(57)【要約】【課題】再生許容範囲が広く、しかも記録密度を上げることができるホログラム記録装置を実現する。【解決手段】コヒーレントな光ビームを発生する光源(1)から放出された光ビームをビームスプリッタ(3)により信号光を形成するための第1の光ビームと参照光を形成するための第2の光ビームとに分割する。第1の光ビームは第1の光学系により記録すべき情報により変調された信号光として出射し、第2の光ビームはシリンドリカルレンズ(8)により円筒状の波面を有する参照光として出射する。そして、記録媒体(6)の同一の位置に信号光及び参照光を入射させ、干渉縞として情報を記録する。参照光として円筒状の波面を有する光を用いることにより、波面の軸線と直交する方向の分離性能が格段に向上し、記録密度を上げることができる。尚、記録媒体(6)を支持する装置に回転機構を設けることにより、角度多重型のホログラム記録を行うことができる。【選択図】図１
2006154603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と、記録すべき情報により変調された信号光とを記録媒体の同一の位置に入射させ、記録媒体に干渉縞を形成することにより情報を記録するホログラム記録装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを、信号光を形成するための第１の光ビームと参照光を形成するための第２の光ビームとに分割するビームスプリッタと、前記第１の光ビームを記録すべき情報により変調された信号光として出射させる第１の光学系と、前記第２の光ビームを円筒状の波面を有する参照光として出射させる第２の光学系とを具え、
前記円筒状の波面を有する参照光と信号光との干渉により情報を記録することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
参照光と、記録すべき情報により変調された信号光とを記録媒体の同一の位置に入射させ、参照光の記録媒体の記録面に対する入射角を変えながら情報を順次多重記録する角度多重ホログラム記録装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを、信号光を形成するための第１の光ビームと参照光を形成するための第２の光ビームとに分割するビームスプリッタと、前記第１の光ビームを記録すべき情報により変調された信号光に変換する空間光変調器及び空間光変調器から出射した信号光を収束して記録媒体に投射するフーリェ変換レンズを含む第１の光学系と、前記第２の光ビームを円筒状の波面を有する参照光として出射させる第２の光学系と、参照光の記録媒体の記録面に対する入射角を変化させる手段とを具えることを特徴とする角度多重ホログラム記録装置。
【請求項３】
請求項２に記載の角度多重ホログラム記録装置において、前記第２の光学系から出射する参照光の円筒状の波面の軸線は、前記信号光の光軸と参照光の光軸を含む平面内に位置することを特徴とする角度多重ホログラム記録装置。
【請求項４】
前記第２の光学系がシリンドリカルレンズを含み、当該シリンドリカルレンズのレンズ軸線は、前記信号光の光軸と参照光の光軸を含む平面内に延在することを特徴とする請求項３に記載の角度多重ホログラム記録装置。
【請求項５】
請求項２、３又は４に記載の角度多重ホログラム記録装置において、前記参照光の入射角を変化させる手段を、前記信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面と直交し、信号光の光軸と参照光の光軸とが交差する交点を通る軸線のまわりで記録媒体を回転させる回転駆動装置で構成したことを特徴とする角度多重ホログラム記録装置。
【請求項６】
請求項２、３又は４に記載の角度多重型ホログラム記録装置において、前記参照光の入射角を変化させる手段が、前記ビームスプリッタと第２の光学系との間の光路中に配置され、前記信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面と直交する軸線のまわりで回転するガルバノミラーとリレーレンズ系とを有することを特徴とする角度多重ホログラム記録装置。
【請求項７】
請求項２から６までのいずれか１項に記載の角度多重ホログラム記録装置において、さらに、前記記録媒体を信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面と直交するＺ軸方向に所定のピッチで移動させる駆動手段を具え、記録媒体をＺ軸方向にステップ状に移動させながら角度多重記録することを特徴とする角度多重ホログラム記録装置。
【請求項８】
請求項２から７までのいずれか１項に記載の角度多重ホログラム記録装置において、さらに、前記第１の光学系の光軸の延長線上に配置した別のフーリェ変換レンズ及び撮像装置を含む再生光学系を有することを特徴とする角度多重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、高密度多重記録が可能なホログラム記録装置、特に大量の映像データの保存等の将来必要とされる大容量高速記録技術の実現に有効なホログラム記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録方式を利用した種々の多重記録方法が提案されている。これら既知の多重記録方法のうち、実用化の容易性の観点より、球面波用いた球面波シフト多重記録方式及び平面波を用いた平面波角度多重記録方式が主流である。
球面波シフト多重記録方式は、参照光に球面波を用いるホログラム記録技術である。記録に際し、ホログラムを記録媒体面内方向に位置を微小量移動させながら、隣り合うホログラムを重ね合わせて多重記録することにより、記録容量を上げている（例えば、特許文献１参照）。
平面波角度多重記録方式は、参照光に平面波を用いたホログラム記録技術であり、記録媒体の１カ所に対して記録媒体と参照光の角度を変えてホログラムを多重記録し、記録容量を上げている（例えば、特許文献２参照）。この角度多重記録方式は、平面波を使用するためにホログラムの再生許容範囲が広く、光源の波長変動や記録媒体の収縮に対しても許容度が高い利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−８９６４９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
球面波シフト多重記録方式は、記録媒体の面内方向の移動に対して高い位置選択性を有する。このため、高多重度を実現できる反面、記録された任意のホログラムに参照光を照射して再生する際に、再生可能な領域が極めて狭い欠点がある。従って、データ再生時において、目的のホログラムに対して参照光が少しでもずれていると正しく再生できず、参照光と記録媒体との相対位置を極めて高い制度で制御する必要があり、実用化するのは容易ではない。
また、角度多重方式では、再生許容範囲が広い利点があるものの、隣接する多重記録領域間に十分な間隔を設けない場合隣接するデータ間にクロストークが生じて正しく再生できない欠点があった。このため、狭い媒体面積内で記録容量を上げるためには限界があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、再生許容範囲が広く、しかも記録密度を上げることができるホログラム記録装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、高い記録密度でデータを記録できる角度多重型ホログラム記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるホログラム記録装置は、参照光と、記録すべき情報により変調された信号光とを記録媒体の同一の位置に入射させ、記録媒体に干渉縞を形成することにより情報を記録するホログラム記録装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを、信号光を形成するための第１の光ビームと参照光を形成するための第２の光ビームとに分割するビームスプリッタと、前記第１の光ビームを記録すべき情報により変調された信号光として出射させる第１の光学系と、前記第２の光ビームを円筒状の波面を有する参照光として出射させる第２の光学系とを具え、
前記円筒状の波面を有する参照光と信号光との干渉により情報を記録することを特徴とする。
尚、参照光を発生させる光学系としてシリンドリカルレンズを用いることにより、円筒状の波面を有する参照光を容易に発生させることができる。
【０００７】
本発明では、参照光として円筒状の波面を有する光を用いるので、記録媒体上における再生可能領域の、波面の曲率をもつ軸線方向の幅が大幅に短縮され、この結果記録密度を格段に高めることができる。
【０００８】
本発明による角度多重ホログラム記録装置は、参照光と、記録すべき情報により変調された信号光とを記録媒体の同一の位置に入射させ、参照光の記録媒体の記録面に対する入射角を変えながら情報を順次多重記録する角度多重ホログラム記録装置において、
コヒーレントな光ビームを放出する光源と、光源から出射した光ビームを、信号光を形成するための第１の光ビームと参照光を形成するための第２の光ビームとに分割するビームスプリッタと、前記第１の光ビームを記録すべき情報により変調された信号光として出射させる第１の光学系と、前記第２の光ビームを円筒状の波面を有する参照光として出射させる第２の光学系と、参照光の記録媒体の記録面に対する入射角を変化させる手段とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、参照光として円筒状の波面を有する光を用いているので、再生可能領域の幅を格段に短縮することができ、記録密度を大幅に高めることが可能になる。この結果、本発明を角度多重ホログラム記録方式に適用した場合、比較的広い再生許容範囲を有する利点を維持しつつ記録密度を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
初めに、参照光を形成する光学系にシリンドリカルレンズを用いた多重光学系を試作し、基礎的な記録再生実験を行った。その光学系の構成及び実験結果について説明する。図１は基礎的な記録再生実験に用いたホログラム記録装置の基本構成を示す線図である。例えば、コヒーレントな光ビームを放出する光源１として、波長５３２ｎｍの光ビームを発生するダイオードポンプ固体レーザ（DPSS）を用いる。尚、ビーム径は４．０ｍｍとした。光源１から放出された光ビームは全反射ミラー２を介してビームスプリッタ３に入射し、信号光4を形成する第１の光ビームと参照光5を形成する第２の光ビームに分割する。第１の光ビームは平面波として記録媒体６に入射する。記録媒体として、厚さ１ｍｍの含むフォトポリマ媒体を用いた。参照光を形成する第２の光ビームは全反射ミラー７を介してシリンドリカルレンズ８に入射する。このシリンドリカルレンズ８はｆ＝４．０ｃｍの焦点距離を有し、記録媒体６から８．０ｃｍの位置に配置する。第２の光ビームは、シリンドリカルレンズ８により円筒状の波面を有する参照光に変換され、記録媒体６の信号光が入射する位置と同一の位置に入射する。尚、信号光の光軸と参照光の光軸は記録媒体の位置で交差するように構成する。従って、信号光の光軸と参照光の光軸は同一平面内に位置し、当該平面は、記録媒体に対して直交するように構成する。また、図１Ｂに示すように、シリンドリカルレンズから出射する参照光の波面の軸は、信号光の光軸及び参照光の光軸を含む平面内に位置するように設定する。記録媒体６は、信号光の光軸と参照光の光軸とが交差する交点を通り紙面と直交する方向（信号光の光軸と参照光の光軸を含む平面と直交する方向）に延在する軸線のまわりで回転する駆動機構（図示せず）に設置する。従って、この回転駆動機構を駆動することにより、記録媒体は軸線のまわりで回動することができ、記録媒体の回動により角度多重記録を行う。また、記録媒体６は、図１Ｂに示すＸ方向及びＺ方向にもステップ状に移動する移動機構（図示せず）に設置する。尚、Ｚ方向には、記録領域が部分的に重なるようにステップ移動させる。
【００１１】
記録は、記録媒体上の１カ所に、Θ＝−１°〜＋１°の範囲で、５多重（０．５°刻み）の角度多重で行った。その後、ｘ方向及びｚ方向に一定間隔離れた複数の位置で同様の角度多重記録を行った。記録は、参照光の光学系にシリンドリカルレンズを配置した場合と配置しない場合とで行った。尚、記録に際し、シリンドリカルレンズを配置した場合と配置しない場合において、参照光の記録面上のＺ方向の幅は共に同一の幅に設定した。再生は、記録媒体面上における読出し位置（図１のｘ及びｚ方向）を変えて角度スキャンを行い、ホログラム回折強度の変化を測定した。
【００１２】
回折強度分布の測定結果を図２に示し、回折強度分布の中心を通るＺ方向の分布を図３に示す。図２Ａ及び図３Ａはシリンドリカルレンズを配置しない場合の回折強度分布を示し、図２Ｂ及び図３Bは参照光の光学系にシリンドリカルレンズを配置した場合の強度分布を示す。図２Ａに示すように、シリンドリカルレンズを使用しない場合、回折強度分布は円形に近い。また、図３Ａに示すように、隣接する記録領域間のクロストークを避けるには記録領域の間隔を６．０ｍｍ以上設ける必要があった。
【００１３】
一方、シリンドリカルレンズを参照光の光学系に配置した場合、Ｚ方向の再生可能領域の幅が狭くなり、１．５ｍｍの間隔でもクロストークなく分離して読み出せることが判明した（図３Ｂ参照）。この結果より、今回の実験条件の下では、シリンドリカルレンズを配置することで角度多重記録領域の間隔を約１／４縮めて記録することが可能である。また、それぞれの記録領域において、平面波の場合と同様に角度多重記録できることも判明した。尚、光源としてレーザ波長が４０５ｎｍの青紫半導体レーザを用いることもでき、他の焦点距離のシリンドリカルレンズを用いることも可能である。
【００１４】
次に、本発明のホログラム記録装置を角度多重記録方式のデジタルホログラム記録に適用した実施例について説明する。図４はデジタルホログラム記録を行うホログラム記録装置の一例を示す線図である。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、記録媒体を回転させる回転駆動機構及びＸ及びＺ方向の移動機構を具えているものとする。デジタルホログラムの記録過程では、ビームスプリッタ３から出射し信号光を形成するための第１の光ビームを記録すべき情報により空間的に変調する空間光変調器（ＳＭＬ）１０を配置すると共に、変調された信号光を光学的にフーリェ変換して記録媒体６に入射させるフーリェ変換レンズ１１を配置する。空間光変調器として、複数の画素が２次元アレイ状に配列された液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いることができる。本例では、入手が容易な透過型の高温ポリシリコンＴＦＴパネルを用いた。尚、解像度は1280×720画素である。液晶パネル上の各ピクセルは、記録すべき情報であるデジタルデータに従って「白」／「黒」の二値状態をとることで、背面から入射する信号光（平面波）を空間的に変調して記録媒体方向へ透過する。空間光変調器で空間変調された信号光をフーリェ変換レンズ１１により集光し、記録媒体上へ投射する。ここで、フーリェ変換レンズ１１の焦点距離は９ｃｍとする。この信号光とシリンドリカルレンズ８により円筒状の波面を有する参照光とを記録媒体上で重ねることにより得られる干渉縞を、記録媒体に屈折率分布として記録する。記録に際し、上述した実施例と同様に、記録媒体を回動させることにより参照光の入射角を変えて角度多重記録を行う。
【００１５】
信号光の光軸の延長上に別のフーリェ変換レンズ１２及び撮像装置１３を含む再生光学系を配置する。再生過程では、参照光のみを記録媒体に照射する。回折により信号光が図４の撮像装置方向へ再生される。記録媒体上でフーリェ変換パターンが記録されていたので、フーリェ変換レンズ１２を用いて光学的に逆フーリェ変換し、撮像装置上でデジタルデータの実像を結像させる。撮像装置として、ＣＭＯＳカメラを用いることができ、他にＣＣＤカメラやＰＤアレイ、HARP撮像装置などの受光素子を用いることも可能である。
【００１６】
Ｚ方向の記録領域の分離性能は、参照光に平面波を用いる場合よりも向上しており、一層高密度な二次元デジタルデータを記録再生できることが確認できた。
【００１７】
尚、実験に際し、記録媒体として厚さ１ｍｍノフォトポリマ媒体を用い、レーザ光源として波長532ｎｍのDPSSレーザを用いた。
【００１８】
図５は、本発明によるホログラム記録装置の別の実施例を示す。尚、図１及び図４で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。信号光に関しては、上記実施例と同様に、空間光変調器１０を配置し、変調された信号光を光学的にフーリェ変換して記録媒体６にフーリェ変換像を照射する。一方、参照光の光学系については、全反射ミラー７の代わりに、回転することにより記録媒体に対する入射角を変化させることができるガルバノミラーないし振動ミラー１４を用いると共に、光路を補正して記録媒体６上の投射位置を一定に維持するリレーレンズ系１５を用い、記録媒体に対する入射角を変化させて多重記録を行う。そして、デジタルデータのフーリェ変換パターンを含む信号光とシリンドリカルレンズ８により円筒状の波面を有する光波に変換された参照光とを記録媒体上で重ねることにより得られる干渉縞を、記録媒体に屈折率分布として記録する。
【００１９】
再生過程では、参照光のみを記録媒体へ投射すると、回折により信号光が撮像装置方向へ再生させる。上記実施例と同様にフーリェ変換レンズ１２を用いて光学的に逆フーリェ変換し、撮像装置上でデジタルデータの実像を結像させる。この場合もＺ方向の記録領域の分離性能は、参照光に平面波を用いるよりも向上しており、一層高密度な二次元デジタルデータを記録再生できることが確認できた。さらに、ガルバノミラーを使用することにより、参照光の入射角のスキャンを一層高速に行うことができるため、再生速度を上げることができる。
尚、記録場合として厚さ１ｍｍのフォトポリマ媒体を用い、レーザ光源には532ｎｍのDPSSレーザを用いる。
【００２０】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、角度多重記録方式について説明したが、位相コード多重記録方式、ペリストロフィック多重記録方式にも本発明を適用することができる。位相コード多重記録方式に適用する場合、参照光を形成する光学系に例えば液晶素子により構成される位相変調器を配置して位相コードパターンを発生させ、位相変調され円筒状の波面を有する参照光を用いることにより適用することができる。
また、円筒状の波面を有する参照光を発生する手段として、シリンドリカルレンズを用いたが、例えば円筒ミラーや回折光学素子（DOE：Diffractive Optical Element）のようなシリンドリカルレンズ以外の光学素子を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明について基礎的記録再生実験に用いた光学系を示す線図である。
【図２】参照光として平面波を用いた場合と円筒状の波面を有する光を用いた場合の回折強度分布を示す図である。
【図３】Ｚ方向にスキャンした回折強度分布を示す図である。
【図４】本発明をデジタルホログラム記録に適用した実施例を示す線図である。
【図５】本発明のホログラム記録装置の別の実施例を示す線図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  光源
２，７  全反射ミラー
３  ビームスプリッタ
４  信号光
５  参照光
６  記録媒体
８  シリンドリカルレンズ
１０  空間光変調器
１１，１２  フーリェ変換レンズ
１３  撮像装置
１４  ガルバノミラー    
【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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