(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の独立なホログラムデータが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリからデータを再生するデータ多重型ホログラムメモリ再生装置において、
前記スラブ型シングルモード導波路に光を導波させるための光源及び光学系と、
前記導波路から垂直方向に所定距離は離して配置され、前記ホログラムデータ領域よりも小さな面積の開口部を持つマスクと、
前記導波路の垂直方向で、前記マスクの外側に配置された光検出器とを有し、
前記スラブ型シングルモード導波路から回折される光のうち、前記マスクの開口部を通過する光のみから結像される像を、前記光検出器によって検出することを特徴とするデータ多重型ホログラムメモリ再生装置。
【請求項２】
前記一つのホログラムとこのホログラムにより回折された光が像を結ぶ位置との間に、縦Ｍ個×横Ｎ個の小領域から成り且つ、前記各小領域  の１カ所或いは数カ所に光を通す透明部を有する光遮蔽版若しくは、透過率変調型液晶パネルを配置し、
前記光遮蔽版を移動させる若しくは、前記液晶パネルの透過パターンを変えることで光を通過させる前記透明部の回折光に対する相対位置を変化させることによって、各々独立な複数の再生像を得ることを特徴とする請求項１記載のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置。
【請求項３】
前記一つのホログラムとこのホログラムにより回折された光が像を結ぶ位置との間に、縦Ｍ個×横Ｎ個の小領域の１カ所に光を通す透明部を有する光遮蔽版を配置し、
前記縦Ｍ個×横Ｎ個の小領域を各々Ｒ［ｍ，ｎ］と呼び、これらｍ，ｎをそれぞれ１からＭ、１からＮの整数とした時、任意のｍの値を選択し、ｎを１からＮまで変化させたとき、Ｒ［ｍ，ｎ］に設けられた透明部分の相対位置が全て異なるか若しくは、任意のｎの値を選択し、ｍを１からＭまで変化させたとき、Ｒ［ｍ，ｎ］に設けられた透明部分の相対位置がすベて異なるか若しくは、前記両方の条件を満足させることで、前記光遮蔽版の運動方向を１次元的に行えるようにすることを特徴とする請求項１記載のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置。
【請求項４】
前記スラブ型シングルモード導波路と前記光検出器の光感受部分との間に、複数の光透過部分を有する光遮蔽版を配置し、
前記光遮蔽版と前記光検出器との相対位置関係を不変に保ちながら、一方で、前記光遮蔽版と前記導波路との相対位置関係をずらすことを特徴とする請求項１記載のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置。
【請求項５】
前記スラブ型シングルモード導波路が積層構造であり、各導波路に光を入射する機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至４に記載のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の独立なホログラムが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリ及びこのホログラムメモリからデータを読み出すデータ多重型ホログラムメモリ再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の独立なホログラムが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路を多数重ねた構造を持つ再生専用積層導波路ホログラムメモリでは、各導波路からの回折光が、数ミリメートル離れた場所に配置されたＣＣＤ等の二次元ディテクタ上で所望の画像を結像するように作られている。従って、再生時の画像データ解像度は、二次元ディテクタの解像度を越えることはできない。
【０００３】
尚、ホログラムとは、ホログラフィー技術において画像を回折する凹凸情報のことであり、本発明においては、ホログラムは各導波路層内に作り込まれている。また、ホログラムによって回折されて作られる画像を再生像と呼ぶ。
【０００４】
例えば、ＣＣＤの画素周期が５μｍであれば、５μｍよりも高精細な画像データがあっても高精細を保ったまま再生することはできず、情報量が欠損してしまう。ＣＣＤの画素周期が小さくなれば高精細になっていく。しかし、ＣＣＤでは、有限な太さの電線が受光面内にあることで画素周期を小さくすることには限界があり、３μｍ以下にすることは困難である。
【０００５】
一方、上記した再生専用積層導波路ホログラムメモリの凹凸は可視光の波長より高精度で作り込めるので、可視光を用いた一層あたりの情報密度は、光の波長をλとしてλ-2程度の高密度を持つことが出来る。しかし、前述したように、二次元受光素子の画素サイズが大きいため、ホログラムサイズと再生像サイズが１対１の場合には、情報量を大幅に欠損することになる。例えば、λ＝６８０ｎｍとし、ＣＣＤの画素周期を５μｍとすると、情報量は１／５４（＝０．６８2 ／５2 ）になってしまう。
【０００６】
このような情報量を欠損させないための最も単純な方法は、ホログラムサイズよりも再生像サイズを大きくする方法、再生像に階調を持たせる方法及び、その両者を組み合わせる方法である。例えば、ホログラムサイズを１ｍｍ角、再生像サイズを５ｍｍ角とし、４階調（２ビット）を用いれば、情報密度が５０（＝５2 ×２）倍になるので、情報量は０．８６（＝５０／５４）倍に低下するだけで納まる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の再生専用積層導波路ホログラムメモリでは、情報量を欠損させないためにホログラムサイズよりも再生像サイズを大きくする方法を採用すると、拡大率（＝再生像サイズ／ホログラムサイズ）が大きくなると伴に、再生像の縁付近ではスポットを小さく絞りにくくなるのに対し、中心付近ではもっと小さなスポットを再生でき、情報量の不均一が生じる。
【０００８】
また、階調の精度を上げて情報量を増大させることは、ＣＣＤやメモリ媒体の高精度化を要求し、コストを押し上げることになるし、如何に精度の高い媒体ができたとしても、光の干渉効果を全てのスポットパターンについて予め予想しておかなければならず、従って、階調の精度を上げることで情報量の回復を図ることは、あまり得策ではない。
【０００９】
また、各導波路に光を結合させるために、光導入部として４５°ミラーが用いられるが、ミラー部を形成するために少なくとも記録媒体の厚みと同程度の幅が必要であり、この部分には情報を記録することができないため、ホログラムの面積が小さい場合、記録媒体全体としては情報が書かれていない部分が大きくなり、情報量を稼ぐことが難しい。例えば、厚みが１ｍｍの記憶媒体を考えた場合、ミラー部の幅は最低でも１ｍｍ必要である。一方、ホログラムの記憶密度は、ほぼ１／λ2 であるから、１枚の再生像が持つ情報を２百万ピクセルのＣＣＤで再生し、２メガビットの情報を得ようとすると、ホログラムの面積は１ｍｍ2 で事足りる。ホログラムが１ｍｍ×１ｍｍの領域に描かれるとすると、記録媒体の半分の領域しか使用できないことになり、容量的に損であるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、再生装置に光の波長より十分に大きなピクセルサイズを持つ二次元ディテクタを用いても、ホログラムの持つ情報密度を余り落とすことなく、情報を取り出すことができてメモリ容量を増大させることができるデータ多重型ホログラムメモリ及びこのホログラムメモリからデータを読み出すデータ多重型ホログラムメモリ再生装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の独立なホログラムデータが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリからデータを再生するデータ多重型ホログラムメモリ再生装置において、 前記スラブ型シングルモード導波路に光を導波させるための光源及び光学系と、前記導波路から垂直方向に所定距離は離して配置され、前記ホログラムデータ領域よりも小さな面積の開口部を持つマスクと、前記導波路の垂直方向で、前記マスクの外側に配置された光検出器とを有し、前記スラブ型シングルモード導波路から回折される光のうち、前記マスクの開口部を通過する光のみから結像される像を、前記光検出器によって検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、複数の独立なホログラムデータが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリからデータを再生するデータ多重型ホログラムメモリ再生装置において、 前記スラブ型シングルモード導波路に光を導波させるための光源及び光学系と、前記導波路から垂直方向に所定距離は離して配置され、前記ホログラムデータ領域よりも小さな面積の開口部を持つマスクと、前記導波路の垂直方向で、前記マスクの外側に配置された光検出器とを有し、前記スラブ型シングルモード導波路から回折される光のうち、前記マスクの開口部を通過する光のみから結像される像を、前記光検出器によって検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記一つのホログラムとこのホログラムにより回折された光が像を結ぶ位置との間に、縦Ｍ個×横Ｎ個の小領域の１カ所に光を通す透明部を有する光遮蔽版を配置し、前記縦Ｍ個×横Ｎ個の小領域を各々Ｒ［ｍ，ｎ］と呼び、これらｍ，ｎをそれぞれ１からＭ、１からＮの整数とした時、任意のｍの値を選択し、ｎを１からＮまで変化させたとき、Ｒ［ｍ，ｎ］に設けられた透明部分の相対位置が全て異なるか若しくは、任意のｎの値を選択し、ｍを１からＭまで変化させたとき、Ｒ［ｍ，ｎ］に設けられた透明部分の相対位置がすベて異なるか若しくは、前記両方の条件を満足させることで、前記光遮蔽版の運動方向を１次元的に行えるようにすることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記スラブ型シングルモード導波路と前記光検出器の光感受部分との間に、複数の光透過部分を有する光遮蔽版を配置し、前記光遮蔽版と前記光検出器との相対位置関係を不変に保ちながら、一方で、前記光遮蔽版と前記導波路との相対位置関係をずらすことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記スラブ型シングルモード導波路が積層構造であり、各導波路に光を入射する機構を備えたことを特徴とする。
【００２２】
【数１】
0003761760.tif 000002
【００２３】
なる条件を満たすことである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のデータ多重型ホログラムメモリの一実施形態を示した側面図である。任意の導波路層に結合された導波光からの回折か、異なる複数の焦点面において異なる画像を結像する様子を図示している。１．１はレーザー光、１．２はシリンドリカルレンズ、１．３は集光ビーム、１．４は45゜反射ミラー、１．５は光結合位置、１．６は導波光、１．７は第一焦点面で結像する回折光、１．８は第一焦点面、１．９は第Ｎ焦点面で結像する回折光、１．１０は第Ｎ焦点面、１．１１は複数の焦点面に結像する回折光である。データ多重型ホログラムメモリは、ホログラムデータが作り込まれた導波路層１．１２とその端部に設けられた４５゜反射ミラー１．４から成っている。
【００２５】
ここで、従来の技術で説明した拡大率の増大に伴う再生像の周縁部のボケを防ぐために、拡大率を小さくする若しくは、拡大を行わない必要がある。但し、入力先の平行光からのずれ、波長誤差、熱膨張など、様々な要因により再生像の微小な拡大・縮小・伸張・収縮が発生するが、それらによる読みとり誤差をディテクタや光学部品の位置制御でキャンセルできるようにするために、多少の拡大若しくは縮小を行った方がよい。その上で、光の情報量がＣＣＤサイズによって欠落されるのを防ぐために、各種の手段を用いるが、これら手段は本実施形態を含めて以降の実施形態にて順次説明する。
【００２６】
上記した図１は第一の手段を示したもので、この図に示されるように、一つの導波路層１．１２から回折される再生光が、複数の焦点面（第１〜第Ｎ焦点面）に、異なる像を結像させるという多重化を行う。ここで、各焦点面に結像される像は、上記したスポットの集合体でなければならない。
【００２７】
図１にて、レーザー光１．１は、シリンドリカルレンズ１．２によって集光（１．３）され、４５゜反射ミラー１．４によって目的とする導波路層１．１２の端１．５で反射され、導波光１．６となって進行する。このーつの導波光が凹凸によって散乱され、第一焦点面１．８から第Ｎ焦点面１．１０のうちのどこかで集光される回折が起きる。これにより、１．１１に示すように、高さのみ異なる位置にスポットを作ることも、同様に、１．７、１．９に示すように高さ以外の位置も異なる場所にスポットを作ることも可能である。
【００２８】
上記の様に、異なる高さに異なる画像を結像させることは可能であるが、各画像をＣＣＤのような二次元ディテクタによって再生するためには、二次元ディテクタの受光部の大きさ、及び各スポットの大きさがスポットの間隔に比べて十分小さいという条件が課せられる。
【００２９】
次に図２を用いて、焦点面の異なるスポットの影響を説明する。図２は第１の実施形態の有効性を示す図であり、異なる焦点面への集光スポットが他の層へ及ぼす影響を説明する。２．１は再生したい焦点面、２．２は再生したい焦点面から距離Ｄ離れた焦点面、２．３は再生したい焦点面から距離２Ｄ離れた焦点面、２．４は再生したい焦点面に集光する回折光、２．５は再生したい焦点面から距離Ｄ離れた焦点面に集光する回折光、２．６は再生したい焦点面から距離２Ｄ離れた焦点面に集光する回折光、２．７は再生したい焦点面に配置された直径１μｍの光受光ピクセル、２．８は再生したい焦点面に配置され２．７から距離Ｌ離れた集光スポットを示している。但し、簡単の為に、各焦点面への集光する光のＮＡ（開口数）を等しいとし、例としてＮＡ＝０．３，λ＝６８０ｎｍとすると、集光スポットは、エアリーディスクの直径にして約２．７μｍ（＝１．２λ／ＮＡ）である。
【００３０】
直径１μｍの円盤２．７が受光部だとして、この中にスポットの総エネルギーの約４３％が含まれる。一方、距離Ｄ離れた焦点面に集光するスポット直径は、０．６３Ｄ（  ２Ｄｔａｎｓｉｎ-1ＮＡ〜２Ｄ×ＮＡ）であるから、Ｄ＝５０μｍとして３１μｍとなり、エネルギー密度は、０．００７５倍となる。
【００３１】
同じ１μｍ径の円盤内には、０．３％のエネルギーが入る。より一般的には、ｍ×Ｄ離れた焦点面の同一軸上のスポットからの寄与は、同一焦点面内の隣接スポット２．８との距離をＬとして、ｍ×Ｄ離れた焦点面へは、ピクセルの明暗の比率を１：１として、おおよそπ（ＮＡ×ｍ×Ｄ）2 ／２Ｌ2 個のスポットからの光が到達する。
【００３２】
一方、各スホットからの光の寄与は、π（０．６λ／ＮＡ）2 ／｛π（Ｄ×ｍ×ＮＡ）2 ｝に比例するので、Ｍ＋１個の結像面があるとすると、自分自身を除く、Μ個の結像面からの寄与は、１．７Ｍλ2 ／（ＮＡ×Ｌ）2 のクロストークノイズ（ＮＣＴ）が発生することがわかる。この場合、例えばλ＝６８０ｎｍ、Ｌ＝５μｍ、ＮＡ＝０．３とすると、Ｍ＝２で、ＮＣＴ＝０．７となり、ノイズは信号より小さいから、少なくとも３多重できることがわかる。しかし、この方法では、ＮＡを大きくして、例えばＮＡ＝０．５としても、８多重程度までしかできない。
【００３３】
そこで、上記問題を解決するための第二の手段を図３を用いて説明する。図３は第１の実施形態に関する図であって、第二の方法に関わるものであり、同一焦点面内の隣り合うスポットの光の位相を互いに180 ゜異なるように配置した様子を示した図である。図３（ａ）は焦点面における様子で点の大きさが集光スポットの大きさを、色( 白／黒) は位相の違いを示している。図３（ｂ）は焦点面からずれた面における光の様子を示した図で、色( 白／黒) は位相の違いを、円の大きさはスポットの大きさを模式的に示している。
【００３４】
この図３に示すように、隣り合うスポットの位相を互いに180 °変える（図３（ａ））ことで、クロストークノイズを低減し、可能な多重度を増大する。焦点面以外では、各スポットの位相は一様ではなく、同心円上に等位相線が分布する（図３（ｂ））が、そのような異なる焦点面で絞られる十分な大きな数のスポットからの寄与がある場合、統計的には相異なる位相を持つスポットの数はほぼ等しくなり、従って、波の重ね合わせによって光強度は０に近くなる。但し、あくまで統計的、確率的な現象であるから、全スポット数をＱとすると、Ｑの平方根の数の不一致が期待される。
【００３５】
従って、上記と同様にピクセルの明暗の比率を１：１として、ｍ×Ｄ離れた焦点面からのクロストークへの寄与（ＮＣＴ，ｍ）は、
【００３６】
【数２】
0003761760.tif 000003
【００３７】
であたえられ、異なるｍを与える焦点面からの寄与を合計した総クロストーク（ＮＣＴ）は
【００３８】
【数３】
0003761760.tif 000004
【００３９】
となる。Ｄ＝３０μｍ、λ＝６８０ｎｍ、Ｌ＝５μｍ、ＮＡ＝０．３として、ＮＣＴ＝０．０５Σｍ≠０｜ｍ｜-1であるから、３０多重してもＮＣＴ〜０．３４であり、十分判読可能なレベルとなり、記録容量が飛躍的に増大できることがわかる。
【００４０】
次に上記したデータ多重型ホログラムメモリの実施例について説明する。データ多重型ホログラムメモリ（再生専用積層導波路ホログラムメモリ）の使用光源として、波長が６８０ｎｍの半導体レーザーを用いる。ホログラムサイズを３×３ｍｍ２ 、再生像サイズを６．７×６．７ｍｍ２ とし、再生像は、１０２４×１０２４個の正方ピクセルからなるＣＣＤパネルで受光する。焦点距離は、３．２ｍｍから４．８ｍｍまで、０．２ｍｍ毎に９水準設定する。ＣＣＤパネル上に再生するべきデータは、９種類用意し、ｐ番目の像の（ｉ，ｊ）位置のピクセル位置での光の振幅を、ａｐｉｊ （−１）ｉ＋ｊの様に与える。ここで、ａｐｉｊ は、０または１のどちらかの値をとる。位相は、（−１）ｉ＋ｊによって、隣り合うピクセルで１８０゜異なるように設定されている。各パターンを作る導波路層上の波面を、
【００４１】
【数４】
0003761760.tif 000005
【００４２】
【数５】
0003761760.tif 000006
【００４３】
で求める。但し、Ｒｐｉｊ は（３．２ｍｍ〜４．８ｍｍ）の各焦点距離でのＣＣＤピクセルの位置ベクトル、（１８）式の積分領域（σ）は導波路層のホログラムの領域（３×３ｍｍ2 ）である。
【００４４】
この実施形態での記録密度は、ホログラムを書き込んである領域だけだと、一層あたり０．６７６Ｇｂｉｔ／ｉｎ２となる。ただし、１００層の積層で、厚みが１ｍｍとして、ミラー部の幅が１ｍｍ必要であるから、記録媒体全体としての記録密度は、４５Ｇｂｉｔ／ｉｎ２となる。尚、図１に示したホログラムメモリの導波路に光を導波させるための光源及び光学系と、垂直方向に複数配置された、又は垂直方向に移動可能なＣＣＤ等の光検出器を付加すれば、前記ホログラムメモリからデータを再生するデータ多重型ホログラムメモリ再生装置を構成することができる。
【００４５】
図４は、本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第１の実施形態を示した側面図及び上面図である。４．１はＣＣＤ（パネル）、４．２はマスク、４．３は回折光、４．４は開口部から透過した回折光、４．５はマスクに開けられた開口部、４．６は導波光、４．７はシリンドリカルレンズ、４．８は４５°反射ミラー、４．９は線分状の集光線、４．１０はホログラム、４．１１はホログラムの大きさ、４．１２はレーザ光を示している。データ多重型ホログラムメモリは、ホログラムデータが作り込まれた導波路層４．１３とその端部に設けられた４５゜反射ミラー４．８から成っている。
【００４６】
本例は第三の手段として、独立の異なる再生像を回折するホログラムが互いに重なり合う領域をもつ多重方法を採っており、以下これについて説明する。図４において、レーザ光４．１２はシリンドリカルレンズ４．７によって線分状に集光（４．９）され、４５°反射ミラー４．８によって反射され、導波路層４．１３に結合して導波光４．６となる。導波光４．６は、導波路層４．１３内に設けられたホログラムによって回折されるが、その殆どは、記録媒体上に配置されたマスク４．２によって遮蔽される。
【００４７】
ＣＣＤ４．１上に結像されるべき再生像は、マスク４．２に開けられた開口部４．５により選択されるが、ここで、再生像はマスク４．２の開口部よりも大きい。但し、その開口部４．５の波面を作り出すホログラム４．１０は、斜線で示される部位４．１１の大きさを持ち、これは開口部４．５よりも大きい。この様な構成を採用することにより、４５°反射ミラー４．８は、各ホログラム毎に用意する必要はなく、記録媒体の少なくとも１辺に作ればよいことになり、情報を記録した部位の面積を大きくすることができる。また、この構成では、光の導入部は必ずしも４５°反射ミラーである必要はなく、作製の容易な垂直端面であっても良い。
【００４８】
次に、図４に示したデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の構成を可能にするためのホログラムの作成方法を説明する。まず、一つの導波路層内から回折してＣＣＤ上に結像したいパターンを欲しい数（Ｐ）だけ用意する。これらを、Ｆp （i,j ）（１≦ｐ≦Ｐ，1 ≦ｉ≦Ｃm ，１≦ｊ≦Ｃn ）と呼ぶ。ここで、ＣＣＤ上のパターンはＣm ×Ｃn ピクセルのドットマトリックスで構成されているものとする。また、これらのピクセルの中心位置を、Ｒijで表すものとする。まず全てのＦp について、マスクの開口部（４．５）における必要な波面Ｗp 分布を
【００４９】
【数６】
0003761760.tif 000007
【００５０】
に従って計算する。ここでｋは使用光源の空気中での波数、ξは開口部平面内の各点を表す位置ベクトル、Ｎijは規格化パラメーターで、
【００５１】
【数７】
0003761760.tif 000008
【００５２】
で与えられる。積分領域（σ）は、開口部平面内である。こうして求められたＷp を用いて、導波路面内に誘起されるべき波面Ｇp （ｒ）は、
【００５３】
【数８】
0003761760.tif 000009
【００５４】
で与えられる。ここで、Ｍ（ξ）は、
【００５５】
【数９】
0003761760.tif 000010
【００５６】
で与えられる規格化定数であり積分範囲（Ｈp ）は、Ｆp を回折する導波路内のホログラムが描かれている領域であり、かつ、波面（Ｇp （ｒ））の定義域であり、開口部（σ）より大きな面積を持つよう設計される。なお、再生像（Ｆp ）、開口部（σ）、及びホログラム（Ｈp ）は互いに平行であり、それぞれの中心を通る法線は一致する。
【００５７】
以上の様にして求められた各ｐに対する波面（Ｇp （ｒ））、対応する開口部が互いに重なることの無いよう、導波路面内で平行移動し、全てのｐについて和を取る。例えば、Ｐ個のパターンを、Ｐx ×Ｐy ≧Ｐなる条件を満たすＰx 行Ｐy 列にて配列し、Ｐをふたつの整数q1とq2を用いて、ｐ＝q1×（Ｐx −１）＋q2の様に表したとすると、開口部（σ）が、α×βの矩形である場合、一つの導波路層全体の波面（Ｇ（ｒ））は、
【００５８】
【数１０】
0003761760.tif 000011
【００５９】
とすればよい。ここで、Ｇp （ｒ）の引数ｒが定義域外の時は、Ｇp （ｒ）＝０とする。ｘは導波光伝搬方向の単位ベクトル、ｙは導波面内にありｘに垂直な単位ベクトルを表す。α' ，β' は、マスクの単位移動量に相当し、再生像を独立にＣＣＤで受けるためには、それぞれα' ＞α、β' ＞βという条件を満たす必要がある。ホログラムの大きさ、即ち、Ｇp （ｒ）の定義域（Ｈp ）を全てのｐに対して共通に、縦ｈx ×横ｈy の矩形であるとすると、ｈx ＞α' 、あるいは、ｈy ＞β' の時、ホログラムは重なりを生じる。導波路ホログラムメモリ媒体の導波面のサイズが、Ｔx ×Ｔy の時、全てのホログラムを導波面内に納めるためには、
【００６０】
【数１１】
0003761760.tif 000012
【００６１】
【数１２】
0003761760.tif 000013
【００６２】
なる条件が満たされなければならない。
【００６３】
以上の条件を満たすＧ（ｒ）が求まれば、ホログラムの形成は、従来法と同様の凹凸をクラッドとコアの界面に作り込むという方法で実現可能である。但し、この方法では、45°反射ミラー作製による面積のロスは解消されるが、画像の中央と周辺部での像のボケ具合が不均一であるという欠点は捕えない。しかし、単なる拡大光学系に比べ、Hpがオーバーラップしているために、導波路層のある１点から見ると、シャープなスポットを作る鉛直上方の再生像と、ぼやけたスポットしか作れない斜め上の再生像をつくる作用を同時に有しており、導波路層全体で見ると場所による情報量喪失の不均一性は小さくなる。つまり、同一の凹凸加工精度なら、本方式を用いる方が単純拡大光学系より有利であることが分かる。
【００６４】
次に、図４に示したデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の実施例について説明する。データ多重型ホログラムメモリ（再生専用積層導波路ホログラムメモリ）の用光源として、波長が６３２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザーを用いる。再生像は、１０２４×１０２４個の正方ピクセルから成るＣＣＤ（パネル）４１で受光する。ＣＣＤ４１の有効受光面は、６．７×６．７ｍｍ２である。ホログラムサイズはＣＣＤサイズと同じ、６．７×６．７ｍｍ２とする。１ｍｍ×１ｍｍの正方形の開口部をもつマスクを、導波路表面から３．５ｍｍの高さに配置する。遮蔽部を含めたマスクの大きさは、ＣＣＤへの迷光を防ぐ程度、例えば、１ｃｍ×１ｃｍの大きさがあればよく、黒塗り処理された穴あきアルマイト板をマスクとして用いれば良い。厚みは、０．２ｍｍ程度の薄いもので良い。ＣＣＤ４．１はマスクの位置から、さらに３．５ｍｍ上方に配置する。つまり、ホログラムとＣＣＤ４．１の距離は７ｍｍとなる。
【００６５】
マスクの移動単位を縦横１．１ｍｍとし、記録媒体の大きさを５ｃｍ×８ｃｍ、ミラー部の幅を１ｍｍ×８ｃｍとすると、一層当たり３９×６７個のホログラムを重畳できる４８．５ｍｍ×７９．３ｍｍの有効面積を確保できる。この場合、層数を１００層として、３４．２ギガバイトのデータ容量が得られる。
【００６６】
図５は、本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第２の実施形態を示した側面図及び上面図である。５．１はレーザー光、５．２はシリンドリカルレンズ、５．３は４５゜反射ミラー、５．４は線分状に集光された集光線、５．５は導波光、５．６は回折光、５．７は位相マスク、５．８はＣＣＤ（パネル）、５．９はホログラムクラスターである。データ多重型ホログラムメモリはホログラムデータが作り込まれた導波路層５．１０とその端部に設けられた４５゜反射ミラー５．３から成っている。
【００６７】
本例では、第四の手段として、位相マスクを用いて、互いに独立な再生像を、同じ導波路層の同じ位置に設けられたホログラムから、分離して再生する方法について説明する。図５に示すように、レーザー光５．１はシリンドリカルレンズで線分状に集光され（５．４）、積層導波路ホログラムメモリの１辺に設けられた45°反射ミラー５．３で反射されて、導波路層５．１０に結合し、導波光５．５となる。導波路層５．１０にはホログラムが形成されているが、その大きさの単位は斜線でハッチングされている領域５．９で示される。この領域５．９を、ここではホログラムクラスターと呼ぶことにする。ホログラムクラスター５．９は、一つの導波路層５．１０内に複数個作られているが、お互いに重ならないように配置されている。
【００６８】
さて、導波光が導波路層内を伝搬するにつれ、複数のホログラムクラスターによって回折５．６を受ける。ここで、ホログラムクラスターからの回折光がＣＣＤ５．８面でつくる再生像が、ホログラムクラスターサイズと同じか、若しくは小さいと、各々干渉されることなく分離することが可能である。さらに、着目するホログラムクラスターからの回折光を位相板５．７、若しくは、位相変調透過型液晶パネルを通過させる。この位相板か、液晶パネルの位相パターンを変えることで、独立な複数の再生像を得ることが出来る。
【００６９】
以下、位相パターンの変更で、同一のホログラムクラスターの回折光から、複数の独立な再生像を得る方法とその原理を説明する。
【００７０】
まず、ひとつのホログラムクラスターからＣＣＤ（パネル）５．８面で再生させたい、Ｐ個の再生像パターン（Ｆp （Ｒij））を用意する（１≦ｐ≦Ｐ）。ここで、パターンは、Ｂm ×Ｂn ピクセルのドットマトリックスで構成されているものとし、Ｒijは、ｉ行ｊ列目（１≦ｉ≦Ｂm 、１≦ｊ≦Ｂn ）のピクセルの中心を示す位置ベクトルとする。
【００７１】
次に、Ｆp （Ｒij）を作り出す位相板（若しくは液晶）５．７のパネル通過直後の光の波面分布（Ｗp （ξ））を（４）、（５）式に従って求める。但し、ここで、Ｗp （ξ）の定義域は、位相板（若しくは液晶パネル）５．７の出射面である。尚、以降、位相板と液晶パネルを総称して、単に“位相パネル”と呼ぶことにする。
【００７２】
位相パネルは、Ｍθ ×Ｎθ ≧Ｐなる条件を満たす、Ｍθ ×Ｎθ 個の面積の等しい小領域からなり、各小領域が独立に光の位相を変化させられるものとする。これは、液晶パネルであれば、各ピクセルヘの印加電圧を変えることに対応し、位相板５．７なら各小領域の厚みが異なる複数の位相板を用意することに対応する。次に、各Fpに対して、対応する位相パネルのパターン（Θp ）を決定する。Θpに課せられる条件は、互いに直交する、即ち、Θp の各小領域の位相をθ［ｐ,α, β] とすると、p1≠p2の時、
【００７３】
【数１３】
0003761760.tif 000014
【００７４】
である。互いに直交する位相パターンは、Ｍθ ×Ｎθ 種類ある。もし、Ｍθ ＝Ｎθ 、かつ、Ｍθ が２の整数乗ならば、全てのθ［ｐ, α, β] は、０若しくはπの２種類のみで与えられ、位相板の製造や、液晶パネルの製造と制御上、有利である。
【００７５】
図６は本実施形態に関する図であって、第四の方法に関わるものであり、位相マスクの位相パターンの具体例を説明している。図６（ａ）はホログラムクラスターから４種類の再生像を得るときの位相板５．７の例を示し、各位相パターンの上の数字はパターン番号を示し、２×２即ち４多重の場合の位相パターンの直積で、４×４即ち16多重の位相パターンが得られる。図６（ｂ）はホログラムクラスターから16種類の再生像を得るときの位相板５．７の例を示し、図６（ａ）の上の数字は、積の選択を示す。
【００７６】
図６に示すように、白四角の位相を０、斜線でハッチングされた四角の位相をπとして、２×２の位相パネルの場合に図６（ａ）で示すような４種類のΘp（１≦ｐ≦４）が存在する。同様に、４×４の場合の16種類の位相パターンを図６（ｂ）に示す。一般に、２m ×２m の位相パネルの場合、その位相パターンの各成分（θ）のexp （ｉθ）をとった（即ち、０を１に、πを−１に置き換えた）マトリックス（m Θp1；１≦p1≦２2m）は、２m-1 ×２m-1 の位相パターンに対応する同様のマトリックス（m-1 Θp2；１≦p2≦２2(m-1)）と２×２対応のマトリックス（0 Θp3；１≦p3≦４）との直積
【００７７】
【数１４】
0003761760.tif 000015
【００７８】
で与えられる。
【００７９】
さて、以上のように求めたΘp に対し、上で説明した（即ち各成分を、exp（iφαβ）で置き換えた）マトリックス（Θp ）の複素共役（Θp ）を求める。ホログラムクラスター位置（ｒ）の波面（Ｇ（r ））を
【００８０】
【数１５】
0003761760.tif 000016
【００８１】
とする。
【００８２】
ここで、Ｍ（ξ）は積分領域（Ｈp ）をホログラムクラスターのある領域とした（７）式で与えられ、σは位相パネルの全領域を示す。なお、Θp も（各小領域では一定値をもつ）ξの関数である。Ｇ（r ）が求められれば、ホログラムクラスターは、従来のホログラムの凹凸を作る技法を用いて作製できる。
【００８３】
さて、この様にして得られたホログラムクラスター位置における光の波面は、進行してＣＣＤパネル５．８に到達する前に、位相パネルを通過しなければならない。位相パネルのパターンをΘq とすると、位相パネル通過直後の波面（Ω（ξ）は、
【００８４】
【数１６】
0003761760.tif 000017
【００８５】
であるから、ＣＣＤパネル５．８上の各ピクセルの中心位置（Ｒij）での波面（Γ（Ｒij））
【００８６】
【数１７】
0003761760.tif 000018
【００８７】
を用い、（15）式に、（4 ）、（14）を代入し、位相パネルの直交性を用いることにより、
【００８８】
【数１８】
0003761760.tif 000019
【００８９】
が得られる。つまり、ｑ番目の位相パターン（Θq ）を用いることにより、ｑ番目の再生像が得られることが分かる。
【００９０】
次に、図５に示したデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の実施例について説明する。データ多重型ホログラムメモリ（再生専用積層導波路ホログラムメモリ）の使用光源として、波長が532nm のLD励起YAG:SHG レーザーを用いる。再生像は、1024×1024個の正方ピクセルからなるＣＣＤ（パネル）５．８で受光する。ＣＣＤ５．８の有効受光面は、6.7 ×6.7mm２である。ホログラムクラスターサイズはＣＣＤサイズより少し大きな、7 ×7mm２とする。位相パネルとして、一辺1cm の正方形の石英ガラスのうち、中央の１辺７mmの正方形部分が位相板５．７として機能し、その周囲（1.5mm 幅の縁部）はタンタル薄膜で覆われ光を遮蔽する構造をもつ。石英ガラスは、厚み0.5mm の光学研磨され、１辺７mmの正方形部分の位相板５．７は、0.875mm の正方形の小領域64個（＝８×８）からなる。各小領域は、ドライエッチングによって、0.19μm の深さ削られるか、あるいは、全く削られないかが選択されている。64個の小領域からなる位相板であるから、位相の直交する64種類を用意する。
【００９１】
位相パターンの決定方法は、エッチングされる部分をπ、エッチングされない部分を０に対応させて、後は、（12）式に従って決定される。位相板５．７は、導波路層の鉛直上方１mmに配置し、ＣＣＤ（パネル）５．８は位相板のさらに上方４mmの位置に配置する。つまり、ＣＣＤ（パネル）５．８と導波路層５．１０の距離は５mmである。ホログラムクラスターの作成方法は、（4 ）、（5 ）、（13）式に従って求める。この様なホログラムクラスターを７×11個並べると、49mm×77mmの領域を必要とするが、１mm×５mmのミラー部を一辺に配しても、５cm×８cmの記録媒体サイズに収まる。積層を100 層として、64.5ギガバイトのデータ容量が得られる。
【００９２】
図７は、本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第３の実施形態を示した側面図及び上面図である。７．１はレーザー光、７．２はシリンドリカルレンズ、７．３は４５°反射ミラー、７．４は線分状集光線、７．５は導波光、７．６は回折光、７．７は振幅マスク、７．８はＣＣＤ（パネル）、７．９はホログラムバンチ、７．１０は導波路層を示している。
【００９３】
本例では、第五の手段として、振幅マスク７．７を用いて、互いに独立な再生像を、同じ導波路層の同じ位置に設けられたホログラムから、分離して再生する方法について説明する。図７に示すように、レーザー光７．１はシリンドリカルレンズ７．２で線分状に集光（７．４）され、積層導波路ホログラムメモリの１辺に設けられた45°反射ミラー７．３で反射されて、導波路層７．１０に結含し、導波光７．５となる。導波路層７．１０にはホログラムが形成されているが、その大きさの単位は斜線でハッチングされている領域（７．９）で示される。この領域（７．９）を、ここではホログラムバンチと呼ぶことにする。ホログラムバンチ７．９は、一つの導波路内に複数個作られているが、お互いに重ならないように配置されている。
【００９４】
さて、導波光が導波路層７．１０内を伝搬するにつれ、複数のホログラムバンチ７．９によって回折（７．６）を受ける。ここで、ホログラムバンチ７．９からの回折光がＣＣＤ７．８面でつくる再生像が、ホログラムバンチサイズと同じか、若しくは小さいと、各々干渉されることなく分離することが可能である。さらに、着目するホログラムバンチ７．９からの回折光を振幅マスク７．７、若しくは、透過率変調型液晶パネルを通過させる。この振幅マスク７．７か液晶パネルの透過パターンを変えることで、独立な複数の再生像を得ることが出来る。
【００９５】
即ち、ＣＣＤ（パネル）７．８上に再生したい像をＰ種類とすると、お互いに開口部を具有しないマスクをＰ個用意すればよい。液晶パネルを用いるならば、お互いに共通の透過ピクセルを持たないＰ個のパターンを生じさせればよい。ただし、全ての透過パターンにおいて、透過部は、（ホログラムバンチの鉛直上方で）極力、空間的に拡がっている必要がある。これは、ＣＣＤ７．８上でスポットを結像する際、そのスポットサイズを決定するのは、スポットに集光する光の拡がり角度であり、その角度が大きいほど小さなスポットが形成できる、即ち、再生像の精細度が高くなるからである。
【００９６】
図８は本実施形態に関する図であって、第五の手段、即ち、４多重を行うときの振幅マスクの開口部の配置を説明する図である。図８（ａ）は開口部が空間的に散らばるように配置された４多重用の４パターン、図８（ｂ）は開口部が１ヶ所に纏まる様設定した４多重用の４パターンを示している。
【００９７】
図８（ａ）は開口部が空間的に散らばるように設定した好ましい例、逆に、図８（ｂ）は悪い例である。図８（ａ）の例では、ホログラムバンチ全体から１種類の再生像しか再生させない、即ち、振幅マスク７．７を用いない場合にくらべて、集光スポットは8/7 倍（〜1.14倍）程度にしか拡がらないが、図８（ｂ）の例では、集光スポットは、２倍に拡がってしまう。但し、あまり各開口部を小さくするのは、高い位置合わせの精度を必要とするので好ましくない。
【００９８】
次に、図７に示したデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の実施例について説明する。データ多重型ホログラムメモリ（再生専用積層導波路ホログラムメモリ）の使用光源として、波長が650nm の半導体レーザーを用いる。再生像は、1024×1024個の正方ピクセルから成るＣＣＤ（パネル）７．８で受光する。ＣＣＤ７．８の有効受光面は、6.7 ×6.7mm ２ である。ホログラムバンチ７．９のサイズはＣＣＤサイズと同じ、6.7 ×6.7mm２ とする。振幅マスク７．７として、67μｍ角の正方ピクセル100×100 個からなる、一辺6.7mm の正方形の透過型振幅変調液晶パネルを用いる。液晶パネルは、ホログラムバンチ７．９の直上0.5mm の位置に配置し、ＣＣＤ（パネル）７．８はさらに上方4mm の位置に配置する。つまり、導波路層７．１０とＣＣＤ（パネル）７．８との距離は4.5mm である。
【００９９】
この配置で、ホログラムバンチ当たり100 多重を行うには、ＣＣＤ（パネル）７．８のピクセルの100 ピクセルが透過、他の9900ピクセルは遮蔽という状態を実現する必要がある。これは、第ｐ再生像を得るとき、整数演算p/100 の商をi 、剰余をj として、液晶パネルの透過パターンとして、（i+10m+1 ）行（j ＋10n＋１）列のピクセルのみ透過、それ以外は遮蔽、という例で実行可能である。ここで、m,n は、０〜９の全ての整数である。なお、ホログラムバンチ７．９を作るときの透過パターンも全く同じでなければならない。この様なホログラムバンチ７．９を0.3mm の隙間を開けながら7 ×11個並べ、5cm ×8cm の記録媒体に収めると、積層を100 層として、100 ギガバイトのデータ容量が得られる。
【０１００】
前述の手段のうち、液晶パネルではなく振幅マスクを用いる場合、マスクを一次元的に、しかも最小限の移動量動かすだけで異なるパターンにするためには、マスクの行か列、若しくはその両方で微小領域内（図８では、灰色の線で囲まれた部分）の開口部の位置が相異なるようにすればよい。
【０１０１】
図９は振幅マスク７．７の開口部の配置を説明する図であり、図９（ａ）は行若しくは列が、互いに同じ相対開ロ部を持たない例を示し、図９（ｂ）は行、列ともに同じ相対開口部を持たない例を示している。図９では、４多重の例を示す。灰色の線で囲まれた部分が、ここでいう微小領域である。
【０１０２】
図１０は16多重を行う場合の、振幅マスクの開口部の配置を説明する図である。ホログラムバンチの大きさは、４×４個の小領域に等しく、各小領域の1/16の大きさが開口部である振幅マスク７．７を用意する。開口部の位置は図に示す通りであるが、図示したのは最短の長さのマスクであり、左端から16列のパターンを順次繰り返して、より長い振幅マスクを作っても良い。マスクの移動方向とは垂直方向に導波光は進行する。
【０１０３】
なお、振幅マスク７．７とは別に、着目するホログラムバンチの大きさの開口部を持つ振幅マスクを同時に用い、該開口部と、パターンをもつ振幅マスクの共通開口部からのみ光が透過するようにすれば、導波光の伝搬方向は振幅マスク７．７の移動方向と共通でよい。図10で示す振幅マスク７．７を、小領域の１辺の長さ分移動すれば、移動するたびに新しい再生像が、計16種類得られる。
【０１０４】
なお、図６に示した位相マスクと、図８、図９、図１０に示した振幅マスクを組み合わせることも可能である。また、“受光素子とマスクを一体化できる”と、“ホログラムの情報密度を下げずに信号検出ができる”と言う二つの利点を活かした方法も可能である 。
【０１０５】
これは、図４に示したデータ多重型ホログラムメモリ再生装置では、ひとつの再生像に対してひとつのみ割り当てた開口部を小さく分割し、広い面積に分散させることで可能となる。例えば、再生像の大きさをｍＲ×ｍＣ（ｍは１より大きい整数、Ｒ、Ｃは長さの次元をもつ量）の面積をもつ長方形（含正方形）、ホログラムを書き込む導波路層の面積を再生像より大きいＭｍＲ×ＮｍＣ（Ｎ，Ｍは１より大きい整数）とする。
【０１０６】
次に再生像の大きさより十分大きな光遮蔽板を用意し、再生像の長方形の大きさと同じ面積内に、それぞれＲ×Ｃの矩形と同等か、それ以下の大きさの光透過部を、極力、位置が分散するようにｍ個配置する。この時、光遮蔽板のｍＲ×ｍＣの面積をｍ×ｍの微小な矩形に分割し、（縦、横）の順にそれぞれ（ｉ，ｊ）番地と呼ぶとすると、光透過部を持つ異なる番地は、縦横それぞれに同じ番地を共有してはならない。即ち、光透過部をもつ任意の二つの番地（i1,j1 ），（i2,j2)に対し、常にi1≠i2、j1≠j2を同時に満たさねばならない。この様な複数の微小開口を持つ光遮蔽板を光ディテクタに固定し、その組をホログラムメモりに対して、導波路層面に平行な面内で、距離Ｒ若しくは、それに垂直な方向に距離Ｃのどちらか一方を選択し、移動すると、次々、新たな再生像が得られることになる。
【０１０７】
ここで、任意の再生像をもたらすホログラムからの回折光は、該再生像に対応する微小開を経由するように設計されている必要がある。その為には、（１) 開口部からの伝搬光が受光面に欲する画像を結像する様に、開口部での光の位相と振幅分布を求める。(2) 該開口部に該振幅分布を与えるような回折光の導波路面での光の振幅と位相分布を求める。(3) すべての画像とそれに対応する開口に対して同じ操作を繰り返し、得られた光の波面( 振幅と位相) を重ね合わせる。という一連の作業を行う必要がある。
【０１０８】
図１１は本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第４の実施形態を示した側面図及び上面図である。１１．１はホログラムバンチサイズ、１１．２はホログラムバンチ、１１．３は回折光、１１．４は1.625mm 角の正方形の小領域、１１．５は406 μm 角の開口、１１．６は透過光、１１．７は画像選択用振幅マスク、１１．８はＣＣＤパネル（CMOSディテクタ）、１１．９は6.5 ×6.5mm２の開口を持つ大開口振幅マスク、１１．１０は画像選択用振幅マスク移動方向、１１．１１は大開口振幅マスク移動方向を示している。データ多重型ホログラムメモリ再生装置は、ホログラムデータが作り込まれた導波路層１１．１２とその端部に設けられた４５゜反射ミラー１１．３、ホログラムバンチ選択用の振幅マスク１１．７、１１．９、光電変換素子であるCMOSパネル１１．８から成っている。
【０１０９】
データ多重型ホログラムメモリ（再生専用積層導波路ホログラムメモリ）の使用光源として、波長が680nm の半導体レーザーを用いる。再生像は、2048×2048個の正方ピクセルからなるCMOSパネル１１．８で受光する。CMOSパネル１１．８の有効受光面は、3 ×3mm 2 である。ホログラムバンチサイズ１１．１はCMOSパネル１１．８のサイズより大きな、6.5 ×6.5mm 2 とする。振幅マスクとして、6.5 ×6.5mm 2 の開口を持つもの（１１．９）と、1.625mm 角の正方形の小領域１１．４に406 μｍ角の開口１１．５がひとつずつあいた、画像選択用の振幅マスク１１．７の二つを同時に用いる。振幅マスク１１．７は、共に、開口部以外を黒く塗られた、光学品質のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルムを用いる。着目するホログラムバンチ以外からの回折光１１．３は、ホログラムバンチ選択用の大開口振幅マスク１１．９で遮蔽され、ホログラムバンチからの再生像選択は、画像選択用の振幅マスク１１．７で行われる。両方の振幅マスク１１．７、１１．９はほぼ同じ高さ（導波路層から0.5mm ）に、密着して配置され、振幅マスクからの透過光１１．６は、マスクから4mm 上方のCMOSディテクタ１１．８上で再生像を結像する。振幅マスク１１．７、１１．９は共にＰＥＴフィルム製であるから、ローラーに巻かれ、その張力で平面を保ち、ローラーの回転によって移動する（１１．１０、１１．１１）。
【０１１０】
画像選択用の振幅マスク１１．７の開口パターンは図10にて与えられているものと同じで、最初の16列を８回繰り返した構造である。この設定では、ひとつのホログラムバンチあたり16種類の再生像が得られる。この様なホログラムバンチを0.2mm 及び0.5mm の隙間を開けながら7 ×12個並べて５cm×８cmの記録媒体に収めると、積層を100 層として、70ギガバイトのデータ容量が得られる。
【０１１１】
図１２は本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第５の実施形態を示した側面図及び上面図である。１２．１はレーザー光、１２．２はシリンドリカルレンズ、１２．３は４５°反射ミラー、１２．４は線分状集光線、１２．５は導波光、１２．６は回折光、１２．７は分散開口振幅マスク、１２．８はＣＣＤパネル（CMOSディテクタ）、１２．９は分散開口マスクの拡大図、１２．１０は導波光が一度に導波する領域、１２．１１は開口部を透過した回折光を示している。データ多重型ホログラムメモリ再生装置は、ホログラムデータが作り込まれた導波路層１２．１１とその端部に設けられた４５゜反射ミラー１２．３、ホログラムバンチ選択用の振幅マスク１２．７、光電変換素子であるCMOSディテクタ１２．８から成っている。
【０１１２】
再生専用積層導波路ホログラムメモリの使用光源として、波長が680nm の半導体レーザーを用いる。再生像は、l500×1500個の2 μｍピッチ正方ピクセルからなるCOMSディテクタ１２．８で受光する。CMOSディテクタ１２．８の有効受光面は、3 ×3mm 2 である。ホログラムバンチサイズ１２．９はCMOSディテクタサイズと同等の、3 ×3mm 2 とする。分散開口振幅マスク１２．７はCMOSディテクタ１２．８に固定されている。レーザー光１２．１は、シリンドリカルレンズ１２．２によって線分状１２．４に集光されるが、その線分の長さはホログラムバンチサイズ１２．９の幅と等しいか少し長い程度にする必要があるが、ここでは3.2mm になるよう設定する。１２．１０は導波光１２．５が一度に導波している領域(3.2×77mm2 ) であるが、そのうち3.0 ×75mm2 の領域から結像の為の光が回折（１２．６）される。この3.0 ×75mm2 の領域をホログラムストライプと呼ぶことにする。ホログラムストライプから回折された回折光１２．６の中から、分散開口マスク１２．７によって、特定の光のみが選択（１２．１１) され、CMOSディテクタ１２．８上に像を結像する。
【０１１３】
図１３は図１２における分散開口マスク１２．７とホログラムの配列方法を説明する図である。１３．１は分散開口マスク、１３．２は分散開口マスクの移動方向、１３．３は分散開口マスクを含む平面内での回折光が含む再生像の番号を示している。
【０１１４】
１３．１は、分散開口マスク１２．７の拡大図であるが、マスク全体は４×４mm2 の面積を持つ正方形であり、その中央部に縦横８×８に分割される3 ×3mm2の領域が設定され、この領域に微小開口が分散して配置される。各微小開口の大きさは、375 μm ×375 μm の面積を持つ正方形であって、１３．１に示されるように開口部が配置されている。
【０１１５】
これは、８多重を行う開口の配置であって、( 縦、横) の番地で表現すると、（1,1)(2,7)(3,3)（4,5)（5.4)(6,6）(7,2）(8,8) の位置に開口部がある。線分状の集光位置で導波路層１２．１１に結合した導波光１２．５は3.2mm の幅で77mm導波するが、メモリカード直上0.5mm の位置で（13.3mm) に示されるような位置にＮ番目の画像情報をもつ回折光を分配するように設計される。
【０１１６】
従って、メモリカード直上0.5mm に分散開口マスクを配置し、それを移動（１３．２）すれば、導波光１２．５の結合位置を変えることなく、１，２，３，，，１９２の順に次々CNOSディテクタ１２．８上に異なる画像番号をもつ画像が現れることになる。この様なホログラムストライプは、5cm ×8cm の記録媒体内に16本収めることが可能であるから、積層を100 層として、100(層) ×16( 本) ×192(画像) ×15002 （ピクセル）÷8 ＝86ギガバイトのデータ容量が得られる。
【０１１７】
また、図１３の１３．３において、画像再生用に用いない部分（Ｓと標記してある）には、サーボ信号やレイヤー番号、ストライブ番号など、管理情報などを記録しておくことができる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、導波路層により回折される光の結像を多重化することにより、再生装置に光の波長より十分に大きなピクセルサイズを持つ二次元ディテクタを用いても、ホログラムの持つ情報密度を余り落とすことなく、情報を取り出すことができてメモリ容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリの一実施形態を示した側面図である。
【図２】  異なる焦点面への集光スポットが他の層へ及ぼす影響を説明する図である。
【図３】  同一焦点面内の隣り合うスポットの光の位相を互いに１８０°異なるように配置した様子を示した図である。
【図４】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第１の実施形態を示した側面図及び上面図である。
【図５】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第２の実施形態を示した側面図及び上面図である。
【図６】  位相マスクの位相パターンの具体例を説明した図である。
【図７】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第３の実施形態を示した側面図及び上面図である。
【図８】  ４多重行う時の振幅マスクの開口部の配置を説明する図である。
【図９】  振幅マスクの開口部の配置を説明する図である。
【図１０】  16多重を行う場合の振幅マスクの開口部の配置を説明する図である。
【図１１】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第４の実施形態を示した側面図及び上面図である。
【図１２】  本発明のデータ多重型ホログラムメモリ再生装置の第５の実施形態を示した側面図及び上面図である。
【図１３】  図１２における分散開口マスクとホログラムの配列方法を説明する図である。
【符号の説明】
１．２、４．７、５．２、７．２、１２．２  シリンドリカルレンズ
１．４、４．８、５．３、７．３、１１．３、１２．３  ４５゜反射ミラー
１．１２、４．１３、５．１０、７．１０、１１．１２  導波路層
４．１、５．８、７．８、１１．８、１２．８  ＣＣＤ（CMOSディテクタ）
７．９、１１．２  ホログラムバンチ
１１．４  小領域
１１．５  開口
１１．７、１２．７  振幅マスク
１１．９  大口径マスク
【図１】
0003761760.tif 000020
【図２】
0003761760.tif 000021
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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