JP4106920B2

JP4106920B2 - 情報再生装置

Info

Publication number: JP4106920B2
Application number: JP2002034158A
Authority: JP
Inventors: 治郎三鍋; 秀樹福永; 克典河野; 達哉丸山; 晋安田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003233293A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報再生装置に関し、特に、ホログラムにより情報が記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から所望の情報を再生する情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル・ヴァーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）等に代表される二次元光メモリは、大容量・高密度の記録媒体として使用されている。これら二次元光メモリの高密度化は、記録レーザ波長の短波長化と、ピックアップに使用する対物レンズの開口数（ＮＡ；Numerical Aperture）の増大とにより、データの記録・再生に用いるレーザスポットを小さくすることによって実現されてきた。そして、現在、青紫色レーザを光源とした二次元光メモリの研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
しかしながら、紫外領域では適当な光学材料が存在せず、記録メディア、レンズなどに使用する適当な光学材料が存在しなくなる等の理由から、記録レーザ波長の短波長化は、青紫色レーザの使用までが限界であり、これ以上短波長化することは困難であると考えられている。また、ＮＡを大きくする方法としては、屈折率の高い円形プリズムを用いて集光スポットを小さくする固体浸漬レンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）を用いて、プリズムの屈折率倍だけ開口数を高くする方法が提案されている。この方法では、プリズム底面に形成されるエバネッセント光を利用して微小な集光スポットを形成する。エバネッセント光はプリズム底面（出射端）近傍に局在する非伝搬光であり、ＳＩＬの出射端から光の波長以下の領域内にしか存在しないため、記録媒体をプリズム底面の極近傍に配置して記録及び再生を行わなければならない。このため、記録媒体とプリズムとの距離制御、記録媒体の可搬性の確立など解決すべき課題が多い。また、プリズム材料の屈折率は高々２程度であり、記録密度も４倍程度までしか向上しない。
【０００４】
以上の理由から、現行の二次元光メモリでは、記録密度の向上に限界がある。従って、光ディスク１枚当り５０ＧＢ以上の高密度の記録を行うためには、情報を記録媒体の奥行き方向を含めた三次元で記録（体積記録）する必要がある。このような体積型記録の１つにホログラフィックメモリがある。ホログラフィックメモリは、三次元光メモリであり大容量での記録が可能であると共に、２次元データのページ単位での一括記録・再生による高速性を備えている。即ち、同一体積内に多重させて複数のデータページが記録でき、且つ各ページ毎にデータを一括して読み出せる。このため、ホログラフィックメモリは、次世代の記録媒体として注目されている。
【０００５】
また、ホログラフィックメモリでは、デジタルデータ（０または１の２値データ）を空間光変調器を用いてオン／オフ（明／暗）・パターンに変換し、物体光として記録媒体に入射させることにより、デジタルデータのホログラム記録も可能である。記録媒体に参照光を照射して物体光を再生し、再生した物体光をフォトディテクタで受光して光電変換することで、得られた電気信号から元の２値データを再生することができる。最近では、このデジタルホログラフィックメモリの具体的な光学系や体積多重記録方式に基づくＳ／Ｎやビット誤り率評価あるいは二次元符号化の提案、光学系の収差の影響など、より工学的な観点からの研究が進展している。
【０００６】
ホログラム記録材料としては、安価でディスク状に成形容易なポリマー材料が注目されている。ＲＯＭ型の媒体用には、いわゆるフォトポリマーが盛んに研究されており、書き換え可能な媒体用には、アゾ基のような光異性化基を含む光感応性ポリマーが有望である。ホログラフィックメモリで大容量化を実現するためには、ホログラムを記録する記録層の厚みを増加すると共に、同一体積内に複数のホログラムを多重記録する必要がある。例えば１枚のディスクに１００ＧＢ以上のデジタルデータを蓄積するためには、記録層の厚みが１ｍｍ以上必要である。しかしながら、記録層を光学品質を維持しつつ厚膜化することは、現状では非常に困難であり且つコストがかかる。
【０００７】
この問題を回避しつつ大容量化を実現した例として、特開平９−１０１７３５号公報には、多層構成の光導波路型のホログラム記録媒体を用いた記録・再生方法が記載されている。この記録媒体は、基板上に光導波層及び記録層をクラッド層を介して複数積層したものであり、隣接するクラッド層に挟まれた光導波層が光導波路のコア部を構成している。
【０００８】
この光記録媒体の光導波層の端面より参照光を入射させ、光導波層の界面より物体光（信号光）を入射させて、記録層へ浸み出したエバネッセント光と物体光とを干渉させてホログラムを記録する。この場合、ホログラムを１枚記録するのに要する記録層の厚みは数μｍと薄くて良く、スピンコート法やキャスト法により光学品質を損なうことなく製膜することが可能である。このような薄膜の記録層を複数積層することで、多重ホログラム記録が可能となる。また、同様にして光導波層の端面より参照光（再生光）を入射させ、記録された情報をクロストーク無く再生することができる。参照光は、ガルバノミラーにより偏向され、導波路端面に集光されて、光導波層の端面より入射される。このときガルバノミラーの角度を調整することにより、参照光を入射させる光導波層を選択することができる。
【０００９】
また、特開平１１−３４５４１９号公報には、シングルモード平面型光導波路を多層に積層した再生専用の多重ホログラム情報記録媒体とその情報読み出し方法とが記載されている。この記録媒体の各導波路内のコア層及びクラッド層の少なくとも一方に導波モードの周期とほぼ等しい周期を有する周期的散乱要因（例えば、凹凸）によって情報が記録されており、導波路の導波光が周期的散乱要因により導波路外に回折されてホログラム像が形成される。また、記録媒体の端面を略４５°にカットした反射面とすることで、導波面に対して垂直な方向から光を入射・導波させることを可能としている。この方法では、入射光の焦点が所望の導波路のコア層部分に結合するように高精度な微動機構（アクチュエータ等）により集光レンズの位置を調節して、情報を読み出す層を選択している。
【００１０】
また、特開２０００−１２３１０８号公報には、ホログラム素子を複数カード状に敷き詰めた構造の多重ホログラムカードに記録された情報を読み取る読取装置が記載されている。この読取装置では、再生光源からの光を分配して複数のホログラム素子に同時に入射させることにより、情報読み出し速度を向上させている。個々のホログラム素子は、特開平１１−３４５４１９号公報記載の記録媒体と同様の多層構成を有しており、情報を読み出す層の選択は、ピエゾ素子等の移動手段により再生光源を移動させて入射光の焦点位置を調節することにより行なっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の情報再生方法では、所望の情報にアクセスするためにガルバノミラーやアクチュエータ等の機械的駆動手段を用いているため、連続的に異なる光導波層から情報を再生するには、高い位置決め精度を保ちながら集光スポットを移動させる必要があり、情報の読み出し速度の向上に限界がある、という問題があった。
【００１２】
また、特開２０００−１２３１０８号公報に記載された読取装置において、同一光源から分配された複数の入射光を媒体厚さ方向に重なる各導波層へ同時に結合させたとしても、同一光源からの光は互いに干渉するため、クロストークなく情報を再生するには、再生光を空間的に分離するか、シャッターなどの素子を用いて入射光を選択的に制御する必要が生じる。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、機械的駆動手段を用いずに、ホログラムにより情報が記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から、各平面型光導波路に記録されている情報を選択的に再生することが可能な情報再生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の情報再生装置は、ホログラムにより情報が記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から、該平面型光導波路を導波する光により、該平面型光導波路に記録された情報を再生する情報再生装置であって、独立してオン・オフ制御可能で且つ前記平面型光導波路の各々に対応して配列された複数の光源を有し、前記ホログラム記録媒体を前記光源からの照明光により照明する照明手段と、前記複数の平面型光導波路に対応して配列された複数の光源に対応するように、ホログラム記録媒体の平面型光導波路の積層方向に曲率を有し且つ該積層方向と直交する方向に曲率を有していないレンズが前記積層方向に複数並べられ、前記光源からの照明光を前記積層方向に集光して対応する前記平面型光導波路に入射させる集光光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の情報再生装置では、ホログラム記録媒体を光源からの照明光により照明する照明手段には、独立してオン・オフ制御可能な複数の光源が、前記平面型光導波路の各々に対応して配列されている。従って、照明手段に含まれる光源の各々をオン・オフ制御して、情報を再生する所定の平面型光導波路に対応する光源をオン状態とすることができる。集光光学系により光源からの照明光を集光して対応する平面型光導波路に入射させると、照明光はこの平面型光導波路を導波し、所定の平面型光導波路に記録された情報が再生される。
【００１７】
これにより、機械的駆動手段を用いずに、ホログラムにより情報が記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から、各平面型光導波路に記録されている情報を選択的に再生することができる。また、情報を再生する平面型光導波路の切り替えを機械的駆動手段を用いずに行なうことができるので、高速且つ高精度での情報の読み出しが可能になる。また、光源からのレーザ光は積層方向に集光されると共に面内方向には集光されずに平面型光導波路に入射するので、平面型光導波路内での光強度を均一にして、効率良く情報を読み出すことができる。更に、平面型光導波路の各々に対応して配列された光源より照明光を入射するので、平面型光導波路毎に位相が異なる照明光を入射させることができ、クロストーク無く情報を再生することができる。
【００１８】
なお、上記の情報再生装置は、前記平面型光導波路に照明光を導波させて再生されるホログラム像を検出する検出手段を更に備えていてもよい。
【００１９】
上記の情報再生装置の照明手段において、複数の光源は１次元状又は２次元状に配列されている。例えば、複数の光源が所定方向に沿って配列され且つ平面型光導波路の各々に対応して配列された光源列を複数列備えるように、複数の光源を２次元状に配列することができる。この場合、積層された平面型光導波路の数と同数以上の光源列を備えた構成とすることが好ましい。平面型光導波路の数と同数以上の光源列を備えることにより、ホログラム記録媒体の総ての平面型光導波路に記録されている情報を選択的に再生することができる。また、例えば、複数の光源を平面型光導波路の各々に対応させて所定方向に沿って１次元状に配列してもよい。
【００２０】
照明手段は、例えば、複数のレーザ光源が同一基板上にモノリシックに形成されたレーザアレイで構成することができる。レーザ光源としては、基板面に略垂直な方向に発光光を取り出す面発光レーザが好適である。面発光レーザはレーザ共振器が基板面に対して略垂直に配置されるので、高い位置精度で２次元配列及び高集積化が可能である。
【００２１】
上記の情報再生装置の集光光学系は、コリメータ機能を備える第１光学素子と集光機能を備える第２光学素子とを含んで構成することができる。これら第１光学素子及び第２光学素子の少なくとも一方を、複数の光源の各々に対応した複数のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイで構成することができる。マイクロレンズアレイは複数の光源の各々の出射開口面上に形成することができる。このように、マイクロレンズアレイを照明手段と一体に構成することで、装置の小型化を図ることができる。また、集光機能を備える第２光学素子をマイクロレンズアレイで構成する場合には、照明光を平面型光導波路に入射させる位置に応じて各マイクロレンズの焦点距離を定めることができる。これにより、照明光を平面型光導波路に効率良く結合することができる。
【００２３】
なお、ホログラムにより情報が記録可能な複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体に、前記平面型光導波路の各々から再生されるホログラム像が同一位置で検出されるようにホログラムを記録することにより、上記本発明の情報再生装置又は情報再生方法を適用して情報を再生する場合に、各平面型光導波路から再生されるホログラム像を同一検出手段で検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。第１の実施の形態、第２の実施の形態、及び第５の実施の形態は参考例とし、第３の実施の形態及び第４の実施の形態を本発明の実施の形態とする。
【００２５】
図２に、本発明の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す。この実施の形態では、クラッド層８₁及び８₂に挟まれた第１のコア層６₁、クラッド層８₂及び８₃に挟まれた第２のコア層６₂、クラッド層８₃及び８₄に挟まれた第３のコア層６₃、クラッド層８₄及び８₅に挟まれた第４のコア層６₄、及びクラッド層８₅及び８₆に挟まれた第５のコア層６₅の５つのコア層を備え、第１〜第５のコア層６₁〜６₅が下層側から順に積層されたホログラム記録媒体から情報を再生する場合について説明する。
【００２６】
このホログラム再生装置は、ホログラム記録媒体１０を照明する照明装置（光供給手段）１２を備えている。ホログラム記録媒体１０は図示しない保持部材により所定位置に水平に保持されており、照明装置１２と媒体保持位置との間には、照明光を平行光化するコリメートレンズ１４と平行光化された照明光を平面型光導波路の端面に集光させる集光レンズ１６とで構成された集光光学系が配置されている。ホログラム記録媒体１０による回折光出射側には、再生されたホログラム像を検出するＣＣＤエリアセンサ等の光検出手段１８、及びホログラムによる回折光を該光検出手段１８の受光表面に結像させるレンズ等の結像光学系２０が配置されている。
【００２７】
照明装置１２は、複数の光源（面発光レーザ）２２（Vertical Cavity Surface Emitting Laser diode：ＶＣＳＥＬ）が同一基板２３上にｎ行ｍ列のマトリックス状に配列された面発光レーザアレイで構成されている。面発光レーザは、レーザ共振器を基板面に対して垂直に配置することで、素子の２次元配列および高集積化が可能である。ｎ行ｍ列に配置された素子を面発光レーザ２２_nmで表すと、図２では２０個の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄が５行４列のマトリックス状に配列されている。
【００２８】
各行の光源列は平面型光導波路の各々に対応している。この例では、第１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄はホログラム記録媒体１０の第１のコア層６₁に、第２行目の面発光レーザ２２₂₁〜２２₂₄は第２のコア層６₂に、第３行目の面発光レーザ２２₃₁〜２２₃₄は第３のコア層６₃に、第４行目の面発光レーザ２２₄₁〜２２₄₄は第４のコア層６₄に、第５行目の面発光レーザ２２₅₁〜２２₅₄は第５のコア層６₅に各々対応するように配置されている。
【００２９】
面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄の各々は、図示しない配線を介して駆動制御手段２４に接続されており、該駆動制御手段２４によりそれぞれ独立にオン・オフ制御される。このような面発光レーザアレイとしては、例えば、富士ゼロックス社製のＶＣＳＥＬアレイを用いることができる。このＶＣＳＥＬアレイは、１２×１２０の計１４４０素子をマトリックス駆動により、発光周期１．３９μｓｅｃで独立に駆動することができる。
【００３０】
次に、上記ホログラム再生装置の動作について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、上記再生装置の照明装置１２からホログラム記録媒体１０までの側面図である。図３（Ａ）に示すように、例えば、駆動制御手段２４により４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、コリメートレンズ１４によってコリメートされ、集光レンズ１６によりホログラム記録媒体１０の平面型光導波路の端面に集光される。
【００３１】
この例では、５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄の各々は、ホログラム記録媒体１０の５つのコア層６₁〜６₅の各々に対応するように配置されており、面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光は第１のコア層６₁の端面に集光され、面発光レーザ２２₂₄から出力されるレーザ光は第２のコア層６₂の端面に集光され、面発光レーザ２２₃₄から出力されるレーザ光は第３のコア層６₃の端面に集光され、面発光レーザ２２₄₄から出力されるレーザ光は第４のコア層６₄の端面に集光され、面発光レーザ２２₅₄から出力されるレーザ光は第５のコア層６₅の端面に集光される。
【００３２】
５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面から入射されたレーザ光は、各コア層を含む平面型光導波路を導波して、各平面型光導波路に記録されたホログラムにより回折され、他のコア層及びクラッド層を透過して、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に５つのホログラム像が結像される。再生されたホログラム像は、光検出手段１８で各々検出される。即ち、５つのコア層６₁〜６₅が同時に選択され、各コア層を含む平面型光導波路にホログラムとして記録された情報が同時に再生される。
【００３３】
上記では、４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄をオン状態にして５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面にレーザ光を入射する例について説明したが、駆動制御手段２４により面発光レーザをオン・オフ制御してレーザ光を入射するコア層を切り替えることができる。例えば、図３（Ｂ）に示すように、駆動制御手段２４により、４列目の面発光レーザの内、２つの面発光レーザ２２₁₄及び２２₃₄がオン状態にされ、３つの面発光レーザ２２₂₄、２２₄₄及び２２₅₄がオフ状態にされると、オン状態の面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光は第１のコア層６₁の端面に集光され、面発光レーザ２２₃₄から出力されるレーザ光は第３のコア層６₃の端面に集光される。即ち、２つのコア層６₁及び６₃が同時に選択され、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に２つのホログラム像が結像される。
【００３４】
また、１つの平面型光導波路に複数のホログラムが記録されている場合には、記録領域毎にレーザ光を入射させて個々のホログラムを再生することができる。図３（Ｃ）は上記再生装置を上方から見た平面図である。例えば、図３（Ｃ）に示すように、駆動制御手段２４により１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、コリメートレンズ１４によってコリメートされ、集光レンズ１６により第１のコア層６₁の端面の異なる位置に各々集光される。この例では、４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄の各々は、ホログラム記録媒体１０のコア層６₁内の４つの記録領域の各々に対応するように配置されており、コア層６₁の端面の異なる位置から入射されたレーザ光の各々は平面型光導波路を導波して、各記録領域に記録されたホログラムにより回折され、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に４つのホログラム像が結像される。即ち、１つのコア層６₁の複数の記録領域が同時に選択され、該記録領域毎にホログラムとして記録された複数の情報が同時に再生される。
【００３５】
以上説明した通り、本実施の形態に係るホログラム再生装置は、照明装置の光源の各々をオン・オフさせて、ホログラム記録媒体の複数積層された平面型光導波路から照明光を導波させる１又は２以上の平面型光導波路を選択することができ、各平面型光導波路に記録されている任意のホログラム（情報）を選択的に再生することができる。また、１つの平面型光導波路に複数のホログラムが記録されている場合には、記録領域毎にレーザ光を入射させて個々のホログラムを再生することができる。
【００３６】
また、機械的駆動手段を用いずに、光源のオン・オフ制御により情報を読み出す平面型光導波路を切り替えることができ、高速且つ高精度での情報の読み出しが可能である。
【００３７】
更に、照明光源の各行の光源列は平面型光導波路の各々に対応しているので、平面型光導波路毎に位相が異なる照明光を入射させることができ、複数の平面型光導波路に記録された情報を同時に再生してもクロストークを生じない。
【００３８】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るホログラム再生装置では、図４（Ａ）に示すように、コリメートレンズを配置する代わりに、照明装置１２の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々の出射開口の上方にマイクロレンズ３０₁₁〜３０₅₄が直接形成されている。また、図４（Ｂ）に示すように、集光レンズを配置する代わりに、照明装置１２の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々に対応して５行４列のマトリックス状に配列されたマイクロレンズ２６₁₁〜２６₅₄を備えたマイクロレンズアレイ２８が配置されている。
【００３９】
また、照明装置１２の第１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄はホログラム記録媒体１０の第５のコア層６₅に、第２行目の面発光レーザ２２₂₁〜２２₂₄は第４のコア層６₄に、第３行目の面発光レーザ２２₃₁〜２２₃₄は第３のコア層６₃に、第４行目の面発光レーザ２２₄₁〜２２₄₄は第２のコア層６₂に、第５行目の面発光レーザ２２₅₁〜２２₅₄は第１のコア層６₁に各々対応するように配置されている。
【００４０】
その他の構成は第１の実施の形態に係るホログラム再生装置と同様の構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４１】
マイクロレンズの作製方法としては、例えば、Yuzo Ishii et al., Ink-Jet Fabrication of Polymer Microlens for Optical-I/O Chip Packaging, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (2000) pp. 1490-1493 に報告されているようなインクジェット方式を応用した方法が好適である。この作製方法は、紫外線硬化エポキシ樹脂をレンズ用材料とし、インクジェットプリンタを用いてレンズ形成箇所に該ポリマーを吐出、形成させる方法である。吐出されたポリマーは、表面張力によって半球面上に保持されるので、そこに紫外線を照射させて硬化させる。吐出量及び硬化前ポリマーの粘度を調整することによって、精度よくマイクロレンズを作製することができる。このとき、レンズを形成する基板表面をフッ素樹脂コートしておくことにより、基板材料による接触角の変化を排除することが可能である。このレンズ作製方法を用いることにより、上記のマイクロレンズアレイ及びマイクロレンズを備えた面発光レーザの各々を容易に作製することが可能である。
【００４２】
次に、上記ホログラム再生装置の動作について説明する。図５は、上記再生装置の照明装置１２からホログラム記録媒体１０までの側面図である。図５に示すように、例えば、駆動制御手段２４により４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の開口上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₄〜３０₅₄によりコリメートされ、マイクロレンズアレイ２８の対応するマイクロレンズ２６₁₄〜２６₅₄によりホログラム記録媒体１０の平面型光導波路の端面に集光される。この例では、５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄の各々は、ホログラム記録媒体１０の５つのコア層６₁〜６₅の各々に対応するように配置されており、例えば、面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光はマイクロレンズ２６₁₄により第５のコア層６₅の端面に集光される。
【００４３】
５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面から入射されたレーザ光は、各コア層を含む平面型光導波路を導波して、各平面型光導波路に記録されたホログラムにより回折され、他のコア層及びクラッド層を透過して、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に５つのホログラム像が結像される。再生されたホログラム像は、光検出手段１８で各々検出される。即ち、５つのコア層６₁〜６₅が同時に選択され、各コア層を含む平面型光導波路にホログラムとして記録された情報が同時に再生される。
【００４４】
なお、駆動制御手段２４により面発光レーザをオン・オフ制御してレーザ光を入射するコア層を切り替えることができる点は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態に係るホログラム再生装置では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、照明装置の各面発光レーザの開口上方にマイクロレンズを直接形成することにより、結合光学系をコンパクト化することができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る多重ホログラム再生装置では、図６に示すように、コリメートレンズを配置する代わりに、照明装置１２の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々の出射開口の上方にマイクロレンズ３０₁₁〜３０₅₄が直接形成されている。また、集光レンズを配置する代わりに、垂直方向に曲率を有し水平方向に長いシリンドリカルレンズ３４₁〜３４₅が照明装置１２の面発光レーザアレイの各行に対応するように複数並べられたレンチキュラーレンズ３２が配置されている。
【００４７】
また、照明装置１２の第１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄はホログラム記録媒体１０の第５のコア層６₅に、第２行目の面発光レーザ２２₂₁〜２２₂₄は第４のコア層６₄に、第３行目の面発光レーザ２２₃₁〜２２₃₄は第３のコア層６₃に、第４行目の面発光レーザ２２₄₁〜２２₄₄は第２のコア層６₂に、第５行目の面発光レーザ２２₅₁〜２２₅₄は第１のコア層６₁に各々対応するように配置されている。
【００４８】
その他の構成は第１の実施の形態に係るホログラム再生装置と同様の構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００４９】
次に、上記ホログラム再生装置の動作について説明する。図７は、上記再生装置の１０までの側面図である。図７に示すように、例えば、駆動制御手段２４により４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の開口上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₄〜３０₅₄によりコリメートされ、レンチキュラーレンズ３２の対応するシリンドリカルレンズ３４₁〜３４₅によりホログラム記録媒体１０の平面型光導波路の端面に集光される。この例では、５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄の各々は、ホログラム記録媒体１０の５つのコア層６₁〜６₅の各々に対応するように配置されており、例えば、面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光はシリンドリカルレンズ３４₁により第５のコア層６₅の端面に集光される。
【００５０】
５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面から入射されたレーザ光は、各コア層を含む平面型光導波路を導波して、各平面型光導波路に記録されたホログラムにより回折され、他のコア層及びクラッド層を透過して、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に５つのホログラム像が結像される。再生されたホログラム像は、光検出手段１８で各々検出される。即ち、５つのコア層６₁〜６₅が同時に選択され、各コア層を含む平面型光導波路にホログラムとして記録された情報が同時に再生される。
【００５１】
なお、駆動制御手段２４により面発光レーザをオン・オフ制御してレーザ光を入射するコア層を切り替えることができる点は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
垂直方向に曲率を有し水平方向に長いシリンドリカルレンズは、上記した通り垂直方向にはレーザ光を集光するが、水平方向には曲率を有していないため、水平方向にはレーザ光を集光しない。図８は、上記再生装置を上方からみた平面図である。例えば、図８に示すように、駆動制御手段２４により１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の開口上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₁〜３０₁₄によりコリメートされて、水平方向には集光されずにシリンドリカルレンズ３４₁を通過し、多重ホログラム記録媒体１０に入射する。
【００５３】
本実施の形態に係るホログラム再生装置では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、照明装置の各面発光レーザの開口上方にマイクロレンズを直接形成することにより、結合光学系をコンパクト化することができる。また、光源からのレーザ光はレンチキュラーレンズに配列されたシリンドリカルレンズより垂直方向に集光されると共に水平方向には集光されずに平面型光導波路に入射するので、平面型光導波路内での光強度を均一にして、効率良く情報を読み出すことができる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係るホログラム再生装置では、図９に示すように、複数の面発光レーザ２２が千鳥状に配列された面発光レーザアレイを照明装置１２Ａに用いている。千鳥状とは、ｎ行ｍ列のマトリックスにおいて隔行毎に列方向の位置をずらした配列形態である。光源を千鳥状に配列することにより、ホログラム記録媒体の厚さ方向に重なるホログラムの数を減らすことができ、回折光が受ける他のホログラムの影響を低減することが可能となる。なお、マトリックス状に配列された場合と同様に、ｎ行ｍ列に配置された素子を面発光レーザ２２_nmで表す。また、コリメートレンズを配置する代わりに、照明装置１２Ａの面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々の出射開口の上方にマイクロレンズ３０₁₁〜３０₅₄が直接形成されている。
【００５５】
また、集光レンズを配置する代わりに、焦点距離の異なる１対のシリンドリカルレンズ３６、３８と、垂直方向に曲率を有し水平方向に長いシリンドリカルレンズ３４₁〜３４₅が照明装置１２の面発光レーザアレイの各行に対応するように複数並べられたレンチキュラーレンズ３２と、が配置されている。１対のシリンドリカルレンズ３６、３８の各々は、シリンドリカルレンズ３４₁〜３４₅と同様に垂直方向に曲率を有し水平方向に長く延びている。
【００５６】
更に、照明装置１２の第１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄はホログラム記録媒体１０の第１のコア層６₁に、第２行目の面発光レーザ２２₂₁〜２２₂₄は第２のコア層６₂に、第３行目の面発光レーザ２２₃₁〜２２₃₄は第３のコア層６₃に、第４行目の面発光レーザ２２₄₁〜２２₄₄は第４のコア層６₄に、第５行目の面発光レーザ２２₅₁〜２２₅₄は第５のコア層６₅に各々対応するように配置されている。
【００５７】
その他の構成は第１の実施の形態に係るホログラム再生装置と同様の構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
次に、上記ホログラム再生装置の動作について説明する。図１０は、上記再生装置の１０までの側面図である。図１０に示すように、例えば、駆動制御手段２４により４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の出射開口上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₄〜３０₅₄によりコリメートされ、コリメートされたレーザ光は１対のシリンドリカルレンズ３６、３８により、垂直方向（光導波層の積層方向）のみが縮小されて、レンチキュラーレンズ３２の対応するシリンドリカルレンズ３４₁〜３４₅によりホログラム記録媒体１０の平面型光導波路の端面に集光される。この例では、５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄の各々は、ホログラム記録媒体１０の５つのコア層６₁〜６₅の各々に対応するように配置されており、例えば、面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光はシリンドリカルレンズ３４₅により第１のコア層６₁の端面に集光される。
【００５９】
５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面から入射されたレーザ光は、各コア層を含む平面型光導波路を導波して、各平面型光導波路に記録されたホログラムにより回折され、他のコア層及びクラッド層を透過して、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に５つのホログラム像が結像される。再生されたホログラム像は、光検出手段１８で各々検出される。即ち、５つのコア層６₁〜６₅が同時に選択され、各コア層を含む平面型光導波路にホログラムとして記録された情報が同時に再生される。
【００６０】
なお、駆動制御手段２４により面発光レーザをオン・オフ制御してレーザ光を入射するコア層を切り替えることができる点は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
垂直方向に曲率を有し水平方向に長いシリンドリカルレンズは、上記した通り垂直方向にはレーザ光を集光するが、水平方向には曲率を有していないため、水平方向にはレーザ光を集光しない。図１１は上記再生装置を上方から見た平面図である。例えば、図１１に示すように、駆動制御手段２４により１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の出射開口上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₁〜３０₁₄によりコリメートされて、水平方向には集光されずにシリンドリカルレンズ３６、３８、及びシリンドリカルレンズ３４₁を通過し、ホログラム記録媒体１０に入射する。
【００６２】
本実施の形態に係るホログラム再生装置では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、照明装置の各面発光レーザの開口上方にマイクロレンズを直接形成することにより、結合光学系をコンパクト化することができる。また、光源からのレーザ光はレンチキュラーレンズに配列されたシリンドリカルレンズより垂直方向に集光されると共に水平方向には集光されずに平面型光導波路に入射するので、平面型光導波路内での光強度を均一にして、効率良く情報を読み出すことができる。
【００６３】
また、レーザ光は１対のシリンドリカルレンズにより、垂直方向（光導波層の積層方向）のみが縮小されるので、ホログラム記録媒体の平面型光導波路の端面での集光スポットの垂直方向の密度を上げることができ、ホログラム記録媒体を構成する各層の膜厚を薄くすることができる。なお、数十μｍ程度の素子間隔で面発光レーザアレイを作製することができるが、１対のシリンドリカルレンズによる縮小光学系は、さらに細かい層構造を有する媒体に光を集光する場合に有効である。
【００６４】
（第５の実施の形態）
本発明の実施の形態に係るホログラム再生装置は、図１２に示すように、コア層６とクラッド層８とを交互に積層して平面型光導波路を多層化すると共に、記録媒体の端面を略４５°にカットした反射面としたホログラム記録媒体１０Ａから、各々の平面型光導波路にホログラムとして記録された情報を再生する情報再生装置に本発明を適用したものである。この媒体では、端面を略４５°にカットした反射面とすることにより、導波面に対して垂直な方向から光を入射・導波させることが可能である。なお、ホログラム記録媒体１０Ａは、第１の実施の形態で使用された記録媒体と同様に、５つのコア層６₁〜６₅及び６つのクラッド層８₁〜８₆を備えている。
【００６５】
このホログラム再生装置は、ホログラム記録媒体１０を照明する照明装置１２を備えている。ホログラム記録媒体１０は図示しない保持部材により所定位置に水平に保持されており、照明装置１２は、照明光がホログラム記録媒体１０の略４５°にカットされた端面で反射されて平面型光導波路を導波するように、ホログラム記録媒体１０上方に配置されている。
【００６６】
照明装置１２は、複数の面発光レーザ２２が同一基板２３上にｎ行ｍ列のマトリックス状に配列された面発光レーザアレイで構成されている。図１２では２０個の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄が５行４列のマトリックス状に配列されている。
【００６７】
各行の光源列は平面型光導波路の各々に対応している。この例では、第１行目の４つの面発光レーザ２２₁₁〜２２₁₄はホログラム記録媒体１０の第５のコア層６₅に、第２行目の面発光レーザ２２₂₁〜２２₂₄は第４のコア層６₄に、第３行目の面発光レーザ２２₃₁〜２２₃₄は第３のコア層６₃に、第４行目の面発光レーザ２２₄₁〜２２₄₄は第２のコア層６₂に、第５行目の面発光レーザ２２₅₁〜２２₅₄は第１のコア層６₁に各々対応するように配置されている。
【００６８】
面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄の各々は、図示しない配線を介して駆動制御手段２４に接続されており、該駆動制御手段２４によりそれぞれ独立にオン・オフ制御される。また、面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々の出射開口の上方には、マイクロレンズ３０₁₁〜３０₅₄が直接形成されている。
【００６９】
また、照明装置１２と媒体保持位置との間には、照明装置１２の面発光レーザ２２₁₁〜２２₅₄各々に対応して５行４列のマトリックス状に配列されたマイクロレンズ２６₁₁〜２６₅₄を備えたマイクロレンズアレイ２８が配置されている。マイクロレンズ２６₁₁〜２６₅₄の各々は、平行光化された照明光を平面型光導波路の端面に集光させる集光レンズとして機能する。マイクロレンズ２６₁₁〜２６₅₄の各々は、照明光の入射位置に応じて異なる焦点距離を有している。ホログラム記録媒体１０による回折光出射側には、再生されたホログラム像を検出するＣＣＤエリアセンサ等の光検出手段１８、及びホログラムによる回折光を該光検出手段１８の受光表面に結像させるレンズ等の結像光学系２０が配置されている。
【００７０】
次に、上記ホログラム再生装置の動作について説明する。図１３は、上記再生装置の照明装置１２からホログラム記録媒体１０端面までの側面図である。図１３に示すように、例えば、駆動制御手段２４により４列目の５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄がオン状態にされると、各面発光レーザから出力されるレーザ光は、各々の出射開口の上方に形成されたマイクロレンズ３０₁₄〜３０₅₄によりコリメートされ、マイクロレンズアレイ２８の対応するマイクロレンズ２６₁₄〜２６₅₄によりホログラム記録媒体１０の平面型光導波路の端面に集光される。この例では、５つの面発光レーザ２２₁₄〜２２₅₄の各々は、ホログラム記録媒体１０の５つのコア層６₁〜６₅の各々に対応するように配置されており、例えば、面発光レーザ２２₁₄から出力されるレーザ光はマイクロレンズ２６₁₄により第５のコア層６₅の端面に集光される。
【００７１】
５つのコア層６₁〜６₅の各々の端面で反射されたレーザ光は、各コア層を含む平面型光導波路を導波して、各平面型光導波路に記録されたホログラムにより回折され、結像光学系２０により光検出手段１８の受光表面に５つのホログラム像が結像される。再生されたホログラム像は、光検出手段１８で各々検出される。即ち、５つのコア層６₁〜６₅が同時に選択され、各コア層を含む平面型光導波路にホログラムとして記録された情報が同時に再生される。
【００７２】
なお、駆動制御手段２４により面発光レーザをオン・オフ制御してレーザ光を入射するコア層を切り替えることができる点は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００７３】
以上説明した通り、本実施の形態に係るホログラム再生装置は、照明装置の光源の各々をオン・オフさせて、ホログラム記録媒体の複数積層された平面型光導波路から照明光を導波させる１又は２以上の平面型光導波路を選択し、各平面型光導波路に記録されている任意のホログラム（情報）を選択的に再生することができる。また、１つの平面型光導波路に複数のホログラムが記録されている場合には、記録領域毎にレーザ光を入射させて個々のホログラムを再生することができる。
【００７４】
また、機械的駆動手段を用いずに、光源のオン・オフ制御により情報を読み出す平面型光導波路を切り替えることができ、高速且つ高精度での情報の読み出しが可能である。
【００７５】
また、照明光源の各行の光源列は平面型光導波路の各々に対応しているので、平面型光導波路毎に位相が異なる照明光を入射させることができ、複数の平面型光導波路に記録された情報を同時に再生してもクロストークを生じない。
【００７６】
また、照明装置の各面発光レーザの開口上方にマイクロレンズを直接形成することにより、結合光学系をコンパクト化することができる。
【００７７】
更に、垂直方向から光を導入する構成としたので、上記媒体を光導波層方向に複数枚接着した媒体構成が可能となり、平面方向の記録量を増大させることができる。
【００７８】
なお、上記の第１〜第５の実施の形態に係るホログラム再生装置は、積層された平面型光導波路に光を導波させることによって記録された情報を再生するホログラム記録媒体であれば、どのような記録媒体からでも情報を再生することができる。
【００７９】
例えば、光誘起複屈折を示し、これが常温で保持される材料を光導波層に用いたホログラム記録媒体を用いることができる。このような材料としては、側鎖に光異性化する基を有する高分子を用いることができる。また、その光異性化する基は、例えば、アゾベンゼン骨格を含むものが好適である。
【００８０】
アゾベンゼンを例に光誘起複屈折の原理について説明する。アゾベンゼンは、下記に示すように、光の照射によってトランス−シス−トランスの異性化サイクルを繰り返す。
【００８１】
【化１】

【００８２】
光照射前は、光導波層（光記録層）にはトランス体のアゾベンゼンが多く存在する。これらの分子はランダムに配向しており、マクロに見て等方的である。ある直線偏光を照射すると、それと同じ方位に吸収軸を持つアゾ分子は選択的にトランス体からシス体へ異性化される。シス体は、熱的に不安定なため再びトランス体へ異性化するが、偏光方位と直交した吸収軸を持つトランス体に緩和した分子は、もはや光を吸収せずその状態に固定される。このトランス−シス−トランス異性化サイクルの結果として、マクロに見て吸収係数及び屈折率の異方性、つまり二色性と複屈折が誘起される。このような光異性化基を含む高分子は、光異性化により高分子自身の配向も変化し大きな複屈折を誘起することができる。このように誘起された複屈折は高分子のガラス転移温度以下で安定であり、ホログラムの記録に好適である。
【００８３】
特開平１０−３４０４７９号公報に記載された下記一般式で表す側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルは、上述した機構によってホログラム記録可能である。
【００８４】
【化２】

【００８５】
このポリエステルは室温でホログラム記録可能であり、記録されたホログラムは半永久的に保持される。更にこのポリエステルは強度変調ホログラムと偏光変調ホログラムが同時に記録可能で、かつ、それらの回折効率が等しいことから、偏光状態のホログラム記録も可能である。従って、上記一般式で表されるポリエステルは光導波層に好適である。
【００８６】
また、上記のホログラム再生装置は、特開平９−１０１７３５号公報や特開平１１−３４５４１９号公報に記載されたホログラム記録媒体の再生にも使用することができる。特開平９−１０１７３５号公報記載の記録媒体は、基板及び導波層を有する光導波路が多重に積層され、光導波路の一部または全部が光学記録材料（具体的にはバクテリオロドプシンなどのフォトクロミック材料）から構成されている。光学記録材料により記録された情報は、光導波路を導波する光のエバネッセント光を用いて読み出すことができる。また、特開平１１−３４５４１９号公報記載の記録媒体には、各導波路内のコア層及びクラッド層の少なくとも一方に導波モードの周期と略等しい周期を有する周期的散乱要因によって情報が記録されている。
【００８７】
上記の第１〜第５の実施の形態では、すべてのホログラムからの再生光を同一の光検出手段により検出する構成としたが、複数のブロックに分割して、各ブロックに対応する複数の光検出手段により、複数のホログラムからの再生光を検出する構成としてもよい。
【００８８】
上記の第１〜第５の実施の形態では、面発光レーザが５行４列のマトリックス状に配列された面発光レーザアレイを照明装置に用いる例について説明したが、例えば５行１列のように、面発光レーザ（光源）が積層方向に１次元状に配列された面発光レーザアレイを照明装置として用いてもよい。この場合も、各面発光レーザのオン・オフ制御により、機械的駆動手段を用いずに、ホログラム記録媒体の積層された複数の平面型光導波路から任意の平面型光導波路を選択することができる。また、照明装置をアクチュエータ等の駆動手段を用いて平面型光導波路の面内方向に沿って移動させる、又は各光源からのレーザ光をガルバノミラー等の走査光学系を用いて平面型光導波路の面内方向に沿って走査する等、機械的駆動手段を併用することにより、同じ平面型光導波路の端面の異なる位置からレーザ光を入射させることができる。なお、照明装置を移動させる代わりに、ホログラム記録媒体を移動させてもよい。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の情報再生装置によれば、機械的駆動手段を用いずに、ホログラムが記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から、各平面型光導波路に記録されている情報を選択的に再生することが可能である、という効果を奏する。また、情報を再生する平面型光導波路の切り替えを機械的駆動手段を用いずに行なうことができるので、高速且つ高精度での情報の読み出しが可能である。また、光源からのレーザ光は垂直方向に集光されると共に水平方向には集光されずに平面型光導波路に入射するので、平面型光導波路内での光強度を均一にして、効率良く情報を読み出すことができる。更に、平面型光導波路の各々に対応して配列された光源より照明光を入射するので、平面型光導波路毎に位相が異なる照明光を入射させることができ、クロストーク無く情報を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホログラム記録媒体の概略構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施の形態に係るホログラム再生装置の側面図であり、（Ｃ）は上方から見た平面図である。
【図４】（Ａ）はマイクロレンズが直接形成された照明装置の部分構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は第２の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】第２の実施の形態に係るホログラム再生装置の側面図である。
【図６】第３の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図７】第３の実施の形態に係るホログラム再生装置の側面図である。
【図８】第３の実施の形態に係るホログラム再生装置の上方から見た平面図である。
【図９】第４の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るホログラム再生装置の側面図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るホログラム再生装置の上方から見た平面図である。
【図１２】第５の実施の形態に係るホログラム再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１３】第５の実施の形態に係るホログラム再生装置の側面図である。
【符号の説明】
６コア層（光導波層）
８クラッド層
１０ホログラム記録媒体
１２、１２Ａ照明装置
１４コリメートレンズ
１６集光レンズ
１８光検出手段
２０結像光学系
２２光源（面発光レーザ）
２４駆動制御手段
２６₁₁〜２６₅₄ マイクロレンズ
２８マイクロレンズアレイ
３０₁₁〜３０₅₄ マイクロレンズ
３２レンチキュラーレンズ
３４₁〜３４₅シリンドリカルレンズ
３６、３８シリンドリカルレンズ

Claims

ホログラムにより情報が記録された複数の平面型光導波路が積層されたホログラム記録媒体から、該平面型光導波路を導波する光により、該平面型光導波路に記録された情報を再生する情報再生装置であって、
独立してオン・オフ制御可能で且つ前記平面型光導波路の各々に対応して配列された複数の光源を有し、前記ホログラム記録媒体を前記光源からの照明光により照明する照明手段と、
前記複数の平面型光導波路に対応して配列された複数の光源に対応するように、ホログラム記録媒体の平面型光導波路の積層方向に曲率を有し且つ該積層方向と直交する方向に曲率を有していないレンズが前記積層方向に複数並べられ、前記光源からの照明光を前記積層方向に集光して対応する前記平面型光導波路に入射させる集光光学系と、
を備えることを特徴とする情報再生装置。
前記平面型光導波路に照明光を導波させて再生されるホログラム像を検出する検出手段を更に備える請求項１に記載の情報再生装置。
前記照明手段は、複数の面発光レーザが同一基板上にモノリシックに形成されたレーザアレイである請求項１又は２に記載の情報再生装置。
前記複数の面発光レーザが千鳥状に配置されたレーザアレイである請求項３に記載の情報再生装置。
前記複数の面発光レーザの各々の出射開口面上に形成され、コリメート機能を備えた複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを、更に備えた請求項３又は４に記載の情報再生装置。
前記集光光学系は、照明光を平面型光導波路に入射させる位置に応じて各レンズの焦点距離を定めた請求項１〜５のいずれか１項に記載の情報再生装置。