JPS6158833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホログラム読取り書込み記憶装置に関
し、具体的には、この種の記憶装置のための非破
壊読出しに関するものである。

計算機の分野においてプログラミングの複雑化
及びシステムについての高度の融通性が要求され
ていることに伴つて、安価な大容量データ記憶装
置の必要性が増してきている。例えば、計算機は
一層一般的なパターン認識問題に関して適用され
るようになつてきているし、又、記録文書記憶シ
ステムも実現化されるようになつてきているの
で、安価な大容量持久性記憶装置の必要性が増し
ている。

現在使用されているテープ、ドラム、デイスク
等の記憶媒体を用いる記憶装置は、アクセスが機
械的であること及び記憶媒体は２次元的記憶を行
うものであることのために、比較的アクセス時間
が長く且つ記憶密度が低いという欠点がある。こ
れに対して、光学的記憶装置は、電気光学的又は
音響光学的な光偏向技法に基いた非機械的アクセ
スを行うものであるから、非常に高速である。更
に、光学的記憶装置の記憶密度は非常に高く、特
にホログラフイ技術によつて３次元において情報
を記憶する場合には、そういうことが言える。

ホログラム記憶装置の１つの型は、ニオブ酸リ
チウムの様な光屈折媒体を用いるものである。情
報は光学的に書込まれ、且つ例えば媒体の屈折率
の変化を検出するようにして光学的に読出され
る。この型の記憶装置には、非持久性（望ましく
ない）のものと持久性のものとがある。但し、持
久性のものも、消去不能であつたり、全体的にだ
け消去可能であつたりするので、十分満足できる
ものではない。

他の型のホログラム記憶装置は、Applied
Optics 14、2456頁（1975年）のW.J.Tomlinson
の論文に示されている様なスペクトル的に十分に
離れた広い吸収スペクトルと誘起スペクトルとを
示すホトクロミツク物質を使用するものである。
これは、書込み波長と読出し波長とが相当異なつ
ているので、３次元記憶装置としては用いられな
い。

通常のホログラム記憶装置に関する他の読出し
技術も知られている。その１つは、放射状に配置
された光検出器を用いるものであり、米国特許第
3656827号明細書及び米国特許第3737878号明細書
に示されている。又、一般に使用されている技術
は記憶物質を塩に変化させて、その屈折率を測定
するものである。

本出願人は、記憶容量を増すために周波数次元
の記憶を行う光学的データ記憶装置の発明を別個
に出願している（特公昭58−51355号参照。）。そ
の記憶装置は、不均一な吸収線の広がり
（inhomogeneous absorption line broadening）
を示し且つ光を受けると光誘起反応を起こす物質
を記憶媒体として用いている。データ・ビツト
は、不均一な吸収線の広がり（即ち、吸収帯）内
の特定の周波数を有する狭帯域レーザ光による選
択的光誘起反応によつて記憶される。この様にし
て記憶されたデータ・ビツトの寿命は数年程度の
長さを有し、従つて持久性記憶装置が得られてい
る。該出願は３次元光学記憶装置を提供すること
を示しており且つ同じ技術を適用して４次元ホロ
グラム記憶装置が得られることも示している。し
かしながら、３次元記憶装置に用いられた読出し
技法はホログラム記憶装置において用いるにはあ
まり適当であるとはいえない。

本発明の目的はホログラム記憶装置のための改
善された読出し装置を提供することである。

本発明の他の目的はホログラム記憶装置のため
の非破壊読出し装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は改善されたホログラム
記憶装置を提供することである。

本発明の更に他の目的は改善された周波数選択
的ホログラム記憶装置を提供することである。

この様な目的は、３つの空間的次元と１つの周
波数次元においてデータを記憶するホログラム記
憶装置に好適な非破壊読出し装置を設けることに
よつて達成される。ホログラム記憶装置は、不均
一に広がつた２つの吸収帯を含み且ち可逆的ホト
クロミツク反応を起こす物質を記憶媒体として使
用している。この様な物質の例は、低温において
ｎ−オクタン結晶中に入れられた遊離基ポルフイ
リン（H₂P）である。情報の書込みは、２つの吸
収帯のいずれかに属する周波数を有する光のホロ
グラフイ干渉パターンを記憶媒体に投射すること
によつて行われる。非破壊読出し技術は、２つの
吸収帯のいずれかに近く且つその外側にある周波
数における屈折率の変化を検出することによつて
元の情報を再生するものである。好適な実施例の
場合、記憶媒体は、書込みステツプに先立つて、
ホール・バーニング（hole burning）と呼ばれる
光学反応によつて、不均一な広がりを有する吸収
帯内に複数のホールを形成する処理を受ける。こ
れによつて、吸収帯内にはホールによつて分離さ
れた複数の吸収線が存在することになる。情報の
書込みは、異なつた周波数に関連したこれらの吸
収線をホログラフイ技術を用いつつ消滅させる
（即ちホールを形成する）ことによつて行われ
る。この実施例の場合の読出し技術は１つ以上の
吸収線の近くにおける屈折率の変化を検出するこ
とによつて元の情報を再生するものである。以
下、本発明の実施例について詳しく説明する。

３つの空間的次元と１つの周波数次元において
データを記憶し且つ非破壊読出しを行うためのホ
ログラム記憶装置は、特定の記憶媒体を必要とす
る。好適な記憶媒体は２つの不均一に広がつた吸
収帯を有し且つ可逆的ホトクロミツク反応を示す
ことのできる物質である。この様な好適な記憶媒
体は、透明な結晶母体、例えばｎ−オクタンに組
込まれたときには、低温において、それぞれ異な
つた吸収帯によつて特徴づけられる２つの異なつ
た状態において安定な特性を示す。なお、本発明
は不可逆的ホトクロミツク反応を示す記憶媒体を
使用する場合にも適用可能である。

第１図は今述べた様な結晶母体内の好適な記憶
媒体におけるホトクロミツク的に関連した不均一
な広がりを有する１対の吸収帯を表わしている。
Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は吸収の度合いを示す。第１
の吸収帯１０はＡ乃至Ｂの周波数範囲を有し、そ
の中心周波数はν_１である。第２の吸収帯１２は
Ｃ乃至Ｄの周波数範囲を有し、その中心周波数は
ν_２である。

記憶媒体が吸収帯１０に相当する周波数の光を
受けるとき、この吸収帯において吸収を起こす分
子の状態は、吸収帯１２によつて特徴づけられる
他方の状態に変化させられる。その逆の場合もあ
る。即ち、吸収帯１２において吸収を起こす分子
は、吸収帯１２に相当する周波数の光を受けると
き、吸収帯１０によつて特徴づけられる状態にな
る。本発明によるホログラム記憶装置における情
報の書込み及び読出しは、この様な光誘起変換及
びそれに付随する吸収帯の変更を利用している。
記憶装置に情報を書込む前に、記憶媒体は２つの
吸収帯１０及び１２のうちの一方だけを存在させ
るように予め処理を受ける。

好適な記憶媒体の一例は遊離基ポリフイリン
（H₂P）であり、その構造及び結晶母体に対する
２つの可能な配向は第２図に示してある。この場
合、N₂P分子の平面は互いに平行しており、且つ
Ｎ−Ｈ及びＨ−Ｎ軸は互いに直角である。液体ヘ
リウム温度において、H₂Pは２乃至３波数程度の
幅の吸収帯を有する。２つのホトクロミツク的に
関連した吸収帯は約70波数だけ隔たつている。ポ
ルフイリンの類の多数の有機分子は、この型の記
憶装置のための好適な記憶媒体として使用するの
に適している。他の好適な物質の例は、デユーテ
ル化遊離基ポルフイリン、テトラベンゾ・ポルフ
イリン、及びフタロシアニンである。但し、これ
は単なる例であつて、何ら限定的な意味をもつも
のでないことはもちろんである。

本発明に従つて、この記憶装置における情報の
光化学的書込みは、第３図に概略的に示すホログ
ラフイ手段によつて行われる。交差する２つのコ
ヒーレントなレーザ・ビーム１６，１８によつて
単純なホログラフイ・パターン２４が形成され
る。レーザ・ビーム１６，１８は、クライオスタ
ツト２２に存在する好適な記憶媒体２０において
交差している。記憶媒体２０が第１図の吸収帯１
０だけを有するように予め処理されているなら
ば、全ての情報が直接的に吸収帯１０に書込まれ
且つ間接的に吸収帯１２に書込まれる。同様に、
もし記憶媒体２０が第１図の吸収帯１２だけを有
するように予め処理されているならば、全ての情
報が直接的に吸収帯１２に書込まれ且つ間接的に
吸収帯１０に書込まれる。この様に、情報は２つ
の吸収帯の両方に書込まれる。単純なホログラフ
イ・パターン２４を示してあるけれど、実際には
参照ビームと複雑な物体ビームとによつて一層複
雑なホログラフイ・パターンが形成されて記録さ
れる。同様にして複数のホログラフイ・パターン
が順次記録れる。即ち、一対のビーム１６及び１
８（一方が参照ビームであり、他方が物体若しく
は情報ビームである）の交差角及び記憶媒体２０
に入射する位置を変えることによつて、記憶媒体
２０内で３次元的に分散した複数の領域に１つず
つホログラフイ・パターンを記録することができ
る。そして、各領域において、一対のビームの周
波数を変えることによつて更に多くのホログラフ
イ・パターンを記録することができる。これが３
つの空間的次元と１つの周波数次元とにおいて情
報を記憶するということの意味である。

更に具体的に言えば、各ホログラフイ・パター
ンはそれぞれ１つのビツトに対応している。例え
ば、ビツト１の記録は情報ビームを投射すること
によつて行われ、ビツト０の記録は情報ビームを
遮断することによつて行われる。換言すれば、こ
の例では、ビツト１の記録のときだけホール・バ
ーニングによる実質的なホログラフイ・パターン
の記録が行われるのである。後で述べる第６図及
び第７図の例では、周波数Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、
Ｋ、Ｌの周波数を有するビームによつてそれぞれ
ビツト１を表わすホログラフイ・パターンが記録
される。第７図において残存するピークは、それ
に対応する周波数を有するビームよりビツト０の
記録が可能であつたことを表わしている。

この様にして記録された情報は、一般的には、
記録の際用いたのと同じ周波数の参照ビームを記
憶媒体にあてる標準的ホログラフイ技術に従つて
読出すことができる。しかしながら、この技術の
場合、記憶されていた情報は破壊されてしまう。
即ち、これは破壊読出しを行うものである。

本発明は各ホログラフイ・パターンが有する情
報、即ちビツトを非破壊的に読出すことを意図し
ている。これから詳しく述べる様に、非破壊読出
しは、各ビツトの記録のために用いたビームの周
波数からわずかにずれた周波数を有するビームを
参照ビームとして、記録時と同じ角度及び位置に
おいて記憶媒体に投射し、屈折率の変化を検出す
ることによつて達成される。ビツトの値に応じて
屈折率が異なることにより通過する参照ビームの
方向が変化するので、例えば所定位置に設置した
光検出器で受取る光の量の違いをみることにより
ビツトの値を判別することができる。

本発明による非破壊読出し技術は、２つの吸収
帯のいずれか一方の外側で且つそれに近い周波数
の参照ビームによつて、ホログラフイ・パターン
を再生するものである。情報の検出は、吸収帯の
変更を伴う屈折率の変化の空間的変動を検出する
ことによつて行われる。情報が吸収帯１０に直接
書込まれているときには、全ての分子が吸収帯１
２によつて特徴づけられる状態に変わつている。
第４図は吸収帯１２及びこれに関連した屈折率の
変化を表わす曲線１４を示している。なお、Ｘ軸
は周波数、Ｙ軸は曲線８に関連した屈折率、Ｚ軸
は吸収帯１２に関連した吸収の度合いを表わす。
読出し周波数ν_３又はν_４は、吸収帯の端に近く
且つ吸収が最小であるように、且つ屈折率の変化
が出来るだけ大きくなるように選定されている。

なお、第４図には示していないけれど、本発明
の読取り技術は、吸収帯１０の外側で且つその近
くの屈折率変化の空間的変動を検出することも含
んでいることはもちろんである。即ち、吸収帯１
０の近くで情報を読出すか吸収帯１２の近くで情
報を読出すかは任意に選択可能である。

本発明の好適な実施例に従つて、記憶媒体は、
不均一に広がつた２つの吸収帯の一方、例えば第
５図に周波数範囲を拡大して示す吸収帯１０が、
第６図に示すように複数の狭い吸収線から成る吸
収帯に変換されるような処理を受ける。これは、
不均一に広がつた吸収帯の幅よりも十分に狭い幅
の種々の周波数を有する複数レーザ光を一様に記
憶媒体に投射することによつて達成される。

このプロセスはホトクロミツク反応によるホー
ル・バーニングとして知られている。なお、この
場合には、所与の狭い帯域幅を有するレーザ光を
吸収する分子だけが反応に関与する。投射される
レーザ光の所与の狭い周波数帯域以外の周波数帯
域において吸収を起こす他の分子は、投射される
レーザ光による光誘起反応には関与しないので、
不変である。

第６図に示すように新たに形成した狭い吸収線
の各々は、空間的に異なつて生成された１組のホ
ログラムを記憶できる。特定の周波数（正確に言
えば、狭い幅を持つ周波数帯域）、例えばＦ、
Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌを有するレーザ光を用い
ることによつて、第６図における吸収帯内に特定
の情報をホログラフイ様式で書込むことができ
る。その結果のスペクトルは第７図に示されてい
る。非破壊読出しは、吸収帯１２に関連して述べ
た技術を個々の狭い吸収線に適用することによつ
て達成される。即ち、個々の吸収線の近くにおけ
る周波数を有する光を用いて屈折率の変化を検出
することによつて情報を得ることができる。な
お、本例では吸収帯１０を用いるものとしたが、
吸収帯１２を用いてもよいことはもちろんであ
る。

第５図乃至第７図に示す実施例においては、可
逆ホトクロミツク反応を示す記憶媒体を用いてい
るが、これに限らず、不可逆ホトクロミツク反応
を示す記憶媒体を用いて本発明を実施することも
可能である。不可逆的光化学反応を示す物質の例
はテトラジンである。この種の物質は１つの吸収
帯（例えば吸収帯１０）だけを有し、従つて情報
の読出しはその吸収帯において行われる。又、こ
の種の物質を用いる場合には、前述の好適な物質
を用いる場合のような情報の消去はできない。

好適な物質を記憶媒体として用いる本発明の別
の実施例においては、第５図に示す吸収帯１０の
様な未処理吸収帯に、例えば周波数Ｍ、Ｎ、Ｐに
よつてスペクトル上のホールM′、N′、P′を形成
するようにして個々のホログラムの書込みが行わ
れる。第８図は、その結果のスペクトルを示して
いる。第９図は、第８図に示されるように吸収帯
１０にホールM′、N′、P′が形成されること、換
言すれば、狭い吸収線が消滅することに伴つて、
それに対応するような吸収線Ｒ、Ｓ、Ｔが吸収帯
１２に関する周波数帯域Ｃ−Ｄ内に現われること
を示している。情報の非破壊読出しは、これらの
吸収線Ｒ、Ｓ、Ｔ近くの周波数を有する光によつ
て行われる。この様に、この実施例では、情報の
書込みが吸収帯１０の周波数帯域で行われるのに
対して、読出しは吸収帯１２の周波数帯域で行わ
れるのである。

以上説明した実施例のいずれにおいても、記憶
媒体に記憶される情報の量は、該記憶媒体に記憶
されるホログラムの数と該記憶媒体の不均一な広
がりを有する吸収帯において形成可能なスペクト
ル・ホールの数との積に従つて定められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光のホログラフイ干渉パターンを受け
る前の記憶媒体の２つの不均一に広がつた吸収帯
を示す図、第２図は結晶母体内における遊離基ポ
ルフイリンの２種類の配向を示す図、第３図は吸
収帯に情報を書込むための装置を概略的に示す
図、第４図は第１図の２つの吸収帯の何れか一方
に関連した記憶媒体の屈折率の分散を示す図、第
５図は書込みステツプ前における１つの吸収帯を
周波数に関して拡大して示す図、第６図は複数の
吸収線から成る吸収帯を示す図、第７図は書込み
ステツプ後の第６図の吸収帯を示す図、第８図は
書込みステツプ後の第５図の吸収帯を示す図、第
９図は書込みステツプ後の他の吸収帯を示す図で
ある。第３図において、１６及び１８はレーザ・
ビーム、２０は記憶媒体である。第４図におい
て、１２は吸収帯、１４は屈折率の変化を表わす
曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ３つの空間的次元及び１つの周波数次元にお
   いて情報を記憶するホログラム記憶装置であつ
   て、 不均一な吸収線の広がりである吸収帯を有し且
   つ該吸収帯の帯域幅よりも狭い帯域幅の光を受け
   るるとホトクロミツク反応を起こして分子の持久
   的な基底状態において情報を記憶する性質を有
   し、上記吸収帯内の第１群の複数の周波数に対応
   づけて情報を記憶する記憶媒体と、 上記吸収帯内において上記第１群の複数の周波
   数に近い第２群の複数の周波数の光を用いて上記
   記憶媒体における屈折率の変化を検出することに
   よつて記憶情報を検出する検出装置と を有するホログラム記憶装置。 ２ 上記記憶媒体が第１及び第２の吸収帯を有
   し、上記検出装置が該第１及び第２の吸収帯のう
   ちのいずれか一方に属する第２群の周波数を用い
   て記憶情報を検出する特許請求の範囲第１項記載
   のホログラム記憶装置。