JP2008015181A - 原版作製装置、原版複製装置、原版作製方法、および原版複製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】情報に対応するホログラムの数だけ干渉縞の記録を分けて行なう必要のない原版作製装置、原版複製装置、原版作製方法、および原版複製方法を提供する。
【解決手段】原版作製装置１００は、光ビームを出射するレーザ光源１と、当該光ビームを透過光と反射光とに分離する偏光ビームスプリッタ６と、当該透過光を光学的に変調して複製用参照光８および物体光９を生成する空間光変調器７と、複製用参照光８および物体光９を原版１１に入射させるとともに複製用参照光８および物体光９の原版１１に対する入射角度を調整する対物レンズ１０と、上記反射光を空間的に位相変調して原版作成用参照光１７を生成する位相制御素子１５と、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラー１６とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、原版作製装置、原版複製装置、原版作製方法、および原版複製方法に関し、より特定的には、ホログラフィックメモリの原版作製装置、原版複製装置、原版作製方法、および原版複製方法に関する。

近年、次世代の大容量メモリとして、ホログラフィックメモリが注目されている。ホログラフィックメモリでは、情報を重畳した物体光と参照光とを情報記録媒体の内部で干渉させ、３次元の干渉縞として情報を記録する。ホログラフィックメモリは、従来の光ディスクと比較して、大容量で高速読出しできる可能性があることから、多数の企業や研究機関で研究開発がなされている。特に、フォトポリマーを主に記録材料とする追記型ホログラフィックメモリは、大容量ストレージのデータバックアップ、医療データ、地中探査データなど、大容量が必要とされる用途に応用展開が期待されている。

ホログラフィックメモリの記録方式としては、１つの対物レンズで物体光と参照光とを記録媒体内に集光し、干渉縞を形成して情報を記録する球面波空間シフト多重方式（たとえば、特許文献１参照）がある。他の記録方式としては、物体光をレンズで記録媒体に集光し、物体光に対して参照光の入射角度を変化させることにより、記録媒体内に干渉縞を記録する角度多重方式（たとえば、非特許文献１参照）がある。これらの記録方式では、１つの記録領域に複数の情報を記録する多重記録とすることで記録密度を高めている。

ホログラフィックメモリは、民生用途では、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）−ＲＯＭ等の現行の光ディスクに代わる光記録媒体、特に、セキュリティを強化した、容易に複製できない大容量のＲＯＭ光メモリとして期待されている。

上記のホログラフィックメモリの複製については、マスターホログラムを用いる方法（たとえば、特許文献２参照）が提案されている。特許文献２の光情報記録再生方法では、まず、再生参照光を照射すると物体光および参照光を再生するように、マスターホログラムを形成しておく。次に、当該マスターホログラムに隣接して記録媒体を配置し、マスターホログラムに再生参照光を照射する。最後に、再生された物体光および参照光を記録媒体に照射することで、ホログラフィクメモリの複製を行なう。
特開平３−２２８０８３号公報 特許第３４５２１１３号 ケビン・カーティス（Kevin Curtis）、外２名，「高密度ホログラム記録（High Density Holographic Storage）」、光メモリ２００４国際シンポジウム（International Symposium on Optical Memory 2004（ＩＳＯＭ０４），テクニカルダイジェスト，ｐ３４

上述した追記型ホログラフィックメモリのように記録密度を高めるために多重化されたホログラフィックメモリは、ＲＯＭとして複製するのには非常に効率が悪いという課題がある。この理由は、以下のとおりである。

多重化されたホログラフィックメモリには、１つの記録領域に複数の組合せの物体光と参照光とによる干渉縞が形成されている。これらの干渉縞を一度に形成しようとすると、物体光と参照光とからなる干渉縞または参照光同士からなる干渉縞のように、ホログラフィックメモリに対応しない不要な干渉縞まで形成される。この結果、ホログラフィックメモリの再生時に不要な信号まで再生されることになる。

上記により、従来の多重化されたホログラフィックメモリでは、前述のマスターホログラムを用いても、１つの記録領域に複数の組合せの物体光と参照光とからなる干渉縞を一度に形成することはできない。このため、従来の多重化されたホログラフィックメモリでは、追記型ホログラフィックメモリと同じように、情報に対応するホログラムの数だけ干渉縞の記録を分けて行なわなければならなかった。

それゆえに、この発明の目的は、情報に対応するホログラムの数だけ干渉縞の記録を分けて行なう必要のない原版作製装置、原版複製装置、原版作製方法、および原版複製方法を提供することである。

この発明は、ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームを透過光と反射光とに分離する光学分離素子と、透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する空間光変調器と、反射光から生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラーとを備える。

好ましくは、空間光変調器と原版との間に配置され、複製用参照光および物体光を原版に入射させるとともに、複製用参照光および物体光の原版に対する入射角度を調整する集光光学系をさらに備える。

好ましくは、光学分離素子と可動ミラーとの間に配置され、反射光を空間的に位相変調して原版作成用参照光を生成する位相制御素子をさらに備える。

この発明の他の局面によれば、ホログラフィックメモリの原版を原版の近傍に配置された記録媒体に複製する原版複製装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームから生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラーとを備える。

好ましくは、記録媒体を原版に対して面内方向にシフトさせるとともに、原版と記録媒体との距離を調整するサーボ機構をさらに備える。

好ましくは、原版は、ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームを透過光と反射光とに分離する光学分離素子と、透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する空間光変調器と、反射光から生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラーとを備える原版作製装置によって作製された原版である。

この発明のさらに他の局面によれば、ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製方法であって、光ビームを出射する工程と、光ビームを透過光と反射光とに分離する工程と、透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する工程と、反射光から生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる工程とを備える。

好ましくは、複製用参照光および物体光を原版に入射させるとともに、複製用参照光および物体光の原版に対する入射角度を調整する工程をさらに備える。

好ましくは、反射光を空間的に位相変調して原版作成用参照光を生成する工程をさらに備える。

この発明のさらに他の局面によれば、ホログラフィックメモリの原版を原版の近傍に配置された記録媒体に複製する原版複製方法であって、光ビームを出射する工程と、光ビームから生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる工程とを備える。

好ましくは、記録媒体を原版に対して面内方向にシフトさせるとともに、原版と記録媒体との距離を調整する工程をさらに備える。

好ましくは、原版は、ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製方法であって、光ビームを出射する工程と、光ビームを透過光と反射光とに分離する工程と、透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する工程と、反射光から生成される原版作製用参照光の原版に対する入射角度を多重的に変化させる工程とを備える原版作製方法によって作製された原版である。

この発明によれば、情報に対応するホログラムの数だけ干渉縞の記録を分けて行なう必要がなくなる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１におけるホログラフィックメモリの原版作製装置１００の構成を示した断面図である。実施の形態１では、原版作製装置１００を用いたホログラフィックメモリの原版作製について説明する。

図１を参照して、実施の形態１の原版作製装置１００は、レーザ光源１と、半波長板５，１４と、偏光ビームスプリッタ６と、空間光変調器７と、対物レンズ１０と、位相制御素子１５と、可動ミラー１６と、拡大光学系２３と、縮小光学系２４とを備える。原版作製装置１００は、ホログラフィックメモリの原版１１を作製するのに用いられる。

レーザ光源１は、単一波長で発振する。レーザ光源１の波長は、原版１１を形成する材料の光吸収特性に応じて、たとえば５３２ｎｍ、４０５ｎｍのように選択される。原版１１には、たとえば基板上に塗布された感光性材料が用いられる。この感光性材料は、光の強度に応じて屈性率分布が形成されるように構成されている。

拡大光学系（ビームエキスパンダ）２３は、レンズ２，４と、ピンホール３とを含み、レーザ光源１からの光ビームを拡大する。半波長板５は、拡大光学系２３で拡大された光ビームの偏光を調整する。偏光ビームスプリッタ（光学分離素子）６は、半波長板５によって偏光調整された光ビームを偏光に応じて透過光と反射光とに分離する。空間光変調器７は、偏光ビームスプリッタ６を透過した光ビームを光学的に変調して複製用参照光８および物体光９を生成する。対物レンズ（集光光学系）１０は、複製用参照光８および物体光９を原版１１に集光する。対物レンズ１０の位置を調整することによって、複製用参照光８および物体光９の原版１１に対する入射角度を調整することができる。

縮小光学系２４は、レンズ１２，１４を含み、偏光ビームスプリッタ６で反射された光ビームを縮小する。半波長板１４は、縮小光学系２４で縮小された光ビームの偏光を複製用参照光８および物体光９と揃える。位相制御素子１５は、半波長板１４によって偏光調整された光ビームの位相を制御してホログラフィックメモリの原版１１の記録密度を高める。可動ミラー１６は、位相制御素子１５によって位相調整された原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度を制御する。

次に、ホログラフィックメモリの原版作製装置１００の動作について説明する。
レーザ光源１から出射された光ビームは、拡大光学系２３で拡大され、半波長板５を透過して偏光方向が変えられる。偏光ビームスプリッタ６は、半波長板５によって偏光方向が変えられた光ビームを透過光と反射光とに分離する。これらの透過光および反射光は、半波長板５の結晶方位および偏光ビームスプリッタ６の偏光分離割合によって、強度比が決定される。

偏光ビームスプリッタ６を透過した光ビームは、空間光変調器７で光学的に変調され、複製用参照光８および記録信号が重畳された物体光９が生成される。これらの複製用参照光８および物体光９は、対物レンズ１０によりホログラフィックメモリの原版１１に導かれる。このとき、ホログラフィックメモリの原版１１内では、複製用参照光８と物体光９とは空間的に分離されている。

偏光ビームスプリッタ６で反射された光ビームは、縮小光学系２４で縮小され、半波長板１４において複製用参照光８および物体光９と偏光方向が揃えられる。半波長板１４において偏光方向が揃えられた光ビームは、位相制御素子１５で空間的に位相変調される。位相制御素子１５で空間的に位相変調された光ビームは、可動ミラー１６で反射された後、原版作製用参照光１７として原版１１へ導かれる。原版１１では、この原版作製用参照光１７と複製用参照光８および物体光９とが干渉することにより、原版作製用参照光１７の強度分布に対応した原版ホログラムが形成される。

実施の形態１の原版作製装置１００は、異なる情報が重畳された物体光９を記録する場合には、原版１１に対して原版作製用参照光１７の入射角を変化させることで多重記録を行なうことができる。

図２は、ある情報が与えられた物体光９を原版１１に記録する場合の光ビームの入射を示した断面図である。図２では、複製用参照光８、物体光９および原版作製用参照光１７が原版１１に対して照射されている。このとき、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度はθｎとなっている。

図３は、他の情報が与えられた物体光９を原版１１に記録する場合の光ビームの入射を示した断面図である。図３に示すように、物体光９に与えられる情報が図２と異なる場合には、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度はθｎ＋１となる。

図２，３では、物体光９にのみ異なる情報が重畳された場合の記録を考えているが、複製用参照光８にも同時に振幅変調または位相変調を与えてもよい。また、実施の形態１では、原版１１の１箇所に多重記録を行なう場合を考えているが、ホログラフィックメモリ複製時の光照射時間短縮のために、原版１１上に記録される干渉縞はアレイ状に配列されていてもよい。その場合は、原版１１上において、アレイ状に配列された複製用参照光８および物体光９が照射される領域に対して原版作製用参照光１７が照射される。

また、原版作製用参照光１７と複製用参照光８および物体光９とが干渉してできる各干渉縞は、クロストークの発生を防止するため、原版１１上で重ならないように形成されている。また、原版作製用参照光１７に対して位相変調を行なうことにより、同じ多重記録数であれば、振幅変調の場合と比べて原版作製用参照光１７の走査する入射角度を小さくすることができる。これにより、原版作製用参照光１７の入射角度を変化させる機構の形状設計が容易となる。

以上のように、実施の形態１の原版作製装置１００は、異なる情報が重畳された物体光９を記録する際に原版１１に対して原版作製用参照光１７の入射角を変化させることで多重記録を行なう。これにより、多重記録に対応したホログラフィックメモリの原版作製を容易に行なうことができる。

また、実施の形態１の原版作製装置１００では、原版作製用参照光１７の光路中に位相制御素子１５が配置されているので、角度多重記録を行なう場合に、多重ピッチを細かくすることができる。これにより、より多くの情報を原版１１に記録することができる。

［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２におけるホログラフィックメモリの原版複製装置２００の構成を示した断面図である。実施の形態２では、原版作製装置１００により作製された原版１１を用いたホログラフィックメモリの複製について説明する。

実施の形態２の原版複製装置２００は、実施の形態１の原版作製装置１００と同じの構成を有するので、ここでは説明を繰り返さない。実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、単独のホログラムを示して説明を行なうが、実際にはアレイ状に配列されたホログラムについて複製が行なわれる。図４に示すように、原版１１を用いたホログラフィックメモリの複製を行なう場合には、原版１１の近傍に記録媒体１８を配置し、原版作製用参照光１７を原版１１に照射する。

原版１１を作製する工程で予め考慮しておけば、複製される記録媒体１８と原版１１とは密着して配置することも可能である。しかし、複製での密着露光による原版１１の汚染、消耗などを考えると、両者はある一定の間隔を保つことが望ましい。

図５は、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度がθｎのときに記録しておいた情報を記録媒体１８に複製する態様を示した断面図である。図５では、入射角度θｎで情報記録された原版１１に対して原版作製用参照光１７が照射されている。このとき、原版１１に照射する原版作製用参照光１７の入射角度をθｎとすることで、原版１１に記録された複製用参照光８と物体光９との干渉溝により、記録媒体１８上にホログラムが形成される。

図６は、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度がθｎ＋１のときに記録しておいた情報を記録媒体１８に複製する態様を示した断面図である。図６では、入射角度θｎ＋１で情報記録された原版１１に対して原版作製用参照光１７が照射されている。このとき、原版１１に照射する原版作製用参照光１７の入射角度をθｎ＋１とすることで、原版１１に記録された複製用参照光８と物体光９との干渉溝により、記録媒体１８上にホログラムが形成される。

図５，６を参照して、複製される記録媒体１８は、前述した理由から、原版１１に対して所定の間隔を空けて配置される。原版複製装置２００は、原版１を作製する際の製造ばらつき等を考慮して、原版１から再生される複製用参照光８および物体光９に応じて、原版１１と複製される記録媒体１８との距離を調整するためのサーボ機構などを有することが望ましい。

原版複製装置２００は、複製を行なう際に、記録媒体１８の同一箇所への多重記録が可能である。図４〜６に示すように、原版複製装置２００は、複製される記録媒体１８を原版１１に対して面内方向（Ｘ方向）にシフトさせることで、角度多重された原版１１の情報を複製することも可能である。この面内方向へのシフトは、たとえば上記のサーボ機構により行なうことができる。これにより、空間シフト多重方式を用いた記録装置で必要となる露光回数を大幅に低減することが可能となる。

以上のように、実施の形態２の原版複製装置２００は、原版１１の近傍に記録媒体１８を配置し、原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度に応じて原版作製用参照光１７を原版１１に照射する。これにより、多重記録に対応したホログラフィックメモリの複製を容易に行なうことができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１におけるホログラフィックメモリの原版作製装置１００の構成を示した断面図である。 ある情報が与えられた物体光９を原版１１に記録する場合の光ビームの入射を示した断面図である。 他の情報が与えられた物体光９を原版１１に記録する場合の光ビームの入射を示した断面図である。 この発明の実施の形態２におけるホログラフィックメモリの原版複製装置２００の構成を示した断面図である。 原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度がθｎのときに記録しておいた情報を記録媒体１８に複製する態様を示した断面図である。 原版作製用参照光１７の原版１１に対する入射角度がθｎ＋１のときに記録しておいた情報を記録媒体１８に複製する態様を示した断面図である。

符号の説明

１ レーザ光源、２，４，１２，１３ レンズ、３ ピンホール、５，１４ 半波長板、６ 偏光ビームスプリッタ、７ 空間光変調器、１０ 対物レンズ、１１ 原版、１５ 位相制御素子、１６ 可動ミラー、１８ 記録媒体、２３ 拡大光学系、２４ 縮小光学系、１００ 原版作製装置、２００ 原版複製装置。

Claims (12)

1. ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製装置であって、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを透過光と反射光とに分離する光学分離素子と、
   前記透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する空間光変調器と、
   前記反射光から生成される原版作製用参照光の前記原版に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラーとを備える、原版作製装置。
2. 前記空間光変調器と前記原版との間に配置され、前記複製用参照光および前記物体光を前記原版に入射させるとともに、前記複製用参照光および前記物体光の前記原版に対する入射角度を調整する集光光学系をさらに備える、請求項１に記載の原版作製装置。
3. 前記光学分離素子と前記可動ミラーとの間に配置され、前記反射光を空間的に位相変調して前記原版作成用参照光を生成する位相制御素子をさらに備える、請求項１に記載の原版作製装置。
4. ホログラフィックメモリの原版を前記原版の近傍に配置された記録媒体に複製する原版複製装置であって、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームから生成される原版作製用参照光の前記原版に対する入射角度を多重的に変化させる可動ミラーとを備える、原版複製装置。
5. 前記記録媒体を前記原版に対して面内方向にシフトさせるとともに、前記原版と前記記録媒体との距離を調整するサーボ機構をさらに備える、請求項４に記載の原版複製装置。
6. 前記原版は、請求項１〜３のいずれかに記載の前記原版作製装置によって作製された原版である、請求項４に記載の原版複製装置。
7. ホログラフィックメモリの原版を作製する原版作製方法であって、
   光ビームを出射する工程と、
   前記光ビームを透過光と反射光とに分離する工程と、
   前記透過光を光学的に変調して複製用参照光および物体光を生成する工程と、
   前記反射光から生成される原版作製用参照光の前記原版に対する入射角度を多重的に変化させる工程とを備える、原版作製方法。
8. 前記複製用参照光および前記物体光を前記原版に入射させるとともに、前記複製用参照光および前記物体光の前記原版に対する入射角度を調整する工程をさらに備える、請求項７に記載の原版作製方法。
9. 前記反射光を空間的に位相変調して前記原版作成用参照光を生成する工程をさらに備える、請求項７に記載の原版作製方法。
10. ホログラフィックメモリの原版を前記原版の近傍に配置された記録媒体に複製する原版複製方法であって、
    光ビームを出射する工程と、
    前記光ビームから生成される原版作製用参照光の前記原版に対する入射角度を多重的に変化させる工程とを備える、原版複製方法。
11. 前記記録媒体を前記原版に対して面内方向にシフトさせるとともに、前記原版と前記記録媒体との距離を調整する工程をさらに備える、請求項１０に記載の原版複製方法。
12. 前記原版は、請求項７〜９のいずれかに記載の前記原版作製方法によって作製された原版である、請求項１０に記載の原版複製方法。

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