JP4610268B2

JP4610268B2 - ホログラム多重記録装置

Info

Publication number: JP4610268B2
Application number: JP2004265086A
Authority: JP
Inventors: 佳久高山; 香椎子小舘
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: JP2006078944A

Description

この発明は、ランダムな波面を持った参照光発生手段を用いたホログラム多重記録装置に関している。

ホログラムを用いることにより、画像や、デジタルデータの多重記録が可能となり、多重化することにより、１０００倍以上の情報量を蓄積できる事が知られている。一般に、このようにホログラムを用いたホログラム記憶装置では、レーザ光を分岐して、物体を照射する物体光と、参照光とを生成し、この参照光を用いて、記録が行われてきた。

図５（ａ）に、その従来例を示す。レーザ光源から出射されたレーザ光は、半透過性の分岐鏡で物体光と参照光とに分岐される。物体光を、空間変調器を用いて記録すべき情報で変調し、記録盤を照射する。また、分岐された他方の参照光の方向を調整して、物体光が記録盤を照射する場所を照射するようにする。このように物体光と参照光とで照射されることによって、ホログラムによって情報が記録される。また。読み出しにおいては、図５（ｂ）に示すように、空間変調器で物体光を遮断して、参照光のみで、記録盤を照射する。この記録盤を透過した光を光検出器で検出することにより、ホログラム情報を読み取ることができる。

また、ホログラムを多重に記録し読み出す記憶装置として、特許文献１には、光化学ホールバーニングによって、特定の波長の吸収係数のホールを作り、このホールの深さとそれに伴って生じる屈折率の変化を情報として蓄積する光化学ホールバーニング媒体に、ビット列からなる有限長の光パルスの波長と等しい複数の波長の光を参照光とし、該光セルを物体光として、両者を光記録媒体中で互いに干渉させて生じた複数の周期の異なる干渉縞をホログラムとして記録し、ホログラムの再生においては、読み出し光として上記のビット列からなる有限長の光パルスの波長と等しい複数の波長の光を照射することによって、記録されたビット列を再生する光メモリが開示されている。

特開平６−５９３３３号公報

上記の様に、ホログラムは物体光と参照光の干渉により結晶に書込まれ、これと同じ参照光により記録された物体光が再生される。しかし、書込み時と読出し時に用いた参照光が異なる場合、ホログラムは読出されない。これを積極的に利用すると、画像毎にランダムな波面を生成することにより、多重蓄積や読出しが可能となる。この方法は、従来例の様に波長を変えることなくホログラムの多重記録を可能にするもので、本発明は、主に、このためのランダム参照光発生手段を提供するものである。

この発明のランダム参照光発生手段を用いることにより、従来例の様に波長を変えることなくホログラムの多重記録を実現することが容易になる。

本発明は、レーザ光を物体光と参照光とに分岐し、物体光を変調して、上記の分岐された参照光から生成された波面の乱雑な参照光と上記の変調された物体光とを記録媒体上で干渉させ、その干渉パタンを記録するホログラム記録装置で、上記記録媒体の同一部分に記憶情報ごとに乱雑パタンを変えた干渉光を用いて多重記録するものであって、
波面の乱雑な上記参照光が生成された後、上記記録媒体上の記録部分に至るまでの光路に、上記記録媒体に入射する参照光の入射角を変化させる入射角調整手段を備え、
上記入射角調整手段は、回転鏡が回転し、円筒状あるいは多角形状の内面に設けられた反射面に反射して上記記録媒体を照射するものであることを特徴とする。

上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光をマルチモード光ファイバーに通して波面の乱雑な参照光とする手段である。

また、上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を長さの異なる複数の光ファイバーの束からなるファイバーバンドルに通して波面の乱雑な参照光とする手段である。

また、上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、該参照光の光束の断面のサイズ以下の凹凸構造をその表面に備える光透過板に通して波面の乱雑な参照光とする手段である。

また、上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、該参照光の光束の断面のサイズ以下の凹凸構造をその表面に備える光反射板に反射させて波面の乱雑な参照光とする手段である。

また、上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、曹灰硼石（Ulexite）に通して波面の乱雑な参照光とする手段である。

あるいは、上記の、分岐されて波面の揃った参照光を、波面の乱雑な参照光に変換した後、記録媒体上の記録部分に至るまでの光路に、その光路長を変化させる光路長調整手段を備え、この手段を用いて、乱雑さを変化させるものである。

あるいは、上記の、波面の乱雑な参照光を発生する手段は、前記手段の温度の変化、あるいは、前記手段の光路を構成する物体に印加する張力または圧力の変化によってその光路長を変化させる光路長変化手段を備え、この手段を用いて、乱雑さを変化させるものである。

あるいは、上記の、レーザ光は、波長可変のレーザ光源から得られたレーザ光であり、上記の記憶情報ごとに乱雑パタンを変えた干渉光を用いた多重記録を、異なる波長のレーザ光を用いてさらに多重化するものである。

よく知られているように、ホログラムは物体光と参照光の干渉により結晶に書込まれ、これと同じ参照光により記録された物体光が再生される。しかし、書込み時と読出し時に用いた参照光が異なる場合、ホログラムは読出されない。そこで上記の様に、これを積極的に利用すると、画像毎にランダムな波面を生成することにより、多重蓄積や読出しが可能となる。この方法は、従来例の様に波長を変えることなくホログラムの多重記録を可能にするもので、この発明ではランダム参照光発生手段が重要である。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。

図１に本発明のホログラム多重記録装置の実施例を示す。レーザ光源１から出射されたレーザ光１０は、半透過性をもった分岐鏡２で、物体光１１と参照光１２に分岐される。物体光１１には空間変調器で記録すべき情報が物体光１１に与えられ、記録盤４に集光される。この記録盤は、回転することが可能であるが、記録する間は、実質的に停止と等価な状態にある。また、参照光１２は、反射鏡５で反射され、参照光の波面を乱雑にする波面乱雑化手段６を通過する。この参照光は、光路長調整手段７を通過した後、記録盤上の先の物体光の場合と同様の位置に集光される。記録盤上では、物体光と参照光とが干渉し、この干渉パターンが記録される。ここで、光路長調整手段７は、波面乱雑化手段で乱雑になった波面を持った参照光を種々の長さの光路を伝搬させることにより、より多様な乱雑性を与えるためのものである。記録盤上では、光路長調整手段７により光路長を異ならせることにより、異なった乱雑性を持った参照光で照射することと等価になる。

図１のホログラム多重記録装置で読み出しを行う場合は、上記した従来例の場合と同様に、物体光を空間変調器で遮断して、参照光を記録盤に照射し、記録盤を透過した光、あるいは、記録盤から反射した光を、図には示していないが光検出器で検出する。この際、波面乱雑化手段６や光路長調整手段７を書き込み時と同じ条件にする必要がある。

ここで、波面乱雑化手段６は、できるだけ微細な乱雑パタンを与えるものであることが望ましい。上記の様に、空間変調器で記録すべき情報が物体光１１に与えられるが、緻密な乱雑パタンでない場合は、情報間にクロストークが発生する。このようなクロストークを避けるために必要な緻密さは、記録に用いる符号に依って決まる。従って、乱雑性を設定するためには、記録に用いる符号の特徴と、実現する多重度を考慮する必要があることは明らかである。

図２（ａ）に示す波面乱雑化手段は、マルチモード光ファイバーを用いたものである。よく知られているように、マルチモード光ファイバーでは、入射した光は、その入射部位の僅かな差のために、光ファイバー壁面での反射の繰り返しが異なってしまい、その波面が乱雑になる。図２（ａ）に示す波面乱雑化手段では、レンズ１３により、入射位置を積極的に広がるようにしている。

また、図２（ｂ）に示す波面乱雑化手段は、種々の長さの光ファイバーを用いたものである。図２（ｂ）では、４本の光ファイバーを用いているが、さらに多数の、しかも種々の乱雑な長さの光ファイバーを束ねて光ファイバー束（ファイバーバンドル）として用いることが望ましい。光ファイバーの長さが異なることから、光の伝搬距離が異なることになり、当然のこととして、その波面が乱雑になる。入力側と出力側の光ファイバの位置関係は、いかなる対称性も持つ必要はない。

図２（ｃ）に示す波面乱雑化手段は、表面に乱雑な凹凸パタンが刻まれた光透過板１８を用いたものである。また、図２（ｄ）に示す波面乱雑化手段は、表面に乱雑な凹凸パタンが刻まれた光反射板１９を用いたものである。これらの波面乱雑化手段では、レンズ１３をビーム拡散に用いており、またレンズ１５でこれらの光を集光している。

図２（ｅ）に示す波面乱雑化手段は、曹灰硼石（Ulexite）２１を用いたものである。曹灰硼石を通った光の波面が乱れることは、既によく知られている。上記と同様にレンズ１３をビーム拡散に、またレンズ１５は、拡散して波面の乱れた光の集光に用いている。

波面の乱雑な光は、さらに長い距離を伝搬することによって、異なる乱雑性を持つことが知られている。図１に示す光路長調整手段では、４枚の鏡面を用い、その２枚の鏡面を移動させることにより光路長を調整するものである。

また、図３（ａ）に示す光路長調整手段では、電気ヒータ２３によって、マルチモード光ファイバーの熱膨張を惹起して、その光路長を調整するものである。図には示していないが、マルチモード光ファイバーの代わりにファイバー束の温度を、電気ヒータで調整してもよい。このように、熱膨張を利用する方法の利点は、微妙な光路長の調整を容易に行うことができるという点にある。

また、図３（ｂ）に示す光路長調整手段では、曹灰硼石を加圧して、その光学特性を変化させると共に、光路方向の変形を用いて光路長を調整するものである。

また、図３（ｃ）に示す光路長調整手段では、電気光学効果をもった結晶に高電圧を印加してその屈折率を変えるか、電歪効果により光路方向の結晶のサイズを変化させることにより光路長を調整するものである。

記録盤上で、物体光と、波面の乱雑な参照光との入射方向を変えることによっても、多重化を図ることができる。図４（ａ）に示す入射方向調整手段は、図１のレンズ９と記録盤４との間の光路に設置して使用するものであり、参照光の記録盤への入射方向を調整するものである。図４（ａ）の回転鏡２５が回転し、円筒状あるいは多角形状の内面に設けられた反射面２６に反射して記録盤を照射する。また、図４（ｂ）においては、その一端がくさび状に形成された円筒形の導光体２７に光を入射し、前記のくさび状の一端から出射するものである。この導光体２７を図に示しように光路に平行な線を中心に回転させることによりその出射方向を、図４（ｂ）の出射を示す矢印に示すように変化させることができる。

従来のホログラムメモリで多重化を図る場合には、レーザ光の波長を変えて記録することによる多重化が行われてきた。本発明は、それぞれの波長のレーザ光について多重化を図るものであるので、レーザ光の波長を変えることにより、上記の多重化に加えてレーザ光の波長による多重化を容易に実現することができることは、容易に理解できる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。波面乱雑化手段の模式図である。光路長調整手段の模式図である。入射方向調整手段の模式図である。従来のホログラムメモリ装置の模式図である。

符号の説明

１レーザ光源
２分岐鏡
３空間変調器
４記録盤
５反射鏡
６波面乱雑化手段
７光路長調整手段
８、９レンズ
１０レーザ光
１１物体光
１２参照光
１３レンズ
１４マルチモード光ファイバ
１５、１６レンズ
１７光ファイバー束
１８表面に乱雑な凹凸パタンが刻まれた光透過板
１９表面に乱雑な凹凸パタンが刻まれた光反射板
２０反射板
２１曹灰硼石
２２ａ、２２ｂ加圧機
２３電気ヒータ
２４ａ、２４ｂ電極
２５回転鏡
２６反射面
２７導光体

Claims

レーザ光を物体光と参照光とに分岐し、物体光を変調して、上記の分岐された参照光から生成された波面の乱雑な参照光と上記の変調された物体光とを記録媒体上で干渉させ、その干渉パタンを記録するホログラム記録装置で、上記記録媒体の同一部分に記憶情報ごとに乱雑パタンを変えた干渉光を用いて多重記録するものであって、
波面の乱雑な上記参照光が生成された後、上記記録媒体上の記録部分に至るまでの光路に、上記記録媒体に入射する参照光の入射角を変化させる入射角調整手段を備え、
上記入射角調整手段は、回転鏡が回転し、円筒状あるいは多角形状の内面に設けられた反射面に反射して上記記録媒体を照射するものであることを特徴とするホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光をマルチモード光ファイバーに通して波面の乱雑な参照光とする手段であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を長さの異なる複数の光ファイバーの束からなるファイバーバンドルに通して波面の乱雑な参照光とする手段であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、該参照光の光束の断面のサイズ以下の凹凸構造をその表面に備える光透過板に通して波面の乱雑な参照光とする手段であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、該参照光の光束の断面のサイズ以下の凹凸構造をその表面に備える光反射板に反射させて波面の乱雑な参照光とする手段であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、分岐されて波面の揃った参照光を、曹灰硼石に通して波面の乱雑な参照光とする手段であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム多重記録装置。
分岐されて波面の揃った参照光を、波面の乱雑な参照光に変換した後、記録媒体上の記録部分に至るまでの光路に、その光路長を変化させる光路長調整手段を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のホログラム多重記録装置。
波面の乱雑な参照光を発生する手段は、前記手段の温度の変化、あるいは、前記手段の光路を構成する物体に印加する張力または圧力の変化によってその光路長を変化させる光路長変化手段を備えることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のホログラム多重記録装置。
請求項１ないし８のいずれかに記載のホログラム多重記録装置において、レーザ光は、波長可変のレーザ光源から得られたレーザ光であり、記憶情報ごとに乱雑パタンを変えた干渉光を用いた多重記録を、異なる波長のレーザ光を用いてさらに多重化したことを特徴とするホログラム多重記録装置。