JP4634122B2 - ホログラフィック光メモリ記録装置及び記録再生装置 - Google Patents
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コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを第1及び第2の光ビームに分割するビームスプリッタと、前記第1の光ビームを記録すべき情報により輝度変調して物体光として出射させる空間光変調器と、前記空間光変調器から出射した物体光を収束して記録媒体に投射する第1のフーリェ変換レンズと、前記第2の光ビームに対してそれぞれ所定量の位相変位を与える複数の位相変位素子を有する位相変位素子アレイにより位相変調を行って参照光として出射させる位相変調器と、前記位相変調器から出射した参照光を収束して記録媒体に投射する第2のフーリェ変換レンズとを具え、
前記位相変位素子アレイの位相変位素子の位相変位量の組み合わせにより複数の位相コードパターンが形成され、
前記位相コードパターンの位相は離散コサイン変換行列から選択され、選択された位相のうちの一部の位相は、虚軸と実軸とにより規定される複素平面上において実軸に対して対称となるように変換され、
前記位相コードパターンは、複素平面上における0を始点としてそれぞれの位相を終点としたベクトルの和が零となる条件を満たすことを特徴とする。
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを第1及び第2の光ビームに分割するビームスプリッタと、前記第1の光ビームを記録すべき情報により輝度変調して物体光として出射させる空間光変調器と、空間光変調器から出射した物体光を収束して記録媒体に投射する第1のフーリェ変換レンズと、前記第2の光ビームに対してそれぞれ所定量の位相変位を与える複数の位相変位素子を有する位相変位素子アレイにより位相変調を行って参照光として出射させる位相変調器と、前記位相変調器から出射した参照光を収束して記録媒体に投射する第2のフーリェ変換レンズと、前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に配置した第1のシャッタと、前記空間光変調器と記録媒体との間の光路中に配置した第2のシャッタとを具え、
前記位相変調器の位相変位素子アレイの各位相変位素子の位相変位量の組み合わせにより複数の位相コードパターンが形成され、
前記位相コードパターンを構成する各位相変位素子の位相変位量は、虚軸と実軸とにより規定される複素平面上における0を始点としてそれぞれの位相を終点としたベクトルの和が零となる条件を満たすと共に基底関数として離散コサイン変換行列を用いて規定され、
前記記録媒体に情報を多重記録する際、前記位相変調器は前記位相コードパターンを順次形成して、互いに異なる位相コードパターンで位相変調された参照光を順次発生し、前記空間光変調器は、位相変調器と同期して記録すべき情報で輝度変調された物体光を順次発生し、これにより記録媒体に情報を多重記録し、
前記記録媒体に記録されている情報を再生する際、前記第2のシャッタを閉じ、前記位相変調器から所定の位相コードパターンにより位相変調された参照光を発生させることにより記録されている情報を再生することを特徴とする。
第1の情報が記録されると、コントローラ18は第1のシャッタ3を閉じ、第2の情報の記録動作に移行する。第2の記録動作では、コントローラ18から駆動回路7に第2の情報信号が供給され、第2の情報で変調された物体光が記録媒体に入射する。同時に、位相変調器駆動回路16に第2の位相変調信号が供給され、位相変調器15は第2の位相コードパターンを形成する。そして、第2の位相コードパターンで位相変調された参照光と記録すべき第2の情報により輝度変調された第2の物体光が記録媒体の同一の位置に入射し、多重記録が行われる。このようにして、異なる位相コードパターンでそれぞれ位相変調された参照光を用いて順次n回の記録動作が行われ、n個の情報が記録媒体に多重記録される。
尚、記録されている情報と位相コードパターンとの関係を記憶しておくことにより、位相コードパターンのアドレスに基づいて所望の情報を再生することができる。
X. Ynag, and Z. Gu;“Three-dimensional optical data storage and retrieval system based on phase-code and space multiplexing”, Opt. Eng. 35, pp. 452-456(1996).
C. Denz, G. Pauilat, G. Roosen, and T. Tschudi; “Potentialities and limitations of hologram multiplexing by using the phase-encodeing technique”, Appl. Opt. 31, pp.5700-5705(1992).
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G. Barbastathis and D. Psaltis; “Volume Holographic Multiplexing Methods”, Holographic Data Storage(Springer, Berlin; H. Coufal, D. Psaltis, and G. Sincerbox Eds.), pp. 21-69 (2000).
(7)
このアダマール変換行列の1を位相の0とし、−1を位相のπとした位相コードパターンを用いれば多重記録が可能である。しかしながら、位相の0からπへの駆動はピークからピークへの駆動となるので、位相変位素子の駆動位相量が極めて大きく、位相変位素子の駆動時間がかかり過ぎてしまう。
しかしながら、この位相コードパターンは、(6)式に規定される実軸と虚軸とにより規定されるベクトル平面上でのベクトル和が零となる条件を満たしていない。そこで、本発明者が種々の解析を行った結果、π/2の位相変位量を有する因子の位相変位量をπだけ反転させて3π/2に変換することにより、ベクトル和が零になる条件を満たすことが判明した。このようにして得られた上記位相コードパターンと対応する位相コードパターンを以下に示す。
ここで、π/6,3π/2,5π/6の位相コードの組み合わせを実軸と虚軸とにより規定される複素平面上においてプロットすることにより、これらの位相コードのベクトル和が零になることは容易に理解することができる。
このように、本発明は、位相コードパターンを規定するに際し、基底関数として離散コサイン変換行列を用い、その一部の位相変位量を、ベクトル和が零となるように変換することを要旨とする。
(9)
この(9)式で表わされる平均電圧幅2乗和Dは、N個の位相変位素子を有する位相変調器が、ある位相コードパターンから次の位相コードパターンに駆動される際の位相分に対応した電圧の2乗和で全ての素子の和を取り、平均化したものである。0の位相を図3のどの部分にするかで平均電圧幅2乗和Dは大きく変化する。3×3のマトリックス状の液晶素子アレイの場合について計算すると、図4のようになる。ここで、Dが小さいほど、電圧幅は小さくなるので、つまり位相変調を高速でできることになる。
また、光源として連続発振する固体レーザを用いたが、勿論パルス発振するレーザを用いることも可能である。
2 エキスパンダ光学系
3 第1のシャッタ
4 ビームスプリッタ
5 偏光ビームスプリッタ
6 空間光変調器
7 空間光変調器駆動回路
8 λ/2板
9 第2のシャッタ
10 第1のフーリェ変換レンズ
11 記録媒体
12,13 全反射ミラー
14 レンズアレイ
15 位相変調器
16 位相変調器駆動回路
17 第2のフーリェ変換レンズ
18 撮像レンズ
19 撮像装置
Claims (6)
- 記録すべき情報により変調された物体光と、位相コードパターンにより位相変調された参照光とを記録媒体に照射し、記録媒体に干渉縞を形成することにより記録すべき情報を多重記録するホログラフィック光メモリ記録装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを第1及び第2の光ビームに分割するビームスプリッタと、前記第1の光ビームを記録すべき情報により輝度変調して物体光として出射させる空間光変調器と、前記空間光変調器から出射した物体光を収束して記録媒体に投射する第1のフーリェ変換レンズと、前記第2の光ビームに対してそれぞれ所定量の位相変位を与える複数の位相変位素子を有する位相変位素子アレイにより位相変調を行って参照光として出射させる位相変調器と、前記位相変調器から出射した参照光を収束して記録媒体に投射する第2のフーリェ変換レンズとを具え、
前記位相変位素子アレイの位相変位素子の位相変位量の組み合わせにより複数の位相コードパターンが形成され、
前記位相コードパターンの位相は離散コサイン変換行列から選択され、選択された位相のうちの一部の位相がπだけ変換されて、虚軸と実軸とにより規定される複素平面上において実軸に対して対称となるように変換され、
前記位相コードパターンは、複素平面上における0を始点としてそれぞれの位相を終点としたベクトルの和が零となる条件を満たすことを特徴とするホログラフィック光メモリ記録装置。 - 請求項1に記載のホログラフィック光メモリ記録装置において、前記位相変調器の各位相変位素子は、入射光に対して所定量の位相変位をそれぞれ与えるように駆動され、位相変位素子の位相変位により前記位相コードパターンが順次形成されることを特徴とするホログラフィック光メモリ記録装置。
- 請求項2に記載のホログラフィック光メモリ記録装置において、前記ビームスプリッタと前記位相変位素子アレイとの間の光路中に2次元マトリックス状に配列されたレンズを有するレンズアレイを配置し、当該レンズアレイの各レンズから出射した光を対応する位相変位素子にそれぞれ入射させることを特徴とするホログラフィック光メモリ記録装置。
- 請求項2又は3に記載のホログラフィック光メモリ記録装置において、記録媒体に情報を多重記録する際、前記位相変調器は、それぞれ異なる位相コードパターンを順次形成し、これら位相コードパターンにより位相変調された参照光を順次発生し、前記空間光変調器は、前記位相変調器と同期して記録すべき情報で輝度変調された物体光を順次発生し、これら順次発生した参照光及び物体光により記録媒体に情報を多重記録することを特徴とするホログラフィック光メモリ装置。
- 記録すべき情報により変調された物体光と、位相コードパターンにより位相変調された参照光とを記録媒体に照射し、記録媒体に干渉縞を形成して記録すべき情報を多重記録し、前記位相コードパターンにより位相変調された参照光を記録媒体に照射して記録されている情報を再生するホログラフィック光メモリ記録再生装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを第1及び第2の光ビームに分割するビームスプリッタと、前記第1の光ビームを記録すべき情報により輝度変調して物体光として出射させる空間光変調器と、空間光変調器から出射した物体光を収束して記録媒体に投射する第1のフーリェ変換レンズと、前記第2の光ビームに対してそれぞれ所定量の位相変位を与える複数の位相変位素子を有する位相変位素子アレイにより位相変調を行って参照光として出射させる位相変調器と、前記位相変調器から出射した参照光を収束して記録媒体に投射する第2のフーリェ変換レンズと、前記光源とビームスプリッタとの間の光路中に配置した第1のシャッタと、前記空間光変調器と記録媒体との間の光路中に配置した第2のシャッタとを具え、
前記位相変調器の位相変位素子アレイの各位相変位素子の位相変位量の組み合わせにより複数の位相コードパターンが形成され、
前記位相コードパターンの位相は離散コサイン変換行列から選択され、選択された位相のうちの一部の位相がπだけ変換され、虚軸と実軸とにより規定される複素平面上において実軸に対して対称となるように変換され、前記位相コードパターンは、複素平面上における0を始点としてそれぞれの位相を終点としたベクトルの和が零となる条件を満たし、
前記記録媒体に情報を多重記録する際、前記位相変調器は前記位相コードパターンを順次形成して、互いに異なる位相コードパターンで位相変調された参照光を順次発生し、前記空間光変調器は、位相変調器と同期して記録すべき情報で輝度変調された物体光を順次発生し、これにより記録媒体に情報を多重記録し、
前記記録媒体に記録されている情報を再生する際、前記第2のシャッタを閉じ、前記位相変調器から所定の位相コードパターンにより位相変調された参照光を発生させることにより記録されている情報を再生することを特徴とするホログラフィック光メモリ記録再生装置。 - 請求項5記載のホログラフィック光メモリ記録再生装置において、さらに、装置全体の動作を制御するコントローラを有し、記録媒体に情報を記録する際、当該コントローラからの制御信号を用いて、前記空間光変調器及び位相変調器の駆動制御並びに前記第1のシャッタの開閉制御を同期して行うことを特徴とするホログラフィック光メモリ記録再生装置。
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