JP3583655B2 - 二色ホログラフィック記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二色ホログラフィック記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムとして、体積ホログラフィック記録システムがある。この情報記録システムの特徴は、情報信号を記録媒体に光信号として記録することである。記録媒体には、ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮと称する。）単結晶の如きフォトリフラクティブ結晶が使用される。
【０００３】
図１に示すように、従来のホログラフィック記録装置においては、レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３において信号光１２ａと参照光１２ｂとに分割される。信号光１２ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径を拡大されて、平行光としてドットマトリクスパネル１５に照射される。ドットマトリクスパネル１５は、エンコーダーで信号変換された記録データを電気信号として受け取って、平面上に明暗のドットパターンを形成する。信号光１２ａは、ドットマトリクスパネル１５を透過すると、光変調されて、データ信号成分を含むのである。ドットパターン信号成分を含んだ信号光１２ａは、フーリエレンズ１６を通過してドットパターン信号成分をフーリエ変換されて、記録媒体１０内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３において分割された参照光１２ｂは、ミラー１７、１８によって記録媒体１０に導かれて、信号光１２ａの光路と記録媒体１０の内部で交差して光干渉パターンを形成する。フォトリフラクティブ結晶からなる記録媒体１０は、光干渉パターンの光強度の明暗を屈折率の変化として記録する。以上のようにして、情報が記録される。
【０００４】
一方で、情報の再生においては、信号光１２ａを、例えば、ドットマトリクスパネル１５によってその光路を遮断して、参照光１２ｂのみを記録媒体１０へ照射する。参照光１２ｂの照射された記録媒体１０の反対側には、記録された光干渉パターンを再現した干渉パターン光が現れる。この干渉パターン光を逆フーリエレンズ１９に導いて、光干渉パターンを逆フーリエ変換するとドットパターン信号を得ることができる。さらに、このドットパターン信号をＣＣＤ２０の如き受光器によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダに送ると、元のデータが再生されるのである。
【０００５】
ところで上記のような記録システムにおいては、再生時においても記録時と同じ参照光を記録媒体へ照射しているので、再生と同時に記録されている信号をも消去してしまう、といった問題があった（再生劣化）。
二色（２−ｃｏｌｏｒ）ホログラフィック記録システムは、再生劣化を防止するシステムである。従来のホログラフィック記録システムにおける光源に併せて、さらにゲート光源を別に設けて、ゲート光源から発せられるゲート光によって中間励起準位（準安定準位）に光励起された記録媒体の部分にのみ、信号の記録が可能となるシステムである。信号再生時においては、ゲート光を遮断して参照光のみを照射して信号を読み出すので、記録媒体は中間励起準位に励起されず、故に再生劣化を生じないのである。二色ホログラフィック記録は、例えば、Ｄ．ｖｏｎ ｄｅｒ Ｌｉｎｄｅらによる”Ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．２５， ｐｐ１５５−１５７ （１９７４）において説明されている。また、二色ホログラフィック記録に使用される記録媒体は、バイポーラロンを形成するようなフォトリフラクティブ結晶である。例えば、Ｈ．Ｇｕｅｎｔｈｅｒ等による”Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ ｇａｔｉｎｇ ｏｆ ｔｗｏ−ｃｏｌｏｒ ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３”，Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．２２． ｐｐ．１３０５−１３０７（１９９７）には、Ｐｒ（プラセオジム）を添加したＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮと称する。）結晶が、また、Ｈ．Ｇｕｅｎｔｈｅｒ等による”Ｔｗｏ−ｃｏｌｏｒ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｅａｒ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ． Ｖｏｌ ３７， ｐｐ． ７６１１−７６２３ （１９９８）には、定比に近い組成のＬＮ結晶（不純物を含まないか若しくはＦｅを含むもの）を還元処理して得られる結晶が述べられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
二色ホログラフィック記録システムにおいて、情報の記録が終了しても、記録媒体であるフォトリフラクティブ結晶内の中間励起準位（準安定準位）に光励起された電荷キャリアは、瞬時に基底状態（または安定準位）に戻るのではなく、徐々に基底状態に戻るのである。かかる中間励起準位の電荷キャリアは、情報信号を含んで形成された空間電界によってドリフトされて再配列し、この空間電界をうち消すような空間電界を自ら形成するのである。故に、屈折率の変化の差として記録された光干渉パターンの屈折率の変化の差を相対的に小さくしてしまうのである。かかる記録媒体から再生される光干渉パターンは明暗が不明瞭となり、最終的に電気信号として再生されるデジタルデータ信号には多くの誤り信号が含まれ得るのである。
【０００７】
そこで本発明の目的とするところは、再生されたデジタルデータ信号中に含まれる誤り信号を低減する二色ホログラフィック記録装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による二色ホログラフィック記録装置は、ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する記録装置であって、前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への入射を開閉するそれぞれ第１、第２及び第３の光開閉手段と、前記第１、第２及び第３の光開閉手段の各々を別々に制御し得る制御手段と、を有する装置である。ここで、前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３とする。前記制御手段は、０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記第１の光開閉手段を開き、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じ、Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記第１の光開閉手段を閉じ、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じる手段であることを特徴とする。
更に、本発明による二色ホログラフィック記録方法は、ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する二色ホログラフィック記録方法である。ここで、前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３とする。本方法は、０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記ゲート光を前記記録媒体に照射し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射しない行程と、Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記ゲート光の前記記録媒体への照射を停止し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への照射を停止する行程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
記録媒体であるフォトリフラクティブ結晶内の電荷キャリアが、中間励起準位から基底状態に戻る時間を考慮してゲート光を遮断する手段を備えているので、情報記録の終了後に中間励起準位に滞留する荷電キャリアが存在しない。故に、情報信号を含んだ光干渉パターンの明暗に対応して、記録媒体には相対的に大きな屈折率変化の差として光干渉パターンを記録することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について添付図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明の装置において、記録媒体１０は、二色ホログラフィック記録用に使用され得る各種のフォトリフラクティブ結晶である。これは、例えば、ＬＮ単結晶を還元雰囲気中で熱処理して得られる。記録媒体１０は、可動ステージ３０の上に着脱自在に配置されている。
【００１１】
第１の光源１１は、赤外レーザダイオードである。レーザ光源１１から発せられるレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３によって信号光１２ａと参照光１２ｂとに分割される。信号光１２ａと参照光１２ｂは、異なる光学経路を辿って、記録媒体１０内の同じ位置Ｐに照射される。
信号光１２ａの光学経路上には、シャッタ３１ａ、ビームエキスパンダ１４、ＬＣＤ１５、４ｆ系フーリエレンズ１６が配置されている。シャッタ３１ａは、信号光１２ａの光路を開閉するために設けられる。シャッタ３１ａの開閉は、コントーローラ３２によって送出される信号ＧＳ１によって、ドライバ３３ａを介して駆動される。ビームエキスパンダ１４は、シャッタ３１ａを通過した信号光１２ａのビーム径を拡大して、信号光１２ａをＬＣＤ１５に平行光線となるように照射する。ＬＣＤ１５は、液晶パネルの如き空間光変調器であって、エンコーダより受けた２次元平面ページに対応する単位ページ系列の電気的なデータ信号を受けて、明暗のドットマトリクス信号を表示する。信号光１２ａは、ＬＣＤ１５を通過すると光変調されて、データをドットマトリクス成分として含むのである。信号光１２ａは、さらに４ｆ系フーリエレンズ１６によって、ドットマトリクス成分をフーリエ変換されるとともに、記録媒体１０の位置Ｐのわずかに前方（レーザ光源１１側）若しくは後方に焦点を結ぶように集光される。
【００１２】
ビームスプリッタ１３によって信号光１２ａと分割された参照光１２ｂは、ミラー１７及び１８によって記録媒体１０の位置Ｐに導かれる。ミラー１７と１８の間にはシャッタ３１ｂが配されていて、参照光１２ｂの光路を開閉することができる。シャッタ３１ｂの開閉は、コントーローラ３２によって送出される信号ＧＳ２によって、ドライバ３３ｂを介して駆動される。
【００１３】
第２の光源であるゲート光源２１は、記録媒体１０内の位置Ｐにビーム径を絞ってスポット照射することが可能な光源であって且つ記録媒体１０を光励起するのに十分なパワーを有する光源である。これは、例えば、紫外レーザ光源である。ゲート光源２１から発せられたゲート光２２は、シャッタ３１ｃを介して、ミラー２３で反射して、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍に照射される。シャッタ３１ｃは、ゲート光２２の光路を開閉するために設けられる。シャッタ３１ｃの開閉は、コントーローラ３２によって送出された信号ＧＳ３によって、ドライバ３３ｃを介して駆動される。
【００１４】
さらに、記録媒体１０を対称としてレーザ光源１１の入射する側と反対側に、逆フーリエレンズ１９及び受光器であるＣＣＤ２０が配置されている。逆フーリエレンズ１９は、記録媒体１０の位置Ｐ近傍で焦点を結び、クロスオーバして到達する信号光１２ａを平行光線としてＣＣＤ２０に送り得る位置に配置されている。
ところで、上記のように、記録媒体１０は、各種のフォトリフラクティブ結晶を使用し得る。これらは、後述するように、レーザ光源１１及びゲート光源１２に対する情報記録特性をあらかじめ測定しておいて、対応する番号ＸＡと共にコントローラ３２内にあるＲＯＭ（図示せず）に情報としてストックされている。測定される記録媒体１０の記録特性は、▲１▼ゲート光２２によってフォトリフラクティブ結晶中のキャリアが基底状態から中間励起準位に光励起されて、情報記録が可能となるまでに要する時間Ｔ１、▲２▼情報記録を行うのに要する時間Ｔ２、▲３▼ゲート光２２が遮断された後、中間励起状態に励起された結晶中のキャリアが基底状態に順次戻って、情報記録ができなくなるまでに要する時間Ｔ３、である。例えば、時間Ｔ３は、中間励起準位（準安定準位）のキャリアの寿命τを用いて定義し得る。寿命τは中間励起準位（準安定準位）のキャリアが基底準位、あるいは安定準位に遷移する時定数として以下の式で定義できる。
【００１５】
【数１】
ｎ（ｔ）＝ｎ０ｅｘｐ（−ｔ／τ）
ここで、ｎ（ｔ）は準安定準位のキャリア密度、ｎ０はゲート光を遮断する直前のキャリア密度、ｔは時間である。つまり、キャリアの寿命τは、ゲート光を遮断後、準安定準位のキャリア数が１／ｅに減衰する時間である。Ｔ３は、好ましくは、τ／１００から１０τの間で選択される。
【００１６】
コントローラ３２には、キーボード３２ａが接続されている。キーボード３２ａは、記録媒体１０として選択されたフォトリフラクティブ結晶の種類をユーザーが入力するためのものである。なお、あらかじめ記録媒体１０にフォトリフラクティブ結晶の種類に対応した標識を付しておき、記録媒体１０が可動ステージ３０上に装着されると、自動的にこの標識を読みとるような手段を設けることで、キーボード３２ａを置き換えることが可能である。
【００１７】
さらに、コントローラ３２は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ及びタイマーを内蔵しており、内蔵されたプログラムに基づいてタイミングを取りながら各命令を発して、シャッタの開閉等を中央制御する。
以上の如き構成の本発明の装置において、情報の記録時の動作について説明する。
【００１８】
記録媒体１０は、可動ステージ３０上に配置されて、情報を記録する位置を考慮して位置決めされる。次に、レーザ光源１１及びゲート光源２１の電源のスイッチがオンとなるが、このときシャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは閉じた状態であって、記録媒体１０には光は到達しない。記録データがエンコーダを介してＬＣＤ１５に送られると、ＬＣＤ１５は、平面上に明暗のドットパターン信号を形成する。この状態で、後述するシャッター開閉サブルーチンへ移行して、記録媒体１０への情報信号を含む光干渉パターンの露光が行われる。サブルーチンから戻ってくると、第一回目の露光が終了する。第二回目以降の情報を記録する場合には、記録媒体１０の位置決めから再度、各ステップが行われる。最後に、ＬＣＤ１５、レーザ光源１１及びゲート光源２１の電源スイッチをオフとして、全動作が終了する。
【００１９】
次に、情報の再生時の動作について説明する。記録媒体１０は、可動ステージ３０上に配置されて、所望の再生すべき情報を記録した部分に参照光１２ｂが照射されるように位置決めされる。レーザ光源１１の電源スイッチがオンとなる。このときシャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは閉じた状態であって、記録媒体１０にはいずれの光も到達しない。コントローラ３２は、信号ＧＳ２をドライバ３１ｂに送信し、シャッタ３１ｂのみが開動する。故に、記録媒体１０には、参照光１２ｂのみが照射される。記録媒体１０の参照光１２ｂが照射された側と反対側には、光干渉パターンを含んだ干渉パターン光が取り出される。干渉パターン光は、逆フーリエレンズ１９によって逆フーリエ変換されてドットパターン信号を再生するとともに、平行光に変形されて、ＣＣＤ２０に受光される。ＣＣＤ２０によって、電気的なデジタルデータ信号に再変換されたデータ信号は、デコーダに送られ、元のデータが再生されるのである。シャッタ３１ｂが閉じると、第一回目の情報の再生が終了する。引き続き第二回目以降の情報を再生する場合には、記録媒体１０の位置決めから各ステップが行われる。最後に、レーザ光源１１の電源のスイッチがオフとなると全動作が終了する。
【００２０】
次に、本発明の装置における情報の記録時におけるシャッタ開閉サブルーチンを図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、図３では、シャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃをそれぞれＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３と表記する。
ユーザーは、記録媒体１０として選択したフォトリフラクティブ結晶の種類をキーボード３２ａから入力する。キーボード３２ａからは、結晶の種類に対応した番号ＸＡがＣＰＵ等からなるコントローラ３２に送信される（ステップＳ１）。コントローラ３２は、番号ＸＡを受け取ると、ＲＯＭから番号ＸＡに対応する記録媒体の記録特性データとしてＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値を取り込み（ステップＳ２）、内蔵のＲＡＭに転送する（ステップＳ３）。
【００２１】
続いて、コントローラ３２は、信号ＧＳ３をドライバ３３ｃに送信すると、シャッタ３１ｃが開いて、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍にゲート光２２が照射される（ステップＳ４）。
コントローラ３２に内蔵されたタイマーがスタートする。内蔵タイマーは所定時間、計時演算を行い（ステップＳ５）、この間、コントローラ３２は待機状態にある。コントローラ３２の待機中もゲート光２２は、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍を照射しているため、かかる部分においては、キャリアが基底準位から、順次、中間励起準位へと光励起されていくのである。
【００２２】
時間Ｔ１が経過すると内蔵タイマーは計時動作を停止し、コントローラ３２が再び作動し始める。このとき、ゲート光２２の照射された部分であって、基底準位にあったキャリアは、情報の記録が可能となる程度に中間励起準位に光励起されている。コントローラ３２は、信号ＧＳ１及びＧＳ２をドライバ３３ａ及び３３ｂに向けてそれぞれ発信して、シャッタ３１ａ及び３１ｂを開く（ステップＳ６）。これにより、光干渉パターンの露光が開始する。
【００２３】
再び内蔵タイマーが計時動作をスタートして、コントローラ３２は待機状態となり（ステップＳ７）、この間も光干渉パターンの露光は継続する。
時間（Ｔ２−Ｔ３）が経過すると、内蔵タイマーは停止し、コントローラ３２が作動し始める。コントローラ３２は、信号ＧＳ３をドライバ３３ｃに向けて発信して、シャッタ３１ｃを閉じて、記録媒体１０へのゲート光の照射を遮断する（ステップＳ８）。
【００２４】
再び内蔵タイマーが計時動作をスタートしてコントローラ３２は待機状態となる（ステップＳ９）。この間に、中間励起準位に光励起されていた荷電キャリアは、徐々に基底準位に戻り始めるが、一方で、光干渉パターンの露光は継続するのである。
時間Ｔ３が経過すると、内蔵タイマーは計時動作を停止し、コントローラ３２が作動し始める。コントローラ３２は、信号ＧＳ１及びＧＳ２をドライバ３３ａ及び３３ｂに向けてそれぞれ発信し、シャッタ３１ａ及び３１ｂを閉じる（ステップＳ１０）。これにより光干渉パターンの露光が終了する。このとき、中間励起準位に光励起されていた荷電キャリアは、少なくとも情報信号を含んで形成された空間電界をうち消すような空間電界を形成するほどにはエネルギーを有していない。
【００２５】
以上を終了すると、メインルーチンに戻るのである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如く、本発明による二色ホログラフィック記録装置は、情報信号を含んだ光干渉パターンの明暗をより鮮明に記録することができるために、再生されたデジタルデータ信号中に含まれ得る誤り信号を低減できるのである。なお、Ｔ１が、ゼロ若しくは負であっても前記効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラフィック記録システムを示す構成図である。
【図２】本発明によるホログラフィック記録装置を示す構成図である。
【図３】本発明によるホログラフィック記録装置における情報記録動作時のシャッタ開閉ルーチンを示すフローチャートである。
【主要部分の符号の説明】
１０ 記録媒体
１１ レーザ光源
１２ａ 信号光
１２ｂ 参照光
１３ ビームスプリッタ
１４ ビームエキスパンダ
１５ ＬＣＤ
１６、１９ フーリエレンズ
１７、１８、２３ ミラー
２０ ＣＣＤ
２１ ゲート光源
２２ ゲート光
３０ 可動ステージ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ シャッタ
３２ コントローラ
３２ａ キーボード
３３ａ、３３ｂ、３３ｂ ドライバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、二色ホログラフィック記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムとして、体積ホログラフィック記録システムがある。この情報記録システムの特徴は、情報信号を記録媒体に光信号として記録することである。記録媒体には、ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮと称する。）単結晶の如きフォトリフラクティブ結晶が使用される。
【０００３】
図１に示すように、従来のホログラフィック記録装置においては、レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３において信号光１２ａと参照光１２ｂとに分割される。信号光１２ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径を拡大されて、平行光としてドットマトリクスパネル１５に照射される。ドットマトリクスパネル１５は、エンコーダーで信号変換された記録データを電気信号として受け取って、平面上に明暗のドットパターンを形成する。信号光１２ａは、ドットマトリクスパネル１５を透過すると、光変調されて、データ信号成分を含むのである。ドットパターン信号成分を含んだ信号光１２ａは、フーリエレンズ１６を通過してドットパターン信号成分をフーリエ変換されて、記録媒体１０内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３において分割された参照光１２ｂは、ミラー１７、１８によって記録媒体１０に導かれて、信号光１２ａの光路と記録媒体１０の内部で交差して光干渉パターンを形成する。フォトリフラクティブ結晶からなる記録媒体１０は、光干渉パターンの光強度の明暗を屈折率の変化として記録する。以上のようにして、情報が記録される。
【０００４】
一方で、情報の再生においては、信号光１２ａを、例えば、ドットマトリクスパネル１５によってその光路を遮断して、参照光１２ｂのみを記録媒体１０へ照射する。参照光１２ｂの照射された記録媒体１０の反対側には、記録された光干渉パターンを再現した干渉パターン光が現れる。この干渉パターン光を逆フーリエレンズ１９に導いて、光干渉パターンを逆フーリエ変換するとドットパターン信号を得ることができる。さらに、このドットパターン信号をＣＣＤ２０の如き受光器によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダに送ると、元のデータが再生されるのである。
【０００５】
ところで上記のような記録システムにおいては、再生時においても記録時と同じ参照光を記録媒体へ照射しているので、再生と同時に記録されている信号をも消去してしまう、といった問題があった（再生劣化）。
二色（２−ｃｏｌｏｒ）ホログラフィック記録システムは、再生劣化を防止するシステムである。従来のホログラフィック記録システムにおける光源に併せて、さらにゲート光源を別に設けて、ゲート光源から発せられるゲート光によって中間励起準位（準安定準位）に光励起された記録媒体の部分にのみ、信号の記録が可能となるシステムである。信号再生時においては、ゲート光を遮断して参照光のみを照射して信号を読み出すので、記録媒体は中間励起準位に励起されず、故に再生劣化を生じないのである。二色ホログラフィック記録は、例えば、Ｄ．ｖｏｎ ｄｅｒ Ｌｉｎｄｅらによる”Ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， Ｖｏｌ．２５， ｐｐ１５５−１５７ （１９７４）において説明されている。また、二色ホログラフィック記録に使用される記録媒体は、バイポーラロンを形成するようなフォトリフラクティブ結晶である。例えば、Ｈ．Ｇｕｅｎｔｈｅｒ等による”Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ ｇａｔｉｎｇ ｏｆ ｔｗｏ−ｃｏｌｏｒ ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｉｎ ＬｉＮｂＯ３”，Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．２２． ｐｐ．１３０５−１３０７（１９９７）には、Ｐｒ（プラセオジム）を添加したＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮと称する。）結晶が、また、Ｈ．Ｇｕｅｎｔｈｅｒ等による”Ｔｗｏ−ｃｏｌｏｒ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ｎｅａｒ−ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ． Ｖｏｌ ３７， ｐｐ． ７６１１−７６２３ （１９９８）には、定比に近い組成のＬＮ結晶（不純物を含まないか若しくはＦｅを含むもの）を還元処理して得られる結晶が述べられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
二色ホログラフィック記録システムにおいて、情報の記録が終了しても、記録媒体であるフォトリフラクティブ結晶内の中間励起準位（準安定準位）に光励起された電荷キャリアは、瞬時に基底状態（または安定準位）に戻るのではなく、徐々に基底状態に戻るのである。かかる中間励起準位の電荷キャリアは、情報信号を含んで形成された空間電界によってドリフトされて再配列し、この空間電界をうち消すような空間電界を自ら形成するのである。故に、屈折率の変化の差として記録された光干渉パターンの屈折率の変化の差を相対的に小さくしてしまうのである。かかる記録媒体から再生される光干渉パターンは明暗が不明瞭となり、最終的に電気信号として再生されるデジタルデータ信号には多くの誤り信号が含まれ得るのである。
【０００７】
そこで本発明の目的とするところは、再生されたデジタルデータ信号中に含まれる誤り信号を低減する二色ホログラフィック記録装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による二色ホログラフィック記録装置は、ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する記録装置であって、前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への入射を開閉するそれぞれ第１、第２及び第３の光開閉手段と、前記第１、第２及び第３の光開閉手段の各々を別々に制御し得る制御手段と、を有する装置である。ここで、前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３とする。前記制御手段は、０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記第１の光開閉手段を開き、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じ、Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記第１の光開閉手段を閉じ、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じる手段であることを特徴とする。
更に、本発明による二色ホログラフィック記録方法は、ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する二色ホログラフィック記録方法である。ここで、前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３とする。本方法は、０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記ゲート光を前記記録媒体に照射し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射しない行程と、Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記ゲート光の前記記録媒体への照射を停止し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への照射を停止する行程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
記録媒体であるフォトリフラクティブ結晶内の電荷キャリアが、中間励起準位から基底状態に戻る時間を考慮してゲート光を遮断する手段を備えているので、情報記録の終了後に中間励起準位に滞留する荷電キャリアが存在しない。故に、情報信号を含んだ光干渉パターンの明暗に対応して、記録媒体には相対的に大きな屈折率変化の差として光干渉パターンを記録することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について添付図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明の装置において、記録媒体１０は、二色ホログラフィック記録用に使用され得る各種のフォトリフラクティブ結晶である。これは、例えば、ＬＮ単結晶を還元雰囲気中で熱処理して得られる。記録媒体１０は、可動ステージ３０の上に着脱自在に配置されている。
【００１１】
第１の光源１１は、赤外レーザダイオードである。レーザ光源１１から発せられるレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３によって信号光１２ａと参照光１２ｂとに分割される。信号光１２ａと参照光１２ｂは、異なる光学経路を辿って、記録媒体１０内の同じ位置Ｐに照射される。
信号光１２ａの光学経路上には、シャッタ３１ａ、ビームエキスパンダ１４、ＬＣＤ１５、４ｆ系フーリエレンズ１６が配置されている。シャッタ３１ａは、信号光１２ａの光路を開閉するために設けられる。シャッタ３１ａの開閉は、コントーローラ３２によって送出される信号ＧＳ１によって、ドライバ３３ａを介して駆動される。ビームエキスパンダ１４は、シャッタ３１ａを通過した信号光１２ａのビーム径を拡大して、信号光１２ａをＬＣＤ１５に平行光線となるように照射する。ＬＣＤ１５は、液晶パネルの如き空間光変調器であって、エンコーダより受けた２次元平面ページに対応する単位ページ系列の電気的なデータ信号を受けて、明暗のドットマトリクス信号を表示する。信号光１２ａは、ＬＣＤ１５を通過すると光変調されて、データをドットマトリクス成分として含むのである。信号光１２ａは、さらに４ｆ系フーリエレンズ１６によって、ドットマトリクス成分をフーリエ変換されるとともに、記録媒体１０の位置Ｐのわずかに前方（レーザ光源１１側）若しくは後方に焦点を結ぶように集光される。
【００１２】
ビームスプリッタ１３によって信号光１２ａと分割された参照光１２ｂは、ミラー１７及び１８によって記録媒体１０の位置Ｐに導かれる。ミラー１７と１８の間にはシャッタ３１ｂが配されていて、参照光１２ｂの光路を開閉することができる。シャッタ３１ｂの開閉は、コントーローラ３２によって送出される信号ＧＳ２によって、ドライバ３３ｂを介して駆動される。
【００１３】
第２の光源であるゲート光源２１は、記録媒体１０内の位置Ｐにビーム径を絞ってスポット照射することが可能な光源であって且つ記録媒体１０を光励起するのに十分なパワーを有する光源である。これは、例えば、紫外レーザ光源である。ゲート光源２１から発せられたゲート光２２は、シャッタ３１ｃを介して、ミラー２３で反射して、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍に照射される。シャッタ３１ｃは、ゲート光２２の光路を開閉するために設けられる。シャッタ３１ｃの開閉は、コントーローラ３２によって送出された信号ＧＳ３によって、ドライバ３３ｃを介して駆動される。
【００１４】
さらに、記録媒体１０を対称としてレーザ光源１１の入射する側と反対側に、逆フーリエレンズ１９及び受光器であるＣＣＤ２０が配置されている。逆フーリエレンズ１９は、記録媒体１０の位置Ｐ近傍で焦点を結び、クロスオーバして到達する信号光１２ａを平行光線としてＣＣＤ２０に送り得る位置に配置されている。
ところで、上記のように、記録媒体１０は、各種のフォトリフラクティブ結晶を使用し得る。これらは、後述するように、レーザ光源１１及びゲート光源１２に対する情報記録特性をあらかじめ測定しておいて、対応する番号ＸＡと共にコントローラ３２内にあるＲＯＭ（図示せず）に情報としてストックされている。測定される記録媒体１０の記録特性は、▲１▼ゲート光２２によってフォトリフラクティブ結晶中のキャリアが基底状態から中間励起準位に光励起されて、情報記録が可能となるまでに要する時間Ｔ１、▲２▼情報記録を行うのに要する時間Ｔ２、▲３▼ゲート光２２が遮断された後、中間励起状態に励起された結晶中のキャリアが基底状態に順次戻って、情報記録ができなくなるまでに要する時間Ｔ３、である。例えば、時間Ｔ３は、中間励起準位（準安定準位）のキャリアの寿命τを用いて定義し得る。寿命τは中間励起準位（準安定準位）のキャリアが基底準位、あるいは安定準位に遷移する時定数として以下の式で定義できる。
【００１５】
【数１】
ｎ（ｔ）＝ｎ０ｅｘｐ（−ｔ／τ）
ここで、ｎ（ｔ）は準安定準位のキャリア密度、ｎ０はゲート光を遮断する直前のキャリア密度、ｔは時間である。つまり、キャリアの寿命τは、ゲート光を遮断後、準安定準位のキャリア数が１／ｅに減衰する時間である。Ｔ３は、好ましくは、τ／１００から１０τの間で選択される。
【００１６】
コントローラ３２には、キーボード３２ａが接続されている。キーボード３２ａは、記録媒体１０として選択されたフォトリフラクティブ結晶の種類をユーザーが入力するためのものである。なお、あらかじめ記録媒体１０にフォトリフラクティブ結晶の種類に対応した標識を付しておき、記録媒体１０が可動ステージ３０上に装着されると、自動的にこの標識を読みとるような手段を設けることで、キーボード３２ａを置き換えることが可能である。
【００１７】
さらに、コントローラ３２は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ及びタイマーを内蔵しており、内蔵されたプログラムに基づいてタイミングを取りながら各命令を発して、シャッタの開閉等を中央制御する。
以上の如き構成の本発明の装置において、情報の記録時の動作について説明する。
【００１８】
記録媒体１０は、可動ステージ３０上に配置されて、情報を記録する位置を考慮して位置決めされる。次に、レーザ光源１１及びゲート光源２１の電源のスイッチがオンとなるが、このときシャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは閉じた状態であって、記録媒体１０には光は到達しない。記録データがエンコーダを介してＬＣＤ１５に送られると、ＬＣＤ１５は、平面上に明暗のドットパターン信号を形成する。この状態で、後述するシャッター開閉サブルーチンへ移行して、記録媒体１０への情報信号を含む光干渉パターンの露光が行われる。サブルーチンから戻ってくると、第一回目の露光が終了する。第二回目以降の情報を記録する場合には、記録媒体１０の位置決めから再度、各ステップが行われる。最後に、ＬＣＤ１５、レーザ光源１１及びゲート光源２１の電源スイッチをオフとして、全動作が終了する。
【００１９】
次に、情報の再生時の動作について説明する。記録媒体１０は、可動ステージ３０上に配置されて、所望の再生すべき情報を記録した部分に参照光１２ｂが照射されるように位置決めされる。レーザ光源１１の電源スイッチがオンとなる。このときシャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは閉じた状態であって、記録媒体１０にはいずれの光も到達しない。コントローラ３２は、信号ＧＳ２をドライバ３１ｂに送信し、シャッタ３１ｂのみが開動する。故に、記録媒体１０には、参照光１２ｂのみが照射される。記録媒体１０の参照光１２ｂが照射された側と反対側には、光干渉パターンを含んだ干渉パターン光が取り出される。干渉パターン光は、逆フーリエレンズ１９によって逆フーリエ変換されてドットパターン信号を再生するとともに、平行光に変形されて、ＣＣＤ２０に受光される。ＣＣＤ２０によって、電気的なデジタルデータ信号に再変換されたデータ信号は、デコーダに送られ、元のデータが再生されるのである。シャッタ３１ｂが閉じると、第一回目の情報の再生が終了する。引き続き第二回目以降の情報を再生する場合には、記録媒体１０の位置決めから各ステップが行われる。最後に、レーザ光源１１の電源のスイッチがオフとなると全動作が終了する。
【００２０】
次に、本発明の装置における情報の記録時におけるシャッタ開閉サブルーチンを図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、図３では、シャッタ３１ａ、３１ｂ及び３１ｃをそれぞれＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３と表記する。
ユーザーは、記録媒体１０として選択したフォトリフラクティブ結晶の種類をキーボード３２ａから入力する。キーボード３２ａからは、結晶の種類に対応した番号ＸＡがＣＰＵ等からなるコントローラ３２に送信される（ステップＳ１）。コントローラ３２は、番号ＸＡを受け取ると、ＲＯＭから番号ＸＡに対応する記録媒体の記録特性データとしてＴ１、Ｔ２、Ｔ３の値を取り込み（ステップＳ２）、内蔵のＲＡＭに転送する（ステップＳ３）。
【００２１】
続いて、コントローラ３２は、信号ＧＳ３をドライバ３３ｃに送信すると、シャッタ３１ｃが開いて、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍にゲート光２２が照射される（ステップＳ４）。
コントローラ３２に内蔵されたタイマーがスタートする。内蔵タイマーは所定時間、計時演算を行い（ステップＳ５）、この間、コントローラ３２は待機状態にある。コントローラ３２の待機中もゲート光２２は、記録媒体１０の位置Ｐを含む近傍を照射しているため、かかる部分においては、キャリアが基底準位から、順次、中間励起準位へと光励起されていくのである。
【００２２】
時間Ｔ１が経過すると内蔵タイマーは計時動作を停止し、コントローラ３２が再び作動し始める。このとき、ゲート光２２の照射された部分であって、基底準位にあったキャリアは、情報の記録が可能となる程度に中間励起準位に光励起されている。コントローラ３２は、信号ＧＳ１及びＧＳ２をドライバ３３ａ及び３３ｂに向けてそれぞれ発信して、シャッタ３１ａ及び３１ｂを開く（ステップＳ６）。これにより、光干渉パターンの露光が開始する。
【００２３】
再び内蔵タイマーが計時動作をスタートして、コントローラ３２は待機状態となり（ステップＳ７）、この間も光干渉パターンの露光は継続する。
時間（Ｔ２−Ｔ３）が経過すると、内蔵タイマーは停止し、コントローラ３２が作動し始める。コントローラ３２は、信号ＧＳ３をドライバ３３ｃに向けて発信して、シャッタ３１ｃを閉じて、記録媒体１０へのゲート光の照射を遮断する（ステップＳ８）。
【００２４】
再び内蔵タイマーが計時動作をスタートしてコントローラ３２は待機状態となる（ステップＳ９）。この間に、中間励起準位に光励起されていた荷電キャリアは、徐々に基底準位に戻り始めるが、一方で、光干渉パターンの露光は継続するのである。
時間Ｔ３が経過すると、内蔵タイマーは計時動作を停止し、コントローラ３２が作動し始める。コントローラ３２は、信号ＧＳ１及びＧＳ２をドライバ３３ａ及び３３ｂに向けてそれぞれ発信し、シャッタ３１ａ及び３１ｂを閉じる（ステップＳ１０）。これにより光干渉パターンの露光が終了する。このとき、中間励起準位に光励起されていた荷電キャリアは、少なくとも情報信号を含んで形成された空間電界をうち消すような空間電界を形成するほどにはエネルギーを有していない。
【００２５】
以上を終了すると、メインルーチンに戻るのである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の如く、本発明による二色ホログラフィック記録装置は、情報信号を含んだ光干渉パターンの明暗をより鮮明に記録することができるために、再生されたデジタルデータ信号中に含まれ得る誤り信号を低減できるのである。なお、Ｔ１が、ゼロ若しくは負であっても前記効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラフィック記録システムを示す構成図である。
【図２】本発明によるホログラフィック記録装置を示す構成図である。
【図３】本発明によるホログラフィック記録装置における情報記録動作時のシャッタ開閉ルーチンを示すフローチャートである。
【主要部分の符号の説明】
１０ 記録媒体
１１ レーザ光源
１２ａ 信号光
１２ｂ 参照光
１３ ビームスプリッタ
１４ ビームエキスパンダ
１５ ＬＣＤ
１６、１９ フーリエレンズ
１７、１８、２３ ミラー
２０ ＣＣＤ
２１ ゲート光源
２２ ゲート光
３０ 可動ステージ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ シャッタ
３２ コントローラ
３２ａ キーボード
３３ａ、３３ｂ、３３ｂ ドライバ
Claims (5)
- ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する二色ホログラフィック記録装置であって、
前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への入射を開閉するそれぞれ第１、第２及び第３の光開閉手段と、
前記第１、第２及び第３の光開閉手段の各々を別々に制御し得る制御手段と、を有し、
前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３として、
前記制御手段は、
０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記第１の光開閉手段を開き、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じ、
Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、
Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記第１の光開閉手段を閉じ、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を開き、
Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記第１の光開閉手段、前記第２の光開閉手段及び前記第３の光開閉手段を閉じる手段であることを特徴とする二色ホログラフィック記録装置。 - 前記制御手段は、
前記第１、第２及び第３の光開閉手段をすべて閉じる休止手段と、
前記第１の光開閉手段を開いて、前記記録媒体の少なくとも一部分に前記ゲート光を照射する光励起手段と、
前記第２及び第３の光開閉手段を開いて、前記記録媒体の前記一部分に情報を記録する記録手段と、
前記第１の光開閉手段を閉じて、前記記録媒体へのゲート光の照射を遮断する光励起停止手段と、
前記第２及び第３の光開閉手段を閉じて、情報の記録を終了する記録停止手段と、からなり、
前記光励起停止手段は、前記記録停止手段よりも時間Ｔ３（＞０）だけ前に動作する手段であることを特徴とする請求項１記載の二色ホログラフィック記録装置。 - 前記時間Ｔ３は、前記記録媒体を構成する材料の前記準安定準位におけるキャリアの寿命τに対して、τ/100＜Ｔ３＜10τであることを特徴とする請求項２記載の二色ホログラフィック記録装置。
- ゲート光を照射して準安定準位に光励起された記録媒体に、可干渉性の信号光及び参照光を入射させて信号光の担う情報信号を記録する二色ホログラフィック記録方法であって、
前記記録媒体中のキャリアが前記ゲート光の照射によって安定準位から前記準安定準位に励起されるのに要する時間Ｔ１、前記情報信号が前記記録媒体に記録されるのに要する時間Ｔ２、及び、前記準安定準位に励起されたキャリアが前記安定準位に戻るのに要する時間Ｔ３として、
０≦時刻ｔ＜Ｔ１の間、前記ゲート光を前記記録媒体に照射し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射しない行程と、
Ｔ１≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３の間、前記ゲート光、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、
Ｔ１＋Ｔ２−Ｔ３≦時刻ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２の間、前記ゲート光の前記記録媒体への照射を停止し、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体に照射する行程と、
Ｔ１＋Ｔ２≦時刻ｔの経過後、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への照射を停止する行程と、を含むことを特徴とする二色ホログラフィック記録方法。 - 前記時間Ｔ３は、前記記録媒体を構成する材料の前記準安定準位におけるキャリアの寿命τに対して、τ/100＜Ｔ３＜10τであることを特徴とする請求項４記載の二色ホログラフィック記録方法。
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