JPH11282331A - 体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置 - Google Patents

体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置

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JPH11282331A
JPH11282331A JP10081258A JP8125898A JPH11282331A JP H11282331 A JPH11282331 A JP H11282331A JP 10081258 A JP10081258 A JP 10081258A JP 8125898 A JP8125898 A JP 8125898A JP H11282331 A JPH11282331 A JP H11282331A
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light beam
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recording
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崇 山路
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空間多重記録密度を向上できる体積ホログラ
フィックメモリ光情報記録再生装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも２つのコヒーレント光の三次
元的な光干渉パターンをその屈折率の空間的な変化とし
てその内部に記録する記録媒体が装着され、コヒーレン
トな信号光ビームを記録媒体にフーリエ変換レンズを介
して入射する信号光ビーム光学系と、コヒーレントな参
照光ビームを記録媒体に入射する参照光ビームの光学系
と、記録媒体内部において参照光ビームを信号光ビーム
に対して交差せしめその交差する角度を変化させる手段
と、参照光ビームによる記録媒体からの回折光を検出す
る手段と、を有する体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置であって、参照光ビームの光学系の光路に
配置されかつ、記録媒体内における信号光ビームの光強
度分布に相反する光強度分布を記録媒体における参照光
ビームの横断面に付与するように光強度を制限する空間
光変調手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フーリエ変換ホロ
グラムに関し、特に体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】平面上の明暗のドットパターンとしての
画像の透過率分布に、これに垂直に平行光が入射する
と、その構造と直角方向に強く光が回折される。一般に
画像はいろいろな方向でいろいろな空間周波数成分が重
なったものと考えられる。これは、時間的に変化する電
気信号や音響信号が、いろいろな正弦波成分に分解でき
るのと同様であり、数学的には二次元のフーリエ変換を
計算することによって空間周波数成分の分布を求めるこ
とができる。
【０００３】光学的に、画像に一様な平行光を入射させ
てフラウンホーファ回折による回折光の振幅の角度分布
を求めることは、数学的に画像の振幅透過率の二次元的
なフーリエ変換を求めることと同等である。コヒーレン
トな平行光で照明された画像からの回折光すなわち信号
光を、その焦点距離だけ離しておいたフーリエ変換レン
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、平板上に塗布された感光剤に干渉縞と
して記録したものがフーリエ変換ホログラムである。
【０００４】フーリエ変換ホログラムに記録された波面
は画像のフーリエ変換に相当するものだから、画像とし
て再生するためには逆フーリエ変換を行わなければなら
ない。逆フーリエ変換は、平板のフーリエ変換ホログラ
ムを同じ参照光で照明して再生した回折光をフーリエ変
換レンズで収束することと同等であり、フーリエ面上に
は元の画像の振幅透過率分布が再生される。
【０００５】このように平面的なフーリエ変換ホログラ
ムは、限られたスペースにホログラムを納めることがで
きることと、情報をフーリエ変換して空間に情報を分散
するため、記録の冗長性を高めることができるという利
点がある。また、フーリエ変換ホログラムには、このよ
うな平面的な記録媒体の厚さより厚い体積ホログラムが
あり、一般に体積ホログラムの方が、回折効率を大きく
することができるため、大容量情報の記録には有利とさ
れる。この体積ホログラフィックメモリでは、二次元の
画像ページ単位として記録媒体の三次元的な空間内に分
散されて記録される。
【０００６】近年、体積ホログラフィックメモリとし
て、三次元的な干渉パターンをその空間的な屈折率変化
としてその内部に記録できる記録媒体、たとえばニオブ
酸リチウム（ＬＮ）などのフォトリフラクティブ結晶が
注目されている。このフォトリフラクティブ効果は、光
励起によって生じた電荷が結晶内を移動することによっ
て空間電界を形成し、これが一次の電気光学効果すなわ
ちポケッスル効果と結び付いて結晶の屈折率を変化させ
る現象である。フォトリフラクティブ効果を有する強誘
電体結晶などにおいては、通常1ｍｍあたり１０００ラ
イン以上の細かい光入力パターンに対しても屈折率変化
が応答し、またその効果は材料にもよるがマイクロ秒〜
秒オーダーの応答速度でリアルタイムに生じることか
ら、現像不要な実時間ホログラム媒体として種々の応用
が研究されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ホログラフィックメモ
リは、デジタルデータを空間的な光のオンオフ信号によ
り、例えば透過型のＴＦＴ液晶表示装置（Thin Film Tr
ansistor Liquid Crystal Display）（以下、ＬＣＤと
もいう）のパネル平面上に明暗のドットパターン画像と
して変換し、この画像データの回折光すなわち信号光を
コヒーレント参照光と干渉させて、直方体の記録媒体中
においてその干渉パターンを記録する。このホログラフ
ィックメモリに参照光と同じ光を用いて、再生され生じ
るドットパターンの像を光電検出器アレイで受けて、そ
の出力信号を電子回路で処理してデジタルデータに戻し
て読み出す。
【０００８】画像データは信号光と参照光とが交差した
記録媒体中の部位にだけ記録されるので、参照光の横断
面形状を記録媒体の形状に合わせて適当に整形すること
により空間多重記録することが可能である。たとえば参
照光を鉛直方向１ｍｍ、水平方向４ｍｍの楕円光ビーム
に整形すると鉛直方向に１ｍｍ単位での多重記録が可能
である。この場合、信号光と参照光の位置を合わせて記
録する。
【０００９】一方、従来、フーリエ変換レンズを用いた
体積ホログラム記録において、信号光と参照光を干渉さ
せ記録をおこなう際、フーリエ面近傍で干渉させると０
次光中心部などで光強度が飽和してしまい記録画像に歪
みが生じてしまう問題があった。これまではフーリエ面
からやや離れた所で信号光及び参照光を干渉させ光強度
が飽和しないようにした。しかしこの方法では記録信号
のフーリエ変換後のスペクトル分布により、信号光及び
参照光強度などをそれぞれ調整する必要があり、任意の
空間周波数成分を持つ様々な信号の多重記録には不向き
である。
【００１０】そこで、本発明の目的は、空間多重記録密
度を向上できる体積ホログラフィックメモリ光情報記録
再生装置を提供することにある。複数電荷結合素子のマ
トリクスを用いたＣＣＤイメージセンサ（以下、単にＣ
ＣＤという）やＬＣＤは、画像取り込み、画像表示の分
野で発展してきたが、これらには高性能化のために開口
率を大きくすることが求められてきた。しかしディジタ
ル体積ホログラム分野への応用では、開口率が大きいだ
けでは隣接画素へのクロストークが大きくなり、ホログ
ラム再生画像の劣化原因となっていた。
【００１１】また従来は、ＣＣＤの中で開口率の高いも
のを利用して、より明るい再生画像を得るように、シス
テムを組んでいた。このため位置決め時の余裕度はＣＣ
Ｄの受光素子間距離（〜数μm以下)程度しかなく、高い
組立精度が必要であった。ＣＣＤは基本的に隣接画素か
らのクロストークが発生しやすく、高い信号レベルを得
るために受光面積を広くすると隣接画素からのクロスト
ークも大きくなる。
【００１２】このためディジタル記録再生システム用の
受光素子として使用するには、２画素または４画素など
の複数画素を１情報単位（１〜数ビット）として扱い、
クロストークの影響を低下させる手法がとられてきた。
しかしこの方法では情報の冗長性が大きく、記録密度が
低くなるという問題点があった。
【００１３】そこで、本発明の目的は、隣接画素による
クロストークの低減を図り、位置決め時の余裕度を拡大
できる体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置
を提供することにある。さらに、フォトリフラクティブ
効果を用いた回折格子の多重記録では、先に記録された
回折格子は、その後の多重記録により徐々に消去されて
行く、この消去の減衰係数を消去時定数と呼ぶ。記録に
用いる媒体については、あらかじめ消去時定数を測定し
ておく必要がある。この消去時定数から、記録順番に依
存した記録時間の関係を決定する。これをスケジューリ
ングと言う。このスケジューリングに従い多重記録をお
こなうことで、一定の明るさを持つ再生画像が得られ
る。
【００１４】ところが結晶ごとに光学定数、応答速度、
分極の大きさ、消去時定数などがばらつき、均一に記録
することが容易ではなかった。そこで、本発明の目的
は、均一に記録することができる体積ホログラフィック
メモリ光情報記録再生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、少な
くとも２つのコヒーレント光の三次元的な光干渉パター
ンをその屈折率の空間的な変化としてその内部に記録す
る記録媒体が装着され、コヒーレントな信号光ビームを
前記記録媒体にフーリエ変換レンズを介して入射する信
号光ビーム光学系と、コヒーレントな参照光ビームを前
記記録媒体に入射する参照光ビームの光学系と、前記記
録媒体内部において前記参照光ビームを前記信号光ビー
ムに対して交差せしめその交差する角度を変化させる手
段と、前記参照光ビームによる前記記録媒体からの回折
光を検出する手段と、を有する体積ホログラフィックメ
モリ光情報記録再生装置であって、前記参照光ビームの
光学系の光路に配置されかつ、前記記録媒体内における
前記信号光ビームの光強度分布に相反する光強度分布を
前記記録媒体における前記参照光ビームの横断面に付与
するように光強度を制限する空間光変調手段を有するこ
とを特徴とする。
【００１６】このように、本発明によれば、参照光を記
録信号に応じた空間変調や位相変調することにより、記
録媒体中の任意の場所に最適な記録をおこなえるように
なり、空間多重記録密度を向上できる。上記の体積ホロ
グラフィックメモリ光情報記録再生装置において、前記
記録媒体内における前記信号光ビームの光強度分布が前
記信号光ビーム及び参照光ビームが存在する平面に垂直
で前記信号光ビームを含む平面内の前記記録媒体におけ
る前記信号光ビームの前記フーリエ変換レンズによる光
強度分布であり、前記空間光変調手段は、前記フーリエ
変換レンズによる光強度分布にほぼ逆位相の光強度分布
を前記記録媒体における前記参照光ビームの横断面に付
与することを特徴とする。
【００１７】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記空間光変調手段は、前記記
録媒体における前記信号光ビームの入射面側が最低でそ
の反対側に向かって漸次上昇する光強度分布を前記記録
媒体における前記参照光ビームの横断面に付与すること
を特徴とする。上記の体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置において、前記空間光変調手段は、前記
信号光ビーム及び参照光ビームが存在する平面に垂直で
前記信号光ビームを含む平面に平行に配置された液晶パ
ネルであって、前記液晶パネルは電気的制御によって変
化せしめられ、前記記録媒体における前記信号光ビーム
の入射面側が最低の透過率でありその反対側に向かって
漸次上昇し、前記信号光ビームの光強度分布に逆位相の
透過率分布をなす光透過性部分と光非透過性部分とを有
することを特徴とする。
【００１８】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記空間光変調手段は、フーリ
エ面が前記信号光ビームの光軸から離れたフーリエ変換
レンズと、少なくとも１つの空間変調器とを有し、前記
空間変調器は、前記フーリエ変換レンズを介して前記参
照光ビームによる０次回折光の光強度分布が前記信号光
ビームの光軸にほぼ平行に離れて形成する回折格子であ
ることを特徴とする。
【００１９】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記回折光を検出する手段は、
前記記録媒体からの回折光の光軸に垂直な平面に複数の
受光画素が所定ピッチで配列されてなる電荷結合素子イ
メージセンサと、前記受光画素に対応して前記所定ピッ
チで設けられた複数の開口を有しかつ前記平面に沿って
互いに直交する方向に移動自在で前記受光画素上に離間
して保持された遮光性板状体からなるピンホールアレイ
と、前記ピンホールアレイを前記互いに直交する方向に
駆動する駆動素子と、からなることを特徴とする。
【００２０】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記駆動素子はピエゾ素子から
なることを特徴とする。上記の体積ホログラフィックメ
モリ光情報記録再生装置において、前記ピンホールアレ
イは、前記複数の開口の各々に凸レンズを備えかつレン
ズ間を遮光物質で充填したマイクロレンズアレイからな
ることを特徴とする。
【００２１】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記ピンホールアレイは、前記
複数の開口の各々に分布屈折率型平板レンズを備えかつ
レンズ間を遮光物質で充填したマイクロレンズアレイか
らなることを特徴とする。上記の体積ホログラフィック
メモリ光情報記録再生装置において、前記参照光ビーム
及び前記信号光ビームが交差する前記記録媒体内部の部
位からの漏れる回折光を検出するモニタ手段と、前記モ
ニタ手段からの信号に応じて前記信号光ビームの明滅を
制御するシャッタ制御手段と、を有することを特徴とす
る。
【００２２】この構成により、消去時定数が記録時の応
答速度に比べて十分に長い場合、結晶の典型的な消去時
定数を求めておき、基本的なスケジューリングは消去時
定数から計算し、記録時に回折格子の形成具合を観察す
ることで、スケジューリングから予測される回折効率に
なるようフィードバックをかけながら記録をおこなうこ
とができる。
【００２３】上記の体積ホログラフィックメモリ光情報
記録再生装置において、前記モニタ手段は、受光量を減
衰できるフィルタを備えた前記参照光ビームによる前記
記録媒体からの回折光を検出する手段であることを特徴
とする。上記の体積ホログラフィックメモリ光情報記録
再生装置において、前記信号光ビームの波長と異なる波
長のモニタ光を、前記参照光ビーム及び前記信号光ビー
ムが交差する前記記録媒体内部の部位に照射するモニタ
光照射手段と、前記部位から反射するモニタ光を前記モ
ニタ手段が受光するように前記モニタ光照射手段を移動
せしめる手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。実際に体積ホログラフィックメモリ
を光情報記録再生装置に応用する実施形態において、例
えば、記録媒体の同一空間内に参照光の照射角度を変え
て記録する角度多重記録方式を採用して、説明する。角
度多重方式では、画像１ページ分の情報の記録及び再生
を、参照光についてあらかじめ設定した照射角で行い、
記録媒体のおおむね同位置に繰り返し参照光の照射角度
を変えて、複数ページの情報の記録及び再生を行う。読
み出し時に隣接角度で記録したページ画像からのクロス
トークが生じない程度に角度の幅を持つ必要がある。
【００２５】用いられる記録媒体には、三次元的な光干
渉パターンを結晶内の屈折率の空間的な変化として記録
するフォトリフラクティブ結晶が使われている。具体的
にはニオブ酸リチウム（ＬＮ）が多く用いられる。ホロ
グラフイック多重記録用としてＬＮは、記録後の保存寿
命が比較的長いこと、定着が可能なこと、扱いやすいこ
と等の長所がある。
【００２６】図１は本発明による体積ホログラフィック
メモリを用いる光情報記録再生装置の一例を示す。レー
ザ光源装置１から出射された光ビームを半透明鏡３で信
号光ビーム４と参照光ビーム５の２つに分け、それぞれ
は信号光ビーム光学系及び参照光ビーム光学系の光路に
導かれる。レーザ光源装置において、通常は直線偏光の
出射した光は、ＮＤフィルタ（Neutral density filte
r)により所定の光強度になるように調整された後、外部
から制御される自動シャッタにより光ビームの記録媒体
に照射する時間を制御されている。１／２波長板を記録
媒体に入射する光の偏光方向を制御するために用いても
よい。
【００２７】半透明鏡３を反射した信号光ビームは、信
号光ビーム光学系において、シャッタ６ａ、反射鏡６、
光ビームエキスパンダ７、空間光変調器８及びフーリエ
変換レンズ９を通して記録媒体１０へ入射する。つまり
ビームエキスパンダ７により所定径の平行光に拡大され
る。さらに空間光変調器８により記録ページデータに応
じて空間変調された後、すなわち信号光ビームが各画素
毎の透過／非透過に二次元格子パターンとして空間変調
された後、フーリエ変換レンズ９によりフーリエ変換さ
れ、記録媒体１０に集光され、記録媒体１０内にフーリ
エ変換像として結像される。このとき、１／２波長板に
より光の偏光方向を制御し、ＮＤフィルタにより所定の
光強度に制御してもよい。
【００２８】一方、参照光ビーム光学系では光ビームエ
キスパンダ１１及びページャ反射鏡１２を通して参照光
ビーム５を記録媒体１０へ入射させ、媒体内部の位置で
２つの光ビームを交差させる。半透明鏡３を透過した参
照光ビーム５はビームエキスパンダ１１にて所定径の平
行光に広げられるが、ＮＤフィルタでさらに光強度を制
御されてもい。その後、ページャ反射鏡１２で所定の角
度に制御され記録媒体に入射する。ページャ反射鏡１２
のページング動作は偏向角とミラーのスライドにより記
録媒体の同一部位に角度の異なった参照光が入射するよ
うに制御がなされる。
【００２９】フーリエ変換レンズ９を透過した信号光ビ
ームとページャ反射鏡１２を反射した参照光は記録媒体
１０内でホログラムを形成する。すなわち、データを記
録するときには信号光と参照光を同時に記録媒体１０に
照射し媒体内にて屈折率が変化した干渉パターンを記録
する。ホログラムの形成時間はレーザ光源装置の自動シ
ャッタで制御される。
【００３０】一方、再生時は、シャッタ６ａの閉塞によ
りページャ反射鏡１２からの参照光のみが記録媒体に照
射され、記録媒体からの回折光は逆フーリエ変換レンズ
２０を介してＣＣＤを含む二次元光検出器アレイ２１に
結像する。ＣＣＤの画素とＬＣＤの画素は１：１に対応
するような調整がなされている。これら画素の対応関係
は１：１だけでなく１：４または４：１など種々のパタ
ーンが存在する。このように、情報を再生するときは記
録媒体１０の記録された干渉パターンに参照光５のみを
照射することでデータを読み出すことができる。
【００３１】この装置において、記録すべきディジタル
信号はコントローラ３０に入力され、コントローラ３０
にて、エラー訂正符号付加、バイナリー符号化などの処
理を行った後、信号光制御ドライバ３１にてページ画像
列の信号に変換され、ページ毎のデータがページ画像と
して、ＬＣＤのような光透過型の空間光変調器８に送り
込まれ、画像データが形成される。コントローラ３０
は、レーザ光源装置の自動シャッタをするシャッター制
御ドライバ３２を介して、画像データがある間の両光ビ
ームの記録媒体に照射する時間を制御する。
【００３２】同時にコントローラ３０は、画像データに
対応して、参照光制御光ドライバ３３を介してページャ
反射鏡１２を移動させて反射鏡の角度位置を変えること
により、所定の入射角（θ）に設定された参照光が所定
の時間照射されてホログラムが書き込まれる。以下、順
次ページ画像の送出、参照光の入射角の設定、ホログラ
ム記録という手順が繰り返される。この一つの角度の設
定に対応して１ページ分の情報が記憶される。
【００３３】再生の手順は以下のようになる。コントロ
ーラ３０は、シャッタ６ａを閉じ、参照光制御光ドライ
バ３３を介して、ページャ反射鏡１２による参照光の入
射角を記録時の設定に対応した所定の値に設定し、参照
光のみを照射し、干渉パターン〜の回折光を逆フーリエ
変換レンズ２０を用いて、再生ページ画像をＣＣＤを含
む二次元光検出器アレイ２１に結像させる。参照光の光
強度は、記録情報を消去してしまわないように記録時と
比較して十分に低い値に設定すると同時に、参照光の照
射時間は検出器出力において適切なＳＮ比が得られるよ
うにシャッタ制御ドライバ３２及び参照光制御ドライバ
３３を設定する必要がある。光検出器出力はコントロー
ラ３０で復号化、エラー訂正処理などの信号処理を経て
記録されたデータが読み出される。
【００３４】図２（ａ）に示すように、信号光の光軸を
ｚ方向とし、参照光の角度設定していない基準光軸をｘ
方向とし、これら方向に直行する方向をｙ方向とする
と、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、フーリエ面に平行なｘｙ平面に信号光の光
軸に対称な位置に空間周波数スペクトル分布光強度が生
じる。図２（ｂ）に示すように、特にｚ方向の０次光中
心部で光強度が飽和してしまい、再生された記録画像に
歪みが生じる。
【００３５】そこで、本発明の体積ホログラフィックメ
モリ光情報記録再生装置では、干渉により生じる記録媒
体内の電界分布の振幅を飽和しないレベルまで緩和する
ために、参照光ビームの光学系の光路に配置されかつ、
記録媒体１０内における図２（ｂ）に示すような信号光
ビームの光強度分布に相反する光強度分布を、記録媒体
における参照光ビームの横断面に付与するように光強度
を制限する第２の空間光変調手段６０を備える。図２
（ｂ）に示すような記録媒体１０内における信号光ビー
ムの光強度分布は、信号光ビーム及び参照光ビームが存
在するｘｚ平面に垂直で信号光ビームを含むｙｚ平面内
の記録媒体における信号光ビームのフーリエ変換レンズ
により生じる光強度分布である。すなわち、第２の空間
光変調手段６０は、図２（ｂ）に示すフーリエ変換レン
ズによる光強度分布にほぼ逆位相の光強度分布を記録媒
体における参照光ビームの横断面に付与するのである。
具体的には、図１及び図３（ａ）に示すように、第２の
空間光変調手段６０は例えば、ｙｚ平面に平行に配置さ
れた電気的制御によって透過率が変化せしめられる液晶
パネル６０である。液晶パネル６０は、図２（ｂ）に示
す信号光ビームの光強度分布に逆位相の透過率分布をな
す光透過性部分６３と光非透過性部分６２とを有するよ
うに、制御される。さらに液晶パネル６０は、図３
（ｃ）に示す記録媒体における信号光ビームの入射面側
が最低の透過率でありその反対側に向かって漸次上昇す
る透過率分布をなす光透過性部分６３と光非透過性部分
６２とを有するように、制御され得る。また、図３
（ａ）に示すように、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す
透過率分布を重畳した透過率分布を液晶パネル６０に形
成してもよい。いずれの光非透過性部分６２にも透過率
に応じた半透光部分が含まれる。
【００３６】このように、本実施例では、ＬＣＤ６０を
参照光の光路中、特に記録媒体の近傍若しくは記録媒体
と密着させて配置し、記録信号の空間周波数スペクトル
分布、記録媒体の吸収係数などにより参照光の光ビーム
プロファイルＬＣＤで空間変調しフーリエ面で信号光強
度が大きい部分には飽和しない程度の参照光強度にす
る。その逆に、信号光強度が弱い部分では回折効率を得
るために参照光強度を相対的に強くする。このとき参照
光は、光ビームエキスパンダ等で太い光ビームにしてお
けばより有効である。
【００３７】図４に示すように、第２の空間光変調手段
６０は液晶パネルの他に、ｙｚ平面に平行に配置された
フーリエ変換レンズ６４と液晶シャッタなどからなる少
なくとも１つの回折格子６５との組でもよい。フーリエ
変換レンズ６４はそのフーリエ面が信号光ビームの光軸
から離れるように、参照光ビーム光軸上に配置されてい
る。回折格子６５は、フーリエ変換レンズ６４を介して
参照光ビームによる０次回折光の光強度分布６６が信号
光ビームの光軸にほぼ平行に離れて形成されるように配
置される。
【００３８】このように、この実施例では、信号光と参
照光の０次光近傍の強い光強度を避けるために参照光側
にフーリエ変換レンズ系を挿入することによって、図４
に示すように、交差部での信号光および参照光のそれぞ
れのフーリエ面の原点が一致するのではなく、参照光の
光軸に沿って信号光の１次光側へオフセットさせる。こ
のフーリエ変換レンズ系の内外に照射位置制御用及び光
量調整用空間変調器を配置することもできる。これらに
より記録に要する記録媒体の体積も減少でき、より多数
の空間多重記録が可能となる。
【００３９】更なる実施例としては、図１に示す二次元
光検出器アレイ２１すなわち再生された回折光を検出す
る手段は、図５に示すように、記録媒体からの回折光の
光軸に垂直な平面にＣＣＤ７０と、そのマトリクス配置
の受光画素７１に対応して所定ピッチで設けられた複数
の開口７２を有しかつＣＣＤ平面に沿って互いに直交す
る方向に移動自在で受光画素上に離間して保持された遮
光性板状体７３からなるピンホールアレイ７４と、ピン
ホールアレイを互いに直交する方向に駆動するピエゾ素
子などの駆動素子７５と、を含んでいる。
【００４０】この二次元光検出器アレイ２１によれば、
フーリエ変換レンズを用いた体積ホログラム記録再生シ
ステムのモジュール組み立て調整をおこなう場合の実際
にモジュール化する際に、ＣＣＤの受光素子間隔以下の
一定の組み立て精度で位置決めがおこなわれるが、非常
に精度を要求されるので、従来は、手間のかかる工程と
なっていたが、かかる煩雑さが解消できる。すなわち、
ピエゾ素子駆動の可動ピンホールアレイ７４をＣＣＤ画
素７１上に設けることで、組み立て精度を緩和するほか
組み付け後の微調整も可能となる。
【００４１】さらに、以下の効果もある。図６（ａ）に
示すように光学調整が基準どうりに行われた場合と、図
６（ｂ）に示すように光学調整が不十分であった場合に
ついて可動ピンホールアレイ７４の効果を示す。可動ピ
ンホール無しでは、図６（ｂ）の波線に示すように、Ｃ
ＣＤ上の光強度分布には本来受光しない隣接画素からの
出力があり、ＣＣＤ出力信号のコントラストが低下し、
ＣＣＤ出力サンプリング後のＣＣＤ出力の中で実際に使
用できる出力が隣接画素からのクロストークを受け、本
来Lowレベル以下であることが期待されている画素が中
間的な値を持ってしまう。このため、実際は再生画像の
質により、このクロストークがより深刻な問題となる。
【００４２】しかし、ＣＣＤ画素の直前に可動のピンホ
ールアレイを配置する本実施例の図６（ｂ）の実線に示
すように、ピンホールアレイによりＣＣＤの開口率が減
少し、隣接ＣＣＤ画素への迷光入射が緩和される。ま
た、図７に示したように、隣接した受光画素に迷光とし
て入射しないように、すなわち、基準のｘｙ位置に基づ
いてピエゾ素子などの駆動素子７５によりビンホールア
レイ７４をｘｙ方向に移動調整し（S1）（S2）、ＣＣＤ
出力を獲得し（S3）、ＣＣＤ出力を復調し（S4）、誤差
を検出し（S5）、これからｘｙ変位量を検出して（S6）
（S7）、検出したｘｙ変位量にて調整を繰り返すことに
より、得られる信号強度の最適化も図れる。この可動ピ
ンホールアレイを駆動するピエゾ素子は、±０．５画素
分調整可能であれば良い。
【００４３】ピンホールアレイによる制限をＣＣＤの開
口率を１としたとき、これと対を成すフーリエ変換レン
ズの反対側の焦点上にＬＣＤの開口率を１から０．５に
することで最適になる。また、他の実施例として図８
（ａ）に示したように、二次元光検出器アレイ２１にお
けるピンホールアレイ７４は、複数の開口の各々に凸レ
ンズ７７を備えかつレンズ間を遮光物質７８で充填した
マイクロレンズアレイとしてもよい。さらに、図８
（ｂ）に示したように、ピンホールアレイは、複数の開
口の各々に分布屈折率型平板レンズ７９を備えかつレン
ズ間を遮光物質７８で充填したマイクロレンズアレイと
してもよい。
【００４４】次に更なる他の実施例ついて説明する。こ
の実施例においては、体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置に、参照光ビーム及び信号光ビームが交
差する記録媒体内部の部位からの漏れる回折光を検出す
るモニタ手段を設けて、信号光ビームの明滅を制御する
シャッタ制御手段をモニタ手段からの信号に応じて制御
する。
【００４５】図９に示すように、ホログラム記録は基本
的に記録光及び参照光の相互の光のモード結合を屈折率
変化としてフォトリフラクティブ結晶記録媒体中に記録
する。そこで、モード結合具合によりＣＣＤ受光強度に
は２通りのモードがある。例えば図９（ａ）に示すよう
に電気光学定数ｒ13に依存して結晶中に屈折率変化が生
じるように配置したＦｅをドープしたＬｉＮｂＯ3を用
いる記録媒体のように参照光と信号光間で周期的にパワ
ーのやり取りを行う場合、記録中の画像は回折格子の形
成とともに明滅を繰り返す。また、他のモードは、図９
（ｂ）に示すように、フォトリフラクティブ効果による
結晶の屈折率変化が電気光学定数ｒ33に依存するよう位
置する記録媒体のように、参照光側の光パワーが一方的
に記録光側に結合してゆく場合である。
【００４６】これらの現象は、記録媒体中の記録が進行
するに従ってその光パワー移動が顕著に観察されるよう
になる。つまり図９（ａ）でいえば回折光量の明滅のコ
ントラストであり、図９（ｂ）では単純に回折光量の増
加となる。そこで、実施例では、モニタ手段は、受光量
を減衰できるフィルタを備えた構成とする。図１０に実
施例の装置を示すが、図１に示す上記実施例とほぼ同一
なので、構成が異なる部分のみを示し、他は省略する。
光学系で、ＣＣＤカメラの二次元光検出器アレイ２１に
減衰量調整幅が大きい可変フィルタ８１を置き、記録時
には減衰量を上げて、信号光透過光と参照光回折光の混
合光を観察する。この再生画像輝度から回折効率を逆算
しリアルタイムで最適な記録おこなう。
【００４７】図９（ａ）に示す回折光量の明滅のコント
ラストのある場合は、その明暗の輝度差を観察すること
で記録状態を把握し、制御する。図９（ｂ）に示す場合
は、記録中の画像は回折格子の形成と共に画像の輝度が
比例して上昇するので、輝度が所定のレベルに到達する
ように制御する。更なる他の実施例を図１１に示す。こ
れも図１に示す上記実施例とほぼ同一なので、構成が異
なる部分のみを示し、他は省略する。この実施例は、信
号光ビームの波長と異なる波長のモニタ光を参照光ビー
ム及び信号光ビームが交差する記録媒体１０内部の部位
に照射するモニタ光照射手段であるレーザ８３と、部位
から反射するモニタ光をモニタ手段である受光装置８４
例えば二次元光検出器アレイが受光するようにモニタ光
照射手段を移動せしめる駆動機構８５と、を備える。
【００４８】レーザ８３には信号光と波長の異なるレー
ザを用い、一例として、Ｈｅ−Ｎｅレーザをモニタ光と
して用いる。信号光とは波長が違うのでブラッグ角が異
なる。これにより従来の記録再生光学系にモニタ用光学
系を付加できる。多重記録方法として角度多重を用いる
場合は、図１１のようにモニタ光の光学系も入射角を変
える必要があるので、駆動機構８５により媒体への入射
角の変更には図のようにレーザ８３及び受光装置８４自
体を移動する。駆動機構８５には、可動ステージとガル
バノ反射鏡や、２組のガルバノ反射鏡、または音響光学
素子（ＡＯＤ）を用いても良い。このモニタ用光学系に
より記録時の回折格子形成を独立して観測できる。その
情報をフィードバックして記録時間を制御する。
【００４９】このときモニタ用の受光装置８４がＣＣＤ
カメラであると、リアルタイムで記録中の再生画像が得
られる。この再生画像からエラー率を測定し、より適切
な制御をリアルタイムでおこなうことができる。また、
受光装置８４はフォトダイオードでもよい。このときは
画素合わせ等の調整が不要となり簡便に設置できる。回
折格子形成状況は回折強度を観察することで把握でき
る。
【００５０】例えば、現状のニオブ酸リチウムを用いた
ホログラフィックメモリではフォトリフラクティブ効果
により情報を記録する。フォトリフラクティブ効果は明
確な閾値を持たないため、１（Ｗ／ｃｍ2）以下という
比較的微弱な光でも記録できるというメリットを持つ。
しかし、このため記録消去にも閾値がなく、多重記録
や、再生のための光照射でも記録が劣化するという欠点
がある。
【００５１】そこで、１０００ページ多重記録を例に説
明する。１０００ページ全てを同一記録パワー、記録時
間で記録すると、１ページ目に記録されたものは２ペー
ジ目以降の記録時に常に他ページの記録光による劣化に
晒される。このため１ページ記録直後の回折光量を１と
すると２ページ記録後には０．９４（結晶の特性により
異なる）、３ページ記録後には０．９２…となり、１０
００ページ記録後にはかなり小さくなってしまう。この
ため１０００ページ記録後に得られる各ページの回折光
量が不均一となってしまう。これを防ぐ手法として、他
ページの記録によって消去されてしまう分を予め考慮し
て、初期記録時にその分を余分に記録するスケジューリ
ングを行うが、本実施例よればリアルタイムで行うこと
ができる。
【００５２】例えば、図１２に示すように、全記録ペー
ジ枚数を設定し、まず、枚数初期値から枚数を計数し
（S1）モニタ光の為の折り返しミラーの位置制御をなし
（S2）、全ページ記録終了の判断をなし（S3）、終了し
ていなければ回折効率目標値aを算出し（S4）、シャッ
タを開放し（S5）、回折光量bを検出し（S6）、aがb以
下か判断し（S7）、これを満たせば（S1）の枚数の計数
を繰り返し、これを満たさなければ全ページ記録終了の
判断をなし（S3）から繰り返し、全ページ記録終了と判
断して終了する。これにより、ページ毎のリアルタイム
の記録の監視が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の体積ホログラフィックメモ
リ光記録再生装置を示すブロック図。
【図２】 空間周波数スペクトル分布及び強度を示すグ
ラフ。
【図３】 記録媒体及び空間光変調器を示す斜視図。
【図４】 記録媒体及び空間光変調器を示す斜視図。
【図５】 本発明の他の実施例の二次元光検出器アレイ
を示す構成図。
【図６】 二次元光検出器アレイの作用を示す構成図。
【図７】 ピンホールアレイの位置制御のフロー図。
【図８】 本発明の他の実施例における二次元光検出器
アレイを示す構成図。
【図９】 本発明の他の実施例における記録媒体の特性
図。
【図１０】 本発明の他の実施例の体積ホログラフィッ
クメモリ光記録再生装置の要部を示すブロック図。
【図１１】 本発明の他の実施例の体積ホログラフィッ
クメモリ光記録再生装置の要部を示すブロック図。
【図１２】 スケジュール制御のフロー図。
【主要部分の符号の説明】
３ 半透明鏡 ６ 反射鏡 ９ フーリエ変換レンズ １０ 記録媒体 １２ ページャ反射鏡 ２０ 逆フーリエ変換レンズ ２１ 光検出器アレイ ３０ コントローラ ３２ シャッター制御ドライバ ３１ 信号光制御ドライバ ３３ 参照光制御光ドライバ ６０ 第２の空間光変調手段

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つのコヒーレント光の三次
    元的な光干渉パターンをその屈折率の空間的な変化とし
    てその内部に記録する記録媒体が装着され、コヒーレン
    トな信号光ビームを前記記録媒体にフーリエ変換レンズ
    を介して入射する信号光ビーム光学系と、コヒーレント
    な参照光ビームを前記記録媒体に入射する参照光ビーム
    の光学系と、前記記録媒体内部において前記参照光ビー
    ムを前記信号光ビームに対して交差せしめその交差する
    角度を変化させる手段と、前記参照光ビームによる前記
    記録媒体からの回折光を検出する手段と、を有する体積
    ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置であって、
    前記参照光ビームの光学系の光路に配置されかつ、前記
    記録媒体内における前記信号光ビームの光強度分布に相
    反する光強度分布を前記記録媒体における前記参照光ビ
    ームの横断面に付与するように光強度を制限する空間光
    変調手段を有することを特徴とする体積ホログラフィッ
    クメモリ光情報記録再生装置。
  2. 【請求項２】 前記記録媒体内における前記信号光ビー
    ムの光強度分布は、前記信号光ビーム及び参照光ビーム
    が存在する平面に垂直で前記信号光ビームを含む平面内
    の前記記録媒体における前記信号光ビームの前記フーリ
    エ変換レンズによる光強度分布であり、前記空間光変調
    手段は、前記フーリエ変換レンズによる光強度分布にほ
    ぼ逆位相の光強度分布を前記記録媒体における前記参照
    光ビームの横断面に付与することを特徴とする請求項１
    記載の体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装
    置。
  3. 【請求項３】 前記空間光変調手段は、前記記録媒体に
    おける前記信号光ビームの入射面側が最低でその反対側
    に向かって漸次上昇する光強度分布を前記記録媒体にお
    ける前記参照光ビームの横断面に付与することを特徴と
    する請求項１または２記載の体積ホログラフィックメモ
    リ光情報記録再生装置。
  4. 【請求項４】 前記空間光変調手段は、前記信号光ビー
    ム及び参照光ビームが存在する平面に垂直で前記信号光
    ビームを含む平面に平行に配置された液晶パネルであっ
    て、前記液晶パネルは電気的制御によって変化せしめら
    れ、前記記録媒体における前記信号光ビームの入射面側
    が最低の透過率でありその反対側に向かって漸次上昇
    し、前記信号光ビームの光強度分布に逆位相の透過率分
    布をなす光透過性部分と光非透過性部分とを有すること
    を特徴とする請求項１記載の体積ホログラフィックメモ
    リ光情報記録再生装置。
  5. 【請求項５】 前記空間光変調手段は、フーリエ面が前
    記信号光ビームの光軸から離れたフーリエ変換レンズ
    と、少なくとも１つの空間変調器とを有し、前記空間変
    調器は、前記フーリエ変換レンズを介して前記参照光ビ
    ームによる０次回折光の光強度分布が前記信号光ビーム
    の光軸にほぼ平行に離れて形成する回折格子であること
    を特徴とする請求項４記載の体積ホログラフィックメモ
    リ光情報記録再生装置。
  6. 【請求項６】 前記回折光を検出する手段は、前記記録
    媒体からの回折光の光軸に垂直な平面に複数の受光画素
    が所定ピッチで配列されてなる電荷結合素子イメージセ
    ンサと、前記受光画素に対応して前記所定ピッチで設け
    られた複数の開口を有しかつ前記平面に沿って互いに直
    交する方向に移動自在で前記受光画素上に離間して保持
    された遮光性板状体からなるピンホールアレイと、前記
    ピンホールアレイを前記互いに直交する方向に駆動する
    駆動素子と、からなることを特徴とする請求項１記載の
    体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置。
  7. 【請求項７】 前記駆動素子はピエゾ素子からなること
    を特徴とする請求項６記載の体積ホログラフィックメモ
    リ光情報記録再生装置。
  8. 【請求項８】 前記ピンホールアレイは、前記複数の開
    口の各々に凸レンズを備えかつレンズ間を遮光物質で充
    填したマイクロレンズアレイからなることを特徴とする
    請求項６または７記載の体積ホログラフィックメモリ光
    情報記録再生装置。
  9. 【請求項９】 前記ピンホールアレイは、前記複数の開
    口の各々に分布屈折率型平板レンズを備えかつレンズ間
    を遮光物質で充填したマイクロレンズアレイからなるこ
    とを特徴とする請求項６または７記載の体積ホログラフ
    ィックメモリ光情報記録再生装置。
  10. 【請求項１０】 前記参照光ビーム及び前記信号光ビー
    ムが交差する前記記録媒体内部の部位からの漏れる回折
    光を検出するモニタ手段と、前記モニタ手段からの信号
    に応じて前記信号光ビームの明滅を制御するシャッタ制
    御手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の体
    積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置。
  11. 【請求項１１】 前記モニタ手段は、受光量を減衰でき
    るフィルタを備えた前記参照光ビームによる前記記録媒
    体からの回折光を検出する手段であることを特徴とする
    請求項１０記載の体積ホログラフィックメモリ光情報記
    録再生装置。
  12. 【請求項１２】 前記信号光ビームの波長と異なる波長
    のモニタ光を、前記参照光ビーム及び前記信号光ビーム
    が交差する前記記録媒体内部の部位に照射するモニタ光
    照射手段と、前記部位から反射するモニタ光を前記モニ
    タ手段が受光するように前記モニタ光照射手段を移動せ
    しめる手段と、を備えたことを特徴とする請求項１０記
    載の体積ホログラフィックメモリ光情報記録再生装置。
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