(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２光子吸収によりホトクロミック現象を生ずる記録材料により形成されたコア層を有する平面型光導波路を多層に積層したライトワンスホログラムメモリであって、
情報を書き込むコア層に導波光として導入したゲート光と、前記情報が重畳され前記平面型光導波路の界面から導入したデータ光とにより、前記情報を書き込むコア層に、２光子吸収によるホトクロミック現象を生じさせ、導波光の散乱要因を形成することにより、１度だけ前記情報の書き込みが行われ、
前記情報が書き込まれたコア層に、導波光として導入した再生照明光が、前記散乱要因により前記平面型光導波路の外に回析され、前記情報を２次元符号化して得られるホログラム画像を形成し、
前記データ光は、前記ホログラム画像を形成するように求められた振幅分布と位相分布に基づいて変調されたレーザ光として、前記平面型光導波路の界面から導入されることを特徴とするライトワンスホログラムメモリ。
【請求項２】
前記記録材料は、ジアリールエテン系分子からなることを特徴とする請求項１に記載のライトワンスホログラムメモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトワンスホログラムメモリに関し、より詳細には、プログラム可能な読み出し専用のホログラムメモリであるライトワンスホログラムメモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カード型の情報記録媒体として、磁気カード、ＩＣカードが知られている。磁気カードは、カードに添付された磁気テープに情報を記録するもので、製造が容易で、大量生産が可能ではあるが、記憶容量が小さく、偽造が容易であるという欠点を有する。ＩＣカードは、カードに内蔵されたＩＣチップに情報を記録するもので、記憶容量が大きく、偽造が困難ではあるが、ビット単価が高価であるという欠点を有する。
【０００３】
そこで、記憶容量がＩＣカードよりも大きく、偽造が困難で、ビット単価も安価なホログラムメモリが考案された。例えば、特開平９−１０１７３５号公報には、光導波路を多層に積層したホログラムメモリが記載されている。しかし、このようなホログラムメモリに情報を書き込んだり、記憶された情報を読み出すために、複雑な光学系を有した書込装置、再生装置が必要であった。
【０００４】
また、特開平１１−３４５４１９号公報には、シングルモード平面型光導波路を多層に積み重ねた再生専用多重ホログラム情報記録媒体が記載されている。この情報記録媒体は、シングルモード平面型光導波路の導波モードの周期とほぼ等しい周期を有する周期的散乱要因を設けている。任意の光導波路に導波光を導入すると、周期的散乱要因により導波路外に回析された回析光により、ホログラムを形成する。このようにして、情報の読み出しに複雑な光学系を有した再生装置が不要となることが記載されている。この情報記録媒体は、名刺サイズの大きさで、１００層の平面型光導波路が積層されたもので、およそ１３０ＧＢの記憶容量を有することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、再生専用多重ホログラムメモリは、読み出し専用のメモリであり、書き込みはできないという問題があった。例えば、特開２００１−８３８６５号公報に記載されているように、平面型光導波路の各層ごとにホログラム原盤を作成する。スタンパーと呼ばれる装置により、ホログラム原盤から各層ごとに平面型光導波路を作成し、これを積層することにより、ホログラムメモリを作成する。この方法によれば、スタンパーにより、同一の情報が書き込まれたホログラムメモリを、大量に生産することができる。すなわち少品種大量生産が可能である。しかし、多種多様な情報を、ホログラムメモリに書き込むような多品種少量生産には向いていない。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、１度だけ書き込みが可能な、いわゆるプログラム可能な読み出し専用のホログラムメモリであるライトワンスホログラムメモリを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、２光子吸収によりホトクロミック現象を生ずる記録材料により形成されたコア層を有する平面型光導波路を多層に積層したライトワンスホログラムメモリであって、情報を書き込むコア層に導波光として導入したゲート光と、前記情報が重畳され前記平面型光導波路の界面から導入したデータ光とにより、前記情報を書き込むコア層に、２光子吸収によるホトクロミック現象を生じさせ、導波光の散乱要因を形成することにより、１度だけ前記情報の書き込みが行われ、前記情報が書き込まれたコア層に、導波光として導入した再生照明光が、前記散乱要因により前記平面型光導波路の外に回析され、前記情報を２次元符号化して得られるホログラム画像を形成し、前記データ光は、前記ホログラム画像を形成するように求められた振幅分布と位相分布に基づいて変調されたレーザ光として、前記平面型光導波路の界面から導入されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記記録材料は、ジアリールエテン系分子からなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態にかかるライトワンスホログラムメモリの構造を示す。ライトワンスホログラムメモリ１０は、基板１６上に、下からクラッド層１１ａ、コア層１１ｂ、クラッド層１２ａ、コア層１２ｂ、クラッド層１３ａ、コア層１３ｂを順に積層した構造を有し、最上位層にクラッド層１５を有している。各コア層には、光導波路の導波モードの周期とほぼ等しい周期を有する散乱要因、すなわちホログラムが形成されている。散乱要因は、コア層の屈折率を変調するもので、これによって予め情報を重畳するものである。
【００１３】
このような構成により、任意のコア層、図１においてはコア層１３ｂに、再生照明光光源２０から再生照明光ＩＬを導入する。再生照明光ＩＬは、コア層１３ｂの面内方向に導波光として伝搬し、ホログラムによって散乱され、回析光ＤＬとしてライトワンスホログラムメモリ１０の表面より出射する。回析光ＤＬによって、ホログラム画像Ｉｍが、結像面上に形成される。
【００１４】
例えば、特開平１１−３３７７５６号公報に記載された多層導波路形再生専用メモリカードと同様に、ＣＣＤなどの２次元光検出器により、ホログラム画像Ｉｍを取り込むことによって、情報を読み出すことができる。このようにして、ホログラム画像Ｉｍを、２次元光検出器で直接検出することにより、情報を読み出すための特殊なレンズ群が不要となる。
【００１５】
コア層１１ｂ〜１４ｂは、２光子吸収によりホトクロミック現象を生ずるジアリールエテン系材料を使用した。光化学反応は、光子を単位としてエネルギーを吸収するもので、通常、化合物に１光子が吸収された１光子反応を生ずる。一方、２光子吸収材料は、光強度に対して非線形吸収特性を有し、非常に強度の強い光を照射すると２光子反応を生ずる。ホトクロミック現象とは、光の照射により、結晶、分子または錯体などの吸収スペクトルが可逆的に変化する現象をいう。ジアリールエテン系材料は、通常、４５０ｎｍ以下の波長領域に吸収を有し、波長７６０ｎｍの光により２光子反応を生じ、５００〜６００ｎｍ付近にも吸収を生ずる。ジアリールエテン系材料は、例えば、ジャパニーズアプライドフィジックス３５巻（１９９３年）の３９８７ページに、入江他により、フォトクロミック現象を利用した三次元記録材料として記載されている。このような材料を用いて、コア層１１ｂ〜１４ｂにホログラムを形成する方法を以下に説明する。
【００１６】
図２に、本発明の一実施形態にかかるライトワンスホログラムメモリに情報を書き込む方法を示す。ライトワンスホログラムメモリ１０に情報を書き込むために、ゲート光ＧＬとデータ光ＷＬとを必要とする。ゲート光ＧＬは、ゲート光光源３３から、ビームスプリッタ３２とシリンドリカルレンズ３１を介して、情報を書き込むコア層の導波光として入射される。データ光ＷＬは、高速データ光生成装置４０から出力され、ライトワンスホログラムメモリ１０の界面から導入され、ライトワンスホログラムメモリ１０の各々のコア層を透過する。
【００１７】
なお、図２には、情報を読み出すための再生照明光ＩＬを出力する再生照明光光源２０も併せて記載している。波長は、６３３ｎｍである。一方、読み出し専用装置には、再生照明光光源２０のみを備えていればよく、例えば、特開２００１−６６６２１号公報に記載された導波路型光ヘッドを適用することにより、より小型の読み出し専用装置を実現することができる。
【００１８】
図３は、ライトワンスホログラムメモリに書き込む情報からデータ光を生成する手順を示したフローチャートである。ライトワンスホログラムメモリ１０に書き込む情報は、１次元のデジタルデータとして生成され（Ｓ３０１）、エラー訂正符号が付加される（Ｓ３０２）。デジタルデータは、コア層ごとに２次元符号化され、２次元面の明暗分布として表される（Ｓ３０３）。さらに、読み出し時の同期信号となるサーボ信号が付加されて（Ｓ３０４）、ライトワンスホログラムメモリ１０が回析すべきホログラム画像Ｉｍとなる。
【００１９】
次に、ホログラム画像Ｉｍから導波路内の光強度分布を求める波面計算を行う（Ｓ３０５）。波面計算は、光の電場の振幅分布と位相分布を求めることをいう。求められた振幅分布と位相分布に基づいて、平面波状のレーザ光を変調することにより、ライトワンスホログラムメモリに書き込む情報が重畳されたデータ光ＷＬを生成する（Ｓ３０６）。高速データ光生成装置４０の詳細は、図４を参照して後述する。
【００２０】
ゲート光ＧＬとデータ光ＷＬとは、同一の波長の光であり、コア層を形成するジアリールエテン系材料が２光子吸収を生ずる波長７６０ｎｍである。ゲート光ＧＬは、強度一定の平面光であり、データ光ＷＬは、ホログラム画像Ｉｍを生成するように変調された光であるから、ゲート光ＧＬとデータ光ＷＬとが合波して、所定の光強度を有する領域のみ２光子吸収が生じ、コア層の吸収スペクトルが変化する。このようにして、ゲート光ＧＬが導入されたコア層において、データ光ＷＬが透過する所定の領域にのみ周期的散乱要因、すなわちホログラムが形成される。
【００２１】
上述したライトワンスホログラムメモリは、２光子書込技術を適用したものであるが、ジアリールエテン系材料を記録媒体に用いているので、消去光を照射することにより、情報の消去を行うこともできる。従って、上述したホログラムメモリは、再書込可能なホログラムメモリとして用いることもできる。
【００２２】
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示す。高速データ光生成装置４０の光学系は、例えば、特開２００１−８３８６５号公報に記載された光学系を適用することができる。高速データ光生成装置４０の光学系は、空間光変調器４１と凸レンズ４２，４３とから構成されている。この構成において、凸レンズ４２と凸レンズ４３との焦点距離をｆとすると、空間光変調器４１と凸レンズ４２との距離はｆであり、凸レンズ４２と凸レンズ４３との距離は２ｆである。空間光変調器は、微少な矩形画素がマトリクス状に並んだものであって、各々の矩形画素の光透過率（または反射率）を個別に電気制御することができる。空間光変調器は、大面積のコンピュータディスプレイの一種であるプロジェクタ装置の主要部品としても用いられている。
【００２３】
このような構成により、平面波状のレーザ光ＲＬを、ホログラム画像Ｉｍを表示させた空間光変調器４１に入射すると、画像情報を含んだ光が出力される。出力された光は、２枚の凸レンズ４２，４３を順番に透過した後、凸レンズ４３から距離ｆだけ離れた平面内で像を結び、空間光変調器４１に表示された像が再現される。この平面を結像面４４と称する。図４に示したように、結像面４４と凸レンズ４３との間に、ライトワンスホログラムメモリ１０を置き、凸レンズ４３から出射する光をデータ光ＷＬとして、上述した方法で情報記録を行う。
【００２４】
このようにして情報記録を行ったライトワンスホログラムメモリ１０に、再生照明光ＩＬを導入してホログラム再生を行うと、結像面４４で像を結ぶような回折光が生成される。従って、結像面４４に、２次元光検出器の光検出面を合わせることにより、記録された情報の読み出しを行うことができる。
【００２５】
このようにして、図４に示した高速データ光生成装置を用いて記録を行うことにより、２次元光検出器のみで直接に情報を読み出すことができるため、情報読み出しのためのレンズ群が不要となり、低価格な情報読み出し装置を実現することができる。
【００２６】
なお、高速データ光生成装置において、凸レンズ４２，４３は、空間光変調器４１に表示する画像を、結像面４４において再現する結像光学系を構成する。この結像光学系は、最もシンプルなもののひとつであるが、同様な機能を有する結像光学系は、市販のカメラに代表されるように公知のものが多数存在し、本発明は、結像光学系の種類に限定されるものではない。
【００２７】
図５に、本発明の第２の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示す。本実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系も、特開２００１−８３８６５号公報に記載されている。高速データ光生成装置４０の光学系は、空間光変調器４１のみから構成されている。空間光変調器４１は、図４に示した結像面４４に相当する位置に固定される。
【００２８】
このような構成により、平面波状のレーザ光ＲＬを空間光変調器４１に入射すると、第１の実施形態と同様に画像情報を含んだ光が出力されるので、ライトワンスホログラムメモリ１０の上側に入射する。同時にゲート光ＧＬを入射して、情報の記録を行うが、第２の実施形態では、画像情報を含む光が第１の実施形態とは反対方向に進行するため、ゲート光ＧＬも逆方向からライトワンスホログラムメモリ１０に入射する。このような方法でホログラム形成を行った場合でも、第１の実施形態と同様に、再生照明光ＩＬを導入してホログラム再生を行うと、空間光変調器４１の位置、すなわち図４に示した結像面４４に像を結ぶような回折光が生成される。空間光変調器４１の位置に、２次元光検出器の光検出面を合わせることにより、記録された情報の読み出しを行うことができる。
【００２９】
第２の実施形態によれば、情報読み出し装置のみならず記録装置についても、第１の実施形態で用いた結像光学系を必要とせず、低価格な装置を実現することができる。
【００３０】
図６に、本発明の第３の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示す。第３の実施形態にかかる高速データ光生成装置は、図４に示した第１の実施形態において、光学系に２つめの空間光変調器４５を置いている。空間光変調器４１は、矩形画素の光透過率を個別に電気制御することにより、光の強度を平面内で変調する素子であるが、空間光変調器４５は、透過率に換わって光の位相を電気制御可能な画素から構成されている。
【００３１】
空間光変調器４１によって強度変調された光の電磁場分布は、凸レンズ４２，４３で構成された結像光学系によって、空間光変調器４５の位置で再現される。空間光変調器４５において位相変調をかけることにより、強度変調と位相変調とをかけた光波が、空間光変調器４５の出力として得られる。これは、任意の波面の光を発生させることができることを意味し、データ光ＷＬとして有効に用いることができる。
【００３２】
空間光変調器４１に入力する振幅情報と、空間光変調器４５に入力する位相情報とを作成するための装置は、例えば、特開２０００−３２１９６４号公報に記載された再生専用積層導波路ホログラムメモリ用データ作成装置を適用することができる。
【００３３】
以下のように振幅情報と位相情報とを計算で求めることもできる。ホログラム画像Ｉｍを、Ｉｍｎと画像を構成する画素の強度とにより表すと、空間光変調器４５を透過した直後の光の電磁場は、例えば、
【００３４】
【数１】
0003984055.tif 000002
【００３５】
となればよい。Ｕm'n'は、空間光変調器４５の第m'行、第n'列の画素に対応する光電磁場であり、スカラー複素表示されている。ｉは虚数単位、ｋは光の波数、Ｌｍ，Ｌｎはホログラム画像Ｉｍの画素ピッチ、Ｄm'，Ｄn'は空間光変調器４１，４５の画素ピッチ、ｌは空間光変調器４５と結像面４４との距離である。また、Ｃ，ｓk，ｓyは実定数である。
【００３６】
このとき、空間光変調器４１に入力する振幅Ｔm'n'は、
【００３７】
【数２】
0003984055.tif 000003
【００３８】
となる。また、空間光変調器４５では、
【００３９】
【数３】
0003984055.tif 000004
【００４０】
だけ位相を進めれば良い。なお、位相θm'n'は、上式を２πで割ったときの剰余でもよい。
【００４１】
図６に示した第３の実施形態にかかる高速データ光生成装置において、空間光変調器４１と凸レンズ４２，４３とを省略することもできる。すなわち、光波の振幅変調は行わず、位相のみを変調する。このために理想的な光波の合成はできないが、振幅変調よりも位相変調の方が光波面生成への寄与が大きく、多少のノイズを除いて、十分なホログラム像を生成することができる。この構成によれば、第２の実施形態と同様に、レンズ系を必要としない安価な装置により、ライトワンスホログラムメモリに書込みと読み出しを行うことができる。
【００４２】
本実施形態によれば、複雑なレンズ群を必要としない装置により、ライトワンスホログラムメモリに書き込みを行うことができ、かつ、複雑なレンズ群を必要とせず読み出しも行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、情報を書き込むコア層に導波光として導入したゲート光と、情報が重畳され平面型光導波路の界面から導入したデータ光とにより、情報を書き込むコア層に、２光子吸収によるホトクロミック現象を生じさせ、導波光の散乱要因を形成することにより、１度だけ前記情報の書込を行うので、プログラム可能な読み出し専用のホログラムメモリが可能となる。
【００４４】
また、本発明によれば、複雑なレンズ群を必要としないことから、ライトワンスホログラムメモリに対する情報の書込や読み出しが容易になり、プログラム済みライトワンスホログラムメモリの生産効率が向上するとともに、読み出し専用装置の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるライトワンスホログラムメモリを示した構造図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるライトワンスホログラムメモリに情報を書き込む方法を説明するための図である。
【図３】ライトワンスホログラムメモリに書き込む情報からデータ光を生成する手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示した構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示した構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかる高速データ光生成装置の光学系を示した構成図である。
【符号の説明】
１０    ライトワンスホログラムメモリ
１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５    クラッド層
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ    コア層
１６    基板
２０    再生照明光光源
３１    シリンドリカルレンズ
３２    ビームスプリッタ
３３    ゲート光光源
４０    高速データ光生成装置
４１，４５    空間光変調器
４２，４３    凸レンズ
４４    結像面
【図１】
0003984055.tif 000005
【図２】
0003984055.tif 000006
【図３】
0003984055.tif 000007
【図４】
0003984055.tif 000008
【図５】
0003984055.tif 000009
【図６】
0003984055.tif 000010