JP2016164816A - Holographic memory device, optical system used for the same, and intensity distribution conversion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コヒーレント光の強度分布を変換する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for converting the intensity distribution of coherent light.
本技術分野の背景技術として、特開2012−243355号公報(特許文献1)がある。特許文献1には課題として、「ホログラム記録媒体に情報を記録する、またはホログラム記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置において、光量の強度分布が均一でない光ビームを用いて記録再生を行った場合に、記録密度が低下するという課題があった。」と記載があり、解決手段として、「光検出器により信号光の強度分布を検出し、検出した情報を基に強度分布変換素子によりレーザ光の強度分布を制御し、強度分布を制御したレーザ光をホログラム記録媒体に照射することにより情報を記録または再生する。」と記載されている。 As a background art in this technical field, there is JP 2012-243355 A (Patent Document 1). Japanese Patent Laid-Open No. 2004-228688 has a problem that “in an optical information recording / reproducing apparatus that records information on a hologram recording medium or reproduces information from a hologram recording medium, recording / reproduction is performed using a light beam with a non-uniform light intensity distribution. As a solution, “the intensity distribution of the signal light is detected by a photodetector and the intensity distribution conversion element is used based on the detected information.” Information is recorded or reproduced by controlling the intensity distribution of the laser beam and irradiating the hologram recording medium with the laser beam having the intensity distribution controlled. "
また、特開平8−94839号公報(特許文献2)がある。特許文献2には、課題として、「光ビーム変換装置において、不均一なエネルギー分布を有する入射光ビームを出射面で略均一なエネルギー分布を有する光ビームに変換する。」と記載があり、解決手段として、「光ビーム変換装置(またはビームホモゲナイザー)10はサブホログラムであるアレイ(マトリクス)状のファセット12を有するホログラフィー素子である。不均一なエネルギー分布を有する光ビーム14を当該ホログラフィー素子10を通過させると低エネルギー分布のファセットを重ね合わせることにより、出射面またはターゲット領域16で略均一なエネルギー分布の出射ビーム22が得られる。」と記載されている。
There is also JP-A-8-94839 (Patent Document 2). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 has a problem that “in the light beam conversion device, an incident light beam having a non-uniform energy distribution is converted into a light beam having a substantially uniform energy distribution on the exit surface”. As a means, “a light beam conversion device (or beam homogenizer) 10 is a holographic element having an array (matrix)
また、Herwig Kogelnik, ” Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings”, Bell System Technical Journal Volume 48, Issue 9, pages 2909-2947, November 1969(非特許文献1)には、Kogelnikの結合波理論について記載されている。
Herwig Kogelnik, “Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings”, Bell System Technical Journal Volume 48,
また、Masanori Takabayashi and Atsushi Okamoto, “Self-referential holography and its applications to data storage and phase-to-intensity conversion”, Optics Express, Vol. 21, Issue 3, pp. 3669-3681 (2013)(非特許文献2)には、自己参照型ホログラフィについて記載されている。 Masanori Takabayashi and Atsushi Okamoto, “Self-referential holography and its applications to data storage and phase-to-intensity conversion”, Optics Express, Vol. 21, Issue 3, pp. 3669-3681 (2013) 2) describes self-referencing holography.
光情報記録システムであるホログラフィックメモリでは、信号光と参照光とを干渉させ、その干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録するが、この信号光・参照光の強度が不均一な空間分布を持つ場合、記録・再生性能劣化の要因となる。この強度分布不均一は、例えば半導体レーザチップから出射したレーザー光が、中心部の強度が強い分布を持っていることに起因して発生する。また、光学部品に付着した埃や汚れ、傷や加工残り、開口での回折や迷光との干渉などに起因して発生する。この課題は、例えばレーザー加工機などのコヒーレントな光ビームを用いた光学系においても、加工精度低下、加工効率低下の要因となるため課題となる。 In a holographic memory that is an optical information recording system, signal light and reference light interfere with each other, and the interference fringes are recorded as a hologram on an optical information recording medium. However, the intensity of the signal light and reference light is not uniform. May cause deterioration of recording / reproducing performance. This non-uniform intensity distribution occurs, for example, because the laser light emitted from the semiconductor laser chip has a distribution with a strong intensity at the center. Further, it occurs due to dust and dirt adhering to the optical component, scratches and processing residue, diffraction at the opening, interference with stray light, and the like. This problem becomes a problem because, for example, in an optical system using a coherent light beam such as a laser processing machine, it causes a decrease in processing accuracy and processing efficiency.
強度分布均一化の方法として、例えば特許文献1では、透過率分布を持つ強度分布補正素子を用いている。しかし、この方法では、光ビーム内の強度を弱い部分に合わせるため、光利用効率が低下する課題がある。
As a method for uniforming the intensity distribution, for example,
また、例えば特許文献2では、ホログラフィー素子によって強度分布を均一化しているが、このホログラフィー素子の作製は、入射する強度分布が複雑である場合、回折格子パターンの計算に時間がかかりコストが高くなる課題がある。 For example, in Patent Document 2, the intensity distribution is made uniform by a holographic element. However, when the incident intensity distribution is complicated, the production of the holographic element takes time to calculate the diffraction grating pattern and increases the cost. There are challenges.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. To give an example, an optical system using a coherent light beam is a light source that emits a light beam, and a light beam emitted from the light source. An intensity distribution conversion unit that converts the intensity distribution and an irradiation unit that irradiates a desired object with the light beam emitted from the intensity distribution conversion unit, the intensity distribution conversion unit performs phase modulation and condensing of the light beam The phase modulation unit and a diffraction element disposed in the phase modulation unit are used.
本発明によれば、高い光利用効率を保ったまま、強度分布を変換することが可能となる。さらに、強度分布が複雑な場合にも、低コストかつ容易に強度分布を変換することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to convert the intensity distribution while maintaining high light utilization efficiency. Furthermore, even when the intensity distribution is complicated, the intensity distribution can be easily converted at a low cost.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
ホログラフィックメモリの信号光の強度分布は再生信号の品質を示す指標であるSN(Signal to Noise ratio)に大きく影響を与える。特に、光強度が弱い部分は読み取りエラーが発生しやすい。このため強度分布が不均一であると、光強度の弱い部分が発生し、それに伴い読み取りエラー発生率が大きくなる。それに対し、強度分布が均一な場合には、読み取りエラー発生率を低減することができ、高いSNが得られる。本実施例は、強度分布変換光学系を用いることで、強度分布を均一化している。以下、強度分布変換光学系を搭載したホログラフィックメモリ装置について説明する。 The intensity distribution of the signal light in the holographic memory greatly affects the SN (Signal to Noise ratio) which is an index indicating the quality of the reproduction signal. In particular, a reading error is likely to occur in a portion where the light intensity is low. For this reason, if the intensity distribution is not uniform, a portion having a low light intensity is generated, and the reading error rate is increased accordingly. On the other hand, when the intensity distribution is uniform, the reading error rate can be reduced, and a high SN can be obtained. In this embodiment, the intensity distribution is made uniform by using an intensity distribution converting optical system. A holographic memory device equipped with an intensity distribution conversion optical system will be described below.
図1はホログラムとして光情報記録媒体1にデジタル情報を記録/再生するホログラフィックメモリ装置10の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
図1において、ホログラフィックメモリ装置10は、入出力制御回路90を介して外部制御装置91と接続されている。記録する場合には、ホログラフィックメモリ装置10は外部制御装置91から記録する情報信号を入出力制御回路90により受信する。再生する場合には、ホログラフィックメモリ装置10は再生した情報信号を入出力制御回路90により外部制御装置91に送信する。
In FIG. 1, the
ホログラフィックメモリ装置10は、光学系11、再生用光学系12、ディスクキュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14、及び回転モータ50を備えており、光情報記録媒体1は回転モータ50によって回転可能な構成となっている。
光学系11は、参照光と信号光を光情報記録媒体1に照射し、ホログラムとしてデジタル情報を記録媒体に記録する役割を果たす。この際、記録する情報信号はコントローラ89によって信号生成回路86を介して光学系11内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。
The
The
光情報記録媒体1に記録した情報を再生する場合は、アクセス制御回路81に接続された再生用光学系12によって、光学系11から出射された参照光を、記録時とは逆の向きに光情報記録媒体1に入射させるよう変換する。この再生用参照光によって再生される再生光を、光学系11内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路85によって信号を再生する。
When reproducing the information recorded on the optical
光情報記録媒体1に照射する参照光と信号光の照射時間は、光学系11内のシャッタの開閉時間をコントローラ89によってシャッタ制御回路87を介して制御することで調整できる。
The irradiation time of the reference light and the signal light applied to the optical
ディスクキュア光学系13は、光情報記録媒体1のプリキュアおよびポストキュアに用いる光を生成する役割を果たす。プリキュアとは、光情報記録媒体1内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光を照射する前工程である。ポストキュアとは、光情報記録媒体1内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光を照射する後工程である。
The disc cure optical system 13 plays a role of generating light used for pre-cure and post-cure of the optical
ディスク回転角度検出用光学系14は、光情報記録媒体1の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体1を所定の回転角度に設定する場合は、ディスク回転角度検出用光学系14によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ89によってディスク回転モータ制御/アクセス制御回路88を介して光情報記録媒体1の回転角度を制御する事ができる。
The disk rotation angle detection
光源駆動回路82からは所定の光源駆動電流が光学系11、キュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14内の光源に供給され、各々の光源からは所定の強度で光ビームを発光することができる。
A predetermined light source driving current is supplied from the light
また、回転モータ50は、光情報記録媒体1の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、ディスク回転モータ/アクセス制御回路88を介して位置制御がおこなわれる。
The
ところで、ホログラムの角度多重の原理を利用した記録技術は、参照光角度のずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。従って、光学系11内に、参照光角度のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路83にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路84を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構をホログラフィックメモリ装置10内に備えることが必要となる。
By the way, the recording technique using the principle of hologram angle multiplexing tends to have a very small tolerance for the deviation of the reference beam angle. Therefore, a mechanism for detecting the deviation amount of the reference beam angle is provided in the
なお、光学系11、ディスクキュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。
The
図2は、ホログラフィックメモリ装置10における光学系11の基本的な光学系構成の一例における記録原理を示したものである。光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、例えば2分の1波長板などで構成される偏光方向変換素子204によってp偏光とs偏光の強度比が所望の比になるように偏光方向が制御される。その後、光ビームを信号光206と参照光207に分離する光学素子である偏光ビームスプリッタ205に入射する。
FIG. 2 shows a recording principle in an example of a basic optical system configuration of the
偏光ビームスプリッタ205を透過した光ビームは、信号光206として働き、ビームエキスパンダ208によって光ビーム径が拡大された後、位相変調素子209、リレーレンズ210とリレーレンズ210の集光点付近に配置した強度分布変換素子229、偏光ビームスプリッタ211をそれぞれ透過して空間光変調器212に入射する。空間光変調器212は、空間的に光の強度を変調するデバイスであり、これを用いて信号光に2次元のデジタル情報を付加する。-
空間光変調器212によって情報が付加された信号光は、偏光ビームスプリッタ211を反射し、リレーレンズ213ならびに空間フィルタ214を透過する。その後、信号光は対物レンズ215によって光情報記録媒体1に照射され集光する。
The light beam that has passed through the
The signal light to which information is added by the spatial
一方、偏光ビームスプリッタ205を反射した光ビームは参照光207として働き、偏光方向変換素子216によって記録時または再生時に応じた所定の偏光方向に設定された後、ミラー217、参照光の光ビームの形状を規定するアイリス226、およびミラー218を経由してガルバノミラー219に入射する。ガルバノミラー219はアクチュエータ220によって角度を設定可能なため、レンズ221とレンズ222からなるスキャナーレンズ227を通過した後に光情報記録媒体1に入射する参照光の入射角度を、所望の角度に設定することができる。
On the other hand, the light beam reflected by the
信号光206と参照光207を光情報記録媒体1内で、互いに重なり合うように入射させることで、光情報記録媒体1内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを光情報記録媒体1に書き込むことで情報を記録する。また、ガルバノミラー219によって光情報記録媒体1に入射する参照光207の入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。
By causing the
以降、同じ領域に参照光角度を変えて記録されたホログラムのうち、1つ1つの参照光角度に対応したホログラムをページと呼び、同領域に角度多重されたページの集合をブックと呼ぶことにする。 Hereinafter, among the holograms recorded in the same area while changing the reference beam angle, a hologram corresponding to each reference beam angle is called a page, and a set of pages angle-multiplexed in the same area is called a book. To do.
図3は、ホログラフィックメモリ装置10における光学系11の基本的な光学系構成の一例における再生原理を示したものである。記録した情報を再生する場合は、偏光方向変換素子204を用いて参照光207だけとし、さらに偏光方向変換素子216を用いて、記録時に対し偏光方向を90度回転させる。この参照光は、ミラー217、アイリス226、およびミラー218を経由してガルバノミラー219に入射し、所望の参照光角度に設定した後、光情報記録媒体1に入射する。光情報記録媒体1を透過した光ビームは、角度設定可能なガルバノミラー224によって反射され再生用参照光となる。この再生用参照光によって回折された再生光228は、対物レンズ215、リレーレンズ213ならびに空間フィルタ214を透過する。その後、再生光は偏光ビームスプリッタ211を透過して光検出器225に入射し、記録した信号を再生することができる。光検出器225としては、例えばCMOSイメージセンサーやCCDイメージセンサーなどの撮像素子を用いることができるが、ページデータを再生可能であれば、どのような素子であっても構わない。
FIG. 3 shows a reproduction principle in an example of a basic optical system configuration of the
以下、上述した本実施例の特徴について、更に詳細に説明する。 Hereinafter, the features of this embodiment will be described in more detail.
本実施例の特徴は、レーザー光の強度分布を略均一化するための強度分布変換素子229を配置している点である。強度分布不均一は、例えばチップから出射したレーザー光が、中心部の強度が強い分布を持っていることに起因して発生する。また、光学部品に付着した埃や汚れ、傷や加工残り、開口での回折や迷光との干渉などに起因して発生する。これに対し、本実施例では、位相変調素子209とリレーレンズ210および強度分布変換素子229を用いて強度分布を略均一化している。その原理と方法を以下説明する。
The feature of the present embodiment is that an intensity
まず、強度分布変換原理を説明する。図4は、強度分布変換原理の考え方を説明するための概念図である。(A)は変換前の強度分布、(B)は、強度分布均一化を特許文献1記載の透過率フィルタを用いて行った場合、(C)は、強度分布均一化を本実施例の強度分布変換方法を用いて行った場合のそれぞれ強度に関する概念図である。特許文献1の強度分布変換方法では、(A)に示す不均一な強度分布を、(B)に示すように最低の強度値に合わせた変換後強度分布904になるように、強度分布に略反比例する透過率を持ったフィルタを用いて変換する。利用しない強度部分901が存在するため光利用効率が低下する。一方、本実施例の強度分布変換方法では、(C)に示すように、変換前の強度分布の平均値905が変換後の強度分布となるように、変換すべき強度部分902の強度分布の強い部分の光強度を弱い部分に移動させる。この方法により高い光利用効率を実現することができる。
First, the principle of intensity distribution conversion will be described. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the concept of the intensity distribution conversion principle. (A) is intensity distribution before conversion, (B) is intensity distribution uniformization using the transmittance filter of
図5は、強度分布変換原理を説明するために用いる光学系の概略図で、図2に示した光学系11内の位相変調素子209、リレーレンズ210、強度分布変換素子229、空間光変調器212部分のみを示しており、位相変調素子209とリレーレンズ210内のフーリエレンズ103,104、および空間光変調器212は4f系を構成している。また、説明を簡単にするため、位相変調素子209は素子上の任意の位置で任意の位相変調ができるものとする。また、強度分布変換部として、位相変調部と強度分布変換素子を有しており、位相変調部は位相変調素子209とフーリエレンズ103,104を含むリレーレンズ210からなり、リレーレンズ210の集光点付近に強度分布変換素子229が配置されているので、強度分布変換部は位相変調部と位相変調部内に配置された強度分布変換素子を有している。
FIG. 5 is a schematic diagram of an optical system used to explain the principle of intensity distribution conversion. The
図5(A)に示すように、信号光206を位相変調素子209に入射する。位相変調素子209の任意の点から出射した光をホイヘンスの原理に従って球面波と考えると、ある点からの出射光がフーリエレンズ103により平行光となり、強度分布変換素子229に入射する。強度分布変換素子229は、体積型ホログラフィック光学素子であり、所定範囲内の任意のある角度から入射した平行光を所定の角度範囲の略すべての角度の平行光として出射するものである。したがって、位相変調素子209上の1点の光が、空間光変調器212上の全面に分散される。位相変調素子209の位相分布を調整することで、空間光変調器212上の強度分布を均一化することができる。以下、位相変調素子209の位相分布と空間光変調器212上の強度分布の関係を詳細に説明する。
As shown in FIG. 5A, the
まず、図5(B)に示すように、位相変調素子209上の2点A1,A2から出射した光の空間光変調器212上の2点B1,B2での強度について考える。強度分布変換素子229は、位相変調素子209上の略すべての点から出射した光による平行光同士のホログラムが存在している回折素子であるが、ここでは、A1、A2から出射した2つの光が作った平行光同士のホログラムに注目する。A1、A2の2点から出射した光がフーリエレンズ103により平行光となり、強度分布変換素子229に入射すると、それぞれホログラムのBragg回折によって透過光と回折光が発生する。A1から出射した光の透過光と回折光はそれぞれ空間光変調器212上の2点B1とB2に到達し(図5(B))、またA2から出射した光の透過光と回折光はそれぞれB2とB1に到達し(図5(C))、これら2つの光がB1とB2で干渉する。Braggの条件を満たすホログラムの回折光は、透過光に対して+π/2または−π/2の位相差をもつ。これについては、例えば非特許文献1に記載の式から導出できる。上記からB1およびB2での光強度を、A1およびA2からの透過光と回折光のそれぞれの干渉を考えて以下の式(1)により計算することができる。
First, as shown in FIG. 5B, the intensity at two points B1 and B2 on the spatial
ここで、iは虚数単位√-1であり±の符号は回折素子が持つホログラムの記録条件により決定される。また、a1、a2、b1、b2はそれぞれA1、A2、B1、B2での光の複素振幅であり、これらの位置での光強度は|a1|^2などとして計算できる。 Here, i is an imaginary unit √-1, and the sign of ± is determined by the hologram recording condition of the diffraction element. Further, a1, a2, b1, and b2 are complex amplitudes of light at A1, A2, B1, and B2, respectively, and the light intensity at these positions can be calculated as | a1 | ^ 2.
A1とA2に記録時と再生時の位相差(再生時の位相−記録時の位相)δ1、δ2を与えると、式(1)は、この位相差を明示して、以下の式(2)
When phase differences between recording and reproduction (phase during reproduction−phase during recording) δ1 and δ2 are given to A1 and A2, Equation (1) expresses this phase difference, and the following Equation (2)
のように書け、光強度は、iの符号が“+”となる記録条件のとき、以下の式(3)
And the light intensity is expressed by the following formula (3) under the recording condition where the sign of i is “+”.
と書ける。この式から、δ1、δ2を適当に選べば、A1、A2に対してB1、B2の光強度を変化させることができることがわかる。 Can be written. From this equation, it can be seen that if δ1 and δ2 are appropriately selected, the light intensities of B1 and B2 can be changed with respect to A1 and A2.
位相変調素子209上の2点A1とA2での位相を記録時と同じにする、すなわちδ1=δ2とすると、B1とB2での光強度も同じになる。また、δ1=0、δ2=π/2とすると、B1よりB2の方が、光強度が強くなり、A1の光強度がA2に移動する。反対に、δ1=π/2、δ2=0とすると、B1よりB2の方が、光強度が弱くなり、A2の光強度がA1に移動する。以上から、図5の構成により、位相変調素子209上の任意の2点間で光強度の移動が可能である。
If the phase at the two points A1 and A2 on the
また、光強度を対応する各点での記録時との位相差δ1,δ2で微分すると、以下の式(4)
Further, when the light intensity is differentiated by the phase difference δ1, δ2 from the recording at each corresponding point, the following equation (4) is obtained.
となり、|b1|^2、|b2|^2は、0〜π/2の範囲のδ1、δ2に対して単調増加することが分かる。よって、信号光206が不均一の場合、強度を増加させたい部分の位相を、強度を減少させたい部分の位相より大きい値とすることで、光強度の移動が行われ強度分布の均一化を行うことができる。
It can be seen that | b1 | ^ 2 and | b2 | ^ 2 monotonically increase with respect to δ1 and δ2 in the range of 0 to π / 2. Therefore, when the
式(1)を位相変調素子209上のすべての点の複素振幅a1,…,anと観測点212上のすべての点の複素振幅b1,…,bnに対して拡張すると、以下の式(5)
When the expression (1) is expanded with respect to the complex amplitudes a1,..., An of all points on the
のように書け、a1,…,anの位相に応じて、任意の2点間で光強度の移動ができることがわかる。 It can be seen that the light intensity can be moved between any two points in accordance with the phases of a1,.
以上から、位相変調素子209と強度分布変換素子229、フーリエレンズ103,104を用い、位相変調素子209の位相分布を予め決定することで、空間光変調器212上の光強度を均一に変換できることが示された。
From the above, the light intensity on the spatial
続いて、動作フローにしたがって、ホログラフィックメモリ装置10における強度分布変換方法を説明する。
Next, the intensity distribution conversion method in the
図6は、強度分布変換を行う動作フローを示したものである。図6において、まず、ステップ401,402は、変換前の強度分布を取得する処理であり、そのための光学系構成である図7を用いて説明する。図7は、図2の光学構成と比較して、強度分布変換素子229を除いて、偏光方向変換素子230を追加した構成である。図7において、偏光方向変換素子230により信号光206の偏光を調整し(401)、直接光検出器225へ信号光206を入射させる。これにより、空間光変調器212上の強度分布を測定する(402)。
FIG. 6 shows an operation flow for performing intensity distribution conversion. In FIG. 6, first, steps 401 and 402 are processes for acquiring the intensity distribution before conversion, and will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a configuration in which a polarization
続いて、図6のステップ403で、取得した強度分布の評価を行う。所望の性能が達成されていない場合Rejectとして、後述する強度分布変換素子作製光学系600を用いて強度分布変換素子229を作製する(406)。その後、後述する位相検出光学系618を用いて、位相変調素子209の位相パターンを求め、位相変調素子209を作製する(409)。
Subsequently, in
次に、作製した強度分布変換素子229と位相変調素子209を、図5の光学系11内のリレーレンズ210集光点付近に設置する(410)。そして、位置・角度の調整を行い、所望の強度分布変換性能が出ているかを光検出器225で取得した強度分布を用いて評価する(411)。位置・角度を調整しても所望の性能が出ない場合Rejectとし、後で説明する、位相変調素子作製ステップ409の詳細ステップである、位相パターンに対して共役な位相パターンを持つ位相変調素子209を作製するステップ807に戻って、位相変調素子作製をやり直す。また、所望の性能が出た場合Acceptとして、信号光の偏光を調整し元の状態に戻す(412)。
Next, the produced intensity
上記の手順により、ホログラフィックメモリ装置10の信号光206の強度分布を低コストに変換することができ、エラー発生率を低減させて高いSNを得ることができる。また、特許文献2では、変換前の強度分布に応じて、回折格子パターンを反復計算する必要があるのに対して、本実施例の方法では、位相変調パターンを式(5)を用いて容易に計算することができるので、特許文献2の方法と比べて、容易に実現できる。
By the above procedure, the intensity distribution of the
次に、図6のステップ406の強度分布変換素子229の作製方法を説明する。図8は、強度分布変換素子作製光学系を示す概略図である。この光学系はホログラフィックメモリ装置10とは独立に構築しておく。
Next, a method for manufacturing the intensity
まず、強度分布変換素子作製光学系600の構成を説明する。光源601を出射した光ビームはコリメートレンズ602を透過し、シャッタ610に入射する。シャッタ610が開いている時は、光ビームは、偏光方向変換素子611とリレーレンズ603および空間フィルタ604を透過して、偏光ビームスプリッタ606に入射する。偏光方向変換素子611によりs偏光としておくことで、光ビームは4分の1波長板612と位相変調器605に入射する。位相変調器605に入射する光ビームは、空間フィルタ604を用いて、略均一な強度・位相分布にしておく。位相変調器605に表示する位相変調パターン708は、参照位相分布とする。この分布は、意図的に0〜πのある程度高い空間周波数を持つ分布とする。その理由は、ホログラム記録の際に記録媒体のM#が有限であることから、フーリエ面の強度分布を略均一にすることで効果的なホログラム記録が実現できるためである。また、位相変調器605は、反射型の空間光変調器で、入射光の2次元の空間的な位相分布を少なくとも0〜3π/2の範囲で多値変調させることができる。4分の1波長板612と位相変調器605でp偏光への変換および位相変調を行った後、光ビームはフーリエレンズ607を用いて集光点付近に配置されたホログラム記録媒体105へ入射する。ここで、位相変調器605とフーリエレンズ607,608、および光検出器609は、4f系を構成している。
First, the configuration of the intensity distribution conversion element manufacturing
この光学系を用い、シャッタ610を所望の時間だけ開き、ホログラム記録媒体105を露光することで、ホログラム記録媒体105から強度分布変換素子229が作製される。ここで作製された強度分布変換素子229は、位相変調器605の各ピクセルからの光がホログラム記録媒体105内で干渉して各ピクセル間のホログラムを生成することによって作製されている。この方法は、非特許文献2に記載されている自己参照型ホログラフィの考え方を応用している。また、この強度分布変換素子229は、変換前の強度分布の情報を必要としないため、予め量産しておくことができる。
Using this optical system, the
続いて、図6のステップ409の位相変調素子209を作製する方法を説明する。位相変調素子209の位相変調パターンは、強度分布変換素子229を作製したときに用いた任意の位相変調パターンである参照位相分布に合わせて作製する必要がある。このパターンは、計算機上で式(5)を用いて計算することができる。
Next, a method for manufacturing the
また、計算で求めることが難しい、強度分布変換素子229や光学系計算モデルの理想状態からのずれを吸収するために、下記の方法を用いることもできる。すなわち、図8の光学系を用いて均一な強度分布の光を上記で作製した強度分布変換素子229に入射し、出射した光をフーリエレンズ608で略平行光にして光検出器609上の強度分布を取得する。そして、この強度分布が、図6のフロー402で測定した変換前の強度分布と略一致するように、位相変調器605の位相分布を選ぶ。このとき、強度分布変換素子229は、均一な強度分布を変換前の強度分布に変換している。つまり、これを反対に考えると、空間光変調器609上の位相分布を測定し、この位相分布の共役な位相分布を信号光に付加すれば、強度分布変換素子229を透過したあとの光の強度分布は均一になるはずである。以下、この考え方を用いた位相変調素子209の作製方法を示す。
The following method can also be used to absorb the deviation from the ideal state of the intensity
図6における位相変調素子作製ステップ409の詳細フローにおいて、まず、変換前の強度分布の情報を用いて、位相変調器に表示する位相変調パターンを計算する(801)。そして、位相分布を調整して(802)、位相変調パターンを位相変調器に表示する(803)。ここで、図9を用いて、位相変調器605に表示する位相変調パターンの作製方法を説明する。図9は、強度分布変換素子作製時と位相変調素子作製時での位相変調素子605に表示する位相変調パターンの作製方法を示している。強度分布変換素子作製時は、参照位相分布705(φref(x、y)とする)をそのまま表示すればよい。一方、位相変調素子作製時は、図6のフロー402で取得した変換前の信号光206の強度分布701(I(x,y))を用いて位相分布を計算する必要がある。まず、変換前の強度分布701(I(x,y))とその略最大の値Imaxを用いて、以下の式(6)のように位相分布δ(x、y)を求める。
In the detailed flow of the phase modulation
次に、参照位相分布705(φref(x、y))をδ(x、y)に加算して、位相変調パターン709を作製する。したがって、位相変調パターン709は、φref(x、y)+δ(x、y)である。
Next, the reference phase distribution 705 (φref (x, y)) is added to δ (x, y) to produce a
このようにして求めた位相変調パターン709を図10に示す光学系内の位相変調器605に表示する(803)。ここで、図10の光学系は位相変調素子を作製する際に用いる光学系であり、図8の光学系に後述する位相検出光学系618を追加したものである。次に、この光学系を用いて、強度分布変換素子の再生を行い(804)、光検出器609上の強度分布を取得し、変換前の信号光強度分布と略一致しているか確認する。
The
ここで、式(4)で示した位相と強度の単調増加の関係を比例関係と近似すると、光検出器609上の強度分布Iout(x、y)は、位相分布δ(x、y)に略比例するといえる。すなわち、参照位相との位相差δ(x、y)を持つ位相分布の光を入射した際の光検出器609上の強度分布Iout(x、y)は、定数Cを用いて、以下の式(7)
Here, when the relationship between the phase and the monotonic increase of the intensity shown in Equation (4) is approximated as a proportional relationship, the intensity distribution Iout (x, y) on the
と表せる。このことから、光検出器609上の強度分布Iout(x、y)は、変換前の信号光強度分布と略一致するはずである。
It can be expressed. From this, the intensity distribution Iout (x, y) on the
よって、ステップ805で強度分布の確認を行い、OKであればAcceptとして、光検出器609上の位相分布を測定する(806)。NGであれば、Rejectとして、801に戻って位相変調パターンを計算し、位相分布調整(802)を繰り返す。ここで、図10の位相検出光学系618を用いた位相検出方法について説明する。図10で、偏光方向変換素子611を調整することにより光ビームにs偏光とp偏光の両方の偏光成分を持たせ、偏光ビームスプリッタ606を透過したp偏光成分を位相検出光学系618およびハーフミラー619を用いて光検出器609上に導き、強度分布変換素子229からの出射光620と干渉させる。位相検出光学系618は、2枚のミラー615,616と、ミラー615を微小距離移動させるアクチュエータ614で構成され、ミラー615を微小距離移動させることで位相シフト法またはフリンジスキャン法と呼ばれる方法で位相分布を検出することができる。位相検出方法は、フーリエ変換法など他の方法を用いてもよい。
Therefore, the intensity distribution is confirmed in
上記の方法で取得した位相パターンに対して共役な位相パターンを持つ位相変調素子209を作製する(807、808)。本実施例では、位相変調素子は透過型であり、ガラス基板などの材料に電子線描画装置などを用いて作製した、入射光に位相変調を与える素子とするが、透過型の空間光変調器を用いたりすることもできる。また、位相変調素子の位相パターンは、信号光206の位相分布を、図10の強度分布変換素子229からの出射光620と共役な位相分布にする目的があるので、位相変調素子209前の信号光206の位相パターンが不均一の場合、これを補正する位相分布を付加することで、強度分布均一化の性能向上が見込める。
A
本実施例では、強度分布変換素子229が任意の強度分布を変換できる汎用なものであるのに対し、位相変調素子209は変換前の強度分布に応じて作製する必要がある。反対に、位相変調素子209を汎用のものとして、強度分布変換素子229を変換前の強度分布に応じて作製することも、同様の考え方を用いてできる。この場合、図11に示すように、強度分布変換素子作製時の位相変調パターン706をφref(x、y)−δ(x、y)とすればよい。
In the present embodiment, the intensity
また、この方法で、φref(x、y)を所望の位相分布とすれば、空間光変調器212上の位相分布がφref(x、y)となり、変換前の強度分布に依存しない。そのため、空間光変調器212上の位相分布を所望の位相分布とすることができ、例えば従来の位相マスクと兼用することが出来、エネルギーの局所集中を回避でき、SNが最も高くなる位相分布となるように最適化することもできる。しかし、その場合、位相変調素子209と強度分布変換素子229は、変換前の強度分布の情報を用いて作製する必要がある。
If φref (x, y) is a desired phase distribution by this method, the phase distribution on the spatial
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。 As described above, the present embodiment is an optical system using a coherent light beam, and includes a light source that emits a light beam, an intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of the light beam emitted from the light source, and an intensity. An irradiation unit that irradiates a desired object with the light beam emitted from the distribution conversion unit, and the intensity distribution conversion unit includes a phase modulation unit that performs phase modulation and condensing of the light beam, and a diffraction disposed in the phase modulation unit. A structure having elements is used.
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。 In addition, a holographic memory device using a hologram, a light source that emits light, an optical element that separates the light emitted from the light source into signal light and reference light, and spatial light for adding information to the signal light A modulation unit and an intensity distribution conversion unit that converts the intensity distribution of the light emitted from the light source unit, and the intensity distribution conversion unit is disposed in the phase modulation unit and the phase modulation unit that perform phase modulation and condensing of the light beam. The diffractive element is included.
また、コヒーレントな光ビームの強度分布を変換する強度分布変換方法であって、位相変調素子とリレーレンズとリレーレンズの集光点付近に回折素子が配置された強度分布変換部を用いて、位相変調素子の位相分布である位相変調パターンと回折素子のホログラムの組み合わせで光ビームの強度分布を変換する構成とする。 Also, an intensity distribution conversion method for converting the intensity distribution of a coherent light beam, using a phase distribution element, a relay lens, and an intensity distribution conversion unit in which a diffraction element is arranged near the condensing point of the relay lens, The light beam intensity distribution is converted by a combination of a phase modulation pattern, which is a phase distribution of the modulation element, and a hologram of the diffraction element.
これにより、本実施例によれば、高い光利用効率を保ったまま、強度分布を変換することが可能となる。さらに、強度分布が複雑な場合にも、低コストかつ容易に強度分布を変換することが可能となる。よって、SN改善と光利用効率向上が低コストかつ容易に可能となる。 Thereby, according to the present embodiment, it is possible to convert the intensity distribution while maintaining high light utilization efficiency. Furthermore, even when the intensity distribution is complicated, the intensity distribution can be easily converted at a low cost. Therefore, SN improvement and light utilization efficiency improvement can be easily performed at low cost.
実施例1では、ホログラフィックメモリ10の光学系11における信号光206の不均一な強度分布を略均一な強度分布に変換したが、本実施例では均一でない所望の強度分布に変換することで、更なるSN改善を行っている。
In the first embodiment, the non-uniform intensity distribution of the
図2の空間光変調器212直前の強度分布が均一であっても下記のような理由で再生時に光検出器225が検出する信号光が不均一な強度分布となる。例えば、空間光変調器212の面内反射率が不均一であることが原因でおこる。または、信号光206と参照光207の光情報記録媒体1でのオーバーラップずれがあることによる回折効率の不均一が原因となる。または、信号光206が集光していることに起因する参照光207との偏光方向の違いによる回折効率の不均一が原因となる。または、光検出器の感度の不均一が原因となる。本実施例では、再生時に光検出器225が検出する信号光が略均一となるように強度分布を予め変換しておくことでSN改善を行っている。
Even if the intensity distribution just before the spatial
また、本実施例では、光利用効率の向上のために、同様の強度分布変換方法により光ビーム形状の変形も行っている。光検出器225は通常矩形であるが、ホログラフィックメモリ12の光学系11で用いるレーザーからの入射光、レンズなどの光学素子は円形である。そこで、丸い強度分布を光検出器225上で矩形にすることによって、光利用効率を向上させることができる。
In this embodiment, the light beam shape is also deformed by the same intensity distribution conversion method in order to improve the light utilization efficiency. Although the
本実施例では、ホログラフィックメモリ装置の内容と強度分布変換原理は、実施例1と同様であるが、位相変調素子の位相分布が異なる。図12は、所望の強度分布への変換の概略図である。本実施例では、図12(A)のような任意の強度分布を図12(B)のような所望の強度分布907へ変換する。すなわち、変換すべき強度部分906を弱い部分に移動させ、所望の強度分布907の強度の平均値と変換前の平均値は略一致している。これにより、高い光利用効率で強度分布を所望の分布に変換することができる。
In this embodiment, the contents of the holographic memory device and the intensity distribution conversion principle are the same as those in the first embodiment, but the phase distribution of the phase modulation element is different. FIG. 12 is a schematic diagram of conversion to a desired intensity distribution. In this embodiment, an arbitrary intensity distribution as shown in FIG. 12A is converted into a desired
本実施例について、図13に示す動作フローを用いて説明する。 This embodiment will be described with reference to the operation flow shown in FIG.
実施例1では、変換前の強度分布を測定する際、偏光方向変換素子204を用いて図7に示すように、直接信号光206を光検出器225に入射していた(401)。一方、本実施例では、一度、強度分布変換素子229がない状態でホログラムの記録・再生を行い(501、502)、再生された信号光を光検出器225で取得し、強度分布の均一性を評価する(503)。この動作を図14に示す。図14において、実線が記録、点線が再生の場合の信号の流れを示している。そして、所望の性能が達成されていない場合、Rejectとして強度分布変換を行う。
In Example 1, when measuring the intensity distribution before conversion, the
このとき、空間光変調器212の画像は、すべてONピクセルの画像とするか、ONピクセルとOFFピクセルの両方を含むデータページパターンとする。データページパターンの場合は、OFFピクセル部分の光強度が分からないため、反転したデータページも用意しておき、反転前と反転後の2つのデータページについてそれぞれ記録再生を行って、再生画像のONピクセル部分のみ着目して同様の評価を行う。また、このときの位相変調素子209の位相変調パターンは、最高周波数が空間フィルタ214を通過する程度のランダムな位相分布を用いる。上記で測定した強度分布には、前記の強度分布不均一要因による影響がすべて含まれていると考える。上記で取得した変換前のすべてONピクセルの強度分布をIread(x、y)とする。
At this time, the images of the spatial
強度分布変換は、まず、偏光方向変換素子230を調整して、光検出器225により、直接信号光206の強度分布I_SLM(x、y)を取得する(504、505)。
In the intensity distribution conversion, first, the polarization
続いて、ホログラムの記録・再生を行って取得した強度分布Iread(x、y)と変換前の空間光変調器212上の強度分布I_SLM(x、y)を用いて、変換後の目標強度分布Itarget(x、y)を、以下の式(8)を用いて計算する。
Subsequently, using the intensity distribution Iread (x, y) acquired by recording / reproducing the hologram and the intensity distribution I_SLM (x, y) on the spatial
ここで、<>は空間平均を表す。また、Ireadが非常に小さい値の部分は、Itargetが非常に大きい値となってしまうため、所定の閾値を設けてIreadが閾値以下の部分は変換しないこととしてもよい。 Here, <> represents a spatial average. In addition, since a portion having a very small value of Iread has a very large value of Itarget, a predetermined threshold value may be provided so that a portion where Iread is equal to or less than the threshold value may not be converted.
実施例1と同様の手順により図9に示す位相変調パターン708を用いて、強度分布変換素子229を作製し(506)、変換後にItarget(x、y)となるよう位相変調素子209を作製する。所望の強度分布とするため、位相変調素子209作製時の位相変調パターン710(δ(x、y))は、
Using the
ただし、ΔI(x、y)=Itarget(x、y)−I_SLM(x、y)となるようにする。ここで、cはδ(x、y)が0〜π/2の範囲を超えないように設定する定数またはΔI(x、y)の関数である。 However, ΔI (x, y) = Itarget (x, y) −I_SLM (x, y). Here, c is a constant or a function of ΔI (x, y) set so that δ (x, y) does not exceed the range of 0 to π / 2.
実施例1と同様に、位相変調パターン709(δ(x、y)+φref(x、y))を、位相変調器605に表示して、図10に示す光学系により、光検出器609上の位相分布を取得する。そして、この位相分布の共役位相をもつ位相変調素子を作製する(507)。
Similar to the first embodiment, the phase modulation pattern 709 (δ (x, y) + φref (x, y)) is displayed on the
次に、強度分布変換素子229と位相変調素子209をホログラフィックメモリ装置10の光学系11に搭載し、位置・角度の調整を行う(508、509)。光検出器225により、所望の強度分布Itargetが得られているかどうかを確認し、得られている場合Acceptとして信号光の偏光方向を調整して(510)処理を終了(511)し、得られていない場合Rejectとして、位相変調素子の作製からやり直す。なお、位相変調素子作製ステップ507の詳細ステップは、図6と同じであるので、その説明は省略する。
Next, the intensity
信号光の強度分布不均一の要因は上記以外にも、例えば記録時の振動、参照光の収差や強度分布、情報記録媒体1の透過率の入射角依存性などに起因する記録ホログラムの品質劣化が考えられる。本実施例の方法によれば、これらの要因による強度分布不均一の影響も改善することができる。
In addition to the above, the cause of non-uniformity in the intensity distribution of the signal light is, for example, quality deterioration of the recording hologram due to vibration during recording, aberration and intensity distribution of the reference light, incident angle dependency of the transmittance of the
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換する構成とする。 As described above, the present embodiment is an optical system using a coherent light beam, and includes a light source that emits a light beam, an intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of the light beam emitted from the light source, and an intensity. An irradiation unit that irradiates a desired object with the light beam emitted from the distribution conversion unit, and the intensity distribution conversion unit includes a phase modulation unit that performs phase modulation and condensing of the light beam, and a diffraction disposed in the phase modulation unit. An intensity distribution conversion unit is configured to convert the intensity distribution of the light beam into a desired intensity distribution.
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換する構成とする。 In addition, a holographic memory device using a hologram, a light source that emits light, an optical element that separates the light emitted from the light source into signal light and reference light, and spatial light for adding information to the signal light A modulation unit and an intensity distribution conversion unit that converts the intensity distribution of the light emitted from the light source unit, and the intensity distribution conversion unit is disposed in the phase modulation unit and the phase modulation unit that perform phase modulation and condensing of the light beam. The intensity distribution conversion unit converts the intensity distribution of the light beam into a desired intensity distribution.
よって、本実施例によれば、信号光の強度分布を所望の分布に変換することができ、実施例1と同様にSN改善と光利用効率向上が低コストかつ容易に可能となる。 Therefore, according to the present embodiment, the intensity distribution of the signal light can be converted into a desired distribution, and the SN improvement and the light utilization efficiency can be easily and cost-effectively as in the first embodiment.
実施例1、2は、信号光のみに対して強度分布変換を行ったが、本実施例では、参照光に対しても強度分布変換を行うことで、更なるSN改善を行っている。 In the first and second embodiments, the intensity distribution conversion is performed only on the signal light. However, in the present embodiment, the SN distribution is further improved by performing the intensity distribution conversion on the reference light.
参照光の強度分布が不均一な場合、記録されるホログラムが不完全となり、Bragg選択性の劣化にともなうページ間クロストークの増加や、信号光と参照光のオーバーラップ不足による信号品質の劣化が発生する。参照光の強度分布を略均一にすることにより、上記の信号性能劣化要因を解消し、SN向上が見込める。 If the intensity distribution of the reference light is not uniform, the recorded hologram will be incomplete, increase in crosstalk between pages due to the deterioration of Bragg selectivity, and deterioration of signal quality due to insufficient overlap of signal light and reference light. Occur. By making the intensity distribution of the reference light substantially uniform, it is possible to eliminate the signal performance deterioration factor and to improve the SN.
実施例1、2と同様の方法を用いて参照光の強度分布変換を行うと、参照光の位相分布が不均一となる。この場合、回折による強度分布変化を回避するため光情報記録媒体1までリレーレンズにより結像する構成にする必要があり光学素子数が増加し、さらに、再生時の参照光の波長と角度を調整して媒体収縮の影響を補正することが困難となる課題がある。
When the intensity distribution conversion of the reference light is performed using the same method as in the first and second embodiments, the phase distribution of the reference light becomes non-uniform. In this case, in order to avoid a change in intensity distribution due to diffraction, it is necessary to form an image with a relay lens up to the optical
そこで、本実施例では、参照光の強度分布を変換した後、位相補正素子を配置して、位相分布を均一化する。これにより、参照光を平行光としたまま強度分布の変換を行うことができる。 Therefore, in this embodiment, after the intensity distribution of the reference light is converted, a phase correction element is arranged to make the phase distribution uniform. Thereby, the intensity distribution can be converted while the reference light is parallel light.
図15は、信号光206だけでなく参照光207の強度分布も変換する構成を示したものである。基本的な光学構成は実施例1と同様であるが、参照光路に強度分布変換素子235と位相変調素子231およびリレーレンズ233、位相補正素子232から成る強度分布変換部234を追加している。強度分布変換素子235と位相変調素子231は、実施例1,2と同様の手順で作製する。変換前の強度分布は位相変調素子231の位置に光検出器を配置して測定を行えばよい。また、位相補正素子232は、出射光の位相分布測定を位相補正素子232の位置で行い、測定された位相分布が略均一となるように作製すればよい。このとき、ガルバノミラー224の角度を調節して参照光207を所望の角度に反射し、この光の位相分布を測定・フィードバックすることで、位相補正素子232の位相分布および位置・角度の微調整を行うことができ、参照光207の位相分布を均一にすることができる。
FIG. 15 shows a configuration for converting not only the
図16は、図15の強度分布変換部234を偏光ビームスプリッタ205の前に配置することで、信号光と参照光の強度分布を同時に変換する構成を示したものである。これにより、強度分布変換部を共通化することができる。
FIG. 16 illustrates a configuration in which the intensity distribution of the signal light and the reference light is simultaneously converted by disposing the intensity
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、さらに、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、強度分布変換部は参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いること構成とする。 As described above, the present embodiment is an optical system using a coherent light beam, and includes a light source that emits a light beam, an intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of the light beam emitted from the light source, and an intensity. An irradiation unit that irradiates a desired object with the light beam emitted from the distribution conversion unit, and the intensity distribution conversion unit includes a phase modulation unit that performs phase modulation and condensing of the light beam, and a diffraction disposed in the phase modulation unit. And an optical element that separates the light emitted from the light source into signal light and reference light, and a spatial light modulator for adding information to the signal light. The intensity distribution conversion unit converts the intensity distribution of the holographic memory device using a hologram.
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は参照光の強度分布を変換する強度分布変換部である構成とする。 In addition, a holographic memory device using a hologram, a light source that emits light, an optical element that separates the light emitted from the light source into signal light and reference light, and spatial light for adding information to the signal light A modulation unit and an intensity distribution conversion unit that converts the intensity distribution of the light emitted from the light source unit, and the intensity distribution conversion unit is disposed in the phase modulation unit and the phase modulation unit that perform phase modulation and condensing of the light beam. The intensity distribution conversion unit is an intensity distribution conversion unit that converts the intensity distribution of the reference light.
よって、本実施例によれば、参照光に対しても強度分布変換を行うことで、更なるSN改善を図ることが可能となる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to further improve the SN by performing the intensity distribution conversion on the reference light.
実施例1〜3の強度分布変換方法では、変換後の強度分布に位相パターンが付加されるため、平行光のまま強度分布のみを変換することができない。そこで、本実施例では、図11の位相変調パターン707(φref(x、y))を均一な位相分布とすることで、出射光の位相分布を均一化している。しかしここで、位相変調パターン707(φref(x、y))が均一な位相分布となった場合、強度分布変換素子を作製する際の位相パターン706(φref(x、y)−δ(x、y))が、0〜π/2までの位相分布となり、集光点の強度差が実施例1、2の場合より大きくなる。よって、強度分布変換素子229の作製を行う際、ホログラム記録媒体のもつM#が有限であるために、ホログラムの記録が効率的に行えない可能性がある。そこで、本実施例では、この課題を解決するために、デフォーカス記録を行っている。すなわち、図17に示すように、ホログラム記録媒体を集光点位置からシフトして記録を行う。これにより、集光点付近の強度差の大きい部分を避けて記録でき、効率的なホログラム記録が可能となる。
光学系の経時変化や部品の消耗に伴い、光学系11の部品を交換する場合、強度分布も変化する可能性がある。実施例1〜4では、光学系組み立て時に強度分布変換を行ったものであるが、部品交換時に強度分布を変換してもよい。
In the intensity distribution conversion methods of Examples 1 to 3, since a phase pattern is added to the converted intensity distribution, it is not possible to convert only the intensity distribution as parallel light. Therefore, in this embodiment, the phase modulation pattern 707 (φref (x, y)) in FIG. 11 is made to have a uniform phase distribution, so that the phase distribution of the emitted light is made uniform. However, here, when the phase modulation pattern 707 (φref (x, y)) has a uniform phase distribution, the phase pattern 706 (φref (x, y) −δ (x, y)) becomes a phase distribution from 0 to π / 2, and the intensity difference at the condensing point is larger than those in the first and second embodiments. Therefore, when the intensity
When the parts of the
また、実施例1〜4はホログラフィックメモリ装置のみならず、コヒーレントな光ビームを用いた光学系において強度分布の均一化を行うことができ、例えばレーザー加工機における強度分布を均一化することで、加工精度や加工効率を向上させることもできる。 In addition, in Examples 1 to 4, the intensity distribution can be made uniform not only in the holographic memory device but also in an optical system using a coherent light beam, for example, by making the intensity distribution uniform in a laser processing machine. In addition, machining accuracy and machining efficiency can be improved.
実施例1〜4のホログラフィックメモリ装置では、光源の波長が変動しても、変動波長範囲±5nm程度の実用的な範囲であれば、強度分布変換素子229の性能が劣化することはない。また、実施例1〜4のホログラフィックメモリ装置で位相変調素子209と強度分布変換素子229の取り付け精度は、数〜数十μm程度であり、十分調整可能である。さらに、実施例1〜4のホログラフィックメモリ装置では、位相変調素子209、リレーレンズ210および強度分布変換素子229を個別の素子で構成しているが、回折素子などにして複数の機能を持たせた素子に置き換えることもできる。また、実施例1〜4のホログラフィックメモリ装置では、略平行光の強度分布を変換したが、例えばレーザーから出た発散光などの光を変換することも同様の考え方で実現できる。
In the holographic memory devices of Examples 1 to 4, even if the wavelength of the light source fluctuates, the performance of the intensity
実施例1〜4のホログラフィックメモリ装置では、強度分布変換素子229は体積型ホログラフィック光学素子としたが、計算機合成ホログラム(Computer Generated Hologram:CGH)技術を用いて作製した数枚の薄い位相型ホログラムに置き換えることも可能である。
In the holographic memory devices of Examples 1 to 4, the intensity
1…光情報記録媒体、10…ホログラフィックメモリ装置、 11…光学系、12…再生用光学系、 13…ディスクキュア光学系、14…ディスク回転角度検出用光学系、50…回転モータ、81…アクセス制御回路、82…光源駆動回路、 83…サーボ信号生成回路、84…サーボ制御回路、 85…信号処理回路、 86…信号生成回路、87…シャッタ制御回路、88…ディスク回転モータ/アクセス制御回路、89…コントローラ、90…入出力制御回路、91…外部制御装置、°103…フーリエレンズ、104…フーリエレンズ、201…光源、202…コリメートレンズ、203…シャッタ、204…偏光方向変換素子、205…偏光ビームスプリッタ、 206…信号光、207…参照光、208…ビームエキスパンダ、209…位相変調素子、210…リレーレンズ、211…偏光ビームスプリッタ、212…空間光変調器、213…リレーレンズ、 214…空間フィルタ、215…対物レンズ、216…偏光方向変換素子、217…ミラー、218…ミラー、219…ガルバノミラー、220…アクチュエータ、221…レンズ、222…レンズ、223…アクチュエータ、224…ガルバノミラー、225…光検出器、226…アイリス、227…スキャナーレンズ、228…回折された信号光、229…強度分布変換素子、230…偏光方向変換素子、231…位相変調素子、232…位相補正素子、233…リレーレンズ、234…強度分布変換部、235…強度分布変換素子、600…強度分布変換素子作製光学系、601…光源、602…コリメートレンズ、603…リレーレンズ、604…空間フィルタ、605…位相変調器、606…偏光ビームスプリッタ、607…フーリエレンズ、608…フーリエレンズ、609…光検出器、610…シャッタ、611…偏光方向変換素子、612…4分の1波長板、614…アクチュエータ、615…ミラー、616…ミラー、617…位相検出光、618…位相検出光学系、619…ハーフミラー、620…出射光、701…強度分布、702…位相変換、703…位相分布、704…位相変換、705…参照位相分布、706…位相変調パターン、707…位相変調パターン、708…位相変調パターン、709…位相変調パターン、710…位相分布、901…利用しない強度部分、902…変換すべき強度部分、904…変換後強度分布、905…変換後強度分布、906…変換すべき強度部分、907…変換後強度分布
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、
前記強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、
前記強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と該位相変調部内に配置された回折素子を有することを特徴とする光学系。 An optical system using a coherent light beam,
A light source that emits the light beam;
An intensity distribution converter for converting the intensity distribution of the light beam emitted from the light source;
An irradiation unit for irradiating a desired object with the light beam emitted from the intensity distribution conversion unit,
The intensity distribution conversion unit includes an optical system including a phase modulation unit that performs phase modulation and condensing of a light beam, and a diffraction element disposed in the phase modulation unit.
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
前記信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、
前記強度分布変換部は前記信号光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、
ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
An optical element that separates light emitted from the light source into signal light and reference light;
A spatial light modulator for adding information to the signal light,
The intensity distribution converter is an intensity distribution converter that converts the intensity distribution of the signal light,
An optical system used for a holographic memory device using a hologram.
レーザ加工機に用いることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
An optical system characterized by being used in a laser processing machine.
前記位相変調部は位相変調素子とリレーレンズで構成され、
前記回折素子は前記リレーレンズの集光点付近に配置されていることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
The phase modulation unit is composed of a phase modulation element and a relay lens,
The optical system, wherein the diffractive element is disposed near a condensing point of the relay lens.
前記位相変調素子の位相分布を変換前の強度分布に応じて作製して前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 4,
An optical system characterized in that a phase distribution of the phase modulation element is produced according to an intensity distribution before conversion and the intensity distribution of the light beam is converted.
前記回折素子は体積型ホログラフィック光学素子であることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
The optical system, wherein the diffraction element is a volume holographic optical element.
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を略均一な強度分布へ変換することを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
The optical system according to claim 1, wherein the intensity distribution converter converts the intensity distribution of the light beam into a substantially uniform intensity distribution.
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換することを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
The optical distribution system, wherein the intensity distribution conversion unit converts the intensity distribution of the light beam into a desired intensity distribution.
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
前記信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、
前記強度分布変換部は前記参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、
ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いることを特徴とする光学系。 The optical system according to claim 1,
An optical element that separates light emitted from the light source into signal light and reference light;
A spatial light modulator for adding information to the signal light,
The intensity distribution converter is an intensity distribution converter that converts the intensity distribution of the reference light,
An optical system used for a holographic memory device using a hologram.
光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
信号光に情報を付加するための空間光変調部と、
前記光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部と、を備え、
前記強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と該位相変調部内に配置された回折素子を有することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 A holographic memory device using a hologram,
A light source that emits light;
An optical element that separates light emitted from the light source into signal light and reference light;
A spatial light modulator for adding information to the signal light;
An intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of light emitted from the light source unit,
The holographic memory device, wherein the intensity distribution conversion unit includes a phase modulation unit that performs phase modulation and condensing of a light beam and a diffraction element disposed in the phase modulation unit.
前記強度分布変換部は前記信号光の強度分布を変換する強度分布変換部であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
The holographic memory device, wherein the intensity distribution conversion unit is an intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of the signal light.
前記位相変調部は位相変調素子とリレーレンズで構成され、
前記回折素子は前記リレーレンズの集光点付近に配置されていることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
The phase modulation unit is composed of a phase modulation element and a relay lens,
A holographic memory device, wherein the diffractive element is disposed in the vicinity of a condensing point of the relay lens.
前記位相変調素子の位相分布を変換前の強度分布に応じて作製して前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 A holographic memory device according to claim 12, comprising:
A holographic memory device, wherein a phase distribution of the phase modulation element is produced according to an intensity distribution before conversion to convert the intensity distribution of the light beam.
前記回折素子は体積型ホログラフィック光学素子であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
A holographic memory device, wherein the diffractive element is a volume holographic optical element.
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を略均一な強度分布へ変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
The holographic memory device, wherein the intensity distribution conversion unit converts the intensity distribution of the light beam into a substantially uniform intensity distribution.
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
The holographic memory device, wherein the intensity distribution conversion unit converts the intensity distribution of the light beam into a desired intensity distribution.
前記強度分布変換部は前記参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。 The holographic memory device according to claim 10, wherein
The holographic memory device, wherein the intensity distribution conversion unit is an intensity distribution conversion unit that converts an intensity distribution of the reference light.
位相変調素子とリレーレンズと該リレーレンズの集光点付近に回折素子が配置された強度分布変換部を用いて、
前記位相変調素子の位相分布である位相変調パターンと前記回折素子のホログラムの組み合わせで前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とする強度分布変換方法。 An intensity distribution conversion method for converting the intensity distribution of a coherent light beam,
Using an intensity distribution conversion unit in which a diffraction element is arranged in the vicinity of a condensing point of a phase modulation element, a relay lens, and the relay lens,
An intensity distribution conversion method, wherein the intensity distribution of the light beam is converted by a combination of a phase modulation pattern which is a phase distribution of the phase modulation element and a hologram of the diffraction element.
前記位相変調素子の位相変調パターンまたは前記回折素子のホログラムのいずれかを変換前の強度分布に応じて作製することを特徴とする強度分布変換方法。 The intensity distribution conversion method according to claim 18,
An intensity distribution conversion method, wherein either the phase modulation pattern of the phase modulation element or the hologram of the diffraction element is produced according to an intensity distribution before conversion.
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JP2015045025A JP2016164816A (en) | 2015-03-06 | 2015-03-06 | Holographic memory device, optical system used for the same, and intensity distribution conversion method |
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---|---|---|---|---|
JP2018088297A (en) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 日本放送協会 | Hologram recording device and hologram recording method |
JP2022140934A (en) * | 2021-03-15 | 2022-09-29 | 東レエンジニアリング株式会社 | Chip component removal device |
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2015
- 2015-03-06 JP JP2015045025A patent/JP2016164816A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018088297A (en) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 日本放送協会 | Hologram recording device and hologram recording method |
JP2022140934A (en) * | 2021-03-15 | 2022-09-29 | 東レエンジニアリング株式会社 | Chip component removal device |
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