(57)【要約】【課題】光学系の構成を比較的に簡素としながらホログラムの高記録密度化を容易に図ることができるホログラム記録再生用の光学素子を提供すること。【解決手段】空間光変調器５を通過した記録光を伝達するためのリレーレンズ７Ａ，７Ｂと、リレーレンズ７Ａ，７Ｂからの記録光を集光させながらホログラム記録媒体に導く対物レンズ８とを備え、再生時にはホログラム記録媒体からの再生光を上記記録光とは逆向きに透過させるホログラム記録再生用の光学素子であって、リレーレンズ７Ａに対して記録光を軸上光線束Ｓ１および軸外光線束Ｓ２からなる平行光線束として入射させた場合、リレーレンズ７Ｂから出射される記録光のうちの軸外光線束Ｓ２が対物レンズ８に向かうにつれて光軸に近接するように構成されている。【選択図】図２
2008191285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調器を通過した記録光を伝達するための第１および第２のリレーレンズと、これらのリレーレンズからの記録光を集光させながらホログラム記録媒体に導く対物レンズとを備え、再生時には上記ホログラム記録媒体からの再生光を上記記録光とは逆向きに透過させるホログラム記録再生用の光学素子であって、
上記第１のリレーレンズに対して上記記録光を平行光線束として入射させた場合、上記第２のリレーレンズから出射される記録光のうちの光軸から離れた光線束が上記対物レンズに向かうにつれて光軸に近接するように構成されていることを特徴とする、ホログラム記録再生用の光学素子。
【請求項２】
上記第２のリレーレンズから出射される記録光に含まれる光線束を上記対物レンズの手前の複数の像点で収束させ、光軸を含む光線束の像点が上記光軸から離れた光線束の像点よりも上記対物レンズに近接するように上記複数の像点が非平面上に配されるように構成されている、請求項１に記載のホログラム記録再生用の光学素子。
【請求項３】
上記第２のリレーレンズからの記録光を上記対物レンズに入射させた場合、この記録光に含まれる上記光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束のそれぞれを異なる像点に収束させるとともに、これらの像点に至るまでの光軸上所定位置に、上記光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束による所定径の集光スポットを形成させ、かつ、上記光軸上所定位置において上記光軸から離れた光線束が上記集光スポットの所定径よりも小さな径をなすように構成されている、請求項１または２に記載のホログラム記録再生用の光学素子。
【請求項４】
記録時にはホログラム記録媒体に対して記録光を集光させるとともに、再生時には上記ホログラム記録媒体からの再生光を上記記録光とは逆向きに透過させるホログラム記録再生用の光学素子を備えたホログラム記録再生装置であって、
上記光学素子は、請求項１ないし３のいずれかに記載のホログラム記録再生用の光学素子であり、
上記ホログラム記録媒体に上記光学素子を介して記録光を集光させる場合、この記録光の集光スポットに記録参照光を干渉させるように照射する一方、上記ホログラム記録媒体から上記光学素子を介して再生光を受光する場合、上記記録参照光に対する位相共役光としての再生参照光を上記ホログラム記録媒体に照射するように構成されていることを特徴とする、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、ホログラム記録再生用の光学素子、およびこの光学素子を備えたホログラム記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のホログラム記録再生装置としては、特許文献１に開示されたものがある。同文献に開示されたホログラム記録再生装置は、いわゆる同軸ホログラム方式によりホログラム記録媒体に対してホログラムを記録／再生するものである。このホログラム記録再生装置は、記録時にホログラム記録媒体に対して参照光および記録光（信号光）を同一の対物レンズを通して照射するように構成されており、再生時には、ホログラム記録媒体に対して対物レンズの反対側に配置された集光レンズを通して再生光を受光するように構成されている。
【０００３】
図３は、従来のホログラム記録再生装置に備えられた光学素子の光路図を示す。同図に示すように、対物レンズ８００は、一般にテレセントリック系をなすように構成されている。テレセントリック系とは、入射瞳もしくは射出瞳のいずれかが無限遠に位置する光学系である。図示しない集光レンズも、対物レンズ８００と同様にテレセントリック系をなしており、物体側および像側がともにテレセントリック系のタンデム構成とされている。このようなタンデム構成のテレセントリック系においては、たとえば、射出瞳の位置に空間光変調器５００を配置し、対物レンズ８００の入射面における光軸を含む光線束Ｓ１や光軸から離れた光線束Ｓ２の入射径をＤとし、ホログラム記録媒体（図示略）上に形成される上記光線束Ｓ１および光線束Ｓ２の集光スポットＣの径をｄとした場合、入射径Ｄ＝集光スポットＣの径ｄとなる。この集光スポットＣの径ｄ（光軸を含む光線束や光軸から離れた光線束の入射径Ｄ）は、対物レンズ８００の物体側開口数をＮＡ、焦点距離をＦとすると、ｄ＝２Ｆ・ＮＡとなる。このような集光スポットＣの径ｄは、ホログラムが記録される単位区画の大きさに対応したものであり、物体側開口数ＮＡは、空間光変調器５００の画素の大きさに応じて一義的に決まる。これにより、集光スポットＣの径ｄを小さくして記録密度を高めるには、焦点距離Ｆをできる限り小さくしなければならない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１３２９６号公報
【０００５】
しかしながら、上記従来のホログラム記録再生装置に備えられた対物レンズ８００や集光レンズでは、焦点距離Ｆをある程度まで小さくすると、ホログラム記録媒体との間に必要最小限の間隔距離（ワーキングディスタンス）を確保することができなくなるので、集光スポットＣの径ｄをそれほど小さくすることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、光学系の構成を比較的に簡素としながらホログラムの高記録密度化を容易に図ることができるホログラム記録再生用の光学素子、およびこの光学素子を備えたホログラム記録再生装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供されるホログラム記録再生用の光学素子は、空間光変調器を通過した記録光を伝達するための第１および第２のリレーレンズと、これらのリレーレンズからの記録光を集光させながらホログラム記録媒体に導く対物レンズとを備え、再生時には上記ホログラム記録媒体からの再生光を上記記録光とは逆向きに透過させるホログラム記録再生用の光学素子であって、上記第１のリレーレンズに対して上記記録光を平行光線束として入射させた場合、上記第２のリレーレンズから出射される記録光のうちの光軸から離れた光線束が上記対物レンズに向かうにつれて光軸に近接するように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
好ましくは、上記第２のリレーレンズから出射される記録光に含まれる光線束を上記対物レンズの手前の複数の像点で収束させ、光軸を含む光線束の像点が上記光軸から離れた光線束の像点よりも上記対物レンズに近接するように上記複数の像点が非平面上に配されるように構成されている。
【００１０】
好ましくは、上記第２のリレーレンズからの記録光を上記対物レンズに入射させた場合、この記録光に含まれる上記光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束のそれぞれを異なる像点に収束させるとともに、これらの像点に至るまでの光軸上所定位置に、上記光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束による所定径の集光スポットを形成させ、かつ、上記光軸上所定位置において上記光軸から離れた光線束が上記集光スポットの所定径よりも小さな径をなすように構成されている。
【００１１】
本発明の第２の側面によって提供されるホログラム記録再生装置は、記録時にはホログラム記録媒体に対して記録光を集光させるとともに、再生時には上記ホログラム記録媒体からの再生光を上記記録光とは逆向きに透過させるホログラム記録再生用の光学素子を備えたホログラム記録再生装置であって、上記光学素子は、本発明の第１の側面により提供されるホログラム記録再生用の光学素子であり、上記ホログラム記録媒体に上記光学素子を介して記録光を集光させる場合、この記録光の集光スポットに記録参照光を干渉させるように照射する一方、上記ホログラム記録媒体から上記光学素子を介して再生光を受光する場合、上記記録参照光に対する位相共役光としての再生参照光を上記ホログラム記録媒体に照射するように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明においては、再生時にホログラム記録媒体に対して記録参照光とは反対側から位相共役光としての再生参照光を照射して再生光を得る方式を採用している。この方式では、記録時において対物レンズに再生光としての回折光が入射するので、対物レンズ系をタンデム構成とする必要がない。したがって、記録時においては、空間光変調器の各画素を通過した、記録光に含まれる光線束を、ホログラム記録媒体に向かうにつれて収束するように絞ることが可能であり、対物レンズを有限系として構成することが可能となる。
【００１３】
本発明に係るホログラム記録再生装置においては、空間光変調器と対物レンズとの間に第１および第２のリレーレンズが設けられており、第２のリレーレンズおよび対物レンズが非テレセントリック系として構成されている。具体的には、第２のリレーレンズは、この第２のリレーレンズから出射されて対物レンズに向かう記録光のうちの光軸から離れた光線束が対物レンズに向かうにつれて光軸に近接するように構成されている。加えて、対物レンズは、第２のリレーレンズから入射する記録光について、光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束のそれぞれが異なる像点に収束するように構成されている。
【００１４】
このように、リレーレンズを通過した記録光の光路についてみると、第２のリレーレンズから出射される記録光のうち光軸から離れた光線束は、収束気味で対物レンズに入射されるので、当該光軸から離れた光線束の対物レンズへの入射径は、リレーレンズへの入射径よりも縮小されている。また、対物レンズから出射される光軸を含む光線束および光軸から離れた光線束は、それぞれ像点を結ぶように収束させられているので、これら像点に至るまでの光軸上所定位置に形成される集光スポットの径は、光線束の対物レンズへの入射径よりも小さくなる。このようなことから、上記構成によれば、集光スポットの径を小さくすることができ、ホログラムの高記録密度化を容易に図ることができる。
【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および図２は、本発明が適用されたホログラム記録再生装置および光学素子の一例を示している。
【００１７】
図１に示すように、ホログラム記録再生装置Ａは、ホログラム記録媒体Ｂに対して記録光Ｓを集光させながら記録参照光Ｒｓを照射し、これにより単位記録区画Ｘにホログラムを記録するとともに、再生時には記録参照光Ｒｓに対する位相共役光としての再生参照光Ｒｐをホログラム記録媒体Ｂに照射し、これにより単位記録区画Ｘに生じた再生光Ｐを受光してホログラムを再生するものである。
【００１８】
ホログラム記録再生装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、ビームスプリッタ３、記録ズームレンズ４、空間光変調器５、ハーフミラー６、リレーレンズ７Ａ，７Ｂ、対物レンズ８、第１の反射部材９、参照ズームレンズ１０、記録用のガルバノミラー１１、第２の反射部材１２、再生用のガルバノミラー１３、および再生用の撮像素子２０を有して構成されている。このホログラム記録再生装置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９０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。単位記録区画Ｘの記録層９１には、記録光Ｓと記録参照光Ｒｓとが干渉することでホログラムが記録される。再生時には、破線で示すように単位記録区画Ｘに対して記録時とは反対側から再生参照光Ｒｐが照射され、この再生参照光Ｒｐと干渉するホログラムによって生じた光が再生光Ｐとして対物レンズ８へと進行する。
【００１９】
光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高い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から出射した平行光は、ビームスプリッタ３によって記録光Ｓと参照光Ｒに分離される。記録光Ｓは、記録ズームレンズ４によってビーム径が拡大された後、空間光変調器５に入射する。参照光Ｒは、記録時に記録参照光Ｒｓとして、第１の反射部材９、参照ズームレンズ１０、および記録用のガルバノミラー１１を順に経てホログラム記録媒体Ｂに照射される。また、参照光Ｒは、再生時に再生参照光Ｒｐとして、第１の反射部材９、参照ズームレンズ１０、第２の反射部材１２、および再生用のガルバノミラー１３を順に経てホログラム記録媒体Ｂに照射される。記録参照光Ｒｓと再生参照光Ｒｐとは、互いに位相共役な関係にあり、それぞれが対応するガルバノミラー１１，１３によって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。これにより、単位記録区画Ｘには、記録参照光Ｒｓの入射角に応じた複数のホログラムが多重記録され、再生時には、単位記録区画Ｘから再生参照光Ｒｐの入射角に応じて複数のホログラムが読み出される。
【００２０】
空間光変調器５は、たとえば透過型の液晶デバイスからなる。この空間光変調器５では、入射した記録光Ｓが記録すべき情報に応じた画素パターンの光に変調される。空間光変調器５から出射した記録光Ｓは、第１および第２のリレーレンズ７Ａ，７Ｂ、および対物レンズ８を介してホログラム記録媒体Ｂの単位記録区画Ｘで記録参照光Ｒｓと干渉するように照射される。再生時には、単位記録区画Ｘに記録済みのホログラムと再生参照光Ｒｐとが干渉することで再生光Ｐが生じ、この再生光Ｐが記録光Ｓとは逆向きに対物レンズ８、およびリレーレンズ７Ｂ，７Ａを通ってハーフミラー６で反射させられることにより、再生用の撮像素子２０で受光される。これにより、単位記録区画Ｘに記録されたホログラムが読み出される。
【００２１】
リレーレンズ７Ａ，７Ｂ、および対物レンズ８は、本発明でいう光学素子を構成する部材であり、これらの光軸が互いに一致するように配置されている。リレーレンズ７Ａ，７Ｂは、空間光変調器５を透過した記録光Ｓを、そのサイズを縮小したうえで対物レンズ８に入射させるものである。また、リレーレンズ７Ａ，７Ｂの間には、開口絞り７Ｃが設けられており、空間光変調器５を透過した記録光Ｓのうち不要な回折光がリレーレンズ７Ｂ以降に到達するのを制限している。本実施形態においては、リレーレンズ７Ａはテレセントリック系として構成される一方、リレーレンズ７Ｂおよび対物レンズ８は非テレセントリック系として構成されている。具体的には、リレーレンズ７Ａ，７Ｂは、図２に一例として示すように、それぞれ、両凸レンズからなり、リレーレンズ７Ａには、空間光変調器５から出射した記録光Ｓが平行光線束として入射する。空間光変調器５とリレーレンズ７Ａとの距離は、リレーレンズ７Ａの前側焦点距離に相当する。記録光Ｓの平行光線束には、リレーレンズ７Ａの光軸に主光線が一致する軸上光線束Ｓ１（本発明における光軸を含む光線束）と、その光軸から所定距離離れた位置を通る軸外光線束Ｓ２（本発明における光軸から離れた光線束）とが含まれる。リレーレンズ７Ａに記録光Ｓが入射すると、軸上光線束Ｓ１および軸外光線束Ｓ２は、主光線に平行な無限系の光線束としてリレーレンズ７Ａから出射され、リレーレンズ７Ｂに導かれる。そして、リレーレンズ７Ｂから出射される記録光Ｓにおいては、図２に示すように、当該記録光Ｓのうち軸外光線束Ｓ２の主光線について、対物レンズ８に向かうほど光軸に近づくようになっている。また、リレーレンズ７Ｂから出射される記録光Ｓは、軸上光線束Ｓ１および軸外光線束Ｓ２のそれぞれが対物レンズ８との間において像点Ｓ１’，Ｓ２’を結びつつ、その後、対物レンズ８に入射させられる。ここで、軸上光線束Ｓ１の像点Ｓ１’は、軸外光線束Ｓ２の像点Ｓ２’よりも対物レンズ８に近接している。
【００２２】
対物レンズ８は、図２に一例として示すように１つの両凸レンズからなり、この対物レンズ８に記録光Ｓが入射すると、軸上光線束Ｓ１は、対物レンズ８によって像点Ｓ１”に収束させられる一方、軸外光線束Ｓ２は、対物レンズ８によって、像点Ｓ１”よりも対物レンズ８に近接する像点Ｓ２”に収束させられる。これらの像点の集合となる像面は、断面から見て、光軸から遠ざかる軸外光線束Ｓ２ほど、この軸外光線束Ｓ２に対応する像点が対物レンズ８に近接する非平面となる。像点に至るまでの光軸上所定位置には、対物レンズ８によって軸上光線束Ｓ１および軸外光線束Ｓ２による集光スポットＣが形成される。
【００２３】
対物レンズ８は、その入射面における軸上光線束Ｓ１の入射径をＤ１’とし、集光スポットの径をｄとした場合、入射径Ｄ１’よりも集光スポットＣの径ｄが小となり、集光スポットＣの径ｄが概ね軸上光線束Ｓ１の径となるように構成されている。また、対物レンズ８は、集光スポットＣの形成位置において、光軸からの距離が最大となる軸外光線束Ｓ２の径が集光スポットＣの径ｄよりも小さくなるように構成されている。すなわち、対物レンズ８としては、軸上光線束Ｓ１よりも軸外光線束Ｓ２をより強く収束させることが可能な像面歪曲が大きい特性をもつように構成されている。なお、集光スポットＣの形成位置にホログラム記録媒体Ｂが配置される。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態によれば、記録光Ｓの光路についてみると、リレーレンズ７Ｂから出射される記録光の軸外光線束Ｓ２は、収束気味で対物レンズ８に入射されるので、当該軸外光線束Ｓ２の対物レンズ８への入射径Ｄ２’は、リレーレンズ７Ａへの入射径Ｄ２よりも縮小されている。また、対物レンズ８から出射される軸上光線束Ｓ１および軸外光線束Ｓ２は、像点Ｓ１”，Ｓ２”を結ぶように収束させられているので、これら像点に至るまでの光軸上所定位置に形成される集光スポットＣの径ｄは、当該光線束Ｓ１，Ｓ２の対物レンズ８への入射径Ｄ１’，Ｄ２’よりも小さくなる。このようなことから、本実施形態のホログラム記録再生装置Ａによれば、従来に比べて集光スポットＣの径ｄを飛躍的に小さくすることができる。この集光スポットＣの径ｄは、単位記録区画Ｘの大きさを決定付けるものである。これにより、小さい集光スポットＣで形成された単位記録区画Ｘにホログラムを多重記録するこができる。たとえば、集光スポットＣの径ｄを軸上光線束Ｓ１の入射径Ｄ１の１／２とした場合、理論的には、Ｄ１＝ｄの場合（従来の構成による場合）に比べて記録密度が４倍になる。
【００２５】
このように、本実施形態のホログラム記録再生装置Ａによれば、リレーレンズ７Ａ，７Ｂを追加しただけの比較的に簡素なレンズ構成によって、集光スポットＣの径ｄを効果的に小さくすることができ、ホログラムの高記録密度化を容易に図ることができる。
【００２６】
また、本実施形態とは異なり、たとえばリレーレンズ７Ａ，７Ｂを設けずに対物レンズ８のみで軸外光線束Ｓ２を像点に収束させる構成を採用すると、対物レンズ８の収差の影響が大きく、複数の光線束を同一箇所で多重させることが困難で当該光線束の交差領域にばらつきが生じやすいところ、本実施形態においては、リレーレンズ７Ｂおよび対物レンズ８を経て２段階で徐々に光軸に向かって軸外光線束Ｓ２を像点Ｓ２”に収束させるように構成されているので、光線束の交差領域は比較的にばらつきが生じず、狭い範囲において多重させることができる。このような構成は、光線束の交差領域としての集光スポットＣを小さくするのに適し、ホログラムの高記録密度化を図るうえで好適である。
【００２７】
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。
【００２８】
上記実施形態で示した構成は、あくまでも一例にすぎず、仕様に応じて適宜設計変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明が適用されたホログラム記録再生装置の一例を示す全体構成図である。
【図２】図１のホログラム記録再生装置に備えられた光学素子の光路図である。
【図３】従来のホログラム記録再生装置に備えられた光学素子の光路図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ          ホログラム記録再生装置
Ｂ          ホログラム記録媒体
Ｃ          集光スポット
Ｐ          再生光
Ｒｓ        記録参照光
Ｒｐ        再生参照光
Ｓ          記録光
Ｓ１        軸上光線束（光軸を含む光線束）
Ｓ２        軸外光線束（光軸から離れた光線束）
５          空間光変調器
７Ａ        リレーレンズ（第１の）
７Ｂ        リレーレンズ（第２の）
８          対物レンズ
【図１】
2008191285.tif 000003
【図２】
2008191285.tif 000004
【図３】
2008191285.tif 000005