JP2004302416A - ホログラフィックｒｏｍシステムの環形プリズム - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折物質を用いることによって書き込み及び読み出しの効率を増加させるとともに、その屈折物質を角多重化（ａｎｇｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のために容易に固定及び取り替えできるようにしたホログラフィックＲＯＭシステムを提供すること。
【解決手段】 前記目的を達成するように本発明により、レーザー光を放出する光源、ビームスプリッタ、変調手段及び屈折性物質を含む、ホログラム記憶媒体に干渉パターンのデータを記憶するためのホログラフィックシステムが提供される。ビームスプリッタは、レーザー光を参照光及び信号光に分離し、変調手段は、信号光を変調して変調された信号光を生成する。屈折性物質は、参照光を屈折させて屈折された参照光を生成し、屈折された参照光がホログラム記憶媒体で変調された信号光と干渉して干渉パターンを生成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ホログラフィックＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）システムに関し、特に、書き込み及び読み出しの効率を増加させるように屈折率が調整できるホログラフィックＲＯＭシステムの環形プリズムに関する。

従来のホログラフィックメモリシステムは、信号光及び参照光により生成されたホログラム記憶媒体の干渉パターンに情報を記憶し、干渉パターンの広さに敏感である。通常のホログラフィックメモリシステムは、一般にページ単位の記憶方法を採用する。ＳＬＭ（空間光変調器：ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）のような入力装置は、記録データをページと呼ばれる２次元アレイの形態で示すが、ＣＣＤカメラのような検出器（ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｒａｙ）は、記録されたデータページを読み出す時に用いられる。また、ページ単位の手法の代わりにビット単位の記録方法を採用している他の構造も提案されている。しかし、このようなシステムは全て、メモリ容量を最大限満たすために、数多くの別個のホログラムを記録する必要があるという短所があった。メガビットの大きさのアレイを用いる従来式のページ単位システムは、１００ＧＢ以上の容量を達成するために、数百及び数千のホログラムページの記録が必要となり得る。ホログラム露出時間がミリ秒程度であっても、１００ＧＢ容量のメモリを満たすために必要な総記録時間は、一時間ではなくても少なくとも数十分に達し得る。このため、図１−Ａに示すような他の通常のホログラフィックＲＯＭシステムが開発されて、１００ＧＢ容量のディスクを生産するために求められる時間は、１分以下、潜在的には秒単位に減少され得るようになった。

図１―Ａの従来式のホログラフィックＲＯＭシステムは、光源１００、第１及び第２半波長板（ＨＷＰ）１０２及び１１２、ビーム拡大器（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｕｎｉｔ）１０４、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０６、偏光器１０８及び１１４、ミラー１１０、１１６及び１１６'、ホログラム記憶媒体１２０、マスク１２２及び円錐ミラー（ｃｏｎｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ）１１８を含む。

光源１００は、一定波長、例えば、５３２ｎｍの波長を有するレーザー光を放出する。レーザー光は、１つのタイプの直線偏光（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、例えばＰ偏光またはＳ偏光であり、ＨＷＰ１０２に提供される。ＨＷＰ１０２は、レーザー光の偏光をθ（好ましくは４５°）だけ回転させる。偏光-回転されたレーザー光は、所定の大きさにレーザー光の大きさを拡大するビーム拡大器１０４に提供される。その後、拡大されたレーザー光は、ＰＢＳ１０６に提供される。

ＰＢＳ１０６は、互いに異なる屈折率を有する二種類以上の物質を繰返して蒸着することにより製作されたものであり、１つのタイプの偏光されたレーザー光（例えば、Ｐ型レーザー光）は通過させ、他のタイプの偏光されたレーザー光（例えば、Ｓ型レーザー光）は反射させる役割をする。従って、ＰＢＳ１０６は拡大されたレーザー光を通過されたレーザー光（以下、信号光）及び反射されたレーザー光（以下、参照光）に分ける。信号光及び参照光はそれぞれ異なる偏光を有する。

例えば、Ｐ偏光の信号光は偏光器１０８に伝達され、偏光器１０８は信号光から不完全に偏光された要素を除去して、純粋にＰ型のみに偏光された信号光をミラー１１０に提供する。信号光はミラー１１０で反射され、反射された信号光はマスク１２２を介してホログラム記憶媒体１２０に投影される。マスク１２２は、記録用データパターンを提供することにより、入力装置、即ち空間光変調器（ＳＬＭ）として機能する。

一方、参照光はＨＷＰ１１２に提供される。ＨＷＰ１１２は、参照光の偏光が信号光の偏光と同様になるように参照光の偏光を変える。その後、参照光は偏光器１１４に提供され、参照光の偏光が更に純化される。純化された偏光を有している参照光は、ミラー１１６及び１１６'により反射される。その後、参照光は円錐ミラー１１８に投影される。ここで、円錐ミラー１１８は円錐型であり、円形底面を有しており、円形底面と円錐面がなす角は予め設定されている（即ち、所定の底角を有している）。また、前記円錐ミラー１１８はホルダー（図示せず）により固定されている。図１−Ｂに示すように、参照光は、ホログラム記憶媒体１２０に投影されるように円錐ミラー１１８により円錐型ビームの形で反射される。ホログラム媒体１２０に入射される参照光の入射角は円錐ミラー１１８の底角により定められる。

円錐ミラー１１８を固定させるホルダーは、参照光がホルダーにより遮断されることを防止するために、好ましくは円錐ミラー１１８の底面に設けられる。ホルダーは、円錐ミラー１１８の底面に設けられるので、一般にホログラム記憶媒体１２０の中央開口部（ｃｅｎｔｅｒ ｏｐｅｎｉｎｇ）１２４を通して設けられる。

ホログラム記憶媒体１２０は、データパターンを記録するためのディスク状の物質である。ディスクの大きさにされたマスク１２２は、ホログラム記憶媒体１２０に記憶されるデータパターンを提供する。マスク１２２に垂直に入射する平面波（即ち、信号光）を照射し、反射層にホログラムを記録するために反対側から入射される参照光を用いることにより、干渉パターンがホログラム記憶媒体１２０に記録される。円錐ビームの形状は、平面波参照光がホログラム記憶媒体１２０の全ての位置に対して一定の角を有するように選択され、再生時にホログラム記憶媒体１２０が回転する間、ホログラムは固定角度を有している狭い平面波により局部的に読み取ることができる。また、角多重化（ａｎｇｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）は、異なる底角を有している円錐ミラー１１８を用いることにより実現できる。（“Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ＲＯＭ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ”, ２００２年、ＩＥＥＥ、Ｅｒｎｅｓｔ Ｃｈｕａｎｇ 他、参照）
上述の技術を用いることにより、１００ＧＢ程度の最大記録容量を有するディスクを生産するためにかかる時間は、１分未満に減少され、数秒に減少される可能性もある。

しかし、このような通常のホログラフィックＲＯＭシステムには、次のような重大な問題がある。

まず、従来のホログラフィックＲＯＭシステムは、角多重化（ａｎｇｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のために、相違する底角及び大きさを有する多様な円錐ミラーを必要とする。しかし、新しい底角及び大きさを有する円錐ミラーを製作することは、余り容易ではない。このような円錐ミラーが製作されたとしても、従来のホログラフィックＲＯＭシステムは、各円錐ミラーの新しい底角及び大きさに応じて異なる方法を用いて該当円錐ミラーを固定しなければならないという不便がある。また、１つの円錐ミラーを他の円錐ミラーに取り替えるためには、２つの円錐ミラーの底角及び大きさを考慮した特定の取り替え方法が必要になる。

また、参照光は円錐ミラー１１８により反射されるので、円錐ミラー１１８の円錐表面を均一にコーティングしなければならない。しかし、円錐ミラーの円錐表面を均一にコーティングすることは容易ではない。

特に、ホログラム記憶媒体１２０での反射された参照光と信号光との間の角度が直角に近いので、ホログラム記憶媒体１２０の回折格子が密に形成される。回折格子が密に形成されると、ホログラム記憶媒体１２０に吸収されるエネルギーの量が多くなり過ぎて、再生されたイメージが暗く、不鮮明になってしまう場合もある。従来のホログラフィックＲＯＭシステムは、過度に密な回折格子空間を有しており、再生されたイメージの読出信頼度が落ちてしまう。

従って、本発明は、屈折物質を用いることによって書き込み及び読み出しの効率を増加させるとともに、その屈折物質を角多重化（ａｎｇｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）のために容易に固定及び取り替えできるようにしたホログラフィックＲＯＭシステムの提供にその目的がある。

本発明の好適な実施例によると、ホログラム記憶媒体に干渉パターンのデータを記憶するためのホログラフィックシステムであって、レーザー光を放出する光源と、前記レーザー光を参照光及び信号光に分離するビームスプリッタと、前記信号光を変調して変調された信号光を生成する手段と、前記参照光を屈折させて屈折された参照光を生成する屈折性物質とを有し、前記屈折された参照光が前記ホログラム記憶媒体で前記変調された信号光と干渉して前記干渉パターンを生成することを特徴とするホログラフィックシステムが提供される。

本発明のホログラフィックＲＯＭシステムにおいては、屈折物質の屈折率を変化させて、ホログラムデータの書き込み及び読み出しの効率を高め、その固定及び取り替え方法を単純化して角多重化の実現が容易化される。

図２は、本発明の好適な一実施例によるホログラフィックＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）システムを示し、図３は図２に示すホログラフィックＲＯＭシステムの記録メカニズムを示す。本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、光源２００、第１及び第２半波長板（ＨＷＰ）２０２及び２１２、ビーム拡大器（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｕｎｉｔ）２０４、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０６、偏光器２０８及び２１４、ミラー２１０、２１６及び２１６'、ホログラム記憶媒体２２０、マスク２２２並びにプリズム２１８を含む。

本発明のホログラフィックＲＯＭシステムの構成は、円錐ミラー１１８の代わりにプリズム２１８を含むことを除いては、図１に示す従来のホログラフィックシステムの構成と概ね同じである。

光源２００から放出されたレーザー光は、ＨＷＰ２０２及びビーム拡大器２０４を介してＰＢＳ２０６に提供されて、ＰＢＳ２０６で信号光及び参照光に分離される。信号光は、偏光器２０８を通過し、ミラー２１０により反射された後、マスク２２２により変調されてホログラム記憶媒体２２０に提供される。参照光は、ＨＷＰ２１２、偏光器２１４を通過し、ミラー２１６及び２１６'により反射された後、環形プリズム２１８で屈折される。その後、屈折された参照光はホログラム記憶媒体２２０に円錐型に分散され、変調された信号光と干渉して干渉パターンを生成する。

参照光は、スネルの法則（ｓｎｅｌｌ'ｓ ｌａｗ）に従い、プリズム２１８を通過する際に二回屈折される。さらに詳しく説明すれば、参照光は、プリズム２１８に投影される際に一度屈折され、更に、プリズム２１８から出力される際に再度屈折される。

プリズム２１８は、図４に示すような環形の屈折物質、即ち、ＰｂＯ及びＳｉＯ_２で作られる光学ガラスである。

環形プリズム２１８は、内部通路を有する円錐台（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ）であり、内部通路は平らな面からなる入射面２１８ａ及び投影面２１８ｂで構成されている。図４に示すように、入射面２１８ａが対称軸Ｏｐａｓｘｉｓに対して所定の勾配だけ傾いて、ミラー２１６'に向いており、投影面２１８ｂは対称軸Ｏｐａｘｉｓに対して所定の勾配だけ傾いて、ホログラム記憶媒体２２０に向いている。参照光は、ミラー２１６'から入射面２１８ａに提供され、屈折された参照光は投影面２１８ｂからホログラム記憶媒体２２０に向けて出力される。

従って、屈折された参照光の光路は、環形プリズム２１８の投影面２１８ｂの勾配及び屈折率により異なる。

本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、角多重化のための多数の環形プリズムを含んでおり、各環形プリズムは投影面２１８ｂの勾配を除いては、環形プリズム２１８と同様である。従って、各環形プリズムは、１つのホルダー（図示せず）を用いて便利に固定することができ、且つ単一の取り替え方法で簡単に取り替えることができる。

一方、屈折された参照光の光路は、環形プリズム２１８の屈折率にも依存する。環形プリズム２１８の屈折率は、図５に示すように、ＰｂＯ含量により異なる。即ち、本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、環形プリズム２１８の屈折率を変化させることにより、投影面２１８ｂの勾配を変化させる必要なく、角多重化を達成することができる。また、各環形プリズムは、同一形状であるが、異なる屈折率を有するので、１つのホルダー（図示せず）を用いて各環形プリズムを固定し得るという利便性を有し、且つ単一の取り替え方法で１つの環形プリズムを他のものに簡単に取り替えることができる。

本発明によると、ホログラム記憶媒体２２０での屈折された参照光と変調された信号光との間の角度は、直角よりは平角に近く、高い解像度を有するイメージを復元することができる。即ち、本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、従来のホログラフィックＲＯＭシステムを上回る読出信頼度を有する。

一方、図２乃至図４には、環形プリズム２１８の横形状が台形に示されているが、正方形、矩形などでも良い。

環形プリズム２１８の屈折率ではなく、投影面２１８ｂの勾配を調整する場合は、ＰｂＯの代わりにＮａ_２ＯをＳｉＯ_２に添加して環形プリズム２１８を製作することもできる。

本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、屈折物質を用いてホログラムデータを記録するものであり、効率性及び信頼度を高めて、高い解像度を有するイメージを復元することができるようにする。また、従来の円錐ミラーを用いたホログラフィックＲＯＭシステムでは、角多重化のための円錐ミラーの固定及び取り替えに手間がかかったが、本発明のホログラフィックＲＯＭシステムは、屈折物質の屈折率を調整することにより、角多重化をなすことができるので、屈折物質の固定及び取り替えが容易である。

通常のホログラフィックＲＯＭシステムを示す図。 図１−ＡのホログラフィックＲＯＭシステムの記録メカニズムを示す図。 本発明の好適な実施例に係るホログラフィックＲＯＭシステムを示す図。 図２に示すホログラフィックＲＯＭシステムの記録メカニズムを示す図。 本発明の環形プリズムを示す透視図。 ＰｂＯ含量によって変化する屈折率を説明するためのグラフ。

符号の説明

１００、２００：光源
１０２、１１２、２０２、２１２：半波長板（ＨＷＰ）
１０４、２０４：ビーム拡大器
１０６、２０６：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０８、１１４、２０８、２１４：偏光器
１１０、１１６、１１６'、２１０、２１６、２１６'：ミラー
１１８：円錐ミラー
１２０、２２０：ホログラム記憶媒体
１２２、２２２：マスク
１２４：中央開口部
２１８：環形プリズム
２１８ａ：入射面
２１８ｂ：投影面

Claims (5)

1. ホログラム記憶媒体に干渉パターンのデータを記憶するためのホログラフィックシステムであって、
   レーザー光を放出する光源と、
   前記レーザー光を参照光及び信号光に分離するビームスプリッタと、
   前記信号光を変調して変調された信号光を生成する手段と、
   前記参照光を屈折させて屈折された参照光を生成する屈折性物質とを有し、
   前記屈折された参照光が前記変調された信号光と前記ホログラム記憶媒体で干渉して前記干渉パターンを生成することを特徴とするホログラフィックシステム。
2. 前記屈折性物質は、前記屈折された参照光を前記ホログラム記憶媒体に円錐形に分散させる環形プリズムであることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィックシステム。
3. 前記屈折された参照光の光路は、前記屈折性物質の屈折率により異なることを特徴とする請求項２に記載のホログラフィックシステム。
4. 前記屈折性物質は、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２で作られることを特徴とする請求項３に記載のホログラフィックシステム。
5. 前記屈折性物質の前記屈折率は、ＰｂＯ−ＳｉＯ_２中のＰｂＯ含量により異なることを特徴とする請求項４に記載のホログラフィックシステム。

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