(57)【要約】【課題】  コリニアホログラム記録再生装置において、ホログラム記録時の光源の波長変化によるホログラム形状を不安定にしたり、再生時の光源の波長が変化によって記録時とことなるホログラム像を再生することを回避できるようにする。【解決手段】  １つの光源１からの光が信号光８と参照光９とに分けられ、これら信号光８と参照光９とが同一のレンズを通してホログラム媒体７上にホログラム情報を記録または／および再生するコリニアホログラム方式によるホログラム記録再生装置にあって、上記レンズが、任意の波長λに対して、そのときの焦点距離ｆが、ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差に制御され、上記任意の波長λに対して、正弦条件を満たすレンズとすることによって、記録時において波長変化による記録形状の変化を回避し、また再生において波長変化によって再生ホログラム像に変化が生じる不都合を改善するものである。【選択図】        図１
2006113296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの光源からの光が信号光と参照光とに分けられ、これら信号光と参照光とが同一のレンズを通してホログラム情報記録媒体上にホログラム情報を記録または／および再生するコリニアホログラム方式によるホログラム記録再生装置であって、
上記レンズが、任意の波長λに対して、そのときの焦点距離ｆが、ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差を有し、かつ、上記任意の波長λに対して、正弦条件を満たすレンズとされたことを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
上記ホログラム情報記録媒体が透過型ホログラム情報記録媒体であり、該ホログラム情報記録媒体を挟んで一方に、上記光源と、コリメートレンズと、空間変調器と、上記レンズによる対物レンズとが少なくとも配置され、
他方に上記レンズによる集光レンズと、光検出器とが少なくとも配置されて成ることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
上記ホログラム情報記録媒体が反射型ホログラム情報記録媒体であり、該ホログラム情報記録媒体を挟んで一方に、少なくとも上記光源と、コリメートレンズと、空間変調器と、ビームスプリッタと、上記レンズによる対物レンズとが配置されて成ることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
上記レンズの上記ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差の制御は、上記レンズに対する回折型レンズの付加もしくは回折型レンズ形状の作り付けによることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録または／および再生がなされるホログラム記録再生装置、
特にコリニアホログラム方式によるホログラム記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィを利用してホログラム記録媒体に情報を記録するホログラム記録において、１つの光源からの１つの光束を、信号光と参照光とに分け、これら信号光と参照光とを同一のレンズを通してホログラム記録媒体上に集光して、情報の記録を行い、再生においては、参照光のみを、ホログラム情報の記録がなされたホログラム記録媒体に照射して、ホログラム記録再生を行ういわゆるコリニアホログラム記録再生方式によるホログラム記録再生装置の提案がなされている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このコリニアホログラム記録再生方式によるホログラム記録再生装置において、通常の対物レンズによるとき、光源の波長の変化に対してホログラム媒体に記録されるホログラムの形状が変化する。
このように、記録時の波長変化によってホログラム記録に変化が生じれば、その結果として再生されるホログラム像の形状が変化することになり、正確な信号検出の妨げとなる。このことは異なる波長の光源を有するホログラム記録再生装置間の互換性にも関わる問題で、一方の装置で記録された情報を、他の装置で再生ができなくなるということになる。
一方、同一再生装置内において光源の波長が変化したときにも、再生されるホログラム像の形状が変化して、正確な信号検出の妨げとなる。したがって、光源の波長変化は、実用上、問題が残されていた。
【非特許文献１】特開平１０−３０２２９３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、コリニアホログラム記録再生装置において、ホログラム記録時の光源の波長変化によっても安定して同一形状のホログラムを記録することを可能にし、かつホログラム再生時の光源の波長が変化した場合、例えば記録時における光源の波長と異なる場合においても、同一形状のホログラム像を再生することを可能にするホログラム記録再生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるホログラム記録再生装置は、１つの光源からの光が信号光と参照光とに分けられ、これら信号光と参照光とが同一のレンズを通してホログラム情報記録媒体上にホログラム情報を記録または／および再生するコリニアホログラム方式によるホログラム記録再生装置であって、上記レンズが、任意の波長λに対して、そのときの焦点距離ｆが、ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差を有し、かつ、上記任意の波長λに対して、正弦条件を満たすレンズとされたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、上記ホログラム情報記録媒体が透過型ホログラム情報記録媒体であり、該ホログラム情報記録媒体を挟んで一方に、上記光源と、コリメートレンズと、空間変調器と、上記レンズによる対物レンズとが少なくとも配置され、他方に上記レンズによる集光レンズと、光検出器とが少なくとも配置されて成ることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記ホログラム情報記録媒体が反射型ホログラム情報記録媒体であり、該ホログラム情報記録媒体を挟んで一方に、少なくとも上記光源と、コリメートレンズと、空間変調器と、ビームスプリッタと、上記レンズによる対物レンズとが配置されて成ることを特徴とする。
【０００８】
上記レンズの上記ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差の制御は、上記レンズに対する回折型レンズの付加もしくは回折型レンズ形状の作り付けによることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるホログラム記録再生装置は、後述の説明によって明らかなように、ホログラム記録時の光源の波長変化によってホログラム記録の形状に変化を来たすことの改善がはかられる。
【００１０】
このように、同一形状のホログラムを記録することができることから、異なる波長の光源を有するホログラム記録再生装置相互の互換性を確保できるものである。
また、ホログラム再生時においては、その光源の波長によらず同一形状のホログラム像を再生することができるものであり、このため、同一再生装置内において光源の波長が変化したときにも一定の再生ホログラム像が得られ、安定な信号検出が可能となる。
したがって、ホログラム記録再生装置の光源としては、波長変動が高い精度をもって制御された光源を用いることが必ずしも要求されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施する形態を図面を参照して説明する。しかしながら、本発明を実施する形態は、これらに限られるものではない。
図１は、本発明を実施する形態、この例では、透過型のコリニア方式によるホログラム記録再生装置の構成図である。
この構成においては、情報記録再生用レーザ光源１と、コリメートレンズ２と、空間変調器３と、対物レンズ４と、ホログラム情報記録媒体７の配置部７０と、このホログラム情報記録媒体（この例では透過型ホログラム記録媒体）７を挟んで、例えば対物レンズ４と対向して配置された集光レンズ５と、例えば２次元イメージセンサ、いわゆるＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等より成るアレイ型の光検出器６とを有して成る。
空間変調器３は、例えばアレイ状の液晶パネルと偏光板との組み合わせによってホログラム記録再生装置が構成されている。
【００１２】
そして、ホログラム情報記録に際しては、情報記録再生用レーザ光源１からの出射レーザ光がコリメータレンズ２を介して、空間変調器３に導入され、この空間変調器３によって、その入射光の中心部の光が、記録情報に応じて光強度変調された光強度変調パターンを有する信号光８として取り出され、外周部のレーザ光は、上述した記録情報による光強度変調は行われることなく、特定の光強度変調がなされた参照光９として取り出される。
図２は、空間変調器３を通過した直後のレーザ光の模式的断面図で、レーザ光束の中心部に信号光８が存在し、その周囲に、信号光とは空間的に分離された参照光９が得られる。
【００１３】
これら同軸上に位置する信号光８と、その周囲の参照光９とが共通の対物レンズ４の軸上に導入され、ホログラム情報記録媒体７に集光されるようになされ、信号光８と参照光９によってホログラム情報記録媒体７の情報記録層に干渉縞、すなわちホログラムを形成し、情報の記録がなされる。
【００１４】
このようにして記録された、ホログラム記録媒体７上の記録情報の再生においては、情報記録再生用レーザ光源１からの出射レーザ光が、コリメートレンズ２を介して、空間変調器３に導入される。
そして、この場合、上述した信号光８に相当するレーザ光の一部は、空間変調器３によって、透過率が０％に制御されて遮断され、参照光９のみが、対物レンズ４を介して、情報の記録がなされたホログラム情報記録媒体７に照明される。
ホログラム情報記録媒体７に照射された参照光９は、ホログラム情報記録媒体７内のホログラムにより回折作用を受ける。この回折作用を受けた光は、再生光は、集光レンズ５を通過して、上述したアレイ型光検出器６上に導入され、光検出器６によって、再生像の光強度の空間分布として検出される。
【００１５】
図１に示したコリニアホログラム記録再生装置は、透過型のホログラム記録再生装置であるが、反射型のコリニアホログラム記録再生装置とすることもできる。
図３は、この反射型のホログラム記録再生装置の一例の構成図を示す。
この場合、ホログラム情報記録媒体は、記録層の背後に反射膜を有する反射型ホログラム情報記録媒体７１が用いられる。
そして、この場合、空間変調器３と対物レンズ４との光路上に、ビームスプリッタ１０が配置される。
【００１６】
尚、図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この反射型構成においても、その情報の記録動作に関しては、透過型とほぼ同様の動作によるものであり、この場合、ビームスプリッタ１０を通過した信号光８と参照光９とは、対物レンズ４によりホログラム情報記録媒体７内の情報記録層にホログラムを形成する。
【００１７】
そして、この反射型構成において、情報の再生に関しては、反射型のホログラム情報記録媒体７内のホログラムにより回折および反射作用を受けた光は、再度対物レンズ４を通過し、ビームスプリッタ１０で反射して、アレイ型光検出器６上に再生像を形成し、この再生光は、光検出器６によって、再生像の光強度の空間分布として検出される。
【００１８】
図１〜図３で説明した例では、ホログラム記録再生装置の空間変調器３を通過して得た信号光８および参照光９が中央部に信号光８を、その周囲に参照光９が配置された構成とした場合であるが、信号光８および参照光９の空間分割の態様は、上述した例に限られるものではなく、信号光８と参照光９との配置関係が逆の配置関係となる構成とすることもできる。
【００１９】
そして、特に、本発明によるホログラム記録再生装置においては、対物レンズ４、更に図１の透過型構成においては、集光レンズ５に関して、任意の目的とする波長λに対して、そのときの焦点距離ｆが、ｆ・λ＝一定を満足する軸上色収差に制御され、任意の波長λに対して、正弦条件を満たすレンズとする。
【００２０】
次に、このようなレンズとすることについて、その基本原理を説明する。
まず簡単のために対物レンズを通る光をそれぞれ１つの参照光９と信号光８とに代表させると、１つの回折格子が記録される。この回折格子を１つの参照光９で照明すると回折光が再生される。これらを回折公式であらわすと、次式（数１）
【００２１】
【数１】
2006113296.tif 000003
とあらわされる。ここでλ、λ’はそれぞれ記録時、再生時のレーザ光源１の波長、α、βは記録時の参照光９、信号光８の各入射角、α’は再生時の参照光９の入射角、β’は再生光８の回折角を示す。
同じ参照光９の入射角α’＝αを仮定すると、記録時、再生時のレーザ光源の波長が異なる、すなわちλ≠λ’のとき、再生光９の回折角β´≠βとなる。
これは、対物レンズ４に正弦条件を満たす色消しレンズ（波長により焦点距離ｆの変化しないレンズ）を用いたときに、記録時の波長に対して、再生時に波長が変化すれば、再生時の対物レンズ４の射出瞳上での像高ｆｓｉｎβ’が変化して、結果として光検出器６上の再生光の位置が変化することを示す。
【００２２】
そこで記録時、再生時の光源の波長が異なる場合に、再生時の対物レンズ射出瞳上での像高が等しくなるように焦点距離の変化する対物レンズを仮定すると、次式（数２）になる。
【００２３】
【数２】
2006113296.tif 000004
ここでｆ、ｆ’は、それぞれ記録時の波長、再生時の波長に対する対物レンズ４の焦点距離である。同様にこの対物レンズ４は、次式（数３）の関係を満たす。
【００２４】
【数３】
2006113296.tif 000005
式（２），（３）を式（１）に代入することにより、下記(数４)が得られる。
【００２５】
【数４】
2006113296.tif 000006
すなわち対物レンズが正弦条件を満たし、式（４）の条件を満たすときに、記録時の波長λに対して、再生時に波長λ’が変化しても、対物レンズ射出瞳上で像高が変化せず、光検出器上で同一形状のホログラム像を再生することが可能となる。
【００２６】
一方、記録されるホログラムに注目すると、（数５）の関係が得られる。
【数５】
2006113296.tif 000007
ここでｇは記録される格子状ホログラムのピッチを表す。さらにα’、β’を異なる波長λ’のときの記録時の参照光、信号光の入射角と読み替える。式２，３および条件式4の関係を用いると式（５）は、次の（数６）と書ける。
【００２７】
【数６】
2006113296.tif 000008
すなわち、同様の対物レンズを用いると、記録波長の変化にかかわらず同じ形状のホログラムを記録することが可能になる。
【００２８】
以上により、例えば図１および図２の構成において、上述したように、対物レンズ４、集光レンズ５を、各波長に対して正弦条件を満たし、式（４）より軸上色収差の関係ｆ・λ＝一定の条件を満たすような焦点距離の波長依存性を有する対物レンズを用いることにより、ホログラム記録時の光源の波長によらず同一形状のホログラムを記録すること、およびホログラム再生時の光源の波長によらず同一形状のホログラム像を再生することが可能になることがわかる。
【００２９】
さらに、この効果を光線追跡により確認した。
図４Ａは、このときの信号光と、参照光の位置関係を示す配置図で、図４Ｂは、このときの光学系を示す。
また、この場合、反射型コリニアホログラム記録再生装置とした場合で、対物レンズ１９は、焦点距離５ｍｍのテレセントリックにデザインされた理想的レンズによるものとし、図４Ａに、図４Ｂの空間変調器の出射面２０でのレーザ光の横断面図を示すように、半径２．５ｍｍの円形中心内を信号光８のエリアとし、この円形の外周から、外側の半径５ｍｍまでを参照光９のエリアとした。
そして、光線追跡には、参照光９として半径５ｍｍの最外郭縁上で、等角度間隔に位置する図４Ａで示す座標（Ｘ，Ｙ）において、点ａ〜ｈから発する８本の光線（以下これらをそれぞれ参照光ａ〜ｈという）を用い、信号光８として、座標点０(座標（０mm，０mm）)と、座標点Ｐ（座標（０．８８mm，０．８８mm）から発する２本の光線（以下信号光Ｏ、信号光Ｐという）を用いた。
記録は、１本の信号光ＯまたはＰと、参照光ａ〜ｈからの各１本を用いて、ホログラム記録面２１に対して記録し、この記録されたホログラム情報を、参照光ａ〜ｈによりそれぞれ再生し、図４Ｂで示した空間変調器の出射面に対応する位置における光検出器面２０上でホログラム再生像を得るものとした。
【００３０】
そして、それぞれ波長４１０ｎｍの各信号光ＯおよびＰと、参照光ａ〜ｈとの組み合わせによってコリニアホログラム記録を行った。
このようにして、記録されたホログラム情報を、参照光ａ〜ｈによって再生した再生像を図５に、Ｘ−Ｙ座標上で示す。
【００３１】
図５ＡおよびＢは、本発明と対比するために、対物レンズ１９として通常の色消しレンズを用いた場合の、それぞれ波長４１０ｎｍの座標点Ｏ(座標（０mm，０mm）)からの信号光Ｏと、座標点Ｐ（座標（０．８８mm，０．８８mm）からの信号光Ｐと、参照光ａ〜ｈによって記録したそれぞれのホログラム情報を、波長４０５ｎｍ、４１０ｎｍ、４１５ｎｍで再生したときの点物体のホログラム再生像の位置をプロットしたものである。
この場合、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、記録時の波長と同一の波長４１０ｎｍによる参照光によるときは、それぞれ点Ｓo (座標（０mm，０mm）)と、点Ｓp（座標（-０．８８mm，-０．８８mm）で示す点物体に対応する再生像が得られた。このとき反射の効果により点Ｐと再生像の目標点Ｓpの座標は等量異符号となる。
しかしながら、記録波長４１０ｎｍと異なる４１５ｎｍと４０５ｎｍとを再生波長とするときの点物体のホログラム再生像は、それぞれ図５ＡおよびＢにＳｉとＳｊでプロットして示す再生像に分散する。
【００３２】
これに対し、本発明に対応する正弦条件を満たす色収差制御レンズ構成においては、図５ＣおよびＤに示すように、光源波長４１０ｎｍの信号光と、参照光ａ〜ｈのそれぞれを用いて記録を行い、記録と同一波長の４１０ｎｍの参照光による再生像ＳｏおよびＳｐはもとより、記録時と異なる波長の４１５ｎｍおよび４０５ｎｍの各再生像ＳｉおよびＳｊが、再生波長の変化にもかかわらず、良く一致している。すなわち記録波長と再生波長との相違にもかかわらず、記録ホログラム像に忠実な再生像を得ることができる。
【００３３】
図６は、記録時の波長を、それぞれ波長４０５ｎｍ、４１０ｎｍ、４１５ｎｍに変化させた信号光ＯおよびＰと、参照光ａ〜ｈによって記録した点物体のホログラム記録を、波長４１０ｎｍの参照光で再生した点物体ホログラム再生像の位置をプロットしたものである。
図６ＡおよびＢは、本発明と対比した対物レンズ１９として色消しレンズを用いた場合で、記録時と同一波長４１０ｎｍの参照光による再生像は、点物体と同一位置の点Ｃo (座標（０mm，０mm）)と、点Ｃp（座標（-０．８８mm，-０．８８mm）が得られるものであるが、
記録時の波長がそれぞれ４１５ｎｍおよび４０５ｎｍとしたときの波長４１０ｎｍの参照光による再生像は、それぞれＣｉおよびＣｊとして示す位置に分散する。
【００３４】
これに対し、図６ＣおよびＤは、本発明に対応する色収差制御レンズを用いた場合の再生像位置を示すもので、それぞれ波長４１０ｎｍの信号光ＯおよびＰと参照光ａ〜ｈによる場合の、波長４１０ｎｍの参照光ａ〜ｈで再生したときの再生像位置をＣo (座標（０mm，０mm）)およびＣp（座標（-０．８８mm，-０．８８mm）としたときと、再生波長４１０ｎｍでの参照光ａ〜ｈによる再生像は、それぞれＣｉおよびＣｊで示すように、ＣｏおよびＣｊと一致している。
【００３５】
図５および図６によれば、色消しレンズの場合、記録波長と再生波長が変化すると、再生像の形状が変化してしまうことがわかる。
これに対し、本発明による色収差制御レンズの場合は、再生波長の変化、記録波長の変化によっても、忠実な記録、および再生が得られることがわかる。
【００３６】
上述においては、反射型のコリニアホログラム記録再生装置のモデルについて説明したが、透過型コリニアホログラム記録再生装置においても記録、再生レンズ各々が上記条件、すなわち各波長に対して正弦条件および軸上色収差がｆ・λ＝一定の条件を満たすとき、同様の効果が得られることが理解される。
【００３７】
本発明の実施例を説明する。
その説明に先立って、図７の光路図を参照して色消し作用のない通常の対物レンズ１１における、異なる波長に対する振る舞いをみる。
このレンズは、通常、レンズ材料の正の屈折率分散により、軸上色収差の関係は、波長の長い光１３は長い焦点距離、波長の短い光１２は短い焦点距離となる。
つまり、この場合、本発明のｆ・λ＝一定の条件に反する。
【００３８】
すなわち、本発明は、前述したように、ｆ・λ＝一定の条件を実現するものである。
［実施例１］
この実施例においては、図８に示すように、任意の焦点距離の波長依存性を有する対物レンズ１７と回折型レンズ１６による光学系とする。すなわち、この場合、回折型レンズ１６の表面に作りつけられる回折素子構造は負の強い屈折率分散を有するので、対物レンズ１７と組み合わせることにより、波長λの長い光１３は短い焦点距離ｆを有し、波長のλの短い光１２は長い焦点距離ｆを有する、すなわちｆ・λ＝一定のレンズが実現される。
この場合、対物レンズ１７は複数枚のレンズで構成することもできる。
特に対物レンズ１７に、上述した正弦条件を満たす軸上色収差のみ有するレンズを用いれば、回折型レンズ１６は必要最小限の屈折力を有する軸上色収差のみを変化させる素子として構成することができる。
【００３９】
［実施例２］
この実施例においては、図９に示すように、対物レンズ１８を、レンズ表面に回折素子構造を作りつけた回折型対物レンズ構成とした場合である。
この場合の回折素子構造の働きは実施例１におけると同様である。この場合においても、対物レンズ１８は複数枚のレンズで構成することも可能で、その少なくとも１表面に回折素子構造を施すことを特徴とする。屈折面に非球面形状を使用することも考慮して、正弦条件、およびｆ・λ＝一定の条件を満たすようにレンズ設計がなされる
【００４０】
［実施例３］
この実施例においては、図１０に示すように、凹レンズ１４と凸レンズ１５で対物レンズを構成する。ここで凹レンズ１４に屈折率分散の大きい材料を用いることにより、波長の長い光１３は短い焦点距離、波長の短い光１２は長い焦点距離を有するレンズを実現する。これを基本として複数枚の凹レンズと凸レンズ、またはそれぞれの屈折面に非球面形状を使用することも考慮して、正弦条件、およびｆ・λ＝一定の条件を満たすようにレンズ設計を行う。
【００４１】
上述したように、本発明によるホログラム記録再生装置は、ホログラム記録時および再生時の光源の波長変化によるホログラム記録、再生像への影響の改善が図られることから、安定したホログラム記録再生、異なる波長の光源を有するホログラム記録再生装置相互の互換性を確保できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による透過型ホログラム記録再生装置の一例の構成図である。
【図２】本発明によるホログラム記録再生装置の空間変調器通過直後の信号光および参照光の位置関係を示す模式図である。
【図３】本発明による反射型ホログラム記録再生装置の一例の構成図である。
【図４】本発明の説明に供する光線追跡モデル図で、Ａ図はこのモデルで用いた信号光および参照光の位置関係を示す図で、Ｂ図は、ホログラム記録再生の光路図を示す図である。
【図５】Ａ〜Ｄは、再生波長の変化による点物体のホログラム再生像位置を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｄは、記録波長の変化による点物体のホログラム再生像位置を示す図である。
【図７】本発明の実施例の説明に供する通常レンズにおける光路図である。
【図８】本発明の１実施例の説明に供する光路図である。
【図９】本発明の他の実施例の説明に供する光路図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例の説明に供する光路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１……レーザ光源、２……コリメートレンズ、３……空間変調器、４……対物レンズ、５……集光レンズ、６……光検出器、７，７１……ホログラム情報記録媒体、８……信号光、９……参照光、１１……対物レンズ、１２……短波長光、１３……長波長光、１４……凹レンズ、１５……凸レンズ、１６……回折型レンズ、１７……対物レンズ、１８……回折型対物レンズ、７０……ホログラム情報記録媒体の配置部
【図１】
2006113296.tif 000009
【図２】
2006113296.tif 000010
【図３】
2006113296.tif 000011
【図４】
2006113296.tif 000012
【図５】
2006113296.tif 000013
【図６】
2006113296.tif 000014
【図７】
2006113296.tif 000015
【図８】
2006113296.tif 000016
【図９】
2006113296.tif 000017
【図１０】
2006113296.tif 000018