(57)【要約】  記録光（Ｐ）および参照光（Ｓ）をホログラム記録媒体（Ｂ）において干渉させることによりホログラムを記録するホログラム記録装置（Ａ）であって、レーザ光が進行する光源（１）とビーム分離手段（７）との間に複合レンズとして設けられた入射側および出射側のレンズ（３ａ，３ｂ）と、入射側および出射側のレンズ（３ａ，３ｂ）間において光束径を制限するように設けられた開口絞り（５）とを備え、開口絞り（５）は、出射側のレンズ（３ｂ）の入射側焦点位置より入射側のレンズ（３ａ）の方にずれた位置に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射したレーザ光をビーム分離手段で記録光と参照光に分離し、一方の記録光を記録すべき情報に応じて変調した後、これら記録光および参照光をホログラム記録媒体において干渉させることによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
上記レーザ光が進行する上記光源と上記ビーム分離手段との間、および上記参照光が進行する上記ビーム分離手段と上記ホログラム記録媒体との間の少なくともいずれか一方に複合レンズとして設けられた入射側および出射側のレンズと、
上記入射側および出射側のレンズ間において光束径を制限するように設けられた開口絞りとを備え、
上記開口絞りは、上記出射側のレンズの入射側焦点位置より上記入射側のレンズ側に配置されていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
【請求項２】
上記光源と上記ビーム分離手段との間において、上記入射側および出射側のレンズは、ビームエキスパンダとして設けられている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
上記光源と上記ビーム分離手段との間において、上記入射側および出射側のレンズは、光強度分布を均一化するビームコンバータとして設けられている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
上記出射側のレンズの入射側焦点位置には、空間フィルタが配置されている、請求項２または３に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
上記ビーム分離手段と上記ホログラム記録媒体との間において、上記入射側および出射側のレンズは、ビーム縮小光学系として設けられている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
上記開口絞りから上記出射側のレンズの光源側主点までの距離をＬ、上記出射側のレンズの入射側焦点距離をｆとした場合、上記出射側のレンズから上記ホログラム記録媒体までの光路長ｄは、ｄ≒Ｌ・ｆ／（Ｌ−ｆ）になっている、請求項１ないし５のいずれかに記載のホログラム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録光と参照光をホログラム記録媒体において干渉させることによりホログラムを記録するホログラム記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラム記録装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。このホログラム記録装置は、光源から出射したレーザ光をビームスプリッタで記録光と参照光に分離し、一方の記録光を記録すべき情報に基づいて空間光変調器で変調した後、これら記録光および参照光をホログラム記録媒体において干渉させることによりホログラムを記録するように構成されている。光源とビームスプリッタとの間には、レーザ光の光強度分布を均一化するためのビームコンバータ（ビーム整形素子）が配置されている。このようなビームコンバータを備えたホログラム記録装置によれば、ガウス分布状の光強度分布をもつレーザ光がビームコンバータによって均一な光強度分布に整形され、空間光変調器から出射する記録光も光強度分布が均一化されるので、一様な明暗の干渉縞パターンからなるホログラムを記録することができ、ひいてはホログラム再生時の読み取りエラーを無くすことができる。【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４５６７６号公報
【０００４】
しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、参照光の光束径をどのように制限するのか特に決められておらず、適当に参照光を絞らなければ不要な散乱や回折などが生じかねない。このような不都合を生じないようにするには、たとえば参照光の光路に開口絞りを配置すればよいが、この開口絞りの位置が適切でなければ光の散乱や回折などを十分に防ぐことができず、その結果、光学的に鮮明なホログラムを記録することができないおそれがあった。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。本発明は、不要な光の散乱や回折などを防止し、光学的に鮮明なホログラムを記録することができるホログラム記録装置を提供することをその課題としている。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
本発明によって提供されるホログラム記録装置は、光源から出射したレーザ光をビーム分離手段で記録光と参照光に分離し、一方の記録光を記録すべき情報に応じて変調した後、これら記録光および参照光をホログラム記録媒体において干渉させることによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記レーザ光が進行する上記光源と上記ビーム分離手段との間、および上記参照光が進行する上記ビーム分離手段と上記ホログラム記録媒体との間の少なくともいずれか一方に複合レンズとして設けられた入射側および出射側のレンズと、上記入射側および出射側のレンズ間において光束径を制限するように設けられた開口絞りとを備え、上記開口絞りは、上記出射側のレンズの入射側焦点位置より上記入射側のレンズ側に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
好ましくは、上記光源と上記ビーム分離手段との間において、上記入射側および出射側のレンズは、ビームエキスパンダとして設けられている。
【０００９】
好ましくは、上記光源と上記ビーム分離手段との間において、上記入射側および出射側のレンズは、光強度分布を均一化するビームコンバータとして設けられている。
【００１０】
好ましくは、上記出射側のレンズの入射側焦点位置には、空間フィルタが配置されている。
【００１１】
好ましくは、上記ビーム分離手段と上記ホログラム記録媒体との間において、上記入射側および出射側のレンズは、ビーム縮小光学系として設けられている。
【００１２】
好ましくは、上記開口絞りから上記出射側のレンズまでの距離をＬ、上記出射側のレンズの入射側焦点距離をｆとした場合、上記出射側のレンズから上記ホログラム記録媒体までの光路長ｄは、ｄ≒Ｌ・ｆ／（Ｌ−ｆ）になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１に示すホログラム記録装置の再生時における動作状態を示す全体構成図である。
【図３】図１に示すホログラム記録装置の要部を説明するための模式図である。
【図４】本発明に係るホログラム記録装置の他の実施形態を示す全体構成図である。
【図５】本発明に係るホログラム記録装置の他の実施形態を示す全体斜視図である。
【図６】図５に示すホログラム記録装置の要部を説明するための模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１〜３は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示している。なお、図１は、記録時の動作状態を示し、図２は、再生時の動作状態を示している。【００１５】
図１および図２に示されているように、ホログラム記録装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、ビームエキスパンダ３、空間フィルタ４、開口絞り５、位相板６、ビーム分離手段としての偏光ビームスプリッタ７、ビームコンバータ８、空間光変調器９、記録再生用の偏光ビームスプリッタ１０、記録光・再生光兼用の対物レンズ１１、反射板１２、プリズム１３、参照光用の対物レンズ１４、撮像素子１５、およびホログラム記録媒体Ｂを備えて構成されている。対物レンズ１１，１４およびプリズム１３は、ヘッドユニット２０に組み込まれており、ヘッドユニット２０は、電磁コイルなどの駆動手段２１を介してホログラム記録媒体Ｂの厚み方向に位置調整される。ホログラム記録媒体Ｂは、基板９０、反射膜９１、記録層９２、および保護膜９３の積層構造からなり、再生時に反射光として再生光Ｐ’が生じるものである。【００１６】
光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高いレーザ光を出射する。光源１を出射した直後のレーザ光は、ガウス分布状の光強度分布をもち、発散光としてコリメータレンズ２に入射する。コリメータレンズ２は、発散光としてのレーザ光を平行光に変換する。【００１７】
ビームエキスパンダ３は、入射側のレンズ３ａと出射側のレンズ３ｂとを組み合わせた複合レンズからなり、コリメータレンズ２と位相板６の間に配置されている。ビームエキスパンダ３は、コリメータレンズ２から出射したレーザ光の光束径を拡大する。図３に示すように、出射側のレンズ３ｂについては、その光源側主点からの入射側焦点距離がｆとなっている。入射側のレンズ３ａの出射側焦点位置と出射側のレンズ３ｂの入射側焦点位置とは、概ね一致している。出射側のレンズ３ｂから出たレーザ光は、位相板６に入射する。【００１８】
空間フィルタ４は、入射側および出射側のレンズ３ａ，３ｂ間に設けられており、概ね出射側のレンズ３ｂの入射側焦点位置に配置されている。空間フィルタ４には、レーザ光を通すピンホールが設けられており、このピンホールによって高次の回折光や収差などといった光学的ノイズを除去する。【００１９】
開口絞り５は、入射側および出射側のレンズ３ａ，３ｂ間に設けられており、レーザ光の光束径を開口によって制限する。具体的には図３に示すように、開口絞り５は、出射側のレンズ３ｂの入射側焦点位置から入射側のレンズ３ａ側、要するに入射側のレンズ３ａの方にずれた位置に配置されている。つまり、開口絞り５から出射側のレンズ３ｂの光源側主点までの距離をＬとした場合、ｆ＜Ｌになっており、開口絞り５は、開口を通るレーザ光に回折が生じたとしても、そのような回折による影響を空間フィルタ４より先には伝播させない位置にある。【００２０】
位相板６は、たとえば液晶パネルからなり、レーザ光の偏光方向を液晶分子のねじれに沿って変化させる。レーザ光は、出射側のレンズ３ｂから位相板６に入射すると、その位相板６で与えられる位相差によって偏光状態が変化し、これにより偏光ビームスプリッタ７による透過光量と反射光量の見かけ上の比が変化する。【００２１】
ビーム分離手段としての偏光ビームスプリッタ７は、位相板６を出射したレーザ光を互いに偏光方向が垂直な記録光Ｐと参照光Ｓに分離する。たとえばｐ偏光の記録光Ｐは、偏光ビームスプリッタ７の入射面を透過してビームコンバータ８へと進む一方、ｓ偏光の参照光Ｓは、偏光ビームスプリッタ７の入射面で反射する。反射した参照光Ｓは、反射板１２、プリズム１３、参照光用の対物レンズ１４を順に進み、記録時においてはホログラム記録媒体Ｂにおいて記録光Ｐと干渉するように照射される。【００２２】
ビームコンバータ８は、入射側のレンズ８ａと出射側のレンズ８ｂとを組み合わせた複合レンズからなり、偏光ビームスプリッタ７と空間光変調器９の間に配置されている。入射側のレンズ８ａには、ガウス分布状の光強度分布からなる記録光Ｐが入射し、出射側のレンズ８ｂからは、光強度分布が均一化された記録光Ｐが空間光変調器９に向けて出射する。【００２３】
空間光変調器９は、たとえば液晶表示デバイスからなり、記録すべき情報に基づいて記録光Ｐを画素変調する。空間光変調器９を出射した記録光Ｐは、記録再生用の偏光ビームスプリッタ１０へと進む。この偏光ビームスプリッタ１０の対物レンズ１１に対向する面には、回転可能な１／２波長板１０ａが設けられている。記録光Ｐは、偏光ビームスプリッタ１０を透過して１／２波長板１０ａに達する。１／２波長板１０ａは、所定の回転姿勢をとることで入射した記録光Ｐを対物レンズ１１へと導く。再生時においては、１／２波長板１０ａが記録時とは異なる所定の回転姿勢に変化させられる。これにより、再生時にホログラム記録媒体Ｂから対物レンズ１１を通って戻ってくる再生光Ｐ’は、記録光Ｐとは９０度偏光方向が異なる状態で１／２波長板１０ａを通って偏光ビームスプリッタ１０に達し、さらにこの偏光ビームスプリッタ１０で反射して撮像素子１５へと導かれる。【００２４】
参照光用の対物レンズ１４は、記録光・再生光兼用の対物レンズ１１に対して光軸が所定角度をなすように配置されている。記録時における参照光Ｓは、この対物レンズ１４を通ってホログラム記録媒体Ｂの記録層９２で記録光Ｐと重なるように照射される。これにより、記録光Ｐと参照光Ｓが干渉し、記録層９２にホログラムが記録される。再生時における参照光Ｓは、ホログラムが記録された記録層９２の所定部位に照射される。これにより、記録層９２の所定部位においては、記録済みのホログラムに応じた再生光Ｐ’が生じ、この再生光Ｐ’が撮像素子１５によって受光される。なお、ホログラム記録媒体Ｂに照射された状態において、記録光Ｐは、均一な光強度分布をなす一方、参照光Ｓは、ガウス分布状の光強度分布をもつ。【００２５】
撮像素子１５は、たとえばＣＣＤあるいはＣＭＯＳ型の受光センサであり、再生光Ｐ’をデジタル信号に変換することでホログラムとして記録された情報を読み出す。【００２６】
次に、ホログラム記録装置Ａの光学作用について説明する。【００２７】
記録時の場合、図１に示すように、光源１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ２、入射側のレンズ３ａ、開口絞り５、空間フィルタ４、出射側のレンズ３ｂ、位相板６を順次通って偏光ビームスプリッタ７に入射する。【００２８】
その際、入射側および出射側のレンズ３ａ，３ｂ間においては、開口絞り５によってレーザ光の光束径が絞られるため、これにより光の散乱が生じることはない。一方、レーザ光は、開口絞り５の開口を通ることにより、その開口の周縁部で回折を起こし、回折の影響として回折光が出現する。この回折光は、開口絞り５の開口よりも小さい空間フィルタ４のピンホールにレーザ光を通すことで効率的に除去される。【００２９】
こうして光学的ノイズが除去されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７によって記録光Ｐと参照光Ｓに分離される。記録光Ｐは、ビームコンバータ８によって光強度分布が均一化され、さらに空間光変調器９によって記録すべき情報に応じた画素パターンの光に変調された後、対物レンズ１１を通ってホログラム記録媒体Ｂの所定部位に照射される。そのため、空間光変調器９においては、全体的に一様な明るさの画素パターンが形成される。【００３０】
その一方、参照光Ｓは、ガウス分布状の光強度分布をもった状態で対物レンズ１４を通ってホログラム記録媒体Ｂの所定部位で記録光Ｐと重なるように照射される。これにより、ホログラム記録媒体Ｂの所定部位においては、記録光Ｐと参照光Ｓの干渉によってホログラムが記録される。このとき、特に開口絞り５の位置がホログラム記録媒体Ｂ上における参照光Ｓの照射領域に対して共役となる近傍位置にあることから、空間フィルタ４と開口絞り５によって記録光Ｐおよび参照光Ｓの光学的ノイズが十分に除去された状態にあり、それぞれの光強度分布が所望の分布状態になっている。そのため、記録光Ｐおよび参照光Ｓがある程度長い光路を経てホログラム記録媒体Ｂに達しても、ホログラム記録媒体Ｂには光学的ノイズがそれほど出現することなく、一様な明るさの干渉縞パターンからなるホログラムが記録される。【００３１】
再生時の場合、図２に示すように、光源１から出射したレーザ光は、記録時と同様に偏光ビームスプリッタ７に入射することで記録光Ｐと参照光Ｓに分離される。その際、記録光Ｐは、空間光変調器９へと導かれるが、再生時における空間光変調器９は光を透過させないオフ状態とされる。そのため、ホログラム記録媒体Ｂには、参照光Ｓのみが照射される。これにより、ホログラム記録媒体Ｂの所定部位においては、記録済みのホログラムに参照光Ｓが干渉することで再生光Ｐ’が生じ、この再生光Ｐ’が対物レンズ１１および偏光ビームスプリッタ１０を介して撮像素子１５に受光される。その結果、ホログラムとして記録された情報が再生される。【００３２】
このような再生時においても、参照光Ｓは、光強度分布がガウス分布状となった状態で伝播し、特に開口絞り５の位置がホログラム記録媒体Ｂ上における参照光Ｓの照射領域に対して共役な位置にあることからも、空間フィルタ４や開口絞り５によって光学的ノイズが十分に除去された状態となる。そのため、参照光Ｓは、回折などの影響をほとんど受けることなくホログラム記録媒体Ｂに達する。これにより、撮像素子１５は、ホログラムを一様な明るさをもって認識することができ、明暗による読み取りエラーが回避される。【００３３】
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａによれば、記録光Ｐや参照光Ｓに分離する以前のレーザ光からは、不要な散乱や回折などといった光学的ノイズが効率よく除去されるので、光学的に鮮明な状態のホログラムをホログラム記録媒体Ｂに記録することができ、ひいては再生時の読み取りエラーをなくすことができる。【００３４】
図４〜６は、本発明に係るホログラム記録装置の他の実施形態を示している。なお、先述した実施形態と同一あるいは類似の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。【００３５】
図４に示すホログラム記録装置Ａ’は、コリメータレンズ２と位相板６の間にビームコンバータ８を配置するとともに、反射板１２とプリズム１３の間にビーム縮小光学系としての縮小レンズ３０を配置したものである。【００３６】
ビームコンバータ８は、レーザ光の段階で光強度分布を均一化するように設けられており、光強度分布を均一化したレーザ光を位相板６へと導く。空間フィルタ４は、ビームコンバータ８の入射側および出射側のレンズ８ａ，８ｂ間に設けられており、概ね出射側のレンズ８ｂの入射側焦点位置に配置されている。開口絞り５は、入射側および出射側のレンズ８ａ，８ｂ間に設けられており、具体的には先述した図３と同様の位置にある。すなわち、開口絞り５は、出射側のレンズ８ｂの入射側焦点位置から入射側のレンズ８ａ側に配置されている。そのため、開口絞り５は、開口を通るレーザ光に回折が生じたとしても、そのような回折による影響が記録再生時にホログラム記録媒体Ｂ上で最も影響が小さくなるようになっている。【００３７】
縮小レンズ３０は、入射側のレンズ３０ａと出射側のレンズ３０ｂとを組み合わせた複合レンズからなる。この縮小レンズ３０は、参照光Ｐの光束径を縮小する。入射側および出射側のレンズ３０ａ，３０ｂ間には、開口絞り５’が設けられており、この開口絞り５’は、参照光Ｐの光束径を開口によって制限する。このような開口絞り５’も、出射側のレンズ３０ｂの入射側焦点位置から入射側のレンズ３０ａ側に配置されている。これにより、不要な散乱などといった光学的ノイズが参照光Ｓから除去される。【００３８】
このような構成では、レーザ光の段階でビームコンバータ８によって光強度分布が均一化されるとともに、空間フィルタ４や開口絞り５によって光学的ノイズが十分に除去され、さらに参照光Ｓにおいても、縮小レンズ３０の間に配置された開口絞り５’によって光学的ノイズが除去される。【００３９】
したがって、ホログラム記録装置Ａ’によっても、レーザ光や参照光から光学的ノイズが効率よく除去されるので、光学的に鮮明な状態のホログラムをホログラム記録媒体Ｂに記録することができ、ひいては再生時の読み取りエラーをなくすことができる。【００４０】
図５および図６に示すホログラム記録装置Ａ”は、ホログラム記録媒体Ｂに対して記録光Ｐや参照光Ｓを照射するための構成が先述したものとは異なるものであり、図外の光学系としては、先述した実施形態によるものと同様である。このホログラム記録装置Ａ”は、参照光Ｓを照射するためのミラー４０，４１をアーム５０の先端に設け、このアーム５０を駆動モータ６０によって揺動させるように構成したものである。【００４１】
図外の空間光変調器からの記録光Ｐは、リレーレンズ７０およびハーフミラー１０’を介して対物レンズ１１へと導かれ、この対物レンズ１１を通ってホログラム記録媒体Ｂの所定部位に一定の入射角で照射される。記録時における参照光Ｓは、上面側のミラー４０を介してホログラム記録媒体Ｂの所定部位で記録光Ｐと重なるように照射される。その際、アーム５０が揺動することで参照光Ｓの入射角が変化させられる。これにより、記録光Ｐと参照光Ｓとの交わる角度が変化し、そのような角度が異なるごとに別パターンのホログラムが多重記録される。【００４２】
再生時における参照光Ｐは、記録時の参照光に対する共役光であり、再生時においては裏面側のミラー４１を介してホログラム記録媒体Ｂの所定部位に参照光Ｐが照射される。このような再生時においても、アーム５０が揺動することで参照光Ｓの入射角が変化させられる。これにより、ホログラム記録媒体Ｂの所定部位においては、参照光Ｐの入射角が記録時と同じ角度になるごとに記録済みのホログラムによって回折光が生じ、この回折光が再生光として図外の撮像素子へと導かれる。その結果、ホログラムとして記録された情報が再生される。【００４３】
図６に示すように、このホログラム記録装置Ａ”においても、開口絞り５が入射側および出射側のレンズ３ａ，３ｂ間に設けられており、レーザ光の光束径を開口によって制限する。具体的に開口絞り５は、出射側のレンズ３ｂの入射側焦点位置から入射側のレンズ３ａ側に配置されている。つまり、開口絞り５から出射側のレンズ３ｂの光源側主点までの距離をＬとした場合、ｆ＜Ｌになっており、開口絞り５は、開口を通るレーザ光に回折が生じたとしても、そのような回折による影響を空間フィルタ４より先には伝播させない位置にある。また、出射側のレンズ３ｂの光源側主点からホログラム記録媒体Ｂまでの参照光Ｓの光路長をｄとした場合、ｄ≒Ｌ・ｆ／（Ｌ−ｆ）となるように設計されている。これは、出射側のレンズ３ｂについてレンズ公式を当てはめることにより導かれる。なお、記録光Ｐの光路長（図示略）と参照光Ｓの光路長ｄは、概ね等しくなっている。【００４４】
このような構成のホログラム記録装置Ａ”によれば、ホログラムを多重記録することができるとともに、個々のホログラムについて光学的に鮮明な状態で記録することができる。【００４５】
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではない。【００４６】
レーザ光を記録光と参照光に分離するための手段としては、偏光特性をもたない単純なビームスプリッタでもよい。この場合、ビームスプリッタの入射側に位相板を設けなくてもよい。【００４７】
開口絞りや空間フィルタは、図３に示すような位置関係であれば、たとえばリレーレンズの間に配置してもよい。また、開口絞りや空間フィルタは、いずれかのレンズ間にあればよく、これらを２箇所以上に設けてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2008126195.tif 000009
2008126195.tif 000010
2008126195.tif 000011
2008126195.tif 000012