(57)【要約】【課題】記録媒体の同一箇所への情報記録多重数を増大させつつ、記録媒体への情報記録を高速で行うことが可能なホログラム装置を提供する。【解決手段】記録媒体９の被照射部Ｑに参照光を照射する参照光照射光学系４を、偏向光学系３６とリレー光学系３７により構成する。リレー光学系３７は、光軸Ｌ上に位置する点Ｐを通ってリレー光学系３７に入射した参照光を、被照射部Ｑに向けて出射するように構成されている。偏向光学系３６は、３個のガルバノメータミラー３６ａ〜３６ｃを有し、これらの各揺動角度を調整することにより、点Ｐからリレー光学系３７に向かう参照光の軸の方向を、点Ｐにおいて光軸Ｌと交わる複数の面の各々に沿って変更可能に構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム記録媒体に照射する参照光を、当該参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を順次変更しながら前記ホログラム記録媒体の被照射部に照射する参照光角度可変照射手段を備えたホログラム装置であって、
前記参照光角度可変照射手段は、前記参照光の光路上において前記ホログラム記録媒体の側からこの順に配置されたリレー光学系と偏向光学系とを有してなり、
前記リレー光学系は、当該リレー光学系の光軸が前記被照射部と交差するように配置され、前記光軸の前記偏向光学系側の部分の特定位置を通って前記リレー光学系に入射した前記参照光を、前記被照射部に向けて出射するように構成されており、
前記偏向光学系は、揺動可能に軸支された複数の偏向ミラーを有してなり、当該偏向ミラーの各揺動角度を調整することにより、前記偏向光学系に入射した前記参照光を、前記特定位置を通って前記リレー光学系に入射するように出射するとともに、前記特定位置から前記リレー光学系に向かう前記参照光の軸の方向を、前記特定位置において前記光軸と交わる複数の面の各々に沿って変更可能に構成されている、ことを特徴とするホログラム装置。
【請求項２】
前記複数の面のうちの少なくとも１つの面は、前記光軸を含まない面であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム装置。
【請求項３】
前記複数の偏向ミラーは３つのガルバノメータミラーにより構成され、前記リレー光学系は４ｆ光学系として構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム装置。
【請求項４】
前記リレー光学系を構成する各レンズが四角形レンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラム装置。
【請求項５】
前記参照光角度可変照射手段を、記録用と再生用とで別々に備え、位相共役型の情報再生を行うように構成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のホログラム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを利用した情報記録／再生の技術に関し、特に、記録／再生処理手段からの照射光（信号光および参照光、または参照光）を、入射角度を変えながらホログラム記録媒体（以下、単に「記録媒体」と略称することがある）に照射する角度多重方式のホログラム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量かつ高速な記録システムとしてホログラフィックメモリが注目されている。ホログラフィックメモリは、参照光・信号光と称される２つのコヒーレント光を干渉させ、生じた干渉縞を記録媒体に屈折率変化として記録・保持する。信号光は「ページデータ」と称される二次元データ画像により空間的に変調され、レンズを介して記録媒体へ照射される。参照光の条件（例えば、記録媒体への入射角度、波長、あるいは波面等）を変化させることで、記録媒体の同一箇所に複数のページデータを多重して記録することができるため高密度化・大容量化が可能となる。多重の方法はこれまで様々なものが提案されている。入射角度を変えながら多重記録する角度多重方式はその代表的なものである（例えば下記特許文献１を参照）。
【０００３】
角度多重方式においては、参照光をガルバノメータミラーによって角度変更したり、あるいは参照光の軸と信号光の軸とを含む平面に対し垂直な軸線回りに記録媒体を回転させたりすることによって、参照光の記録媒体への進入角度を少しずつ変えながら複数のページデータをホログラムの形態で記録する。また再生時には、記録したときと同一条件の参照光を記録媒体へ照射することにより、記録媒体内部のホログラムにより光が回折し、再生光が得られる。これをカメラ等で撮影し復号することによって元の情報を読み出すことが可能となる。
【０００４】
図９は、例えば特許文献１にみられるような、典型的な角度多重方式によるホログラム記録再生装置の主要な光学系を示す図である。この図９を参照しながら、角度多重方式によるホログラム記録再生の概要を説明する。
【０００５】
図９に示すように、情報記録時には、レーザー装置（図示せず）から出射されたレーザービームを信号光と参照光に分割し、信号光はＳＬＭ（Spatial Light Modulator：空間光変調器）１０８に表示されたページデータで空間的に変調され、レンズ１０９を経由して記録媒体１１１の所定位置に照射される。一方、参照光は、ミラー等の偏向手段（図示せず）を介して記録媒体１１１の上記所定位置に照射される。信号光と参照光が、同時に記録媒体１１１の同じ領域に照射されることにより、光の干渉縞が生じ、この干渉縞模様の光の強弱に応じた屈折率変化が、例えば光反応性有機材料（フォトポリマー）からなる記録媒体１１１に誘起され、これがホログラムとして記録・保持される。
【０００６】
偏向手段の位置や傾き角度を変更することによって、記録媒体１１１の所定位置に照射する参照光の入射角度を、例えばθ1からθNまで順次変化させる（入射角度が増加するように変化させてもよいし、減少するように変化させてもよい）。この参照光の入射角度変化により、記録媒体１１１の所定位置に、互いに異なるＮ通りの角度で参照光を照射することができ、これにより各角度に対応したＮ多重の角度多重記録を実行することが可能となる。
【０００７】
一方、情報再生時には、参照光のみを記録時と同じ角度で記録媒体１１１の所定位置に照射する。このとき、記録媒体１１１中のホログラムにより光が回折して再生光が得られる。この再生光を、遮光開口板１１０やレンズ１１２を介してカメラ（図示せず）内に取り込み、撮像素子１１３により再生ページデータを撮像する。撮像された再生ページデータは、補間処理、領域切出し処理、さらにはフィルタリング処理などの信号処理を施された後、復調処理やエラー訂正処理を施されることで元データを復元することが可能となる。以上が、角度多重方式によるホログラム記録再生の概要である。
【０００８】
なお、角度多重方式に利用可能な手法として、情報再生時における参照光を、記録時における参照光とは位相共役となるような方向から照射する、位相共役再生と称される手法も知られている（例えば下記特許文献２を参照）。この位相共役再生の手法は、再生時の参照光照射光学系を記録時の参照光照射光学系と兼用できるので光学系を簡素化することが可能であり、さらには、信号光に重畳されていた光学系収差（ディストーション）を情報再生時に打ち消すことができるので、高品質な再生信号が得られるという利点を有している。
【０００９】
角度多重方式において用いられる、参照光の偏向手段としては、主に、（１）ステッピングモーターによりミラーまたは記録媒体を回転駆動させるもの、（２）ガルバノメータミラーを用いたもの、（３）音響光学素子や電気光学素子を用いたもの、などが提案されている。上記（１）の偏向手段は、ミラーや記録媒体などの比較的質量の大きなものを動作させる必要があるため動作速度が遅いという課題があり、上記（３）の偏向手段は、１マイクロ秒以下で高速動作するものの偏向角度を大きくすることが難しいという課題がある。これに対し、上記（２）のガルバノメータミラーによる偏向手段は、質量の小さな微小ミラーを回転するので比較的高速に動作し角度精度も高いため、実用的な観点から一般的に用いられている。
【００１０】
図１０はガルバノメータミラーを用いた参照光照射光学系の構成例を示すものである。図１０に示す参照光照射光学系１２０は、ガルバノメータミラー１２１と、いわゆる４ｆ光学系として構成されたリレー光学系（リレーレンズ）１２２とからなる。ガルバノメータミラー１２１は、紙面に対し垂直な揺動軸（図示せず）を中心に揺動することによって自身の傾斜角度を変更し得るように構成されている。リレー光学系１２２は、レンズ１２２ａとレンズ１２２ｂとからなり、その光軸（レンズ１２２ａ，１２２ｂの中心軸）がガルバノメータミラー１２１の揺動軸と垂直に交わるように配置されている。
【００１１】
図１０において参照光は、まず、ガルバノメータミラー１２１の揺動軸とリレー光学系１２２の光軸との交差部分においてガルバノメータミラー１２１に入射する。ガルバノメータミラー１２１に入射した参照光は、入射時のガルバノメータミラー１２１の傾斜角度に応じて、図中の一点鎖線、点線または破線で示す光路（いずれの光路もリレー光学系１２２の光軸を含む同一の平面内に位置する）を通って、リレー光学系１２２のレンズ１２２ａに入射する。レンズ１２２ａに入射した参照光は、ガルバノメータミラー１２１の傾斜角度に応じた上記光路を通ってレンズ１２２ｂから出射され、記録媒体１１１の同一の所定位置（リレー光学系１２２の光軸が交わる位置）に対し、各々の光路に応じた互いに異なる入射角度で照射される。
【００１２】
ところで、角度多重方式においては、参照光の記録媒体への入射角度範囲が一定範囲内に限定されるという制約がある。このような制約は、信号光と参照光をそれぞれ記録媒体へ入射させるための各光学系（例えば、図１０の参照光照射光学系１２０を図９の光学系と組み合わせた場合のレンズ１０９とレンズ1２２ｂなど）が互いに物理的に干渉しない範囲内において、参照光の記録媒体への入射角度を設定する必要があることから生じる。
【００１３】
このような参照光の入射角度範囲に対する制約から、記録媒体の同一箇所への情報記録の多重数も自ずと限定される。例えば、参照光の記録媒体への入射角度の可変範囲が１０度に制限される場合、角度多重のための角度間隔を１度刻みとしても、記録媒体の同一箇所への情報記録は１１多重に留まることになる。記録媒体の同一箇所へ、より多くのホログラムを多重記録することが可能となれば、記録密度および記録容量を向上させることが期待できるので、これまで多くの研究がなされている。
【００１４】
例えば、角度多重数を増大させるための手法として、クロストークの影響が許容量以下となる条件で角度間隔を可能な限り狭くする手法（例えば下記特許文献３を参照）や、取り得る最小の角度間隔が記録媒体の記録層厚さに略反比例することを考慮して記録層の厚膜化を図る手法などが提案されている。
【００１５】
一方、角度多重方式に別の多重方式を組み合わせて多重数増加を図る手法も様々に提案されている。例えば、記録媒体の所定位置に照射される参照光が、その所定位置を頂点とする円錐面に沿って回転するように構成するペリストロフィック多重方式を、角度多重方式と併用する手法が知られている（例えば下記特許文献４、５を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−１５４１６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９１１０号公報
【特許文献３】特開２００９−２６５５３４号公報
【特許文献４】特開２０００−３３８８４６号公報
【特許文献５】特開２００４−３５４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記特許文献４、５に記載されたような、角度多重方式とペリストロフィック多重方式を併用する手法は、記録媒体の同一箇所への情報記録多重数を大幅に増大させることが期待できるが、プリズムや回折格子、あるいは記録媒体を回転させるための回転機構が必要となる。そのような回転機構は、回転精度を十分に確保する必要性かから小型化することが困難であり、偏向ミラーのように高速動作をさせることは難しい。そのため、記録媒体への情報記録を高速で行うためには、さらなる工夫が必要とされている。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、記録媒体の同一箇所への情報記録多重数を増大させつつ、記録媒体への情報記録を高速で行うことが可能なホログラム装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のホログラム装置は、
ホログラム記録媒体に照射する参照光を、当該参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を順次変更しながら前記ホログラム記録媒体の被照射部に照射する参照光角度可変照射手段を備えたホログラム装置であって、
前記参照光角度可変照射手段は、前記参照光の光路上において前記ホログラム記録媒体の側からこの順に配置されたリレー光学系と偏向光学系とを有してなり、
前記リレー光学系は、当該リレー光学系の光軸が前記被照射部と交差するように配置され、前記光軸の前記偏向光学系側の部分の特定位置を通って前記リレー光学系に入射した前記参照光を、前記被照射部に向けて出射するように構成されており、
前記偏向光学系は、揺動可能に軸支された複数の偏向ミラーを有してなり、当該偏向ミラーの各揺動角度を調整することにより、前記偏向光学系に入射した前記参照光を、前記特定位置を通って前記リレー光学系に入射するように出射するとともに、前記特定位置から前記リレー光学系に向かう前記参照光の軸の方向を、前記特定位置において前記光軸と交わる複数の面の各々に沿って変更可能に構成されている、ことを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記複数の面のうちの少なくとも１つの面は、前記光軸を含まない面とすることができる。
【００２１】
また、前記複数の偏向ミラーは３つのガルバノメータミラーにより構成し、前記リレー光学系は４ｆ光学系として構成することが好ましい。
【００２２】
また、前記リレー光学系を構成する各レンズは四角形レンズとすることが好ましい。
【００２３】
また、前記参照光角度可変照射手段を、記録用と再生用とで別々に備え、位相共役型の情報再生を行うように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のホログラム装置によれば、リレー光学系に向かう参照光の軸の方向を、特定位置において光軸と交わる複数の面の各々に沿って変更可能に構成されていることにより、記録媒体の同一の被照射部に対して、様々な方向から参照光を照射することが可能となる。したがって、記録媒体の同一の被照射部に照射される参照光の方向が、１つの平面に沿った方向に限定されている従来の角度多重方式に比較して、記録媒体の同一箇所への情報記録多重数を大幅に増大させることが可能となる。
また、角度多重方式とペリストロフィック多重方式を併用する手法とは異なり、光学部材や記録媒体を回転させるための回転機構を必要としないので、記録媒体への情報記録を高速で行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置の参照光照射光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置の参照光照射光学系の作用を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置における参照光の軸方向の変化の一例を示す図（（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は光軸方向から見た図）である。
【図５】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置におけるＹ軸周方向の角度選択性の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る多重ホログラム記録再生装置におけるビット誤り率の測定結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る多重ホログラム記録再生装置の参照光照射光学系の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る多重ホログラム記録再生装置の参照光照射光学系の構成を示す図である。
【図９】従来技術に係る角度多重方式のホログラム記録再生装置における主要部の光学系の構成例を示す図である。
【図１０】従来技術に係る角度多重方式のホログラム記録再生装置における参照光照射光学系の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るホログラム装置の実施形態について、上記図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
〈実施形態１の装置構成〉
図１に示す多重ホログラム記録再生装置１は、本発明に係るホログラム装置の一実施形態を構成するものであり、記録媒体（ホログラム記録媒体）９に対するホログラムの記録・再生を行うホログラム光学系３と、再生されたホログラムを撮像する、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子５と、を備えてなる。なお、記録媒体９として、例えば、２枚のガラス板に挟持された厚さ１ｍｍ程度のフォトポリマー材料により構成されたものを用いることができる。
【００２８】
上記ホログラム光学系３において、レーザー光源１１から出射された光ビームは、シャッター１２を開くことでスペイシャルフィルター１３（複数のレンズおよびピンホール板等により構成される）に導かれ、このスペイシャルフィルター１３により空間的なノイズが除去されるとともにビーム径が拡大される。なお、レーザー光源１１として、例えば、出力波長５３２ｎｍの緑色レーザーを用いることができる。
【００２９】
信号記録時において、スペイシャルフィルター１３からの光ビームは、ミラー１４を介して半波長板１５により所望の偏光比に調整され、この後、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１６により分離された偏光のうち、例えば、縦偏光成分（Ｓ偏光成分）は参照光として、横偏光成分（Ｐ偏光成分）は、後に信号（ページデータ）が担持される信号搬送用光として各々利用される。
【００３０】
上記信号搬送用光は、レンズ１７とレンズ１８によりビーム径が拡大された後、シャッター１９を開くことでＰＢＳ２０を透過して、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator：空間光変調器）２１に照射される。このとき、ＳＬＭ２１にはページデータ配列が表示されており、これにより信号搬送用光が空間的に変調されて信号光となる。なお、ＳＬＭ２１として、例えば、画素数１４０８×１０５８、画素ピッチ１０．４μｍの反射型液晶パネルを用い、ページデータ配列を、例えば、１２６０×１０４４の大きさとすることができる。
【００３１】
上記信号光は、その縦偏光成分のみがＰＢＳ２０によってＦＴＬ（Fourier Transform Lens：フーリエ変換レンズ）２２の方向へ反射される。反射された信号光（縦偏光成分）は、ＦＴＬ２２を透過することにより光学的なフーリエ変換を受け、その後、フーリエ変換面に配置された遮光開口板２３の矩形開口により０次の回折光のみが通過を許容され、リレー光学系２４を介して記録媒体９上に照射される。なお、矩形開口の一辺の長さは、ナイキスト空間周波数の２．０倍程度に設定することが好ましい。一辺の長さを短くすると、記録密度は増加するが、波形鈍りなどの信号劣化を引き起こす要因となる。
【００３２】
一方、上記参照光は、縦偏光状態のまま、ミラー３２を介して絞り３３に入射し、光束径を縮小された後、ミラー３４，３５、偏向光学系３６およびリレー光学系３７を介して、所定の角度で記録媒体９上に照射される。
【００３３】
記録時参照光と信号光が交差した部分において光の干渉縞、すなわち光の明暗が生じ、この位置に記録媒体９が配置されていることにより記録媒体９の記録面において、光の強い場所は重合反応が進み、その一方、弱い場所は重合反応があまり進まず、結果として記録媒体９の記録面に屈折率分布が形成され、１つのホログラムの記録操作が完了する。なお、偏向光学系３６から出射される参照光の角度を変えて参照光の記録媒体９への入射角度を変えることにより、記録媒体９の同一領域に複数のホログラムを記録する角度多重記録を行うことができる（詳しくは後述する）。
【００３４】
信号再生時においては、参照光のみが記録媒体９に照射される。すなわち、スペイシャルフィルター１３からの光ビームが半波長板１５（進相軸の方向を記録時とは変えている）により完全に縦偏光（Ｓ偏光）とされ、ＰＢＳ１６により直角に反射される。この後、ミラー３２を介して絞り３３に入射し、光束径を縮小された後、ミラー３４，３５、偏向光学系３６およびリレー光学系３７を介して、記録時と同じ角度で記録媒体９上に照射される。
【００３５】
再生時参照光が照射されると、再生光が記録媒体９の裏面側へ出射されてリレー光学系４４、遮光開口板４３およびＦＴＬ４２を通過して撮像素子５に入射する。この入射した再生光を撮像素子５により取得（撮像）することにより、ページデータ配列の再生画像（撮像ページデータ画像）を生成することができる。
【００３６】
〈実施形態１の参照光照射光学系の構成〉
図１に示すように本実施形態では、偏向光学系３６とリレー光学系３７とにより参照光照射光学系４（参照光角度可変照射手段）が構成されている。リレー光学系３７は、２枚のレンズ３７ａ，３７ｂからなり、また、いわゆる４ｆ光学系として構成されている。
【００３７】
一方、偏向光学系３６は、図２に示すように、３個のガルバノメータミラー（第１乃至第３ガルバノメータミラー３６ａ〜３６ｃ）により構成されている。第１ガルバノメータミラー３６ａは、３個のガルバノメータミラーうち、最初に参照光を偏向するミラーであり、揺動軸Ｃ１を中心として揺動可能に構成されている。第２ガルバノメータミラー３６ｂは、次に参照光を偏向するミラーであり、揺動軸Ｃ２を中心として揺動可能に構成されている。また、第３ガルバノメータミラー３６ｃは、最後に参照光を偏向するミラーであり、揺動軸Ｃ３を中心として揺動可能に構成されている。
【００３８】
本実施形態において、第３ガルバノメータミラー３６ｃは、自身の揺動軸Ｃ３がリレー光学系３７の光軸Ｌ（図３参照）と所定の点Ｐ（先述の「特定位置」に相当する。図３，４を参照）において交わるように配置されている。一方、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂは、第３ガルバノメータミラー３６ｃの揺動軸Ｃ３とリレー光学系３７の光軸Ｌとを含む平面（図４に示す第１走査面Ｈ１がこれに相当する。以下、適宜「基準平面」と称する）に対し、各々の反射面がその揺動角度に拘わらず常に垂直となる（各々の揺動軸Ｃ１，Ｃ２が上記基準平面と直交する）ように配置されている。
【００３９】
第１乃至第３ガルバノメータミラー３６ａ〜３６ｃとしては、例えば、自身（反射面）の揺動角度が±１０度、すなわち、参照光の偏向角度範囲が±２０度のものを用いることができる。なお、便宜的に、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂの揺動方向（角度変化方向）をＸ軸周方向と称し、第３ガルバノメータミラー３６ｃの揺動方向をＹ軸周方向と称する。
【００４０】
〈実施形態１の参照光照射光学系の作用〉
図２，３に示すように、参照光は、上記基準平面内を進行して、まず第１ガルバノメータミラー３６ａに入射する。そして、第１ガルバノメータミラー３６ａにより反射されて第２ガルバノメータミラー３６ｂに入射し、さらに第２ガルバノメータミラー３６ｂにより反射され、上記点Ｐにおいて、第３ガルバノメータミラー３６ｃに入射する。第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂは、各々の揺動角度を変更することにより、第３ガルバノメータミラー３６ｃに入射する参照光の入射角度（Ｘ軸周方向の入射角度）を変更するとともに、各々の揺動角度の変更に拘わらず常に、参照光を第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐに入射させるように構成されている。
【００４１】
点Ｐに入射した参照光は、第３ガルバノメータミラー３６ｃへの入射角度に応じた反射角度で出射され、リレー光学系３７のレンズ３７ａに入射する。レンズ３７ａに入射した参照光は、レンズ３７ａを通過してレンズ３７ｂに入射し、さらにレンズ３７ｂから出射されて、記録媒体９の被照射部Ｑ（光軸Ｌと記録媒体９とが交わる位置。図３参照）に照射される。レンズ３７ｂから出射された参照光の記録媒体９への入射角度および入射方向は、第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐからレンズ３７ａに向かう参照光の軸の角度（例えば、光軸Ｌに対する角度）およびレンズ３７ａへの入射位置によって、一義的に定まる。
【００４２】
第３ガルバノメータミラー３６ｃの反射面が上記基準平面に対して垂直となる状態（以下、適宜「基本状態」と称する）に設定した場合には、リレー光学系３７の光軸が基準平面内に含まれる。このとき基準平面に沿って第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐに入射する参照光は、図４（Ａ）に示す第１走査面Ｈ１（上記基準平面に一致する）に沿うように点Ｐから出射され、第１走査面Ｈ１とレンズ３７ａとの交線Ｋ１上の所定位置に入射する。すなわち、第３ガルバノメータミラー３６ｃは基本状態のままで、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂの向きをＸ軸周方向に変化させ、第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐに入射する参照光の軸の角度を基準平面内において変化させると、その角度変化に応じて、点Ｐからレンズ３７ａに向かう参照光の軸の方向が第１走査面Ｈ１内において変化し、上記交線Ｋ１上における参照光の入射位置（例えば、図４中の点Ｓ１〜Ｓ３）が変化する。
【００４３】
上記交線Ｋ１上の各位置（点Ｓ１〜Ｓ３を含む）においてレンズ３７ａに入射した参照光は、光軸Ｌと平行に進み、レンズ３７ａへの各入射位置と対応する、レンズ３７ｂ上の各位置（光軸方向から見た場合に、レンズ３７ａへの各入射位置と重なる位置）から出射され、記録媒体９の上記被照射部Ｑに照射される。レンズ３７ｂ上の各位置から被照射部Ｑに向かう参照光はいずれも、上記第１走査面Ｈ１（基準平面）と同じ平面内に位置する。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、上記点Ｓ１〜Ｓ３の各位置と対応する、レンズ３７ｂ上の各位置から被照射部Ｑに向かう各参照光の方向（方角）を、光軸Ｌの方向から見た状態を矢線で表すと、それらの参照光の方向はいずれも、一定の方向（光軸Ｌの一の径方向）に揃うことになる。
【００４４】
一方、第３ガルバノメータミラー３６ｃの向きを、上記基本状態のときの向きからＹ軸周方向に所定角度揺動させると、上記基準平面に沿って第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐに入射する参照光は、基準平面とは一致しない別の平面（例えば、図４（Ａ）に示す第２走査面Ｈ２とする）に沿うように点Ｐから出射され、第２走査面Ｈ２とレンズ３７ａとの交線Ｋ２上の所定位置に入射する。すなわち、第３ガルバノメータミラー３６ｃは所定角度揺動させた状態のままで、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂの向きをＸ軸周方向に変化させ、第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐに入射する参照光の軸の角度を基準平面内において変化させると、その角度変化に応じて、点Ｐからレンズ３７ａに向かう参照光の軸の方向が第２走査面Ｈ２内において変化し、上記交線Ｋ２上における参照光の入射位置（例えば、図４中の点Ｔ１〜Ｔ３）が変化する。
【００４５】
上記交線Ｋ２上の各位置（点Ｔ１〜Ｔ３を含む）においてレンズ３７ａに入射した参照光は、レンズ３７ａへの各入射位置と対応する、レンズ３７ｂ上の各位置から出射され、記録媒体９の被照射部Ｑに照射される。この場合、レンズ３７ｂ上の各位置から被照射部Ｑに向かう参照光はいずれも、上記基準平面とは一致しない１つの同じ平面（レンズ３７ａ，３７ｂの間の中央位置において光軸Ｌに垂直な平面に対し、第２走査面Ｈ２と面対称な平面）内に位置する。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、上記点Ｔ１〜Ｔ３の各位置と対応する、レンズ３７ｂ上の各位置から被照射部Ｑに向かう各参照光の方向（方角）を、光軸Ｌの方向から見た状態を矢線で表すと、それらの参照光の方向は、互いに異なる方向となる。
【００４６】
このように本実施形態によれば、偏向光学系３６からリレー光学系３７に入射させる参照光の軸の方向を、Ｘ軸周方向とＹ軸周方向の２方向に変化させることにより、記録媒体９の１つの被照射部Ｑに対し、様々な方向からホログラムを多重記録することが可能となる。従来の角度多重方式を、例えば、Ｘ軸周方向の多重数がＭｘ（Ｍｘは任意の整数）、Ｙ軸周方向の多重数が１のものと考えると、本実施形態の角度多重方式は、Ｘ軸周方向の多重数を同じに設定した場合、Ｘ軸周方向の多重数がＭｘ、Ｙ軸周方向の多重数がＭｙ（Ｍｙは２以上の任意の整数）のものとなる。この場合、１つの被照射部Ｑへの多重数は、Ｍｘ×Ｍｙで与えられるから、誤り訂正可能なビット誤り率のもとでＭｘ、Ｍｙを決定した場合、従来の角度多重方式に比べ多重数がＭｙ倍となり、記録密度・記録容量もＭｙ倍に向上させることができる。
【００４７】
〈角度選択性の測定例〉
本実施形態においては、Ｘ軸周方向の角度選択性は高くなる。例えば、記録媒体厚さを１ｍｍ、レーザー波長を５３２ｎｍとしたときは、多重記録するホログラムの角度間隔を０．２度程度に設定すれば、隣接ホログラム同士が分離されて再生され、良好な誤り率特性を得ることができる。一方、Ｙ軸周方向の角度選択性はＸ軸周方向のそれよりも低くなる。実際に測定して得られた、Ｙ軸周方向の角度を−７．０５度、５．６２度としたときの各角度選択曲線を図５に示す。１つのホログラムの回折効率が十分低くなるときのＹ軸周方向角度で別のホログラムを記録することを考えれば、Ｙ軸周方向角度間隔は５度以上あけることが望ましいことが分かる。
【００４８】
〈誤り率の測定例〉
本実施形態において、Ｘ軸周方向の角度間隔を０．１６度、Ｙ軸周方向の角度間隔を１０度に設定し、Ｘ軸周方向に１５０多重、Ｙ軸周方向に２多重の計３００多重の仕様によって、実際にホログラム記録を行った（記録媒体厚さは１ｍｍ、レーザー波長は５３２ｎｍ）。これを再生して得られた各ホログラム（１〜１５０の番号を付す）に対するビット誤り率を図６に示す。図６に示すように、いずれのホログラムからも十分誤り訂正可能な誤り率が得られている。従来型の角度多重方式により、Ｘ軸周方向だけの角度多重で３００多重のホログラム記録を行った場合、隣接ホログラムの間でクロストークを生じ、ビット誤り率が極めて高くなるが、本実施形態によれば同じ多重数を十分低い誤り率で実現することが可能である。なお、本例ではＹ軸周方向の多重数を２としたが、Ｙ軸周方向の多重数をさらに増すことも可能である。
【００４９】
また、本実施形態においては、Ｘ軸周方向の多重数を多く、Ｙ軸周方向の多重数を少なく設定しているため、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂを同期させて揺動させる回数が多くなる。これに対し、Ｘ軸周方向の多重数を少なく、Ｙ軸周方向の多重数を多く設定し、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂを同期させて揺動させる回数を少なくすることも可能である。この場合、第３ガルバノメータミラー３６ｃの揺動回数が増えるが、第３ガルバノメータミラー３６ｃの揺動角度は、第１及び第２ガルバノメータミラー３６ａ，３６ｂとは切り離して単独で制御することができるので、制御は容易となる。また、この場合、第３ガルバノメータミラー３６ｃの点Ｐからレンズ３７ａに向かう各参照光の軸の方向は、第３ガルバノメータミラー３６ｃの角度変化に応じ、点Ｐを頂点とする円錐面に沿って変化することになる。
【００５０】
あるいは、３個のガルバノメータミラー３６ａ〜３６ｃを同期させて連動させることにより、点Ｐの位置（特定位置）を第３ガルバノメータミラー３６ｃの反射面から離れた光軸Ｌ上の位置に設定することや、点Ｐからレンズ３７ａに向かう各参照光の軸の方向が、光軸Ｌを含む、上記第１走査面（基準平面）とは異なる別の平面に沿って変化するように設定することも可能である。
【００５１】
〈四角形レンズを用いる実施形態２〉
次に、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態は、上記実施形態１の多重ホログラム記録再生装置１における参照光照射光学系４（図１参照）を、図７に示す参照光照射光学系４Ａに置換したものに相当する。
【００５２】
参照光照射光学系４Ａは、実施形態１の参照光照射光学系４におけるリレー光学系３７（図２，３参照）を、図７に示すリレー光学系５７に置換したものである。このリレー光学系５７は、外縁形状が四角形に形成されたレンズ５７ａ，５７ｂにより構成されている点が上述のリレー光学系３７とは異なっている。
【００５３】
上記リレー光学系３７におけるレンズ３７ａ，３７ｂのような円形レンズは、その中心軸に対して垂直な一の方向（例えば、図４に示す揺動軸Ｃ３の方向）における両端間の長さ（幅）が、当該一の方向と垂直な他の方向（例えば、図４に示す揺動軸Ｃ１，Ｃ２の方向）の位置によって変化する（中心軸から離れるほど短くなる）。このため、上記リレー光学系３７においては、当該リレー光学系３７に入射するときの参照光のＹ軸周方向の揺動角度が増加する（参照光の入射位置が光軸Ｌから離れる）のに従って、参照光のＸ軸周方向に許容される揺動角度範囲（走査範囲）が狭くなってしまう。本実施形態のものは、四角形レンズ（レンズ５７ａ，５７ｂ）を用いることによって、円形レンズを用いた場合における上述の課題を解消し得るという利点を有している。
【００５４】
〈位相共役再生を行う実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態は、上記実施形態１の多重ホログラム記録再生装置１における参照光照射光学系４（図１参照）を、図８に示す記録時参照光照射光学系７および再生時参照光照射光学系８に置換したものに相当する（ただし、再生時参照光照射光学系８に再生時参照光を導くための構成が付加される）。
【００５５】
図８に示すように、記録時参照光照射光学系７は、偏向光学系７６およびリレー光学系７７を備えてなり、ホログラムを記録する際の記録時参照光を記録媒体９Ａに対し図中上方から照射するように構成されている。偏向光学系７６は、３個のガルバノメータミラー（第１乃至第３ガルバノメータミラー７６ａ〜７６ｃ）により構成されており、リレー光学系７７は、２枚のレンズ７７ａ，７７ｂにより構成されている。記録時参照光照射光学系７の機能は、記録時のみ参照光を照射する点を除き、上述した実施形態１における参照光照射光学系４の機能と同じである。
【００５６】
一方、再生時参照光照射光学系８は、偏向光学系８６およびリレー光学系８７を備えてなり、記録されたホログラムを再生する際の再生時参照光を記録媒体９Ａに対し図中下方から照射するように構成されている。偏向光学系８６は、３個のガルバノメータミラー（第１乃至第３ガルバノメータミラー８６ａ〜８６ｃ）により構成されており、リレー光学系８７は、２枚のレンズ８７ａ，８７ｂにより構成されている。再生時参照光照射光学系８は、記録時参照光照射光学系７と同一の構成および光学特性を有するものであり、記録媒体９Ａを挟んで記録時参照光照射光学系７に対し点対称の位置に配置される。
【００５７】
本実施形態の多重ホログラム記録再生装置によれば、同一構成の記録時参照光照射光学系７および再生時参照光照射光学系８を互いに点対称に配置することによって、記録媒体９Ａに対してホログラムを多次元的に角度多重記録する場合であっても、高品質な再生信号を得ることができる位相共役再生を行うことが可能となる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではない。例えば、ホログラムの記録のみまたは再生のみを行う装置として本発明を実施することも可能である。また、上記実施形態の説明等において例示した、参照光の角度範囲や角度間隔、参照光を照射する手順、記録媒体の一領域に記録するホログラムの多重数や光源波長等の数値、各光学部材の具体的な配置態様や種類等は、適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１    多重ホログラム記録再生装置
３    ホログラム光学系
４，４Ａ，１２０    参照光照射光学系
５，１１３    撮像素子
７    記録時参照光照射光学系
８    再生時参照光照射光学系
９，９Ａ，１１１    ホログラム記録媒体
１１    レーザー光源
１３    スペイシャルフィルター
１５    半波長板
１６，２０    ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
２１    ＳＬＭ（空間光変調器）
２４，３７，５７，７７，８７，１２２    リレー光学系
３６，７６，８６    偏向光学系
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，１２１    ガルバノメータミラー
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３    揺動軸
Ｌ    光軸
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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