ホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法
【課題】光学系の調整を必要とすることなく、小型でかつ簡単な装置構成で多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法を提供する。
【解決手段】光源から送出される光は、第１の１／２波長板２を透過して偏光ビームスプリッタ３に入射し、偏光ビームスプリッタ３を透過した第１の光ビームと、偏光ビームスプリッタ３で反射された第２の光ビームとがホログラム材料に照射されて干渉縞を形成する。第１の１／２波長板２の回転角度を０°＜θ＜４５°にしてホログラムを記録し、第１の１／２波長板２の回転角度を４５°＜θ＜９０°にしてホログラムを消去する。あるいは、第１の１／２波長板２の回転角度を４５°＜θ＜９０°にしてホログラムを記録し、第１の１／２波長板２の回転角度を０°＜θ＜４５°にしてホログラムを消去する。
【解決手段】光源から送出される光は、第１の１／２波長板２を透過して偏光ビームスプリッタ３に入射し、偏光ビームスプリッタ３を透過した第１の光ビームと、偏光ビームスプリッタ３で反射された第２の光ビームとがホログラム材料に照射されて干渉縞を形成する。第１の１／２波長板２の回転角度を０°＜θ＜４５°にしてホログラムを記録し、第１の１／２波長板２の回転角度を４５°＜θ＜９０°にしてホログラムを消去する。あるいは、第１の１／２波長板２の回転角度を４５°＜θ＜９０°にしてホログラムを記録し、第１の１／２波長板２の回転角度を０°＜θ＜４５°にしてホログラムを消去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に、多重記録されたホログラムの一部を選択的に消去するにあたり、簡単な構成で消去することが可能なホログラム記録・消去装置と、多重記録されたホログラムの一部を簡便な方法で消去し再書き込みすることが可能なホログラムの記録・消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的なデータをホログラムの形で記録・再生するホログラムメモリは、ホログラムをホログラム媒質中の同一箇所に多重記録することができるため、大容量化が可能であり、またデータ転送を高速で行うことができるという特質がある。特に、ホログラム媒質としてフォトリフラクティブ結晶を用いたホログラムメモリでは、一旦記録されたホログラムを消去することが可能であり、ＤＶＤやブルーレイディスクの次世代の光記録装置として研究開発が進められている、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ）システムにおける記録データの消去・再書き込み手段としての利用が見込まれている。
【０００３】
このようなフォトリフラクティブ媒質中に多重に記録されたホログラムは、一様なインコヒーレント光の照射や熱処理により、一括消去可能であり、一括消去に関する技術としては様々なものが存在するが、多重ホログラム中の任意の一枚のホログラムのみを選択的に消去することができると実用上便利である。
【０００４】
ホログラムは、フォトリフラクティブ媒質中に、参照光と、２次元的なデータが付加された物体光との干渉によって形成される干渉縞として記録されるものであるが、一旦記録されたホログラムに対し、このホログラムを記録した時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞を上書きすることで、任意の１枚のホログラムを選択的に消去することができる。
【０００５】
記録時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞は、図１０に示すように、物体光或いは参照光のいずれか一方の位相を、移相器により位相をπラジアン変位することによって得ることができる。
図１０において、参照光５１と、２次元画像データを有する物体光５２との干渉によって、フォトリフラクティブ媒質中に干渉縞５４が形成されてホログラムが記録される。参照光５１の光路上には移相器５３が配置されており、この移相器５３は、参照光５１の位相を０かπのいずれかに切り換える機能を有するものである。記録時においては、位相の切り換えは行われず、移相量、すなわち位相を変化させる量は０である。ホログラムの多重記録は、通常、ホログラムごとに参照光の角度、波長、位相分布等を変化させることにより行われる。
【０００６】
このようにして多重記録されたホログラムのうち、消去したいホログラムに対して、記録時と同一の角度、波長、位相分布を有する参照光５１と、記録時と同一の物体光５２とをフォトリフラクティブ媒質へ照射する。このとき、参照光５１の位相は移相器５３によって記録時に対して空間的にπラジアン変位した干渉縞５５が消去対象のホログラムに上書きされ、これにより、消去対象のホログラムが消去される。
【０００７】
このとき、他の多重ホログラムに対しては、これらの選択消去光、すなわち物体光に対して位相が変位した参照光はインコヒーレント消去光として機能する。しかし、図１１の規格化回折効率の時間応答特性に示すように、選択的消去の速度はインコヒーレント消去のそれと比較して格段に高速なため、この選択消去光によって消去対象のホログラムのみが選択的に消去され、他の多重ホログラムは消去されない。従って、選択的消去が可能となる。
【０００８】
上述した移相器５３として、液晶位相変調器やピエゾミラーを参照光や物体光の光路上に配置して半波長分の光路差を作ることで干渉縞の位相を変位させる構成のものが、非特許文献１に記載されている。
しかし、移相器５３として液晶位相変調器やピエゾミラーを用いたものでは、光学系が大型となって複雑化するとともに、液晶位相変調器やピエゾミラーが高価であるため、ホログラムメモリ装置が高価になるという問題点がある。
【０００９】
また、多重ホログラムの選択的消去に必要な移相量は、記録時と再生時については０であり、消去時にはπのみであって、他の値は不要であるのに対して、液晶位相変調器やピエゾミラーを用いた移相器では、選択的消去に０とπ以外の、不要な連続的な中間値も採り得るため、位相の変位に誤差を生じやすく、多重ホログラムの選択的消去の性能が低下する原因となる。
【００１０】
この位相変位の誤差を解消するために、二重マッハツェンダ−干渉光学系を用いて、記録時の干渉縞と位相がπ変位した干渉縞を得るようにしたホログラムメモリ装置が、特許文献１、非特許文献２に記載されている。
【００１１】
このホログラムメモリ装置では、ホログラムの消去に用いられる光学素子は誘電体多層膜ビームスプリッタのみであるため、装置の小型化が実現でき、安価であるばかりでなく、この光学系によって生成される位相差は０とπに限定されるため、位相の変位に誤差を生じることがなく、多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことができるという利点がある。
【００１２】
しかし、記録時と消去時に、異なる光路を伝播する光ビームを用いており、これら２つの光ビームの入射位置、角度、波面を正確に調整することが必要であり、この方法で多重ホログラムの選択的消去を正確に行うためには、正確な光学系の調整が不可欠である。従って、大面積で精細なホログラムデータの消去には不向きである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−１２６６４２号公報
【非特許文献１】H. Sasaki, J. Ma, Y. Fainman, and S. Lee, "Fast update of dynamic holographic memory," Opt. Lett. 17, 20, pp.1468-1470, 1992.
【非特許文献２】M.Bunsen,H.Furuta,and A.Okamoto, "Selective erasure of speckle-multiplexed holograms by use of a double Mach-Zehnder interferometric arrangement,"Appl.Opt.45, pp.7035-7042, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、特段に光学系の調整を必要とすることなく、小型でかつ簡単な装置構成でホログラムの記録、消去、再書き込みを行うことができ、特に多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するために、本発明のホログラム記録・消去装置は、ホログラム材料に対して物体光と参照光とが照射されて形成される干渉縞によってホログラムが記録され、あるいは消去されるホログラム記録・消去装置において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを備え、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとが前記ホログラム材料に照射されて干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板には回転手段が設けられており、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記回転手段によって前記第１の１／２波長板が回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去がなされるか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去がなされることを特徴とする。
【００１６】
第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して形成された干渉縞と、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して形成された干渉縞とは、その位相がπずれているため、第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して記録されたホログラムを、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して干渉縞を形成することにより、消去することが可能である。同様に、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して記録されたホログラムを、第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して干渉縞を形成することにより、消去することが可能である。また、消去した後にホログラム記録の再書き込みをすることが可能である。
【００１７】
この手段によると、第１の１／２波長板の回転角度が０°＜θ＜４５°のときと、４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相が離散的にπ異なるため、位相ずれの誤差を生じることがなく、ホログラムの消去を正確に行うことができる。また、ホログラムの記録時と消去時において、干渉縞を形成するための光ビームは同一の光路上を伝播するため、特段に光路調整を行う必要がなく、大面積で精細なホログラムデータの消去を行うこともできる。さらに、構成部品が少なく、装置構成も簡単であるため、小型化が可能であり、安価であってかつ信頼性が高い。
【００１８】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去とすることができる。
多重記録の手段としては、スペックル多重、角度多重、波長多重、球面参照光シフト多重、位相コード多重等を用いることができる。
【００１９】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置することができる。
この第２の１／２波長板は、ホログラム材料に干渉縞を形成する２つの光ビームである、第１の光ビームと第２の光ビームとの偏光方向を揃えるために配置されるものである。
【００２０】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記回転手段はステッピングモータにより制御されるものとすることができる。
本発明においては、ホログラム記録・消去を正確に行うために、第１の１／２波長板の回転角度を正確に制御することが必要であるが、回転手段としてステッピングモータを用いると、第１の１／２波長板の回転角度を精度良く制御することが可能である。
【００２１】
本発明のホログラム記録・消去方法は、ホログラム材料に対して物体光と参照光とを照射して形成される干渉縞によってホログラムを記録し、あるいは消去するホログラム記録・消去方法において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを用いて、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとを前記ホログラム材料に照射して干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記第１の１／２波長板を回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去を行うか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去を行うことを特徴とする。
【００２２】
この方法によると、第１の１／２波長板の回転角度が０°＜θ＜４５°のときと、４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相が離散的にπ異なるため、位相ずれの誤差を生じることがなく、ホログラムの消去を正確に行うことができる。また、ホログラムの記録時と消去時において、干渉縞を形成するための光ビームは同一の光路上を伝播するため、特段に光路調整を行う必要がなく、簡便な方法で、大面積で精細なホログラムデータの消去を行うことができる。
【００２３】
本発明のホログラム記録・消去方法においては、前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去とすることができる。
【００２４】
本発明のホログラム記録・消去方法においては、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置して前記第１の光ビームの偏光状態を変換することができる。
これにより、ホログラム材料に干渉縞を形成する２つの光ビームである、第１の光ビームと第２の光ビームとの偏光方向を揃えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、特段に光学系の調整を必要とすることなく、小型でかつ簡単な装置構成でホログラムの記録、消去、再書き込みを行うことができ、特に多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１（ａ）に、本発明のホログラム記録・消去装置の基本構成を示す。
光源から送出される入射光１は、第１の１／２波長板２を透過した後、偏光ビームスプリッタ３によって２つの光ビームに分けられる。この分割された２つの光ビームのうち、偏光ビームスプリッタ３を透過した第１の光ビーム４は、第２の１／２波長板５を透過した後第１のミラー６によって反射されて進行方向が変えられる。一方、偏光ビームスプリッタ３によって反射された第２の光ビーム７は、第２のミラー８によって反射されて進行方向が変えられる。第１の光ビーム４と第２の光ビーム７とがホログラム材料であるフォトリフラクティブ媒質中で干渉して干渉縞９が形成されることによって、フォトリフラクティブ媒質中にホログラムが記録される。また、後に詳述する手法により、干渉縞９とは空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞１０が、上述した第１の光ビーム４と第２の光ビーム７とによって、消去対象となるホログラムに上書きされてホログラムが消去される。
【００２７】
第１の１／２波長板２は、これに取り付けられた回転手段によって回転できるようになっており、この回転手段の一例を図１（ｂ）に示す。
ここでは、第１の１／２波長板２は、ステッピングモータ駆動ステージとして機能するホルダ４０に保持されており、ステッピングモータによって回転部４１が回転することにより、第１の１／２波長板２が回転する。この回転手段により、第１の１／２波長板２を任意の角度で回転させることができる。
本発明は、第１の１／２波長板２の回転角を所定範囲の角度に設定してホログラムの記録を行うとともに、第１の１／２波長板２の回転角を他の範囲の角度に設定してホログラムの選択的消去を行うものである。回転手段としてはこの他に、エンコーダを取り付けたサーボモータによるもの等とすることができる。図１（ａ）における回転角度θは、後述するように、入射光１の偏光方向と第１の１／２波長板２の結晶軸の１つである速軸とがなす角度である。
【００２８】
図１（ａ）に示す光学系において、第１の１／２波長板２と偏光ビームスプリッタ３とは、ホログラム記録時及び消去時の干渉縞の位相ずれ生成機能を担うものである。一方、第２の１／２波長板５は第１の光ビーム４と第２の光ビーム７との偏光方向を揃えるために配置されており、位相ずれ生成には寄与しない。
【００２９】
以下に、この位相ずれの詳細について説明する。
まず、図２に基づいて、１／２波長板の一般的な機能について説明する。
１／２波長板には速軸と遅軸と呼ばれる２つの結晶軸があり、遅軸方向に偏光した光波の光学的距離が速軸方向に偏光した光波のそれと比べて、複屈折現象により１／２波長分だけ長くなるように、その厚さが設計されている。図２においては、１／２波長板への入射光は鉛直方向へ偏光したＳ波としており、入射光は紙面手前側から奥側へ向かって伝播するものとしている。また、１／２波長板を回転させることによって、入射光の偏光方向と１／２波長板の速軸とはθの角度をなしているものとする。
【００３０】
図２（ａ）は、１／２波長板の入射端での偏光状態を示しており、入射光は１／２波長板の速軸方向成分と遅軸方向成分とを有している。図２（ｂ）は、１／２波長板の出射端での偏光状態を示しており、光波が１／２波長板中を伝播して出射端に達したとき、上述した光学的距離の差によって、遅軸方向成分は速軸方向成分と比べて１／２波長分、すなわちπラジアン遅れている。その結果、図２（ｂ）に示すように、１／２波長板の出射端における速軸方向成分と遅軸方向成分の合成である出射光は、１／２波長板の回転角θに対して２θだけ回転することになる。
【００３１】
上述した１／２波長板の機能に基づいて、本発明における第１の１／２波長板２による干渉縞のπラジアンの位相ずれ生成法について説明する。
図１に示す光学系においてＳ波が入射したときに、第１の１／２波長板２を透過した光波は、第１の１／２波長板２の回転角θに対して２θ回転した斜め直線偏光となる。図３は、第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときの、第１の１／２波長板２からの出射光のＳ波成分とＰ波成分とを示している。このうち、Ｐ波成分は偏光ビームスプリッタ３を透過し、Ｓ波成分は偏光ビームスプリッタ３で反射されて、この２つの成分の交差領域に干渉縞が形成される。偏光ビームスプリッタ３を透過したＰ波成分は、第２の１／２波長板５によってＳ波方向に変えられる。
【００３２】
第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときは、図３に示すように、第１の１／２波長板２を透過した光波の偏光方向が第一象限の範囲内となる。ここで、θ＝０°のときは、出射光はＳ偏光のみとなり、θ＝４５°のときは、出射光はＰ偏光のみとなって、光ビームの交差領域には第１の光ビーム４か第２のビーム７のみが存在することになり、干渉縞を形成することができないため除外している。
【００３３】
一方、図４は、第１の１／２波長板２の回転角θが４５°＜θ＜９０°のときの、第１の１／２波長板２からの出射光のＳ波成分とＰ波成分とを示している。このときも、第１の１／２波長板２を透過した光波は、第１の１／２波長板２の回転角θに対して２θ回転した斜め直線偏光となるため、図４に示すように、第１の１／２波長板２を透過した光波の偏光方向は、９０°＜２θ＜１８０°の範囲内、すなわち第四象限の範囲内となる。
【００３４】
この場合においても、Ｐ波成分は偏光ビームスプリッタ３を透過し、Ｓ波成分は偏光ビームスプリッタ３で反射されて、この２つの成分の交差領域に干渉縞が形成される。偏光ビームスプリッタ３を透過したＰ波成分は、第２の１／２波長板５によってＳ波方向に変えられる。
【００３５】
図４に示すものは、図３に示すものに対して、Ｓ波成分の方向が反対方向となっており、第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときと４５°＜θ＜９０°のときとでは、Ｓ波成分の位相がπラジアンずれていることを意味する。そのため、第１の光ビーム４と第２のビーム７とによって形成される干渉縞もπラジアンずれることとなる。
【００３６】
図５に、第１の１／２波長板２の回転角に対する規格化光強度と干渉縞のビジビリティの計算値を示す。
図５において、第１の１／２波長板２の回転角θが、０°＜θ＜４５°のときと４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相はπラジアンずれており、第１の１／２波長板２の回転角が０°＜θ＜４５°の範囲で記録されたホログラムを、第１の１／２波長板２の回転角を４５°＜θ＜９０°の範囲として干渉縞を上書きすることにより、ホログラムを選択的に消去することが可能である。また、これとは反対に、第１の１／２波長板２の回転角が４５°＜θ＜９０°の範囲で記録されたホログラムを、第１の１／２波長板２の回転角を０°＜θ＜４５°の範囲として干渉縞を上書きすることにより、ホログラムを選択的に消去することが可能である。
【００３７】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、位相ずれに関しては第１の１／２波長板２の回転角が４５°のときを境に、離散的に０とπの２値のみを取り得るが、第１の光ビーム４と第２の光ビーム７の光強度と、この２つの光ビームの干渉によって形成される干渉縞のビジビリティは、第１の１／２波長板２の回転角に対して連続的に変化する。図５はその一例を計算値として示したものであり、実際の光学系においては、使用するフォトリフラクティブ媒質等の状況に応じて最適な光強度比やビジビリティを選択することが可能である。
【００３８】
このようにして選択的に消去された位置に新たなホログラムを再書込みする場合には、第１の１／２波長板２の回転角は、０°＜θ＜４５°の範囲であってもよく、あるいは４５°＜θ＜９０°の範囲であってもよい。
また、以上の説明においては、図１に示す光学系においてＳ波が入射したときを前提としているが、これに限定されるものではなく、本発明の手法は入射光の偏光状態によって制限されるものではない。
【００３９】
以下に、具体的な実施例を示す。
この実施例においては、ホログラム材料としてフォトリフラクティブ結晶（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの０．０３ｍｏｌ％Ｆｅ添加ＬｉＮｂＯ3結晶）を用い、光源として波長５３２ｎｍの単一周波数Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザを用いている。
【００４０】
図６に、第１実施例の光学系の構成を示す。
この第１実施例は、ホログラムの多重記録方式としてスペックル多重記録を用いた場合の実施例である。
図６において、光源１１から出射した波長５３２ｎｍのレーザ光は、シャッター１２を通ってミラー１３によって反射され、１／２波長板１４を透過して偏光ビームスプリッタ１５に到達し、偏光ビームスプリッタ１５によって参照光と物体光とに分離される。１／２波長板１４は、図１（ｂ）に示すように、自動回転ステージにマウントされており、これにより１／２波長板１４の回転角が制御されている。本実施例での記録時における１／２波長板１４の回転角度は１８°であり、選択的消去時における回転角度は６６°である。また、物体光と参照光の入射パワーはそれぞれ３３４μＷ、３３ｍＷである。１／２波長板１４は、図１における第１の１／２波長板２に相当し、偏光ビームスプリッタ１５は、図１における偏光ビームスプリッタ３に相当する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ１５によって反射されて得られる参照光は、シャッター１６を通ってミラー１７によって反射され、アクチュエータに搭載されて移動可能なすりガラス１８に入射する。本実施例では、多重記録方式としてスペックル多重記録を採用しており、記録時にホログラム毎にすりガラス１８を参照光の伝播方向に対して垂直水平方向に５μｍ変位させて、３枚のホログラムを記録材料中の同一箇所に多重記録している。参照光はその後、レンズ１９、レンズ２０によってビーム径が絞られてフォトリフラクティブ結晶２１に照射される。
【００４２】
一方、偏光ビームスプリッタ１５を透過して得られる物体光は、シャッター２２を通り、対物レンズ２３、ピンホール２４によって光ビームのノイズ成分が除去される。その後レンズ２５によってコリメートされ、偏光子付きの液晶空間光変調器２６によって２次元的な画像情報が付加されるとともに、Ｐ偏光をＳ偏光に変換して、物体光の偏光状態が変えられる。従って、液晶空間光変調器２６は、図１における第２の１／２波長板５の機能を有している。なお、液晶空間光変調器２６以外のものであっても、２次元的な画像情報を付加する機能を有するものであれば、物体光へ画像情報を付加する手段として用いることができる。
【００４３】
物体光はレンズ２７によってフーリエ変換され、ミラー２８によって反射された後、ピンホール２９を通過することにより光ビームのノイズが除去される。その後、レンズ３０により逆フーリエ変換され、レンズ３１によってビーム径が絞られてフォトリフラクティブ結晶２１に照射される。フォトリフラクティブ結晶２１の背後には、再生像を撮影するためのＣＭＯＳカメラ３２が配置されている。本実施例におけるフーリエ変換を伴う手法によるノイズの低減は、特に多重記録において多重数が多い場合に有効である。
【００４４】
図７に、第１実施例のスペックル多重ホログラムの撮影像を示す。
図７（ａ）は３多重記録後の像であり、（ｂ）は２枚目を選択的に消去した後の像であり、（ｃ）は２枚目の更新記録後の再生像である。再生時には物体光はシャッター２２により遮断されており、参照光のみがホログラム材料であるフォトリフラクティブ結晶２１に入射している。また、多重ホログラムのうち、再生時のすりガラス１８の位置が記録時のそれと一致しているホログラムのみが選択的に再生される。
【００４５】
ここで、２次元バーコード様の記録画像は、縦８００ピクセル×横６００ピクセルの液晶空間光変調器２６によって物体光に与えられており、明部をデジタルデータの１、暗部をデジタルデータの０に対応させた場合に、縦７５ビット×横１００ビット＝７，５００ビットの情報量を有したランダムな明暗パターンで構成されている。また、ホログラムの消去の程度を把握しやくするために、ランダムな明暗パターンの周囲に四角い枠を配置して、この部分は消去を行わないようにしている。
【００４６】
図７に示す撮影像により、比較的大面積かつ高精細な多重ホログラムデータを選択的に消去し、かつ更新することに成功していることが実証されている。
【００４７】
図８に、第２実施例の光学系の構成を示す。
この第２実施例は、ホログラムの多重記録方式として角度多重記録を用いた場合の実施例である。この実施例においても、レーザ光源やホログラム記録材料は第１実施例と同一である。
【００４８】
図８に示す構成では、図６に示すスペックル多重記録の光学系において配置されていた参照光路上のすりガラス１８、レンズ１９、レンズ２０は取り外されており、ガウス形状の光ビームを参照光として用いている。また、角度多重記録であるため、ホログラム記録材料であるフォトリフラクティブ結晶２１はピエゾ回転ステージの上に配置され、ホログラム毎にフォトリフラクティブ結晶２１の回転角を水平面内で微小に変化させて、角度多重記録を行っている。
【００４９】
この実施例においても、３枚のホログラムを角度多重記録し、２枚目のホログラムのみを選択的に消去し，さらに消去した２枚目のホログラムの上に異なるホログラムデータを上書きした。本実施例では、記録時の１／２波長板１４の回転角度は３３°であり、選択的消去時の回転角度は５２°である。第１実施例のスペックル多重記録の場合と同様に、１／２波長板１４は、図１（ｂ）に示すように、自動回転ステージにマウントされており、１／２波長板１４の回転角度はステッピングモータにより制御されている。また、記録時の物体光と参照光の入射パワーはそれぞれ２．２ｍＷと１５ｍＷである。
【００５０】
図９に、第２実施例の角度多重ホログラムの撮影像を示す。
図９（ａ）は３多重記録後の像であり、（ｂ）は２枚目を選択的に消去した後の像であり、（ｃ）は２枚目の更新記録後の再生像である。角度多重ホログラムにおいては、多重ホログラムのうち、再生時のピエゾ回転ステージの回転角が記録時の回転角と一致しているホログラムのみが選択的に再生される。
図９に示す結果から、角度多重記録を用いた場合にも、ホログラムの記録、選択的消去、および更新記録が正確になされていることが実証されている。
【００５１】
以上の２つの実施例では、多重記録の代表例としてスペックル多重記録と角度多重記録について説明したが、波長多重、球面参照光シフト多重、位相コード多重等の他の多重記録方式も用いることができる。本発明におけるホログラム記録に対する選択的消去と再書き込みの手法は、多重記録の種類に拘わらず有効であるから、多重記録の方式に限定されずに用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、小型でかつ簡単な装置構成で多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置として、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ）システムにおける記録データの消去・再書き込み等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のホログラム記録・消去装置の基本構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、１／２波長板の入射端での偏光状態を示す図であり、（ｂ）は、１／２波長板の出射端での偏光状態を示す図である。
【図３】第１の１／２波長板の回転角θが０°＜θ＜４５°のときの、第１の１／２波長板からの出射光の偏光方向を示す図である。
【図４】第１の１／２波長板の回転角θが４５°＜θ＜９０°のときの、第１の１／２波長板からの出射光の偏光方向を示す図である。
【図５】第１の１／２波長板の回転角に対する規格化光強度と干渉縞のビジビリティの計算値を示す図である。
【図６】ホログラムの多重記録方式としてスペックル多重記録を用いた第１実施例を示す図である。
【図７】第１実施例のホログラムの撮影像を示す図である。
【図８】ホログラムの多重記録方式として角度多重記録を用いた第２実施例を示す図である。
【図９】第２実施例のホログラムの撮影像を示す図である。
【図１０】記録時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞を形成するための装置の構成を示す図である。
【図１１】規格化回折効率の時間応答特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 入射光
２ 第１の１／２波長板
３ 偏光ビームスプリッタ
４ 第１の光ビーム
５ 第２の１／２波長板
６ 第１のミラー
７ 第２の光ビーム
８ 第２のミラー
９ 干渉縞
１０ 干渉縞
１１ 光源
１２ シャッター
１３ ミラー
１４ １／２波長板
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ シャッター
１７ ミラー
１８ すりガラス
１９ レンズ
２０ レンズ
２１ フォトリフラクティブ結晶
２２ シャッター
２３ 対物レンズ
２４ ピンホール
２５ レンズ
２６ 液晶空間光変調器
２７ レンズ
２８ ミラー
２９ ピンホール
３０ レンズ
３１ レンズ
３２ ＣＭＯＳカメラ
４０ ホルダ
４１ 回転部
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に、多重記録されたホログラムの一部を選択的に消去するにあたり、簡単な構成で消去することが可能なホログラム記録・消去装置と、多重記録されたホログラムの一部を簡便な方法で消去し再書き込みすることが可能なホログラムの記録・消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的なデータをホログラムの形で記録・再生するホログラムメモリは、ホログラムをホログラム媒質中の同一箇所に多重記録することができるため、大容量化が可能であり、またデータ転送を高速で行うことができるという特質がある。特に、ホログラム媒質としてフォトリフラクティブ結晶を用いたホログラムメモリでは、一旦記録されたホログラムを消去することが可能であり、ＤＶＤやブルーレイディスクの次世代の光記録装置として研究開発が進められている、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ）システムにおける記録データの消去・再書き込み手段としての利用が見込まれている。
【０００３】
このようなフォトリフラクティブ媒質中に多重に記録されたホログラムは、一様なインコヒーレント光の照射や熱処理により、一括消去可能であり、一括消去に関する技術としては様々なものが存在するが、多重ホログラム中の任意の一枚のホログラムのみを選択的に消去することができると実用上便利である。
【０００４】
ホログラムは、フォトリフラクティブ媒質中に、参照光と、２次元的なデータが付加された物体光との干渉によって形成される干渉縞として記録されるものであるが、一旦記録されたホログラムに対し、このホログラムを記録した時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞を上書きすることで、任意の１枚のホログラムを選択的に消去することができる。
【０００５】
記録時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞は、図１０に示すように、物体光或いは参照光のいずれか一方の位相を、移相器により位相をπラジアン変位することによって得ることができる。
図１０において、参照光５１と、２次元画像データを有する物体光５２との干渉によって、フォトリフラクティブ媒質中に干渉縞５４が形成されてホログラムが記録される。参照光５１の光路上には移相器５３が配置されており、この移相器５３は、参照光５１の位相を０かπのいずれかに切り換える機能を有するものである。記録時においては、位相の切り換えは行われず、移相量、すなわち位相を変化させる量は０である。ホログラムの多重記録は、通常、ホログラムごとに参照光の角度、波長、位相分布等を変化させることにより行われる。
【０００６】
このようにして多重記録されたホログラムのうち、消去したいホログラムに対して、記録時と同一の角度、波長、位相分布を有する参照光５１と、記録時と同一の物体光５２とをフォトリフラクティブ媒質へ照射する。このとき、参照光５１の位相は移相器５３によって記録時に対して空間的にπラジアン変位した干渉縞５５が消去対象のホログラムに上書きされ、これにより、消去対象のホログラムが消去される。
【０００７】
このとき、他の多重ホログラムに対しては、これらの選択消去光、すなわち物体光に対して位相が変位した参照光はインコヒーレント消去光として機能する。しかし、図１１の規格化回折効率の時間応答特性に示すように、選択的消去の速度はインコヒーレント消去のそれと比較して格段に高速なため、この選択消去光によって消去対象のホログラムのみが選択的に消去され、他の多重ホログラムは消去されない。従って、選択的消去が可能となる。
【０００８】
上述した移相器５３として、液晶位相変調器やピエゾミラーを参照光や物体光の光路上に配置して半波長分の光路差を作ることで干渉縞の位相を変位させる構成のものが、非特許文献１に記載されている。
しかし、移相器５３として液晶位相変調器やピエゾミラーを用いたものでは、光学系が大型となって複雑化するとともに、液晶位相変調器やピエゾミラーが高価であるため、ホログラムメモリ装置が高価になるという問題点がある。
【０００９】
また、多重ホログラムの選択的消去に必要な移相量は、記録時と再生時については０であり、消去時にはπのみであって、他の値は不要であるのに対して、液晶位相変調器やピエゾミラーを用いた移相器では、選択的消去に０とπ以外の、不要な連続的な中間値も採り得るため、位相の変位に誤差を生じやすく、多重ホログラムの選択的消去の性能が低下する原因となる。
【００１０】
この位相変位の誤差を解消するために、二重マッハツェンダ−干渉光学系を用いて、記録時の干渉縞と位相がπ変位した干渉縞を得るようにしたホログラムメモリ装置が、特許文献１、非特許文献２に記載されている。
【００１１】
このホログラムメモリ装置では、ホログラムの消去に用いられる光学素子は誘電体多層膜ビームスプリッタのみであるため、装置の小型化が実現でき、安価であるばかりでなく、この光学系によって生成される位相差は０とπに限定されるため、位相の変位に誤差を生じることがなく、多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことができるという利点がある。
【００１２】
しかし、記録時と消去時に、異なる光路を伝播する光ビームを用いており、これら２つの光ビームの入射位置、角度、波面を正確に調整することが必要であり、この方法で多重ホログラムの選択的消去を正確に行うためには、正確な光学系の調整が不可欠である。従って、大面積で精細なホログラムデータの消去には不向きである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−１２６６４２号公報
【非特許文献１】H. Sasaki, J. Ma, Y. Fainman, and S. Lee, "Fast update of dynamic holographic memory," Opt. Lett. 17, 20, pp.1468-1470, 1992.
【非特許文献２】M.Bunsen,H.Furuta,and A.Okamoto, "Selective erasure of speckle-multiplexed holograms by use of a double Mach-Zehnder interferometric arrangement,"Appl.Opt.45, pp.7035-7042, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、特段に光学系の調整を必要とすることなく、小型でかつ簡単な装置構成でホログラムの記録、消去、再書き込みを行うことができ、特に多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するために、本発明のホログラム記録・消去装置は、ホログラム材料に対して物体光と参照光とが照射されて形成される干渉縞によってホログラムが記録され、あるいは消去されるホログラム記録・消去装置において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを備え、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとが前記ホログラム材料に照射されて干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板には回転手段が設けられており、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記回転手段によって前記第１の１／２波長板が回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去がなされるか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去がなされることを特徴とする。
【００１６】
第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して形成された干渉縞と、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して形成された干渉縞とは、その位相がπずれているため、第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して記録されたホログラムを、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して干渉縞を形成することにより、消去することが可能である。同様に、第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定して記録されたホログラムを、第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定して干渉縞を形成することにより、消去することが可能である。また、消去した後にホログラム記録の再書き込みをすることが可能である。
【００１７】
この手段によると、第１の１／２波長板の回転角度が０°＜θ＜４５°のときと、４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相が離散的にπ異なるため、位相ずれの誤差を生じることがなく、ホログラムの消去を正確に行うことができる。また、ホログラムの記録時と消去時において、干渉縞を形成するための光ビームは同一の光路上を伝播するため、特段に光路調整を行う必要がなく、大面積で精細なホログラムデータの消去を行うこともできる。さらに、構成部品が少なく、装置構成も簡単であるため、小型化が可能であり、安価であってかつ信頼性が高い。
【００１８】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去とすることができる。
多重記録の手段としては、スペックル多重、角度多重、波長多重、球面参照光シフト多重、位相コード多重等を用いることができる。
【００１９】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置することができる。
この第２の１／２波長板は、ホログラム材料に干渉縞を形成する２つの光ビームである、第１の光ビームと第２の光ビームとの偏光方向を揃えるために配置されるものである。
【００２０】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、前記回転手段はステッピングモータにより制御されるものとすることができる。
本発明においては、ホログラム記録・消去を正確に行うために、第１の１／２波長板の回転角度を正確に制御することが必要であるが、回転手段としてステッピングモータを用いると、第１の１／２波長板の回転角度を精度良く制御することが可能である。
【００２１】
本発明のホログラム記録・消去方法は、ホログラム材料に対して物体光と参照光とを照射して形成される干渉縞によってホログラムを記録し、あるいは消去するホログラム記録・消去方法において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを用いて、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとを前記ホログラム材料に照射して干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記第１の１／２波長板を回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去を行うか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去を行うことを特徴とする。
【００２２】
この方法によると、第１の１／２波長板の回転角度が０°＜θ＜４５°のときと、４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相が離散的にπ異なるため、位相ずれの誤差を生じることがなく、ホログラムの消去を正確に行うことができる。また、ホログラムの記録時と消去時において、干渉縞を形成するための光ビームは同一の光路上を伝播するため、特段に光路調整を行う必要がなく、簡便な方法で、大面積で精細なホログラムデータの消去を行うことができる。
【００２３】
本発明のホログラム記録・消去方法においては、前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去とすることができる。
【００２４】
本発明のホログラム記録・消去方法においては、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置して前記第１の光ビームの偏光状態を変換することができる。
これにより、ホログラム材料に干渉縞を形成する２つの光ビームである、第１の光ビームと第２の光ビームとの偏光方向を揃えることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、特段に光学系の調整を必要とすることなく、小型でかつ簡単な装置構成でホログラムの記録、消去、再書き込みを行うことができ、特に多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置およびホログラム記録・消去方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
図１（ａ）に、本発明のホログラム記録・消去装置の基本構成を示す。
光源から送出される入射光１は、第１の１／２波長板２を透過した後、偏光ビームスプリッタ３によって２つの光ビームに分けられる。この分割された２つの光ビームのうち、偏光ビームスプリッタ３を透過した第１の光ビーム４は、第２の１／２波長板５を透過した後第１のミラー６によって反射されて進行方向が変えられる。一方、偏光ビームスプリッタ３によって反射された第２の光ビーム７は、第２のミラー８によって反射されて進行方向が変えられる。第１の光ビーム４と第２の光ビーム７とがホログラム材料であるフォトリフラクティブ媒質中で干渉して干渉縞９が形成されることによって、フォトリフラクティブ媒質中にホログラムが記録される。また、後に詳述する手法により、干渉縞９とは空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞１０が、上述した第１の光ビーム４と第２の光ビーム７とによって、消去対象となるホログラムに上書きされてホログラムが消去される。
【００２７】
第１の１／２波長板２は、これに取り付けられた回転手段によって回転できるようになっており、この回転手段の一例を図１（ｂ）に示す。
ここでは、第１の１／２波長板２は、ステッピングモータ駆動ステージとして機能するホルダ４０に保持されており、ステッピングモータによって回転部４１が回転することにより、第１の１／２波長板２が回転する。この回転手段により、第１の１／２波長板２を任意の角度で回転させることができる。
本発明は、第１の１／２波長板２の回転角を所定範囲の角度に設定してホログラムの記録を行うとともに、第１の１／２波長板２の回転角を他の範囲の角度に設定してホログラムの選択的消去を行うものである。回転手段としてはこの他に、エンコーダを取り付けたサーボモータによるもの等とすることができる。図１（ａ）における回転角度θは、後述するように、入射光１の偏光方向と第１の１／２波長板２の結晶軸の１つである速軸とがなす角度である。
【００２８】
図１（ａ）に示す光学系において、第１の１／２波長板２と偏光ビームスプリッタ３とは、ホログラム記録時及び消去時の干渉縞の位相ずれ生成機能を担うものである。一方、第２の１／２波長板５は第１の光ビーム４と第２の光ビーム７との偏光方向を揃えるために配置されており、位相ずれ生成には寄与しない。
【００２９】
以下に、この位相ずれの詳細について説明する。
まず、図２に基づいて、１／２波長板の一般的な機能について説明する。
１／２波長板には速軸と遅軸と呼ばれる２つの結晶軸があり、遅軸方向に偏光した光波の光学的距離が速軸方向に偏光した光波のそれと比べて、複屈折現象により１／２波長分だけ長くなるように、その厚さが設計されている。図２においては、１／２波長板への入射光は鉛直方向へ偏光したＳ波としており、入射光は紙面手前側から奥側へ向かって伝播するものとしている。また、１／２波長板を回転させることによって、入射光の偏光方向と１／２波長板の速軸とはθの角度をなしているものとする。
【００３０】
図２（ａ）は、１／２波長板の入射端での偏光状態を示しており、入射光は１／２波長板の速軸方向成分と遅軸方向成分とを有している。図２（ｂ）は、１／２波長板の出射端での偏光状態を示しており、光波が１／２波長板中を伝播して出射端に達したとき、上述した光学的距離の差によって、遅軸方向成分は速軸方向成分と比べて１／２波長分、すなわちπラジアン遅れている。その結果、図２（ｂ）に示すように、１／２波長板の出射端における速軸方向成分と遅軸方向成分の合成である出射光は、１／２波長板の回転角θに対して２θだけ回転することになる。
【００３１】
上述した１／２波長板の機能に基づいて、本発明における第１の１／２波長板２による干渉縞のπラジアンの位相ずれ生成法について説明する。
図１に示す光学系においてＳ波が入射したときに、第１の１／２波長板２を透過した光波は、第１の１／２波長板２の回転角θに対して２θ回転した斜め直線偏光となる。図３は、第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときの、第１の１／２波長板２からの出射光のＳ波成分とＰ波成分とを示している。このうち、Ｐ波成分は偏光ビームスプリッタ３を透過し、Ｓ波成分は偏光ビームスプリッタ３で反射されて、この２つの成分の交差領域に干渉縞が形成される。偏光ビームスプリッタ３を透過したＰ波成分は、第２の１／２波長板５によってＳ波方向に変えられる。
【００３２】
第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときは、図３に示すように、第１の１／２波長板２を透過した光波の偏光方向が第一象限の範囲内となる。ここで、θ＝０°のときは、出射光はＳ偏光のみとなり、θ＝４５°のときは、出射光はＰ偏光のみとなって、光ビームの交差領域には第１の光ビーム４か第２のビーム７のみが存在することになり、干渉縞を形成することができないため除外している。
【００３３】
一方、図４は、第１の１／２波長板２の回転角θが４５°＜θ＜９０°のときの、第１の１／２波長板２からの出射光のＳ波成分とＰ波成分とを示している。このときも、第１の１／２波長板２を透過した光波は、第１の１／２波長板２の回転角θに対して２θ回転した斜め直線偏光となるため、図４に示すように、第１の１／２波長板２を透過した光波の偏光方向は、９０°＜２θ＜１８０°の範囲内、すなわち第四象限の範囲内となる。
【００３４】
この場合においても、Ｐ波成分は偏光ビームスプリッタ３を透過し、Ｓ波成分は偏光ビームスプリッタ３で反射されて、この２つの成分の交差領域に干渉縞が形成される。偏光ビームスプリッタ３を透過したＰ波成分は、第２の１／２波長板５によってＳ波方向に変えられる。
【００３５】
図４に示すものは、図３に示すものに対して、Ｓ波成分の方向が反対方向となっており、第１の１／２波長板２の回転角θが０°＜θ＜４５°のときと４５°＜θ＜９０°のときとでは、Ｓ波成分の位相がπラジアンずれていることを意味する。そのため、第１の光ビーム４と第２のビーム７とによって形成される干渉縞もπラジアンずれることとなる。
【００３６】
図５に、第１の１／２波長板２の回転角に対する規格化光強度と干渉縞のビジビリティの計算値を示す。
図５において、第１の１／２波長板２の回転角θが、０°＜θ＜４５°のときと４５°＜θ＜９０°のときとでは、干渉縞の位相はπラジアンずれており、第１の１／２波長板２の回転角が０°＜θ＜４５°の範囲で記録されたホログラムを、第１の１／２波長板２の回転角を４５°＜θ＜９０°の範囲として干渉縞を上書きすることにより、ホログラムを選択的に消去することが可能である。また、これとは反対に、第１の１／２波長板２の回転角が４５°＜θ＜９０°の範囲で記録されたホログラムを、第１の１／２波長板２の回転角を０°＜θ＜４５°の範囲として干渉縞を上書きすることにより、ホログラムを選択的に消去することが可能である。
【００３７】
本発明のホログラム記録・消去装置においては、位相ずれに関しては第１の１／２波長板２の回転角が４５°のときを境に、離散的に０とπの２値のみを取り得るが、第１の光ビーム４と第２の光ビーム７の光強度と、この２つの光ビームの干渉によって形成される干渉縞のビジビリティは、第１の１／２波長板２の回転角に対して連続的に変化する。図５はその一例を計算値として示したものであり、実際の光学系においては、使用するフォトリフラクティブ媒質等の状況に応じて最適な光強度比やビジビリティを選択することが可能である。
【００３８】
このようにして選択的に消去された位置に新たなホログラムを再書込みする場合には、第１の１／２波長板２の回転角は、０°＜θ＜４５°の範囲であってもよく、あるいは４５°＜θ＜９０°の範囲であってもよい。
また、以上の説明においては、図１に示す光学系においてＳ波が入射したときを前提としているが、これに限定されるものではなく、本発明の手法は入射光の偏光状態によって制限されるものではない。
【００３９】
以下に、具体的な実施例を示す。
この実施例においては、ホログラム材料としてフォトリフラクティブ結晶（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの０．０３ｍｏｌ％Ｆｅ添加ＬｉＮｂＯ3結晶）を用い、光源として波長５３２ｎｍの単一周波数Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザを用いている。
【００４０】
図６に、第１実施例の光学系の構成を示す。
この第１実施例は、ホログラムの多重記録方式としてスペックル多重記録を用いた場合の実施例である。
図６において、光源１１から出射した波長５３２ｎｍのレーザ光は、シャッター１２を通ってミラー１３によって反射され、１／２波長板１４を透過して偏光ビームスプリッタ１５に到達し、偏光ビームスプリッタ１５によって参照光と物体光とに分離される。１／２波長板１４は、図１（ｂ）に示すように、自動回転ステージにマウントされており、これにより１／２波長板１４の回転角が制御されている。本実施例での記録時における１／２波長板１４の回転角度は１８°であり、選択的消去時における回転角度は６６°である。また、物体光と参照光の入射パワーはそれぞれ３３４μＷ、３３ｍＷである。１／２波長板１４は、図１における第１の１／２波長板２に相当し、偏光ビームスプリッタ１５は、図１における偏光ビームスプリッタ３に相当する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ１５によって反射されて得られる参照光は、シャッター１６を通ってミラー１７によって反射され、アクチュエータに搭載されて移動可能なすりガラス１８に入射する。本実施例では、多重記録方式としてスペックル多重記録を採用しており、記録時にホログラム毎にすりガラス１８を参照光の伝播方向に対して垂直水平方向に５μｍ変位させて、３枚のホログラムを記録材料中の同一箇所に多重記録している。参照光はその後、レンズ１９、レンズ２０によってビーム径が絞られてフォトリフラクティブ結晶２１に照射される。
【００４２】
一方、偏光ビームスプリッタ１５を透過して得られる物体光は、シャッター２２を通り、対物レンズ２３、ピンホール２４によって光ビームのノイズ成分が除去される。その後レンズ２５によってコリメートされ、偏光子付きの液晶空間光変調器２６によって２次元的な画像情報が付加されるとともに、Ｐ偏光をＳ偏光に変換して、物体光の偏光状態が変えられる。従って、液晶空間光変調器２６は、図１における第２の１／２波長板５の機能を有している。なお、液晶空間光変調器２６以外のものであっても、２次元的な画像情報を付加する機能を有するものであれば、物体光へ画像情報を付加する手段として用いることができる。
【００４３】
物体光はレンズ２７によってフーリエ変換され、ミラー２８によって反射された後、ピンホール２９を通過することにより光ビームのノイズが除去される。その後、レンズ３０により逆フーリエ変換され、レンズ３１によってビーム径が絞られてフォトリフラクティブ結晶２１に照射される。フォトリフラクティブ結晶２１の背後には、再生像を撮影するためのＣＭＯＳカメラ３２が配置されている。本実施例におけるフーリエ変換を伴う手法によるノイズの低減は、特に多重記録において多重数が多い場合に有効である。
【００４４】
図７に、第１実施例のスペックル多重ホログラムの撮影像を示す。
図７（ａ）は３多重記録後の像であり、（ｂ）は２枚目を選択的に消去した後の像であり、（ｃ）は２枚目の更新記録後の再生像である。再生時には物体光はシャッター２２により遮断されており、参照光のみがホログラム材料であるフォトリフラクティブ結晶２１に入射している。また、多重ホログラムのうち、再生時のすりガラス１８の位置が記録時のそれと一致しているホログラムのみが選択的に再生される。
【００４５】
ここで、２次元バーコード様の記録画像は、縦８００ピクセル×横６００ピクセルの液晶空間光変調器２６によって物体光に与えられており、明部をデジタルデータの１、暗部をデジタルデータの０に対応させた場合に、縦７５ビット×横１００ビット＝７，５００ビットの情報量を有したランダムな明暗パターンで構成されている。また、ホログラムの消去の程度を把握しやくするために、ランダムな明暗パターンの周囲に四角い枠を配置して、この部分は消去を行わないようにしている。
【００４６】
図７に示す撮影像により、比較的大面積かつ高精細な多重ホログラムデータを選択的に消去し、かつ更新することに成功していることが実証されている。
【００４７】
図８に、第２実施例の光学系の構成を示す。
この第２実施例は、ホログラムの多重記録方式として角度多重記録を用いた場合の実施例である。この実施例においても、レーザ光源やホログラム記録材料は第１実施例と同一である。
【００４８】
図８に示す構成では、図６に示すスペックル多重記録の光学系において配置されていた参照光路上のすりガラス１８、レンズ１９、レンズ２０は取り外されており、ガウス形状の光ビームを参照光として用いている。また、角度多重記録であるため、ホログラム記録材料であるフォトリフラクティブ結晶２１はピエゾ回転ステージの上に配置され、ホログラム毎にフォトリフラクティブ結晶２１の回転角を水平面内で微小に変化させて、角度多重記録を行っている。
【００４９】
この実施例においても、３枚のホログラムを角度多重記録し、２枚目のホログラムのみを選択的に消去し，さらに消去した２枚目のホログラムの上に異なるホログラムデータを上書きした。本実施例では、記録時の１／２波長板１４の回転角度は３３°であり、選択的消去時の回転角度は５２°である。第１実施例のスペックル多重記録の場合と同様に、１／２波長板１４は、図１（ｂ）に示すように、自動回転ステージにマウントされており、１／２波長板１４の回転角度はステッピングモータにより制御されている。また、記録時の物体光と参照光の入射パワーはそれぞれ２．２ｍＷと１５ｍＷである。
【００５０】
図９に、第２実施例の角度多重ホログラムの撮影像を示す。
図９（ａ）は３多重記録後の像であり、（ｂ）は２枚目を選択的に消去した後の像であり、（ｃ）は２枚目の更新記録後の再生像である。角度多重ホログラムにおいては、多重ホログラムのうち、再生時のピエゾ回転ステージの回転角が記録時の回転角と一致しているホログラムのみが選択的に再生される。
図９に示す結果から、角度多重記録を用いた場合にも、ホログラムの記録、選択的消去、および更新記録が正確になされていることが実証されている。
【００５１】
以上の２つの実施例では、多重記録の代表例としてスペックル多重記録と角度多重記録について説明したが、波長多重、球面参照光シフト多重、位相コード多重等の他の多重記録方式も用いることができる。本発明におけるホログラム記録に対する選択的消去と再書き込みの手法は、多重記録の種類に拘わらず有効であるから、多重記録の方式に限定されずに用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、小型でかつ簡単な装置構成で多重ホログラムの選択的消去を正確に行うことが可能なホログラム記録・消去装置として、ホログラフィックデータストレージ（ＨＤＳ）システムにおける記録データの消去・再書き込み等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のホログラム記録・消去装置の基本構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、１／２波長板の入射端での偏光状態を示す図であり、（ｂ）は、１／２波長板の出射端での偏光状態を示す図である。
【図３】第１の１／２波長板の回転角θが０°＜θ＜４５°のときの、第１の１／２波長板からの出射光の偏光方向を示す図である。
【図４】第１の１／２波長板の回転角θが４５°＜θ＜９０°のときの、第１の１／２波長板からの出射光の偏光方向を示す図である。
【図５】第１の１／２波長板の回転角に対する規格化光強度と干渉縞のビジビリティの計算値を示す図である。
【図６】ホログラムの多重記録方式としてスペックル多重記録を用いた第１実施例を示す図である。
【図７】第１実施例のホログラムの撮影像を示す図である。
【図８】ホログラムの多重記録方式として角度多重記録を用いた第２実施例を示す図である。
【図９】第２実施例のホログラムの撮影像を示す図である。
【図１０】記録時の干渉縞と空間的に位相がπラジアンずれた干渉縞を形成するための装置の構成を示す図である。
【図１１】規格化回折効率の時間応答特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 入射光
２ 第１の１／２波長板
３ 偏光ビームスプリッタ
４ 第１の光ビーム
５ 第２の１／２波長板
６ 第１のミラー
７ 第２の光ビーム
８ 第２のミラー
９ 干渉縞
１０ 干渉縞
１１ 光源
１２ シャッター
１３ ミラー
１４ １／２波長板
１５ 偏光ビームスプリッタ
１６ シャッター
１７ ミラー
１８ すりガラス
１９ レンズ
２０ レンズ
２１ フォトリフラクティブ結晶
２２ シャッター
２３ 対物レンズ
２４ ピンホール
２５ レンズ
２６ 液晶空間光変調器
２７ レンズ
２８ ミラー
２９ ピンホール
３０ レンズ
３１ レンズ
３２ ＣＭＯＳカメラ
４０ ホルダ
４１ 回転部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム材料に対して物体光と参照光とが照射されて形成される干渉縞によってホログラムが記録され、あるいは消去されるホログラム記録・消去装置において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを備え、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとが前記ホログラム材料に照射されて干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板には回転手段が設けられており、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記回転手段によって前記第１の１／２波長板が回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去がなされるか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去がなされることを特徴とするホログラム記録・消去装置。
【請求項２】
前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項４】
前記回転手段はステッピングモータにより制御されるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項５】
ホログラム材料に対して物体光と参照光とを照射して形成される干渉縞によってホログラムを記録し、あるいは消去するホログラム記録・消去方法において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを用いて、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとを前記ホログラム材料に照射して干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記第１の１／２波長板を回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去を行うか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去を行うことを特徴とするホログラム記録・消去方法。
【請求項６】
前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去であることを特徴とする請求項５記載のホログラム記録・消去方法。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置して前記第１の光ビームの偏光状態を変換することを特徴とする請求項５または６記載のホログラム記録・消去方法。
【請求項１】
ホログラム材料に対して物体光と参照光とが照射されて形成される干渉縞によってホログラムが記録され、あるいは消去されるホログラム記録・消去装置において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを備え、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとが前記ホログラム材料に照射されて干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板には回転手段が設けられており、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記回転手段によって前記第１の１／２波長板が回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去がなされるか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録がなされたときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去がなされることを特徴とするホログラム記録・消去装置。
【請求項２】
前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項４】
前記回転手段はステッピングモータにより制御されるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホログラム記録・消去装置。
【請求項５】
ホログラム材料に対して物体光と参照光とを照射して形成される干渉縞によってホログラムを記録し、あるいは消去するホログラム記録・消去方法において、光源から送出される光が入射する第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板を透過した光が入射する偏光ビームスプリッタとを用いて、前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームと、前記偏光ビームスプリッタによって反射された第２の光ビームとを前記ホログラム材料に照射して干渉縞を形成するものであり、前記第１の１／２波長板への入射光の偏光方向と前記第１の１／２波長板の速軸とがなす角度をθとすると、前記第１の１／２波長板を回転することにより、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの消去を行うか、あるいは、前記第１の１／２波長板の回転角度を４５°＜θ＜９０°の範囲に設定してホログラムの記録を行ったときに、前記第１の１／２波長板の回転角度を０°＜θ＜４５°の範囲に設定してホログラムの消去を行うことを特徴とするホログラム記録・消去方法。
【請求項６】
前記ホログラム材料に対する記録は多重記録であり、前記ホログラム材料に対する記録の消去は前記ホログラム材料に対する記録の一部のみを消去する選択的消去であることを特徴とする請求項５記載のホログラム記録・消去方法。
【請求項７】
前記偏光ビームスプリッタを透過した第１の光ビームの光路中に第２の１／２波長板を配置して前記第１の光ビームの偏光状態を変換することを特徴とする請求項５または６記載のホログラム記録・消去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７５５９１（Ｐ２００９−１７５５９１Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６０９５（Ｐ２００８−１６０９５）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年１０月２１日 光メモリ国際シンポジウム事務局発行の光メモリ国際シンポジウム２００７ 講演予稿集
【出願人】（５９８０１５０８４）学校法人福岡大学 (114)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年１０月２１日 光メモリ国際シンポジウム事務局発行の光メモリ国際シンポジウム２００７ 講演予稿集
【出願人】（５９８０１５０８４）学校法人福岡大学 (114)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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