(57)【要約】【課題】装置を複雑化することなく、体積ホログラムメモリの高密度記録性を損なわずに記録再生を高速化できる光メモリ装置を提供する。【解決手段】信号光ビーム及び参照光ビームは体積ホログラフィックメモリ１０の回転対称軸を含む平面内に配置されている。データを記録するときには信号光と参照光とを同時に体積ホログラフィックメモリ１０内の所定部位に照射し、干渉パターンを屈折率が格子状の分布を有する屈折率格子として記録する。回転機構部２１の回転により、矢印Ａの方向に体積ホログラフィックメモリ１０を回転させる。体積ホログラフィックメモリ１０が矢印Ａの方向に回転することにより、干渉パターンの記録面に対し体積ホログラフィックメモリ１０が回転し、多重記録が実現される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積型ホログラム媒体を用いて、複数の光束の干渉パターンを記録する光メモリ装置において、情報を記録する光束の体積型ホログラム媒体への入射方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と略平行とし、前記回転軸を回転中心として前記体積型ホログラム媒体を回転させて、記録・再生を前記体積型ホログラム媒体が回転した状態で行うことを特徴とする光メモリ装置。
【請求項２】
前記回転軸が前記体積型ホログラム媒体の中心に対し任意の位置に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の光メモリ装置。
【請求項３】
記録光と参照光の進行方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と同軸とし、かつ記録光と参照光を収束光とした上で、前記体積型ホログラム媒体を挟んで対向する方向から前記記録光と前記参照光とを入射させる構成を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の光メモリ装置。
【請求項４】
前記記録光と前記参照光の光束を、光軸を含む面で２分割して互いに異なる偏光状態とし、前記体積型ホログラム媒体内で任意の距離をおいて集光する構成としたことを特徴とする請求項３記載の光メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は体積型ホログラム媒体を利用する光メモリ装置に関するものである。
【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にあり、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。この方法が、（特許文献１）に記載されている。
【０００４】
ここで図７は従来のホログラム記録再生方法の一例を示す図である。図７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１１１から発せられたレーザ光１１２は、ビームスプリッタ１１３において信号光１１２ａと記録参照光１１２ｂとに分割される。信号光１１２ａ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１１２ａ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１１２ａ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１１６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１１０内に集光される。一方、ビームスプリッタ１１３において分割された記録参照光１１２ｂは、ミラー１１８、１１９によって記録媒体１１０内に導かれて、信号光１１２ａの光路と記録媒体１１０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。
【０００５】
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１１０に対する記録参照光１１２ｂ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。
【０００６】
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７に示すように、例えば、空間光変換器ＳＬＭによって信号光１１２ａの光路を遮断して、記録参照光１１２ｂのみを記録媒体１１０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１１２ｂの照射された記録媒体１１０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１１６ａ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１２０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。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３０４１０９号公報（段落番号０００９〜００３８）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術のように角度多重記録により３次元的に情報を記録する体積ホログラフィックメモリの場合、高速に情報を記録し、望む情報を読み出すには、ホログラフィックメモリに入射させる信号光ビームと参照光ビームを記録媒体に対し正確に位置決めすると同時に、ホログラフィックメモリから出力される画像光（再生画像）に対して記録時と等価な光学経路になるような位置にフーリエ変換レンズと受光素子である光検出器等を３次元的に精密に合わせる必要がある。
【０００９】
よって、従来の体積ホログラムにおける書き込み・読み込み動作である参照光を偏向させる方式では偏向手段が回転ミラーもしくは揺動ミラーであるため、書き込み・読み込み動作は間欠的なものとなり連続的な高速動作ができなかった。
【００１０】
本発明の目的は、以上のような従来の欠点を全面的に改善し、装置の複雑化を防ぎ、応答性の高速な光メモリ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、体積型ホログラム媒体を用いて、複数の光束の干渉パターンを記録する光メモリ装置において、情報を記録する光束の体積型ホログラム媒体への入射方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と略平行とし、前記回転軸を回転中心として前記体積型ホログラム媒体を回転させて、記録・再生を前記体積型ホログラム媒体が回転した状態で行うことを特徴とする光メモリ装置である。
【００１２】
これにより、体積ホログラムメモリの高密度記録性を損なわずに記録再生を高速化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に記載の発明は、体積型ホログラム媒体を用いて、複数の光束の干渉パターンを記録する光メモリ装置において、情報を記録する光束の体積型ホログラム媒体への入射方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と略平行とし、前記回転軸を回転中心として前記体積型ホログラム媒体を回転させて、記録・再生を前記体積型ホログラム媒体が回転した状態で行うことを特徴とする光メモリ装置であり、体積ホログラムメモリの高密度記録性を損なわずに高速な書き込み・再生動作が可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光メモリ装置において、前記回転軸が前記体積型ホログラム媒体の中心に対し任意の位置に移動可能であることを特徴とするものであり、高速で大容量の光メモリ装置が実現できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかの光メモリ装置において、記録光と参照光の進行方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と同軸とし、かつ記録光と参照光を収束光とした上で、前記体積型ホログラム媒体を挟んで対向する方向から前記記録光と前記参照光とを入射させる構成を備えていることを特徴とするものであり、高速な書き込み、再生動作が可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３の光メモリ装置において、前記記録光と前記参照光の光束を、光軸を含む面で２分割して互いに異なる偏光状態とし、前記体積型ホログラム媒体内で任意の距離をおいて集光する構成としたことを特徴とするものであり、高密度な情報記録が可能となる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光メモリ装置を示す構成図である。
【００１９】
レーザ光源１５により発振された光はビームスプリッタ１８により直進する信号光ビームと上方へ偏向する参照光ビームの２つに分けられ、信号光ビームは信号光ビーム光学系１７用の光路へ導かれ、参照光ビームは参照光ビーム光学系１６用の光路に導かれる。なお、このビームスプリッタ１８での分光比は他の光学部品の反射率・透過率、ＣＣＤ２２の感度等を鑑みた上で記録光量として過不足の無い様適当な値となるようあらかじめ設定されるか角度多重などによる体積ホログラフィックメモリ１０入射面に施されたコーティングや他の条件で変化する記録部分の光量変化等に対応して一定範囲で可変とすることもできる。
【００２０】
ビームスプリッタ１８を通過した信号光ビームは、シャッタ６ａ、光ビームエキスパンダ１４、空間光変調器１２及びフーリエ変換レンズ１３を通して体積ホログラフィックメモリ１０へ入射する。参照光ビーム光学系１６の光路に導かれた参照光はミラー１９に導かれとシャッタ６ｂを通った後、ミラー２０により偏向され、体積ホログラフィックメモリ１０内で信号光と交差する。
【００２１】
前記のように信号光ビームと参照光ビームとの交差部では参照光と信号光は干渉を起こし、この干渉によって生じる干渉縞が体積ホログラフィックメモリ１０に記録される。本実施の形態において書き込み動作は、シャッタ６ａ・シャッタ６ｂを開放の状態として行い、読出し動作は、シャッタ６ａ・シャッタ６ｂを閉じ、上記のようにレーザ光源１５の未変換光を参照光として行うこととなる。
【００２２】
次に書き込み動作および、各部の機能・動作について説明する。
【００２３】
信号光ビームは、図示しないコントローラによって制御されるシャッタ６ａにより光ビームの体積ホログラフィックメモリ１０に照射する時間、および照射タイミングが制御され、光ビームエキスパンダ１４により所定径の平行光に拡大される。ここで空間光変調器１２は、例えば有限個数に区切られた微細な画素からなる２次元平面の液晶表示装置（ＬＣＤ）であって、多くは光ビームを透過するような位置に置かれる。
【００２４】
この変調操作についてさらに説明する。空間光変調器１２内では、前記したように記録ページデータに応じて空間光変調器１２内の液晶各画素に電圧を印加することで液晶の分子配列がねじれるように動く。それによって透過する光の偏光面を任意の角度だけ回転させることができ、装置内の液晶に隣接した位置に置かれる偏光フィルタの機能により、画素毎に光が透過もしくは非透過、あるいは中間的な偏光面の回転に対しては中間的な透過率で透過することになる。つまり、そこを通過する光が部分的に強度変調される。その結果として、図示しないエンコーダから供給されるデジタル記録データに応じて、光ビームエキスパンダ１４で径を拡大されたビームに対し信号に応じて空間的に変調することができる。
【００２５】
なお、この空間光変調器１２は前記の透過型の他に、液晶層を挟んでビームの入射面とは反対側に反射面を備えた反射型のものも存在する。また、前記の例では偏光フィルタの介在により光の透過もしくは非透過に変換するが偏光面の回転を変調要素そのものとして使う場合や、液晶の偏光面ではなく光の位相を変調することが可能な平行配向液晶を用いて位相を変調要素に用いることも可能である。
【００２６】
このようにして変調を受けた光ビームは、フーリエ変換レンズ１３によりフーリエ変換され、体積ホログラフィックメモリ１０に集光され、体積ホログラフィックメモリ１０内にフーリエ変換像として結像される。例えば円柱体形状の体積ホログラフィックメモリ１０は、フーリエ変換レンズ１３によるフーリエ面が体積ホログラフィックメモリ１０の回転対称軸と平行となるように配置する。
【００２７】
一方、参照光ビーム光学系では参照光ビームがミラー１９及びミラー２０により反射され、体積ホログラフィックメモリ１０へ入射し、媒体内部の位置でフーリエ変換レンズ１３からの信号光ビームと交差して干渉し、３次元の干渉縞を作る。ここで、参照光と信号光とがフーリエ面上ではなく、フーリエ面の手前又は奥で干渉するようにミラー２０、フーリエ変換レンズ１３などの光学系を配置する。
【００２８】
信号光ビーム及び参照光ビームは体積ホログラフィックメモリ１０の回転対称軸を含む平面内に配置されている。このように、データを記録するときには信号光と参照光とを同時に体積ホログラフィックメモリ１０内の所定部位に照射し、干渉パターンを屈折率が格子状の分布を有する屈折率格子として記録する。ホログラムの形成時間は屈折率格子の相対的間隔となるが、これはレーザ光源装置の図示しない自動シャッタもしくはシャッタ６ａおよび、シャッタ６ｂを連動させることで制御される。
【００２９】
図１において回転機構部２１の回転により図１の矢印Ａの方向に体積ホログラフィックメモリ１０を回転させる。体積ホログラフィックメモリ１０が矢印Ａの方向に回転することにより、干渉パターンの記録面に対し体積ホログラフィックメモリ１０が回転し、多重記録が実現される。
【００３０】
さらに、再生時においては、光検出手段のＣＣＤ２２においても、回転機構部２１と同様の検出手段からの位置決め用画像などに対応する信号に応じて検出手段の位置を移動せしめる検出位置調整手段２７がさらに設けられている。検出位置調整手段２７も、ＣＣＤ２２の受光面を、信号光ビーム光路の光軸の方向（ｚ方向）並びにメリジオナル平面（ｙｚ平面）及びサジタル平面（ｘｚ平面）にそれぞれ含まれる当該光路の光軸に垂直な２つの方向であるｘ方向及びｙ方向に平行移動せしめるとともに、当該光路の光軸周り及びｘ方向及びｙ方向の周りにそれぞれ回転移動せしめる。
【００３１】
図示しないコントローラは、光検出手段のＣＣＤ２２からの位置決め用画像に対応する信号に応じて、検出位置調整手段をステップモータなどで駆動してＣＣＤ２２の位置を移動せしめ調整している。ただし、検出位置調整手段２７は装置製造誤差が小さい場合は設ける必要はない。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態１による記録についての説明図である。図２のように体積ホログラフィックメモリ１０中に干渉縞を形成して屈折率格子として記録した面は、屈折率差を有する複数の層があり、入射光はこの屈折率格子によって散乱される。この屈折率格子によって散乱された光のうち、層の面によって鏡面反射される方向の光はすべて位相が等しいので強め合う。さらに、次の面からの散乱波を考えると、図２中のＡＢとＡＤとが等位相面となり、ＢからＣを経てＤに至る光路長が波長の整数倍だと強め合うので、ブラッグの条件を満たすとき干渉縞の間隔をｄとして、
２ｄ・ｓｉｎθ＝ｍλ（但し、ｍは整数，θは各層への入射角を示す。）
という関係を満たす波長の光が強く反射される。ここで、入射光の波長をλとしている。この複数の層からの散乱光の干渉があるため、波長帯域の広い光で再生しても記録に用いた波長の光だけが特定の角度で反射する。また、共役像も生じない。
【００３３】
図３は回転軸と記録にかかわる屈折率格子の関係を模式的に示した説明図である。レーザ光源より発振された光は直線偏光であり、この光の偏光面はメモリ装置に対し固定されている。この光が記録光と参照光に分けられて体積ホログラフィックメモリ１０に照射されたことにより、干渉光偏光面ａの状態で屈折率格子が形成され記録が行われたとする。この図では簡単に主屈折率格子面ａと表されているが屈折率格子は実際には体積ホログラフィックメモリ１０内の体積をもった領域に形成される。
【００３４】
なお、ホログラム形成時間は体積ホログラフィックメモリ１０中の干渉領域の大きさに依存する各回の記録を再生する時に発生するクロストークが許容範囲以下になる許容最小角度および、体積ホログラフィックメモリ１０の記録媒体としての感度、干渉部の光強度、空間光変調器の変調速度等により決まるので、回転速度および露光時間はこれらのパラメータにより最適化される。
【００３５】
情報を再生する場合は記録に使われた干渉光偏光面ａをもった参照光を照射したときにのみこの主屈折率格子面ａに記録された情報が再生される。このように図中の回転軸中心に任意の角度回転したところで記録光と参照光を所定の時間照射するようにすれば体積ホログラフィックメモリ１０の回転を止めることなく連続的かつ高速に情報を記録再生することが可能となる。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態２による光メモリ装置の一部分を示す図である。３０は回転台、３１ａおよび３１ｂは回転台に取り付けられた体積ホログラフィックメモリ１０を回転台３０に対し相対的に移動させる移動装置、３２は回転台３０の回転駆動原である駆動ギア、３３は回転台３０の回転中心である。通常、信号光と参照光の交わる干渉領域は回転台３０の回転軸上に固定されている。
【００３７】
この状態で駆動ギア３２により回転台３０を駆動しながら前記のように記録を多重させていき、多重記録の限界に達すると、図示しないコントローラにより移動装置３１ａおよび移動装置３１ｂに駆動信号が送られ体積ホログラフィックメモリ１０を回転軸３３に対し移動させる。この移動により、干渉領域および回転軸は以前の場所に対しオフセットしたところに形成されることとなり、さらに記録を続けることができる。
【００３８】
なお、この時の移動量は、前記の再生時に発生するクロストークが許容範囲以下になる許容最小角度と同様に許容最小移動量が干渉領域のサイズ等により最適化される。平行移動量および角度は移動装置３１ａ、移動装置３１ｂ、駆動ギア３２に一体に構成されたセンサにより検出され前記コントローラにフィードバックされて体積ホログラフィックメモリ１０の角度、位置が制御される。
【００３９】
なお、センサには光学式もしくは機械式のリニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ等が使用できる。また、あらかじめ他の基準装置にて体積ホログラフィックメモリ１０内に角度、位置マーカを記録し、それらを再生することにより角度および位置を制御するように構成することもできる。
【００４０】
このように記録を偏光方向により多重記録した領域を体積ホログラフィックメモリ１０の体積内に並べていくことで記録の高速性を維持しつつ一定体積内に効率良く大容量の記録が可能なメモリ装置を実現することができる。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態３による光メモリ装置の概略図で、実施の形態４による光メモリ装置の概略も兼ねている。この図では体積ホログラフィックメモリ１０を挟んで対向する向きに光軸を一致させた信号光と参照光とが体積ホログラフィックメモリ１０に入射している。さらに、信号光と参照光の光軸は体積ホログラフィックメモリ１０のそれぞれの入射面に垂直でありかつ、体積ホログラフィックメモリ１０の回転軸と一致するよう構成される。
【００４２】
４０ａは信号光の光束のおよそ半分の偏光方向を任意の角度に旋光する旋光子、４０ｂは信号光の光束の残り半分の偏光方向を任意の角度に旋光する旋光子である。同じく４１ａは参照光の光束のおよそ半分の偏光方向を任意の角度に旋光する旋光子、４１ｂは参照光の光束の残り半分の偏光方向を任意の角度に旋光する旋光子である。４２および４３は信号光および参照光を体積ホログラフィックメモリ１０にて集光させる集光レンズである。このように光束を集光することで干渉部分のエネルギー密度を上げることができるので前記の屈折率格子が短時間で形成できるので高速な記録が可能となる。
【００４３】
図６は、本発明の実施の形態４による光メモリ装置の詳細の説明図である。この図は図５の部分拡大図で信号光および参照光の集光点付近を拡大したものである。集光点は図のように任意の距離で離間されている。この距離は、集光レンズの開口数、体積ホログラフィックメモリの感度や飽和エネルギー量などをパラメータとした最適値が選ばれる。前記のように旋光子にて偏光方向を任意の角度に変えているがここでは信号光と参照光がそれぞれＡ偏光とＢ偏光の２つの異なる偏光面に変えられたものとする。
【００４４】
いうまでもなく、Ａ偏光の光とＢ偏光の光とでは干渉性がなく、交差しても前記のような屈折率格子が形成されることはない。よって、図中で干渉領域は中央部のＡ偏光干渉領域、Ｂ偏光干渉領域のみとなる。図のその他の領域はＡ偏光、Ｂ偏光の信号光もしくは参照光単独で存在している部分もしくはＡ偏光とＢ偏光の交差部でありいずれも記録に関与しない。
【００４５】
このＡ偏光干渉領域とＢ偏光干渉領域を合わせた領域は３次元的に見ると紡錘形となっており、体積ホログラフィックメモリを前記したように回転軸を中心に回転させることで領域内に複数の記録を多重化させて行うことができる。また、回転による多重記録が終わり次の領域に回転軸を移して記録を続ける場合、この領域は前記の集光点間の距離が小さいほど占有体積が小さくなり空間の利用効率を向上することができる。このようにして、高密度な情報記録が可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４７】
（１）請求項１に記載の発明は、体積型ホログラム媒体を用いて、複数の光束の干渉パターンを記録する光メモリ装置において、情報を記録する光束の体積型ホログラム媒体への入射方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と略平行とし、前記回転軸を回転中心として前記体積型ホログラム媒体を回転させて、記録・再生を前記体積型ホログラム媒体が回転した状態で行うことにより、体積ホログラムメモリの高密度記録性を損なわずに高速な書き込み・再生動作が可能となる。
【００４８】
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１の光メモリ装置において、前記回転軸が前記体積型ホログラム媒体の中心に対し任意の位置に移動可能であることにより、高速で大容量の光メモリ装置が実現できる。
【００４９】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかの光メモリ装置において、記録光と参照光の進行方向を前記体積型ホログラム媒体の回転軸と同軸とし、かつ記録光と参照光を収束光とした上で、前記体積型ホログラム媒体を挟んで対向する方向から前記記録光と前記参照光とを入射させる構成を備えていることにより、高速な書き込み、再生動作が可能となる。
【００５０】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項３の光メモリ装置において、前記記録光と前記参照光の光束を、光軸を含む面で２分割して互いに異なる偏光状態とし、前記体積型ホログラム媒体内で任意の距離をおいて集光する構成としたことにより、高密度な情報記録が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による光メモリ装置を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態１による記録についての説明図
【図３】回転軸と記録にかかわる屈折率格子の関係を模式的に示した説明図
【図４】本発明の実施の形態２による光メモリ装置の一部分を示す図
【図５】本発明の実施の形態３による光メモリ装置の概略図
【図６】本発明の実施の形態４による光メモリ装置の詳細の説明図
【図７】従来のホログラム記録再生方法の一例を示す図
【符号の説明】
６ａ、６ｂ  シャッタ
１０  体積ホログラフィックメモリ
１２  空間光変調器
１３  フーリエ変換レンズ
１４  光ビームエキスパンダ
１５  レーザ光源
１６  参照光ビーム光学系
１７  信号光ビーム光学系
１８  ビームスプリッタ
１９、２０  ミラー
２１  回転機構部
２２  ＣＣＤ
２７  検出位置調整手段
３０  回転台
３１ａ、３１ｂ  移動装置
３２  駆動ギア
３３  回転中心
４０ａ、４０ｂ  旋光子
４１ａ、４１ｂ  旋光子
４２、４３  集光レンズ
【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】
2005004829.tif 000007
【図６】
2005004829.tif 000008
【図７】
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