JP3566032B2

JP3566032B2 - ホログラムメモリ装置

Info

Publication number: JP3566032B2
Application number: JP17072397A
Authority: JP
Inventors: 賀章浩古; 村啓志; 沢秀之西; 尾明子平; 森康一鈴; 村雅之関; 藤浩一近
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1116373A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラフィの原理を用いたホログラムメモリ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に従来のホログラムメモリ装置の一例を示す。図１０に示すホログラムメモリ装置での情報記録は以下のようにして行われる。すなわち、まず、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光が、ビームスプリッタ１０２で物体光と参照光に分離される。
【０００３】
このうち物体光は、ページコンポーザとして機能する液晶パネル１０３を通過する。物体光は、液晶パネル１０３を通過する際に、面としての情報を付加され、ニオブ酸リチウム結晶からなるホログラム記録媒体１０４に入射するようになっている。なお、液晶パネル１０３により付加される情報のイメージは１０３ａで示すようなものであり、イメージ１０３ａにおいて、例えば白い部位が１を表すデジタルデータ、黒い部位が０を表すデジタルデータとなる。
【０００４】
一方、参照光は、機械式のスキャナ１０５により偏向され、ビームスプリッタ１０６を透過し、格子状ミラー１０７に入射する。参照光は格子状ミラー１０７のいずれかの部分により反射され、ビームスプリッタ１０６、およびレンズ１０８を経てホログラム記録媒体１０４に入射する。
【０００５】
物体光および参照光はホログラム記録媒体１０４内で干渉し、その干渉情報がホログラム記録媒体内に記録されるようになっている。本装置において、参照光のホログラム記録媒体１０５への入射角度は、スキャナ１０５によるビーム偏向角により決定されるようになっている。
【０００６】
情報の読み出しを行う際には、情報が記録された場合と同じ角度で参照光をホログラム記録媒体１０４に照射することにより物体光が再生され、この再生された物体光はＣＣＤ１０９に導かれる。そしてＣＣＤ１０９は物体光を電気信号に光電変換し、この信号がデジタルデータに変換されるようになっている。
【０００７】
図１１にホログラムメモリ装置の他の従来例を示す。図１１に示すホログラムメモリ装置での情報記録は以下のようにして行われる。ビームスプリッタ１１１により分離された参照光は、参照光の垂直方向および水平方向への偏向をそれぞれ行うＡＯＤ（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：音響光学素子）１１５、１１６を経て前記ＡＯＤ１１５、１１６の状態に依存して変化する入射角度でホログラム記録媒体１１４に入射する。
【０００８】
物体光は、ＡＯＤ１１５、１１６を通過する参照光との周波数の整合性を取るための周波数補正用ＡＯＤ１１２を経て、空間光変調器の役割を果たす液晶パネル１１３に入射し、液晶パネル１１３により情報を付加されてホログラム記録媒体１１４に入射する。物体光は、ホログラム記録媒体１１４内において参照光と干渉しホログラム記録媒体１１４に情報が記録される。
【０００９】
なお、情報を読み出す場合には、ＡＯＤ１１５、１１６を調節し、読み出そうとする情報が記録された時と同じ角度で、参照光をホログラム記録媒体１１４に入射させることにより、物体光が再生され、再生された物体光はＣＣＤ１１７により光電変換される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のホログラムメモリ装置には、以下のような問題点がある。
【００１１】
まず、第１の従来例においては、空間光変調器として液晶パネルを使用しているため、物体光が液晶パネルを通過する際にレーザー光の散乱が生じる（反射型の液晶パネルを使用した場合も同様である）。
【００１２】
また、第２の従来例においては、物体光に情報を付加する手段として液晶パネルを使用し、また、参照光を偏向する手段として、ＡＯＤを使用しているため、物体光および参照光の両方に散乱が生じる。このため、第１の従来例と同様に回折効率の低下が生じることになる。
【００１３】
このように物体光の散乱が生じて、ホログラム材料内における物体光の回折効率が低下すると、ホログラム材料への多重記録の際の多重度が制限されることになる。すなわち、空間光変調器として液晶パネル等を使用すると、ホログラム材料が本来有する多重記録特性が十分に生かされないことになる。
【００１４】
また、上記第１および第２の従来例においては、ホログラム記録媒体に対する物体光および参照光の双方の入射位置を変更する有効な手段が設けられていない。このため、ホログラムメモリ装置の記憶容量は、ホログラム材料の多重記録特性にのみ依存することになり、ホログラムメモリ装置が本来有する膨大な記録容量を十分に生かすことはできない。
【００１５】
本発明は、上記実状に鑑みなされたものであり、ホログラム材料が本来有する多重記録特性を十分に生かし、大容量記録を行うことができるホログラムメモリ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】
かかる目的を達成するため、本発明は、ホログラム記録媒体への情報の記録を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、物体光および参照光を生成する手段と、前記物体光に情報を付加する空間光変調手段と、情報が付加された前記物体光をホログラム記録媒体内で合焦させる第１のフーリエ変換レンズと、その反射面と前記第１のフーリエ変換レンズの光軸とがなす角度を維持した状態でホログラム記録媒体の径方向に移動可能に設けられ、前記物体光を前記第１のフーリエ変換レンズの光軸方向に対して直交する方向に反射する第１の可動ミラーと、ホログラム記録媒体を前記第１のフーリエ変換レンズの光軸に対して４５度傾斜した状態で回転可能に保持する手段と、前記参照光の光路上に順次設けられ、互いに平行な軸を中心として回動可能な第１および第２の反射鏡と、を備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、ホログラム記録媒体からの情報の再生を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、参照光を生成する手段と、前記参照光の光路上に順次設けられ、互いに平行な軸を中心として回動可能な第１および第２の反射鏡と、前記参照光をホログラム記録媒体に照射することにより再生された物体光の光路上に配置され、前記物体光を平行光とするフーリエ変換レンズと、ホログラム記録媒体から出射した前記物体光を、該物体光が前記フーリエ変換レンズの光軸方向に向かうように直角に反射するとともに、その反射面と前記フーリエ変換レンズの光軸とがなす角度を維持した状態でホログラム記録媒体の径方向に移動可能に設けられた可動ミラーと、ホログラム記録媒体を前記フーリエ変換レンズの光軸に対して４５度傾斜した状態で回転可能に保持する手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１８】
また、本発明は、ホログラム記録媒体への情報の記録を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、物体光および参照光を生成する手段と、前記物体光の光路上に順次設けられ、各々が前記物体光の光路に直交する第１の方向を向いた軸を中心として同時に回動可能な第１の物体光用反射鏡および第２の物体光用反射鏡と、前記第２の物体光用反射鏡により反射された物体光が入射するように設けられ、各々が前記物体光の光路に直交する第２の方向を向いた軸を有する複数のミラーを平面上に配置してなるミラーアレーデバイスと、前記第１および第２の物体光用反射鏡並びに前記ミラーアレーデバイスを経由した物体光をホログラム記録媒体内で合焦させるフーリエ変換レンズと、を備え、前記ミラーアレーデバイスの各ミラーは、当該ミラーに入射した物体光がホログラム記録媒体に入射しないように物体光を反射する第１の回動状態と、当該ミラーに入射した物体光がホログラム記録媒体に入射するように物体光を反射する第２の回動状態と、をとることができ、かつ前記第２の回動状態にある場合、その回動角度を連続的に変化させることができるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
第１の実施の形態
まず、第１の実施の形態について説明する。図１乃至図８は本発明の第１の実施の形態を示す図である。なお、以下の説明の理解を容易にするため、図１右下に示すように、ＸＹＺ座標系を設定し、必要に応じてこの座標系に基づいて説明を行う。なお、図１においてＺ軸は紙面法線方向に延び、Ｚ軸の正方向は紙面手前向きである。また、各図に付記された座標軸は図１の座標軸と対応するものである。
【００２３】
図１に示すように、ホログラムメモリ装置には、干渉性の良い光、例えばレーザ光を発生する光源装置１と、光源装置１から出射されたレーザ光を物体光と参照光とに分離するビームスプリッタ２とが設けられている。
【００２４】
ホログラムメモリ装置の物体光の光路上には、物体光を拡大し所定の断面積を有する平行光に整えるビームエキスパンダ３、第１の光路偏向器１０Ａ、物体光に情報を付加する空間光変調器としてアナログマイクロミラーアレーデバイス２０（以下ＡＭＤ２０という）、フーリエ変換レンズ４ａ、ニオブ酸リチウム等のホログラム材料からなるホログラム記録媒体５、フーリエ変換レンズ４ａと同一のフーリエ変換レンズ４ｂおよび光電変換素子としてＣＣＤ７が順次設けられている。
【００２５】
一方、ホログラムメモリ装置の参照光の光路上には、第２の光路偏向器１０Ｂが設けられている。
【００２６】
前述したＡＭＤ２０、フーリエ変換レンズ４ａ、ホログラム記録媒体５、フーリエ変換レンズ４ｂおよびＣＣＤ７は、フーリエ変換レンズ４ａ，４ｂの焦点距離と同一の距離をおいて等間隔に一直線上に並ぶように配置されている。
【００２７】
次に、上述した各構成要素のうち光路偏向器１０Ｂの構成について図２を用いて詳述する。
【００２８】
光路偏向器１０Ｂは、参照光の光路上に順次配置された回動ミラー（参照光用反射鏡）１３、１１および１２を有している。
【００２９】
このうち回動ミラー１１、１２は、各々の反射面が互いに対向するように設けられ、Ｚ軸方向を向いたそれぞれの回動軸線１１ａ，１２ａを中心として図示しないサーボモータ等の駆動手段により回動自在となっている。
【００３０】
また、回動ミラー１３は、回動ミラー１１、１２の回動軸線１１ａ，１２ａと直交する方向を向いた回動軸線１３ａを中心として図示しないサーボモータ等の駆動手段により回動自在となっている。
【００３１】
回動ミラー１１の図２紙面法線方向（Ｚ軸方向）の幅は、回動ミラー１３のＺ軸方向の幅より大きくなっている。また、回動ミラー１２の反射面の幅ｗ２は、回動ミラー１１の反射面の幅ｗ１より大きくなっている。
【００３２】
なお、回動ミラー１２の反射面の幅ｗ２は、所定の回動範囲内で回動ミラー１１が回動した場合、回動ミラー１１の回動角度に関係なく回動ミラー１１からの反射光を常に受光できる程度の幅であることが好ましい。また、回動ミラー１１および回動ミラー１３のＺ軸方向の幅の関係も回動ミラー１１、１２の幅の関係と同様の考えで設定すればよい。
【００３３】
このような構成を有する光路偏向器１０Ｂは、一対の回動ミラー１１、１２の少なくともいずれか一方を回動させることにより、ホログラム記録媒体５への参照光のＹ軸方向の入射位置および入射角度を変更することが可能となっている。
【００３４】
特に、この光路偏向器１０Ｂは、以下に詳述するように回動ミラー１１、１２を同時に回動させることにより、ホログラム記録媒体５への参照光の入射位置を変更することなく入射角度のみを変更することができるようになっている。
【００３５】
すなわち、図２に示すように、回動ミラー１１、１２が図２実線位置にある場合、回動ミラー１１により反射された参照光は、回動ミラー１２の反射面上の点Ｐ１を通りホログラム記録媒体５の点Ｑに入射する。
【００３６】
この実線位置を基準として、回動ミラー１１が二点鎖線位置となるように所定角度回動させ、これと並行して回動ミラー１２が二点鎖線位置となるように所定角度時計方向に回動させる。これにより、回動ミラー１１により反射された参照光は、回動ミラー１２の反射面上の点Ｐ２を通り、回動ミラー１１、１２が実線位置にある場合と同様にホログラム記録媒体５内の点Ｑに入射する。
【００３７】
以上の説明より理解できるように、光路偏向器１０Ｂは、ホログラム記録媒体５への入射位置を変更することなく、ホログラム記録媒体５への入射角のみを変更することができる。なお、上記機能を実現するために回動ミラー１１および回動ミラー１２のそれぞれに要求される回転角の関係は幾何的演算により容易に算出することが可能である。
【００３８】
また、物体光の光路上に設けられている光路偏向器１０Ａの構成は、光路偏向器１０Ｂから回動ミラー１３を除いたものに相当し、光路偏向器１０Ｂの構成を説明する図２を鏡像反転し、図２におけるホログラム記録媒体５をＡＭＤ２０に置き換えることによりその作用を理解することができる。すなわち、光路偏向器１０Ａは、ＡＭＤ２０への物体光の入射角度のみを変更するように作用するものである。
【００３９】
次にＡＭＤ２０の構成について詳述する。ＡＭＤ２０は、図３に概略的に示すように、非導電性物質からなる基板２１と、この基板２１上にアレー状（または碁盤目状若しくはマトリックス状）に複数配列された回動自在のマイクロミラー２２を有している。各マイクロミラー２２は、導電性物質からなる板状の部材上に反射性の金属皮膜を蒸着する等の手法により形成されている。
【００４０】
なお、図３においては図面の簡略化のため、ＡＭＤ２０に具備されたマイクロミラー２２の数は３行３列の合計９枚となっているが、この枚数に限定されるものではない。
【００４１】
次に、各マイクロミラー２２を回動自在とする駆動機構の構成について説明する。
【００４２】
図４に示すように、各マイクロミラー２２は、基板２１上に設けられＹ軸方向を向いた支点部材２５により支持されており、このマイクロミラー２２には、一対のＬ字型の梁２３が連結されている。
【００４３】
梁２３は適当な可撓性を有しており、また各梁２３のマイクロミラー２２と反対側の端部は、基板２１上に設けられた梁用基材２４により支持されている。マイクロミラー２２は、マイクロミラー２２と一体に形成された梁用基材２４および梁２３を介して電源装置２７に接続されている。
【００４４】
また、マイクロミラーの第１部分２２ａの下方には、電極２６が基板２１上に形成されており、電極２６も電源装置２７に接続されている。
【００４５】
このように構成された駆動機構を具備するマイクロミラー２２は、電源装置２７により、マイクロミラー２２および電極２６に適宜電圧を印加してマイクロミラー２２の第１部分２２ａと電極２６との間に吸引力または反発力を作用させることにより支点部材２５との接線を回動中心として回動することができるようになっている。
【００４６】
すなわちマイクロミラー２２は、マイクロミラー２２および電極２６の電位がともに０の場合、梁２３の弾性により、図に示すように水平状態を保持している。
【００４７】
電源装置２７によりマイクロミラー２２および電極２６にそれぞれ異なる極性の電圧を印加することにより、マイクロミラー２２の第１部分２２ａと電極２６との間には吸引力が働く。この吸引力によりマイクロミラー２２は支点部材２５との接線を回動中心として回動する。
【００４８】
この場合、マイクロミラー２２の変位に伴い、梁２３のＺ軸方向を向いた長手方向部分２３ａは下方に向けて撓む。そして、前記長手方向部分２３ａがその弾性により初期状態（図４に示す状態）に復元しようとする力と前記吸引力とが釣り合う位置でマイクロミラー２２は停止する。このようにしてマイクロミラー２２は傾斜状態を採るようになる。
【００４９】
なお、以上の説明から理解されるように、マイクロミラー２２の傾斜角度は、マイクロミラー２２と電極２６との間に働く静電吸引力と、梁２３のバネ力とのバランスにより決定されるため、マイクロミラー２２と電極２６との間の電位差を連続的に変化させることにより、マイクロミラー２２の傾斜角度を連続的（アナログ的）に任意の角度に変化させることができる。
【００５０】
また、マイクロミラー２２を逆方向に回動させたい場合には、マイクロミラー２２および電極２６に印加する電圧の極性を同一にすればよい。このようにすれば、電圧の大きさに比例する反発力が両者の間に働くようになり、マイクロミラー２２を上記と逆方向に任意角度で傾斜させることができる。
【００５１】
なお、マイクロミラー２２の駆動機構の構成は図４に示す構成に限定されるものではなく、図５に示すようなものとしても良い。この場合、マイクロミラー２２は、マイクロミラー２２を挟んで設けられた一対の梁用基材２４からマイクロミラー２２に向かってＹ軸方向に延びる一対の梁２３により支持され、梁２３のねじりに対するバネ性と静電吸引（または反発）力とのバランスにより、マイクロミラー２２の傾斜角が決定される。
【００５２】
次に、上記構成を有する本実施形態によるホログラムメモリ装置の作用について説明する。
【００５３】
まず、ホログラム記録媒体５に情報を書き込む場合の作用について説明する。
【００５４】
図１に示すように、光源装置１からレーザ光を出射すると、このレーザ光はビームスプリッタ２により物体光と参照光に分離される。
【００５５】
物体光はビームエキスパンダ３を経て、所定の幅を有する光として第１の光路偏向器１０Ａの回動ミラー（参照光用反射鏡）１１、１２に順次入射する。第１の光路偏向器１０Ａの回動ミラー１１、１２の角度は予め調節されており、これによりＡＭＤ２０への物体光の入射角度が決定されるようになっている。
【００５６】
光路偏向器１０Ａを出た物体光はＡＭＤ２０へ入射する。なお、光路偏向器１０ＡからＡＭＤ２０へ向かう物体光をＹＺ平面に平行な平面Ｋ２に投影すると図３に示すように均等な明るさの投影像が得られる。
【００５７】
ここでＡＭＤ２０を構成する各マイクロミラー２２のうち反射面に符号Ａが付されたマイクロミラー２２は、その反射面がＹＺ平面に対して平行となっており、また、反射面に符号Ｂが付されたマイクロミラー２２は、その反射面がＹＺ平面に対して平行となっている状態からＹ軸と平行な軸を中心として所定角度回転した状態にある（図３参照）。
【００５８】
このため、ＡＭＤ２０に入射した物体光のうち符号Ｂを付したマイクロミラー２２に入射した物体光は、フーリエ変換レンズ４ａに入射しない方向にそらされ、符号Ａを付したマイクロミラー２２に入射した物体光のみが、フーリエ変換レンズ４ａに向かうようになる。
【００５９】
従って、フーリエ変換レンズ４ａに向かう物体光をＹＺ平面に平行な平面Ｋ１に投影すると図３に示すような投影像が得られる。すなわち、符号Ａを付したマイクロミラー２２からの反射光が入射する部位のみ明るくなり、他の部位は暗くなる。
【００６０】
以上の説明より理解できるように、物体光をＡＭＤ２０の各マイクロミラー２２により反射させ互いに異なる方向に導くことにより、物体光に情報を付加することができる。すなわち、例えば、明るい状態によりデジタルデータの１を表現させ、暗い状態によりデジタルデータの０を表現させるようにすることにより、物体光にデジタルデータ（２値情報）を付加することができる。
【００６１】
ＡＭＤ２０により情報を付加された物体光は、フーリエ変換レンズ４ａによりその光路の中心がＹ軸と平行な光となり、ホログラム記録媒体５内で合焦する。
【００６２】
なお、ホログラム記録媒体５はＹＺ平面と平行な板状の部材であるが、物体光のホログラム記録媒体５への入射位置のうちＹ軸方向の入射位置を調節する場合には、光路偏向器１０Ａの回動ミラー１１、１２の角度を調節し、物体光のＡＭＤ２０への入射角度を変更することにより行うことが可能である。
【００６３】
また、物体光のホログラム記録媒体５への入射位置のうちＺ軸方向の入射位置を調節する場合には、ＡＭＤ２０の各マイクロミラー２２の回動角度を変更することにより行うことが可能である。例えば、図３において反射面に符号Ａが付されたマイクロミラー２２を適当な角度だけ回動させることにより、ホログラム記録媒体５への物体光の入射位置をＺ軸方向へ移動させることが可能である。
【００６４】
以上、光源装置１からホログラム記録媒体５へ至るまでの物体光の処理について説明したが、参照光は以下のように処理される。
【００６５】
ビームスプリッタ２を出た参照光は、予め所定角度に調節された光路偏向器１０Ｂの回動ミラー１３、１１、１２に順次反射され、これにより、ホログラム記録媒体５の物体光が入射する位置と同じ位置に入射する。
【００６６】
物体光と参照光はホログラム記録媒体５内で干渉し、ホログラム記録媒体５に干渉情報が記録される。
【００６７】
なお、ホログラム記録媒体５の異なる位置に情報を書き込みたい場合には、光路偏向器１０Ａ，１０ＢおよびＡＭＤ２０を適当に調整することにより、ホログラム記録媒体５への物体光および参照光の入射位置を変更すればよい。
【００６８】
また、ホログラム記録媒体５の同一位置に異なる情報を書き込みたい場合には、光路偏向器１０Ｂの回動ミラー１１、１２のみを調整し、ホログラム記録媒体５に対する参照光の入射位置を変更することなく入射角度のみを変更すればよい。このようにすることにより、ホログラム記録媒体５の多重記録特性を利用してホログラム記録媒体５の同一部位に互いに異なる複数ページの情報を書き込むことができる。
【００６９】
次に、ホログラム記録媒体５から情報を読み出す場合の作用について説明する。
【００７０】
まず、ホログラム記録媒体５のうち読み出そうとする情報が記録されている部位に所定の入射角で参照光を照射し物体光を再生する。ホログラム記録媒体５からＸ軸と平行に出射した物体光は、フーリエ変換レンズ４ｂにより平行光（この平行光はＡＭＤ２０により反射された物体光と等価なものである）とされ、フーリエ変換レンズ４ｂの焦点位置に位置するＣＣＤ７に入射する。
【００７１】
すなわちＣＣＤ７の撮像面には、図３における平面Ｋ１に投影されたものと同じ像が投影される。ＣＣＤ７はこの像を光電変換し、画像信号を図示しないデータ変換装置に送信する。そして前記データ変換装置は前記画像信号をデジタルデータに変換する。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、光路上に配置された回動自在な複数の反射鏡を利用することにより、ホログラム記録媒体５内の任意の部位に物体光および参照光を入射させることができる。このため、サイズの大きいホログラム記録媒体５を使用した場合でも、ホログラム記録媒体５を移動させることなくホログラム記録媒体５の任意の部位への情報の書き込みや、任意の部位からの情報の読み出しを容易に行うことができる。このため、ホログラムメモリ装置自体が本質的に持つ高速アクセス性を損なうことなく、大容量のホログラムメモリ装置を実現することができる。
【００７３】
なお、例えば更に大きなホログラム記録媒体を使用する場合には、ホログラム記録媒体を複数の領域に分割し、情報の書き込みおよび読み出しの対象となる領域をフーリエ変換レンズの光軸上に位置するようにホログラム記録媒体自体を移動させる機構を設けてもよい。この場合、情報の書き込みおよび読み出しの対象となる領域内における物体光および参照光の入射位置の移動を反射鏡に行わせ、領域の移動は前記移動機構により行わせればよい。このようにすることにより更に記録容量の増大を図ることができる。
【００７４】
また、本実施形態によれば、物体光への情報付加を反射鏡により行っているため、液晶パネルを使用した場合のように物体光の散乱が生じることはない。このため、ホログラム記録媒体で回折効率の低下が発生することはなく、ホログラム記録媒体が本来有する多重記録性を十分に活用することができる。
【００７５】
また、物体光に情報を付加する空間光変調器としてマイクロミラーアレーデバイスを使用しているため、一枚の反射鏡の質量は極めて小さい。このため、付加する情報の切換を極めて迅速に行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、一対の回動ミラー１１、１２によりホログラム記録媒体への参照光の入射位置を変更することなく入射角度のみ変更可能とする機能を実現している。このため、ホログラムメモリ装置をコンパクトに構成することができる。
【００７７】
従来のホログラムメモリ装置においては、前記機能を実現するために図１２に示すようないわゆる４ｆ系の構成が採用されている（従来技術の欄で図１０および図１１により説明したホログラムメモリ装置においても同様である）。このため、参照光の光路を偏向する手段（ミラーまたはＡＯＤ）からホログラム材料までの間の距離を、レンズの焦点距離の４倍分確保する必要があり、装置全体のコンパクト化の妨げとなっている。しかしながら、本実施形態によれば、少なくとも回動ミラー１１、１２が互いに干渉しないように回動できるスペースさえ確保すればよいため、従来のものより大幅なコンパクト化を図ることができる。
【００７８】
なお、さらなる装置のコンパクト化が望まれる場合には、図６に示すように、回動ミラー１２をアナログマイクロミラーアレーデバイス２５に置換して光路偏向装置１０Ｂを構成ればよい。このようにすることにより３つの回動ミラーのうち最大の反射面面積が要求され最も質量が大きくなる回動ミラー１２自体を回動させる必要がなくなる。これにより、回動ミラー１２を回動させるためのスペースが不要となるため、ホログラムメモリ装置をよりコンパクトに構成することができる。
【００７９】
さらに、可動部分の質量低減により、ホログラム記録媒体５への参照光の入射位置および入射角度の調節をより迅速に行うことができる。なお、他の回動ミラー１１、１３についてもアナログマイクロミラーアレーデバイスに置換することが可能である。
【００８０】
また、本実施形態によれば、情報付加に使用するマイクロミラーアレーデバイスを物体光のホログラム記録媒体への入射位置を調節する手段と兼用しているため、ホログラムメモリ装置の構成要素の数を減らすことができる。このため、ホログラムメモリ装置をよりコンパクトに構成することができる。
【００８１】
以上、本実施形態の構成および作用効果について述べてきたが、本実施形態に示すＡＭＤ２０の構成を以下のように変形することも可能である。
【００８２】
［第１の変形例］
第１の変形例は、物体光に情報を付加する空間光変調器としてアレー状に配列されたマイクロミラー２２に代えて、アレー状に配列された他の光学素子を空間光変調器として利用するものである。このような光学素子の一例としては、屈折率の変化により光の方向を変化させる層、例えば、ポッケルス効果（Ｐｏｃｋｅｌｓｅｆｆｅｃｔ）またはカー効果（Ｋｅｒｒｅｆｆｅｃｔ）により層の近傍に設けた電極に付加する電場の強度により屈折率を変化させる層や、屈折率異方性を持つ物質による層、具体的物質としてはＫＤＰ，ＡＤＰ，ＬｉＮｂＯ_３（リチウムニオベート）等からなる層を有するものを使用することができる。このような光学素子を空間光変調器として使用した場合も、液晶パネルを使用した場合に比べれば、物体光の散乱を大幅に低減することができる。
【００８３】
［第２の変形例］
第２の変形例は、ＡＭＤ２０の支持構造および駆動機構を変更して２自由度の位置決めを可能とするものである。
【００８４】
すなわち、本変形例のＡＭＤ５０においては、図７および図８に示すように、マイクロミラー５２の側縁には導電性物質からなる弾性ヒンジ５３が連結されている。弾性ヒンジ５３はＡＭＤ５０全体に共通の１枚の基板５１上に突設されたスタッド電極５４に固着されている。すなわちマイクロミラー５２は弾性ヒンジ５３を介してスタッド電極５４に片持ちで支持されている。ＡＭＤ５０を構成する各マイクロミラー５０のヒンジ５３はすべてＹ軸方向を向いている。
【００８５】
マイクロミラー５２の真下の基板５１上には、３つの電極５５ａ，５５ｂ，５５ｃが突設されている。これら電極５５ａ，５５ｂ，５５ｃのうち電極５５ａ，５５ｂは、マイクロミラー５２のスタッド電極５４に近い側の隅部側縁５２ａ，５２ｂに対応する位置であって弾性ヒンジ５３の軸線に対して対称位置に配置されている。また、電極５５ｃは、弾性ヒンジ５３の延長線上、すなわち電極５５ａ，５５ｂを結ぶ線分を底辺とする二等辺三角形の頂点の位置に対応する位置に配置されている。
【００８６】
このような駆動機構を有する各マイクロミラー５２は、マイクロミラー５２の電位と、電極５５ａ，５５ｂ，５５ｃの電位とを適宜組み合わせ、マイクロミラー５２と電極５５ａ，５５ｂ，５５ｃとの静電吸引（または反発）力と、弾性ヒンジ５３との復元力とを釣り合わせることにより、マイクロミラー５２の反射面が弾性ヒンジ５３を中心とした最大３自由度（実際に用いるのは２自由度）の位置決めができるようになっている。
【００８７】
マイクロミラーの駆動機構を上記のようなものとすることにより、ＡＭＤ５０の状態を変更するだけで、ホログラム記録媒体５への物体光の入射位置をＹ軸方向およびＺ軸方向の任意の位置に変更することができる。このため、より高速でのアクセスが可能となる。
【００８８】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、以下の第２の実施の形態において第１の実施の形態と同一部分については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８９】
図９に示すように、第２の実施の形態において、ホログラム記録媒体５はスピンドルモータ３５にチャッキングされた状態で回転可能な円盤形状の部材となっている。ホログラム記録媒体５は、Ｚ軸方向から見た場合、Ｘ軸に対して４５度回転した状態で傾斜している。
【００９０】
物体光の光路上には、ビームエキスパンダ３、物体光に情報を付加するためのデジタルマイクロミラーアレーデバイス３３（以下「ＤＭＤ３３」という）、フーリエ変換レンズ４ａ、可動ミラー３６、ホログラム記録媒体５、可動ミラー３７およびＣＣＤ７が順次設けられている。
【００９１】
このうちＤＭＤ３３としては、ＴＩ社（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）製のものを使用することが可能であり、物体光への情報付加は第１の実施の形態においてＡＭＤ２０を用いて行ったのと同様にして行うことができる。このＤＭＤ３３は、ＤＭＤ３３を構成する各マイクロミラーの反射面が予め定められた２つの傾斜角度のみを採りうる点において、各マイクロミラー２２の反射面の角度を連続的に変化させることができるＡＭＤ２０と異なる。なお、ＤＭＤの構成自体は既にＴＩ社から発表されているため、ここでの説明は省略する。
【００９２】
次に、可動ミラー３６、３７について説明する。可動ミラー３６、３７の反射面は、Ｚ軸方向から見た場合、Ｘ軸に対して４５度回転した状態で傾斜している。可動ミラー３６、３７は、図示しないアクチュエータにより、入射する物体光の光路に対する反射面の傾斜角度、この場合具体的にはフーリエ変換レンズ４ａ、４ｂの（Ｘ軸方向を向いた）光軸に対する反射面の傾斜角度を維持したまま、Ｘ軸方向に平行移動できるようになっている。
【００９３】
可動ミラー３６、３７およびホログラム記録媒体５が上述したように傾斜して設けられているため、フーリエ変換レンズ４ａとホログラム記録媒体５との間の物体光の光路長は可動ミラー３６の位置に関わらず一定であり、またホログラム記録媒体５とフーリエ変換レンズ４ｂとの間の物体光の光路長も、可動ミラー３７の位置に関わらず一定である。
【００９４】
一方、参照光の光路上には、固定ミラー６ａ，６ｂおよび光路偏向器１０Ｂが順次設けられている。本実施形態における光路偏向器１０Ｂは、第１の実施形態における光路偏向器１０Ｂを構成する回動ミラー１３が省略されている点のみが異なる。
【００９５】
次に、上記構成を有する本実施形態の作用について説明する。
【００９６】
まず、ホログラム記録媒体５に情報を書き込む場合の作用について説明する。
【００９７】
光源装置１から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ２により物体光と参照光に分離される。
【００９８】
このうち物体光は、ビームエキスパンダ３を経てＤＭＤ３３に入射し、ＤＭＤ３３は、第１の実施の形態においてＡＭＤ２０により行った手法と同様の手法により物体光に情報を付加する。
【００９９】
ＤＭＤ３３により反射された物体光はＸ軸正方向を向いて進み、フーリエ変換レンズ４ａを経て、予め所定の位置に移動した可動ミラー３６に入射する。物体光は可動ミラー３６によりＹ軸負方向に進路を変更され、予め所定の位相に回転した状態で停止するホログラム記録媒体５に入射する。
【０１００】
この場合、前述したように、フーリエ変換レンズ４ａとホログラム記録媒体５との間の光路長は、可動ミラー３６の位置に関わらず常に一定となっているため、物体光は常にホログラム記録媒体５内で合焦する。このため、ホログラム記録媒体５のいかなる位置に情報を書き込む場合においても、高密度で正確に情報を書き込むことができる。
【０１０１】
一方、参照光は、固定ミラー６ａ，６ｂを順次経て、光路偏向器１０Ｂに到達する。そして参照光は、光路偏向器１０Ｂにより、ホログラム記録媒体５への入射位置および入射角度を定められ、ホログラム記録媒体５に入射する。
【０１０２】
なお、ホログラム記録媒体５の異なる部位に情報を書き込みたい場合には、可動ミラー３６を平行移動させて物体光の入射位置を変更するとともに、光路偏向装置１０Ｂによりホログラム記録媒体５への参照光の入射位置を変更すればよい。また、この状態で、ホログラム記録媒体５を回転させることにより、ホログラム記録媒体５の円周方向の異なる位置に情報を書き込むこともできる。
【０１０３】
なお、ホログラム記録媒体５の同一位置に異なる情報を書き込む場合には、光路偏向器１０Ｂを調節することにより、ホログラム記録媒体への参照光の入射角度を変更すればよい。
【０１０４】
次にホログラム記録媒体５から情報を読み出す場合の作用について説明する。まず、スピンドルモータ３５によりホログラム記録媒体５を回転させ所定の位置に停止させる。これと並行して、可動ミラー３７を、読み出そうとする情報が書き込まれた際の可動ミラー３６のＸ座標と同じＸ座標を採るように移動させる。
【０１０５】
次に、光路偏向器１０Ｂを調節して、ホログラム記録媒体５の所定の位置に所定の入射角度で参照光を入射させ、Ｙ軸負方向に進行する物体光を再生する。
【０１０６】
再生された物体光は、可動ミラー３７によりＸ軸正方向に進路を変え、フーリエ変換レンズ４ｂに入射する。物体光は、フーリエ変換レンズ４ｂにより平行光に整えらえ、ＣＣＤ７に入射する。そして第１の実施の形態と同様にして、物体光に付加された情報がデジタルデータに変換される。
【０１０７】
この場合、再生される物体光の出射位置とフーリエ変換レンズ４ｂとの間の物体光の光路長は、可動ミラー３７の位置に関わらず一定となるため、物体光は可動ミラー３７の位置に関わらず完全な平行光としてＣＣＤ７に入射する。このためＣＣＤ７における物体光からの情報読み出しをより正確に行うことができる。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態によれば、（１）ホログラム記録媒体５の回転、（２）可動ミラー３６により、物体光の合焦位置をホログラム記録媒体５の半径方向移動させること、（３）光路偏向器１０Ｂによりホログラム記録媒体５への参照光の入射位置および入射角度を変更すること、を組み合わせることにより膨大なページ数の情報を記録することができるホログラムメモリ装置を実現することができる。
【０１０９】
また、本実施形態によれば、可動ミラー３６、３７とホログラム記録媒体５と相対的角度関係が適切に設定されているため、極めて正確な情報の書き込みおよび読み出しを行うことができる。
【０１１０】
なお、以上説明した第１および第２の実施形態においては、反射面が数十ミクロンオーダのマイクロミラー２２、５２（ＡＭＤ２５のマイクロミラーを含む）を利用することを想定しているが、マイクロミラーを駆動するアクチュエータ（駆動機構）の性能が十分であれば、マイクロミラーのサイズに制限はなく、単なる「ミラー」であってもよい。。
【０１１１】
マイクロミラーのサイズの増加に伴う質量の増大に対しては、弾性ヒンジを機械的手段に変更したり、静電アクチュエータから電磁アクチュエータへ変更することが可能である。駆動機構を電磁アクチュエータとする場合には、例えば、電極に代えて平面状のコイルを基板上に配置するとともにマイクロミラーを磁性体材料により形成すればよい。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ホログラム材料が本来有する多重記録特性を十分に活用し、大容量記録が可能なホログラムメモリ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホログラムメモリ装置の第１の実施の形態の構成を示す図。
【図２】光路偏向器の構成を示す図。
【図３】マイクロミラーアレーデバイスの構成概略および作用を示す図。
【図４】マイクロミラーアレーデバイスを構成するマイクロミラーの構成およびその駆動機構を示す図。
【図５】マイクロミラーアレーデバイスを構成するマイクロミラーの構成およびその駆動機構の他の例を示す図。
【図６】光路偏向器の他の構成を示す図。
【図７】２自由度の光路偏向を可能とするマイクロミラーの駆動機構の構成を示す斜視図。
【図８】２自由度の光路偏向を可能とするマイクロミラーの駆動機構の構成を示す平面図。
【図９】本発明によるホログラムメモリ装置の第２の実施の形態を示す図。
【図１０】従来のホログラムメモリ装置を示す図。
【図１１】従来のホログラムメモリ装置を示す図。
【図１２】従来の参照光用の光学系を示す図。
【符号の説明】
４ａ，４ｂフーリエ変換レンズ
５ホログラム記録媒体
１１、１２物体光用および参照光用反射鏡（回動ミラー）
２２、５２微小反射鏡（マイクロミラー）
３６、３７可動ミラー

Claims

ホログラム記録媒体への情報の記録を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、
物体光および参照光を生成する手段と、
前記物体光に情報を付加する空間光変調手段と、
情報が付加された前記物体光をホログラム記録媒体内で合焦させる第１のフーリエ変換レンズと、
その反射面と前記第１のフーリエ変換レンズの光軸とがなす角度を維持した状態でホログラム記録媒体の径方向に移動可能に設けられ、前記物体光を前記第１のフーリエ変換レンズの光軸方向に対して直交する方向に反射する第１の可動ミラーと、
ホログラム記録媒体を前記第１のフーリエ変換レンズの光軸に対して４５度傾斜した状態で回転可能に保持する手段と、
前記参照光の光路上に順次設けられ、互いに平行な軸を中心として回動可能な第１および第２の反射鏡と、
を備えたことを特徴とするホログラムメモリ装置。
前記第１のフーリエ変換レンズと平行な光軸を有し、前記物体光を平行光とする第２のフーリエ変換レンズと、
前記第１の可動ミラーと同一の角度で傾斜するとともに、その傾斜角度を維持したまま前記第１の可動ミラーと同一方向に移動可能な第２の可動ミラーと、
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のホログラムメモリ装置。
ホログラム記録媒体からの情報の再生を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、
参照光を生成する手段と、
前記参照光の光路上に順次設けられ、互いに平行な軸を中心として回動可能な第１および第２の反射鏡と、
前記参照光をホログラム記録媒体に照射することにより再生された物体光の光路上に配置され、前記物体光を平行光とするフーリエ変換レンズと、
ホログラム記録媒体から出射した前記物体光を、該物体光が前記フーリエ変換レンズの光軸方向に向かうように直角に反射するとともに、その反射面と前記フーリエ変換レンズの光軸とがなす角度を維持した状態でホログラム記録媒体の径方向に移動可能に設けられた可動ミラーと、
ホログラム記録媒体を前記フーリエ変換レンズの光軸に対して４５度傾斜した状態で回転可能に保持する手段と、
を備えたことを特徴とするホログラムメモリ装置。
ホログラム記録媒体への情報の記録を少なくとも行うホログラムメモリ装置において、
物体光および参照光を生成する手段と、
前記物体光の光路上に順次設けられ、各々が前記物体光の光路に直交する第１の方向を向いた軸を中心として同時に回動可能な第１の物体光用反射鏡および第２の物体光用反射鏡と、
前記第２の物体光用反射鏡により反射された物体光が入射するように設けられ、各々が前記物体光の光路に直交する第２の方向を向いた軸を有する複数のミラーを平面上に配置してなるミラーアレーデバイスと、
前記第１および第２の物体光用反射鏡並びに前記ミラーアレーデバイスを経由した物体光をホログラム記録媒体内で合焦させるフーリエ変換レンズと、を備え、
前記ミラーアレーデバイスの各ミラーは、当該ミラーに入射した物体光がホログラム記録媒体に入射しないように物体光を反射する第１の回動状態と、当該ミラーに入射した物体光がホログラム記録媒体に入射するように物体光を反射する第２の回動状態と、をとることができ、かつ前記第２の回動状態にある場合、その回動角度を連続的に変化させることができるように構成されていることを特徴とする、ホログラムメモリ装置。
前記参照光の光路上に順次設けられるとともに、互いに平行な軸を中心として各々が回動可能な第１の参照光用反射鏡および第２の参照光用反射鏡を更に備えたことを特徴とする、請求項４に記載のホログラムメモリ装置。