(57)【要約】【課題】  複雑な光学系を必要としないコリニア方式で、信号光と参照光を効果的に重ね合わせ、簡素な光学系で且つ低エネルギーで高品質の記録再生ができ、高い多重性能を持たせることができる。【解決手段】  空間光変調器１０と集光レンズ１２と記録媒体１４とコリメートレンズ１６とカメラ１８を１つの光軸上に配置し、空間光変調器と集光レンズとの間及びコリメートレンズとカメラとの間にそれぞれリレーレンズ２０，２２を配置すると共に、空間光変調器側リレーレンズ間及び光検出手段側リレーレンズ間に回折光選択手段２４，２６を挿入する。空間光変調器の中央に信号光用パターンを、その周囲に参照光用パターンを同時に表示させてレーザ光を照射し、空間光変調器からの直接光と回折光を集光レンズで重ね合わせて記録媒体に記録する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調器と集光レンズと記録媒体とコリメートレンズと光検出手段とを１つの光軸上に配置し、前記空間光変調器の中央に信号光用パターンを、その周囲に参照光用パターンを同時に表示させてレーザ光を照射し、信号光と参照光とによって記録媒体にホログラムデータを記録し、前記記録媒体に参照光を照射することで、記録媒体に記録されているホログラムデータを前記光検出手段で読み出すコリニア方式のホログラムデータ記録再生装置において、
前記空間光変調器は微小ピクセルを縦横に多数配列したグリッド構造であり、空間光変調器と集光レンズとの間及びコリメートレンズと光検出手段との間にそれぞれリレーレンズを配置すると共に、空間光変調器側リレーレンズ間に第１の回折光選択手段を、光検出手段側リレーレンズ間に第２の回折光選択手段を挿入し、前記空間光変調器のグリッドに依存して生じる角度がついた回折光を利用して、前記第１の回折光選択手段では直接光とそれを取り囲む１次回折光を選択通過させるようにし、その光の束を前記集光レンズで重ね合わせて記録媒体に記録し、再生では前記第２の回折光選択手段で中央の再生光を選択通過させるようにしたことを特徴とするホログラムデータ記録再生装置。
【請求項２】
第２の回折光選択手段と光検出手段の間に、再生光に含まれているリング状の参照光を取り除く虹彩を配置した請求項１記載のホログラムデータ記録再生装置。
【請求項３】
空間光変調器として偏光を制御する方式のデバイスを使用し、コリメートレンズ以降の光路に検光子を挿入した請求項１又は２記載のホログラムデータ記録再生装置。
【請求項４】
検光子として偏光ビームスプリッタを使用し、ホログラムデータをＰ偏光で記録媒体に記録し、Ｓ偏光の光源を前記偏光ビームスプリッタに付加して、Ｓ偏光の照射によって記録媒体内の感光材料を定着させるようにした請求項３記載のホログラムデータ記録再生装置。
【請求項５】
空間光変調器に表示させる参照光用パターンを変化させることにより記録媒体の同一位置に多重記録させる請求項１乃至４のいずれかに記載のホログラムデータ記録再生装置。
【請求項６】
空間光変調器として磁気光学式のデバイスを使用し、表示させる参照光用パターンの各ピクセルでファラデー回転角を変化させることにより記録媒体の同一位置に多重記録させる請求項４又は５記載のホログラムデータ記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量の情報ストレージ技術であるホログラムデータ記録再生装置に関し、更に詳しく述べると、信号光と参照光を同時に１つの空間変調器から記録媒体へ導くようにした所謂コリニア方式のホログラムデータ記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なホログラムデータ記録方式は、レーザ光を信号光（物体光）と参照光とに分離し、それらを異なる角度から照射して記録媒体上で干渉させて記録する。このように分離した２つの光ビームを使用する方式では、各々の光ビームに対して光学系を要するため、装置が複雑化・大型化し、実用化は容易ではない。
【０００３】
そこで最近、信号光用パターンと参照光用パターンを同時に１つの空間変調器に表示させ、信号光と参照光とをレンズを通して合成させ、記録媒体へ導くようにした所謂コリニア方式のホログラムデータ記録再生装置が提案されている（非特許文献１参照）。１つの光ビームの信号光と参照光とを単にレンズを通して集光しても、幾何光学的には信号光と参照光は重ならない。しかし、ホログラムデータとして記録・再生できるのは、空間光変調器の各ピクセルから出る光は広がりをもつため、それによって信号光と参照光は重なり部分が生じることによるとされている。
【０００４】
確かに、この方法ではホログラムデータの記録再生ができているが、記録に有効に作用する光量が少なく、多重記録は困難と考えられる。
【非特許文献１】"Advanced collinear holography" Hideyoshi Horimai (ICO'04 Tokyo 14 July,2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、複雑な光学系を必要としないコリニア方式で、信号光と参照光を効果的に重ね合わせ、簡素な光学系で且つ低エネルギーで高品質の記録再生ができ、高い多重性能を持たせることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、空間光変調器と集光レンズと記録媒体とコリメートレンズと光検出手段とを１つの光軸上に配置し、前記空間光変調器の中央に信号光用パターンを、その周囲に参照光用パターンを同時に表示させてレーザ光を照射し、信号光と参照光とによって記録媒体にホログラムデータを記録し、前記記録媒体に参照光を照射することで、記録媒体に記録されているホログラムデータを前記光検出手段で読み出すコリニア方式のホログラムデータ記録再生装置において、前記空間光変調器は微小ピクセルを縦横に多数配列したグリッド構造であり、空間光変調器と集光レンズとの間及びコリメートレンズと光検出手段との間にそれぞれリレーレンズを配置すると共に、空間光変調器側リレーレンズ間に第１の回折光選択手段を、光検出手段側リレーレンズ間に第２の回折光選択手段を挿入し、前記空間光変調器のグリッドに依存して生じる角度がついた回折光を利用して、前記第１の回折光選択手段では直接光とそれを取り囲む１次回折光を選択通過させるようにし、その光の束を前記集光レンズで重ね合わせて記録媒体に記録し、再生では前記第２の回折光選択手段で中央の再生光のみを選択通過させるようにしたことを特徴とするホログラムデータ記録再生装置である。ここで、第２の回折光選択手段と光検出手段の間に、再生光に含まれているリング状の参照光を取り除く虹彩を配置することが好ましい。
【０００７】
空間光変調器としては、偏光を制御する方式のデバイスと微小ミラーの角度を変化させる方式のデバイスなどがある。偏光を制御する方式のデバイスを使用する場合には、コリメートレンズ以降の光路に検光子を挿入すれば、ホログラムデータを再生することができる。検光子としては、例えば偏光ビームスプリッタが使用できる。偏光ビームスプリッタを使用すると、ホログラムデータをＰ偏光で記録媒体に記録し、Ｓ偏光の光源を前記偏光ビームスプリッタに付加して、Ｓ偏光の照射により記録スポットのみの大きさで記録媒体内の感光材料を定着せるように構成できる。
【０００８】
空間光変調器に表示させる参照光用パターンをページ記録毎に変化させると、ピクセルから出た光が合成されてできる波面、位相が変化するため、記録媒体への照射位置を変えることなく、また記録媒体を動かすことなく、同一位置に多重記録させることができる。また、空間光変調器として磁気光学式のデバイスを使用し、表示させる参照光用パターンの各ピクセルでファラデー回転角を変化させることによっても、記録媒体の同一位置に多重記録させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るホログラムデータ記録再生装置は、空間光変調器に同時に信号光用パターンと参照光用パターンを表示させ、空間光変調器から出射する直接到達する１つの信号光と、その周囲の回折した４つの参照光を重ね合わせるように構成したので、１つのビームによる簡素化された光学系で高精度で且つ効率よくホログラムデータを記録再生することができる。また、空間光変調器に表示する参照光用パターンをページ記録毎に変化させる方式、あるいは磁気光学式の空間光変調器を用いてそのファラデー効果を利用する方式などにより、記録媒体の位置を変えることなく高い多重性能を持たせることができ、大容量の情報ストレージを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
微小ピクセルを縦横に多数配列したグリッド構造の空間光変調器を用い、該空間光変調器に、円形状または多角形状の信号光用パターンとその周囲に参照光用パターンを表示させてレーザ光（単一波長光）を照射し、前記空間光変調器からの直接光と回折光とを重ね合わせることにより、記録媒体にホログラムデータを記録する。
【００１１】
レーザ光を空間光変調器に照射すると、該空間光変調器から直接光の他に、ピクセルの間隔に依存した角度で回折光が発生する。これをリレーレンズに入射し、第１の回折光選択手段によって１つの直接光と隣接する４つの回折光の必要な部分だけを選択する。リレーレンズからは、選択された５つの光軸をもつコリメートされた光が出射する。これら５つのビームを、集光レンズで集光し、それらが適切に重なり合う位置に記録媒体を配置することによって、ホログラムデータが記録される。
【００１２】
再生時には、円形状または多角形状の信号光用パターンを表示させず、その外側の参照光のみを照射することによって、リレーレンズからは、選択された５つの光軸をもつコリメートされた参照光が出射し、それらが集光レンズで集光し記録媒体に入射することによって、元の信号光用パターンが再生される。再生光はコリメートレンズでコリメートされた後にリレーレンズに入射する。そして第２の回折光選択手段によって回折光を適切に遮断することによって直接光のみになる。更にリレーレンズを経たのち、虹彩によって直接光に含まれているリング状の参照光用パターンによる光を取り除くと、高品質の信号光用パターンによる光のみをカメラで受光することができる。
【００１３】
上記の構成で、記録媒体を透過するように出射する再生光をリレーレンズのレンズ間距離を調節し、カメラで受光することによって、カメラの画素と信号光用パターンの画素のドットの大きさを完全に一致させることができる。このようにすると、ビットエラーの少ないデータ記録再生が実現できる。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明に係るホログラムデータ記録再生装置の一実施例を示す構成図である。空間光変調器１０と集光レンズ１２と記録媒体１４とコリメートレンズ１６とカメラ１８とを１つの光軸上に配置する。更に、空間光変調器１０と集光レンズ２２との間及びコリメートレンズ１６とカメラ１８との間にそれぞれリレーレンズ２０，２２を配置し、空間光変調器側リレーレンズ２０間に第１の回折光選択手段２４を、光検出手段側リレーレンズ２２間に第２の回折光選択手段２６を挿入し、また第２の回折光選択手段２６とカメラ１８の間に虹彩２８を配置する。
【００１５】
ここで空間光変調器１０は、微小ピクセル（画素）を縦横に多数（例えば１０２４×１０２４など）配列したグリッド構造である。各ピクセル毎に微小ミラーの角度を変化させる方式のＤＭＤと呼ばれるもの、磁気光学素子や液晶を用いて各ピクセル毎に偏光を制御する方式のデバイスなどがあるが、それらいずれでも構わない。このような空間光変調器１０の中央の円形状もしくは多角形状の部分（例えば５１２×５１２のピクセルなど）に信号光用パターンを表示させ、その周辺の部分に参照光用パターンを表示させる。この実施例では、レーザ光をミラー３０で反射させ、それを空間光変調器１０に導き、該空間光変調器１０から出射する光を利用している。
【００１６】
このような空間光変調器１０にレーザ光を照射したときに生じる光を、図２に模式的に示す。空間光変調器１０のように微小ピクセルを多数有するグリッド型の光デバイスにレーザ光を照射すると、直接光（幾何光学的に正反射する光、言い換えれば０次回折光）だけでなく、ピクセルの間隔と波長に依存して進行方向が変わる１次以上の回折光が発生する。図２では１次回折光までを示しており、中央の信号光用パターンＩは円形状、その周囲の参照光用パターンはリング状として描いている。
【００１７】
このように空間光変調器１０から出射する光のうち、第１の回折光選択手段２４によって直接光と１次回折光のみ通過できるようにすると、図３に示すように、集光レンズ１２によって集光されたとき、それらには１つの直接光と４つの１次回折光との重なりができる。４つの１次回折光の外周が中心に接するような位置（符号ｐで示す）を含むように記録媒体を配置すれば、１つの直接光と４つの１次回折光との重なりができる。この重なりによって干渉が起こり、干渉強度に依存した良好な像が記録媒体１４に記録される。
【００１８】
このとき、第１の回折光選択手段２４は、表示パターンが円形であれば円形、多角形であればそれに対応する多角形の穴を有する部材であってよい。１次回折光と直接光とのなす角θは、空間光変調器のピクセル間隔をｄ、波長をλとすると、
ｄ・sin θ＝λ
の関係が成り立つ。従って、回折光選択手段の穴の大きさＤは、リレーレンズのうち入射側レンズの焦点距離をｆとすると、
Ｄ＝ｆ・θ＝ｆ・ｄ／λ
程度に設定すればよい。
【００１９】
再生時には、中央の円形状または多角形状の信号光用パターンを表示させず、その外側の参照光用パターンのみをレーザ光で照射する。言い換えれば、信号光用パターンに含まれる全てのピクセルをオフにして、レーザ光を照射する。この参照光が記録媒体１４を透過することによって、記録されている信号光用パターンが乗った光（再生光）となる。この再生光はコリメートレンズ１６でコリメートされた後にリレーレンズ２２に入射する。そして第２の回折光選択手段２６によって周囲の回折光を遮断すると、直接光のみが通過する。第２の回折光選択手段２６も、回折光の部分を丁度遮断するような寸法の穴を有する部材でよい。更にリレーレンズ２２を経たのち、虹彩２８によって、直接光に含まれているリング状の参照光用パターンによる光を取り除くと、高品質の信号光用パターンによる光のみをカメラ１８で受光することができる。
【００２０】
記録媒体１４を透過する再生光に対して、リレーレンズ２２のレンズ間距離を調節することによって、カメラ１８の画素と信号光用パターンの画素のドットの大きさを完全に一致させることができる。このようにすると、ビットエラーの少ない高品位のデータ記録再生が実現できる。
【００２１】
レーザ光を空間光変調器に導く手段として、図１ではミラーを用いて４の字状の光路としているが、空間光変調器が光を垂直に入射できるタイプであれば、ハーフミラーなどを用いてＴ字状の光路とすることもできる。また、透過型の空間光変調器を用いれば、レーザ光源と空間光変調器を一体化した光デバイスとして本装置に組み込むことも可能となるので、大幅な小型化が可能となる。
【００２２】
図４に、本発明に係るホログラムデータ記録再生装置の他の実施例の構成図を示す。これは、空間光変調器として偏光を制御する方式のデバイスを用いた例である。例えば、液晶を利用したもの、あるいは磁気光学方式のものなどが利用できる。説明を簡略化するために、図１と対応する部材には同一符号を付す。この場合、カメラに光が入射する前に検光子によって光の透過・遮断を設定する必要がある。ここでは、検光子として偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２をコリメートレンズ１６とリレーレンズ２２との間に挿入しているが、任意の検光子を任意の位置（コリメートレンズからカメラまでの間）に挿入してよい。これによって、光が透過すれば白色、遮断すれば黒色のピクセルとしてカメラが検知できるようになる。
【００２３】
この実施例のように、偏光ビームスプリッタ３１を用いると、ホログラムデータを再生する際の検光子として機能するだけでなく、ホログラムデータ記録を終えた後に、感光材料を定着させるための後露光にも利用できる。即ち、ホログラムデータ再生をＰ偏光で行い、定着光としてＳ偏光を光源から照射するだけで、定着露光を記録スポットのみの大きさで照射することができる。この方式では、記録媒体を無駄に感光させることがないことから、多重性能を向上させることができる。また、定着露光をする際に、記録媒体を含めて光学系を移動させる必要がなく、光のオン・オフ制御のみので定着露光ができ、装置構成を簡略化できる。
【００２４】
上記のような実施例において、参照光用パターンとして白黒パターンを表示させ、その白黒パターンを変化させると、記録位置を変えなくても多重記録が可能となる。白黒パターンを変化させると、光の位相が変化するためである。これを記録位置を動かすシフト多重と併用することによって、再生時のクロストーク低減に用いることもできる。また、参照光用パターンを変化させたときの変調がホログラムデータとして記録されるため、クロストークを低減できる。
【００２５】
更に、磁気光学式の空間光変調器のファラデー効果を利用すると、各ピクセル毎に円偏光の位相を変調することができ、単純な白黒パターンだけでなく、ピクセル毎に位相変調をかけることができるため、より一層多重性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るホログラムデータ記録再生装置の一実施例を示す構成図。
【図２】空間光変調器から出射する光の説明図。
【図３】信号光と参照光の重なり具合を示す説明図。
【図４】本発明に係るホログラムデータ記録再生装置の他の実施例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１０  空間光変調器
１２  集光レンズ
１４  記録媒体
１６  コリメートレンズ
１８  カメラ
２０，２２  リレーレンズ
２４  第１の回折光選択手段
２６  第２の回折光選択手段
２８  虹彩
３０  ミラー
３２  偏光ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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