JP2000285456A - 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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JP2000285456A JP11088413A JP8841399A JP2000285456A JP 2000285456 A JP2000285456 A JP 2000285456A JP 11088413 A JP11088413 A JP 11088413A JP 8841399 A JP8841399 A JP 8841399A JP 2000285456 A JP2000285456 A JP 2000285456A
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holographic memory
volume holographic
light beam
reference light
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Satoru Tanaka
覚 田中
Tomomitsu Takano
朝光 高野
Hideki Hatano
秀樹 畑野
Yoshinao Ito
善尚 伊藤
Hajime Matsushita
元 松下
Takashi Yamaji
崇 山路
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 体積ホログラフィックメモリへ高密度で干渉
パターンを記録可能でかつ小型化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】 フォトリフラクティブ結晶体からなる回
転体の体積ホログラフィックメモリを装着自在に支持す
る支持手段と、可干渉性参照光ビームを体積ホログラフ
ィックメモリに入射する参照光手段と、画像データに応
じて変調された可干渉性信号光ビームを体積ホログラフ
ィックメモリに入射しその内部にて参照光と交差せしめ
かつ参照光との3次元的な光干渉パターンを生成する信
号光手段と、参照光ビームの照射による体積ホログラフ
ィックメモリの光干渉パターンの屈折率格子からの回折
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、体積ホログラフィッ
クメモリの回転対称軸と垂直となる法線を有する平面内
に信号光ビーム及び参照光ビームが配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、体積ホログラフィ
ックメモリ及び体積ホログラフィックメモリを利用する
光情報記録再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ホログラフィーの原理を応用した
ディジタル記録システムとして、ホログラフィックメモ
リシステムが知られている。ホログラフィックメモリシ
ステムは、例えば、ニオブ酸リチウムLiNbO3など
のフォトリフラクティブ結晶体のメモリ媒体にディジタ
ルデータを記録、再生するものである。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分布を形成し、これが一次
の電気光学効果すなわちポッケルス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1
mm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。ホログラフィッ
クメモリシステムにおいては、2次元の平面ページ単位
でデータを記録、再生することができ、且つ複数のペー
ジを利用して多重記録が可能である。体積ホログラフィ
ックメモリは、このメモリ媒体を直方体などの3次元形
状として3次元記録を可能としたものである。フーリエ
変換ホログラムの1種類である体積ホログラフィックメ
モリでは、2次元の画像ページ単位として体積ホログラ
フィックメモリの3次元的な空間内に分散されて記録さ
れる。以下に、体積ホログラフィックメモリシステムの
概要を図1を参照して説明する。
【0003】図1において、エンコーダ25は、体積ホ
ログラフィックメモリ1に記録すべきデジタルデータを
平面上に明暗のドットパターン画像として変換し、例え
ば縦480ビット×横640ビットのデータ配列に並べ
替えて単位ページ系列データを生成する。このデータを
例えば透過型のTFT液晶表示装置(Thin Film Transi
stor Liquid Crystal Display)(以下、LCDともい
う)のパネルなどの空間光変換器(SLM:Spatial Li
ght Modulator)12に送出する。
【0004】空間光変換器12は、単位ページに対応す
る縦480ピクセル×横640ピクセルの変調処理単位
を有し、照射されたシグナルビームをエンコーダ25か
らの単位ページ系列データに応じて空間的な光のオンオ
フ信号に光変調し、変調されたシグナルビームすなわち
信号光をレンズ13へ導く。より詳しくは、空間光変換
器12は電気信号である単位ページ系列データの論理値
“1”に応答してシグナルビームを通過させ、論理値
“0”に応答してシグナルビームを遮断することによ
り、単位ページデータにおける各ビット内容に従った電
気−光学変換が達成され、単位ページ系列の信号光とし
ての変調されたシグナルビームが生成される。
【0005】信号光は、レンズ13を介して体積ホログ
ラフィックメモリ1に入射する。体積ホログラフィック
メモリ1には、信号光の他に、信号光のビームの光軸に
直交する所定の基準線から角度β(以下、「入射角β」
と呼ぶ。)をもって参照光が入射する。信号光と参照光
とは、体積ホログラフィックメモリ1内で干渉し、この
干渉縞が体積ホログラフィックメモリ1内に屈折率格子
として記憶されることにより、データの記録が行われ
る。また、入射角βを変えて参照光を入射させて複数の
2次元平面データを角度多重記録することにより、3次
元データ記録が可能となる。
【0006】記録されたデータを体積ホログラフィック
メモリ1から再生する場合には、信号光ビーム及び参照
光ビームの交差する領域の中心に向け記録時と同じ入射
角βで参照光のみを体積ホログラフィックメモリ1に入
射させる。即ち、記録時とは異なり、信号光は入射させ
ない。これにより、体積ホログラフィックメモリ1内に
記録されている干渉縞からの回折光がレンズ21を通し
て光検出器のCCD(Charge Coupled Device)22へ
導かれる。CCD22は、入射光の明暗を電気信号の強
弱に変換し、入射光の輝度に応じたレベルを有するアナ
ログ電気信号をデコーダ26へ出力する。デコーダ26
は、このアナログ信号を所定の振幅値(スライスレベ
ル)と比較し、対応する“1”及び“0”のデータを再
生する。
【0007】体積ホログラフィックメモリでは、上記の
ように2次元の平面データ系列で記録を行うので、参照
光の入射角βを変えることにより角度多重記録を行うこ
とができる。即ち、参照光の入射角βを変化させること
により記録単位である2次元平面を体積ホログラフィッ
クメモリ内に複数規定することができ、その結果、3次
元での記録が可能となる。角度多重記録の例は、特開平
2−142979号、特開平10−97174号に記載
されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、体積ホログラフィックメモリへ高密度で干渉パター
ンを記録可能でかつ小型化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。
【0009】
【課題を解決するための手段】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は、フォトリフラクテ
ィブ結晶体からなる回転体の体積ホログラフィックメモ
リを装着自在に支持する支持手段と、第1波長の可干渉
性参照光ビームを前記体積ホログラフィックメモリに入
射する参照光手段と、画像データに応じて変調された第
1波長の可干渉性信号光ビームを前記体積ホログラフィ
ックメモリに入射しその内部にて前記参照光ビームと交
差せしめかつ前記参照光ビームとの3次元的な光干渉パ
ターンを生成する信号光手段と、前記参照光ビームの照
射による前記体積ホログラフィックメモリの光干渉パタ
ーンの屈折率格子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、前記体積ホログラフィックメモリの回転対称軸
と垂直となる法線を有する平面内に前記信号光ビーム及
び参照光ビームが配置されたことを特徴とする。
【0010】本発明の体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置においては、前記体積ホログラフィック
メモリの感光性を増加せしめ前記光干渉パターンの存在
又は非存在に応じて屈折率格子を活性化又は非活性化す
る第2波長のゲート光ビームを前記体積ホログラフィッ
クメモリに入射するゲート光手段を備えたことを特徴と
する。
【0011】本発明の体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置においては、前記体積ホログラフィック
メモリの回転対称軸と垂直となる法線を有する平面内に
前記ゲート光ビームが配置されたことを特徴とする。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
においては、前記ゲート光手段は、スーパールミネッセ
ントダイオードを有することを特徴とする。
【0012】本発明の体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置においては、前記ゲート光手段はゲート
光ビームを前記信号光ビーム及び参照光ビームの交差す
る領域に限定して照射する手段を備えたことを特徴とす
る。本発明の体積ホログラフィックメモリ光情報記録再
生装置においては、前記支持手段は前記体積ホログラフ
ィックメモリをその回転対称軸方向に移動させる手段を
備えたことを特徴とする。
【0013】本発明の体積ホログラフィックメモリ光情
報記録再生装置においては、前記支持手段は前記体積ホ
ログラフィックメモリをその回転対称軸周りに回転せし
める手段を備えたことを特徴とする。
【0014】
【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。図2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。記録時においては、レーザ15から出射されたシグ
ナルビームをビームスプリッタ16で直進する信号光ビ
ームと上方へ偏向する参照光ビームの2つに分け、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。
【0015】ビームスプリッタ16を通過したシグナル
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。シグナル
ビームはコンントローラに制御される自動シャッタによ
り光ビームの体積ホログラフィックメモリに照射する時
間を制御され、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。空間光変換器12は、例えば縦4
80×横640ピクセルの2次元平面のLCDであり、
エンコーダ25から供給されるディジタル記録データに
応じて、ビームエキスパンダ14からのビームを信号光
に変換する。空間光変調器12により記録ページデータ
に応じて各画素毎の透過/非透過に例えば市松模様のよ
うな2次元格子パターンにより空間変調された後、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。
円柱体形状の体積ホログラフィックメモリ10は、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。フォト
リフラクティブ結晶体の体積ホログラフィックメモリは
その光学結晶軸をその回転対称軸に平行に備えたLiN
bO3などの一軸結晶の円柱体である。
【0016】一方、参照光ビーム光学系では参照光ビー
ムがミラー17及び18により反射され、体積ホログラ
フィックメモリ10へ入射させ、媒体内部の位置でレン
ズ13からの信号光ビームと交差させて干渉せしめ3次
元の干渉縞を作る。ここで、参照光と信号光がフーリエ
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18、レンズ13などの光学系を配置する。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
モリの回転対称軸と垂直となる法線を有する平面内に配
置されている。
【0017】体積ホログラフィックメモリ10の側面下
方側には、ゲート光を生成するスーパールミネッセント
ダイオード30が体積ホログラフィックメモリ10の側
面からゲート光を入射させるように設けられている。ゲ
ート光は参照光と信号光の波長とは異なる体積ホログラ
フィックメモリ10の感光性を増加せしめる第2の波長
の光を含んでいる。ゲート光は体積ホログラフィックメ
モリ10中の光干渉パターンの存在又は非存在に応じて
屈折率格子を活性化又は非活性化する。よって、ゲート
光は光干渉パターンによる屈折率格子の消去光としても
機能する。ゲート光手段であるスーパールミネッセント
ダイオード30はゲート光ビームを体積ホログラフィッ
クメモリ10中の信号光及び参照光の交差する領域に限
定して照射するように配置され、コントローラ20によ
りオンオフ制御されている。ゲート光ビームも、図3に
示すように、体積ホログラフィックメモリの回転対称軸
と垂直となる法線を有する平面内に配置されている。す
なわち、図4に示すように、円柱体積ホログラフィック
メモリの回転対称軸を含む平面若しくはこれに平行な平
面内にて信号光ビーム及び参照光ビーム並びにゲート光
ビームをも交差させている。
【0018】このように、データを記録するときには信
号光と参照光とゲート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
率が変化した屈折率格子として記録する。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。体積ホログラフィックメモリ中にフーリエ面が存在
する場合、フーリエ面では信号光の強度が最大であるの
で、この高い光強度を有するフーリエ面上の信号光の0
次光と参照光が干渉し合うとフォトリフラクティブ効果
が飽和し、記録画像の非線形歪みが生じやすくなる傾向
がある。参照光と信号光とをフーリエ面の手前もしくは
奥で干渉させるようにシステムの光学系を配置し、慎重
に非線形歪みの問題をさらに回避することもできる。
【0019】円柱体の体積ホログラフィックメモリ10
は、その光学結晶軸方向に所定ピッチで移動させるとと
もに、該回転対称軸を中心として所定ピッチで回転させ
る手段、すなわち上下移動及び回転移動機構上に配置さ
れる。上下移動及び回転移動機構は、駆動部19と、駆
動部19に連結され、回転テーブル19aを有する上下
移動機構19bとを備える。駆動部19は、コントロー
ラ20によりテーブル19aの回転及び上下移動を制御
される。
【0020】体積ホログラフィックメモリ10は、その
結晶光学軸9が駆動部19の回転軸と一致するようにテ
ーブル19a上に配置される。駆動部19の回転により
図2の矢印Aの方向に体積ホログラフィックメモリ10
を移動させ、同時に図2の矢印B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の矢印Aの方向の上下移動により、参照光
と信号光とにより作られる干渉縞の体積ホログラフィッ
クメモリ10内の記録位置が矢印Aの方向にシフトし、
空間多重記録が実現される。また、テーブル19aと共
に体積ホログラフィックメモリ10が矢印Bの方向に回
転することにより、干渉パターンの記録面が回転し、角
度多重記録及び空間多重記録が実現される。
【0021】なお、本実施形態では、角度多重記録と空
間多重記録とを同時に行う移動機構を示したが、体積ホ
ログラフィックメモリ10の結晶光学軸方向(矢印A)
の上下移動又は回転運動(矢印B)の一方のみを行う移
動機構を使用して、一方のみの多重を行うこともでき
る。また、上下移動及び回転移動機構の代りに、体積ホ
ログラフィックメモリ10の結晶光学軸方向の移動と回
転移動とが別々に制御されるような移動機構を採用する
こともできる。例えば、回転方向については超音波モー
タなどにより回転させ、結晶光学軸方向の送り移動は別
の1軸の移動ステージにより制御する構成とすることも
可能である。
【0022】一方、再生時においては、上述のようにし
て記録された体積ホログラフィックメモリ10を記録時
と同様に回転移動機構の上に配置し、コントローラ20
の制御によりシャッタ6aの閉塞並びにスーパールミネ
ッセントダイオード30のオフ制御を行いミラー18か
らの参照光のみを入射させる。すると、体積ホログラフ
ィックメモリ10内に記録された干渉縞からの回折光が
再生光として逆フーリエ変換レンズ21を通ってCCD
22へ入射し、再生像を結像する。CCD22は、例え
ば空間光変換器12と同様の縦480×横640ピクセ
ルの2次元平面の受光面を有し、受光された再生光を電
気信号に変換し、デコーダ26へ出力する。デコーダ2
6は、入力電気信号を所定のスライスレベルと比較し、
2値のディジタルデータを出力する。
【0023】このように、第1波長の信号光と参照光の
照射と同時に、体積ホログラフィックメモリの感光性を
増加せしめる異なる第2波長の波長のゲート光を体積ホ
ログラフィックメモリに入射させて、信号光と参照光と
ゲート光によって照射される部位に干渉縞を記録する、
いわゆる2colorのホログラフィックメモリシステムが達
成される。
【0024】信号光と参照光の光源に1波長のレーザを
1つしか用いない従来のいわゆる1colorのホログラフ
ィックメモリシステムにおける、干渉縞を記録した後の
それぞれの光路に存在する記録済みの情報を信号光と参
照光で消去してしまう欠点を、この2colorホログラフィ
ックメモリシステムでは解消できる。2colorホログラフ
ィックメモリシステムの体積ホログラフィックメモリは
異常光記録時に記録感度が高い。このため従来のニオブ
酸リチウム結晶の立方体と常光を用いた記録再生系のよ
うに信号光をそれぞれ結晶の光学結晶軸に対して±45
度となる法線を有する2つの平面内に配置することがで
きない。
【0025】そのため体積ホログラフィックメモリの形
状を直方体や円柱状にする必要がある。記録容量を増大
させる場合、直方体形状では、板状の体積ホログラフィ
ックメモリの光の入射部分の面積を広くして空間多重の
多重度を向上させるか、または、体積ホログラフィック
メモリ板の厚み方向を増して角度多重などによる1個所
への多重度を向上させるかの、どちらかとなる。
【0026】しかし板状の体積ホログラフィックメモリ
の入射面積を広くするということはすなわち装置の大型
化を意味する。また、角度多重度を向上させようとして
も体積ホログラフィックメモリが例えばニオブ酸リチウ
ムの場合、異常光に対する波長633nmでの屈折率が
2.2で、その全反射角度が27度と大きくるので、参
照光ビームの入射角を大きく変化させるわけには行かな
い。そのため1個所に記録できる多重記録も大きく制限
を受ける。
【0027】しかし、上記の円柱状体積ホログラフィッ
クメモリの場合は、体積ホログラフィックメモリを螺旋
状に回転移動することで角度多重と空間多重の両方を一
度に行うことができるため、基本的には参照光を走査す
る必要はない。しかしそのままでは体積ホログラフィッ
クメモリの半径方向に対する多重度に余裕があるため、
そこに空間多重を行うことで、記憶容量を増大できる。
【0028】図3に示すように円柱体積ホログラフィッ
クメモリの回転対称軸と垂直となるような法線を有する
平面内に信号光と参照光を配置することで、干渉位置の
制御が参照光の入射角度θは固定のまま入射位置のみを
制御するだけで実現が可能となる。さらに2colorホログ
ラフィックメモリシステムを考慮すると空間記録の多重
度を向上させるためにはゲート光の入射に関しても最適
な制御が必要となるので、参照光の入射の場合と同様に
ゲート光を入射角度、位置ともに大きく移動させる必要
がある。これに対して、上記の円柱状体積ホログラフィ
ックメモリの場合ではゲート光も入射位置制御のみで済
むため、より簡便なシステムとすることができる。
【0029】比較例として、図5に示すように、体積ホ
ログラフィックメモリの回転対称軸と平行となるような
法線を有する平面すなわち回転対称軸に垂直な平面内に
参照光と信号光の両方が含まれるような場合、信号光と
参照光の干渉し合う部分を体積ホログラフィックメモリ
の半径方向に制御しようとすると、参照光の入射角及び
その入射位置自体を大きく移動させる必要がありシステ
ムが大規模になってしまうが、上記の円柱状体積ホログ
ラフィックメモリの場合では全ての入射光の入射位置制
御のみで済むため、より小型なシステムが達成される。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転体
体積ホログラフィックメモリの回転対称軸と垂直となる
法線を有する平面内に信号光ビーム、参照光ビーム及び
ゲート光が配置されたので、半径方向の高密度の記録を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の体積ホログラフィックメモリシステム
の構成を示す線図。
【図2】 本発明による体積ホログラフィックメモリシ
ステムの構成を示す側面図。
【図3】 本発明による体積ホログラフィックメモリシ
ステムの要部を示す斜視図。
【図4】 本発明による体積ホログラフィックメモリシ
ステムの円柱体積ホログラフィックメモリの頂面から見
た要部を示す平面図。
【図5】 比較例の体積ホログラフィックメモリシステ
ムの要部を示す斜視図。
【符号の説明】
1,10 体積ホログラフィックメモリ 13,21 フーリエ変換レンズ 14 ビームエキスパンダ 15 レーザ 16 ビームスプリッタ 17,18 ミラー 19 駆動部 20 コントローラ 22 CCD 25 エンコーダ 26 デコーダ 30 スーパールミネッセントダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑野 秀樹 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 伊藤 善尚 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 松下 元 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 山路 崇 埼玉県鶴ヶ島市富士見6丁目1番1号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 2K008 AA00 AA04 AA16 BB04 BB05 BB06 CC01 CC03 DD01 DD23 EE01 FF07 FF17 FF21 HH01 HH06 HH18 HH25 HH26 HH28 5D090 AA08 AA10 BB17 CC01 CC04 CC16 DD03 FF11 KK06 KK12 KK15 LL01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォトリフラクティブ結晶体からなる回
    転体の体積ホログラフィックメモリを装着自在に支持す
    る支持手段と、 第1波長の可干渉性参照光ビームを前記体積ホログラフ
    ィックメモリに入射する参照光手段と、 画像データに応じて変調された第1波長の可干渉性信号
    光ビームを前記体積ホログラフィックメモリに入射しそ
    の内部にて前記参照光ビームと交差せしめかつ前記参照
    光ビームとの3次元的な光干渉パターンを生成する信号
    光手段と、 前記参照光ビームの照射による前記体積ホログラフィッ
    クメモリの光干渉パターンの屈折率格子からの回折光を
    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、 前記体積ホログラフィックメモリの回転対称軸と垂直と
    なる法線を有する平面内に前記信号光ビーム及び参照光
    ビームが配置された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】 前記体積ホログラフィックメモリの感光
    性を増加せしめ前記光干渉パターンの存在又は非存在に
    応じて屈折率格子を活性化又は非活性化する第2波長の
    ゲート光ビームを前記体積ホログラフィックメモリに入
    射するゲート光手段を備えた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】 前記体積ホログラフィックメモリの回転
    対称軸と垂直となる法線を有する平面内に前記ゲート光
    ビームが配置されたことを特徴とする請求項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】 前記ゲート光手段は、スーパールミネッ
    セントダイオードを有することを特徴とする請求項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。
  5. 【請求項5】 前記ゲート光手段はゲート光ビームを前
    記信号光ビーム及び参照光ビームの交差する領域に限定
    して照射する手段を備えたことを特徴とする請求項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。
  6. 【請求項6】 前記支持手段は前記体積ホログラフィッ
    クメモリをその回転対称軸方向に移動させる手段を備え
    た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】 前記支持手段は前記体積ホログラフィッ
    クメモリをその回転対称軸周りに回転せしめる手段を備
    えた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。
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