between the reflective electrode 330 and the semi-transmissive film 331 changes for each pixel due to the Coulomb force generated by the potential difference.

図3は、半透過膜331の厚さが10nmであって、エアギャップが180nmのときとエアギャップが30nmのときのそれぞれについて、半透過膜331側から入射する光の反射率の値を縦軸に、光の波長を横軸に示したグラフである。図3より、反射電極330に与えた信号の電圧に応じてエアギャップが30nmから180nmへと変化すると、それに伴い反射率が大きく変化することが分かる。これは、反射電極330で反射した光と半透過膜331で反射した光との干渉作用によるものであるが、この干渉作用は、光の波長や半透過膜の材料、エアギャップによりそれぞれ設計可能である。したがって、乾燥構造部における物理的な強度や、反射光において必要とされるコントラスト比等の特性を鑑みて、干渉構造部として必要な構成をとることが重要である。   FIG. 3 shows the reflectance values of light incident from the semi-transmissive film 331 side when the thickness of the semi-transmissive film 331 is 10 nm and the air gap is 180 nm and when the air gap is 30 nm. It is the graph which showed the wavelength of light on the axis | shaft on the horizontal axis. As can be seen from FIG. 3, when the air gap changes from 30 nm to 180 nm in accordance with the voltage of the signal applied to the reflective electrode 330, the reflectivity changes greatly accordingly. This is due to the interference action between the light reflected by the reflective electrode 330 and the light reflected by the semi-transmissive film 331. This interference action can be designed according to the wavelength of light, the material of the semi-transmissive film, and the air gap. It is. Therefore, it is important to take a necessary configuration as the interference structure in view of physical strength in the dry structure and characteristics such as a contrast ratio required in the reflected light.

このような空間光変調素子は、半導体装置製造技術を用いて、シリコン半導体基板の表面に形成されるものである。すなわち、半導体基板に上述した各配線や画素スイッチや保持容量を形成した後、それらの配線、画素スイッチ、保持容量を覆うように、反射電極330が設けられる。図2に示したものでは、反射電極330は、シリコン基板の表面に層間絶縁膜を介して設けられている。反射電極330の下方に下地配線層334が設けられて、層間絶縁膜を貫通するプラグ336を介して反射電極330と電気的に接続する。さらに層間絶縁膜には、反射型光干渉変調素子を用いた空間光変調素子に入射された光が干渉構造部の下部に配置された画素スイッチであるトランジスタの領域に届かないようにするための遮光膜335が設けられている。   Such a spatial light modulator is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate using a semiconductor device manufacturing technique. That is, after forming the above-described wirings, pixel switches, and storage capacitors on the semiconductor substrate, the reflective electrode 330 is provided so as to cover those wirings, pixel switches, and storage capacitors. In the example shown in FIG. 2, the reflective electrode 330 is provided on the surface of the silicon substrate via an interlayer insulating film. A base wiring layer 334 is provided below the reflective electrode 330 and is electrically connected to the reflective electrode 330 via a plug 336 penetrating the interlayer insulating film. Further, the interlayer insulating film is used to prevent light incident on the spatial light modulation element using the reflection type interferometric modulation element from reaching the region of the transistor, which is a pixel switch disposed below the interference structure. A light shielding film 335 is provided.

図4(a),(b)は、それぞれこのような反射型光干渉変調素子の平面図と斜視図である。ここでは2画素分の領域が示されており、図示左側の画素は、黒表示状態の反射型光干渉変調素子40であり、図示右側の画素は、白表示状態の反射型光干渉変調素子41である。ここでは、これらの画素をまたぐように全面に半透過膜42が設けられていることが示されている。図4に示したものは、デジタル表示で信号を書き込んだ例で、反射型光干渉変調素子41は、中心部のエアギャップが狭くなり反射率が増大して白くなっている。このような「0」、「1」のパターンを形成することで、記録情報とすることができる。隣接する画素(反射型光干渉変調素子)40,41の間の領域は、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。しかしながら、ホログラフィックメモリシステムへの応用という観点からすれば、隣接する画素間の領域を黒にした方が擾乱はないといえる。素子間の領域を黒にすることは、反射電極330の下部に光吸収層を積層させることで実現できる。   FIGS. 4A and 4B are a plan view and a perspective view, respectively, of such a reflection type interferometric modulation element. Here, a region corresponding to two pixels is shown, and the pixel on the left side in the figure is the reflection type optical interference modulation element 40 in the black display state, and the pixel on the right side in the figure is the reflection type optical interference modulation element 41 in the white display state. It is. Here, it is shown that a semi-transmissive film 42 is provided on the entire surface so as to straddle these pixels. The example shown in FIG. 4 is an example in which a signal is written by digital display. In the reflection type interferometric modulation element 41, the air gap at the center is narrowed and the reflectance is increased and whitened. By forming such a pattern of “0” and “1”, it can be recorded information. The region between adjacent pixels (reflection type interferometric modulation elements) 40 and 41 can be black or white, depending on the structure. However, from the viewpoint of application to a holographic memory system, it can be said that there is no disturbance if the area between adjacent pixels is black. Making the region between the elements black can be realized by laminating a light absorption layer below the reflective electrode 330.

なお、反射電極331に与えられる信号電圧をアナログ的に連続に変調させると、反射電極330と半透過膜331との間のエアギャップも連続的に変化し、そのエアギャップに応じて反射率も連続的に変化するため、アナログの記録情報とすることもできる。   When the signal voltage applied to the reflective electrode 331 is continuously modulated in an analog manner, the air gap between the reflective electrode 330 and the semi-transmissive film 331 also changes continuously, and the reflectivity also varies depending on the air gap. Since it changes continuously, it can also be analog recording information.

図5は、上述したような反射型光干渉変調素子を用いた空間光変調素子を有する半導体チップの平面図である。ここでは、コリニア方式のホログラフィックメモリシステムに対して空間光変調素子を用いることとしているので、参照光のための反射領域(参照光領域45)も設けられている。参照光領域45は、常に白状態で光を反射すればよいので、この領域には半透過膜42は設けられていない。これに対し、情報光領域46では、半透過膜42が配置され、反射型光干渉変調素子が設けられている。本実施形態では、参照光領域45は情報光領域46の周辺に配置されている。これにより、光学系の構成自体が簡素化されとともに、単一の空間光変調素子を用いて情報光と参照光の両方を形成することができる。   FIG. 5 is a plan view of a semiconductor chip having a spatial light modulator using the reflection type interferometric modulator as described above. Here, since the spatial light modulator is used for the collinear holographic memory system, a reflection region (reference light region 45) for reference light is also provided. Since the reference light region 45 only needs to reflect light in a white state at all times, the semi-transmissive film 42 is not provided in this region. On the other hand, in the information light region 46, the semi-transmissive film 42 is disposed and a reflection type interferometric modulation element is provided. In the present embodiment, the reference light region 45 is arranged around the information light region 46. As a result, the configuration of the optical system itself is simplified, and both information light and reference light can be formed using a single spatial light modulator.

次に、先に説明した反射型光干渉変調素子を用いた空間光変調素子の作製方法について簡単に述べる。   Next, a method for manufacturing a spatial light modulator using the reflection type interferometric modulator described above will be briefly described.

n型単結晶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酸化膜をマスクとして、ボロン(B)をドーズ量1011 cm-2程度でイオン注入し、p型不純物領域であるp型ウエルを形成する。この基板を再度熱酸化し、厚さ60nmのゲート酸化膜を形成する。 The n-type single crystal silicon semiconductor substrate is partially thermally oxidized to form a LOCOS (Local Oxdation of silicon) oxide film. Next, boron (B) is ion-implanted with a dose of about 10 11 cm −2 using the LOCOS oxide film as a mask to form a p-type well which is a p-type impurity region. This substrate is thermally oxidized again to form a gate oxide film having a thickness of 60 nm.

次に、リン(P)を1020 cm-3程度ドープしたn形型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1013 cm-2程度でイオン注入し、不純物濃度1018 cm-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1015 cm-2程度でイオン注入し、不純物濃度1020 cm-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。その後、基板全面に層間絶縁膜(不図示)を形成する。層間絶縁膜には、PSG(Phospho-silicate Glass)膜やNSG(Nondope Silicate Glass)/BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)膜、あるいは、TEOS(テトラエトキシシラン)によるCVD(化学気相成長)膜等を用いることが可能であり、特に限定されるものではない。 Next, after forming a gate electrode made of n-type polysilicon doped with phosphorus (P) at about 10 20 cm −3 , phosphorus is ion-implanted at a dose of about 10 13 cm −2 to obtain an impurity concentration. An n-type lightly doped drain that is an n-type impurity region of about 10 18 cm −3 is formed. Subsequently, using the patterned photoresist as a mask, phosphorus is ion-implanted at a dose of about 10 15 cm −2 to form source / drain regions having an impurity concentration of about 10 20 cm −3, thereby forming an nMOS transistor. Similarly, a pMOS transistor is formed. Thereafter, an interlayer insulating film (not shown) is formed on the entire surface of the substrate. The interlayer insulating film can be a PSG (Phospho-silicate Glass) film, NSG (Nondope Silicate Glass) / BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass) film, or a CVD (chemical vapor deposition) film using TEOS (tetraethoxysilane). Etc. can be used, and is not particularly limited.

次に、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アルミニウム(Al)層を蒸着した後パターニングし、下地配線層334を形成する。この下地配線層334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下地配線層334とソース・ドレイン領域との間に形成することが望ましい。その後、層間絶縁膜を形成し、さらに金属膜によって遮光膜335を形成する。遮光膜335には、例えばTi、TiN、Al、Ag等の金属膜もしくはそれらの積層膜を用いることができ、特に限定されるものではない。遮光膜335をパターニングした後、さらに層間絶縁膜を形成し、下地配線層334上の所定の位置にコンタクトホールを開ける。次いで、コンタクトホールにタングステンを堆積した後にCMP(化学機械研磨)法により平坦化してプラグ336を形成する。   Next, a contact hole is patterned immediately above the source / drain region, an aluminum (Al) layer is deposited by sputtering or the like, and then patterned to form a base wiring layer 334. In order to improve ohmic contact characteristics between the underlying wiring layer 334 and the source / drain regions, it is desirable to form a barrier metal such as Ti / TiN between the underlying wiring layer 334 and the source / drain regions. Thereafter, an interlayer insulating film is formed, and further a light shielding film 335 is formed of a metal film. For the light shielding film 335, for example, a metal film such as Ti, TiN, Al, or Ag or a laminated film thereof can be used, and is not particularly limited. After the light shielding film 335 is patterned, an interlayer insulating film is further formed, and a contact hole is opened at a predetermined position on the base wiring layer 334. Next, after depositing tungsten in the contact hole, the plug 336 is formed by planarization by CMP (chemical mechanical polishing).

その後、金属層をスパッタ法によりおよそ厚さ300nm堆積し、パターニングして反射電極330を形成する。ついでシリコン窒化膜をプラズマCVD法により厚さ300nm形成し、パターニング後のエッチングにより、支柱状の絶縁膜332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高さ180nmの支柱状の絶縁層332が均一に残るように平坦化する。次に、低温のスパッタ法により、Ti層を厚さ10nm堆積して、さらにシリコン酸化膜を厚さ300nm堆積する。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て半透過膜331と保護膜333を形成する。その後、ワイアボンディングで電極を取り出す。   Thereafter, a metal layer is deposited to a thickness of about 300 nm by sputtering, and patterned to form the reflective electrode 330. Next, a silicon nitride film is formed to a thickness of 300 nm by plasma CVD, and a columnar insulating film 332 is formed by etching after patterning. Then, after applying and planarizing a resist, the planar insulating layer 332 having a height of about 180 nm is planarized so as to remain uniformly. Next, a Ti layer is deposited to a thickness of 10 nm and a silicon oxide film is deposited to a thickness of 300 nm by a low temperature sputtering method. After patterning, the silicon nitride film and the Ti layer are etched by dry or wet etching, and then the resist is removed by wet etching to form a semi-transmissive film 331 and a protective film 333. Thereafter, the electrode is taken out by wire bonding.

このような製造工程を経ることにより、反射型光干渉変調素子を有する空間光変調素子を作製できた。   Through such a manufacturing process, a spatial light modulation element having a reflection type optical interference modulation element could be manufactured.

(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態における反射型光干渉変調素子の平面図である。第1の実施形態では、半透過膜が画素間をまたがって全面に一様に設けられていた。これに対し本実施形態では、隣接する反射型光干渉変調素子(画素)40,41の間の位置で半透過膜47におけるつなぎ目を細くして、半透過膜47が低電圧で駆動できるようにして反射型光干渉変調素子を形成した。図7は、反射型光干渉変調素子における信号電圧を横軸とし、反射率を縦軸として、電圧−反射率特性を示したグラフである。図7においては、第1の実施形態で示した全面一様に形成された半透過膜42を有する素子の特性をAで示し、本実施形態における画素間のつなぎ目を細く形成した半透過膜47を有する素子の特性をBとして示した。図7より、本実施形態の反射型光干渉変調素子は、全面一様の形状のものと比べて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ことが分かる。これは、1つの反射型光変調素子の中でエアギャップの狭くなる領域が大きくなるためで、白状態の開口率が大きい素子といえる。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なるので、本実施形態の反射型光干渉変調素子を用いることにより、再生時にエラーの少ない読み出しが可能となる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a plan view of a reflection type interferometric modulation element according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the semi-transmissive film is provided uniformly on the entire surface across the pixels. On the other hand, in the present embodiment, the joint in the semi-transmissive film 47 is narrowed at a position between the adjacent reflective interferometric modulation elements (pixels) 40 and 41 so that the semi-transmissive film 47 can be driven at a low voltage. Thus, a reflection type optical interference modulation element was formed. FIG. 7 is a graph showing voltage-reflectance characteristics with the signal voltage in the reflective interferometric modulation element as the horizontal axis and the reflectance as the vertical axis. In FIG. 7, the characteristics of the element having the semi-transmissive film 42 uniformly formed on the entire surface shown in the first embodiment are indicated by A, and the semi-transmissive film 47 formed by narrowing the joint between pixels in this embodiment. The characteristics of the element having λ are shown as B. From FIG. 7, it can be seen that the reflection type interferometric modulation element of the present embodiment can be driven at a lower voltage and the reflectance of the element is increased as compared with the uniform shape of the entire surface. This is because an area in which the air gap becomes narrower in one reflective light modulation element becomes large, and can be said to be an element having a large white state aperture ratio. In holographic recording, the higher the contrast between white and black of the information light, the higher the contrast of the holographic interference fringes. Therefore, by using the reflection type interferometric modulation element of this embodiment, reading with less errors during reproduction is possible. It becomes possible.

(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態における反射型光干渉変調素子の平面図である。ここでは、第2の実施形態と同様に、隣接する反射型光干渉変調素子(画素)40,41の間の位置で半透過膜におけるつなぎ目を細くして半透過膜を低電圧で駆動できるようにしているが、つなぎ目の形状において第2の実施形態と異なっている。すなわち、半透過膜42を保持する際の信頼性を向上するために、隣接する画素間の領域では平行な3本の継ぎ目に分離するように、半透過膜42を構成している。このように継ぎ目を複数箇所に設けることで、半透過膜42における安定な平面構造が実現する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a plan view of a reflective interferometric modulation element according to the third embodiment of the present invention. Here, as in the second embodiment, the joint of the semi-transmissive film is narrowed at a position between the adjacent reflective interferometric modulation elements (pixels) 40 and 41 so that the semi-transmissive film can be driven at a low voltage. However, the shape of the joint is different from that of the second embodiment. That is, in order to improve the reliability when holding the semi-transmissive film 42, the semi-transmissive film 42 is configured so as to be separated into three parallel seams in the region between adjacent pixels. Thus, by providing the seam at a plurality of locations, a stable planar structure in the semipermeable membrane 42 is realized.

以上、本発明の好ましい反射型光干渉変調素子について説明したが、この光干渉変調素子は、光の干渉を利用して光の強度変調を行っている。そのため、半透過膜や反射電極における表面の平坦度は重要な要素であり、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。本発明の光情報記録装置あるいは光情報記録再生装置では、空間光変調素子として、第1から第3の実施形態で示した素子構造を有するものを任意に選択することができるが、これらのものに限定されるものではない。例えば、第1から第3の実施形態の反射型光干渉変調素子を組み合わせて構成された空間光変調素子を用いることも可能である。   The preferred reflection type interferometric modulation element of the present invention has been described above. This interferometric modulation element modulates light intensity by utilizing light interference. Therefore, the flatness of the surface of the semi-transmissive film and the reflective electrode is an important factor. If the flatness of the surface is poor and the light reflection direction changes slightly, the interference fringes due to the hologram change accordingly from the desired one. Resulting in. In the optical information recording apparatus or the optical information recording / reproducing apparatus of the present invention, as the spatial light modulation element, one having the element structure shown in the first to third embodiments can be arbitrarily selected. It is not limited to. For example, it is possible to use a spatial light modulation element configured by combining the reflection type optical interference modulation elements of the first to third embodiments.

(第4の実施形態)
次に、上述した本発明に基づく空間光変調素子を用いた、本発明に基づく光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、コリニア方式ホログラフィックメモリシステムとして構成されたものであり、空間光変調素子と、再生光を検出するためのCMOSイメージセンサなどの受光素子とを同一の半導体チップ上に形成したものである。図9〜図11は、本実施形態の光情報記録再生装置の光学系を説明する図である。図9は、記録時における光源から空間光変調素子までの光学系を示し、図10は、記録時における空間光変調素子からホログラムディスク(記録媒体)までの光学系を示し、図11は、再生時の光学系を示している。
(Fourth embodiment)
Next, an optical information recording / reproducing apparatus based on the present invention using the above-described spatial light modulation element based on the present invention will be described. The optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment is configured as a collinear holographic memory system, and includes a spatial light modulation element and a light receiving element such as a CMOS image sensor for detecting reproduction light in the same semiconductor. It is formed on a chip. 9 to 11 are diagrams for explaining an optical system of the optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment. FIG. 9 shows an optical system from the light source to the spatial light modulation element at the time of recording, FIG. 10 shows an optical system from the spatial light modulation element to the hologram disk (recording medium) at the time of recording, and FIG. The optical system of time is shown.

本実施形態の光情報記録再生装置は、例えばディスク状であるホログラム記録媒体186に対して、体積ホログラムの書き込みによって情報の記録を行い、体積ホログラムの再生像を取得することによって情報の再生を行うものである。図示された光学系は、情報の記録及び再生に用いるレーザ光を発生する第1の光源101と、信号光を変調するための空間光変調素子(SLM)と再生光を検出するための2次元の受光素子とを一体的に設けた変調/受光素子(SLM/CMOS)108とを備えている。変調/受光素子108におけるSLM部分としては、上述の第1乃至第3の実施形態に記載された、反射型光干渉変調素子を有する空間光変調素子が好ましく使用される。そして、隣接する反射型光干渉変調素子(画素)の領域に、各画素に対応した受光セル(例えばフォトダイオード)が配置されており、これにより、SLMによる光変調と受光素子による受光とを同軸で行うことができるようになっている。後述するように、再生時には情報光の領域でのみ光学的な像パターンを検出すればよいので、受光素子は、SLMにおける情報光領域にのみ配置すればよい。あるいは、後述するように、シリコン半導体基板上に、反射型光干渉変調素子からなる空間光変調素子と受光素子とを縦方向に一体化して設けたもの(言い換えれば両者を積層したもの)であってもよい。   The optical information recording / reproducing apparatus of the present embodiment records information by writing volume holograms on, for example, a disk-shaped hologram recording medium 186, and reproduces information by acquiring reproduced images of volume holograms. Is. The illustrated optical system includes a first light source 101 that generates laser light used for recording and reproducing information, a spatial light modulation element (SLM) for modulating signal light, and a two-dimensional structure for detecting reproduced light. And a modulation / light-receiving element (SLM / CMOS) 108 provided integrally therewith. As the SLM portion in the modulation / light receiving element 108, the spatial light modulation element having the reflection type interferometric modulation element described in the first to third embodiments is preferably used. A light receiving cell (for example, a photodiode) corresponding to each pixel is arranged in the area of the adjacent reflection type interferometric modulation element (pixel), and thereby, the light modulation by the SLM and the light reception by the light receiving element are coaxial. Can be done with. As will be described later, since it is only necessary to detect an optical image pattern only in the information light region at the time of reproduction, the light receiving element may be disposed only in the information light region in the SLM. Alternatively, as will be described later, a spatial light modulation element made of a reflective interferometric modulation element and a light receiving element are integrated in the vertical direction on a silicon semiconductor substrate (in other words, both are laminated). May be.

まず、図9及び10を用いて、記録媒体118に記録を行う場合について説明する。図9において、緑色レーザ等からなる第1の光源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。光束の中心部を遮蔽するマスクを光路に挿入してもよい。情報の記録時には、このマスク素子103は機能せず、すべての光束を透過させている。マスク素子103を透過した光は、偏光ビームスプリッタ(以下、PBSと略記する)104に入射する。   First, the case where recording is performed on the recording medium 118 will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, the light beam emitted from the first light source 101 made of a green laser or the like is converted into a parallel light beam by the collimator 102 and enters the mask element 103. The mask element 103 has a function of masking a portion corresponding to the information light at the center of the light beam. You may insert the mask which shields the center part of a light beam into an optical path. At the time of recording information, the mask element 103 does not function and transmits all light beams. The light transmitted through the mask element 103 enters a polarization beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) 104.

P偏光でPBS104を透過した光束は、1/4波長板(以下、QWPと略記する)105を透過して円偏光(例えば、右回りの円偏光)に変換され、第1のリレーレンズ106及び第2のリレーレンズ107を経由し、変調/受光素子108に照射される。変調/受光素子108内のSLMで「1(白)」の情報を表わす画素によって反射された光は、高い反射率で記録媒体118の方向へ反射され、SLMの「0(黒)」の情報を表わす画素で反射された光は、干渉により記録媒体118の方向へはわずかしか反射されない。従来例と同様に、そして、図5にも示したように、コリニア方式のSLM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。   The light beam transmitted through the PBS 104 as P-polarized light is transmitted through a quarter-wave plate (hereinafter abbreviated as QWP) 105 and converted into circularly-polarized light (for example, clockwise circularly-polarized light), and the first relay lens 106 and The light is applied to the modulation / light receiving element 108 via the second relay lens 107. The light reflected by the pixel representing the information “1 (white)” by the SLM in the modulation / light receiving element 108 is reflected toward the recording medium 118 with a high reflectance, and the information “0 (black)” of the SLM is reflected. The light reflected by the pixel representing is slightly reflected in the direction of the recording medium 118 due to interference. Similar to the conventional example and as shown in FIG. 5, the collinear SLM is provided with a portion for modulating the information light 110 and a portion for modulating the reference light 109 surrounding the information light 110 in a ring shape.

以下、図10によって説明すると、変調/受光素子108のSLMによって反射された光束は、逆回りの円偏光(例えば、左回りの円偏光)とされる。第2のリレーレンズ107及び第1のリレーレンズ106を経由した光束は、QWP105を透過してS偏光に変換され、PBS104で反射されて記録媒体118の方向に向けられる。   In the following, referring to FIG. 10, the light beam reflected by the SLM of the modulation / light receiving element 108 is reversely circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light). The light flux that has passed through the second relay lens 107 and the first relay lens 106 passes through the QWP 105 and is converted to S-polarized light, and is reflected by the PBS 104 and directed toward the recording medium 118.

変調/受光素子108のSLMにおいて、「1」の情報を表わす画素にて反射された情報光110及び参照光109は、PBS104で反射され、第3のリレーレンズ111、ミラー112、第4のリレーレンズ113、ダイクロイックビームスプリッタ(以下、DBSと略記する)114を経由して記録媒体118に向けられ、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。変調/受光素子108のSLMに表示されたパターンは、第3及び第4のリレーレンズ111、112により、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、変調/検出素子108のSLM上のパターン像(不図示)、対物レンズ116、記録媒体118とがいずれもFの距離だけ離れて配置されている、4F光学系が構成されたことになる。   In the SLM of the modulation / light receiving element 108, the information light 110 and the reference light 109 reflected by the pixel representing the information “1” are reflected by the PBS 104, and the third relay lens 111, the mirror 112, and the fourth relay. It is directed to the recording medium 118 via a lens 113 and a dichroic beam splitter (hereinafter abbreviated as DBS) 114, reflected by a mirror 115, and incident on an objective lens 116 having a focal length F. The pattern displayed on the SLM of the modulation / light receiving element 108 forms an intermediate image in front of the objective lens 116 by F by the third and fourth relay lenses 111 and 112. As a result, the 4F optical system in which the pattern image (not shown) on the SLM of the modulation / detection element 108, the objective lens 116, and the recording medium 118 are all separated by a distance of F is configured. Become.

ディスク状の記録媒体118は、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は記録媒体118に集光され、干渉して干渉縞を形成する。記録媒体118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。特に、記録すべき情報に応じて情報光110を変調すれば、記録媒体118に、その情報に応じたデジタル体積ホログラムが形成されることになる。なお、記録媒体118中には反射膜が設けられている。   A disk-shaped recording medium 118 is rotatably held on a spindle motor 117. The reference light 109 and the information light 110 are collected on the recording medium 118 by the objective lens 116 and interfere to form interference fringes. On the polymer material in the recording medium 118, the interference fringe pattern at the time of recording is recorded as a refractive index distribution, and a digital volume hologram is formed. In particular, if the information light 110 is modulated according to information to be recorded, a digital volume hologram corresponding to the information is formed on the recording medium 118. Note that a reflective film is provided in the recording medium 118.

従来のものと同様に、本実施形態の光情報記録再生装置には、ホログラム化された光情報の記録再生を行う第1の光源101以外に、記録媒体118に対する感光性のない赤色レーザ等からなる第2の光源119が設けられている。この第2の光源119を用いて、記録媒体118の反射膜を基準面として、記録媒体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、記録媒体118に面ブレや偏心が発生しても、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(デジタル体積ホログラム)を記録することができる。以下に簡単に説明する。   Similar to the conventional one, the optical information recording / reproducing apparatus of the present embodiment includes a red laser having no photosensitivity to the recording medium 118 in addition to the first light source 101 for recording / reproducing the holographic optical information. A second light source 119 is provided. Using the second light source 119, it is possible to detect the displacement of the recording medium 118 with high accuracy using the reflective film of the recording medium 118 as a reference plane. As a result, even if surface blurring or eccentricity occurs in the recording medium 118, it is possible to dynamically follow the recording spot using the optical servo technology, and an interference fringe pattern (digital volume hologram) with high accuracy. Can be recorded. Briefly described below.

第2の光源119から出射された光束は、ビームスプリッタ(以下、BSと略記する)120を透過し、レンズ121で平行光束とされ、ミラー122とDBS114で反射されて、記録媒体118に向けられる。その後、ミラー115で反射されて対物レンズ116に入射して記録媒体118の反射膜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、対物レンズ116に再入射して平行光束とされ、ミラー115、DBS114で順次反射され、往路と同様にミラー122、レンズ121を経由し、ビームスプリッタ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、それに基づいて対物レンズ116のフォーカスとトラッキングを行うことができる。   A light beam emitted from the second light source 119 passes through a beam splitter (hereinafter abbreviated as BS) 120, is converted into a parallel light beam by a lens 121, is reflected by a mirror 122 and a DBS 114, and is directed to a recording medium 118. . Thereafter, the light is reflected by the mirror 115, enters the objective lens 116, and is condensed as a minute light spot on the reflection film of the recording medium 118. The reflected light beam re-enters the objective lens 116 to become a parallel light beam, is sequentially reflected by the mirror 115 and the DBS 114, passes through the mirror 122 and the lens 121 in the same way as the forward path, and a part of the light beam is transmitted by the beam splitter BS120. The light is reflected and guided to the photodetector 123. The photodetector 123 has a plurality of light receiving surfaces, and can detect the position information of the reflecting surface by a known method, and focus and track the objective lens 116 based on the detected position information.

次に、図11を用いて、記録媒体118にデジタル体積ホログラムとして記録されている情報を再生する場合の動作を説明する。第1の光源101から出射された光束は、記録時と同様に、変調/受光素子108に照射される。この際、第1の光源101からの光の強さは、記録媒体118に記録されている情報を破壊しないように、記録時に用いられた強度よりも小さいものとされる。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。   Next, the operation for reproducing information recorded as a digital volume hologram on the recording medium 118 will be described with reference to FIG. The light beam emitted from the first light source 101 is applied to the modulation / light receiving element 108 in the same manner as in recording. At this time, the intensity of light from the first light source 101 is set to be smaller than the intensity used at the time of recording so as not to destroy the information recorded on the recording medium 118. During reproduction, the mask element 103 masks a portion corresponding to the information light at the center of the light beam.

第1のリレーレンズ106及び第2のリレーレンズ107は、マスク素子103の像を変調/受光素子108のSLMに結像させる役目を有する。これにより、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103の像によりきちんと遮光がなされることになる。変調/受光素子108のSLMにおいては、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109を変調する部分の画素で反射された光だけが、記録媒体118の方向へ反射される。情報光110を反射する部分の画素の光束は、記録媒体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、一段とS/Nの良い情報光の再生が可能となる。   The first relay lens 106 and the second relay lens 107 serve to form an image of the mask element 103 on the SLM of the modulation / light receiving element 108. Thereby, only the element of the reference light portion is illuminated, and the information light portion is properly shielded by the image of the mask element 103. In the SLM of the modulation / light receiving element 108, only the portion that modulates the reference light 109 displays “1 (white)” information, and all the portions that modulate the information light 110 display “0 (black)” information. indicate. Therefore, only the light reflected by the pixel of the portion that modulates the reference light 109 is reflected toward the recording medium 118. Since the luminous flux of the pixels that reflect the information light 110 is not reflected in the direction of the recording medium 118, it is not even illuminated, so that it is possible to reproduce information light with a much better S / N compared to the conventional example. .

記録時と同様に参照光109は、PBS104で反射され、記録媒体118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118中の反射膜で反射された情報光(すなわち再生光)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。   As in the recording, the reference light 109 is reflected by the PBS 104, collected on the recording medium 118, and information light is reproduced from the recorded interference fringes. Information light (that is, reproduction light) reflected by the reflective film in the recording medium 118 is incident again on the objective lens 116 to be converted into a parallel light beam and reflected by the mirror 115. At this time, an intermediate image of the display pattern of the SLM reproduced at a distance F from the objective lens 116 is formed.

DBS114を透過した光束は、第4のリレーレンズ113、ミラー112、第3のリレーレンズ111を経由してPBS104に向けられ、第4のリレーレンズ113と第3のリレーレンズ111とにより、マスク素子103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)。そして、この再結像された中間像は、PBS104で反射され、第1のリレーレンズ106及び第2のリレーレンズ107により、変調/受光素子108上に結像される。上述したように、変調/受光素子108の受光素子部分は、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。なお、本実施形態では、受光素子として、画素ごとに、フォトダイオードとフォトダイオードで検出した受光信号を増幅するMOSトランジスタとを有する、CMOSセンサを用いている。   The light beam transmitted through the DBS 114 is directed to the PBS 104 via the fourth relay lens 113, the mirror 112, and the third relay lens 111, and is masked by the fourth relay lens 113 and the third relay lens 111. The image is re-imaged as an intermediate image of the SLM display pattern at a position conjugate with 103 (not shown). The re-imaged intermediate image is reflected by the PBS 104 and formed on the modulation / light receiving element 108 by the first relay lens 106 and the second relay lens 107. As described above, the light receiving element portion of the modulation / light receiving element 108 is disposed only between the pixels of the portion illuminated with the information light. In the present embodiment, a CMOS sensor having a photodiode and a MOS transistor that amplifies a light reception signal detected by the photodiode is used for each pixel as the light receiving element.

上述したようにマスク素子103を用いることにより、この光情報記録再生装置では、受光素子が形成されている情報光部分の画素間の領域には不要な参照光は入射しないので、S/Nの良い再生信号を得ることができる。   By using the mask element 103 as described above, in this optical information recording / reproducing apparatus, unnecessary reference light does not enter the area between the pixels of the information light portion where the light receiving element is formed. A good reproduction signal can be obtained.

次に、本実施形態の光情報記録再生装置における、記録・再生の回路動作を説明する。図12は、本実施形態において用いられた、反射型干渉変調素子を用いたSLMとCMOSセンサからなる受光素子とを一体型とした変調/受光素子を説明するための等価回路図である。図12において、符号1〜10までは、空間光変調素子に係る構成要素に付与され、符号21〜33は、CMOSイメージセンサとして構成されている受光素子に係る構成要素の付与されている。   Next, the recording / reproducing circuit operation in the optical information recording / reproducing apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 12 is an equivalent circuit diagram for explaining a modulation / light-receiving element in which an SLM using a reflection type interferometric modulation element and a light-receiving element made of a CMOS sensor are integrated, used in this embodiment. In FIG. 12, reference numerals 1 to 10 are assigned to components related to the spatial light modulator, and reference numerals 21 to 33 are assigned to components related to the light receiving element configured as a CMOS image sensor.

列方向(図示垂直方向)に延びる複数の垂直信号線1,1a,…と、行方向(図示水平方向)に延びる複数の駆動線(走査線)2,2a,…とが設けられてこれらはマトリクス配線を構成しており、垂直信号線と駆動線との交点がそれぞれ画素に対応する。したがって、画素はマトリクス状に配置されていることになり、画素配列の列ごとに垂直信号線が設けられ、行ごとに駆動線が設けられていることになる。垂直信号線1,1a,…は空間光変調素子のためのものであり、これと同様に、列ごとに、受光素子のための垂直信号線26,26a,…が設けられている。さらに、行ごとに、受光素子のための水平読出し線27,27a,…、水平リセット線28,28a,…、水平選択線29,29a,…が設けられている。   Are provided with a plurality of vertical signal lines 1, 1a,... Extending in the column direction (vertical direction in the figure) and a plurality of drive lines (scanning lines) 2, 2a,. Matrix wiring is configured, and intersections of vertical signal lines and drive lines correspond to pixels, respectively. Accordingly, the pixels are arranged in a matrix, and a vertical signal line is provided for each column of the pixel array, and a drive line is provided for each row. The vertical signal lines 1, 1a,... Are for spatial light modulation elements, and similarly, vertical signal lines 26, 26a,... For light receiving elements are provided for each column. Further, horizontal read lines 27, 27a,..., Horizontal reset lines 28, 28a,..., Horizontal selection lines 29, 29a,.

各画素には、空間光変調素子のために、スイッチングトランジスタからなる画素スイッチ3,3a,…と、干渉構造部4,4a,…と、保持容量5,5a,…が設けられている。また、各画素には、受光素子のために、フォトダイオード21,21a,…と、トランジスタからなる転送スイッチ22,22a,…と、トランジスタからなるリセットスイッチ23,23a,…と、増幅トランジスタ24,24a,…と、トランジスタからなる選択スイッチ25,25a,…とが設けられている。   Each pixel is provided with pixel switches 3, 3a,... Made of switching transistors, interference structures 4, 4a,... And holding capacitors 5, 5a,. In addition, each pixel includes a photodiode 21, 21, a,..., A transfer switch 22, 22a,..., A transistor, a reset switch 23, 23a,. 24a,... And selection switches 25, 25a,.

各画素の空間光変調素子の部分では、画素スイッチ3,3a,…のゲートは対応する駆動線2,2a,…に接続し、ドレインは対応する垂直信号線1,1a,…に接続する。保持容量5,5a,…は、画素スイッチのソースと定電位点(例えば接地電位点)との間に設けられている。さらに、干渉構造部4,4a,…も画素スイッチのソースに接続している。各干渉構造部は、各画素に共通な共通対向電極6も備えている。垂直信号線1,1a,…の一端は、それぞれサンプリングスイッチ9,9a,…を介して空間光変調素子のための水平信号線10に接続し、サンプリングスイッチ9,9a,…のゲートは、区間光変調素子の水平シフトレジスタ8に接続する。また駆動線2,2a,…の一端は垂直シフトレジスタ7に接続する。   In the spatial light modulation element portion of each pixel, the gates of the pixel switches 3, 3a,... Are connected to the corresponding drive lines 2, 2a,..., And the drains are connected to the corresponding vertical signal lines 1, 1a,. The holding capacitors 5, 5a,... Are provided between the source of the pixel switch and a constant potential point (for example, a ground potential point). Further, the interference structures 4, 4a,... Are also connected to the source of the pixel switch. Each interference structure portion also includes a common counter electrode 6 common to each pixel. One end of each of the vertical signal lines 1, 1a,... Is connected to the horizontal signal line 10 for the spatial light modulator through the sampling switches 9, 9a,..., And the gates of the sampling switches 9, 9a,. Connected to the horizontal shift register 8 of the light modulation element. Further, one ends of the drive lines 2, 2 a,... Are connected to the vertical shift register 7.

各画素の受光素子の部分では、フォトダイオード21,21a,…のアノードは接地され、カソードはそれぞれ転送スイッチ22,22a,…の一端に接続している。転送スイッチ22,22a,…のゲートは対応する水平読出し線に接続し、他端はリセットスイッチの一端に接続している。リセットスイッチ23,23a,…は、フォトダイオード及びそれに対して電気的に接続するフローティングディフュージョン(FD)領域を所定電位までリセットするためのものであって、他端には所定の電位が印加されるとともに、ゲートは水平リセット線に接続している。さらに、転送スイッチ22,22a,…の他端は、フォトダイオード21,21a,…による信号電荷を増幅するための増幅トランジスタ24,24a,…のゲートにも接続している。増幅トランジスタ24,24a,…の一端には所定電位が印加され、他端は、選択スイッチ25,25a,…を介して、受光素子の対応する垂直信号線に接続する。選択スイッチのゲートは、対応する水平選択線に接続する。受光素子の垂直信号線26,26a,…の一端は、サンプリングスイッチ32,32a,…を介して、受光素子の水平信号線33に接続する。サンプリングスイッチ32,32a,…のゲートは、受光素子の水平シフトレジスタ31に接続する。受光素子のための水平読出し線27,27a,…、水平リセット線28,28a,…、水平選択線29,29aの各一端は、いずれも、受光素子の垂直シフトレジスタ30に接続している。   In the light receiving element portion of each pixel, the anodes of the photodiodes 21, 21a,... Are grounded, and the cathodes are connected to one ends of the transfer switches 22, 22a,. The gates of the transfer switches 22, 22a,... Are connected to the corresponding horizontal readout lines, and the other ends are connected to one end of the reset switch. The reset switches 23, 23a,... Are for resetting the photodiode and the floating diffusion (FD) region electrically connected thereto to a predetermined potential, and a predetermined potential is applied to the other end. At the same time, the gate is connected to the horizontal reset line. Further, the other ends of the transfer switches 22, 22a,... Are also connected to the gates of amplification transistors 24, 24a,... For amplifying signal charges by the photodiodes 21, 21a,. A predetermined potential is applied to one end of each of the amplification transistors 24, 24a,..., And the other end is connected to a corresponding vertical signal line of the light receiving element via the selection switches 25, 25a,. The gate of the selection switch is connected to the corresponding horizontal selection line. One end of the vertical signal lines 26, 26a,... Of the light receiving element is connected to the horizontal signal line 33 of the light receiving element via the sampling switches 32, 32a,. The gates of the sampling switches 32, 32a,... Are connected to the horizontal shift register 31 of the light receiving element. .., Horizontal reset lines 28, 28a,..., And horizontal selection lines 29 and 29a for the light receiving elements are all connected to the vertical shift register 30 of the light receiving element.

図12では、2行2列で画素が配置しているが、当然のことながら、本実施形態の光情報記録再生装置における変調/受光素子108の回路は、例えば1000行1000列のような多画素のマトリクス構成とすることもできる。   In FIG. 12, the pixels are arranged in 2 rows and 2 columns, but it goes without saying that the circuit of the modulation / light receiving element 108 in the optical information recording / reproducing apparatus of the present embodiment has, for example, a large number such as 1000 rows and 1000 columns. A pixel matrix configuration may also be used.

本実施形態の変調/受光素子108の回路動作について説明する。まず、書き込みモードについて説明する。書き込み時の動作は、一般の表示装置などにおけるアクティブマトリクス動作と同様の動作である。   The circuit operation of the modulation / light receiving element 108 of this embodiment will be described. First, the write mode will be described. The operation at the time of writing is the same as the active matrix operation in a general display device or the like.

まず垂直シフトレジスタ7から駆動線2にオン信号が入力され、画素スイッチ3,3aがオン状態になる。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がオンになって、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に信号に応じた電荷が蓄積される。SLMとして第1〜第3の実施形態において示したような反射型光干渉変調素子を用いる場合、干渉構造部4の反射電極(不図示)と共通対向電極6との間の電位差が印加され、この間に電界が生じる。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ことができる。ホログラフィックメモリシステムにおけるSLMとしては白と黒の2階調があればよいので、反射率としては最大反射率あるいは最小反射率が得られる電圧を干渉構造部4に与えることになる。次いでサンプリングスイッチ9をオフにした後にサンプリングスイッチ9aをオンにして、今度は、水平信号線10の信号を垂直信号線1aに書き込み、この信号を、画素スイッチ3aを介して保持容量5aに書き込む。このようなシーケンスで、水平方向(行方向)に順次信号を画素に書き込んでいく。   First, an ON signal is input from the vertical shift register 7 to the drive line 2, and the pixel switches 3 and 3a are turned on. In this state, the horizontal shift register 8 sequentially operates to transmit a signal from the horizontal signal line 10 to the vertical signal line 1. That is, first, the sampling switch 9 is turned on, the signal of the horizontal signal line 10 is written to the vertical signal line 1, and charges corresponding to the signal are accumulated in the storage capacitor 5 through the pixel switch 3. When the reflection type interferometric modulation element as shown in the first to third embodiments is used as the SLM, a potential difference between the reflection electrode (not shown) of the interference structure unit 4 and the common counter electrode 6 is applied. An electric field is generated during this time. By this electric field, the interference structure part 4 can be changed, and the reflectance with respect to incident light can be modulated to a desired value. Since the SLM in the holographic memory system only needs to have two gradations of white and black, the interference structure unit 4 is supplied with a voltage that provides the maximum reflectance or the minimum reflectance as the reflectance. Next, the sampling switch 9 is turned off and then the sampling switch 9a is turned on. This time, the signal of the horizontal signal line 10 is written to the vertical signal line 1a, and this signal is written to the holding capacitor 5a via the pixel switch 3a. In such a sequence, signals are sequentially written to the pixels in the horizontal direction (row direction).

1行全て書き込んだ後に、駆動線2がオフにされ、今度は駆動線2aに、画素スイッチ3b、3cをオン状態にするべく信号が入力される。後は前述同様に、水平方向に順次画素に信号を書き込んでいく。すべての行に電圧を書きこんだ後に、再びこの動作を第一行から繰り返し、各画素の電圧を書き換えていく。このようにして全画素に信号を書き込んだ後、第1の光源101からの光を変調/受光素子108に入射させれば、それぞれの画素において変調された光として反射し、その反射光は、参照光109と干渉して記録媒体118に記録される。   After all the lines have been written, the drive line 2 is turned off, and a signal is input to the drive line 2a to turn on the pixel switches 3b and 3c. Thereafter, as described above, signals are sequentially written to the pixels in the horizontal direction. After writing the voltages in all the rows, this operation is repeated again from the first row, and the voltages of the respective pixels are rewritten. After writing the signals to all the pixels in this way, if the light from the first light source 101 is incident on the modulation / light receiving element 108, the light is reflected as modulated light in each pixel, and the reflected light is Interference with the reference beam 109 is recorded on the recording medium 118.

参照光109を変調する画素、すなわち参照光領域にある画素は、一定の反射率になるように設定される。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よい。   A pixel that modulates the reference light 109, that is, a pixel in the reference light region is set to have a constant reflectance. For example, a voltage that gives the maximum reflectivity is applied to the same structure as the pixel that receives the information light. Further, for example, a mirror structure may be simply used without forming an interference structure.

次に、読出しモードについて説明する。   Next, the reading mode will be described.

記録媒体118に記録された情報が参照光109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21,21a…に蓄積される。垂直シフトレジスタ30から水平読出し線27にオン信号を出力し、転送スイッチ22をオン状態にすることで、フォトダイオードに貯められた電荷が増幅トランジスタ24のゲートの電位を変化させ、その結果、フォトダイオードに蓄えれた信号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によって選択スイッチ25をオン状態にすると、増幅トランジスタ24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を順次動作させて、サンプリングスイッチ32をオンにすることにより、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をオフにした後、次列のサンプリングスイッチ32aがオンとなって、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、垂直シフトレジスタ30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。あとは読み出された信号に基づいて、記録媒体118に記録されている信号を再生すればよい。   Information recorded on the recording medium 118 is reproduced by the reference light 109, light intensity corresponding to “1” (white) or “0” (black) is incident on the light receiving pixel, and an amount of electric charge corresponding to the light intensity is applied to the photodiode. Are accumulated in 21, 21 a. An on signal is output from the vertical shift register 30 to the horizontal readout line 27 and the transfer switch 22 is turned on, whereby the charge stored in the photodiode changes the potential of the gate of the amplifying transistor 24. A voltage corresponding to the signal stored in the diode is output to the drain of the amplification transistor 24. When the selection switch 25 is turned on by the horizontal selection line 29 from the vertical shift register 30, the output of the amplification transistor 24 is transmitted to the vertical signal line 26. Information is sent from the vertical signal line 26 to the horizontal signal line 33 by sequentially operating the horizontal shift register 31 and turning on the sampling switch 32. After the sampling switch 32 is turned off, the sampling switch 32a in the next row is turned on, and a signal is sent in the same manner. After all the signals in one row are sent, the vertical shift register 30 moves to the next row, and the signals are sequentially read out in the same manner. After that, the signal recorded on the recording medium 118 may be reproduced based on the read signal.

なお、反射型光干渉光変調素子を用いたSLMと受光素子であるCMOSセンサとをシリコン基板上に積層して一体化した場合、あるいは、画素間の位置に受光素子を配置した場合、受光素子も干渉構造部の上述した半透過膜の下側に位置することになる。したがって、読出しモードを行う直前に、情報を受光するすべての画素のSLMのトランジスタ3、3a、3b、…を一度オン状態にして、干渉構造部4,4a,4b,…が同程度の透過率を示す状態に保持しておく必要がある。   In addition, when the SLM using the reflection type optical interference light modulation element and the CMOS sensor as the light receiving element are stacked on the silicon substrate and integrated, or when the light receiving element is arranged at a position between the pixels, the light receiving element Is located below the above-described semi-permeable membrane of the interference structure. Therefore, immediately before the read mode is performed, the SLM transistors 3, 3a, 3b,... Of all the pixels that receive information are turned on once, and the interference structures 4, 4a, 4b,. It is necessary to keep in a state showing.

なお、SLMと受光素子とを縦方向に積層した構成の変調/受光素子を用いる場合を説明したが、同一のシリコン基板において基板表面の異なる位置にSLMと受光素子とを配置した場合においても、回路構成としては上述と同様のものである。すなわち、本実施形態では、シリコン半導体基板の表面において横方向に隣接してSLMとCMOSセンサとを配置したものも変調/受光素子として使用できる。   In addition, although the case where the modulation / light-receiving element having the configuration in which the SLM and the light-receiving element are stacked in the vertical direction is used has been described, even when the SLM and the light-receiving element are arranged at different positions on the substrate surface in the same silicon substrate, The circuit configuration is the same as described above. In other words, in the present embodiment, a device in which the SLM and the CMOS sensor are arranged in the lateral direction on the surface of the silicon semiconductor substrate can be used as the modulation / light receiving element.

次に、本実施形態における反射型光干渉光変調素子を用いたSLMと受光素子であるCMOSセンサとを縦に一体化にした、すなわち積層した変調/受光素子の構造について説明する。図13はそのような変調/受光素子の要部の断面構造を示している。ここでは、2画素分の領域が示されている。受光素子として高速読み出しが可能なCMOSセンサを用いる例を説明しているが、受光素子の種類は特に限定されるものではなく、CCDやその他の光センサでもよい。   Next, the structure of the modulation / light-receiving element in which the SLM using the reflection type optical interference light modulation element and the CMOS sensor as the light-receiving element in the present embodiment are vertically integrated, that is, is described. FIG. 13 shows a cross-sectional structure of the main part of such a modulation / light-receiving element. Here, a region for two pixels is shown. Although an example in which a CMOS sensor capable of high-speed reading is used as the light receiving element has been described, the type of the light receiving element is not particularly limited, and may be a CCD or other optical sensor.

単結晶シリコン(Si)基板51の表面にフォトダイオード52が形成され、また、CMOSセンサの転送スイッチのゲート電極53が設けられている。これらの全面を覆うように層間絶縁膜60が設けられ、層間絶縁膜60内には、CMOSセンサの配線54、SLMの配線55及び遮光膜56が設けられている。そして層間絶縁膜60の最表面近くには、反射電極57が設けられている。配線54は、コンタクトホールを介して転送スイッチのソース/ドレイン電極と接続し、配線55はコンタクトホールを介して反射電極57に接続する。層間絶縁膜60の表面であって、反射電極57の周縁部にあたる位置には、支柱状の絶縁膜61が設けられており、この絶縁膜61に保持されるようにして、半透過膜58が設けられている。半透過膜58と反射電極57との間には、空間(エアギャップ)62が形成されている。半透過膜58の表面のうち、空間62に面しない方の表面の全面に保護膜59が形成されている。この図では、素子間絶縁するためのLOCOS酸化膜等や、CMOSセンサの他のトランジスタ、配線、SLMの画素スイッチや配線は省略してある。   A photodiode 52 is formed on the surface of a single crystal silicon (Si) substrate 51, and a gate electrode 53 of a transfer switch of the CMOS sensor is provided. An interlayer insulating film 60 is provided so as to cover the entire surface, and a CMOS sensor wiring 54, an SLM wiring 55, and a light shielding film 56 are provided in the interlayer insulating film 60. A reflective electrode 57 is provided near the outermost surface of the interlayer insulating film 60. The wiring 54 is connected to the source / drain electrode of the transfer switch through a contact hole, and the wiring 55 is connected to the reflective electrode 57 through the contact hole. A columnar insulating film 61 is provided on the surface of the interlayer insulating film 60 and on the periphery of the reflective electrode 57, and the semi-transmissive film 58 is held by the insulating film 61. Is provided. A space (air gap) 62 is formed between the semi-transmissive film 58 and the reflective electrode 57. A protective film 59 is formed on the entire surface of the semipermeable membrane 58 that does not face the space 62. In this figure, a LOCOS oxide film for insulating between elements, other transistors and wirings of the CMOS sensor, and pixel switches and wirings of the SLM are omitted.

この変調/受光素子では、入射される光に対して反射電極57と半透過膜58との間で干渉を生じさせ、その間の空間(例えば空気)62の距離(エアギャップ)を変化させることで、反射率及び透過率を変化させている。この構成では、反射型光干渉光変調素子を用いたSLMと受光素子であるCMOSセンサを縦に一体化した構成となっている。そのため、受光素子であるCMOSセンサに入射する光を読み取る際に透過モードも使用するため、両ミラー(半透過膜68及び反射電極57)とも半透明である必要がある。しかしながら、横配置の場合には、干渉構造部4では透過モードを使用する必要が無いので、反射電極57は半透明である必要はない。反射電極57が半透明でない場合には、反射電極57として、反射率の高い材料を用いることが好ましく、例えば、Al,AlSi,AlCu,Ti,Ta,W、Ag、Pt、Ru,Ni,Au,TiN等の金属膜、あるいはこれら金属の化合物膜を用いることができる。ただし、反射電極の材質はここに示したものに限定されるものではない。反射電極57と半透過膜58との間に配置された支柱状の絶縁膜61は、例えばシリコン窒化膜で形成され、半透過膜58の保護膜59は、例えばシリコン酸化膜で形成される。なお、支柱状の絶縁膜61、層間絶縁膜60、保護膜59としては、電気的な絶縁材料であれば特に限定されることなく使用することができ、またこれらを異なる材料で構成しても同じ材料で構成してもよい。   In this modulation / light-receiving element, interference is caused between the reflective electrode 57 and the semi-transmissive film 58 with respect to incident light, and a distance (air gap) of a space (for example, air) 62 therebetween is changed. The reflectance and transmittance are changed. In this configuration, an SLM using a reflective optical interference light modulation element and a CMOS sensor as a light receiving element are vertically integrated. Therefore, since the transmission mode is also used when reading light incident on the CMOS sensor as the light receiving element, both mirrors (semi-transmissive film 68 and reflective electrode 57) need to be translucent. However, in the case of the horizontal arrangement, it is not necessary to use the transmission mode in the interference structure unit 4, and thus the reflective electrode 57 does not need to be translucent. When the reflective electrode 57 is not translucent, it is preferable to use a material having high reflectivity as the reflective electrode 57, for example, Al, AlSi, AlCu, Ti, Ta, W, Ag, Pt, Ru, Ni, Au. , TiN, or a metal film or a compound film of these metals can be used. However, the material of the reflective electrode is not limited to that shown here. The columnar insulating film 61 disposed between the reflective electrode 57 and the semi-transmissive film 58 is made of, for example, a silicon nitride film, and the protective film 59 of the semi-transmissive film 58 is made of, for example, a silicon oxide film. The pillar-shaped insulating film 61, the interlayer insulating film 60, and the protective film 59 can be used without any particular limitation as long as they are electrically insulating materials. You may comprise with the same material.

次に、この変調/受光素子の干渉構造部としての動作について説明する。まずTiからなる半透過膜58には、例えば0Vのグランド電位を与える。前述したアクティブマトリクス動作により、反射電極57には、信号に応じた電圧が与えられ、反射電極57と半透過膜58との間に電位差が生じ、それによって発生するクーロン力によりエアギャップが変化する。図14は、半透過膜58が厚さ5nmのTi、反射電極57が厚さ15nmのTiの層構成の干渉構造部を構成した場合に、エアギャップが170nmの時と10nmの時での反射率の波長変化を表わしたグラフである。保護膜59としては、厚さ10nmのSiO2が用いられている。図14に示すように、波長550nmの光において、エアギャップが170nmの時の反射率は52.5%であり、10nmの時の反射率は、1.2%である。反射電極57に与える信号の電圧により、エアギャップを10nmから170nmへと変化させると、それに伴い反射率が大きく変化することが分かる。この干渉作用は、波長や半透過膜材料、エアギャップによりそれぞれ設計可能であり、したがって、物理的な強度やコントラスト比等の特性を鑑みて、干渉構造部として必要な構成をとることが重要である。 Next, the operation of the modulation / light receiving element as an interference structure will be described. First, for example, a ground potential of 0 V is applied to the semi-transmissive film 58 made of Ti. By the above-described active matrix operation, a voltage corresponding to the signal is applied to the reflective electrode 57, a potential difference is generated between the reflective electrode 57 and the semi-transmissive film 58, and the air gap is changed by the coulomb force generated thereby. . FIG. 14 shows the reflection when the air gap is 170 nm and 10 nm when the interference structure portion is composed of the semi-transmissive film 58 having a thickness of 5 nm and the reflective electrode 57 having a thickness of 15 nm. It is a graph showing the wavelength change of a rate. As the protective film 59, SiO 2 having a thickness of 10 nm is used. As shown in FIG. 14, in light having a wavelength of 550 nm, the reflectance when the air gap is 170 nm is 52.5%, and the reflectance when the air gap is 10 nm is 1.2%. It can be seen that when the air gap is changed from 10 nm to 170 nm by the voltage of the signal applied to the reflective electrode 57, the reflectivity changes greatly accordingly. This interference action can be designed according to the wavelength, the semi-transmissive film material, and the air gap. Therefore, it is important to take the necessary structure as the interference structure in view of characteristics such as physical strength and contrast ratio. is there.

読出しモードの場合には、少なくとも情報光が入射する画素では、光干渉の状態は同じ状態にして透過率を一定にしておく必要がある。そこでこの変調/受光素子においてエアギャップを10nmにした場合の透過率に波長変化を図15に示す。この場合、透過率は23.0%と比較的低いが、一定であることが重要であって透過率の絶対値はそれほど重要ではない。透過率を一定に保つことにより、再生光の強度をCMOSセンサで判別し、白画素なのか黒画素なのかを識別することが可能になる。   In the readout mode, it is necessary to keep the light transmittance constant and the transmittance constant in at least the pixels on which information light is incident. Accordingly, FIG. 15 shows a change in wavelength in transmittance when the air gap is set to 10 nm in this modulation / light receiving element. In this case, the transmittance is relatively low at 23.0%, but it is important that the transmittance is constant, and the absolute value of the transmittance is not so important. By keeping the transmittance constant, it is possible to determine the intensity of the reproduction light with a CMOS sensor and identify whether it is a white pixel or a black pixel.

本実施形態では、SLMと受光素子であるCMOSセンサとを同一のチップに配しているので、両者間を位置合わせさせるための複雑な機構や高価なリレーレンズ系を廃することができ、光学系のコストダウンとコンパクト化を図ることができる。   In this embodiment, since the SLM and the CMOS sensor as the light receiving element are arranged on the same chip, a complicated mechanism for aligning the two and an expensive relay lens system can be eliminated, and the optical System cost reduction and downsizing can be achieved.

本実施形態によれば、情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞を記録して情報を記録させる光情報記録装置あるいは光情報記録再生装置において、情報を書き込むための素子として空間光変調素子を用いている。そして空間光変調素子は、ライン状もしくはマトリクス状に複数存在する反射型の光干渉変調素子を有する。各光干渉変調素子は、光源からの光を反射する反射電極と、反射電極上に空間を介して配置された半透過性の電極とによって構成されている。そして各光干渉変調素子では、反射電極の電位を制御し、反射電極と半透過性の電極との間の間隔を変化させることにより、反射光の強度を変調することができる。このような構成の反射型光変調素子を空間光変調素子は、微細に形成することが可能なシンプルな構造を有する。したがって本実施形態によれば、光情報記録装置あるいは光情報記録再生装置を低コストに構成することができる。   According to the present embodiment, a spatial light modulation element as an element for writing information in an optical information recording apparatus or an optical information recording / reproducing apparatus that records information by recording interference fringes caused by interference between information light and reference light Is used. The spatial light modulator has a plurality of reflection type optical interference modulators that exist in a line or matrix form. Each interferometric modulation element includes a reflective electrode that reflects light from the light source, and a semi-transmissive electrode that is disposed on the reflective electrode with a space interposed therebetween. In each interferometric modulation element, the intensity of the reflected light can be modulated by controlling the potential of the reflective electrode and changing the distance between the reflective electrode and the semi-transmissive electrode. The spatial light modulator having the reflection type light modulator having such a configuration has a simple structure that can be finely formed. Therefore, according to this embodiment, the optical information recording apparatus or the optical information recording / reproducing apparatus can be configured at low cost.

本発明は、光の干渉縞を記録媒体に記録することにより、高密度・大容量の情報の記録が可能な光情報記録装置及び光情報記録再生装置に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to an optical information recording apparatus and an optical information recording / reproducing apparatus capable of recording high density and large capacity information by recording light interference fringes on a recording medium.

本発明の第1の実施形態の光情報記録再生装置で用いられる空間光変調素子の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a spatial light modulation element used in an optical information recording / reproducing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 空間光変調素子の画素部(干渉構造部)の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pixel part (interference structure part) of a spatial light modulation element. 干渉構造部の波長−反射率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength-reflectance characteristic of an interference structure part. (a),(b)はぞれぞれ反射型光干渉変調素子の平面図及び斜視図である。(A), (b) is the top view and perspective view of a reflection type interferometric modulation element, respectively. 反射型光干渉変調素子を用いた空間光変調素子を有する半導体チップの平面図である。It is a top view of the semiconductor chip which has a spatial light modulation element using a reflection type interferometric modulation element. 第2の実施形態における反射型光干渉変調素子の平面図である。It is a top view of the reflection type interferometric modulation element in the second embodiment. 図6に示す反射型干渉素子の波長−反射率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength-reflectance characteristic of the reflective interference element shown in FIG. 第3の実施形態における反射型光干渉変調素子の平面図である。It is a top view of the reflection type interferometric modulation element in the third embodiment. 本発明の第4の実施形態の光情報記録再生装置の光学系を説明する図であって、記録時における光源から変調/受光素子までを示す図である。It is a figure explaining the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus of the 4th Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows from a light source at the time of recording to a modulation / light receiving element. 第4の実施形態の光情報記録再生装置の光学系を説明する図であって、記録時における変調/受光素子から記録媒体までを示す図である。It is a figure explaining the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus of 4th Embodiment, Comprising: It is a figure which shows from a modulation / light receiving element to a recording medium at the time of recording. 第4の実施形態の光情報記録再生装置の光学系を説明する図であって、再生時を示す図である。It is a figure explaining the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus of 4th Embodiment, Comprising: It is a figure which shows the time of reproduction | regeneration. 変調/受光素子を説明する等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram explaining a modulation / light receiving element. 変調/受光素子の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of a modulation / light receiving element. 変調/受光素子の波長−反射率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength-reflectance characteristic of a modulation / light receiving element. 変調/受光素子の波長−透過率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength-transmittance characteristic of a modulation / light receiving element. ホログラフィックメモリを用いる従来の光情報記録装置装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the conventional optical information recording device apparatus using a holographic memory.

符号の説明Explanation of symbols

1,26,301,302 垂直信号線
2,315,316 駆動線(走査線)
3,303〜306 スイッチングトランジスタ
4,307〜310 干渉構造部
5,311〜314 保持容量
6,322 共通対向電極
7,30,318 垂直シフトレジスタ
8,31,317 水平シフトレジスタ
9,32,320,321 サンプリングスイッチ
10,33,319 水平信号線
21,52 フォトダイオード
22 転送スイッチ
23 リセットスイッチ
24 増幅トランジスタ
25 選択スイッチ
27 水平読出し線
28 水平リセット線
29 水平選択線
42,47,58,331 半透過膜
45 参照光領域
46 情報光領域
51 シリコン(Si)基板
53 ゲート電極
54,55 配線
56,335 遮光膜
57,330 反射電極
59,333 保護膜
60 層間絶縁膜
61,332 絶縁膜
62 空間
101,201 第1の光源(緑色レーザ)
102,202 コリメータ
103 マスク素子
104,207 偏光ビームスプリッター(PBS)
105,212 1/4波長板(QWP)
106,107,111,113,208,210 リレーレンズ
108 変調/受光素子
109,205 参照光
110,206 情報光
112,115,122,203,209,213,223 ミラー
114,211 ダイクロイックビームスプリッタ(DBS)
116,214 対物レンズ
117,215 スピンドルモータ
118,216 記録媒体
119,220 第2の光源(赤色レーザ)
120,221 ビームスプリッタ(BS)
121,218,222 レンズ
123,224 光検出器
334 下地配線層
336 プラグ
204 空間光変調素子(SLM)
217 開口
219 受光素子
1,26,301,302 Vertical signal line 2,315,316 Drive line (scanning line)
3, 303 to 306 Switching transistor 4, 307 to 310 Interference structure portion 5, 311 to 314 Retention capacitance 6,322 Common counter electrode 7, 30, 318 Vertical shift register 8, 31, 317 Horizontal shift register 9, 32, 320, 321 Sampling switch 10, 33, 319 Horizontal signal line 21, 52 Photodiode 22 Transfer switch 23 Reset switch 24 Amplifying transistor 25 Selection switch 27 Horizontal readout line 28 Horizontal reset line 29 Horizontal selection line 42, 47, 58, 331 Transflective film 45 Reference light region 46 Information light region 51 Silicon (Si) substrate 53 Gate electrode 54 and 55 Wiring 56 and 335 Light shielding film 57 and 330 Reflective electrode 59 and 333 Protective film 60 Interlayer insulating film 61 and 332 Insulating film 62 Space 101 and 201 First The light source (green laser)
102, 202 Collimator 103 Mask element 104, 207 Polarizing beam splitter (PBS)
105,212 1/4 wave plate (QWP)
106, 107, 111, 113, 208, 210 Relay lens 108 Modulation / light receiving element 109, 205 Reference light 110, 206 Information light 112, 115, 122, 203, 209, 213, 223 Mirror 114, 211 Dichroic beam splitter (DBS) )
116, 214 Objective lenses 117, 215 Spindle motor 118, 216 Recording medium 119, 220 Second light source (red laser)
120,221 Beam splitter (BS)
121, 218, 222 Lens 123, 224 Photodetector 334 Base wiring layer 336 Plug 204 Spatial light modulator (SLM)
217 Aperture 219 Light-receiving element

Claims (10)

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形成することにより情報を前記記録媒体に記録し、前記記録媒体に参照光をあてて前記干渉縞を読み出して再生する光情報記録再生装置において、
光源と、
変調信号に応じて反射光の強度が変化する複数の変調素子を有して前記光源から出射された光束の少なくとも一部を変調し前記情報光とし、少なくとも一部を変調せずに前記参照光とするための空間光変調素子と
前記参照光と前記情報光を前記記録媒体の所定の深さで干渉させるための光学系と、
前記光源から前記参照光を前記記録媒体の所定の深さにあてて、前記干渉縞から前記情報光を再生して再生された情報光を取り出す光学系と、
受光素子と、
前記取り出された情報光を前記受光素子へ導入する光学系と、
を有し、
前記変調素子は、前記光源からの光を反射する反射電極と、前記反射電極より前記光源側に空間を介して配置され前記光源からの光に対して半透過性を示す半透過膜と、前記反射電極と前記半透過膜との間の距離を保持するために前記反射電極の周縁部にあたる位置のみに設けられる支柱状の絶縁膜と、を有し、前記反射電極と前記半透過膜との間隔を制御することによって前記光源からの光の反射率が変化し、
前記空間光変調素子と前記受光素子とが同一の基板に一体的に形成されており、前記空間光変調素子は前記基板の前記受光素子が形成される表面に配置されていることを特徴とする、光情報記録再生装置。
Optical information recording / reproduction in which information is recorded on the recording medium by forming interference fringes generated by the interference between the information light and the reference light on the recording medium, and the interference fringes are read and reproduced by applying the reference light to the recording medium. In the device
A light source;
It has a plurality of modulation elements whose reflected light intensity changes according to the modulation signal, and modulates at least a part of a light beam emitted from the light source to form the information light, and the reference light without modulating at least a part thereof a spatial light modulator to a,
An optical system for causing the reference light and the information light to interfere at a predetermined depth of the recording medium;
An optical system that applies the reference light from the light source to a predetermined depth of the recording medium, reproduces the information light from the interference fringes, and extracts the reproduced information light;
A light receiving element;
An optical system for introducing the extracted information light into the light receiving element;
Have
The modulation element is a reflective electrode that reflects light from the light source, and the semi-transmissive film exhibiting semi-transparent to light from the disposed through a space from the reflection electrode on the light source side before Symbol source A columnar insulating film provided only at a position corresponding to a peripheral edge of the reflective electrode in order to maintain a distance between the reflective electrode and the semitransmissive film, and the reflective electrode and the semitransmissive film reflectance of light from the light source is changed by controlling the distance between,
The spatial light modulation element and the light receiving element are integrally formed on the same substrate, and the spatial light modulation element is disposed on a surface of the substrate on which the light receiving element is formed. Optical information recording / reproducing device.
前記反射電極と前記半透過膜との間隔が前記各変調素子ごとに制御されることを特徴とする、請求項1に記載の光情報記録再生装置。 The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein an interval between the reflective electrode and the semi-transmissive film is controlled for each of the modulation elements. 前記反射電極と前記半透過膜との間に電圧を印加する手段を備え、前記電圧に応じて前記反射電極と前記半透過膜との間隔が変化す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再生装置。 3. A device for applying a voltage between the reflective electrode and the semi-transmissive film, wherein a distance between the reflective electrode and the semi-transmissive film changes according to the voltage. 2. An optical information recording / reproducing apparatus according to 1. 前記半透過膜は、複数の変調素子に対して共通に設けられる共通電極であり、各変調素子ごとに反射電極に前記電圧が印加されることを特徴とする、請求項3に記載の光情報記録再生装置。 The optical information according to claim 3, wherein the transflective film is a common electrode provided in common to a plurality of modulation elements, and the voltage is applied to the reflection electrode for each modulation element. Recording / playback device. 前記変調素子は、前記光源からの光を2値情報に変調することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。 5. The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the modulation element modulates light from the light source into binary information. 6. 前記基板は、単結晶シリコンの基板であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。 The substrate, the optical information recording and reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a substrate of single crystal silicon. 前記半透過膜は、Tiを含む材料からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。 The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the semi-transmissive film is made of a material containing Ti. 前記半透過膜は、各画素を画素の領域と比較して細い構造で接続していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。 8. The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the semi-transmissive film connects each pixel with a narrower structure than a pixel region. 9. 前記半透過膜における前記細い構造が複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光情報記録再生装置。 9. The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 8, wherein the thin structure of the semi-transmissive film is provided at a plurality of locations. 前記参照光は、前記変調素子と同一の面にあり前記変調素子と同じ構造を有する素子により前記空間光変調素子から反射されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。 10. The reference light according to claim 1, wherein the reference light is reflected from the spatial light modulation element by an element that is on the same plane as the modulation element and has the same structure as the modulation element. 11. Optical information recording / reproducing apparatus.
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