(57)【要約】  本発明はホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップに関連し、前記セットアップは、空間光変調器（SLM）18と位相板50とを有し、当該空間光変調器は第1のピクセル構造体をもち、当該位相板は第2のピクセル構造体をもち、第1のピクセル構造体と第2のピクセル構造体とがお互いに位置合わせされ、第2のピクセル構造体のピッチは第1のピクセル構造体のピッチの、厳密に１より大きい整数の倍数である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップであって、前記セットアップは空間光変調器と位相板とを有し、前記空間光変調器は第1のピクセル構造体をもち、前記位相板は第2のピクセル構造体をもち、前記第1のピクセル構造体と前記第2のピクセル構造体とがお互いに位置合わせされ、前記第2のピクセル構造体のピッチは前記第1のピクセル構造体のピッチの整数の倍数であって、前記整数の倍数は厳密に１より大きい、セットアップ。
【請求項２】
前記整数の倍数が32より小さい、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項３】
前記整数の倍数が2と16との間である、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項４】
前記整数の倍数が8である、請求項3に記載のセットアップ。
【請求項５】
前記位相板の前記ピクセル構造体が、第1のデジタル値を表している第1のピクセルのセットと、第2のデジタル値を表している第2のピクセルのセットとを有し、前記第1のセットのピクセルの数が前記第2のセットのピクセルの数と、基本的には等しい、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項６】
前記位相板の前記ピクセル構造体が擬似ランダム構造体である、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項７】
前記位相板の前記ピクセル構造体が配列構造体である、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項８】
前記位相板が前記空間光変調器から分離された位相板として構成されている、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項９】
前記位相板が前記空間光変調器と一体である、請求項1に記載のセットアップ。
【請求項１０】
ホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップで用いられることができる位相板であって、前記セットアップは空間光変調器と位相板とを有し、前記空間光変調器が第1のピクセル構造体をもち、前記位相板が第2のピクセル構造体をもち、前記第1のピクセル構造体と前記第2のピクセル構造体とがお互いに位置合わせされ、前記第2のピクセル構造体のピッチは前記第1のピクセル構造体のピッチの整数の倍数であり、前記整数の倍数が、厳密に1よりも大きい、位相板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップと、位相板とに関する。本発明は特に、空間光変調器（SLM）を用いるデータストレージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムのデータストレージでは、（「0」及び「1」の）デジタル情報を含んでいる、2次元の空間光変調器（SLM）のパターンが、ホログラムの記憶媒体上に投影される。最も一般的な構成は、いわゆる4fフーリエ構成であり、ここではSLMと第1のレンズとの間の距離が、このレンズの一つの焦点距離f1であり、このレンズから媒体までの距離がf1であり、当該媒体から第2のレンズまでの距離が、この第2のレンズの一つの焦点距離f2であり、最後に、この第2のレンズから検知アレイまでの距離が、再度f2である。一般に、f1=f2である。
【０００３】
斯様なセットアップの例示が図4に与えられている。レーザからの光は、偏光ビームスプリッタ26を用いて反射型の空間光変調器18（R-SLM、例えばLCoS装置）へと導かれている。R-SLMによって生成された2次元のデータ頁は、結像レンズ22へ向かって反射され、当該レンズは光をホログラム媒体110に結像する。この光は、基準ビーム（図示されず）と当該媒体内で干渉し、データを表している屈折率変調を生じる。読み出しの際は、当該媒体110は基準ビームを照射され、回折を利用して、元のデータ頁の波面が再構築される。回折光は、検知アレイ20（例えばCMOS又はCCDのアレイ）上にレンズ24で結像される。SLMから第1のレンズ22までの距離は、このレンズ22の焦点距離に相当し、この距離は、レンズ22から媒体110までの距離、第2のレンズ24から検知アレイ20までの距離と同様、媒体110から第2のレンズ24までの距離に等しく、これゆえ4f構成との名前となっていることに留意されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図4から見て取れるように、媒体に焦点が合い、スポット径Sは概略S=(Kλ/NA)2に等しく、ここでK2はSLM内のピクセル数であり、λは光の波長であり、NA=sinΘは、使われたレンズの開口数である。しかしながら、この焦点での強度分布は均一ではなく、λ/NAのピーク幅とK4に対応する強度スケールとをもつ強いピークになっている。実際に、強度分布はSLM上の結像のフーリエ変換であり、当該ピークはゼロではないDCのフーリエ成分から生じる。このピークは、ピクセルのどれが「1」で、どれが[0]であるとの、何の情報も担持してはおらず、よって望ましくない。更に、このピークの強度（〜K4）は周囲の強度（〜K2）よりも一桁以上大きく、これゆえ媒体を焼いてしまい、及び/又は屈折率変調に所望しない非線形性を誘発してしまう。
【０００５】
この問題の最も一般的な解決策が図5に例示されており、ホログラムの記録層は正確に焦点上ではなく、焦点外に位置している。構成部品が偏心して置かれているので、光学システムは、ここでは非対称である。この態様で誘発される余計な波面収差により、これは所望されない。十分に対称な設計では、コマ及び歪は全く生ずることはなく、これゆえ、対称な設計が好まれる。
【０００６】
図6に例示されているように、この問題を解決する別の既知の方法はランダム位相板（RPP）150をSLM18に近接して用いることである（例えばH.J.Coufal et alのHolographic Data Storage, Spinger Verlag(Berlin, 2000),pp 259-269を参照）。SLMの各ピクセルに対して、0と2πとの間のランダムな位相が当該位相板によって誘発される。具体的に言うと、鋭いピークのある強度は、全ての「オン」ピクセルのコヒーレント加算から生じる。これらのピクセルの各々が、ランダムな位相で与えられる場合、コヒーレント加算は加算してゼロになり、ピークは消滅する。
【０００７】
しかしながら図6に示されるランダム位相板のもつ問題は、記憶密度が位相板が無い時に比べて著しく低くなることである。焦点での記憶エリアSの面積は、SLM-RPPの組み合わせからの回折ずれの光の角度分布θdiffと第1のレンズの焦点距離fとによって決まる。即ち、S=〜（θdiff＊ｆ）2である。SLMのみの場合、θdiff＝〜（λ/dSLM）であり、ここでdSLMはSLMのピクセルの大きさである。SLMとランダム位相板との組み合わせの場合、θdiff＝〜（λ/dSLM）+(λ/dRPP）であり、ここでdRPPはランダム位相板の「ピクセル」の大きさである。これに対する別の議論は、光はSLM及び位相板の両方から回折ずれされるというものである。明らかに、dSLM =dRPPであるときは、含まれる記憶エリアは位相板が無いときよりも著しく大きくなり、これは、より低い記憶密度を生じる。
【０００８】
これゆえ、余計な波面収差を誘発することなく、及びホログラムの記憶媒体の記憶密度を著しく減じることなく、所望しないDCフーリエ成分を回避するための解決策を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、独立した請求項の特徴によって解決される。本発明の他の展開及び好ましい実施例が、従属する請求項に概説されている。
【００１０】
本発明によれば、ホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップが供され、前記セットアップは、空間光変調器（SLM）と位相板とを有し、当該空間光変調器は第1のピクセル構造体をもち、当該位相板は第2のピクセル構造体をもち、第1のピクセル構造体と第2のピクセル構造体とがお互いに位置合わせされ、第2のピクセル構造体のピッチは第1のピクセル構造体のピッチの、厳密に１より大きい整数の倍数である。用語「ピッチ」は、ピクセルエリア内で同じ相対的な位置をもつピクセル構造体の、隣接するピクセルエリアの2点間の距離を指定している。よって、位相板のピクセルの大きさは、空間光変調器のピクセルの大きさよりも著しく大きいはずである。しかしながら、空間光変調器の各ピクセルに対して、位相は均一でなければならない。即ち、空間光変調器内の隣接するピクセル間の接合点と異なる位置では、位相の遷移は許容されない。さもないと、斯様なピクセルに対して、検知アレイで検知された光強度が低い値となることがあるが、異なる位相をもっているピクセルの2つの部分からの光は検知器で干渉し、お互いに打ち消し合うので、この強度は高くなければならない。このように、SLMのピクセル構造体の端部のみで位相の遷移が生じてもよいことを意味する、ピクセル構造体の位置合わせの要件がある。
【００１１】
好ましくは、整数の倍数は32より小さい。
【００１２】
より好ましくは、当該整数の倍数は2と16との間である。
【００１３】
好都合には、当該整数の倍数は8である。
【００１４】
当該整数の倍数の選択は具体的な要件に依存する。整数の倍数に対して大きな値を選択することは、検知器アレイの強度スペクトルのピークの好都合な分離を生じる一方、整数の倍数の小さな値はDCフーリエ成分のより良好な減少に通じる。したがって、空間フィルタの特性を考慮すると、整数の倍数の最適値は、強度スペクトルのピークの分離とDCフーリエ成分の所望の分散効果とに関する、逆方向に作用している評価の結果で決まる。
【００１５】
好ましくは、位相板のピクセル構造体は、第1のデジタル値を表している第1のピクセルのセットと、第2のデジタル値を表している第2のピクセルのセットとを有し、第1のセットのピクセルの数は第2のセットのピクセルの数と、基本的には等しい。したがって、2値の位相板は、0及びπの2つの位相のみをもつことが示唆される。これは、0と2πとの間の任意の値をもつ「連続した」位相板とは著しく異なっている。斯様な2値の位相板は製造することが容易である。斯様な位相板を複製するために使われることができるマスタは、幾つかの加工ステップにて容易に作られる。即ち、フォトレジストを基板にスピンコーティングするステップと、当該構造体を適切なパターンで露光するステップと、2値構造体をエッチングするステップとである。この位相板をバランス良く作ることによって、即ち、大体等しい0-位相のエリアとπ-位相のエリアを供することによって、位相のコヒーレント加算は加算してゼロになる。
【００１６】
本発明の好ましい実施例によれば、位相板のピクセル構造体は擬似ランダムな構造体である。したがって、当該位相板は、従来技術で示唆されているランダム位相板である。
【００１７】
異なる好ましい実施例によれば、位相板のピクセル構造体は配列構造体である。ランダム位相板とは異なり、配列構造体の位相板は、ある種の規則性をもっている。例えば、当該位相板は、位相が0とπとの間で交代する位相回折格子と同様の形状をしている。この配列構造体の場合、DCフーリエ成分は回折格子の種々異なる回折次数へと回折される。これは、光線が幾つかの離散的な回折次数へと回折されるのではなく、かなりの角度の範囲にわたって分散するランダム位相板とは著しく異なる。
【００１８】
特定の実施例によれば、位相板は、空間光変調器から分離された位相板として構成されている。
【００１９】
異なる実施例によれば、位相板は空間光変調器と一体である。位相マスクが空間光変調器と一体である場合、ピクセル構造体の大変精密な位置合わせが可能であり、一体構造に基づいて供される。したがって、斯様な一体の解決策を用いるセットアップにおいては、いかなる位置合わせミスも生じない。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、ホログラムの記憶媒体にデータを記憶するためのセットアップで用いられることができる位相板が供され、前記セットアップは空間光変調器（SLM）と位相板とを有し、当該空間光変調器が第1のピクセル構造体をもち、当該位相板が第2のピクセル構造体をもち、第1のピクセル構造体と第2のピクセル構造体とがお互いに位置合わせされ、第2のピクセル構造体のピッチは第1のピクセル構造体のピッチの整数の倍数であり、当該整数の倍数は、厳密に1よりも大きい。
【００２１】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、これ以降説明される実施例を参照して明らかになり、理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図1は、本発明による位相板50をもつ空間光変調器18の概観的な例示を示す。図6に例示されている従来技術による位相板150とは異なり、本発明による位相板50は、空間光変調器の各ピクセルに対して位相が変動するのではなく、より大きなピクセルのブロックに対して位相が変動する。この例示的な場合では、位相マスクのピッチが空間光変調器のピッチよりも大きいことを示す整数の倍数は4である。ピクセル構造体のばらつき（変動）は、一つの方向内でのみ示されているのに留意すること。直交する方向でのばらつきは、等しいこともあるし、又は異なることもある。どの場合においても、位相板のピット構造体の端部は空間光変調器のピット構造体の端部と位置合わせされている。即ち、空間光変調器のピクセル内では変調度の変化は生じない。位相板のピクセル構造体のピッチは一定であってもよく、又は、何れかの方向に可変であってもよいことに更に留意する。
【００２３】
図2は、位相板が無いセットアップに対する強度分布と、本発明によるランダム位相板が有るセットアップに対する強度分布とを示す。焦点前後の位置がx-軸にプロットされており、強度がy-軸にプロットされている。aの印をつけられた強度分布が位相板の無い分布で、一方、bの印を付けられた強度分布が、本発明によるランダム位相板をもつ分布である。曲線aは鋭いピークがあるが、一方、曲線bは強いピークが無いことを示している。したがって、DCフーリエ成分は、本発明に基づいて抑制されている。
【００２４】
図3は、種々異なる位相板の強度スペクトルを示している。図3で示された種々異なる強度スペクトルは、全て二つのピーク構造をもち、ピークの一つはデジタルの「0」を表し、別の一つはデジタルの「1」を表している。曲線aは、位相板の無いセットアップに相当する。曲線bは、位相板のピクセル構造体と、空間光変調器のピクセル構造体との間に整数の倍数1をもつ位相板に相当する、即ち従来技術によるセットアップである。曲線c、d、及びeは、ピッチの比2、4、及び8に各々相当する。見てとれるように、位相板の無い状況に対するピークははっきりと区別できる。これとは異なり、従来技術による位相板をもつ、即ちピッチの比1をもつ空間光変調器に対しては、ピークが大部分は重なり合う挙動を示している（曲線b）。検知アレイ上で単に「0」及び「1」の区別ができることが必要とされる合焦面でのエリアを表している所与の空間フィルタ、例えばナイキスト限界の1.125倍の空間フィルタに対し、曲線bの場合は値「0」及び値「1」が上手く識別されることができず、多数のビット検知エラーが誘発される。これは空間フィルタの大きさを増すことによって解決することができるが、しかしこれは、記憶容量を犠牲にすることであろう。代わりに、位相板のピッチの比を、例えば1（曲線b）から8（曲線e）へと増すことも可能である。したがって、例えばピッチ比8では、ビットエラーレートは殆ど影響されることはなく、また、記憶容量は殆ど影響を受ける事無く維持されている。DCフーリエ成分の分散効果は、より小さなピッチの比に対して、より良好に働くので、ピッチの比は益々より大きな値へと増大されるべきであるとは意味していないことに留意されねばならない。これに対する別の議論は、ピッチの比を無限大まで増大させることは、何ら構造体を持たない位相板へとつながり、したがって大きなDCフーリエ成分をもつ、位相板の無い空間光変調器に相当するというものである。これゆえ、所与の特定のセットアップに対して、ピッチの比に対する最適値が決定されねばならない。
【００２５】
これまで説明されなかった同等物及び変更が、添付の請求項で規定されている本発明の範囲から逸脱することなく採用されることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による位相板をもつ空間光変調器の概観的な例示を示す。
【図２】位相板の無いセットアップに対する強度分布と、本発明によるランダム位相板の有るセットアップに対する強度分布を示す。
【図３】種々異なる位相板に対する強度スペクトルを示す。
【図４】従来技術による、ホログラムのデータ記憶装置のセットアップを示す。
【図５】従来技術による、ホログラムのデータ記憶装置のセットアップを示す。
【図６】従来技術による位相板をもつ空間光変調器の概観的な例示を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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