(57)【要約】【課題】  光学系の光学特性を高めずとも、ホログラムの記録量を容易に増大させることができるホログラム記録装置を提供する。【解決手段】  光源１から出射したコヒーレント光を記録光Ｓと参照光Ｒとに分離するとともに、当該記録光Ｓを空間光変調器５によって記録すべき情報に応じた光に変調した上で対物レンズ７へと導き、当該対物レンズ７から出射する記録光Ｓと上記参照光Ｒとをホログラム記録媒体Ｂ上で干渉させることにより、当該ホログラム記録媒体Ｂにホログラムを記録するホログラム記録装置Ａであって、空間光変調器５の入射面には、記録光Ｓを透過しつつ当該記録光Ｓの位相を所々において変化させる位相シフトマスク５Ａが設けられている。【選択図】  図１
2006276666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射したコヒーレント光を記録光と参照光とに分離するとともに、当該記録光を空間光変調器によって記録すべき情報に応じた光に変調した上で対物レンズへと導き、当該対物レンズから出射する記録光と上記参照光とをホログラム記録媒体上で干渉させることにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
上記空間光変調器の入射面には、上記記録光を透過しつつ当該記録光の位相を所々において変化させる位相シフトマスクが設けら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】
上記位相シフトマスクは、上記記録光がそのまま透過する第１透過画素と、当該記録光に位相差πを与える第２透過画素とを有し、かつ、これら第１透過画素および第２透過画素とを交互に配列して構成されている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
上記空間光変調器と対物レンズとの間には、上記記録光を伝達するリレーレンズが設けられている、請求項１または２に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
上記空間光変調器のナイキスト空間周波数の半分の周波数を伝達する開口が光路中に設けられており、この開口によって上記ホログラム記録媒体上における上記記録光の照射領域が制限されている、請求項１ないし３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、ホログラム記録媒体にホログラムを記録するための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。この種のホログラム記録装置は、基本的には図４に示すような構成からなる。すなわち、レーザ光源（図示略）から出射したレーザ光は、記録光Ｓと参照光Ｒとに分離され、記録光Ｓは、空間光変調器５００Ａによって記録すべき情報に応じた光に変調された後、リレーレンズ７００Ａ，７００Ｂおよび対物レンズ７００を介してホログラム記録媒体Ｂの記録層９１に照射される。一方、参照光Ｒは、記録用のガルバノミラー９００および集光レンズ１００Ａ，１００Ｂによりホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させられ、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９１で記録光Ｓと干渉する。その結果、記録層９１には、記録光Ｓと参照光Ｒによる干渉縞としてのホログラムが記録される。
【０００３】
このようなホログラムに記録されるデータ量（記録量）は、空間光変調器の有効画素数によって決まる。この有効画素数は、画素ピッチが一定の場合、画素領域全体のサイズに比例する一方、画素領域全体のサイズが一定の場合、画素ピッチの逆数に比例する。そのため、より多くのデータを記録可能な構成とするには、空間光変調器の画素ピッチを変えずに画素領域全体のサイズを大きくし、あるいは、空間光変調器の画素領域全体のサイズを変更することなく画素ピッチを小さくし、空間光変調器の有効画素数を増やせばよい。
【特許文献１】特開２００２−２１６３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、以下において具体的に説明するように、空間光変調器５００の有効画素数増大に応じて対物レンズなどの光学系の設計条件が厳しくなるという難点があった。
【０００５】
先述した図４に示す光学系の場合、リレーレンズ７００Ａ，７００Ｂの間でフーリエ像が形成される面（フーリエ面）Ｆにおいては、光軸上に０次の回折光Ｄ０が出現するとともに、光軸から間隔ｔ離れた位置に±１次の回折光Ｄ１が出現する。この間隔ｔが小さくなるほど、対物レンズ７００の画角（開口角）も小さくなり、光学設計上では、対物レンズ７００の有効口径を小さくすることができる。
【０００６】
その一方、たとえば図５に示すように、空間光変調器５００Ｂの画素ピッチを変えずに画素領域全体のサイズを大きくすることにより、記録光Ｓに対する有効画素数を図４に比べて増やした場合、空間光変調器５００Ｂに近い方のリレーレンズ７００Ａ’としては、口径や焦点距離がより大きいレンズを採用しなければならない。そうした上でフーリエ面Ｆにおいては、光軸から間隔Ｔ離れた位置に±１次の回折光Ｄ１が出現する。この間隔Ｔは、図４の場合の間隔ｔよりも大きくなる。すなわち、光学設計上においては、対物レンズ７００’の有効口径をより大きくしなければならない。
【０００７】
特に図示しないが、空間光変調器の画素領域全体のサイズを変えずに画素ピッチを小さくすることにより、記録光に対する有効画素数を図４に比べて増やした場合においても、結果としては、光軸と±１次の回折光との間隔が大きくなってしまう。その原因は、空間光変調器の出射面における回折角が画素ピッチに応じて大きくなることにある。これにより、画素ピッチを小さくしても対物レンズの有効口径をより大きくしなければならない。いずれにしても、ホログラムの記録量をより増やすには、空間光変調器の有効画素数増大とともに、より優れた光学特性をもつ対物レンズを採用しなければならない。
【０００８】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、光学系の光学特性を高めずとも、ホログラムの記録量を容易に増大させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明によって提供されるホログラム記録装置は、光源から出射したコヒーレント光を記録光と参照光とに分離するとともに、当該記録光を空間光変調器によって記録すべき情報に応じた光に変調した上で対物レンズへと導き、当該対物レンズから出射する記録光と上記参照光とをホログラム記録媒体上で干渉させることにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記空間光変調器の入射面には、上記記録光を透過しつつ当該記録光の位相を所々において変化させる位相シフトマスクが設けられていることを特徴としている。
【００１１】
好ましい実施の形態としては、上記位相シフトマスクは、上記記録光がそのまま透過する第１透過画素と、当該記録光に位相差πを与える第２透過画素とを有し、かつ、これら第１透過画素および第２透過画素とを交互に配列して構成されている。
【００１２】
他の好ましい実施の形態としては、上記空間光変調器と対物レンズとの間には、上記記録光を伝達するリレーレンズが設けられている。
【００１３】
他の好ましい実施の形態としては、上記空間光変調器のナイキスト空間周波数の半分の周波数を伝達する開口が光路中に設けられており、この開口によって上記ホログラム記録媒体上における上記記録光の照射領域が制限されている。
【００１４】
このような構成では、空間光変調器から出射する回折光に関し、位相シフトマスクによって光軸上にあるべき０次の回折光が消失するとともに、±１次の回折光については、位相シフトマスクを設けない場合に出現する位置よりも光軸側に寄った位置に出現する。すなわち、光軸と±１次の回折光との間隔については、従来に比べて小さくなる。したがって、本発明によれば、空間光変調器の有効画素数を増大させても、たとえば対物レンズの有効口径をそれほど大きくする必要はないため、対物レンズなどの光学系の光学特性を高めずとも、ホログラムの記録量を容易に増大させることができる。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１に示されているように、本実施形態のホログラム記録装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、第１のビームスプリッタ３、ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂ、位相シフトマスク５Ａ、空間光変調器５、第２のビームスプリッタ６、リレーレンズ７Ａ，７Ｂ、対物レンズ７、固定ミラー８Ａ，８Ｂ，８Ｃ、記録用のガルバノミラー９、記録用の集光レンズ１０Ａ，１０Ｂ、再生用のガルバノミラー１１、再生用の集光レンズ１２Ａ，１２Ｂ、およびフォトディテクタ１３を備えて構成されている。図示しないその他の構成要素としては、ホログラム記録媒体Ｂを回転ディスクとして回転させるための回転機構や、ホログラム記録媒体Ｂの径方向に対物レンズ７などの光学系を移動させるための移動機構を備えている。このホログラム記録装置Ａに用いられるホログラム記録媒体Ｂは、光透過性を有する２つの保護層９０Ａ，９０Ｂの間に記録層９１をもち、この記録層９１に対して両側から光を照射することができるように構成されている。記録層９１には、記録光Ｓと参照光Ｒが干渉することでホログラムが記録される。再生時には、破線で示すようにホログラム記録媒体Ｂに対して記録時とは反対側から参照光Ｒが照射され、この参照光Ｒと干渉するホログラムからの光が戻り光として対物レンズ７へと進行する。
【００１８】
光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、記録時および再生時に比較的帯域が狭く干渉性の高いコヒーレント光としてのレーザ光を出射する。コリメータレンズ２は、光源１から出射したレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、第１のビームスプリッタ３へと導かれ、この第１のビームスプリッタ３は、入射したレーザ光を空間光変調器５に向かう記録光Ｓと、これとは別の光路を経て記録用や再生用のガルバノミラー９，１１へと向かう参照光Ｒとに分離する。ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂは、組み合わせレンズからなり、記録光Ｓの径を拡大しつつ当該記録光Ｓを位相シフトマスク５Ａや空間光変調器５へと導く。
【００１９】
位相シフトマスク５Ａは、空間光変調器５の入射面に設けられている。この位相シフトマスク５Ａは、図２に示すように、光学的に異なる特性をもつ２種類の第１透過画素５１および第２透過画素５２をドットマトリクス状に配列した構成からなる。第１透過画素５１は、記録光Ｓをそのまま透過させる開口からなり、第２透過画素５２は、記録光Ｓを透過させつつも当該記録光Ｓに位相差πを与える位相膜からなる。これら第１透過画素５１および第２透過画素５２は、縦横に交互に配列されており、画素ピッチｐは、１０〜２０μｍ程度である。
【００２０】
空間光変調器５は、たとえば液晶表示装置からなり、記録時に入射した光を２次元的な画素パターンを表す光（記録光Ｓ）に変調して出射する。この空間光変調器５によって作り出される画素パターンは、記録すべき情報に応じて変更される（図２参照）。空間光変調器５から出射した記録光Ｓは、第２のビームスプリッタ６を透過してリレーレンズ７Ａ，７Ｂや対物レンズ７へと導かれ、最終的にホログラム記録媒体Ｂに照射される。このとき、記録光Ｓは、図３に示すように±１次の回折光Ｄ１が伝達すべき最大空間周波数となり、これがリレーレンズ７Ａ，７Ｂおよび対物レンズ７を透過していく。リレーレンズ７Ａ，７Ｂの間でフーリエ像が形成されるフーリエ面Ｆには、開口絞り７Ｃが設けられており、この開口絞り７Ｃによって２次以上の回折光が制限され、これによりホログラム記録媒体Ｂ上における記録光Ｓの照射領域が制限される。従来では、このような開口絞りが空間光変調器のナイキスト空間周波数まで伝達させるように設定されているが、本実施形態の開口絞り７Ｃは、ナイキスト空間周波数の半分の空間周波数を伝達させるように設定されている。そのため、ホログラム記録媒体Ｂ上における記録光Ｓの照射領域は、従来の１／４程度になっている。再生時には、空間光変調器５が駆動されずに記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに照射されない。本実施形態においては、記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに対して略直角（入射角０）に入射するようにリレーレンズ７Ａ，７Ｂや対物レンズ７が配置されている。
【００２１】
一方、記録時の場合、第１のビームスプリッタ３から出射した参照光Ｒは、固定ミラー８Ａ，８Ｂを介して記録用のガルバノミラー９へと導かれる。記録用のガルバノミラー９は、記録時に参照光Ｒの入射角および反射角を変化させうるように構成されており、参照光Ｒをホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させるように配置されている。記録用のガルバノミラー９から出射した参照光Ｒは、集光レンズ１０Ａ，１０Ｂを通ってホログラム記録媒体Ｂに照射される。記録時には、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９１において記録光Ｓと交差するように参照光Ｒが照射される。本実施形態においては、記録用のガルバノミラー９の動作に応じて参照光Ｒのホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が変化させられることにより、入射角に応じて干渉パターンの異なるホログラムが多重記録されるようになっている。
【００２２】
再生時の場合、参照光Ｒは、固定ミラー８Ｃを介して再生用のガルバノミラー１１へと導かれる。再生用のガルバノミラー１１は、再生時に参照光Ｒの入射角および反射角を変化させうるように構成されており、記録時とは反対側から参照光Ｒをホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させるように配置されている。再生用のガルバノミラー１１から出射した参照光Ｒは、集光レンズ１２Ａ，１２Ｂを通ってホログラム記録媒体Ｂに照射される。再生時には、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９１において記録済みのホログラムと干渉するように参照光Ｒが照射される。本実施形態においては、再生時における参照光Ｒを記録時とは正反対の向きをなす共役光として照射しつつ、記録時と同様の入射角をなすように再生用のガルバノミラー１１を動作させている。これにより、ホログラムからは、記録光Ｓと同様の画素パターンを表す戻り光が発せられる。
【００２３】
フォトディテクタ１３は、ＣＣＤエリアセンサあるいはＣＭＯＳエリアセンサからなり、再生時に対物レンズ７やリレーレンズ７Ａ，７Ｂを介して第２のビームスプリッタ６へと戻ってきたホログラム記録媒体Ｂからの戻り光を受光する。このようなフォトディテクタ１３によれば、戻り光によって表される画素パターンに応じた受光信号が得られ、この受光信号に基づいて記録時の画素パターンに対応する情報が再生される。
【００２４】
次に、上記ホログラム記録再生装置Ａの作用について説明する。
【００２５】
ホログラム記録媒体Ｂにホログラムを記録する場合、前述したように、記録光Ｓは、±１次の回折光Ｄ１としてリレーレンズ７Ａ，７Ｂおよび対物レンズ７を透過していく一方、０次の回折光は消失してしまう（図３参照）。これは、以下に説明するように位相シフトマスク５Ａの光学的な特性による。
【００２６】
比較例として位相シフトマスクを設けない場合、図３に破線で示すように、フーリエ面Ｆにおいては、光軸上に０次の回折光Ｄ０’が出現するとともに、光軸から間隔Ｔ’離れた位置に±１次の回折光Ｄ１’が出現する。この間隔Ｔ’に関して理論的には、リレーレンズ７Ａの焦点距離をｆ、記録光Ｓの波長をλ、空間光変調器５の画素ピッチを位相シフトマスク５Ａと同じｐとすると、Ｔ’＝λ×ｆ／ｐとなる。なお、画素ピッチｐの逆数１／ｐは、位相シフトマスク５Ａの空間周波数となる。
【００２７】
一方、いわゆる位相シフト法による理論によれば、本実施形態のように位相シフトマスク５Ａを設けた場合には、±１次の回折光Ｄ１と光軸との間隔Ｔが位相シフトマスクを設けない場合の間隔Ｔ’に比べて小さくなる。この間隔Ｔについては、位相シフトマスク５Ａの画素ピッチｐに依存し、理論上、Ｔ＝λ×ｆ／２ｐとなることが知られている。すなわち、位相差πが画素ピッチｐの２倍となる２ｐごとに生じるため、間隔Ｔは、間隔Ｔ’の略半分となり、±１次の回折光Ｄ１は、フーリエ面Ｆにおいて位相シフトマスクを設けない場合の光軸と±１次の回折光Ｄ１’とのちょうど間に出現する。
【００２８】
このように、±１次の回折光Ｄ１の間隔Ｔが位相シフトマスクを設けない場合に比べて小さいため、対物レンズ７の光学特性としては、画角（開口角）や有効口径をできる限り小さくすることができる。このことは、ホログラムの記録量を増大させるために空間光変調器５の有効画素数を増大させても、対物レンズ７の有効口径をそれほど大きくする必要がないことを意味する。これにより、本実施形態では、図４に示す従来例と比べて明らかなように、空間光変調器５の画素ピッチを変えることなく画素領域全体のサイズを大きくすることで有効画素数を増やし、これによりホログラムの記録量を増大させている。その一方、対物レンズ７については、従来例と比べてみても画角がそれほど大きくならないため、有効口径が適度な大きさとなっている。なお、空間光変調器の画素領域全体のサイズを変えることなく画素ピッチを小さくすることで有効画素数を増やし、これによりホログラムの記録量を増大させる場合は、回折角が大きくなるものの位相シフト法の原理から±１次の回折光の間隔がそれほど大きくならない。そのため、このような場合でも、対物レンズの有効口径をできる限り小さくすることができる。
【００２９】
以上のようにして進行する記録光Ｓと参照光Ｒとが記録層９１で干渉することにより、記録層９１には、ホログラムが記録される。このとき、参照光Ｒの入射角としては、記録用のガルバノミラー９が動作させられることで、異なる角度に合わせられる。これにより、ホログラムには、参照光Ｒの異なる入射角に応じて異なる干渉縞パターンが多重記録される。
【００３０】
上記のようにしてホログラムが記録されたホログラム記録媒体Ｂから記録情報を再生する場合には、再生用のガルバノミラー１１が動作させられることで参照光Ｒの入射角が記録時と同じ角度に合わせられる。これにより、ホログラムからの戻り光がフォトディテクタ１３によって受光され、ホログラムに多重記録された情報が異なる入射角に応じて再生される。
【００３１】
したがって、上記ホログラム記録装置Ａによれば、空間光変調器５の有効画素数を増大させても、対物レンズ７の有効口径をそれほど大きくする必要はないため、光学系の設計条件を緩和して適度な光学特性を対物レンズ７にもたせることができ、その上でホログラムの記録量を容易に増大させることができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
上記実施形態では、透過型のホログラム記録媒体Ｂを用いるため、記録時における参照光の向きと再生時における参照光の向きとを互いに逆向きにしているが、反射膜をもつ反射型のホログラム記録媒体を用いるものでは、記録時における参照光の向きと再生時における参照光の向きとを同じ向きとし、記録光と同じ側から参照光を照射するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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に示す位相シフトマスクおよび空間光変調器の模式図である。
【図３】図１に示すホログラム記録装置の作用を説明するための説明図である。
【図４】従来のホログラム記録装置を説明するための説明図である。
【図５】従来のホログラム記録装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ          ホログラム記録装置
Ｂ          ホログラム記録媒体
Ｓ          記録光
Ｒ          参照光
１          光源
５          空間光変調器
５Ａ        位相シフトマスク
５１        第１透過画素
５２        第２透過画素
７          対物レンズ
７Ａ，７Ｂ  リレーレンズ
【図１】
2006276666.tif 000003
【図２】
2006276666.tif 000004
【図３】
2006276666.tif 000005
【図４】
2006276666.tif 000006
【図５】
2006276666.tif 000007