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特開2023-26412ホログラフィック光記憶光路システム及びそのフレネルレンズ又はスーパーレンズの設計
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023026412
(43)【公開日】2023-02-24
(54)【発明の名称】ホログラフィック光記憶光路システム及びそのフレネルレンズ又はスーパーレンズの設計
(51)【国際特許分類】
   G11B 7/0065 20060101AFI20230216BHJP
   G11B 7/135 20120101ALI20230216BHJP
   G11B 7/1374 20120101ALI20230216BHJP
   G02B 5/18 20060101ALI20230216BHJP
   G02B 3/08 20060101ALI20230216BHJP
   G02B 3/02 20060101ALI20230216BHJP
   G02B 5/00 20060101ALI20230216BHJP
   G02B 13/00 20060101ALI20230216BHJP
【FI】
G11B7/0065
G11B7/135
G11B7/1374
G02B5/18
G02B3/08
G02B3/02
G02B5/00 Z
G02B13/00
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022129096
(22)【出願日】2022-08-12
(31)【優先権主張番号】202110924740.4
(32)【優先日】2021-08-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】521001294
【氏名又は名称】アメシスタム ストレージ テクノロジー カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Amethystum Storage Technology Co.,Ltd.
(74)【代理人】
【識別番号】100121728
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 勝守
(74)【代理人】
【識別番号】100165803
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100170900
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 渉
(72)【発明者】
【氏名】フ ドォジァオ
(72)【発明者】
【氏名】リォウ イチョン
(72)【発明者】
【氏名】ティエン ジュン
(72)【発明者】
【氏名】タァォ シィアォシィアォ
【テーマコード(参考)】
2H042
2H087
2H249
5D090
5D789
【Fターム(参考)】
2H042AA04
2H042AA21
2H042AA31
2H087KA13
2H087KA22
2H087LA01
2H087RA01
2H087RA46
2H249AA04
2H249AA14
2H249AA50
2H249AA64
5D090BB16
5D090FF02
5D090FF05
5D090KK12
5D090KK15
5D090LL02
5D090LL03
5D789BB20
5D789JA08
5D789JA09
5D789JA43
(57)【要約】      (修正有)
【課題】ホログラフィック光記憶光路システム及びそのフレネルレンズ又はスーパーレンズの設計方法を提供する。
【解決手段】ホログラフィック光記憶光路システムは、参照光光路1、信号光光路2、サーボ光光路3及び再生光光路4を含む。参照光光路及び信号光光路は、いずれも、参照光と、データ情報を保持する信号光とを伝送し、かつ、参照光及び信号光の記憶媒体での入射位置及び角度を調整する第1のフーリエレンズ10及び第2のフーリエレンズ20と、参照光を収束する参照光対物レンズ50と、信号光ライトフィールドをフーリエ変換する第3のフーリエレンズ30と、再生信号光ライトフィールドをフーリエ変換してデータ情報を読み取る第4のフーリエレンズ40と、を含む。第1ないし第4のフーリエレンズ及び参照光対物レンズは、いずれもフレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【選択図】図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
参照光光路、信号光光路、サーボ光光路及び再生光光路を含むホログラフィック光記憶光路システムであって、前記参照光光路及び信号光光路は、いずれも、参照光と、データ情報を保持する信号光とを伝送し、かつ参照光及び信号光の記憶媒体での入射位置及び角度を調整する第1のフーリエレンズ及び第2のフーリエレンズを含み、前記ホログラフィック光記憶光路システムは、参照光を収束する参照光対物レンズと、信号光ライトフィールドをフーリエ変換する第3のフーリエレンズと、再生信号光ライトフィールドをフーリエ変換してデータ情報を読み取る第4のフーリエレンズと、をさらに含むホログラフィック光記憶光路システムにおいて、前記第1のフーリエレンズ、第2のフーリエレンズ、第3のフーリエレンズ、第4のフーリエレンズ及び参照光対物レンズは、いずれもフレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されることを特徴とする、ホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項2】
サーボ光スポットを校正するサーボ光校正レンズをさらに含み、前記サーボ光校正レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズであることを特徴とする、請求項1に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項3】
サーボ光を集束するサーボ光対物レンズをさらに含み、前記サーボ光対物レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズであることを特徴とする、請求項1に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項4】
空間光変調器と画像センサのピクセルサイズを整合する倍率レンズをさらに含み、前記倍率レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズであることを特徴とする、請求項1に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項5】
前記参照光光路、前記信号光光路は、前記参照光及び前記信号光に対してビーム拡大を行うビーム拡大コリメートレンズ群をさらに含み、前記ビーム拡大コリメートレンズ群は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されることを特徴とする、請求項1に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項6】
非点収差を利用してサーボ光の焦点ずれ状況を検出する非点収差シリンドリカルレンズをさらに含み、前記非点収差シリンドリカルレンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズであることを特徴とする、請求項1に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項7】
参照光は、前記参照光対物レンズを通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で信号光側方向に収束されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項8】
信号光は、前記第3のフーリエレンズを通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で参照光側方向に収束されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のホログラフィック光記憶光路システム。
【請求項9】
請求項1~6のいずれか一項に記載のホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法であって、
ホログラフィック光記憶光路システムに対して光学設計最適化を行って、光学性能要件を満たすレンズ又はレンズ群を得るステップS1と、
平行光がステップS1で得られたレンズ又はレンズ群を通過した後に蓄積した位相分布を抽出するステップS2と、
ステップS2で得られた位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップS3と、を含むことを特徴とする、設計方法。
【請求項10】
【請求項11】
請求項7に記載のホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法であって、
前記参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズに対して光学設計最適化を行い、最適化過程において前記参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズの後方の適切な位置に偏向位相変調を設定して主光線を要求される方向に偏向することにより、光学性能要件を満たすレンズ又はレンズ群を得るステップR1と、
平行光がステップR1で得られたレンズ又はレンズ群を通過して偏向位相の所在する平面に伝播して蓄積したレンズの位相分布を抽出し、かつステップR1で使用された偏向位相変調の偏向位相分布を前記レンズ位相分布に重ね合わせて、偏向レンズの位相分布を得るステップR2と、
ステップR2で得られた偏向レンズの位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップR3と、を含むことを特徴とする、設計方法。
【請求項12】
【請求項13】
請求項8に記載のホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法であって、
前記参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズに対して光学設計最適化を行い、最適化過程において前記参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズの後方の適切な位置に偏向位相変調を設定して主光線を要求される方向に偏向することにより、光学性能要件を満たすレンズ又はレンズ群を得るステップR1と、
平行光がステップR1で得られたレンズ又はレンズ群を通過して偏向位相の所在する平面に伝播して蓄積したレンズの位相分布を抽出し、かつステップR1で使用された偏向位相変調の偏向位相分布を前記レンズ位相分布に重ね合わせて、偏向レンズの位相分布を得るステップR2と、
ステップR2で得られた偏向レンズの位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップR3と、を含むことを特徴とする、設計方法。
【請求項14】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホログラフィック光記憶の分野に属し、具体的には、ホログラフィック光記憶におけるレンズに属し、特に、ホログラフィック光記憶光路システム及びそのフレネルレンズ又はスーパーレンズの設計に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、広く応用されている一般的な光記憶技術は、レーザ熱作用を利用してトラック上の材料をアブレーションして反射率差を形成することにより、DVD、青色光の光記憶などのデータの記録を実現する。その光路システムは、入射レーザを記憶媒体内部の一定の距離で回折が制限された単一の収束スポットに集束すればよく、ライトフィールドの縦横のサイズは、約百ナノメートルオーダーである。それに比べて、ホログラフィック光記憶は、以下の5つの特徴を有する。まず、ホログラフィック光記憶では、参照光及び信号光により記録媒体の内部で干渉して一定の体積を有する三次元分布干渉縞を形成し、かつ光化学反応により縞を感光媒体の内部に記録する。一般的な光記憶に比べて、それは、安定した2本の光を生成する必要があるため、光路システムは、より高い複雑性を有する。第二に、ホログラフィック光記憶光路システムが媒体内部に生成した参照光ライトフィールド及び信号光ライトフィールドは、いずれも一定の大きいサイズを有し、アブレーション効果を利用する記録に比べて、ホログラフィック光記憶のライトフィールドは、ライトフィールド範囲内で均一に露光できることを保証するために、より高い均一性を有する必要があり、これにより、光路システムに対する要求が高くなる。第三に、ホログラフィック光記憶は、二次元データページ画像を信号光にロードして参照光と干渉して媒体に記録することによりホログラムを形成し、かつ参照光をホログラムに照射してデータ情報を保持する信号光を再生し、光路システムにより二次元データページ画像を画像センサに投射する。過程全体において二次元データページ画像情報を完全に記録し、再生し伝達する必要があり、光路システムが高い結像特性を有する必要があり、すなわち、大きい口径を有する必要があり、かつ光路システムの広い視野収差を除去する必要があり、除去する必要がある収差は、球面収差、色収差、コマ収差、歪み、像面湾曲、非点収差などを含む。したがって、ホログラフィック光記憶光路における光学対物レンズは、いずれも複数のレンズを含むレンズ群で構成され、その体積及び質量がいずれも大きい。第四に、ホログラムを記録し再生する過程において、2本の光が常に正確な位置に照射されることを保証するために、サーボシステムを設置して光路システムにおける1つ以上のレンズ(群)をリアルタイムに移動させるか又は回転することによりビームの記憶媒体に対するずれを校正する必要がある。校正過程の応答周波数及び応答速度を保証し、レンズ(群)を移動させるか又は回転する過程における収差を低減させるために、レンズ(群)の体積、質量を低減させるとともに、その光学性能を保証する必要がある。第五に、ホログラフィック光記憶におけるレンズ(群)は、より多くの豊富な機能を有し、例えば、そのうちのフーリエレンズは、二次元データページライトフィールドをスペクトル面に変換してフーリエ変換ホログラフィック記録を実現し、参照光対物レンズは、参照光を収束し、倍率レンズは、空間光変調器と画像センサのピクセルサイズなどを整合する。
【0003】
以上から分かるように、ホログラフィック光記憶光路システムは、より複雑であり、光学部品の機能がより豊富であり、ホログラフィック光記憶装置の小型化、集積化を実現するために、その機能及び性能を満たす前提で、各光学部品を最適化して改善する必要がある。
【0004】
フレネルレンズは、輪帯状の微小曲面を利用して入射ビームに対する位相変調を実現することにより、入射ビームに対する収束又は発散を実現する。スーパーレンズは、特殊なメタ表面であり、それらは、いずれも光学ナノアンテナで構成された平面光学部品であり、光の位相、振幅及び偏光方向などの複数のパラメータを正確に制御することができる。フレネルレンズ及びスーパーレンズは、いずれも設計が柔軟であり、質量が小さく、平坦化し、構造がコンパクトであるなどの利点を有する。理論設計又はシミュレーション最適化により収差除去特性を満たす二次元位相変調を取得することができ、該位相変調に基づいて製造されたフレネルレンズ又はスーパーレンズは、複数のレンズで構成されたレンズ群と同様に優れた光学性能を有する。
【0005】
したがって、フレネルレンズ又はスーパーレンズをホログラフィック光記憶光路システムに応用することは、非常に重要である。
【発明の概要】
【0006】
上記問題を解決し、かつホログラフィック光記憶システムの小型化、集積化を実現するために、本発明は、以下の解決手段を提供する。
【0007】
ホログラフィック光記憶光路システムは、参照光光路、信号光光路、サーボ光光路及び再生光光路を含む。参照光光路及び信号光光路は、いずれも、参照光と、データ情報を保持する信号光とを伝送し、かつ参照光及び信号光の記憶媒体での入射位置及び角度を調整する第1のフーリエレンズ及び第2のフーリエレンズを含み、ホログラフィック光記憶光路システムは、参照光を収束する参照光対物レンズと、信号光ライトフィールドをフーリエ変換する第3のフーリエレンズと、再生信号光ライトフィールドをフーリエ変換してデータ情報を読み取る第4のフーリエレンズと、をさらに含む。第1のフーリエレンズ、第2のフーリエレンズ、第3のフーリエレンズ、第4のフーリエレンズ及び参照光対物レンズは、いずれもフレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。
【0008】
フーリエレンズは、データ情報を完全に伝達する機能要件を有し、参照光対物レンズは、より高い開口数及びより大きい作動距離を有する必要があるため、その口径がいずれも大きくなる。同時に、収差の影響を除去する必要があるため、フーリエレンズ及び参照光対物レンズは、一般的に複数のレンズで構成されたレンズ群であり、体積及び質量がいずれも大きい。それをフレネルレンズ又はスーパーレンズに設計すると、レンズの体積及び質量を最大限低減させることができる。体積及び質量の低減は、ホログラフィック光記憶システム全体の小型化に有利である一方で、サーボシステムによりレンズの移動を制御して光ディスクの膨張(又は収縮)及びずれを補償することを実現することに有利である。ホログラフィックディスクの膨張(又は収縮)は、データを書き込んだ後にフォトポリマーモノマーが高分子に重合されることによる体積収縮と温度変化による体積変化とを含み、該体積変化によりホログラフィック格子の変化を引き起こす。光ディスクのずれは、3つの軸方向での平行移動ずれ及び3つの軸を中心とする角度ずれを含む。ホログラフィックディスクの体積変化及びずれによる影響を補償して記憶されたデータ情報を完全に再生するために、光路上のレンズ(例えば、第2のフーリエレンズ又は他のレンズ)の移動又は回転を制御することにより、補償を行うことができる。制御を容易にし、かつ迅速な応答を実現するために、これらのレンズの体積及び質量をできるだけ低減させなければならず、フレネルレンズ及びスーパーレンズで従来のレンズ(群)を取り替えることは、重要でさらに唯一の実現方法である。
【0009】
ホログラフィック光記憶光路システムは、サーボ光スポットを校正するサーボ光校正レンズをさらに含み、該サーボ光校正レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0010】
サーボ光校正レンズは、サーボ光収束スポットの位置を調整し、光路校正過程において、常に校正レンズの位置を移動させてサーボ光の合焦を完了する必要がある。一般的なレンズで製造された校正レンズの代わりにフレネルレンズ又はスーパーレンズを使用すると、レンズの体積及び質量を大幅に低減させることができ、校正レンズの迅速な移動に役立つ。
【0011】
ホログラフィック光記憶光路システムは、サーボ光を集束するサーボ光対物レンズをさらに含み、該サーボ光対物レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0012】
サーボ光対物レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されるため、レンズの体積を低減させ、レンズの質量を低減させ、システムの小型化集積に役立ち、かつサーボ光対物レンズの迅速な移動に役立つ。
【0013】
ホログラフィック光記憶光路システムは、空間光変調器と画像センサのピクセルサイズを整合する倍率レンズをさらに含み、該倍率レンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0014】
参照光光路及び信号光光路は、参照光及び信号光に対してビーム拡大を行うビーム拡大コリメートレンズ群をさらに含み、ビーム拡大コリメートレンズ群は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されるため、体積を低減させ、システムの小型化集積に役立つ。
【0015】
ホログラフィック光記憶光路システムは、非点収差を利用してサーボ光の焦点ずれ状況を検出する非点収差シリンドリカルレンズをさらに含み、該非点収差シリンドリカルレンズは、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0016】
参照光は、参照光対物レンズを通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で信号光側方向に収束される。
【0017】
信号光は、第3のフーリエレンズを通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で参照光側方向に収束される。
【0018】
オフアクシスホログラフィック光記憶システムにおいて、信号光と参照光は、一定の夾角でホログラフィックディスクに入射する。従来のレンズ(群)を第3のフーリエレンズ及び参照光対物レンズとして使用すると、この両者の光軸は、必ず夾角を有する。このような構造には、以下の問題が存在する。まず、この2つのレンズ(群)を制御することによりサーボを実現しようとすると、両者は、それぞれの光軸に沿って移動しなければならず、このように、それらの移動は、統一的な駆動機構を使用して実現することができず、同時に移動することもできず、次に、この2つのレンズ(群)は、一定の夾角をなして配置されるため、その前表面がホログラフィックディスクを同時に貼り合わせることができないため、大きな開口数のレンズ(群)を使用しにくい。フレネルレンズ又はスーパーレンズを利用すると、傾斜位相を重ね合わせる方式により、垂直に照射したレンズビームを側方向に偏向して収束する効果を実現することができ、これにより、第3のフーリエレンズ及び参照光対物レンズを同一平面に並べて配置することができ、信号光及び参照光がいずれもこの2つのレンズを垂直に照射する場合、透過した信号光及び参照光は、一定の角度でホログラフィックディスクに重ね合わせて干渉することができる。このように、この2つのレンズは、同じ方向に沿って同時に移動することができ、かついずれもホログラフィックディスクと近距離で貼り合わせて、高い開口数を実現することができる。
【0019】
さらに、本発明に係るホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法は、
ホログラフィック光記憶光路システムに対して光学設計最適化を行って、光学性能要件を満たすレンズ(群)を得るステップS1と、
平行光がステップS1で得られたレンズ(群)を通過した後に蓄積した位相分布を抽出するステップS2と、
ステップS2で得られた位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップS3と、を含む。
【0020】
ホログラフィック光記憶光路システムにおける一般的なレンズ群から位相分布を抽出することによりフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計する。該位相分布は、ホログラフィック光記憶光路システムにおける一般的なレンズ群から抽出され、設計して得られたフレネルレンズ又はスーパーレンズは、ホログラフィック光記憶光路システムに必要なレンズ又はレンズ群の高度と一致するため、単独で使用することができ、ホログラフィック光記憶光路システムにおける対応するレンズ又はレンズ群の代わりが行われ、かつフレネルレンズ又はスーパーレンズ自体は、厚さが小さく、質量が小さく、収束能力が高く、機能集積度が高く、かつ定量化製造コストが低いなどの利点を有し、ホログラフィック光学システムにおける光学部品の適用数が多く、口径が大きいことによる構造が複雑であり、サーボ制御が難しいという技術的問題を解決することに役立つ。
【0021】
【0022】
スーパーレンズに対して、上記設計方法におけるステップS3は、具体的には、位相分布に基づいてナノアンテナ及びそのレイアウトを設計して、スーパーレンズを得るステップを含む。本発明のスーパーレンズは、プラズモン共鳴又は誘電体共鳴により位相の調整制御を実現する。光は、ナノアンテナの表面又はその内部に沿って往復伝播する電磁波と結合し、さらにナノアンテナ上の発振モードにより透過光又は反射光を調整制御する。単一のナノアンテナに対して、その形状、サイズ及び傾斜角度などを調整することにより光波の位相を変更することができる。
【0023】
ある光路は、フレネルレンズ又はスーパーレンズが偏向作用を有することを要求し、例えば、参照光は、参照光対物レンズ(フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される)を通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で信号光側方向に収束され、信号光は、第3のフーリエレンズ(フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される)を通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で参照光側方向に収束される。フレネルレンズ又はスーパーレンズが偏向作用を有することを要求する光路に対して、該フレネルレンズ又はスーパーレンズの設計方法は、
参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズに対して光学設計最適化を行い、最適化過程において参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズの後方の適切な位置に偏向位相変調を設定して主光線を要求される方向に偏向することにより、光学性能要件を満たすレンズ(群)を得るステップR1と、
平行光がステップR1で得られたレンズ(群)を通過して偏向位相の所在する平面に伝播して蓄積したレンズの位相分布を抽出し、かつステップR1で使用された偏向位相変調の偏向位相分布を前記レンズ位相分布に重ね合わせて、偏向レンズの位相分布を得るステップR2と、
ステップR2で得られた偏向レンズの位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップR3と、を含む。
【0024】
【0025】
本発明におけるフレネルレンズ又はスーパーレンズは、インラインホログラフィック光記憶光路システムにおける光学部品を取り替えてもよく、オフアクシスホログラフィック光記憶光路システムにおける光学部品を取り替えてもよく、参照光光路と信号光光路が部分的に重なるホログラフィック光記憶光路システムにおける光学部品を取り替えてもよい。
【0026】
本発明の有益な効果は、以下のとおりである。
【0027】
(1)フレネルレンズ又はスーパーレンズをホログラフィック光記憶光路システムにおける光学部品として使用し、レンズ表面構造の設計自由度が大きく、理論設計又はシミュレーション設計によりレンズの性能を絶えず最適化することができ、高い光学性能のレンズを取得しやすい。
【0028】
(2)フレネルレンズ又はスーパーレンズは、体積が小さく、質量が小さく、レンズの機能及び性能を満たす前提で、ホログラフィック光記憶装置の小型化及び集積化を実現しやすい。
【0029】
(3)フレネルレンズ又はスーパーレンズは、体積が小さく、質量が小さく、サーボ駆動システムのレンズに対する制御に役立ち、迅速な移動又は回転を実現して光ディスクの体積変化又はずれを補償する。
【0030】
(4)本発明は、ホログラフィック光記憶光路システムにおける一般的なレンズ群からのレンズ位相分布を抽出することによりフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計する。該レンズの位相分布は、ホログラフィック光記憶光路システムにおける一般的なレンズ群から抽出され、設計して得られたフレネルレンズ又はスーパーレンズは、ホログラフィック光記憶光路システムに必要なレンズ又はレンズ群の高度と一致するため、単独で使用することができ、ホログラフィック光記憶光路システムにおける対応するレンズ又はレンズ群の代わりが行われ、かつフレネルレンズ又はスーパーレンズ自体は、厚さが小さく、質量が小さく、収束能力が高く、機能集積度が高く、かつ定量化製造コストが低いなどの利点を有し、ホログラフィック光学システムにおける光学部品の適用数が多く、口径が大きいことによる構造が複雑であり、サーボ制御が難しいという技術的問題を解決することに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0031】
図1】一般的な光学レンズ群の代わりにスーパーレンズ又はフレネルレンズを使用した場合の概略図である。
図2】フレネルレンズ又はスーパーレンズを第1のフーリエレンズ及び第2のフーリエレンズとして使用した場合の概略図である。
図3】フレネルレンズ又はスーパーレンズを第3のフーリエレンズとして使用した場合の概略図である。
図4】フレネルレンズ又はスーパーレンズを第3のフーリエレンズ及び参照光対物レンズとして使用した場合の概略図である。
図5】フレネルレンズ又はスーパーレンズを第3のフーリエレンズ及び参照光対物レンズとして使用した場合の概略図である。
図6】フレネルレンズ又はスーパーレンズを第3のフーリエレンズ及び参照光対物レンズとして使用した場合の概略図である。
図7】フレネルレンズ又はスーパーレンズを含むホログラフィック光記憶光路システムの概略図である。
図8】フレネルレンズ又はスーパーレンズを含むホログラフィック光記憶光路システムの概略図である。
図9】フレネルレンズ又はスーパーレンズをインラインホログラフィックのフーリエレンズとして使用した場合の概略図である。
図10】ホログラフィック光記憶光路システムにおけるフレネルレンズ又はスーパーレンズの設計方法の概略図である。
図11】ホログラフィック光記憶光路システムにおける偏向フレネルレンズ又は偏向スーパーレンズの設計方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
(実施例1)
本実施例に係るフレネルレンズ又はスーパーレンズを含むホログラフィック光記憶光路システムは、図7に示すように、参照光光路1、信号光光路2、サーボ光光路3及び再生光光路4を含み、参照光光路1及び信号光光路2は、いずれも、参照光1と、データ情報を保持する信号光2とを伝送し、かつ参照光1及び信号光2の記憶媒体での入射位置及び角度を調整する第1のフーリエレンズ10及び第2のフーリエレンズ20を含み、本実施例において、参照光光路1と信号光光路2は、部分的に重なり、第1のフーリエレンズ10と第2のフーリエレンズ20は、該重なり箇所に設置され、すなわち、参照光光路1と信号光光路2は、第1のフーリエレンズ10と第2のフーリエレンズ20を共用する。ホログラフィック光記憶光路システムは、参照光を収束する参照光対物レンズ50と、信号光ライトフィールドをフーリエ変換する第3のフーリエレンズ30と、再生信号光ライトフィールドをフーリエ変換してデータ情報を読み取る第4のフーリエレンズ40と、空間光変調器と画像センサのピクセルサイズなどを整合する倍率レンズ70と、サーボ光を集束するサーボ光対物レンズ50と、サーボ光スポットを校正するサーボ光校正レンズ60と、非点収差を利用してサーボ光の焦点ずれ状況を検出する非点収差シリンドリカルレンズ80と、参照光及び信号光に対してビーム拡大を行うビーム拡大コリメートレンズ群90と、データ情報を信号光にロードする空間光変調器100と、をさらに含む。
【0033】
図2に示すように、第1のフーリエレンズ10及び第2のフーリエレンズ20は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。参照光及び信号光は、第1のフーリエレンズ10によりフーリエ変換された後に、その焦点面に収束され、フィルタリングされた後、第2のフーリエレンズ20によりフーリエ変換されてその焦点面に伝達される。第1、第2のフーリエレンズによるフーリエ変換システムフィルタリングは、ホログラムサイズの制御を実現する。
【0034】
図3に示すように、第3のフーリエレンズ30は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。図4に示すように、第3のフーリエレンズ30及び参照光対物レンズ50は、いずれもフレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。信号光は、第3のフーリエレンズ30によりフーリエ変換された後、焦点面に収束され、その焦点面が記憶媒体の内部に位置する。参照光は、参照光対物レンズ50を通過した後、元の光軸方向に沿って参照光対物レンズ50の前焦点箇所に収束され、かつ伝播され続けて発散球面波を形成する。信号光と参照光は、記憶媒体の内部で干渉し、露光してホログラムを形成する。
【0035】
図1に示すように、フーリエレンズは、画像データ情報を完全に伝達する機能要件を有し、参照光対物レンズは、より高い開口数及びより大きい作動距離を有する必要があるため、その口径がいずれも大きくなる。同時に、収差の影響を除去する必要があるため、フーリエレンズ及び参照光対物レンズは、一般的に複数のレンズで構成されたレンズ群であり、体積及び質量がいずれも大きい。それをフレネルレンズ又はスーパーレンズで設計すると、レンズの体積及び質量を最大限低減させることができる。体積及び質量の低減は、ホログラフィック光記憶システム全体の小型化に有利である一方で、サーボシステムによりレンズの移動を制御して光ディスクの膨張(又は収縮)及びずれを補償することを実現することに有利である。ホログラフィックディスクの膨張(又は収縮)は、データを書き込んだ後にフォトポリマーモノマーが高分子に重合されることによる体積収縮と温度変化による体積変化とを含み、該体積変化によりホログラフィック格子の変化を引き起こす。光ディスクのずれは、3つの軸方向での平行移動ずれ及び3つの軸を中心とする角度ずれを含む。ホログラフィックディスクの体積変化及びずれによる影響を補償して、記憶されたデータ情報を完全に再生するために、光路上のレンズ(例えば、第2のフーリエレンズ又は他のレンズ)の移動又は回転を制御することにより、補償を行うことができる。制御を容易にし、かつ迅速な応答を実現するために、これらのレンズの体積及び質量をできるだけ低減させなければならず、フレネルレンズ及びスーパーレンズで従来のレンズ(群)を取り替えることは、重要でさらに唯一の実現方法である。
【0036】
好ましくは、サーボ光校正レンズ60は、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0037】
サーボ光校正レンズ60は、サーボ光収束スポットの位置を調整し、光路校正過程において、常にサーボ光校正レンズ60の位置を移動させてサーボ光の合焦を完了する必要がある。一般的な校正レンズの代わりにフレネルレンズ又はスーパーレンズを使用すると、レンズの体積及び質量を大幅に低減させることができ、サーボ光校正レンズ60の迅速な移動に役立つ。
【0038】
好ましくは、サーボ光対物レンズ50は、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。本実施例において、サーボ光対物レンズ50と参照光対物レンズは、同じレンズである。
【0039】
サーボ光対物レンズ50は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されるため、レンズの体積を低減させ、レンズの質量を低減させ、システムの小型化集積に役立ち、かつサーボ光対物レンズの迅速な移動に役立つ。
【0040】
好ましくは、倍率レンズ70は、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0041】
好ましくは、ビーム拡大コリメートレンズ群は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成されるため、体積を低減させ、システムの小型化集積に役立つ。
【0042】
好ましくは、非点収差シリンドリカルレンズ80は、フレネルレンズ又はスーパーレンズである。
【0043】
本実施例は、別の実施形態をさらに提供する。図5に示すように、第3のフーリエレンズ30及び参照光対物レンズ50は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。フレネルレンズ又はスーパーレンズの表面構造を設計することにより、参照光は、参照光対物レンズ50を通過した後、元の光軸方向に沿って参照光対物レンズ50の前焦点箇所に収束され、信号光は、第3のフーリエレンズ30を通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で参照光側方向に収束される。
【0044】
本実施例は、別の実施形態をさらに提供する。図6に示すように、第3のフーリエレンズ30及び参照光対物レンズ50は、フレネルレンズ又はスーパーレンズで構成される。フレネルレンズ又はスーパーレンズの表面構造を設計することにより、信号光は、第3のフーリエレンズ30を通過した後、元の光軸方向に沿って参照光対物レンズ50の前焦点箇所に収束され、参照光は、参照光対物レンズ50を通過した後、主光線方向が変化し、一定の角度で信号光側方向に収束される。
【0045】
フレネルレンズ又はスーパーレンズは、さらにインラインホログラフィック光記憶光路システムに適用することができる。図9に示すように、参照光と信号光は、同じ対称軸を有する。第3のフーリエレンズと参照光対物レンズは、同一のレンズである。
【0046】
フレネルレンズ又はスーパーレンズは、さらに他のオフアクシスホログラフィック光記憶光路システムに適用することができる。図8に示すように、参照光と信号光は、同軸ではなく、サーボ光と参照光及び信号光も同軸ではない。
【0047】
(実施例2)
本実施例に係るホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法は、図9に示すように、
ホログラフィック光記憶光路システムに対して光学設計最適化を行って、光学性能要件を満たすレンズ(群)を得るステップS1と、
平行光がステップS1で得られたレンズ(群)を通過した後に蓄積した位相分布を抽出するステップS2と、
ステップS2で得られた位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップS3と、を含む。
【0048】
【0049】
スーパーレンズに対して、上記設計方法におけるステップS3は、具体的には、位相分布に基づいてナノアンテナ及びそのレイアウトを設計して、スーパーレンズを得るステップを含む。本発明のスーパーレンズは、プラズモン共鳴又は誘電体共鳴により位相の調整制御を実現する。光は、ナノアンテナの表面又はその内部に沿って往復伝播する電磁波と結合し、さらにナノアンテナ上の発振モードにより透過光又は反射光を調整制御する。スーパーレンズを構成する光学ナノアンテナは、孔、スリット又は突起などのナノ構造であってもよい。光学スーパーレンズは、ナノ構造ユニットと光との相互作用によりさらにサブ波長範囲内に光の振幅、位相、偏光及び透過スペクトルを調整制御することができる。
【0050】
(実施例3)
本実施例に係る別のホログラフィック光記憶光路システムに適用されるフレネルレンズ及びスーパーレンズの設計方法は、図10に示すように、
参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズに対して光学設計最適化を行い、最適化過程において参照光対物レンズ又は第3のフーリエレンズの後方の適切な位置に偏向位相変調を設定して主光線を要求される方向に偏向することにより、光学性能要件を満たすレンズ(群)を得るステップR1と、
平行光がステップR1で得られたレンズ(群)を通過して偏向位相の所在する平面に伝播して蓄積したレンズの位相分布を抽出し、かつステップR1で使用された偏向位相変調の偏向位相分布を上記レンズ位相分布に重ね合わせて、偏向レンズの位相分布を得るステップR2と、
ステップR2で得られた偏向レンズの位相分布に基づいてフレネルレンズ又はスーパーレンズを設計するステップR3と、を含む。
【0051】
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11