(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層導波路ホログラムメモリの各導波層ヘレーザ光を導く集光線位置微調装置であって、
レーザ光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの直前または直後に配置した２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルとを具備し、
前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの電圧を変調するための配線が、レーザ光の集光線と平行にならないように配置することを特徴とする集光線位置微調装置。
【請求項２】
レーザ光を直線状に集光し、該集光線をスラブ型光導波路の端面に合致させることにより、導波路内に導波モードを励振させる光学系において、レーザ光を集光するための集光レンズの直前あるいは直後に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置するにあたり、
前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの電圧を変調するための配線が、レーザ光の集光線と平行にならないように配置することを特徴とする集光線位置微調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の集光線位置微調装置おいて、
レーザ光の集光線を微調する際に、前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの位相変調量を、３個以内のパラメータを用いた演算で決定することを特徴とする集光線位置微調装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の集光線位置微調装置おいて、
前記集光レンズと前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを互いに固定すると共に、該固定状態のまま前記集光レンズの集光軸方向に１０μｍ程度の精度で長くとも３ｍｍのストローク長をもつ１軸ステージ上に配置することを特徴とする集光線位置微調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層導波路ホログラムメモリの各導波層へレーザ光を導くレーザ光入射ヘッドとして用いるのに好適な、集光線位置微調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に知られているように、積層導波路ホログラムメモリでは、レーザ光は線状に集光され、導波路に結合させられる。その際、図１の（ａ）に示すように、積層導波路ホログラムメモリ１−１の目的とする導波路の端面１−２である直線と、シリンドリカルレンズ（図示せず）によって集光された集光線１−３である直線を３次元空間内で一致させる必要があることから、図１の（ｂ），（ｃ）に示すように、ｘ（１−７），ｚ（１−８），θ（１−５），φ（１−６）の４自由度を制御しなければならない。
【０００３】
なお図１では、導波路の端面１−２の中心がｘ＝０，ｚ＝０を満たす直線上にあるものとして描画してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示したような導波路端面と集光線において、φ（１−６）の自由度に関しては、誤差許容度が大きいので制御する必要が無く、実際には、ｘ，ｚ，θの３自由度を持つアクチュエータを用いればよいことになる。
【０００５】
しかし、この場合にも、ＣＤやＤＶＤのピックアップがフォーカシングとトラッキングの２自由度の制御しか必要としないのに比べて、重大な欠点となっている。特に、θ軸は、0.１ミリラジアン程度の高精度を要するので、簡単な機構部品では斯かる精度を達成することは困難であり、製品を実現するうえで大きな問題となっていた。
【０００６】
また、ｘ軸に関しても、0.１μｍの精度で数ｍｍのストロークをもつ必要があるので、アクチュエータが高価になるという欠点があった。
【０００７】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、ホログラムメモリの導波層へレーザ光を導くに際し、レーザ光を直線状に集光した集光線と導波層を簡易な機構で３次元的に正確に一致させるようにした集光線位置微調装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、積層導波路ホログラムメモリの各導波層ヘレーザ光を導く集光線位置微調装置であって、レーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの直前または直後に配置した２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルとを具備し、前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの電圧を変調するための配線が、レーザ光の集光線と平行にならないように配置したものである。
請求項２に係る本発明は、レーザ光を直線状に集光し、該集光線をスラブ型光導波路の端面に合致させることにより、導波路内に導波モードを励振させる光学系において、レーザ光を集光するための集光レンズの直前あるいは直後に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置するにあたり、前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの電圧を変調するための配線が、レーザ光の集光線と平行にならないように配置したものである。
請求項３に係る本発明は、請求項１または２に記載の集光線位置微調装置おいて、レーザ光の集光線を微調する際に、前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル内における各ピクセルの位相変調量を、３個以内のパラメータを用いた演算で決定する。
請求項４に係る本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の集光線位置微調装置おいて、前記集光レンズと前記２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを互いに固定すると共に、該固定状態のまま前記集光レンズの集光軸方向に１０μｍ程度の精度で長くとも３ｍｍのストローク長をもつ１軸ステージ上に配置する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の一実施の形態による、集光レンズと２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルの配置を示す説明図である。ここで、（ａ）はレンズ直後に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置する場合、（ｂ）はレンズ直前に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置する場合を示してある。本図において、２−１は入射レーザ光（平面波）、２−２は２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル、２−３はシリンドリカルレンズ、２−４は一次元的に集光されるレーザ光である。
【００１４】
図２に示すように、レーザ光２−１を集光（２−４）するためのレンズ２−３の直前（図２の（ｂ）参照）、あるいは直後（図２の（ａ）参照）に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル２−２を配置する。ここで、説明を簡略化するために、レンズがｘ−ｙ面に平行に置かれ、液晶パネルに位相変調を加えていない場合には、ｚ＝ｆ，ｘ＝０を満たすｙ軸に平行な直線上に光が集光されるものとする。また、入射レーザビームのｘ軸方向の幅を２Ｑとする。
【００１５】
まず、ｘ軸方向の変調方法について説明する。液晶パネルに位相変調δΨｚを
【００１６】
【数１】
0003712626.tif 000002
【００１７】
に従って付与する。ただし、mod(β,α)は、βをαで割ったときの剰余を与えるものとする。この時、集光線は、ｘ軸方向に平行移動し、
【００１８】
【数２】
0003712626.tif 000003
【００１９】
を満たす直線となる。ここで、λは、光の波長である。
【００２０】
液晶パネルの位相変調は、液晶のピクセルごとにしか指定できないので、第１番目のピクセルの中心座標（ｘｉ，ｙｉ）のｘ座標の値を用いて（数式１）に代入し、そのピクセルの位相変調量を求める。例えば、集光位置をｘの正方向にＤだけ移動したい場合には、
【００２１】
【数３】
0003712626.tif 000004
【００２２】
なるａの値を（数式１）に代入して、位相変調量を求めればよい。
【００２３】
次に、ｚ方向の変調方法について述べる。液晶パネルに位相変調δΨｚを
【００２４】
【数４】
0003712626.tif 000005
【００２５】
に従って付与する。このとき、集光線は、ｚ軸方向に平行移動し、
【００２６】
【数５】
0003712626.tif 000006
【００２７】
を満たす直線となる。たとえば、集光位置をｚの正方向にＨだけ移動したい場合には、
【００２８】
【数６】
0003712626.tif 000007
【００２９】
なるｂの値を（数式４）に代入し、ｘの値としては、液晶パネルの各ピクセルの中心座標のｘ座標を用いて各ピクセルの位相変調量を与えればよい。
【００３０】
最後に、θ方向の変調方法について述べる。液晶パネルに位相変調δΨθを
【００３１】
【数７】
0003712626.tif 000008
【００３２】
に従って付与する。
【００３３】
なお、集光線は、無限長をもつ直線ではなく有限の長さを持った線分であり、その中心がｙ＝０となるように、座標を選んであるものとする。ただし、線分の長さは、数ｍｍ程度の長さがあるので、位置合わせ考えなくてよい。
【００３４】
（数式７）のように位相変調が与えられたとき、集光線はθ回転軸に沿って
【００３５】
【数８】
0003712626.tif 000009
【００３６】
の回転が与えられる。従って、例えば、θ方向にΘだけ回転したい場合には、
【００３７】
【数９】
0003712626.tif 000010
【００３８】
なるｃを（数式７）に代入すれば良い。各ピクセルの中心座標で、ｘ，ｙを代表させるのは前述の通りである。
【００３９】
以上述べた、３軸の微調について、集光線の位置変化が焦点距離ｆに比べて十分小さい場合には、δΨＸ，δΨＺ，δΨθ は独立であって、実際に液晶パネルに与える位相変調δΨは、
【００４０】
【数１０】
0003712626.tif 000011
【００４１】
のように、各軸の変調の和をとればよい。
【００４２】
従って、Ｄ，Ｈ，Θの３個のパラメータを入力すれば、液晶パネルの位相パターンを演算によって決定することができ、メモリの節約になり、かつ、サーボの為のフィードバックが容易となる。
【００４３】
また、シリンドリカルレンズの長さ（≒集光線の長さ）をＬ，位相変調液晶パネルのピクセルピッチをｐとして、
【００４４】
【数１１】
0003712626.tif 000012
【００４５】
のとき、液晶パネルの配線による回折が集光線と重なり合い、集光線のｙ軸方向に高周波の強度分布が生じる。積層導波路ホログラムメモリでは、ｙ軸方向の光の強度分布は小さくなければならないので、これは、好ましい状況ではない。実際、ｐは２０μｍ程度であるから、λ＝６５０ｎｍとして、Ｌ＝１ｍｍとしても、焦点距離は３０ｍｍ以上の長さを持たねばならない。
【００４６】
焦点距離として、（数式１１）を満たす短い値を用い、しかも、回折による集光線の乱れを防ぐ手段として、液晶パネル内の配線と集光線が互いに平行な部分を持たないよう、液晶パネルをｘ−ｙ面内で回転させる方法が有効である。この場合、回折光は、集光線とは干渉しない位置に回折され、集光線はｙ軸方向に分布を持たない直線となる。回折光による別の集光線も生じるが、主集光線と干渉しない限り、弱いノイズ光源としかならず、実際上、問題とはならない。
【００４７】
以上述べた方法により、位相変調型液晶パネルにより、ｘ，ｚ，θ方向の微調が可能となる。しかし、ｘ方向への可動量（Δｘ）は、
【００４８】
【数１２】
0003712626.tif 000013
【００４９】
程度であるから、λ＝６５０ｎｍ，ｆ＝１ｍｍ，ｐ＝２０μｍとして、±１６μｍ程度の可動範囲しかない。これでは、積層導波路ホログラムメモリの任意の導波層にレーザ光を結合させることができないので、焦点距離が短い場合に限り、精度は高々１０μｍでよいことからｘ方向は数ｍｍのストロークを持つ粗動機構を付与することが必要である。
【００５０】
なお、集光レンズとして、フレネルレンズを用いると、液晶パネルとの張り合わせが容易となり、位置合わせ機構全体として軽量かつコンパクトになり、好ましい。
【００５１】
【実施例】
図３は、本発明を適用した位相変調パターンの一実施例を説明する図である。すなわち本図は、焦点距離１ｍｍ，波長６５０ｎｍ，ピクセルピッチ２０μｍ，集光レンズ開口数0.２，集光線長さ１ｍｍ，配線部の透過率０％，液晶部の透過率１００％を仮定し、種々の条件にて集光線の挙動を示したものである。黒塗りの中のパターンが位相パターンであり、５種類を記してある。黒いメッシュが配線であり、位相（０〜２π）を濃淡で表している。
【００５２】
図３中、右下白抜きの部分に、各位相パターンでの集光線の挙動を示している。１〜５の各集光線の脇に、青線で基準位置を示しているが、これは、位相変調されない場合に集光される位置を示している。また、拡大率の関係から、集光線の中心部分は割愛し、１ｍｍ長の集光線の両端部を示している。
【００５３】
図３の“１”は、集光線と配線が平行な部分を含む配置であり、位相パターンは変調されていない。焦点距離が１ｍｍと短いために、配線からの回折が集光線に重畳され、線がまだら模様となっている。まだら模様に集光されることを避けるためには、焦点距離を３１ｍｍ以上にすると良い。
【００５４】
図３の“２”は、位相変調型液晶パネルをｘ−ｙ面内で２０度回転したもので、配線からの回折が弱くなり、集光線がきれいな線になっていることが分かる。すなわち、液晶パネルの回転によって回折ノイズ制限の焦点距離制限は撤廃され、１ｍｍ程度の短い焦点距離でも良いことが分かる。
【００５５】
図３の“３”は、ａ＝０．０３μｍ−１として、ｘ軸方向に変調をかけたもので、集光線が、計算通り、約３μｍだけｘ軸の正の方向にシフトしている。
【００５６】
図３の“４”は、ａ＝−０．０３μｍ−１としてｘ軸方向に変調をかけたもので、集光線が、計算通り、約３μｍだけｘ軸の負の方向にシフトしている。
【００５７】
図３の“５”は、ｃ＝６×１０−５としてθ方向に変調をかけたもので、集光線が、約６ミリラジアン回転する様子が分かる。
【００５８】
ここで用いた数値は、透過率を除いて実際に入手が容易な液晶パネルのパラメータを用いたものであり、透過率に関しても、実際には液晶部と配線部の透過率の差はここで用いたものよりも小さいので、回折ノイズは小さくなると予想される。
【００５９】
集光レンズを４００μｍ×１ｍｍサイズ，厚み０．５ｍｍのフレネルレンズで作製し、これに液晶パネルを同サイズで張り合わせると、ヘッドの重さは接着剤や配線を含めても数ミリグラムに抑えられ、ｘ軸方向の粗動機構への負荷は小さくなる。その結果、粗動機構としてボイスコイルや超音波モーターなどを用いることが可能となり、全体の装置を小さくまとめることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、ホログラムメモリの導波層へレーザ光を導くに際し、レーザ光を直線状に集光した集光線と導波層を簡易な機構で３次元的に正確に一致させるようにした集光線位置微調装置を実現することができる。
【００６１】
より具体的に述べると、本発明に係る集光線位置微調装置によれば、積層導波路ホログラムメモリの任意の層にレーザ光を結合させる光学系において、機械的に動かさなければならない軸は１軸であり、しかも、粗動で良いという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】導波路端面と集光線の位置関係を示す座標系として、（ａ）は鳥瞰図、（ｂ）はｘ−ｙ面への集光線の投影図、（ｃ）はｙ−ｚ面への集光線の投影図を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による、集光レンズと２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルの配置を示す説明図であって、（ａ）はレンズ直後に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置する場合、（ｂ）はレンズ直前に２次元マトリックス型位相変調型液晶パネルを配置する場合を示す図である。
【図３】本発明を適用した位相変調パターンの一実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１−１  積層導波路ホログラムメモリ媒体
１−２  外部光を結合させたい導波層の端面
１−３  シリンドリカルレンズによって集光された集光線
１−４  座標軸の定義
１−５  θ回転方向
１−６  φ回転方向
１−７  ｘ軸移動方向
１−８  ｚ軸移動方向
２−１  入射レーザ光（平面波）
２−２  ２次元マトリックス型位相変調型液晶パネル
２−３  シリンドリカルレンズ
２−４  一次元的に集光されるレーザ光
【図１】
0003712626.tif 000014
【図２】
0003712626.tif 000015
【図３】
0003712626.tif 000016