JPS6018073B2 - ホログラム記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２次元の光情報をホログラムとして記録するホ
ログラフィ装置に関するものである。

ホログラフィ装置は２次元または３次元の光情報の記憶
が冗長度高く、換言すれば、安定にしかもキズやゴミに
よって損なわれにくく行ない得る装置であり、広く光晴
報処理システムへの応用が試みられている。特に近年電
気信号によって２次元の光情報の構成を行なう２次元光
空間変調装置の開発の可能性がいくつかの提案もしくは
実験を中心に高まってきたことから、電気的情報を光メ
モリとして貯える用途への期待が、にわかに大きくなっ
ている。ここに２次元光空間変調装置とは２次元の情報
をこれを通過する光に付与する素子の総称であり、ミニ
コピーフィルムなど写真フィルムに類するもの、孔あき
パンチカードまたはテープに類するもの、電気信号によ
って動作する光シャツ夕のマトリックスに類するもの、
たとえば液晶を透明電極を付したガラス板ではさみ、電
気信号によって液晶による光の透過もしくは反射（以後
透過もしくは反射を単に通過と称する。）の大小を功か
えるもの、あるいは、電気信号によって分極の反転を生
ずる強議電体により光の位相、振幅、偏向等の変調作用
を行なわしむるもの等々を意味する。２次元光空間変調
装置を通過した光はこれと可千渉性の参照光と光記録媒
体上で互いに干渉することによりホログラムを作るが、
その際２次元光空間変調装置の特性によっては、光の通
過面をすべて同一時刻に動作させるのではなく、この面
を便宜的にＭ分割し、（Ｍは正の整数）、時間幅ｔ，（
秒）、ら（秒）…・・・ｔＭ（秒）ごとにそれぞれ動作
させる場合がある。

一般にこのような２次元光空間変調装置は素子の設計製
作それ自体は簡単になるので今後広く実用が試みられよ
う。以下にこのような従来提案されている２次元空間変
調装置のホログラフィ装置への応用について解説し、そ
の問題点を明らかにする。なお簡単にため、具体例とし
て、情報“１”には光の透過、情報“０”には光の遮断
がそれぞれ対応する場合を示す。第１図は、従来の提案
されている２次元光空間変調装置およびそのホログラフ
ィ装置への応用法の一例である。第１図において１はし
ーザ、１９は光シャツ夕、２０は光シャツタ駆動回路、
２はビーム・スプリツタ、３はしーザ光線で、ビーム・
スプリツターを通過したもの、３′はしーザ光線でビー
ム・スプリッターにより反射せしめられたもの、４はビ
ーム・ェクスパンダ−、５はミラーである。レーザ光線
３は図示の通り、ビーム・ェクスパンダー４により所望
の面積を照明する一様な平行光東６にかわつて、２次元
光情報構成装置７へ向う。２次元光情報構成装置７は、
偏光子８、１′４波長板９、行方向にストライプ状に設
けた１′傘皮長坂と等価な厚みの強議電体板１０、検光
子１ １、第２の１／鑓皮長坂１２、列方向にストライ
プ状の透明電極をもうけた１′蛇皮長板と等価な厚みの
強議電体板１３、検光子１４で構成され、その動作は次
の通りである。

平行光東６は偏光子８により直線偏光となって、１′唯
皮長坂９を通過し、右廻り（もしくは左廻り）の平面偏
光となる。強鯵電体板１０は行方向にＭ本体のストライ
プ状透明電極が施されており、この電極に時系列的に電
気信号が印加される。このとき印加電気信号により強議
電体の分極が反転し、右廻り（もしくは左廻り）の平面
偏光を縦方向の、すなわち第１図の検光子１１の光の通
過方向へそろえる動作をする。

一方これと反対に電気信号が到来していない電極部分の
強議電体板は右廻り（もしくは左廻り）の平面偏光を横
方向の、すなわち第１図の検光子１１の光の遮断方向へ
そろえる動作をする。検光子１１から第２の１／４皮長
坂１ ２へ向うレーザ光東は、電気信号によって１行分
ずつ切かえられていることになる。この１行分の光東に
情報を書き込む動作が以下に説明される。第１行目のス
トライプ状の光東が第２の１／傘皮長板１２を通過する
と、この先は再び右廻り（もしくは左廻り）の平面偏光
となる。強議電体板１３には列方向にストライプ状の透
明電極を設けてあるが、この電極には情報“１”を書き
込む場所にのみ分極状態を反転させる電気信号が並列に
印加される。これらの電気信号が印加された場所の強議
電体部分を通過した光は右廻り（もしくは左廻り）の平
面偏光から縦方向すなわち第１図の検光子１４を通廻す
る方向へと偏光方向がそろい、ここに１行分の光情報の
構成が行なわれたことになる。検光子１４を通りぬけた
光東は情報書き込みレンズ１５で集東され、情報光１６
となって光記憶材料１８へ到達する。一方し−ザ光線３
′はミラー５で反射されて参照光１７となり情報光１６
との重なり合いでここにホログラムの記録がなされる。
以下第２行、・・・・・・第Ｍ行まで同様の動作がくり
かえされて１つのホログラムができる。レンズ１５と光
記憶材料１８の間隔がレンズ１５の篤ｖ点距離ｆとほぼ
等しいとき、光記憶材料１８上での情報光分布は検光子
１４を通過した光情報分布のフーリエ変換とほぼ等しく
なり、このようなホログラム記録装置をフーリエ変換ホ
ログラフィ装置と呼び実用上便利なホログラフィ装置の
例である。本明細書の実施例では特に断らない限りこの
フーリエ変換型を例として説明することにする。以上は
従来提案されたいたホログラフィ装置の一例であるが、
ここには問題点がある。｛１１ 行方向、列方向の電気
光学的シャッター作用はそれぞれ現実には若干のりーク
をともなう。

このリーク光量を情報“１”に対応する光量で割った値
は通常１０‐４程度であるが、Ｍ回の露光により露光回
数の２乗に比例するりークの累積が生じ、Ｍが１０ｏも
こ近ずくと情報に対してリークは等量になってしまうこ
とになる。これは情報構成装置として致命的な欠点があ
る。以下その事情を定量的に説明する。一般に光情報構
成素子のｍ行ｎ列の部分に“１”が表示された場合の実
効振幅値をＡｍｎと記すことにし、“０”が表示されて
ときのりーク光量の同じく光の実効振幅値をａｍｎと記
す。

第ｍ回目の露光時に記録材料面での光情報構成素子から
の実効振幅値Ｓｍは【２｝式で書き表わされる。Ｆはフ
ーリエ変換を意味する。ホログラム面上での、参照光を
Ｒと書き表わすと、ｍ回目の露光のエネルギーｌｍは‘
３’式となる。

Ｔは１回毎の露光時間幅である。

ｌｍＴＩＲ十Ｓｍｌ２ ……‘３１さらに
ｍ＝１、・・・・・・、Ｍまで動作した場合全体的には
露光エネルギー１は｛４１式となる。

‘４）式で注目すべき第２項と第４項である。一般にホ
ログラムの再生像の特性は露光ヱネルギ−１と密接な関
係があることが知られており、再生像の振幅は【４｝式
第２項のフーリエ逆変換に比例し、雑音は第４項の値と
強い相関をもつ。第２項をさらにわかりやすく書き直す
。〔‘４｝式第２項〕 ‘５｝式右辺第一項は逆フーリエ変換により所望の再生
像を得るべきものであり、第二項はリークの光の再生を
意味する。

まず【５ー式右辺第一項から所望の若生情報光として（
Ｃは定数）を得、リーク光の再生としてを得る。

すなわち再生像におけるリーク光の強度と再生情報光の
強度の比Ｎ／Ｓは‘６｝式となり、Ｍが１００Ｎ／ｓ＝
Ｍ．洋 ．・・．・棚とすると、前にもふれた通り
、ａ亀／Ａ急ｎ〕１０‐４としてもＮ／Ｓは１程度とな
る。

これでは実用にならない。また情報量を増加させる時は
多重度を増加させなければならず、多重度が多くなるこ
とは再生像の回折効率を減少させるため好ましくない。

たとえば多重度をＫ倍にした場合、得られる回折効率は
フ者；〜岸となり実用的でない。本発明は、このような
多重露光によるＳ／Ｎの低下という問題を解決したホロ
グラム記録装置を提供することを目的とし、この目的達
成のため、本発明は、複数の細長い光変調手段とその各
々に変調信号を送出する手段とで構成された光変調器を
複数個、該光変調手段の長手方向に並置し、この長手方
向に直角な方向を長手方向とする細長い複数の光東の各
々を各光変調器内の光変調手段に投射し、かつその投射
位置を該光変調手段の長手方向に同時に移動させること
により、多重度をへるし、これにより、Ｓ／Ｎの向上を
図るものである。

本発明の具体的実施例については以下詳しく述べる。

第２図は本発明の第１の実施例であって、図に示した番
号において、１，１１，１２，１３，１４，１９，２０
はそれぞれ第１図について示したものと同じである。

１１，１２，１３，１４は組合せにより光の振幅を時間
的に並列に制御する光空間制御装置７７′を構成する。

すなわち縦方向（以下これを列方向と呼ぶ）のストライ
プ状の複数本の光の通過区域を有し、かつその通過区域
には強議電体結晶もしくは強誘電体セラミックからなる
強談電体板１３に４１，４１′４ｒ，・・・・・・で示
されるストライプ状の複数本（Ｍ本）の透明電極を設け
て配置してあり、これら複数本の透明電極にそれぞれ電
圧を印加する駆動回路３９からの信号により、光が通過
もしくは遮断される。その原理そのものは第１図の１１
，１２，１３，１４の組合わせ動作と同じであるので説
明を繰返すことは、省略する。本実施例の特徴はこのよ
うな並列制御型のＫ個の光空間制御装置７７′と図中３
０‘こ示した１次元方向光切換え器、３１に示した同電
源、３３に示したレンズ、３５に示した他の１次方向へ
光東を拡げるレンズ、３７に示したレンズの以上をまと
めて４２で番号表示した時間的に投射位置が連続的もし
くはステップ的に変化するＫ個の光投射装置とを組み合
わせることによって２次元的に光情報構成を行なう２次
元光空間変調装置であって以下詳しく説明する。レーザ
１の出力であるレーザ光は光シャツ夕１９と同駆動回路
２０１こより、所望の時間幅において射出され、ハーフ
ミラー１００′で２方向に分れる。透過光は第１の２次
元光晴報横成装置７７′に投射され、反射光は第２のハ
−フミラー１００″に投射される。第２のハーフミラー
１００″に投射された光はハーフミラー１００″によっ
て２方向に分れる。

反射光は第２の２次元光情報構成装置７７ｒに投射され
、透過光は第３のハーフミラー１００″に投射される。
同様な動作をくりかえし、第（Ｋ−１）のハーフミラー
を透過した光はミラー１０１により第Ｋの２次元光情報
構成装置７７（ｋ）に投射される。ここでハーフミラ−
１００′，１００＾，……１００（ｋ‐１）は透過と反
射比を適当に異えてある。

次に２次元光情報構成装置を説明する。前記２次元光情
報構成装置Ｋ個はすべて同じ機念であるためここでは第
１の２次元光情報構成装置を説明する。ハーフミラー１
００′の透過光が１次元方向Ｎ段階光路切換え器３０を
通過する。Ｎ段階光路切換え器３０としては、それ自体
周知の電気光学的光偏向器、音響光学的偏向器もしくは
ガルバノミラー型偏向器などが用いられる。３１は同光
路切換え器の電源であって、の出力電気信号により３０
を通過した光は３２で示すようにその進路が１次元方向
に切換えられる。

３３はしンズ額きをもった光３２を軸に平行な光３４に
修正する。

３５は体記１次元方向と直交する方向へ、光を拡大する
レンズであって扇状の光東３６を作成する。

この扇状の光東３６はさらにレンズ３７で拡がりが修正
され細長い一様断面の光東となって光空間制御装置７７
′へ向う。光空間制御装置７７′に到来したシート状の
光は偏光子１１によって縦方向の直線偏光となり、次に
１′４波長板１２を通過し、右廻り（もしくは左廻り）
の平面偏光となり、強議電体板１３へ向う。強議電体板
１３は列方向のＭ本のストライプ状電極４１，４１′，
４１″に電気信号が印加されている場所のみを通過する
光の偏光方向を再びたて方向の直線偏光に戻し、検光子
１４を通過させることにより、シート状光に対しＭ個の
光情報“１”または“０”を与えたことになる。シート
状ビームが７７′を通過する場所は刻々切換えられ、そ
れに対応してつぎつぎにＭ個の光情報が与えられてゆく
ことにより、２次元的に光情報の一部の構成が完了する
のである。

強議電体板１３の透明電極に電源を印加する駆動回路３
９は制御回路９９により制御され、Ｋ個の２次元光情報
構成装置７′，７″，・・・・・・７（ｋ）が同時に動
作し１ケの２次元光情報構成装置の情報書き込み時間に
おいてＫ倍の情報を書き込むことができる。

上記の説明では、光空間制御装置７７′として光の振幅
を制御する場合を例示して説明したので得られる情報構
成は第３図ａの如き“１”または“０”のパターンであ
るが、光空間制御装瞳７７′として偏光子１ １、１／
４皮長坂１２、強議電体板１３の構成のものを用いれば
第３図ｂの如き“↑”（偏光方向がたて方向）“→”（
偏光方向がよこ方向）のパターンが得られる。

また、第３図ｃの如き、電気信号の印加によりこれを透
過する光の位相が、電気信号を印加しない場合に対して
中ずれるような位相パターンや、第３図ｄの如きアナロ
グ的パターンなど各種の使い方が可能である。第４図は
本発明の他の実施例を示したもの・である。

第４図中、５，６，７，８，９，１１‘まそれぞれ第１
図および第２図の説明において用いた記号と同じである
。本実施例においては、第２図実施例において説明した
細長い断面の光東を投射する光投射装置４２の代わりに
、１次元方向に細長いスリット２７′，２７″，・・・
・・・２７（ｋ）が、帯状バンド２４に設けられており
、ロール２２，２２′とロール回転機構２５、同駆動電
源２６の蓮けし、動作により平行光東中を前記１次元方
向と直交する他の１次元方向に位置を変化することによ
り、Ｋ個のスリットと通過する細長い断面の光東の光路
を切換える光投射装置を用いることを特徴とするもので
あり、この光投射装置と並列光制御装置７″との組合わ
せを用いるものである。本実施例の動作は以上の説明で
明らかであるが、念のために、第ｉ号目のスリット２７
（ｉ）がステット的に動作し、その位置が２７（ｉ），
２７（ｉ），・・・・・・２７（ｉ）（し）と変化して
それぞれの場所の光の開閉動作をしそれぞれに対応して
第ｉ番目の強議電体板１０（ｉ）の面に施された透明電
極４１，４１′，・・…・４１（Ｍ）に印加される電気
信号で光の開閉動作を行なう。ここで強諮電体板１０′
，１０″リ・・・・・・１０（ｋ）にそれぞれ駆動回路
３９′，３９″，…３９（ｋ）が設けてあり、制御回路
９９によって制御され、情報を書き込む。第５図に他の
実施例を示す。

この実施例はしーザ光９０がイルミネーションホログラ
ム１０２に照射すると、１０２からＫ個の扇状ビーム１
０４′，１０４″，……１０４仙が発生し、これをレン
ズ１０３で収束し、その焦点にミラー偏向器１０６を置
き、そのミラー偏向器を少しずつ回転することにより並
列光空間制御装置７７′，７７″・・・・・・７７（ｋ
）に投射る位置を変化させ書き込みを行なうものである
。以上のように本発明では、Ｍ行、Ｎ列の情報構成を行
なう場合、Ｍ行をＫ分割して、Ｌ回の露光でＭ×Ｎの情
報構成を行なう。

ここで、Ｌ＝Ｍ／Ｎ ……の である。

ここで第１行目の露光が行なわれる場合光記録材料面で
の光情報構成素子からの実効振幅値Ｓ，は｛２）式に対
応して棚式となる。特に断らない限り記号はすでに定義
した謎量を表わす。

ホログラム面上での１回目の露光エネルギー１，は‘３
｝式と同様であり、さらに１＝１、……、Ｌまで動作し
た場合全体として露光エネルギー１は｛４）式に対応し
て■式となる。ホログラムからの再生像の振幅は｛９｝
式第２項のフーリエ逆変換に比例する。

これを｛５｝式に対応して書き直す。〔糊式第２項〕 ■式右辺第１項は逆フーリエ変換により所望の再生像を
得るべきものであり、第２項はリーク項の若生を意味す
る。

すなわち右辺第１項から所望の再生情報光として（Ｃは
定数）を得、リーク光の再生光として右辺第２項からを
得る。

すなわち再生像におけるリーク光の強度と再生情報光の
強度の比Ｎ／Ｓは（１１）式となり、Ｌ‘こ依存しない
。

したがってＬが１００としても、Ｎ／Ｓ＝ａ雀／Ａ為
……（１１）Ｎ／Ｓはａを／Ａ金の値が
従来装置の場合と同じであるならば１０‐４という値が
全体として確保できる。これは従来方式に比較して１０
０００倍の信号対雑音比の改善を意味し効果はすこぶる
大である。また同じ信号対雑音比でＫ倍の情報を書き込
むことができる。本発明で強議電体とはそれら自体周知
の ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＣＱ２（Ｍｏｏ４）３、Ｂｉ４Ｔｉ
３０，２、ＰはＴなど電気的に光の振幅位相、偏光方向
等を切換え得る材料を指す。

同様にＭｎＢｉＥのなどの同じく電気的に光の振幅、位
相、偏光方向を切換える材料を用いても効果をあげるこ
とはでき、本発明の主旨のものは生かされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆提案されている２次元光空間変調装置およ
びそのホログラフィ装置への応用例を示す図、第２図は
本発明に用いられる２次元光空間変調装置の実施例図、
第３図Ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明による２次元光空間変調
装置によって礎成される情報パターンの例を示す図、第
４図、第５図は本発明に用いられる２次元光空間変調装
置の他の実施例を示す図である。 図中、１はしーザ、１１は検光子（偏光子）、１２は１
／４皮長板、１３は強議電体板、１４は検光子（偏光子
）、１６は参照光、１８は光記憶材料、１９は光シャツ
夕、２７はスリット、３０‘ま光路切換え装置、４２は
光投射装置、１０２はイルミネーションホログラム、１
０６はミラー偏向器である。 オＴ楓 汁２図 分る図 力５図 汁４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光源からのレーザ光をビームプリツタにより
   第１、第２の光束に２分し、該第１の光束を二次元空間
   変調器により空間的に変調し、該変調された光と該第２
   の光束とを干渉させて記録体上にホログラムを多重に記
   録するごとく該レーザ光の照射時間を光シヤツタにより
   制御してなるホログラム記録装置においた、 該二次元
   空間変調器を、同一平面内に並列に配列され、細長い光
   制御区域を有し、当該区域に照射された光を変調する、
   複数の光変調手段と、光変調手段の各々に同時に所望の
   変調信号を送出する手段とで構成された複数の光変調器
   を、該光制御候区域の長手方向に並置して構成し、 該
   第１の光束を複数の光束に分離する２個以上のハーフミ
   ラーと、該ハーフミラーによつて分離された複数の光束
   の光路をそれぞれ第１の方向に切換える複数の光路切換
   え装置と、前記第１の方向と直交する他の方向へ光束を
   拡げ、断面が細長い光束を作成する複数の光学素子とを
   有し、該複数の細長い光束の各々をその長手方向や該光
   変調手段の長手方向と直交するように、各光変調器内の
   該光変調手段に投射し、該複数の光路切換え装置により
   該ハーフミラーによつてわかれた複数の光束の光路をそ
   れぞれ同時に切換えることによつて、その投射位置を該
   光変調手段の長手方向に順次、同時に移動させる光投射
   装置を設け、 各該送出手段を、該光路切換え装置によ
   る切換え動作に同期して、異なる変調信号を、各光変調
   手段に送出するごとく構成して、該記録体上にホログラ
   ムを多重に形成することを特徴とするホログラム記録装
   置。 ２ レーザ光源からのレーザ光をビームスプリツタによ
   り第１、第２の光束に２分し、該第１の光束を二次元空
   間変調器により空間的に変調し、該変調された光と該第
   ２の光束とを干渉させて記録体上にホログラムを多重に
   記録するごとく該レーザ光の照射時間を光シヤツタによ
   り制御してなるホログラム記録装置において、 該二次
   空間変調器を、同一平面内に並列に配列され、細長い光
   制御区域を有し、当該区域に照射された光を変調する、
   複数の光変調手段と、該光変調手段の各々に同時に所望
   の変調信号を送出する手段とで構全された複数の光変調
   器を、該光制御区域の長手方向に並置して構成し、 該
   第１の光束を拡大する光学素子と、該拡大された光束中
   に設けた第１の方向に細長い複数のスリツトと、該複数
   のスリツトを該第１の方向と直交する第２の方向に同時
   に移動するスリツト移動器とを有し、該複数のスリツト
   を通過した複数の細長い断面の光束の各々をその長手方
   向が該光変調手段の長手方向と直交するように各光変調
   器内の該光変調手段に投射し、該複数のスリツトを該ス
   リツト移動器により移動することによつてその投射位置
   を該光変調手段の長手方向に順次、同時に移動させる光
   投射装置を設け、 各該送出手段を、該スリツト移動器
   による移動動作に同期して、異なる変調信号を、各光変
   調手段に送出するごとく構成して、該記録体上にホログ
   ラムを多重に形成することを特徴とするホログラム記録
   装置。 ３ レーザ光源からのレーザ光をビームプリツタにより
   第１、第２の光束に２分し、該第１の光束を二次元空間
   変調器により空間的に変調し、該変調された光と該第２
   の光束とを干渉させて記録体上にホログラムを多重に記
   録するごとく該レーザ光の照射時間を光シヤツタにより
   制御してなるホログラム記録装置において、 該二次元
   空間変調器を、同一平面内に並列に配列され、細長い光
   制御区域を有し、当該区域に照射された光を変調する、
   複数の光変調手段と、該光変調手段の各々に同時に所望
   の変調信号を送出する手段とで構成された複数の光変調
   器を、該光制御区域の長手方向に並置して構成し、 イ
   ルミネーシヨンホログラム、光学素子ならびにミラー偏
   向器を有し、該イルミネーシヨンホログラムに該第１の
   光束を照射することにより発生した複数の細長い光束を
   、該光学素子により収束させ、その収束点付近に該ミラ
   ー偏向器をおき、該複数の細長い光束の各々をその長手
   方向が該光変調手段の長手方向と直交するように各光変
   調器内の該光変調手段に投射し、該ミラー偏向器により
   該複数の細長い光束を偏向することによつてその投射位
   置を該光変調手段の長手方向に剰次、同時に移動させる
   投射装置を設け、 各該送出手段を、該ミラー偏向器に
   よる偏向動作に同期して、異なる変調信号を、各光変調
   手段に送出するごとく構成して、該記録体上にホログラ
   ムを多重に形成することを特徴とするホログラム記録装
   置。