(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層もしくは積層されたシングルモード平面型光導波路内に微細な凹凸によるホログラムが作り込まれ、該ホログラムから回折される光が輝点分布として二次元光受光器上で結像するよう作られた光情報記録媒体に対し、前記シングルモード平面型光導波路と前記二次元受光器との間に、位置変更機能を有する１個以上の開口部を有し、該開口部以外では該ホログラムからの回折光を遮蔽する機能を有するマスクが配置されている光情報再生装置において、
前記開口部の開口形状を六角形とし、かつ該六角形の頂点のうち、互いの距離が最も長い２頂点を結ぶ直線を、前記シングルモード平面型光導波路内を進行する導波光の導波方向と互いに平行としたことを特徴とする光情報再生装置。
【請求項２】
前記開ロ部の各々を通過して前記二次元受光器面に到達する回折光により前記二次元受光器面上で形成される回折光存在領域を、前記開口部とは直交して配置した六角形としたことを特徴とする請求項１記載の光情報再生装置。
【請求項３】
前記開ロ部の各々を通過して前記二次元受光器面に到達する回折光により前記二次元受光器面上で形成される回折光存在領域の重心を、前記開口部の重心よりも、導波光進行方向にずらしたことを特徴とする請求項１または２記載の光情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル式では、磁気カードやＩＣカード等の様に持ち運びが容易な携帯用メモリカードとして好適な光情報記録媒体、アナログ式ででは、３次元立体画像を表示するホログラム情報の保存に好適な光情報記録媒体に用いて好適な光情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルモード平面導波路内に微小な凹凸を形成し、その微小凹凸によって導波光を回折させて任意の波面を導波路外に取り出す技術を導波路ホログラフィと呼ぶ。また、目的の波面を作るように形成された該導波路平面内の微小な凹凸の集合を導波路ホログラムと呼ぶ。
【０００３】
ホログラフィを体積ホログラフィと薄膜ホログラフィとに分類すると、導波路ホログラフィは、薄膜ホログラフィに分類される。しかし、導波路ホログラムが作り込まれた導波路を積層化した積層導波路ホログラフィは、薄膜ホログラフィでありながら、三次元領域を記録領域として使用できることから、大容量の光メモリ（特開平１１−３４５４１９）や、立体動画表示パネル（特開平２００１−９２３３９）としての応用が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大容量光メモリとしての応用を考えた場合、二次元光受光器のサイズに伴う困難が存在する。現在、最も普及している二次元光受光器は、ＣＣＤ（電荷結合素子）パネルであるが、そのピクセルピッチは、小さくても５μｍピッチ程度であり、ピクセル密度は、２６Ｍピクセル／inch2程度である。一方、ホログラムが持つ情報量は、使用光の波長λの逆二乗程度、すなわち、波長６８０ｎｍにて１／λ2＝１．４Ｇビット／inch2程度あり、ＣＣＤパネルのピクセル密度と大きな開きがある。
【０００５】
したがって、ホログラムの持つ情報量を低下させることなく、ＣＣＤパネルで再生するためには、様々なテクニックが必要となる。例えば、単純に回折光が面積的に広がりながらＣＣＤパネル上で結像する方法（特開平２００１−２１００８９）や、分散開口マスクを用いる方法（特願２０００−０１９１０８）等がそれである。
【０００６】
分散開口マスクを用いるときの問題点は、波長ズレに起因する再生像の歪みにある。汎用のメモリ装置を実現するためには、個々の構成部品は安価でなければならないという宿命を負っており、それは光源も同じである。光源として安価な半導体レーザを使用すると、発振波長には固体差があるので、波長ズレに対する許容度が厳しければ、それだけ半導体レーザの価格が高くなり、市場競争力を失う結果となる。
【０００７】
分散開口マスク方式が、波長ズレに弱いのは、回折光とホログラム面（すなわち導波路面）の法線とのなす角度が大きいことに起因する。回折光が開口面で集光し、ついで、二次元受光素子上で広がるためである。
【０００８】
導波路面内に作り込まれたグレーティングによって、空気中での波長λの導波光が導波光の進行方向と導波路面の法線を含む面内とに回折される場合を考える。回折光と導波路面の法線のなす角度が空気中にてθであるとき、波長ズレδλによる回折角度θの変化δθは、
【０００９】
【数１】
0003977132.tif 000002
【００１０】
で与えられる。ここで、ｎは導波路の屈折率である。θは、ホログラム面の法線軸上をθ＝０とし、導波光進行方向側を正にとっている。
【００１１】
ここで、図５は、典型例としてｈ＝１．５の場合の、（ｓｉｎθ−ｎ）／ｃｏｓθのグラフを示す図である。−０．７≦θ≦０．７の範囲で、−１．１〜−２．８の範囲にあることが分かる。これは、波長６６０ｎｍで設計された媒体を、波長６５５ｎｍで再生したときに、０．００８ラジアン（０．４７°）〜０．０２ラジアン（１．２°）回折角が導波光進行方向側にシフトすることを意味する。
【００１２】
波長ズレが全ての回折光にたいして同じ回折角度変化をもたらす場合には、再生像が導波光の進行方向に平行にシフトするだけである。しかしながら、ここに示したように、（ｓｉｎθ−ｎ）／ｃｏｓθの関数であるから、使用している回折角の範囲が広い場合には、画像歪みや収差を生じることになる。
【００１３】
上記数式１は、導波光進行方向とホログラム面の法線を含む面内に進む平面波回折光に限ったものであるが、任意の方向に回折する場合には、簡単な解析解を示すことができない。ここで、図６は、矩形開口から正方形の回折像を作るように設計し、設計値よりも短波長で読み出す際に生じる画像歪みの特徴を示す模式図である。図６（ａ）は設計波長で再生した場合、図６（ｂ）は設計波長よりも短波長で再生した場合を示す。図示の黒塗り部分が開口部２−１，２−３であり、正方形の再生像２−２が設計通り得られたものであり、再生像２−４が短波長再生に起因する像歪みを誇張して示したものである。
【００１４】
このような波長ズレに起因する像歪みは、再生像を用いてデジタルデータを得る際のデコード演算に多大な負荷を課し、転送速度や容量、消費電力の観点で大きな欠点となってくる。
【００１５】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、分散開口マスクを用いる方法に係り、回折像の波長ズレに対する耐性を高めることができ、また、波長ズレに伴う位相ズレによる干渉ノイズを避けることができる光情報再生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、単層もしくは積層されたシングルモード平面型光導波路内に微細な凹凸によるホログラムが作り込まれ、該ホログラムから回折される光が輝点分布として二次元光受光器上で結像するよう作られた光情報記録媒体に対し、前記シングルモード平面型光導波路と前記二次元受光器との間に、位置変更機能を有する１個以上の開口部を有し、該開口部以外では該ホログラムからの回折光を遮蔽する機能を有するマスクが配置されている光情報再生装置において、前記開口部の開口形状を六角形とし、かつ該六角形の頂点のうち、互いの距離が最も長い２頂点を結ぶ直線を、前記シングルモード平面型光導波路内を進行する導波光の導波方向と互いに平行としたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光情報再生装置において、前記開ロ部の各々を通過して前記二次元受光器面に到達する回折光により前記二次元受光器面上で形成される回折光存在領域を、前記開口部とは直交して配置した六角形としたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３記載の発明では、請求項１または２記載の光情報再生装置において、前記開ロ部の各々を通過して前記二次元受光器面に到達する回折光により前記二次元受光器面上で形成される回折光存在領域の重心を、前記開口部の重心よりも、導波光進行方向にずらしたことを特徴とする。
【００１９】
この発明では、開口部の開口形状を六角形とし、かつ該六角形の頂点のうち、互いの距離が最も長い２頂点を結ぶ直線を、前記シングルモード平面型光導波路内を進行する導波光の導波方向と互いに平行とした。したがって、回折像の波長ズレに対する耐性を高めることが可能となる。また、異なる開口からの回折光が、二次元受光素子上で互いに重ならないようにするようにしたので、波長ズレに伴う位相ズレによる干渉ノイズを避けることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による光情報記録媒体の構造を説明するための側面図および上面図である。図１（ａ）は、全体構造を側面から見た図である。また、図１（ｂ）は上面図であり、開口部と二次元受光素子上の回折像領域のみを示している。
【００２１】
５−１は、導波光の進行方向、５−２は情報を記録された記録媒体であって積層導波路構造を有している。５−３は、選択された導波層であり、５−４は、本発明の主要構成部品である開口付きマスクである。５−５は二次元受光素子である。記録媒体５−２の厚みは、２ｍｍ、記録媒体５−２の最上面と二次元受光素子５−５との距離を２ｍｍ、使用波長を６６０ｎｍとする。
【００２２】
５−６は、開口付きマスク５−４を構成する開口部である。該開口部５−６は、１辺の長さを０．１ｍｍとした正六角形の形状を有する。六角形の互いに最遠の２頂点を結ぶ直線は、導波光進行方向５−８に対して平行になっている。ここでは、１２多重の実施形態例を示す。個々の開口部５−６にＡ〜Ｌまでの１２種類の記号を付与してあり、同じ記号を付与された開口部５−６が同時に開くものとする。例えば、白抜きで示した、記号Ａを付与されている開口部５−６が開いているときには、他のＢ〜Ｌの記号を付与されている開口部５−６は閉じている。このような開口位置制御を可能とするデバイスとしては、液晶シャッタを用いればよい。
【００２３】
ここで、開口付きマスクの開口形状を六角形とした理由について説明する。本実施形態では、分散開口マスクによる多重化を行なうという前提のもと、同じ波長ズレに対して、極力像歪みを小さくするために、分散開口マスクの開口形状、再生像形状および再生位置を提案する。
【００２４】
まず、開口形状として「同じ開口形状を敷き詰めて、平面を埋め尽くすことができる」という要件を満たすことが必要である。この要件を満たす開口形状は、三角形、四角形、六角形の３種類しかない。収差を最小限にとどめるため、輝点を生成する波面は開口面上において、できるだけコンパクトにまとまっている方がよい。このため、六角形の形状を開口の形状として採用する。その際、再生像の輝点間で、該輝点を生成する回折角の平均値が、互いに最も小さくなるようにするために、六角形の頂点のうち互いに最も遠い２点を結ぶ直線が、導波光の進行方向と平行な状態となるように選定される。
【００２５】
また、波長ズレに伴う輝点位置ズレは、位相ズレも伴うので、異なる開口部を経由した光が二次元受光素子上で干渉して輝点を作るという構成は避けた方が良い。したがって、個々の開口部が二次元受光素子上で作る回折像は、互いに重ならないようにすることが望ましい。ここで、同時に存在する個々の開口部からの再生光が二次元受光素子内を埋め尽くすためには、やはり再生光は三角形、四角形、六角形の３種類しかない。前述したように、最も像歪みの顕著な部分は、図６（ｂ）に示すように、四角形の頂点付近であり、最も像歪みを受けにくい再生像領域パターンは、図２に示すような六角形である。但し、導波光進行方向に互いに平行な辺がくるように配置されることが望ましい。図２において、３−１は導波光進行方向、３−２は六角形開口部、３−３は開口部３−２を通過して二次元受光素子面に到達する回折光領域を示す。
【００２６】
図１に戻り、光源としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の気体レーザや半導体励起固体レーザおよびその高調波等の波長の定まったレーザ、半導体レーザでもＤＦＢレーザやＤＢＲレーザおよびその高調波等の波長ズレの極めて小さなレーザならば、各開口部からの回折光が二次元受光素子５−５上で互いに干渉しあって像を形成するという構成も可能である。その方が、輝点が小さく絞れるので、高精細な再生像が得られる。
【００２７】
但し、安価な半導体レーザを用いる場合には、前述したように、各開口部からの回折光は二次元受光素子５−５上で互いに重ならないようにすべきである。５−７は、記号Ａを付与されている開口部が開いているときに、個々の開口部を経由して二次元受光素子５−５上に到達する回折像領域を示している。ここでは、六角形の回折光領域を用いており、個々の回折像領域は互いに重なることなく、かつ、二次元受光素子５−５面を覆い尽くすことができる。なお、六角形の向きは、開口部の六角形とは直交している。これにより、図６（ｂ）で現れたような画像歪みが顕著な部分を用いることがない。
【００２８】
Ｂ．第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態による光情報記録媒体の回折光領域を示す上面図である。なお、側面からの構造は、図１（ａ）と同じであるので説明を省略する。図４において、６−１は導波光の進行方向である。開口部６−２は、一辺の長さが０．０８ｍｍの正六角形の形状を有する。本第２実施形態では、開口部６−２には、Ａ〜Ｚ，ａの２７種類の記号を付与してあり、２７多重に対応する。
【００２９】
前述した図５に示すグラフによれば、導波光の進行方向側に傾くにつれ、波長ズレに対する回折角度ズレは小さくなる傾向がある。したがって、図３に示すように、回折光がホログラム面の法線よりも導波光進行側にずれているように設計しておく方が、波長ズレに対して耐性が高くなる。図３において、４−１は導波光進行方向、４−２は六角形開口部、４−３は重心が導波光進行方向にずれた回折像領域である。そこで、本第２実施形態では、個々の開口部６−２に対応する回折光領域６−３を、一辺が０．４１６ｍｍの正六角形とし、開口部６−２から導波方向に０．１１３ｍｍ重心をずらしている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、六角形の開口を用いること、および、回折光を導波光進行方向にずらすようにしたので、回折像の波長ズレに対する耐性を高めることができるという利点が得られる。また、異なる開口からの回折光が、二次元受光素子上で互いに重ならないようにするようにしたので、波長ズレに伴う位相ズレによる干渉ノイズを避けることができるという利点が得られる。これらの利点により、光源である半導体レーザの発振波長誤差の許容値が高くなり、光源のコストを下げることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態による光情報記録媒体の構造を説明するための側面図および上面図である。
【図２】  六角形開口部と六角形再生像領域との関係を示す模式図である。
【図３】  互いに重心位置の異なる六角形開口部と六角形再生像領域との関係を示す模式図である。
【図４】  本発明の第２実施形態による光情報記録媒体の構造を説明するための上面図である。
【図５】  従来技術における、回折角度と波長ズレによる回折角度変化量を示す概念図である。
【図６】  従来技術における、矩形開口部を用いて正方形回折光領域を生成する場合の像歪みを説明するための模式図である。
【符号の説明】
２−１  矩形開口領域
２−２  回折像領域
２−３  矩形開口領域
２−４  歪んだ回折像領域
３−１  導波光進行方向
３−２  六角形開口領域
３−３  六角形再生像領域
４−１  導波光進行方向
４−２  六角形開口領域
４−３  六角形再生像領域
５−１  導波光進行方向
５−２  記録媒体
５−３  選択された導波層
５−４  開口付きマスク
５−５  二次元受光素子
５−６  六角形開口領域
５−７  記号Ａを付与された開口からの六角形再生像領域
５−８  導波光進行方向
６−１  導波光進行方向
６−２  六角形開口領域
６−３  記号Ａを付与された開口からの六角形再生像領域
【図１】
0003977132.tif 000003
【図２】
0003977132.tif 000004
【図３】
0003977132.tif 000005
【図４】
0003977132.tif 000006
【図５】
0003977132.tif 000007
【図６】
0003977132.tif 000008