JP5435291B2 - コリニアホログラフィック記憶方法およびコリニアホログラフィック記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は記憶装置に関し、しかも特にコリニアホログラフィック記憶装置およびその方法に関する。

ホログラフィック技術は今日まで発展して、歴史上においても度々の研究ブームの波を迎えている。しかしながら、数多くの研究者が数多くの心血を注いできたものの、ホログラフィック技術を商品化するまでの技術に発展させ得なかった。

コリニアホログラフィック記憶システムの特色は参照光と信号光とを同一光軸で前方に出射するとともに、同一の対物レンズでディスク上に集光して干渉書込みを行うものであり、このシステムは構造が簡単で、従来の光学式記憶媒体との互換性があり、参照光と信号光との光路差が短く、レーザ同調長さに対する要求は低く、シフト選択性に優れ、波長の許容度に優れ、傾斜許容度に優れ、大記憶容量で、伝送率が高いなどの特色を備えており、次世代における重要な記憶技術の一つとして見られている。

従来技術において、透過式回折格子および反射式回折格子が同時に存在する場合、透過式回折格子および反射式回折格子を透過して発生した回折信号は増加的または減殺的干渉を生じ、これにより回折信号が読取り温度の変化に伴って急激に振幅して、ときには０近くにまで低下してしまう。

本発明の技術態様は、反射型回析格子によって引き起こされるマイナス的な影響を克服することができるコリニアホログラフィック記憶方法を提供するところにある。

本発明の一実施例によれば、コリニアホログラフィック記憶方法は、
（１）データをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込むステップと、
（２）書込み時、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を、常温よりも約５℃〜５０℃高い所定温度にまで昇温させるステップと、
（３）データをコリニアホログラフィック記憶媒体中から読取るステップとを含み、所定温度は、４５℃〜７５℃であり、所定温度は、読取り時の温度よりも５℃〜５０℃高く、反射型回折格子および透過型回折格子がコリニアホログラフィック記憶媒体に同時に存在し、反射型回折格子により生成される回折信号は減少され、かつ、透過型回折格子により生成される回折信号は残される。
（本実施例において提示しているステップは、特にその順序を明記している場合を除き、実際の要求によりその前後順序を調整したり、場合によっては同時または部分的に同時に実行することができるということは理解されるはずである）。

本発明の他の実施例によれば、コリニアホログラフィック記憶方法は、
（１）データをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込むステップと、
（２）データをコリニアホログラフィック記憶媒体中から読取るステップと、
（３）コリニアホログラフィック記憶媒体の書込み時における温度が読取り時の温度よりも約５℃〜５０℃高くなるように、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を制御するステップと、を含む。
（本実施例において提示しているステップは、特にその順序を明記している場合を除き、実際の要求によりその前後順序を調整したり、場合によっては同時または部分的に同時に実行することができるということは理解されるはずである）。

本発明の他の技術態様は、反射型回折格子によって引き起こされるマイナス的な影響を克服することができるコリニアホログラフィック記憶装置を提供するところにある。

本発明の実施例によれば、コリニアホログラフィック記憶装置は、書込み手段と、ヒータとデータをコリニアホログラフィック記憶媒体中から読取る読み取り手段とを備えている。使用時には、書込み手段はデータをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込む。ヒータは書込み時に、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を常温よりも約５℃〜５０℃高い所定温度にまで昇温させる。所定温度は、４５℃〜７５℃であり、所定温度は、読取り時の温度よりも５℃〜５０℃高い。また、反射型回折格子および透過型回折格子がコリニアホログラフィック記憶媒体に同時に存在し、反射型回折格子により生成される回折信号は減少され、かつ、透過型回折格子により生成される回折信号は残される。

本発明の実施例によれば、コリニアホログラフィック記憶装置は、書込み手段と、読取り手段と、温度制御手段とを備えている。使用時には、書込み手段はデータをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込む。読取り手段はデータをコリニアホログラフィック記憶媒体中から読取る。温度制御手段はコリニアホログラフィック記憶媒体の書込み時における温度が読取り時の温度よりも約５℃〜５０℃高くなるように、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を制御する。

本発明の実施例におけるコリニアホログラフィック記憶媒体の書込み時における断面概略図である。 図１の透過式回折格子の書込み時における等価モデル概略図である。 図１の透過式回折格子の読取り時における等価モデル概略図である。 図１の反射式回折格子の書込み時における等価モデル概略図である。 図１の反射式回折格子の読取り時における等価モデル概略図である。 本発明の実施例におけるコリニアホログラフィック記憶装置の機能ブロック図である。 本発明の実施例において使用される参照光を示す図である。 本発明の実施例において、反射式回折格子により生じた回折信号の強さが温度とともに変化しているものを示す図である。

以下にて、図面をもって本発明の複数の実施例を開示するものであるが、明確な説明のために、実際の運用上における数多くの仔細部分は下記にて合わせて説明する。しかしながら、これら実際の運用上における仔細部分は本発明を制限するために用いられるものではないことは理解されるべきである。つまり本発明の一部実施例において、これら実際の運用上の仔細は必ずしも必要とされるものではない。また、図面を簡素化するために、一部公知で慣用される構造および素子については、図面中にて簡単に概略的に図示するものとする。

図１は本発明の実施例におけるコリニアホログラフィック記憶媒体１００の書込み時における断面概略図である。図示するように、本実施例におけるコリニアホログラフィック記憶媒体１００は反射層１１０と、記録層１２０とを備えている。記録層１２０は反射層１１０上に配設されている。

書込み時、使用者によって、信号光２００および参照光３００は空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ＳＬＭ）により変調されるとともに、レンズ４００を通過して反射層１１０上に集光する。このとき、信号光２００と参照光３００とは互いに干渉するとともに、干渉縞を記録層１２０中に記録する。

図１に示すように、反射層１１０の作用により、記録層１２０中には、透過式回折格子５００と、反射式回折格子６００という二種類の回折格子が存在する。具体的には、透過式回折格子５００は入射信号光２１０および入射参照光３１０で構築された回折格子と、反射信号光２２０および反射参照光３２０で構築された回折格子とを備えている。一方、反射式回折格子６００は入射信号光２１０および反射参照光３２０で構築された回折格子と、反射信号光２２０および入射参照光３１０で構築された回折格子とを備えている。この二種類の回折格子は全く異なった二種類の特性をもたらす。

図２は図１の透過式回折格子５００の書込み時における等価モデル概略図である。書込み時、空間光変調器により発生した信号光２００および参照光３００は合成されてレンズ４００の焦点面（レンズ４００の焦点距離ｆ）に作像され、信号光２００および参照光３００は同一の光軸で出射されるとともに、レンズ４００を通過してコリニアホログラフィック記憶媒体１００に集光されて、信号光２００と参照光３００とに干渉縞を発生させて、コリニアホログラフィック記憶媒体１００中に記録する。

図３は図１の透過式回折格子５００の読取り時における等価モデル概略図である。読取り時、空間光変調器により発生し光場分布が参照光３００と同一である読取り光３５０はレンズ４００の焦点面（レンズ４００の焦点距離ｆ）に作像され、読取り光３５０はレンズ４００を通過してコリニアホログラフィック記憶媒体１００に集光される。読取り光３５０はコリニアホログラフィック記憶媒体１００を介して回折信号２５０が発生し、この回折信号２５０はレンズ４００を通過した後レンズ４００の焦点面（レンズ４００の焦点距離ｆ）に作像されて、信号光２００と同一の光場分布を形成する。使用者は撮像手段によりこの回折信号２５０を取得することで、コリニアホログラフィック記憶媒体１００に格納されているデータ（つまり、信号光２００と参照光３００とにより生じた干渉縞）を読取ることができる。

図４は図１の反射式回折格子６００の書込み時における等価モデル概略図である。書込み時、信号光２００および参照光３００は同一の光軸でありつつも逆方向でコリニアホログラフィック記憶媒体１００に入射するとともに、コリニアホログラフィック記憶媒体１００中にて干渉縞を発生させる。

図５は図１の反射式回折格子６００の読取り時における等価モデル概略図である。読取り時、空間光変調器は光場分布が参照光３００と同一である読取り光３５０はレンズ４００の焦点面（レンズ４００の焦点距離ｆ）に作像され、読取り光３５０はレンズ４００を通過した後コリニアホログラフィック記憶媒体１００に集光される。読取り光３５０はコリニアホログラフィック記憶媒体１００を介した後回折信号２５０が発生するが、この回折信号２５０逆方向でレンズ４００を通過した後レンズ４００の焦点面（レンズ４００の焦点距離ｆ）に作像され、信号光２００と同一の光場を形成する。同様に、使用者は撮像手段によりこの回折信号２５０を取得することでコリニアホログラフィック記憶媒体１００に格納されているデータ（つまり、信号光２００と参照光３００とにより生じた干渉縞）を読取ることができる。

透過式回折格子５００および反射式回折格子６００が同時に存在する場合、透過式回折格子５００および反射式回折格子６００を透過して発生した回折信号２５０は増加的または減殺的干渉を生じ、これにより回折信号２５０が読取り温度の変化に伴って急激に振幅して、ときには０近くにまで低下する。したがって、もし反射式回折格子６００をなくすことができれば、コリニアホログラフィック記憶システムにおける温度許容度とシステムの安定性の向上に寄与することができる。

これに鑑み、発明者は苦心研究の後、コリニアホログラフィック記憶システムの近軸近似の解を得るとともに、この得られた結果に基づき、反射式回折格子６００の問題の根源はコリニアホログラフィック記憶媒体１００の書込み時および読取り時における温度差にあると考えた。よって、下記にて、この得られた結果に基づき、反射式回折格子６００をなくす技術的手法を提示したい。

仮に屈折率を改善した場合に生じる焦点ぼけは、コリニアホログラフィック記憶媒体１００をシフトさせることですでに補償されている（具体的には、書込みおよび読取り時に、コリニアホログラフィック記憶媒体１００は屈折率の変化に伴って移動させることで、レンズ４００での等価後の焦点面は尚もコリニアホログラフィック記憶媒体１００の反射層１１０上に位置している）。本願発明者が得た近軸近似の解を下記式に示す。

式中、各パラメータの定義は以下のとおりである。
（１）熱変形後における記録層１２０の媒体の屈折率はＭ_ｎ倍となり、レンズ４００の等価焦点距離をｆ/Ｍ_ｆとすると、近軸条件下でＭ_ｆ=１/Ｍ_ｎとなり、
（２）記録層１２０の媒介中における光の波長をＭ_λλとするとともに、読取り光３５０の波長Ｍ_ｐλと定義すると、Ｍ_λ=Ｍ_ｐ/Ｍ_ｎとなり、
（３）１/Ｍ_ｘ、１/ Ｍ_ｙおよび１/Ｍ_ｚである書込みの回折格子におけるそれぞれｘ、ｙ、ｚ三方向の熱変形率を、変形前の回折格子配置をＧ_０（ｕ,ｖ,Δｚ）とすると、熱変形後の回折格子配置Ｇ（ｕ,ｖ,Δｚ）はＧ_０（Ｍ_ｘｕ,Ｍ_ｙｖ,Ｍ_ｚΔｚ）となり、
（４）λは波長を表しており、
（５）ｋは波数（ｗａｖｅ ｎｕｍｂｅｒ）を表しており、
（６）ｆはレンズ４００の焦点距離を表しており、
（７）Δｚはコリニアホログラフィック記憶媒体１００の中心からレンズ４００中心からレンズ４００の後焦点面までの距離を表しており、
（８） ｕ およびｖ はコリニアホログラフィック記憶媒体１００の側方向座標であり、
（９）Ｕ_ｉは空間光変調器にて発生する入力波面であり、
（１０）Ｕ_ｆはＵ_ｉのフーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）であり、
（１１）Ｕ_ｓ、Ｕ_ｒおよびＵ_ｐはそれぞれレンズ４００の焦点面上における信号光２００、参照光３００および読取り光３５０の光場分布を表しており、そして、
（１２）Ｌはコリニアホログラフィック記憶媒体１００の二倍の厚みである。

上記の近軸近似の解は見るからに複雑であるので、極めて簡潔なシステムの物理的特性を下記する。

（１）式２は変形した回折信号２５０を表している。変形後の回折信号２５０のξ方向における直線性はＭ_λＭ_ｘ/Ｍ_ｆ倍縮小し、η方向における直線性はＭ_λＭ_ｙ/Ｍ_ｆ倍縮小している。
（２）積分式中においては二つの大括弧があり、第一の大括弧は透過式回折格子５００により発生した回折信号２５０の光場を表し、第二の大括弧は反射式回折格子６００により発生した回折信号２５０の光場を表している。
（３）反射式回折格子６００により発生した回折信号２５０の光場中には、変数
Ｌ/Ｍ_ｚλ｛（２/Ｍ_λ）−２Ｍ_ｚ｝
が存在するＳｉｎｃ関数がある。コリニアホログラフィック記憶媒体１００の厚みＬ/２は波長λよりも遥かに大きいため、この項目の存在により反射式回折格子６００の熱変形許容度は極めて低くなり、コリニアホログラフィック記憶媒体１００がわずかにでも熱変形してしまうと、反射式回折格子６００が発生する回折信号２５０は０にまで低下し、透過式回折格子５００により発生した回折信号２５０が残るのみになってしまう。

したがって、本願発明者は、上記発見に基づき、反射式回折格子６００により発生した回折信号２５０を提言する方法を提示するものである。

本発明の実施例によれば、コリニアホログラフィック記憶方法は、
（１）データをコリニアホログラフィック記憶媒体１００中に書込むステップと、
（２）データをコリニアホログラフィック記憶媒体１００中から読取るステップと、
（３）コリニアホログラフィック記憶媒体の書込み時における温度が読取り時の温度よりも約５℃〜５０℃高くなるように、コリニアホログラフィック記憶媒体１００の温度を制御するステップと、を含む。（本実施例において提示しているステップは、特にその順序を明記している場合を除き、実際の要求によりその前後順序を調整したり、場合によっては同時または部分的に同時に実行することができるということは理解されるはずである）。

つまり、使用者は、コリニアホログラフィック記憶媒体１００の書込み時と読取り時との温度差が約５℃〜５０℃となるように温度差を意図的に制御することで、反射式回折格子６００により発生した回折信号２５０を低減することができる。

使用者は通常、常温の環境下でコリニアホログラフィック記憶媒体１００の読取りを行うので、本発明における一つ以上の実施例において、上記ステップ（３）は、
（３.１）書込み時、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度１００の温度を、常温よりも約５℃〜５０℃高い所定温度にまで昇温させるステップと、を含む。

上記した「常温」とは「意図的に加熱または冷却されていない一般的な温度」と解釈され、仮に常温を２５℃と定義すると、上記の所定温度は約３０℃〜７５℃となるということは理解されるべきである。実際の運用においては、使用者は所定温度を約４５℃〜７５℃に設定することができる。

本実施例および関連する後述において、「約」は何らかの微量の変化を修飾するためのものであり、このような微量の変化は本質を変えることはない。例えば、「所定温度は常温よりも５℃〜５０℃高い」というこの表現は所定温度が確実に５℃〜５０℃高いということを意味する以外にも、反射式回折格子６００により発生した回折信号２５０を低減できるのであれば、所定温度と常温との間の温度差は実質的に５℃未満、または実質的に５０℃を超えても良いとも言える。

本発明の他の実施態様は、上記コリニアホログラフィック記憶方法に用いられるコリニアホログラフィック記憶装置である。以下、図面を付き合わせて、この技術内容を具体的に説明する。

図６は本発明の実施例におけるコリニアホログラフィック記憶装置の機能ブロック図である。図示するように、コリニアホログラフィック記憶装置は、書込み手段７００と、読取り手段８００と、温度制御手段９００とを備えている。使用時には、書込み手段７００はデータをコリニアホログラフィック記憶媒体１００中に書込むのに用いられる。読取り手段８００はデータをコリニアホログラフィック記憶媒体１００中から読取るのに用いられる。温度制御手段９００は、コリニアホログラフィック記憶媒体の書込み時における温度を、読取り時の温度よりも約５℃〜５０℃高くするように、コリニアホログラフィック記憶媒体１００の温度を制御するのに用いられる。

上記した書込み手段７００は空間光変調器７５０と、レンズ４００とを備えている。書込み時、空間光変調器７５０は参照光と信号光とを提供するとともに、参照光および信号光を同一の光軸で前進させる。レンズ４００は参照光および信号光をコリニアホログラフィック記憶媒体１００に集光させて、参照光と信号光とを相互干渉させるとともに、複数の干渉縞をコリニアホログラフィック記憶媒体１００中に記録する。書込み手段７００の詳細な働きは図２、図４および関連する文字記述中に明記してあるので、ここでは重複の説明は控える。

上記した読取り手段８００は空間光変調器７５０と、レンズ４００と、撮像手段８５０とを備えている。読取り時、空間光変調器７５０は光場分布が参照光と同一である読取り光を提供する。レンズ４００は読取り光をコリニアホログラフィック記憶媒体１００に集光させる。読取り光はコリニアホログラフィック記憶媒体１００を通過した後、回折信号が発生する。使用者は撮像手段８５０によりこの回折信号を取得して、コリニアホログラフィック記憶媒体１００中に格納されているデータを読取る。読取り手段８００の詳細な働き図３、図５および関連する文字記述中に明記してあるので、ここでは重複の説明は控える。

同様に、使用者は通常、常温の環境下でコリニアホログラフィック記憶媒体１００の読取りを行うので、本発明における一つ以上の実施例において、前記温度制御手段９００はヒータ９５０を備えることができる。このヒータ９５０は書込み時に、コリニアホログラフィック記憶媒体１００の温度を常温よりも約５℃〜５０℃高くなるよう昇温させる。

上記した温度制御手段９００は例示的なものであって、本発明を制限するものではないことは理解されるべきである。本発明の他の実施例において、温度制御手段９００は冷却器としてもよい。この冷却器は読取り時に、コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を常温よりも約５℃〜５０℃低くなるように冷却する。または、本発明のその他の実施例において、温度制御手段９００は前記ヒータ９５０と冷却器とを組み合わせたものであってもよい。

下記において、本発明が確かに所望の物理的特性を備えていることが理解できるよう、本発明における複数のシミュレーション結果を開示することにより、本発明の上記実施例のコリニアホログラフィック記憶装置およびその方法を説明する。下記においては、さらなる限定について補充を加えるのみで、上記実施例にて提示されているパラメータは重複説明しないことを合わせて言明しておく。

以下のシミュレーションにおいて、信号光は波長が４０８ｎｍである原点上の点状光源であって、レンズの焦点距離は４ｍｍ、コリニアホログラフィック記憶媒体の厚みは０.５ｍｍ、コリニアホログラフィック記憶媒体の屈折率は１．５、空間光変調器上における各画素の一辺の長さは１３．６８μｍ、空間光変調器上の合計画素数は３２１×３２１であり、参照光はまったく変調されておらず（図７に示す）、参照光の内径および外径はそれぞれ空間光変調器長さの７１．４％および９３．８％であり、空間光変調器上における各画素の開口率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）は１００％である。

上記パラメータでシミュレーションを行った後、図８に示す結果が得られた。図８には反射式回折格子により生じた回折信号の強さが温度とともに変化しているものを示している。

本発明は実施例にて上記のように開示したが、これは本発明を限定するためのものでなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、各種の変更および付加を行うことができるので、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲にて限定されるものを根拠とするものである。

１００ コリニアホログラフィック記憶媒体
１１０ 反射層
１２０ 記録層
２００ 信号光
２１０ 入射信号光
２２０ 反射信号光
２５０ 回折信号
３００ 参照光
３１０ 入射参照光
３２０ 反射参照光
３５０ 読取り光
４００ レンズ
５００ 透過式回折格子
６００ 反射式回折格子
７００ 書込み手段
７５０ 空間光変調器
８００ 読取り手段
８５０ 撮像手段
９００ 温度制御手段
９５０ ヒータ
ｆ レンズの焦点距離

Claims (3)

1. データをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込むステップと、
   書込み時、前記コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を、常温よりも５℃〜５０℃高い所定温度にまで昇温させるステップと、
   前記データを前記コリニアホログラフィック記憶媒体中から読取るステップと
   を含み、
   前記所定温度は、４５℃〜７５℃であり、
   前記所定温度は、読取り時の温度よりも５℃〜５０℃高く、
   反射型回折格子および透過型回折格子が前記コリニアホログラフィック記憶媒体に同時に存在し、
   前記反射型回折格子により生成される回折信号は減少され、かつ、前記透過型回折格子により生成される回折信号は残される
   コリニアホログラフィック記憶方法。
2. データをコリニアホログラフィック記憶媒体中に書込む書き込み手段と、
   書込み時、前記コリニアホログラフィック記憶媒体の温度を、常温よりも５℃〜５０℃高い所定温度にまで昇温させるヒータと、
   前記データを前記コリニアホログラフィック記憶媒体中から読取る読み取り手段と
   を含み、
   前記所定温度は、４５℃〜７５℃であり、
   前記所定温度は、読取り時の温度よりも５℃〜５０℃高く、
   反射型回折格子および透過型回折格子が前記コリニアホログラフィック記憶媒体に同時に存在し、
   前記反射型回折格子により生成される回折信号は減少され、かつ、前記透過型回折格子により生成される回折信号は残される
   コリニアホログラフィック記憶装置。
3. 前記書込み手段が、
   参照光と信号光とを提供するとともに、前記参照光および前記信号光を同一の光軸で前進させる空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ＳＬＭ）と、
   前記参照光と前記信号光とを前記コリニアホログラフィック記憶媒体上に集光させることで、前記参照光と前記信号光とを互いに干渉させるとともに、複数の干渉縞を前記コリニアホログラフィック記憶媒体中に記録するレンズと、を備えたことを特徴とする請求項２に記載のコリニアホログラフィック記憶装置。

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