JP2002304109A

JP2002304109A - ホログラム記録再生方法及びホログラム記録再生装置

Info

Publication number: JP2002304109A
Application number: JP2001109534A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Ito; 善尚伊藤; Hajime Matsushita; 元松下; Tomomitsu Takano; 朝光高野
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】体積ホログラフィックメモリへ高密度で干渉
パターンを記録できるホログラム記録再生方法及び記録
再生装置を提供する。【解決手段】平行平板形状を有する一軸結晶のフォト
リフラクティブ結晶からなる記録媒体内において、記録
参照光ビーム１２ｂを記録媒体１０の主面に略垂直に照
射し、記録媒体の内部にて信号光ビーム１２ａ及び記録
参照光ビームを交差させ、記録媒体１０の主面に略垂直
に伸長する柱形状の屈折率格子の領域を形成し、屈折率
格子の領域を隣接して並設する記録行程と、記録媒体の
主面に略垂直に照射された記録参照光ビームのビームウ
エスト近傍において記録参照光ビームを反射させ、記録
媒体の主面に略垂直に戻し、記録参照光ビームに共軸で
反対方向に伝搬する再生参照光ビーム記録媒体の屈折率
格子に照射して記信号光ビーム対して位相共役波を生ぜ
しめる再生行程と、を含むホログラム記録再生方法及び
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトリフラクティ
ブ材料からなるホログラム記録媒体いわゆるホログラフ
ィックメモリに関し、特にホログラフィックメモリを利
用するホログラム記録再生方法及び光情報記録再生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホログラムの原理を利用したデジタル情
報記録システムとして、体積ホログラフィック記録シス
テムが知られている。このシステムの特徴は、情報信号
を記録媒体に屈折率の変化として記録することである。
記録媒体には、ニオブ酸リチウム単結晶などのフォトリ
フラクティブ材料が使用される。

【０００３】従来のホログラム記録再生方法の１つにフ
ーリエ変換を用いて記録再生する方法がある。図１に示
すように、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置におい
ては、レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、
ビームスプリッタ１３において信号光１２ａと記録参照
光１２ｂとに分割される。信号光１２ａは、ビームエキ
スパンダＢＸでビーム径を拡大されて、平行光として、
透過型のＴＦＴ液晶表示装置（ＬＣＤ）のパネルなどの
空間光変換器ＳＬＭに照射される。空間光変換器ＳＬＭ
は、エンコーダで信号変換された記録データを電気信号
として受け取って、平面上に明暗のドットパターンを形
成する。信号光１２ａは、空間光変換器ＳＬＭを透過す
ると、光変調されて、データ信号成分を含む。ドットパ
ターン信号成分を含んだ信号光１２ａは、その焦点距離
ｆだけ離しておいたフーリエ変換レンズ１６を通過して
ドットパターン信号成分をフーリエ変換されて、記録媒
体１０内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３に
おいて分割された記録参照光１２ｂは、ミラー１８、１
９によって記録媒体１０内に導かれて、信号光１２ａの
光路と記録媒体１０の内部で交差して光干渉パターンを
形成し、光干渉パターン全体を屈折率の変化（屈折率格
子）として記録する。

【０００４】このように、コヒーレントな平行光で照明
された情報データからの回折光をフーリエ変換レンズで
結像し、その焦点面すなわちフーリエ面上の分布に直し
てフーリエ変換の結果の分布をコヒーレントな参照光と
干渉させてその干渉縞を焦点近傍の記録媒体に記録す
る。１ページ目の記録が終了したら、回動ミラーを所定
量回転し、かつ、その位置を所定量平行移動させ記録媒
体１０に対する記録参照光１２ｂの入射角度を変化さ
せ、２ページ目を同じ手順で記録する。このように逐次
記録を行うことにより角度多重記録を行う。

【０００５】一方で、再生時には逆フーリエ変換を行い
ドットパターン像を再生する。情報再生においては、図
１に示すように、例えば、空間光変換器ＳＬＭによって
信号光１２ａの光路を遮断して、記録参照光１２ｂのみ
を記録媒体１０へ照射する。再生時には、再生するペー
ジを記録した時の記録参照光と同じ入射角度になるよう
に、ミラーの位置と角度をミラーの回動と直線移動を組
み合わせで変化させ制御する。記録参照光１２ｂの照射
された記録媒体１０の反対側には、記録された光干渉パ
ターンを再現した再生光が現れる。この再生光を逆フー
リエ変換レンズ１６ａに導いて、逆フーリエ変換すると
ドットパターン信号を再現することができる。さらに、
このドットパターン信号を焦点距離位置の電荷結合素子
ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的な
デジタルデータ信号に再変換した後、デコーダに送る
と、元のデータが再生される。

【０００６】このように、図２に示すように、従来は記
録媒体内のある体積中に情報を高密度で記録するために
角度多重や、波長多重を用いて数mm角程度の体積中に多
重記録を行なっていた。このため角度選択性や波長選択
性を確保するために、信号光と参照光の可干渉長を長く
かつ、広く取っていた。このため記録に用いる光単位あ
たりの強度が低下するので、記録媒体には高感度のもの
が要求された。また高密度記録のためには多重記録する
必要があるので消去時定数の大きい多重の行いやすいも
のが要求された。一般に消去時定数の大きな記録媒体は
記録感度も低く、システムとしての記録速度を制限して
いた。

【０００７】さらに、従来の装置では高性能のフーリエ
変換レンズ及び逆フーリエ変換レンズの２つが必要であ
り、さらに記録再生において参照光の制御に高精度のペ
ージング制御機構を設置する必要があり、システムの小
型化に不利であるといった問題があった。また、従来は
１箇所に多重記録するため、多重記録したことによる記
録媒体の屈折率変化が加算され、参照光の媒体透過後の
波面が徐々に変化してしまい、それを反射して再生参照
光として位相共役再生を行うためには多重回数に制限が
あった。多重記録時に記録感度の小さい方向の回折格子
形成による影響の積み重ねもなくすために反射光に遮光
手段を設置する必要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、さらなる高密度記録が可能でかつ小型化が可能なホ
ログラム記録媒体へのホログラム記録再生方法及びホロ
グラム記録再生装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のホログラム記録
再生方法は、平行平板形状を有する一軸結晶のフォトリ
フラクティブ結晶からなる記録媒体内において、情報デ
ータに応じて変調された第１波長の可干渉性信号光ビー
ムと可干渉性参照光の３次元的な光干渉パターンの一部
に対応する屈折率格子の領域を複数形成するホログラム
記録再生方法であって、前記記録参照光ビームを収束せ
しめ、そのビームウエスト及びその上流側近傍に前記記
録媒体を配置し、前記記録参照光ビームを前記記録媒体
の主面に略垂直に照射し、前記記録媒体の内部にて前記
信号光ビーム及び記録参照光ビームを交差させ、前記記
録媒体の主面に略垂直に伸長する柱形状の屈折率格子の
領域を形成し、前記屈折率格子の領域を隣接して並設す
る記録行程と、前記記録媒体の主面に略垂直に照射され
た前記記録参照光ビームのビームウエスト近傍において
前記記録参照光ビームを反射させ、前記記録媒体の主面
に略垂直に戻し、前記記録参照光ビームに共軸で反対方
向に伝搬する再生参照光ビームを前記記録媒体の前記屈
折率格子に照射して前記信号光ビームに対して位相共役
波を生ぜしめる再生行程と、を含むことを特徴とする。

【００１０】本発明のホログラム記録再生方法において
は、前記記録行程において、前記信号光ビーム及び記録
参照光ビームが交差する記録媒体の部位を通過しかつ当
該部位の体積よりも小なる体積を画定するように、前記
記録媒体の記録感度を発現させる第２波長を有するゲー
ト光ビームを前記記録参照光ビームに共軸で前記記録媒
体に照射することを特徴とする。

【００１１】本発明のホログラム記録再生方法において
は、前記記録媒体はその光学結晶軸をその主面に略平行
又は略垂直に備えていることを特徴とする。本発明のホ
ログラム記録再生方法においては、前記記録媒体の表面
における前記ゲート光ビーム又は前記記録参照光ビーム
の横断面の面積が前記信号光ビームの横断面の面積より
小であるように、それぞれ照射することを特徴とする。

【００１２】本発明のホログラム記録再生方法において
は、柱形状の前記屈折率格子の領域の各々を略円柱形状
で形成することを特徴とする。本発明のホログラム記録
再生方法においては、前記屈折率格子の領域の最大内径
は、前記信号光ビームの光強度分布の０次及び１次回折
光のピーク間距離よりも小さいことを特徴とする。

【００１３】本発明のホログラム記録再生装置は、平行
平板形状を有する一軸結晶のフォトリフラクティブ結晶
からなる記録媒体内において、情報データに応じて変調
された第１波長の可干渉性信号光ビームと可干渉性参照
光の３次元的な光干渉パターンの一部に対応する屈折率
格子の領域を複数形成するホログラム記録再生装置であ
って、平行平板形状を有するフォトリフラクティブ結晶
からなる記録媒体を装着自在に保持する支持手段と、前
記記録媒体の主面に略垂直に、第１波長の可干渉性の記
録参照光ビームを収束し入射する参照光手段と、１画面
の情報データに応じて変調された第１波長の可干渉性の
信号光ビームを前記記録媒体に入射し、その内部にて前
記記録参照光ビームと交差せしめかつ前記信号光ビーム
及び記録参照光ビームの光干渉パターンを生成する信号
光手段と、前記記録参照光ビームと同軸で前記記録媒体
の主面に略垂直に、記録媒体の記録感度を発現させる第
２波長のゲート光ビームを収束し入射して、前記信号光
ビーム及び記録参照光ビームが交差する前記記録媒体の
部位を通過しかつ当該部位の体積よりも小なる体積を画
定する前記光干渉パターンの一部の屈折率格子を形成す
るゲート光手段と、前記記録媒体の主面に略垂直に入射
された前記記録参照光のビームウエスト近傍に配置され
た平面鏡を含み、前記平面鏡によって、前記記録参照光
ビームに共軸で反対方向に伝搬する再生参照光ビームを
前記記録媒体の前記屈折率格子に照射して前記信号光ビ
ームに対して位相共役波を生ぜしめる位相共役波発生手
段と、前記位相共役波を前記信号光ビームの光路から分
離する分離手段と、前記位相共役波により結像された情
報データを検出する検出手段と、を有することを特徴と
する。

【００１４】本発明のホログラム記録再生装置において
は、前記支持手段は、前記屈折率格子の領域を柱形状と
なし、前記屈折率格子の領域を隣接して並設するよう
に、前記記録媒体を移動させる移動機構を備えているこ
とを特徴とする。本発明のホログラム記録再生装置にお
いては、前記記録媒体はその光学結晶軸をその主面に略
平行又は略垂直に備えていることを特徴とする。

【００１５】本発明のホログラム記録再生装置において
は、前記記録媒体の表面における前記ゲート光ビームの
横断面の面積が前記信号光ビームの横断面の面積より小
であるように、それぞれ照射することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
を参照しつつ説明する。ホログラムメモリシステムを小
型化する方法の１つに位相共役波による再生方法が考え
られる。この位相共役波による再生方法を実現するため
には、記録時の参照光（以下、記録参照光という）に対
して位相共役な記録時の参照光（以下、再生参照光とい
う）を用いる。すなわち、位相共役波再生方法では、記
録時の方法は従来と同じであるが、再生時に記録時の参
照光と対向する対称な性質を持つ位相共役な再生参照光
を用いることにより、信号光の位相共役光が信号光の入
射してきた方向に発生して、フーリエ変換レンズが逆フ
ーリエ変換レンズを兼ねることができ、また、位相共役
光が記録媒体やレンズを通ることにより、その波面の位
相が乱されても、再びその記録媒体やレンズを逆に通る
ときに、位相の乱れが補償され元の状態に戻るという位
相共役光の性質により、レンズに高い性能を必要とせず
簡便なレンズで構成することができる。よって、小型化
には非常に有効な記録再生方法である。

【００１７】このように位相共役再生法においては、記
録参照光と再生参照光とを対称の性質にする必要があり
一般的には対称に対向する平面波を用いるが、ここでは
平面波を平面鏡で垂直反射させて実現する。本実施形態
においては記録光（記録参照光と信号光）を微小領域に
集光することにより、少ない光量でも光パワー密度を高
め高速な記録を達成するものである。参照光を記録媒体
の主面に垂直に入射し、そのビームウエストに平面鏡を
配置し、参照光を垂直に反射させる。信号光は参照光に
対し鋭角に入射させる。ゲート光は参照光と同軸にかつ
参照光と同様の集光方法によりビーム成形し媒体に入射
させる。

【００１８】光径がある程度の大きさを持つ場合にはレ
ンズや絞りにより平行光の一部を制限して参照光を構成
しても回折現象の影響が少なく光径の変化割合がほとん
どない円柱状のセクタが形成でき、その参照光を任意の
位置で平面鏡にて垂直に反射させ、対向させることによ
り、再生参照光と記録参照光の波面を同じにすることが
できる。しかし、微小な（数十μｍ程度）領域に記録す
る場合は、絞り（ピンホール）による制限では回折現象
により円柱状の微小セクタは構成できない。そこで、本
実施形態においては焦点距離の長いレンズによりゆるや
かに集光する平面波に近い参照光により略円柱状のセク
タを、または、球面波の参照光により円錐台状の記録セ
クタを用いる。この時に記録参照光の反射を利用して再
生参照光を得るためには、記録参照光のビームウエスト
の位置に平面鏡を配置し、記録参照光を反射させ対向さ
せることによって、記録参照光と相似な再生参照光が得
られ両者の波面を同じにすることができる。

【００１９】図３に示すように、信号光及び参照光生成
用の光源１１には、長い波長の第１波長の例えば波長８
５０ｎｍのＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector)レー
ザを近赤外レーザ光源として用いる。レーザ光源１１か
ら発せられるレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３に
よって信号光１２ａと記録参照光１２ｂとに分割され
る。信号光１２ａの光路上には、シャッタＳＨｓ、ミラ
ー１４、ビームエキスパンダＢＸ、空間光変換器ＳＬ
Ｍ、ビームスプリッタ１５、フーリエ変換レンズ１６及
び位相変調板１７が配置されている。一方、ビームスプ
リッタ１３において分割された記録参照光１２ｂの光路
上にはミラー１８、１９間にシャッタＳＨｒ及び集光レ
ンズＬｒが設けられている。記録時において、信号光１
２ａと記録参照光１２ｂは、異なる光学経路を辿って、
平行平板状の記録媒体１０内の交差位置Ｐに照射され
る。すなわち、シャッタＳＨｓ、ＳＨｒが開いたとき、
ミラー１４によって信号光１２ａビームが記録媒体の主
面に所定入射角度θで斜めに、ミラー１９によって記録
参照光１２ｂビームが記録媒体の主面に略垂直に、照射
され記録媒体１０内で干渉する。

【００２０】記録媒体１０として例えばテルビウム（Ｔ
ｂ）を１００ｐｐｍ、鉄（Ｆｅ）を５ｐｐｍ添加した定
比組成に近いニオブ酸リチウムを用いた場合、そのまま
では近赤外光に対して感度を有しないため、ゲート光を
同時に照射して記録感度を発現させる。信号光と参照光
の交差部位の内、ゲート光の通過する部分の記録媒体だ
けに記録感度が発現するので、ゲート光を集光レンズで
集光して記録媒体に入射すると、例えば円柱状の通過部
分のホログラムが記録される。さらに、記録参照光もゲ
ート光と同等のビーム径まで絞り込むことで、記録光強
度の密度を高めることができ、低い記録感度の記録媒体
や低出力の光源でも高速に記録することができる。この
ように、Ｔｂ添加のＬｉＮｂＯ₃などのフォトリフラク
ティブ材料では、通常、無色透明であるが、紫外線など
を照射することで可視光吸収が発現し照射部が着色し、
この時、着色部に可視光を材料に照射すると近赤外線領
域に誘起吸収（記録感度）が発生し、一方、紫外線を照
射しないと近赤外光に対する記録感度が極端に低下する
ことから、紫外線をゲート光とし、近赤外線光を信号光
及び参照光とするホログラム記録を行うので、この記録
の形態を２色ホログラムと呼ぶ。

【００２１】ゲート光生成用の光源２１には、紫外又は
短波長の可視光の帯域の第２波長の例えば波長３２５ｎ
ｍのＨｅ−Ｃｄレーザを用いる。ゲート光生成用光源２
１は、その照射光により記録媒体１０の光誘導吸収を発
現、即ち着色に十分なパワーを有する光源である。記録
時においてシャッタＳＨｇが開いたとき、ゲート光生成
用光源２１から発せられたゲート光２２は、シャッタＳ
Ｈｇ及び集光レンズＬｇを介して、ハーフミラー２３で
反射されて、記録媒体１０の主面に略垂直に照射され
る。したがって、記録参照光及びゲート光の両ビームは
共軸において照射される。集光レンズＬｇはゲート光ビ
ーム２２を収束せしめ、記録媒体１０の内部の交差位置
Ｐに柱形状の通過領域を形成するように、ビーム径を絞
ってスポット照射する。よって、ゲート光２２のビーム
ウエストに到る近傍に記録媒体１０が配置されている。
シャッタＳＨｓ、ＳＨｒ及びＳＨｇは、光ビーム１２
ａ、１２ｂ及び２２の光路を開閉するために設けられて
いる。シャッタの各々の開閉は、コントーローラ３２に
よって送出される信号によって、ドライバを介してそれ
ぞれ駆動される。

【００２２】図３に示すように、記録参照光１２ｂの光
路上には、記録媒体１０の反対側、記録媒体１０の直近
に回動自在な平面鏡４５が設けられている。平面鏡４５
は、再生時に位相共役波を生成するために用いる。再生
時には、記録媒体１０を通過した記録参照光１２ｂと対
向するように、すなわち記録参照光１２ｂが垂直入射す
るように固定される。よって、記録参照光１２ｂのビー
ムウエストの位置に平面鏡４５を置くことにより、記録
したホログラムから位相共役再生を行うのである。再生
時には、記録参照光１２ｂを照射すると記録媒体１０を
通過し、当該参照光が平面鏡４５により正反射し再生参
照光１２ｃとなり記録媒体１０に再入射して、記録媒体
１０より回折光（再生光としての位相共役光）が得られ
る。一方、記録時には、迷光を防ぐために、コントロー
ラ３２の制御により平面鏡４５を回動せしめ、記録参照
光１２ｂを例えば完全黒体に近い炭の板などの光吸収体
５０へ導くように固定される。また、信号光１２ａの光
路上には、信号光の迷光も低減させるために、記録媒体
透過光をレンズで所定のビーム径になるよう集光した
後、光吸収体５０もしくは、別に設置した同種の光吸収
体へ導光する。

【００２３】記録媒体に対して傾斜した信号光１２ａの
光路上において、ビームエキスパンダＢＸは、シャッタ
ＳＨｓを通過した信号光１２ａのビーム径を拡大して、
信号光１２ａを平行光線とし空間光変換器ＳＬＭに垂直
入射するように照射する。空間光変換器ＳＬＭは、エン
コーダ２５より受けた２次元平面ページに対応する単位
ページ系列の電気的なデータを受けて、明暗のドットマ
トリクス信号を表示する。信号光１２ａは、空間光変換
器ＳＬＭを通過すると光変調されて、データをドットマ
トリクス成分として含む。さらにフーリエ変換レンズ１
６は、ビームスプリッタ１５を透過した信号光１２ａの
ドットマトリクス成分をフーリエ変換するとともに、記
録媒体１０の位置Ｐの後方に焦点を結ぶように集光す
る。ビームスプリッタ１５は後述する位相共役波を、受
光器であるＣＣＤ２０へ供給する。空間光変換器ＳＬＭ
及びＣＣＤ２０は、フーリエ変換レンズ１６の焦点距離
に配置されている。空間光変調器と記録媒体間に位相変
調板１７を配置することで、このフーリエ変換レンズに
よる０次光の１点への集光を緩和することができるの
で、変調信号成分とのパワー比の不均衡も緩和できる。

【００２４】さらに、ビームスプリッタ１５から分岐し
て光検出器アレイの撮像素子例えばＣＣＤ２０が配置さ
れている。ビームスプリッタ１５は位相共役波をＣＣＤ
２０に送り得る位置に配置されている。ＣＣＤ２０には
デコーダ２６が接続される。デコーダ２６はコントロー
ラ３２へ接続される。なお、コントーローラ３２は、あ
らかじめ記録媒体１０にフォトリフラクティブ結晶の種
類に対応した標識を付しておき、記録媒体１０がこれを
移動させる支持手段である可動ステージ３０上に装着さ
れると、適当なセンサにより自動的にこの標識を読み取
り、記録媒体の移動を制御することが可能である。

【００２５】次に２色ホログラム記録行程手順について
述べる。まず、図４に示すように、平面鏡４５を迷光防
止状態へ回動して、記録参照光１２ｂ及びゲート光２２
が正反射しないように固定する。次に、記録媒体１０を
保持しているｎ（ｎ＝１又は２）軸可動ステージ６０を
コントローラ３２で位置制御して、対象としている記録
媒体１０を所定位置へに移動する。次に、記録信号をエ
ンコーダ２５より空間光変調器ＳＬＭへ送出し、所定パ
ターンを表示する。次に、シャッタＳＨｇを開放し、ゲ
ート光先行照射による既記録部消去し、次に、ゲート光
照射とともにシャッタＳＨｓ，ＳＨｒを開放して記録を
開始する。次に、コントローラ３２により制御された所
定時間記録し、すなわち干渉させる。次に、シャッタＳ
Ｈｇ，ＳＨｒ，ＳＨｓを閉鎖する。次に、平面鏡４５を
正反射状態へ回動して戻して固定する。以上で記録を完
了して、記録媒体１０中で参照光及び信号光の光干渉パ
ターンを形成し、ゲート光で媒体を部分的に励起するこ
とにより、屈折率の変化として情報記録する。１ページ
目の記録が終了したら、記録媒体１０を所定量移動し記
録媒体１０に対する記録参照光１２ｂの位置を変化さ
せ、２ページ目を同じ手順で記録する。このように逐次
記録を行うことにより記録を行う。

【００２６】記録媒体へのゲート光並びに記録参照光及
び信号光の入射状態例を図５に示す。略円柱形状の屈折
率格子の領域ＲＧの各々はホログラム記録媒体１０の主
面に略垂直に伸長している。略垂直に入射している記録
媒体主面上の半径ｒのゲート光または記録参照光及びゲ
ート光と、同主面上の半径ｒsの信号光とは、例えばｒ
＝３０μm、ｒs＝１００μｍのようにｒs＞ｒとなるよ
うに入射させる。また、ほぼ円筒状に情報を記録するた
め、記録媒体１０の厚みＴに対して十分な長さ、例え
ば、Ｔ／ｒ＞２を持つことが好ましい。

【００２７】さらに、ゲート光により記録参照光及び信
号光の屈折率変化領域を制限する場合を考察してみる。
図６に示すように、フーリエ変換のホログラム記録にお
いて光空間変調器でフーリエ変換された信号光は、光空
間変調器の画素の繰り返し（ピッチａとする）による１
次回折光が最高周波数成分となる。信号光と参照光を干
渉させ記録媒体１０内で記録をおこなう際、フーリエ面
に空間周波数スペクトル分布光強度が生じる。

【００２８】記録面の空間周波数（１／ａ）、光の波長
（λ）、フーリエ変換レンズの焦点距離（ｆ）を用い
て、フーリエ面での０次と１次フーリエスペクトルの間
隔（ｄ１）はｄ１＝（１／ａ）・（λ）・（ｆ）のよう
に表すことができる。図６はフーリエ変換像の強度分布
を示している。記録媒体の屈折率が２で厚さが３ｍｍと
して、実施例装置の光学系がＴＦＴ液晶の１０００×１
０００光空間変調器で画素ピッチが１０μｍ、信号光波
長５３０ｎｍ、焦点距離１４ｍｍである場合、これに対
応したフーリエスペクトル間隔（ｄ１）は上式によると
７５０μｍ程度となる。したがって、信号光の情報の大
部分は光軸から約±７５０μｍの範囲に存在することに
なる。図６に示すように、この１次回折光と０次光とで
構成される田の字型の空間内に光空間変調器に現れた２
次元データが分散されていることになる。

【００２９】このため記録に重要となる基本波成分の大
部分は０次光の周辺に集中するため、画素の１次回折光
付近の高調波成分の情報は相対的に重要でなくなる。そ
こで、本発明においては、記録する際に隣り合う信号光
のフーリエスペクトル同士が重なっても、ゲート光の直
径（ｄ２）をフーリエスペクトル間隔（ｄ１）に関して
ｄ１＞ｄ２となるように設定する。また、ゲート光によ
り制限されて記録される領域は重ならずに隣接するよう
に、すなわちゲート光ピッチＰＧをＰＧ≧ｄ２となるよ
うに設定する。このように周期的に空間配置すること
で、最密充填で情報を多重記録することができる。

【００３０】よって、本発明では、信号光と記録参照光
の干渉パターンのうちのゲート光により画定された一部
に対応する屈折率格子の領域を複数有する平行平板形状
の一軸結晶のフォトリフラクティブ結晶ホログラム記録
媒体では、各々の屈折率格子の領域は柱形状を有し、屈
折率格子の領域が隣接して並設されている。図３に示す
記録媒体への入射角略ゼロの信号光と入射角θの記録参
照光のビームは、その共軸の光軸に対してθ／２の角度
で干渉縞を生成する。フォトリフラクティブ結晶では生
成される回折格子の方向がその光学結晶軸に垂直である
方向において記録感度が高いので、主面に対してθ／２
の角度で伸長する光学結晶軸を設定した記録媒体が好ま
しいが、信号光の入射角θを小さくすれば、生成される
回折格子の方向が主面に近いので、ホログラム記録媒体
は、加工し易い光学結晶軸をその主面に略平行に備えて
いてもよい。

【００３１】図３において、記録媒体の光学結晶軸は平
行平板の主面方向に略平行とする。記録時には、記録参
照光と信号光のなす角の２等分線の方向に回折格子が形
成される。このとき、この回折格子の方向が記録媒体の
光学結晶軸に直交する場合に記録感度を最大に使える。
直交からそれるに従い三角関数的に感度が減少する。つ
まり、記録参照光と信号光により形成される回折格子は
光学結晶軸に直交する方向に近く透過型ホログラムが記
録されやすいが、反射ミラーにより反射した参照光と信
号光により構成される回折格子（反射型ホログラム）
は、記録媒体の光学軸と平行に近くなり、記録感度は非
常に小さく記録されにくい。再生時には反射ミラーによ
る反射光が再生参照光として作用し媒体より回折光（再
生共役光）が得られる。当然、入射光による通常のホロ
グラムも再生されるが、回折方向が異なるので位相共役
再生には影響しない。

【００３２】次に２色ホログラム再生の行程手順につい
て述べる。まず、図７に示すように、記録媒体１０を保
持しているｎ軸可動ステージ６０をコントローラ３２で
位置制御して、対象としている記録媒体１０を所定位置
へに移動する。次に、シャッタＳＨｒをだけ開放し、再
生を開始する。次に、コントローラ３２により制御され
た所定時間再生する。次に、シャッタＳＨｒを閉鎖す
る。以上で再生を完了する。

【００３３】図５に示すように、平面鏡４５は、その反
射面が記録参照光１２ｂのビームウエストに位置しかつ
その反射面の法線が記録参照光１２ｂの入射光路に一致
するように配置されている。再生行程において、記録参
照光１２ｂが記録媒体１０を通過し、平面鏡４５で正反
射し再生参照光１２ｃとなり記録媒体１０に再入射しす
ると、記録媒体１０より回折光（再生光としての位相共
役光）が得られ、記録した屈折率格子から位相共役再生
が達成できる。光はビームウエストで収束する球面波か
ら平面波を経て発散する球面波となるので、ビームウエ
スト位置に当該平面波の波面に平行に平面鏡を配置すれ
ば、当該収束球面波と発散球面波は互いに相似でかつ同
軸上にて進行方向が逆の位相共役光が得られる。

【００３４】再生時には、記録参照光１２ｂにより通常
のホログラムも再生されるが再生検出系とは関与しない
反対方向のためシステムには影響を及ぼさない。記録参
照光１２ｂと対向するように平面鏡４５が配置されてい
るので、記録参照光１２ｂが記録媒体１０を透過し平面
鏡４５により反射した光を再生参照光１２ｃとする。記
録参照光１２ｂと再生参照光１２ｃはその都度、同一の
光路を通過する。位相共役波による再生方法においては
記録参照光１２ｂと、再生参照光１２ｃを対称の性質に
する必要があり、両者に対称の対向する平面波又は球面
波が用いられるが、再生参照光ビーム１２ｃは常に記録
参照光ビーム１２ｂと共軸で反対方向に伝搬させて記録
媒体１０に入射し、円柱形状の屈折率格子から回折光
（位相共役波）を生ぜしめる。この回折光をフーリエ変
換レンズ１６がビームスプリッタ１５に導いて、このド
ットパターン信号をＣＣＤ２０の受光器によって受光し
て、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコ
ーダに送ると、元のデータが再生される。

【００３５】さらに他の変形例では、記録媒体１０及び
平面鏡４５の間に１／４波長板を配置すれば、記録参照
光１２ｂが記録媒体１０を透過後に２回１／４波長板を
通過することにより記録媒体１０に入射する再生参照光
１２ｃの偏光方向を９０度変化させることができるの
で、空間光変換器ＳＬＭからの信号光１２aとＣＣＤ２
０への回折光（再生光としての位相共役光）を分離する
光学系に偏光ビームスプリッタを使用することにより、
信号光はすべて記録媒体１０に、回折光はすべてＣＣＤ
側に導く分離光学系が構成でき、光量を有効に使うこと
ができる。

【００３６】また、上記実施例では透過型回折格子でホ
ログラム記録を用いていたが、反射型回折格子を用いて
も同等の効果を発揮できる。このとき記録時に迷光防止
のため回動させていた図３の平面鏡４５を固定したまま
で記録再生をおこなう。このときは記録媒体の光学結晶
軸は平面平板の主面方向に略垂直とする。このときも、
記録時には記録参照光と信号光の２等分角方向に回折格
子が形成され、この方向が記録媒体の光学軸に直交する
場合記録感度が最大となり、直交からそれるに従い三角
関数的に感度が減少する。つまり、前記の実施例とは記
録と再生の参照光に逆の現象がおこり、反射ミラーによ
り反射した参照光と信号光により構成される回折格子が
記録媒体の光学軸と直交に近くなり、大きな記録感度を
持ち反射型ホログラムが形成されるが、入射の参照光と
信号光により構成される回折格子（透過型ホログラム）
は、記録媒体の光学軸と平行に近くなり記録感度は非常
に小さく記録されにくい。再生時には入射参照光が位相
共役再生用の再生参照光として作用し、媒体からの回折
光（再生共役光）が得られる。同じく反射光による通常
のホログラムも再生されるが、回折方向が異なるので位
相共役再生には影響しない。

【００３７】本実施例では直径を絞ったゲート光で２色
ホログラムを記録するので、記録媒体に形成される記録
部分が針状の細長い形状となるため効率良く空間多重記
録ができる。同様に記録の際に参照光を絞り込むことで
記録光強度の密度を向上させられるので、低い記録感度
の記録媒体や出力の低い光源でも高速に記録することが
できる。

【００３８】上記実施形態では、記録時のゲート光照射
領域が活性化され記録領域となるので、ゲート光を記録
参照光と同様の集光方法により形成しつつ、微小セクタ
を構成するゲート光を用いた再生劣化の無い２色ホログ
ラムを説明したが、記録時のゲート光照射を行わない単
色ホログラムの場合でも、少なくとも記録参照光で上記
集光方法により微小セクタを形成して再生時に位相共役
再生を行えば、低い記録感度の記録媒体や低出力光源で
も高速度記録が可能な小型のホログラムメモリシステム
が達成できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明においては、記録媒体の内部にて
信号光ビーム及び記録参照光ビームを交差させると同時
に、信号光ビーム及び記録参照光ビームが交差する記録
媒体の部位を通過しかつ当該部位の体積よりも小なる体
積を画定するように、記録媒体の記録感度を発現させる
ゲート光ビームを記録媒体に照射する構成にしたので、
記録領域を針状の細長い形状とし、効率よく空間多重記
録が行える。また、本発明によれば、焦点距離の長いレ
ンズによりゆるやかに集光する光束のビームウエスト近
傍の平面波に近い部分の参照光及びゲート光を利用して
略円柱状の微小セクタに記録し、再生は記録参照光のビ
ームウエストの位置に平面鏡を配置し、記録参照光を反
射させ対向することによって再生参照光を構成し位相共
役再生を行う構成にしたので、大型の光源を用いなくて
も、記録光（記録参照光と信号光）を微小領域に集光す
ることによる高光パワー密度化による記録時間の短縮
と、柱状の記録領域の重ね合わせにより記録媒体の記録
可能容量を有効に利用し、高速記録、高記録密度化が達
成できる。さらに、参照光をビームウエストにて反射さ
せることにより、記録と再生の参照光の波面を相似にし
た位相共役再生が実現できるので、記録再生光学系が簡
素になりメモリシステムの小型化が達成できる。

【００４０】本発明では、同じセクタに多重しないの
で、記録による媒体の屈折率変化が加算されず、記録媒
体透過光を参照光として用いても入射光との波面の違い
が少なく信号再生に有利である。また、記録媒体におけ
る記録感度の小さい方向の回折格子形成による影響の積
み重ねもなくなり、反射光の遮光手段がなくても再生に
大きな影響を与えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のホログラム記録システムを示す概略構成
図。

【図２】ホログラム記録媒体を示す概略断面図。

【図３】本発明によるホログラム記録再生装置を説明す
る概略構成図。

【図４】本発明による記録再生装置における記録行程を
説明する概略図。

【図５】本発明による実施形態のホログラム記録媒体を
示す概略斜視図。

【図６】本発明によるホログラム記録再生装置における
記録行程を説明する概略図。

【図７】本発明によるホログラム記録再生装置における
再生行程を説明する概略図。

【符号の説明】

１０記録媒体１１レーザ光源１２ａ信号光１２ｂ記録参照光１２ｃ再生参照光１３、１５ビームスプリッタ１６フーリエ変換レンズ１７位相変調板１４、１８、１９、４５ミラー（平面鏡）２３ハーフミラー（平面鏡）２０ＣＣＤ、光検出器２１ゲート光生成用光源２２ゲート光２５エンコーダ２６デコーダ３２コントローラ５０光吸収体６０可動ステージＢＸビームエキスパンダＳＬＭ空間光変換器ＳＨｓ、ＳＨｒ、ＳＨｇシャッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野朝光埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイオニア株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 2K008 AA04 AA08 BB00 BB04 CC00 CC01 DD23 FF08 FF17 FF21 HH01 HH03 HH13 HH14 HH24 HH26 HH28 5D090 AA10 BB16 CC01 CC04 DD03 EE01 EE11 FF13 FF21 FF31 KK10 KK13 KK14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行平板形状を有する一軸結晶のフォト
リフラクティブ結晶からなる記録媒体内において、情報
データに応じて変調された第１波長の可干渉性信号光ビ
ームと可干渉性参照光の３次元的な光干渉パターンの一
部に対応する屈折率格子の領域を複数形成するホログラ
ム記録再生方法であって、前記記録参照光ビームを収束せしめ、そのビームウエス
ト及びその上流側近傍に前記記録媒体を配置し、前記記
録参照光ビームを前記記録媒体の主面に略垂直に照射
し、前記記録媒体の内部にて前記信号光ビーム及び記録
参照光ビームを交差させ、前記記録媒体の主面に略垂直
に伸長する柱形状の屈折率格子の領域を形成し、前記屈
折率格子の領域を隣接して並設する記録行程と、前記記録媒体の主面に略垂直に照射された前記記録参照
光ビームのビームウエスト近傍において前記記録参照光
ビームを反射させ、前記記録媒体の主面に略垂直に戻
し、前記記録参照光ビームに共軸で反対方向に伝搬する
再生参照光ビームを前記記録媒体の前記屈折率格子に照
射して前記信号光ビームに対して位相共役波を生ぜしめ
る再生行程と、を含むことを特徴とするホログラム記録
再生方法。
【請求項２】前記記録行程において、前記信号光ビー
ム及び記録参照光ビームが交差する記録媒体の部位を通
過しかつ当該部位の体積よりも小なる体積を画定するよ
うに、前記記録媒体の記録感度を発現させる第２波長を
有するゲート光ビームを前記記録参照光ビームに共軸で
前記記録媒体に照射することを特徴とする請求項１記載
のホログラム記録再生方法。
【請求項３】前記記録媒体はその光学結晶軸をその主
面に略平行又は略垂直に備えていることを特徴とする請
求項１又は２記載のホログラム記録再生方法。
【請求項４】前記記録媒体の表面における前記ゲート
光ビーム又は前記記録参照光ビームの横断面の面積が前
記信号光ビームの横断面の面積より小であるように、そ
れぞれ照射することを特徴とする請求項２又は３記載の
ホログラム記録再生方法。
【請求項５】柱形状の前記屈折率格子の領域の各々を
略円柱形状で形成することを特徴とする請求項２記載の
ホログラム記録再生方法。
【請求項６】前記屈折率格子の領域の最大内径は、前
記信号光ビームの光強度分布の０次及び１次回折光のピ
ーク間距離よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１記載のホログラム記録再生方法。
【請求項７】平行平板形状を有する一軸結晶のフォト
リフラクティブ結晶からなる記録媒体内において、情報
データに応じて変調された第１波長の可干渉性信号光ビ
ームと可干渉性参照光の３次元的な光干渉パターンの一
部に対応する屈折率格子の領域を複数形成するホログラ
ム記録再生装置であって、平行平板形状を有するフォトリフラクティブ結晶からな
る記録媒体を装着自在に保持する支持手段と、前記記録媒体の主面に略垂直に、第１波長の可干渉性の
記録参照光ビームを収束し入射する参照光手段と、１画面の情報データに応じて変調された第１波長の可干
渉性の信号光ビームを前記記録媒体に入射し、その内部
にて前記記録参照光ビームと交差せしめかつ前記信号光
ビーム及び記録参照光ビームの光干渉パターンを生成す
る信号光手段と、前記記録参照光ビームと同軸で前記記録媒体の主面に略
垂直に、記録媒体の記録感度を発現させる第２波長のゲ
ート光ビームを収束し入射して、前記信号光ビーム及び
記録参照光ビームが交差する前記記録媒体の部位を通過
しかつ当該部位の体積よりも小なる体積を画定する前記
光干渉パターンの一部の屈折率格子を形成するゲート光
手段と、前記記録媒体の主面に略垂直に入射された前記記録参照
光のビームウエスト近傍に配置された平面鏡を含み、前
記平面鏡によって、前記記録参照光ビームに共軸で反対
方向に伝搬する再生参照光ビームを前記記録媒体の前記
屈折率格子に照射して前記信号光ビームに対して位相共
役波を生ぜしめる位相共役波発生手段と、前記位相共役波を前記信号光ビームの光路から分離する
分離手段と、前記位相共役波により結像された情報データを検出する
検出手段と、を有することを特徴とするホログラム記録
再生装置。
【請求項８】前記支持手段は、前記屈折率格子の領域
を柱形状となし、前記屈折率格子の領域を隣接して並設
するように、前記記録媒体を移動させる移動機構を備え
ていることを特徴とする請求項７記載のホログラム記録
再生装置。
【請求項９】前記記録媒体はその光学結晶軸をその主
面に略平行又は略垂直に備えていることを特徴とする請
求項７記載のホログラム記録再生装置。
【請求項１０】前記記録媒体の表面における前記ゲー
ト光ビームの横断面の面積が前記信号光ビームの横断面
の面積より小であるように、それぞれ照射することを特
徴とする請求項７記載のホログラム記録再生装置。