JPH04307584A - 体積多重ホログラフィー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同一記憶素子中に複数
のホログラムを記録し、再生する体積多重ホログラフィ
ー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ等のコヒーレントな光源を用いて
物体によって散乱される物体光と同じ光源から分離した
参照光とを干渉させ、それによって生じた干渉縞を光記
録可能な写真乾板等の記憶媒体に記録し、これを参照光
で再生して物体光を再現する技術にホログラフィーがあ
る。このホログラフィーで記録される干渉縞には、物体
光の二次元（型）の情報だけでなく、三次元（奥ゆき）
方向の情報も含まれているため、ホログラフィーは三次
元情報の再生方法として注目されている。そして、記憶
素子として三次元的に奥ゆきを持つ立体を用い、該記憶
素子に対して様々な角度から複数個の記録を行う技術を
体積多重ホログラフィーという。

【０００３】また、ホログラフィー記録時に、記憶素子
に対して光学的に絞って記録を行うフーリエ・ホログラ
フィー技術は、物体光の情報を記録するのに必要な記憶
素子の断面積が他のホログラフィー技術に比べて小さく
て済むため、超密度記録と呼ばれており、記録媒体とし
て種々の検討が続けられている。

【０００４】このフーリエホログラフィーと上記体積多
重ホログラフィーとを合せると、小さな体積中に非常に
多くの情報が記録でき、また、再生が独立、並列に行え
るため、かかる技術は処理情報量の増加に伴って、近年
、脚光を浴びるようになってきている。

【０００５】従来の体積多重ホログラフィー記録装置の
一例を図５に示す。図中、４１はコヒーレント光源、４
２は体積多重記憶素子を示し、コヒーレント光源４１に
相対向するようにハーフミラー４３及び全反射ミラー４
４が配されている。これにより、コヒーレント光源４１
からの光の一部はハーフミラー４３を透過した後、全反
射ミラー４４で反射されて参照光４５として体積多重記
憶素子４２に入射する。一方、ハーフミラー４３の反射
光方向には全反射ミラー４６及びビーム拡張系レンズ４
７が配されており、ビーム拡張系レンズ４７の間には光
変調器あるいは光のマスクからなるパタン４８が挿入さ
れている。したがって、ハーフミラー４３で反射された
光は全反射ミラー４４で反射された後、ビーム拡張系レ
ンズ４７に入り、ビーム径が拡張された状態でパタン４
８を透過して再びビーム径が縮小され、物体光４９とし
て体積多重記憶素子４２に入射する。

【０００６】このような装置では、コヒーレント光源４
１からの光の一部がパタン４８を透過して形成される物
体光４９と、同じコヒーレント光源４１から分岐された
参照光４５とが体積多重記憶素子４２に入射し、両者の
干渉縞が体積多重記憶素子４２に記録される。そして、
記録された体積記憶素子４２に参照光４５を照射すると
物体光４９が再現される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の装置
では、体積多重記憶素子４２に入射する光の角度を変え
るためには、体積記憶素子４２を回転させるか、又はコ
ヒーレント光源４１、ミラー４３，４４，４５、ビーム
拡張系レンズ４７及びパタン４８を含む光学系全体を回
転させるかする必要がある。したがって、従来の装置で
は、精密な光学軸を保ったまま数多くの体積多重の記録
・再生をするのは非常に困難であった。

【０００８】また、記憶素子への体積多重が高密度にな
ればなる程、所定の角度に記憶した情報を再生するため
には光学軸の角度設定が厳しい条件となるので、記憶情
報の再生や未記録位置への新規記録に時間を要する。こ
のため、従来においては、体積多重ホログラフィー技術
が有する高密度・高転送速度を充分に活用できていない
。

【０００９】そこで、光路の切替や媒体の移動を機械的
に行わずに電気的に走査する技術が望まれ、光学軸の切
替えをＡＯ（音響光学効果）変調器を用いて行うことに
より、機械的動作を除く方法が提案されている。かかる
方法の原理を図６に示す。

【００１０】図６において、５１はＡＯ変調器、５２は
高周波（ＲＦ）発振器、５３はＡＯ変調器に立った進行
定在波による屈折率分布、５４は入射光（波長λ０　）
、５５は１次回折光、５６は０次回折光を示す。また、
５７は０次回折光の波長分散、５８は１次回折光の波長
分散を示す。このような構成では屈折率分布５３を変化
させることにより１次回折光５５の出射方向が変わるの
で、これを利用して、例えば０次回折光５７を参照光、
１次回折光５５を物体光として記憶素子に入射すれば、
機械的走査が不要となる。

【００１１】上述したＡＯ変調器５１による光路切替え
は機械的動作に比べて高速で位置精度も高いが、屈折率
分布５３をつくる定在波が進行波型であるために、１次
回折光５８に必ず入射光の中心波長５８ａに対して波長
サイドバンドによる異なった波長５８ｂ，５８ｃが生じ
るという問題がある。そして、このように異なった光を
干渉させた場合、波長シフトが大きいと２光束は全く干
渉せず、また、波長シフトが近いと干渉縞のビーム（う
ねり）となり、正確なホログラムが記録されない。よっ
て、このような理由からも、ＡＯ変調器を用いず、体積
多重ホログラムの再生に有効な高速、高精度な体積多重
ホログラフィー装置の必要性が大きかった。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑み、体積多重
記録・再生時の記憶素子と光軸との変化速度が速く、し
かも簡易な構成で且つコンパクト化を図った体積多重ホ
ログラフィー装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る体積多重ホログラフィー装置は、コヒーレント
光源から分けられた複数個の光束の一部を記憶パタンへ
照射してその散乱光と他の光束とを干渉させることによ
り形成される干渉縞を記憶素子体積中に複数個記録する
体積多重ホログラフィーを行う体積多重ホログラフィー
装置において、上記コヒーレント光源として、異なる位
置に配置した複数のレーザ光源からなるレーザ群を有し
、且つ上記記憶パタンを複数個有する記憶パタン群を具
えたことを特徴とし、また、特に上記構成において、記
憶パタン群として共焦点の回転楕円体面からなる反射型
変調器を具え、この反射型変調器の頂点の位置にレーザ
群を配してあると共に該反射型変調器の第一焦点の位置
には上記レーザ群の各レーザ光源からの光束の一部をそ
れぞれ当該反射型変調器の異なる位置へ反射する曲面半
透鏡を配してあり、さらに該反射型変調器の第二焦点の
位置には記憶素子を配してあることを特徴とする。

【００１４】

【作用】複数のレーザ光源からなるレーザ群からの光束
は光学系により複数の光束に分けられてそれぞれ記憶素
子に導かれ干渉する。この際、レーザ群の異なる位置か
ら発せられる光束の一部はそれぞれ異なる記憶パタンで
散乱された後、記憶素子の異なる位置に入射し、他の部
分との干渉縞として記録される。すなわち、記憶素子の
回転移動や光学系の機械的移動を伴わず、レーザ群中の
光源を変えることにより体積ホログラフィーが実現でき
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１６】図１には一実施例に係る体積多重ホログラ
フィー装置の一例を概念的に示す。同図において１１は
レーザ・アレイ群であり、体積多重ホログラムの記憶素
子１２に対向して設けられている。レーザ・アレイ群１
１と記憶素子１２との間にはレーザ光束を分離する半透
鏡（ハーフミラー）１３が設けられており、半透鏡１３
を通過する光は参照光１４として記憶素子１２に入射す
る。一方、半透鏡１３で反射された光の方向には複数枚
（最低４枚）のマクロレンズアレイ（フライ・アイ・レ
ンズ）からなるビーム・エクスパンダ系１５、このビー
ム・エクスパンダ系１５内に配される液晶などの記憶パ
タン群１６及びミラー１７が配置されている。半透鏡１
３での反射光はビーム・エクスパンダ系１５の入射側で
ビーム径が拡大された後記憶パタン群１６の一部を通過
し、出射側で再び絞り込まれる。そして、この光はミラ
ー１７で反射されて物体光１８として記憶素子１２に入
射し、上記参照光１４と干渉するようになっている。以
上の装置では、レーザ・アレイ群１１の異なる位置から
出射されるレーザ光束のうち半透鏡１３での反射光は記
憶パタン群１６のうちそれぞれ異なるパタンを通過して
異なる物体光１８として記憶素子１２の異なる位置に入
射する。一方、半透鏡１３を通過した光束も記憶素子１
２の異なる位置に入射する。したがって、記憶素子１２
には異なる位置に複数の干渉縞が記録されることになる
。

【００１７】ここで、レーザ・アレイ群１１としては図
２に示すような面発光のレーザ・ダイオード・アレイ２
０を用いるのが好ましい。このレーザ・ダイオード・ア
レイ２０は、例えばＧａＡｌＡｓ基板２１上に発光接合
部をたて積みした後、エッチングにより発光接合部を、
例えば図示のような円柱２２の集合に加工したものであ
り、各円柱２２の上下側にはそれぞれ配線２３，２４を
とると共に上面に発光部２５を設けてある。したがって
、各円柱２２が面発光のレーザダイオードとなり、平面
状にレーザ光源が並んだレーザ群となる。かかるレーザ
・ダイオード・アレイ２０では、円柱２２を１μｍφ程
度に加工すると５〜１０ｍｍ平方につき１０００×１０
００のアレイが容易に実現でき、配線２３，２４をマト
リックス選択して印加すれば、任意の円柱２２の発光部
２５から発光させることができる。

【００１８】なお、レーザ・アレイ群１１としては、ガ
スレーザ等の気体レーザ系を配列したものも可能である
が、大型化するので他の光学系が大型化して記憶素子１
２に同一焦点を持つ光学系を得ることが困難である。例
えば、記憶素子１２として、、ＢＳＯ，ＳＢＮ等の強誘
電性結晶を用いる場合、その大きさが５〜１０ｍｍ立方
であるので、レーザ配列の径を同程度にしておく必要が
あり、レーザアレイ群の数を多くすることはできないと
いう不具合がある。また、レーザ・アレイ群１１は面状
の配置を示しているが、必ずしも面状に配置する必要は
ない。しかし、最低限の光学系で多数の光源からの光束
を記憶素子１２に導くには面状に配するのが好ましい。

【００１９】図１に示す装置により、体積多重ホログラ
フィーを実施した例を示す。レーザ・アレイ群１１とし
て、図２に示すようなレーザ・ダイオード・アレイ（波
長：９６０ｎｍ；１２ｍｍ平方当り、３０×３０マトリ
ックス；ＬＤ間３００μｍ）を用い、レーザ・ダイオー
ド・アレイのマトリックス中の４端点（各１０ｍｍ距離
を有する）の４つのＬＤを発振させた。また、ビーム・
エクスパンダ系１５としては、１０：１の比でビーム径
３ｍｍに広げるものを、記憶パタン群１６の各パタンと
しては２ｍｍ平方の文字パタンを、ミラー１７としては
凹面鏡をそれぞれ用いた。さらに、記憶素子としては乳
剤の厚いホログラム用銀塩乾板を用いた。

【００２０】上記４つのＬＤからの光束は各々半透鏡１
３で分離され、その反射光はビーム・エクスパンダ系１
５によりビーム径を３ｍｍに広げられた状態で２ｍｍ平
方の文字パタンを通過した後、凹面鏡のミラー１７で絞
り込んだ状態で物体光１８として記憶素子１２に導かれ
る。 一方、半透鏡１３を通過した光束も参照光１４として記
憶素子１２の同一部分に導かれる。なお、物体光１８及
び参照光１４の露光はそれぞれ１０ｎｓｅｃ，１００μ
ｗ／ｃｍ２　（レーザパワー）で行った。銀塩を現像後
、記憶素子を露光時の媒体位置に精密に戻し、上記４つ
のＬＤを順次点灯させ参照光１４のみを照射して回折像
をＣＣＤアレイカメラで観測した。このとき、配列した
ＬＤを１００ｎｓｅｃ点灯、９００ｎｓｅｃ消灯の時間
サイクルで走査したところ、検出ＣＣＤには各々異なっ
た像が１μｓｅｃ　で再現された。

【００２１】図３には他の実施例に係る体積多重ホログ
ラフィー装置を概念的に示す。同図に示すように、この
装置ではレーザ群として図２に示すようなレーザ・ダイ
オード・アレイ３１を用いている。レーザ・ダイオード
・アレイ３１は共焦点を有する回転楕円体面からなる空
間変調器３２の頂点（２つの焦点を結ぶ直線が回転楕円
体面と交差する点）の部分に設けられた間に設けられて
いる。空間変調器３２は強誘電性液晶シャッタ３２ａを
内面に有する回転楕円体ミラー３２ｂからなり、楕円体
ミラー上の各位置に記憶パタン３３を形成することがで
きるものである。そして、空間変調器３２の第一焦点の
位置には曲面ハーフミラー３４が、第二焦点の位置には
体積多重記憶素子３５がそれぞれ配置されている。ここ
で、曲面ハーフミラー３４は、レーザ・ダイオード・ア
レイ３１の各ＬＤから出た各光の一部を透過させて参照
光３６として体積多重記憶素子３５に入射させると共に
、残りの光を空間変調器３２の内面に向って反射させる
ものである。さらに詳言すると、レーザ・ダイオード・
アレイ３１の各ＬＤから出た光は曲面ハーフミラー３４
の異なる位置に入射してそれぞれ空間変調器３２の異な
る位置に反射されるようになっている。曲面ハーフミラ
ー３４はこのような反射面を有するものであれば特に限
定されないが、反射光を空間変調器３２の全体へ広げ、
且つその反射位置を容易に計算するためには回転楕円体
面であるのが好ましい。そして、概念的に図示したもの
とは異なり、レーザ・ダイオード・アレイ３１及び曲面
ミラー３４は共に空間変調器３２の径よりも十分に小さ
いので、レーザ・ダイオード・アレイ３１の各ＬＤから
出て曲面ハーフミラー３４で反射した光は全て第一焦点
から出射していることになるので、空間変調器３２で反
射された後、第二焦点に位置する体積多重記憶素子３５
に入る。なおこの反射光は空間変調器３２の反射位置に
形成された記憶パタン３３により変調された物体光３７
となる。したがって、該物体光３７と上記参照光３６と
は体積記憶素子３５内で交わって干渉し、干渉縞が体積
記憶素子３５に記録される。また、記録した体積記憶素
子３５に対し、図４に示すように参照光３６のみを照射
してその透過光を検出用ＣＣＤアレイ３８で検出すると
、図示のように回折像３９が検出される。

【００２２】空間変調器３２をｆ１　＝２５ｍｍ、ｆ２
　＝５０ｍｍの共焦点を有する回転楕円体面とし、また
、体積多重記憶素子３５としてＣｅ　ドープ（Ｃｅ　０
．０７ａｔ％）ＳＢＮ（ストロンチウム・バリウム・ナ
イオベート）単結晶立方体（５ｍｍ立方）を用い、ＳＢ
Ｎ結晶のＣ面を光入射面として体積多重ホログラフィー
を実施した。レーザ・ダイオード・アレイの各ＬＤの間
隔を０．３ｍｍとすると、体積多重記憶素子（ＳＢＮ結
晶）３５上では０．２度の角度多重となった。ＳＢＮ結
晶上の角度分解能は通常０．０２度であるので、レーザ
・ダイオード・アレイ３１の配列ＬＤの点灯によって９
００（３０×３０）の角度多重記録及び再生を行うこと
ができる。また、ＬＤ発振面から記憶素子３５までの全
光路は最大で７５ｍｍであり、通常短いとされている半
導体レーザの可干渉距離（３００ｍｍまで）内であるの
で、十分に明確な干渉パターンが得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明した様に本発明による体積多重
ホログラフィー装置はレーザ光源を多数配列することに
よって、光学系の調整なしに、高速で体積多重ホログラ
フィーの記録，再生を行うことができ且つ光軸の精度が
高いという利点を有する。また、構成部品の数が従来の
定盤系に比べ極端に少ないため、装置自体を安価で構成
が容易になるという利点を合わせ持つ。さらに、実施例
で示したように、楕円体ミラー型の空間変調器を用いる
と、レーザ光源配列からの光路長を非常にコンパクトに
できる。従って、ガスレーザ（Ａｒ　，Ｈ２　−Ｎｅ　
）等の可干渉距離の長いレーザのみならず、半導体レー
ザの様な可干渉距離の短いレーザを用いてもその光路長
で有効な干渉縞を形成し記憶素子に記録させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る体積多重ホログラフィー装置を
概念的に示す説明図である。

【図２】レーザ・ダイオード・アレイの一例を示す説明
図である。

【図３】他の実施例に係る体積多重ホログラフィー装置
を概念的に示す説明図である。

【図４】図３の装置の再生時の状態を示す説明図である
。

【図５】従来技術に係る体積多重ホログラフィー装置の
概念図である。

【図６】ＡＯ素子による光路切替え例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１１　　レーザ群 １２　　記憶素子 １３　　半透鏡 １４　　参照光 １５　　ビーム・エクスパンダ系 １６　　記憶パタン群 １７　　ミラー １８　　物体光 ２０，３１　　レーザ・ダイオード・アレイ３２　　空
間変調器（楕円体ミラー型）３３　　記憶パタン ３４　　曲面ハーフミラー ３５　　体積多重記憶素子 ３６　　参照光 ３７　　物体光 ３８　　ＣＣＤアレイ ３９　　回折像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コヒーレント光源から分けられた複数
   個の光束の一部を記憶パタンへ照射してその散乱光と他
   の光束とを干渉させることにより形成される干渉縞を記
   憶素子体積中に複数個記憶する体積多重ホログラフィー
   を行う体積多重ホログラフィー装置において、上記コヒ
   ーレント光源として、異なる位置に配置した複数のレー
   ザ光源からなるレーザ群を有し、且つ上記記憶パタンを
   複数個有する記憶パタン群を具えたことを特徴とする体
   積多重ホログラフィー装置。
2. 【請求項２】　　請求項１において、レーザ群として、
   基板上に複数の面発光のレーザ・ダイオードを配列した
   面発光レーザ・ダイオード・アレイを用いることを特徴
   とする体積多重ホログラフィー装置。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２において、記憶パタン
   群として共焦点の回転楕円体面からなる反射型変調器を
   具え、この反射型変調器の頂点の位置にレーザ群を配し
   てあると共に該反射型変調器の第一焦点の位置には上記
   レーザ群の各レーザ光源からの光束の一部をそれぞれ当
   該反射型変調器の異なる位置へ反射する曲面半透鏡を配
   してあり、さらに該反射型変調器の第二焦点の位置には
   記憶素子を配してあることを特徴とする体積多重ホログ
   ラフィー装置。