JP2021111434A - シングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的部品と機械的部品の数を減らすだけでなく、性能を低下させずにシステムの体積を縮小させ、コストを削減することができ、さらに、信号ビームと基準ビームが同じリレーレンズを共有しているため、２つのビームに対する環境の干渉が等しくなり、システム全体の安定性を向上させるシングルアーム構造のホログラフィック記憶装置を提供する。【解決手段】デジタル顕微鏡装置に基づくシングルアーム構造のホログラフィック記憶システムにおいて、該装置は、基準アーム４と信号アームの一部を一体化してシングルアーム構造を形成する。このような構造は、光学的部品と機械的部品の数を減らすだけでなく、性能を低下させずにシステムの体積を縮小させ、コストを削減することができ、さらに、信号ビーム８０と基準ビーム７０が同じリレーレンズ群７０を共有しているため、２つのビームに対する環境の干渉が等しくなり、システムの安定性を向上させる。【選択図】図２

Description

本発明は、光ホログラフィック記憶技術分野に関し、より具体的には、シングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置に関する。

球面基準ビームを利用してシフト多重化ホログラフィック記憶を行うために、レーザを光源してビームスプリッタによって信号ビームと基準ビームに分割し、これらのビームは、具体的に図１に示すように、異なる光路を通過した後、記憶媒体で干渉してホログラムを形成し、情報を記録する。

図１は、従来のダブルアーム構造のデータ記憶装置の光学システムの構造を示す図である。レーザ機器から出射されたレーザは、ビームが拡大されて偏光方向が調整された後、偏光ビームスプリッタによって分割され、透過した信号ビームは、空間光変調器によって入力信号がロードされた後、リレーレンズによって結像されるが、反射された基準ビームは、集光されて偏光方向が調整され、リレーレンズによって処理され、信号ビームと基準ビームは、一定の角度で記憶媒体に入射されて干渉してホログラムを形成する。このシステムは、信号光が信号アームによって処理され、基準光が基準アームによって処理されるという物理的に分離された２本のアームを有するホログラフィック記憶システムであり、この物理的に分離された２本のアームを有する光学システムは、小型化と反干渉安定性の点で欠陥があり、これは、実用化に向けて緊急に解決すべき重要な問題である。

本発明は、信号アームと基準アームの一部を一体化して、球面波基準光シフト多重化の方法を採用してホログラフィック記憶を行う、コンパクトで安定したシングルアーム構造のホログラフィック記憶システムを開示する。光学システムでは、それぞれビームコンバイナとビームスプリッタとして機能する２つの偏光ビームスプリッタがあり、基準光と信号光に対して順次結合と分割操作を行い、ビームコンバイナとビームスプリッタの間には、フィルタを含むリレーレンズ群が配置され、空間光変調器でのパターンを転送してフィルタリングすることができ、フーリエホログラフィーを使用する場合、当該フィルタは記憶媒体でのホログラムの大きさも制御することができる。また、リレーレンズ群のレンズのうちの１つは、光軸方向またはシフト多重化方向に移動可能なアクチュエータに固定されており、媒体の温度変化などにより読出時と記録時の条件が異なる場合には、このアクチュエータを制御することで誤差を補正し、このアクチュエータが読出時のみ動作する。

リレーレンズが信号光と基準光で共有されているため、この光学システムは「シングルアーム構造」と呼ばれる。シングルアーム構造により、光学的部品と機械的部品の数を減らすだけでなく、性能を低下させずにシステムの体積を縮小させ、コストを削減することができ、さらに、信号ビームと基準ビームが同じリレーレンズを共有しているため、２つのビームに対する環境の干渉が等しくなり、すなわち、システムの安定性を向上させる。

具体的には、前記シングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置は、レーザ出力ユニット、ビーム結合ユニット、基準アームおよびビーム分割ユニットを含み、レーザ出力ユニットは、光を出力してビームを拡大するために使用され、ビームが拡大された光は、ビーム結合ユニットに入射され、前記ビーム結合ユニットは、入力された光を偏光方向が直交する同軸の信号ビームと基準ビームに変換してビーム分割ユニットに出力し、ビーム分割ユニットは、受信された信号ビームと基準ビームを分離し、基準ビームが基準アームに入り、信号ビームが記憶媒体に入射され、基準アームは、基準ビームを調整して記憶媒体に入射し、信号ビームと基準ビームは、記憶媒体で干渉してホログラムを形成し、情報を記憶媒体に記録する。

記憶媒体に記憶された信号を読み取るための信号再生ユニットをさらに含む。

好ましくは、レーザ出力ユニットは、光源エミッタ、ビームエキスパンダ、第１の半波長板を含み、光源エミッタから出射された光は、まずビームエキスパンダおよび第１の半波長板で処理され、次にビーム結合ユニットに入射され、第１の半波長板は、信号ビームと基準ビームの光強度比を調整するために使用される。

好ましくは、ビーム結合ユニットは、ビームコンバイナ、空間光変調器、第１の反射鏡およびリレーレンズ群を含み、ビームコンバイナは、まずレーザ出力ユニットからの入射光を偏光方向が直交する基準ビームと信号ビームに分割し、信号ビームは、第１の反射鏡で反射され、空間光変調器で入力変調信号がロードされ、変調された信号ビームと基準ビームは、ビームコンバイナで結合され、リレーレンズ群を通過してビーム分割ユニットに入射される。

代替的に、ビーム結合ユニットは、ビームコンバイナ、空間光変調器、第１の反射鏡、第１の四分の一波長板、第２の四分の一波長板およびリレーレンズ群を含み、ビームコンバイナは、まずレーザ出力ユニットからの入射光を偏光方向が直交する基準ビームと信号ビームに分割し、信号ビームは、第１の反射鏡で反射され、第１の四分の一波長板で２回透過された後、偏光方向が基準ビームの偏光方向と同様になり、ビームコンバイナで反射された後、第２の四分の一波長板を通過して空間光変調器で入力信号がロードされて反射され、変調された信号ビームは、再び第２の四分の一波長板を通過してビームコンバイナに再入射され、反射された基準ビームと結合し、リレーレンズ群を通過してビーム分割ユニットに入射される。

前記リレーレンズ群の中央には、信号ビームを空間的にフィルタリングするためのローパスフィルタが設けられる。

前記ビームコンバイナは、偏光選択特性を有する光学素子であり、第１の偏光ビームスプリッタである。

好ましくは、ビーム分割ユニットは、ビームスプリッタおよび第１のフーリエレンズを含み、ビーム結合ユニットによって入射された信号ビームと基準ビームは、ビームスプリッタで分離され、信号ビームは、第１のフーリエレンズに入射された後、記憶媒体に入射され、基準ビームは基準アームに入射される。

前記ビームスプリッタは、偏光選択特性を有する光学素子であり、第２の偏光ビームスプリッタである。

好ましくは、基準アームは、第２の反射鏡および第２の半波長板を含み、入射された基準ビームは、第２の反射鏡を通過して、第２の半波長板によって偏光方向が信号ビームと同じ方向になるように調整された後、記憶媒体に入射される。

好ましくは、信号再生ユニットは、第２のフーリエレンズおよび光検出器を含み、基準ビームは、記憶媒体での情報を記録したホログラムに照射され、得られた回折光は、元の信号ビーム方向に沿って入力情報を再生し、第２のフーリエレンズで処理された後、光検出器で読み取られる。

従来技術と比較して、本発明の有益な効果は次のとおりである。シングルアーム構造のホログラフィック記憶装置は、光学的部品と機械的部品の数を減らすだけでなく、性能を低下させずにシステムの体積を縮小させ、コストを削減することができ、さらに、信号ビームと基準ビームが同じリレーレンズを共有しているため、２つのビームに対する環境の干渉が等しくなり、システム全体の安定性を向上させる。

本発明または従来技術における技術的な解決手段をより明確に説明するために、以下は、実施例または従来技術の記述で使用される図面を簡単に説明する。明らかに、以下で記述される図面は、本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力をかけずにこれらの図面から他の図面を得ることが可能である。本発明の上記および他の目的、特徴や利点は、図面を通してより明確になるであろう。

従来のダブルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置を示す図である。 本出願の実施例によって提供される、ＤＭＤに基づくシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶システムを示す図である。 本出願の実施例によって提供される、ＬＣＤに基づくシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶システムを示す図である。

以下では、本発明の実施例における技術的解決手段を、本発明の実施形態の図面と併せて、明確かつ完全に説明する。明らかに、記載された実施例は、本発明の実施例の一部に過ぎず、全部ではない。当業者であれば、本発明の実施例に基づいて、創造的な労力をかけずに得られた他の全ての実施例は、本発明の保護範囲に含まれる。

本発明の図面は、例示的な説明のみに用いられるが、本発明を限定とするものとして理解されない。以下の実施例をよりよく説明するために、図面のいくつかの構成要素は、省略、拡大または縮小されてもよく、実際の製品のサイズを表すものではない。図面におけるいくつかの周知の構造およびその説明が省略されてもよいことは、当業者であれば理解できる。

実施例１
図２は、本実施例によって提供される、デジタル顕微鏡装置（ＤＭＤ）に基づくシングルアーム構造のホログラフィック記憶システムを示す図である。主な構成要素は、光源エミッタ１０、ビームエキスパンダ２０、第１、第２の半波長板３１、３２、第１、第２の偏光ビームスプリッタ４１、４２、第１、第２の反射鏡５１、５２、空間光変調器６０、基準ビーム７０、信号ビーム８０、リレーレンズ群９０、ローパスフィルタ１００、第１、第２のフーリエレンズ１１１、１１２、集光レンズ１２０、記憶媒体１３０、および光検出器１４０である。

本実施例によって採用されるシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置は、レーザ出力ユニット１、ビーム結合ユニット２、基準アーム４、ビーム分割ユニット３および信号再生ユニット５を含み、レーザ出力ユニット１は、光を出力してビームを拡大するために使用され、拡大された光は、ビーム結合ユニット２に入射され、前記ビーム結合ユニット２は、入力された光を偏光方向が直交する同軸の信号ビームと基準ビームに変換してビーム分割ユニット３に出力し、ビーム分割ユニット３は、受信された信号ビームと基準ビームを分離し、基準ビームが基準アーム４に入り、信号ビームが記憶媒体に入射され、基準アーム４は、基準ビームを調整して記憶媒体に入射し、信号ビームと基準ビームは、記憶媒体で干渉してホログラムを形成し、情報を記憶媒体に記録し、基準光シフト多重化の方法により記憶容量を増やすことができ、信号再生ユニット５は、記憶媒体に記録された信号を読み取るために使用される。

レーザ出力ユニットは、レーザ機器１０、ビームエキスパンダ２０、第１の半波長板３１を含み、ビーム結合ユニットは、ビームコンバイナ、空間光変調器６０、第１の反射鏡５１およびリレーレンズ群９０を含み、本実施例におけるビームコンバイナは、第１の偏光ビームスプリッタ４１であり、ビーム分割ユニットは、ビームスプリッタおよび第１のフーリエレンズ１１１を含み、本実施例におけるビームスプリッタは、第２の偏光ビームスプリッタ４２であり、基準アームは、第２の反射鏡５２および第２の半波長板３２を含み、信号再生ユニットは、第２のフーリエレンズ１１２および光検出器１４０を含む。

本実施例では、レーザ機器１０から出射された光は、ビームエキスパンダ２０および第１の半波長板３１を通過した後、第１の偏光ビームスプリッタ４１によって垂直偏光の反射基準ビーム７０と水平偏光の透射信号ビーム８０とに分割される。ここで、透過した信号ビーム８０は、第１の反射鏡５１で反射された後、空間光変調器６０で入力変調信号がロードされ、変調された信号ビームは、第１の偏光ビームスプリッタ４１に再入射し、反射された基準ビーム７０と結合し、リレーレンズ群９０とローパスフィルタ１００を通過する。その後、信号光と基準光は、第２の偏光ビームスプリッタ４２によって分離され、それぞれ信号光チャネルと基準光チャネルに入る。ここで、信号光は、フーリエレンズ１１１によって記憶媒体１３０に収束され、基準光は、半波長板３２によって偏光方向が水平方向になるように調整され、集光レンズ１２０によって球面波が形成され、記憶媒体１３０の同じ位置に入射され、信号光と干渉し、得られたホログラムを記憶媒体に記録する。

信号が読み出されると、空間光変調器６０に入力信号がなく、この時、記憶媒体での情報を記録したホログラムに基準ビームのみが照射され、得られた回折光は、元の信号ビーム方向に沿って入力情報を再生し、光検出器１４０で読み取られる。

本実施例では、信号ビームと基準ビームの光強度比は、第１の半波長板３１によって調整される。

本実施例では、空間光変調器６０は、入射光の偏光状態が要求されないデジタル顕微鏡装置（ＤＭＤ）である。

本実施例では、リレーレンズ群９０のうちのレンズの１つは、光軸方向またはシフト多重化方向に移動可能なアクチュエータに固定されており、媒体の温度変化などにより読出時と記録時の条件が異なる場合には、このアクチュエータを制御することで誤差を補正し、このアクチュエータが読出時のみ動作する。

実施例２
図３は、本実施例によって提供される、液晶装置（ＬＣＤ）に基づくシングルアーム構造のホログラフィック記憶システムである。主な構成要素は、レーザ機器１０、ビームエキスパンダ２０、第１、第２の半波長板３１、３２、第１、第２の偏光ビームスプリッタ４１、４２、第１、第２の反射鏡５１、５２、空間光変調器６０、基準ビーム７０、信号ビーム８０、リレーレンズ群９０、ローパスフィルタ１００、第１、第２のフーリエレンズ１１１、１１２、集光レンズ１２０、光ディスク１３０、光検出器１４０、第１、第２の四分の一波長板１５１、１５２である。

本実施例によって採用されるシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置は、基本的に実施例１の構造と同じであり、その相違点として、本実施例におけるビーム結合ユニット２はさらに、第１の四分の一波長板１５１および第２の四分の一波長板１５２を含む。

本実施例では、レーザ機器１０から出射された光は、ビームエキスパンダ２０および第１の半波長板３１を通過した後、第１の偏光ビームスプリッタ４１によって垂直偏光の反射基準ビーム７０と水平偏光の透射信号ビーム８０とに分割される。ここで、透過した信号ビーム８０は、第１の反射鏡５１で反射され、第１の四分の一波長板１５１で２回透過した後、偏光方向が垂直方向に変化し、第１の偏光ビームスプリッタ４１によって反射され、その後、第２の四分の一波長板１５２を通過して空間光変調器６０で入力信号がロードされて反射され、変調された信号ビームは、再び第２の四分の一波長板１５２を通して第１の偏光ビームスプリッタ４１に再入射し、反射された基準ビーム７０と結合し、そして、リレーレンズ群９０によって結像され、ローパスフィルタ１００によってフィルタリングされる。その後、信号光と基準光は、第２の偏光ビームスプリッタ４２によって分離され、それぞれ信号光チャネルと基準光チャネルに入る。ここで、信号光は、フーリエレンズ１１１によって光ディスク１３０に収束され、基準光は、半波長板３２によって偏光方向が水平方向になるように調整され、集光レンズによって球面波が形成され、光ディスク１３０の同じ位置に入射され、信号光と干渉し、得られたホログラムを記憶媒体に記録する。

信号が読み出されると、空間光変調器６０に入力信号がなく、この時、光ディスクでの情報を記録したホログラムに基準光のみが照射され、得られた回折光は、元の信号ビーム方向に沿って入力情報を再生し、光検出器１４０で読み取られる。

本実施例では、信号ビームと基準ビームの光強度比は、第１の半波長板３１によって調整される。

本実施例では、空間光変調器６０は、振幅型液晶空間光変調器である液晶装置（ＬＣＤ）である。

本実施例では、リレーレンズ群９０のうちの１つは、光軸方向またはシフト多重化方向に移動可能なアクチュエータに固定されており、媒体の温度変化などにより読出時と記録時の条件が異なる場合には、このアクチュエータを制御することで誤差を補正し、このアクチュエータが読出時のみ動作する。

上記の実施例では、基準アームと信号アームの一部を一体化してシングルアーム構造を形成することにより、光学的部品と機械的部品の数を減らすだけでなく、性能を低下させずにシステムの体積を縮小させ、コストを削減することができ、さらに、信号ビームと基準ビームが同じリレーレンズを共有しているため、２つのビームに対する環境の干渉が等しくなり、すなわち、システムの安定性を向上させる。

明らかに、本発明の上記実施例は、本発明の技術的解決手段を明確に説明するための例に過ぎず、本発明の具体的な実施形態を限定するためのものではない。本発明の特許請求の範囲の精神および原則の範囲内で行われたいかなる修正、同等の代替、改良などは、本発明の特許請求の範囲の保護の範囲に含まれるべきである。

Claims (16)

1. 球面光波を基準ビームとして信号ビームと記憶媒体で干渉させてホログラムを形成し、シフト多重化の方法によって記憶容量を増やし、光学システムでは、基準ビームと信号ビームを順次結合及び分割する一対のビームコンバイナとビームスプリッタが動作し、ビームコンバイナとビームスプリッタの間には、フィルタを含むリレーレンズ群が配置され、空間光変調器でのパターンを転送してフィルタリングする、ことを特徴とするシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
2. 前記ビームコンバイナおよびビームスプリッタは、偏光選択特性を有する光学素子である、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
3. 前記フィルタは、記憶媒体でのホログラムの大きさを制御するためのローパスフィルタである、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
4. 前記リレーレンズ群のレンズ素子の少なくとも１つは、ビームの光軸方向に沿った平行移動ステージに取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
5. 前記リレーレンズ群のレンズ素子の少なくとも１つは、シフト多重化方向に沿った平行移動ステージに取り付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
6. レーザ出力ユニット、ビーム結合ユニット、基準アームおよびビーム分割ユニットを含み、
   レーザ出力ユニットは、光を出力してビームを拡大するために使用され、
   ビームが拡大された光は、ビーム結合ユニットに入射され、前記ビーム結合ユニットは、入力された光を偏光方向が直交する同軸の信号ビームと基準ビームに変換してビーム分割ユニットに出力し、
   ビーム分割ユニットは、受信された信号ビームと基準ビームを分離し、基準ビームが基準アームに入り、信号ビームが記憶媒体に入射され、
   基準アームは、基準ビームを調整して記憶媒体に入射し、
   信号ビームと基準ビームは、記憶媒体で干渉してホログラムを形成し、情報を記憶媒体に記録し、シフト多重化の方法により記憶容量を増やすことができる、ことを特徴とするシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
7. 記憶媒体に記憶された信号を読み取るための信号再生ユニットをさらに含む、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
8. レーザ出力ユニットは、光源エミッタ、ビームエキスパンダ、第１の半波長板を含み、光源エミッタから出射された光は、まずビームエキスパンダおよび第１の半波長板で処理され、次にビーム結合ユニットに入射される、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
9. ビーム結合ユニットは、ビームコンバイナ、空間光変調器、第１の反射鏡およびリレーレンズ群を含み、ビームコンバイナは、まずレーザ出力ユニットからの入射光を偏光方向が直交する基準ビームと信号ビームに分割し、信号ビームが第１の反射鏡で反射され、空間光変調器で入力変調信号がロードされ、変調された信号ビームと基準ビームは、ビームコンバイナで結合され、リレーレンズ群を通過してビーム分割ユニットに入射される、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
10. ビーム結合ユニットは、ビームコンバイナ、空間光変調器、第１の反射鏡、第１の四分の一波長板、第２の四分の一波長板およびリレーレンズ群を含み、ビームコンバイナは、まずレーザ出力ユニットからの入射光を偏光方向が直交する基準ビームと信号ビームに分割し、信号ビームが第１の反射鏡で反射され、第１の四分の一波長板で２回透過された後、偏光方向が垂直偏光になり、ビームコンバイナで反射された後、第２の四分の一波長板を通過して空間光変調器で入力信号がロードされて反射され、変調された信号ビームは、第２の四分の一波長板を再び通過してビームコンバイナに再入射され、反射された基準ビームと結合し、リレーレンズ群を通過してビーム分割ユニットに入射される、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
11. リレーレンズ群の中央には、信号ビームを空間的にフィルタリングするためのローパスフィルタが設けられる、ことを特徴とする請求項９または１０に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
12. 前記ビームコンバイナは、偏光選択特性を有する光学素子であり、第１の偏光ビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項９または１０に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
13. ビーム分割ユニットは、ビームスプリッタおよび第１のフーリエレンズを含み、ビーム結合ユニットによって入射された信号ビームと基準ビームは、ビームスプリッタによって分離され、信号ビームは、第１のフーリエレンズに入射された後、記憶媒体に入射され、基準ビームは基準アームに入射される、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
14. 前記ビームスプリッタは、偏光選択特性を有する光学素子であり、第２の偏光ビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項１３に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
15. 基準アームは、第２の反射鏡および第２の半波長板を含み、入射された基準ビームは、第２の反射鏡を通過した後、第２の半波長板によって偏光方向が信号ビームと同じ方向になるように調整された後、記憶媒体に入射される、ことを特徴とする請求項６に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。
16. 信号再生ユニットは、第２のフーリエレンズおよび光検出器を含み、基準ビームは、記憶媒体での情報を記録したホログラムに照射され、得られた回折光は、元の信号ビームの方向に沿って入力情報を再生し、第２のフーリエレンズで処理された後、光検出器で読み取られる、ことを特徴とする請求項７に記載のシングルアーム構造のホログラフィックデータ記憶装置。

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