(57)【要約】【課題】本発明は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録用の小型装置と、その様な装置に使用するフィルタ（１７）に関する。【解決手段】本発明によると、光ビームのための偏光フィルタ（１７）は、外側領域（１７ａ）及び内側領域（１７ｂ）を有し、外側領域（１７ａ）と内側領域（１７ｂ）が、第１の偏光方向と第２の偏光方向に対して異なる光学的特性を持つ基板と、光ビームの偏光に影響を与え、基板に取り付けられる波長板（１７ｃ）とを備えており、波長板（１７ｃ）の、外側領域（１７ａ）又は内側領域（１７ｂ）に対応する部分が、切替え可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側領域（１７ａ）及び内側領域（１７ｂ）を有し、該外側領域と該内側領域が、第１の偏光方向と第２の偏光方向に対して異なる光学的特性を持つ、基板と、
光ビームの偏光に影響を与え、前記基板に取り付けられる波長板（１７ｃ）と、
を備えており、
前記波長板（１７ｃ）の、前記外側領域（１７ａ）又は前記内側領域（１７ｂ）に対応する部分が、切替え可能である、
光ビームのための偏光フィルタ（１７）。
【請求項２】
前記外側領域（１７ａ）は、第１の偏光方向に対する低い反射率と、第２の偏光方向に対する高い反射率を有しており、
前記内側領域（１７ｂ）は、第１の偏光方向に対する高い反射率と、第２の偏光方向に対する低い反射率を有しており、
前記波長板（１７ｃ）は、１／４波長板である、
請求項１に記載の偏光フィルタ。
【請求項３】
前記外側領域（１７ａ）は、第１の偏光方向に対する低い透過率と、第２の偏光方向に対する高い透過率を有しており、
前記内側領域（１７ｂ）は、第１の偏光方向に対する高い透過率と、第２の偏光方向に対する低い透過率を有しており、
前記波長板（１７ｃ）は、半波長板である、
請求項１に記載の偏光フィルタ。
【請求項４】
前記波長板（１７ｃ）の前記内側領域（１７ｂ）対応する部分が、穴又は切替え不可能である、あるいは、前記波長板（１７ｃ）の前記外側領域（１７ａ）に対応する部分が、切替え不可能又は省略されており、前記内側領域（１７ｂ）に対応する部分のみが切替え可能である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光フィルタ。
【請求項５】
前記波長板（１７ｃ）は、液晶素子である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光フィルタ。
【請求項６】
前記外側領域（１７ａ）及び前記内側領域（１７ｂ）は、サブ波長格子を含んでいる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光フィルタ。
【請求項７】
前記サブ波長格子は、光学システム内での迷光を避けるため、透過させない又は反射させない光を、十分大きな角度で屈折する様に設計されている、
請求項６に記載の偏光フィルタ。
【請求項８】
前記角度は、少なくとも１０度である、
請求項７に記載の偏光フィルタ。
【請求項９】
信号光（２４）及び／又は参照光（２５）を、ホログラフィック記録媒体（２２）に結像させる４ｆシステム（１６、１８）と、
再生された信号光（２６）と前記参照光（２５）を分離する、請求項１から８のいずれか１項に記載の偏光フィルタ（１７）と、
を備えているホログラフィック記録媒体（２２）の再生及び／又は記録装置。
【請求項１０】
前記偏光フィルタ（１７）は、４ｆシステム（１６、１８）のフーリエ面に位置している、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記偏光フィルタ（１７）は、切替え不可能な波長板（１７ｃ）を有している、
請求項９又は１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録用の小型装置と、その様な装置に使用するフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックデータ記録において、デジタルデータは、２つのコヒーレントレーザビームの重ね合わせにより生成される干渉パターンを記録することで保存され、信号光と呼ばれる一方のビームは、空間光変調器により変調され、記録される情報を搬送している。第２のビームは、参照光としての役目を果たしている。干渉パターンは、干渉パターンの局所的な強度に応じた、記録材料の特定の性質の変化を引き起こす。記録されたホログラムの再生は、記録時と同じ条件の参照光でホログラムを照射することにより行われる。これは、記録された信号光の再生をもたらす。
【０００３】
ホログラフィックデータ記録の利点は、データ容量の増加である。従来の光記録媒体とは異なり、単一又は幾つかの２次元の層ではなく、ホログラフィック記録媒体の体積が、情報の保存のために利用される。ホログラフィックデータ記録の他の利点は、例えば、２つのビーム間の角度の変更や、シフト多重の使用等により、同じ体積に複数のデータを保存できる可能性があることである。更に、単一ビットの保存ではなく、データはデータページとして保存される。典型的には、データページは、明暗パターンのマトリックス、つまり、複数ビットを符号化した、２次元の２値アレイ又はグレー値のアレイにより構成されている。これは、記録密度の増加に加え、データレートの増加を達成することを可能にする。データページは、空間光変調器（ＳＬＭ）により信号光に刻み込まれ、検出器アレイにより検出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録用の小型装置の実現を可能とする光学素子と、その様な光学素子を使用する、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、上記目的は、外側領域及び内側領域を有し、外側領域と内側領域が、第１の偏光方向と第２の偏光方向に対して異なる光学的特性を持つ基板と、光ビームの偏光に影響を与え、基板に取り付けられる波長板とを備えており、波長板の、外側領域又は内側領域に対応する部分が、切替え可能である、光ビームのための偏光フィルタにより達成される。
【０００６】
波長板は、偏光に影響を与える状態と、偏光に影響を与えない状態との間で切替え可能である。他の実施形態において、波長板は、偏光に対して異なる影響を与える２つ以上の状態間で切替え可能である。偏光フィルタは、偏光に対する感度の高いピンホールであると見なすことができ、フーリエフィルタ及びビーム結合器として同時に機能する。このフィルタは、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置において有利に使用される。このフィルタは、装置のフーリエ面に配置され、記録時には、信号光と参照光を効果的に結合し、再生時には、参照光と再生された信号光を分離することを可能にする。
【０００７】
偏光フィルタは、透過型フィルタ又は反射型フィルタである。透過型フィルタの場合、内側領域は、第１の偏光方向に対する高い透過率と、第２の偏光方向に対する低い透過率を有している一方、外側領域は、第１の偏光方向に対する低い透過率と、第２の偏光方向に対する高い透過率を有している。この場合、切替え可能な波長板は、半波長板である。透過型フィルタは、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置の光学的経路内に容易に組み込むことができるという利点がある。フィルタが、反射型フィルタであるとき、外側領域は、第１の偏光方向に対する低い反射率と、第２の偏光方向に対する高い反射率を有し、内側領域は、第１の偏光方向に対する高い反射率と、第２の偏光方向に対する低い反射率を有している。この場合、切替え可能な波長板は、１／４波長板である。反射型フィルタは、偏光に応じた反射率を、コーティングにより容易に実現できるという利点がある。
【０００８】
好ましくは、波長板の内側領域に対応する部分は、穴又は切替え不可能である。他の実施形態として、波長板の外側領域が切替え不可能又は省略されていて、内側領域に対応する部分のみが切替え可能である。波長板は、液晶素子により有利に実現される。この様に、波長板は安価であり、製造は簡単である。
【０００９】
外側領域及び内側領域は、好ましくは、サブ波長格子を含んでいる。その様な格子は、非常に強い偏光依存性を示す。よって、その様な格子は、偏光依存特性を効果的に実現することを可能にする。
【００１０】
サブ波長格子は、光学システム内での迷光を避けるため、透過させない又は反射させない光を、十分大きな角度、例えば、１０度以上、で屈折する様に、有利に設計される。これは、透過又は反射させない光が、０次以外の他の次数の回折光に屈折されることを意味している。迷光の回避は、記録されたホログラムのコントラストと、再生された物体光のコントラストを改善する。もちろん、選択する角度は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置に使用する光学系の構成に依存する。
【００１１】
本発明の更なる特徴によれば、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置は、信号光及び／又は参照光を、ホログラフィック記録媒体に結像させる４ｆシステムと、再生された信号光と参照光を分離する、本発明による偏光フーリエフィルタとを備えている。装置は、単一の４ｆ結像システムのみを必要とし、よって、たいへん小型に実現できる。４ｆシステムのフーリエ面に位置している偏光フィルタは、依然、参照光と再生された信号光の確実な分離を可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のより良い理解のために、本発明について以下では図面を用いて詳細に説明する。本発明は、この典型的な実施形態に限定されるものではなく、特定された特徴については、本発明の範囲から逸脱しない組合せ及び／又は修正が可能である。
【００１３】
図１は、本発明による偏光ピンホールフーリエフィルタを示している。偏光ピンホールフーリエフィルタは、提案システムの主要部品の１つである。偏光ピンホールフーリエフィルタ１７は、２つの異なる領域１７ａ及び１７ｂを有する透過型基板で構成されている。外側領域１７ａは、第１の偏光方向、例えばｘ方向に対する透過率は０であり、第２の偏光方向、例えばｙ方向に対する透過率は１である。中央の円形領域（開口）１７ｂは、第１の偏光方向に対する透過率は１であり、第２の偏光方向に対する透過率は０である。もちろん、外側領域１７ａと内側領域１７ｂの偏光方向に対する透過率の依存関係は、同様に逆にすることができる。領域１７ａ、１７ｂは、例えば、非常に強い偏光依存性を示すサブ波長格子を用いて製造することができる。好ましくは、サブ波長格子は、透過させない光を十分大きな角度で屈折し、屈折された光が、光学的経路の下流にあるいずれの部品の開口も通過しない様に設計される。上述した例において、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して垂直である。他の実施形態として、２つの偏光方向は、右及び左円偏光である。
【００１４】
偏光ピンホールフーリエフィルタ１７は、基板に取り付けられ、カバー層１７ｄで覆われた、電気的に制御される半波長板（λ／２板）１７ｃを有している。電気的に制御される半波長板１７ｃは、好ましくは、液晶素子により構成される。図１に示す半波長板１７ｃは、内側領域１７ｂに対応する中央部に穴があるように設計される。代替案として、半波長板１７ｃの中央部は、印加される電界に影響されない様に、つまり、切替不可能にする。両方の場合において、内部領域１７ｂを通過する光の偏光状態は、電気的に制御される半波長板１７ｃによって影響を受けない。更なる代替案として、半波長板１７ｃの外側部分を切替え不可能にする一方、内部領域１７ｂに、切替え可能領域を設けることも同様に可能である。
【００１５】
図２は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置を概略的に示す図である。レーザ１により放射された光ビーム２８は、必要に応じてビーム整形器２で整形され、コリメータレンズ３で平行光にされる。第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５は、入力光ビーム２８を、参照光２５と信号光２４に分割する。第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５の前段に位置する回転可能な半波長板４は、参照光２５と信号光２４の強度比を設定するために用いる。参照光２５の偏光方向は、第２の半波長板１０により回転される。参照光２５は、空間光変調器１３に送られる前に、第２の偏光ビームスプリッタ１１を通過する。空間光変調器１３は、様々な多重テクニックの実現を可能とし、好ましくは、複数画素、例えば、２５６×２５６画素以上の画素を持つ位相変調器を少なくとも備えており、反射ビームにπ／２の位相シフトを与える。第１の１／４波長板（λ／４板）１２が、第２の偏光ビームスプリッタ１１と、空間光変調器１３の間に設けられる。第１の１／４波長板１２を２度通過した後、参照光２５は、第２の偏光ビームスプリッタ１１により、第３の半波長板１４及び第３の偏光ビームスプリッタ１５の方向に反射される。レンズ１６、１８の組は、いわゆる４−ｆ結像システムを形成する。図１の偏光フーリエフィルタ１７は、２つのレンズ１６と１８の間のフーリエ面内に位置している。空間光変調器１３は、例えば、複数の部分参照光を生成することで、偏光フーリエフィルタ１７の位置において複数の別々の焦点を結ぶ様に、参照光２５を変更する。最も簡単な例において、空間光変調器１３は回折素子である。この場合、シフト多重のみが用いられる。フィルタ１７は、参照光２５の０次成分をブロックし、より高次の成分のみを透過させる。透過成分の偏光方向は、ホログラムの記録であるか、再生であるかに応じて、組み込まれた電気的に制御される半波長板１７ｃにより９０°回転される。最後に、参照光２５は、第２の１／４波長板１９へ送られ、対物レンズ２０によりホログラフィック記録媒体２２で合焦する。
【００１６】
第１の偏光ビームスプリッタ５を透過した光は、信号光２４を表している。信号光２４は、第４の偏光ビームスプリッタ７を通過して、反射型振幅変調器（又は空間光変調器：ＳＬＭ）９に突き当たる。更に、この光学系の構成は、透過型ＳＬＭ９を利用する様な変更が可能である。第３の１／４波長板８は、反射した信号光が、第４の偏光ビームスプリッタ７により、切替え可能な第４の半波長板２３の方に、その方向を変えられることを確実にする。信号光２４は、第３の偏光ビームスプリッタ１５により方向を代えられ、レンズ１６、１８の組により、対物レンズ２０の瞳の中で結像する。信号光２４は、第２の１／４波長板１９を通過した後、ホログラフィック記録媒体２２で合焦する。信号光は、偏光フーリエフィルタ１７により低域通過フーリエフィルタリングされている。
【００１７】
以下、記録処理について説明する。ホログラムを記録するため、ＳＬＭ９は、記録するデータを、信号光２４に渡す。信号光２４は、偏光フーリエフィルタ１７により低域通過フィルタリングされ、必要に応じて配置される第２の１／４波長板１９を通過し、ホログラフィック媒体２２で合焦する。ホログラフィック媒体内で、信号光２４は、円偏光である。参照光２５の波面は、位相及び振幅についてのＳＬＭ１３により設定される。また、偏光方向が信号光２４とは直交している参照光２５は、偏光フーリエフィルタ１７により高域通過フィルタリングされる。フィルタ１７の電気的に制御される半波長板１７ｃは、オフに切替え、つまり、信号光２４の偏光方向を変化させない。必要に応じて配置される第２の１／４波長板１９は、参照光２５の偏光を、円偏光に変換する。よって、ホログラムの生成に係わる干渉光は、反射した信号光２４と入力する信号光２４の組と、入力する信号光２４と反射した参照光２７の組のみとなる。反射は、ホログラフィック記録媒体２２の反射層２１で生じる。
【００１８】
有利には、振幅変調器も、空間光変調器１３に組み込まれる。総ての波面は、単一面内における、空間的な振幅及び位相分布により一意に決定されるので、位相及び振幅変調器の組合せは、最大数の多重状態を可能にする。更に、振幅変調器を用い、対物レンズ２０の開口の半分にあたる光を消すことで、ハーフコーン参照光を生成することが可能になる。これは、変調器１３及び対物レンズ２０の瞳面を、レンズ１６及び１８により形成される共役面に配置することで可能である。
【００１９】
再生処理を図３に示す。記録処理で使用したのと同じ参照光２５がＳＬＭ１３により生成される。前と同様に、参照光２５は、偏光フーリエフィルタ１７により高域通過フィルタリングされる。しかしながら、今回、電気的に制御される半波長板１７ｃはオンに切り替えられ、その結果、偏光は９０度回転する。ビームは、第２の１／４波長板１９を通過し、ホログラフィック記録媒体２２に送られる。これは、円偏光の方向が、記録処理で用いられた円偏光の方向とは反対であることを意味する。結果、再生された信号光２６の円偏光の方向も反対になる。第２の１／４波長板１９を通過後、再生された信号光２６の偏光は、偏光フーリエフィルタ１７の通過が可能な方向の直線偏光である。再生された信号光２６は、第３の偏光ビームスプリッタ１５により方向が代えられ、再生された信号光２６を、第４の偏光ビームスプリッタ７の通過が可能な状態にする、切替え可能な第４の半波長板２３を通過する。最後に、再生された信号光２６は、アレイ検出器６で結像する。反射した参照光２７は、偏光フーリエフィルタ１７でブロックされる。電気的に制御可能な半波長板１７ｃをオンとして、ホログラフィック記録媒体２２に記録することも同様に可能である。その場合、再生時には、電気的に制御可能な半波長板１７ｃをオフとする。
【００２０】
この典型的な構成において、アレイ検出器６、ＳＬＭ１３及びＳＬＭ９からレンズ１６への距離は、レンズ１６の焦点距離に対応している。さもなければ、偏光フーリエフィルタ１７は、正常に動作しない。
【００２１】
第２の１／４波長板１９を用いることなくシステムを動作させることも可能である。この場合、偏光フーリエフィルタ１７の電気的に制御される半波長板１７ｃは、記録及び再生の間、オン状態とされ、その結果、参照光２５及び信号光２４の偏光方向は平行である。これは、その様な他の実施形態において、電気的に制御される半波長板１７ｃを、切り替えできない半波長板に置き換えることを意味している。
【００２２】
図４は、反射型ＳＬＭに代えて、透過型ＳＬＭ９及び１３を使用する、変更した光学系の構成を示している。反射型ＳＬＭは素早い切替えが可能であるが、この変更した光学系の構成は、第１の１／４波長板１２及び第３の１／４波長板８を必要としないという利点がある。第４のＰＢＳ１１は、ミラーに置き換えられる。
【００２３】
透過型の偏光フーリエフィルタ１７ではなく、反射型の偏光フーリエフィルタでも実現可能である。これを図５に示す。この場合、反射した光ビームを、入力する光ビーム２５、２６から分離することを可能にするため、偏光フーリエフィルタ１７は、光軸に対して少し傾けられる。結果として、内側領域１７ｂは、楕円形となる。更に、電気的に制御される半波長板１７ｃは、電気的に制御される１／４波長板１７ｅに置き換えられる。光ビーム２５、２６を反射するため、偏光フーリエフィルタ１７にはミラー層１７ｆが設けられる。図５において、ミラー層１７ｆは、カバー層１７ｄを置き換えている。もちろん、カバー層１７ｄの上にも配置できる。
【００２４】
上述した実施形態における光学部品の幾つかは、もちろん、同等の機能を有する他の部品と置換可能であり、幾つかの構成においては省略さえ可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による透過型偏光ピンホールフーリエフィルタを示す図である。
【図２】記録時のホログラフィック記録装置の概略図である。
【図３】図２と同じ装置の再生時を示す図である。
【図４】透過型ＳＬＭ使用時の変更された光学的構成を示す図である。
【図５】本発明による反射型偏光ピンホールフーリエフィルタを示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ
２  ビーム整形器
３  コリメータレンズ
４、１０、１４、２３  半波長板
５、７、１１、１５  偏光ビームスプリッタ
６  アレイ検出器
８、１２、１９  １／４波長板
９、１３  空間光変調器
１６、１８  レンズ
１７  偏光ピンホールフーリエフィルタ
１７ａ  外側領域
１７ｂ  内側領域
１７ｃ  電気的に制御される半波長板
１７ｄ  カバー層
１７ｅ  電気的に制御される１／４半波長板
１７ｆ  ミラー層
２０  対物レンズ
２１  反射層
２２  ホログラフィック記録媒体
２４  信号光
２５  参照光
２６  再生された信号光
２７  反射した参照光
２８  光ビーム
【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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【外国語明細書】
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