(57)【要約】【課題】本発明は、ホログラフィック記録媒体（１５）の再生及び／又は記録装置に関し、より詳しくは、物体光（５）又は再生された物体光（１９）と、１つ以上の参照光（６、６ａ、６ｂ、６ｃ）との改良された重なりを持つ、ホログラフィック記録媒体（１５）の再生及び／又は記録装置に関する。【解決手段】本発明によると、装置は、参照光（６）と、物体光（５）又は再生された物体光（１９）に対する共通の開口配置を有し、ホログラフィック記録媒体（１５）内又は近傍の、物体光（５）又は再生された物体光（１９）の焦点面（２５）内において、参照光（６）の焦点が、物体光（５）又は再生された物体光（１９）の焦点に対してシフトしている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光（６）と、物体光（５）又は再生された物体光（１９）とを同軸で配置し、
物体光（５）又は再生された物体光（１９）と、参照光（６）とが、対物レンズ（１４）の対物面において部分的又は完全に重なる、ホログラフィック記録媒体（１５）の再生及び／又は記録装置であって、
物体光（５）又は再生された物体光（１９）の焦点面（２５）内において、参照光（６）の焦点が、物体光（５）又は再生された物体光（１９）の焦点に対してシフトしている装置。
【請求項２】
２つ以上の参照光（６ａ、６ｂ）又はリング状の参照光（６ｃ）を使用する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
２つ以上の参照光（６ａ、６ｂ）又はリング状の参照光（６ｃ）を生成するための回折素子（１７’）又は屈折素子（１７”）を有する、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
回折素子（１７’）は、線対称又は回転対称の、正弦波格子又はバイナリ格子である、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
屈折素子（１７”）は、バイプリズム若しくは反転したバイプリズム、又は、円錐若しくは反転した円錐である、
請求項３に記載の装置。
【請求項６】
１つ以上の参照光（６、６ａ、６ｂ、６ｃ）をブロックするための開口を、更に、有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
透過型ホログラフィック記録媒体（１５）の再生及び／又は記録に適用される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
反射型ホログラフィック記録媒体（１５）の再生及び／又は記録に適用される、
請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
１つ以上の参照光（６、６ａ、６ｂ、６ｃ）の直径と、それらの物体光（５）又は再生された物体光（１９）に対する傾き各度は、ホログラフィック記録媒体（１５）内において、入力する１つ以上の参照光（６、６ａ、６ｂ、６ｃ）が、反射した参照光（６ｄ）と重ならない値である、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ホログラフィック記録媒体（１５）の記録層（２８）は、参照光（６）の焦点領域（２５）のフレネル領域に位置している、
請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置に関し、より詳しくは、物体光又は再生された物体光と、１つ以上の参照光との改良された重なりを有する、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィックデータ記録において、デジタルデータは、２つのコヒーレントレーザビームの重ね合わせにより生成される干渉パターンを記録することで保存され、物体光と呼ばれる一方のビームは、空間光変調器により変調され、記録される情報を搬送している。第２のビームは、参照光としての役目を果たしている。干渉パターンは、干渉パターンの局所的な強度に応じた、記録材料の特定の性質の変化を引き起こす。記録されたホログラムの再生は、記録時と同じ条件の参照光でホログラムを照射することにより行われる。これは、記録された物体光の再生をもたらす。
【０００３】
ホログラフィックデータ記録の利点は、データ容量の増加である。従来の光記録媒体とは異なり、幾つかの層ではなく、ホログラフィック記録媒体の体積が、情報の保存のために利用される。ホログラフィックデータ記録の他の利点は、例えば、２つのビーム間の角度の変更や、シフト多重の使用等により、同じ体積に複数のデータを保存できる可能性があることである。更に、単一ビットの保存ではなく、データはデータページとして保存される。典型的には、データページは、明暗パターンのマトリックス、つまり、複数のビットを符号化した、２次元の２値アレイ又はグレー値のアレイにより構成されている。これは、記録密度の増加に加え、データレートの増加を達成することを可能にする。データページは、空間光変調器（ＳＬＭ）により物体光に刻み込まれ、検出器アレイにより検出される。
【０００４】
現在、ホログラフィック記録システムに対する２つの解決策が主に議論されている。例えば、特許文献１で開示されているコリニア方式においては、対物レンズの開口の別々の部分が、物体光と参照光のために、それぞれ、使用される。この方式は、多重方法として、ある種のシフト多重を使用する。例えば、特許文献２で開示されている、軸外し記録方式においては、物体光と参照光は、同じ光経路を使用しない。この方式において、角度又はポリトープ多重が使用される。
【０００５】
両解決策において、ホログラフィック記録媒体内での参照光と物体光の重なりは、最適ではない。これは、大変低いデータ密度という結果をもたらす。
【０００６】
ホログラフィックデータ記録において、達成可能な容量は、記録材料の、いわゆるＭ数（Ｍ＃）に強く関係している。この数は、Ｍ＃＝Ｍ・√ηにより計算することができる。ここで、Ｍは、所定の回折効率ηで多重できるホログラム数を表している。この式は、物体光と参照光の重なりが最適であるときにのみ適用できる。実際には、重なりは、常に一部分のみである。よって、重なりのないビームが消費する材料を示す係数Ｌｏｌを導入しなければならず、結果、Ｍ＃＝Ｍ・√η・Ｌｏｌとなる。係数Ｌｏｌは、コリニア及び軸外し方式での記録においては、およそ２である。より詳細については、非特許文献１に記載されている。結論として、ホログラフィック記録媒体における物体光と参照光との最適でない重なりは、所定の材料と所定の光学構成に対する達成可能容量を減少させる。
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６２４４５１号明細書
【特許文献２】米国特許第６７２１０７６号明細書
【非特許文献１】Ｃｕｒｔｉｓ、ｅｔ  ａｌ．、“Ｍ／＃  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＯＤＳ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００６年、ｐｐ．９−１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ホログラフィック記録媒体の記録装置において、物体光と参照光の重なりを改良する解決方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、この目的は、参照光と、物体光又は再生された物体光とを、同じ軸で配置する、ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録装置であって、ホログラフィック記録媒体内又は近傍の、物体光又は再生された物体光の焦点面内において、参照光の焦点を、物体光又は再生された物体光の焦点に対してシフトする装置により達成される。参照光は、物体光とほぼ同じ開口を満たしているが、再生された物体光と参照光の分離を可能にするため、異なる点又は領域に合焦する。この様に、本発明による装置は、ホログラフィック記録媒体内において、参照光と物体光／再生された物体光の改良された重なりを持つ。この改良された重なりは、データ密度の増加を可能にする。
【００１０】
好ましくは、装置は、２つ以上の参照光又はリング状の参照光を使用する。２つ以上の参照光又はリング状の参照光の使用は、更に改良された重なりを、特に、参照光が、物体光／再生された物体光の周りで対象に配置されたときに、それを達成するという利点がある。２つ以上の参照光又はリング状の参照光は、回折素子又は屈折素子により有利に生成される。もちろん、例えば、反射素子といった、他の型の素子も利用可能である。回折素子の例としては、線対称若しくは回転対称である正弦波格子若しくはバイナリ格子、又は、適切なホログラフィック素子がある。回折素子は、複数の参照光の生成に加え、参照光の形状を操作できるという利点がある。屈折素子の例としては、バイプリズム若しくは反転したバイプリズム、又は、円錐若しくは反転した円錐がある。もちろん、円錐又は反転した円錐は、複数面のプリズムで近似すること、つまり、曲面を平面ポリゴンで近似することができる。この場合、リング状の参照光は、焦点がリング上に位置する複数の参照光で近似される。屈折素子は、低コストで製造できるという利点がある。
【００１１】
有利には、開口が、１つ以上の参照光をブロックするために設けられる。その様な開口は、再生された物体光のみを通過させ、１つ以上の参照光をブロックする。参照光のブロックは、検出器アレイによるデータ検出の間、負の影響を与えないことを確実にする。同時に、開口は、フィルタリングが必要な場合、再生された物体光のフィルタリングに使用することができる。
【００１２】
装置は、透過型ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録と、反射型ホログラフィック記録媒体の再生及び／又は記録のどちらにも適用される。透過型ホログラフィック記録媒体の場合、物体光／再生された物体光と、１つ以上の参照光の改良された重なりは、反射型ホログラフィック記録媒体よりも達成が簡単である。これに対して、反射型ホログラフィック記録媒体は、複数の光部品が、記録と同様、再生にも利用される、つまり、部品数が削減されるという利点がある。しかしながら、この場合、１つ以上の参照光の直径と、物体光又は再生された物体光に対するそれらの傾き角度は、入力する１つ以上の参照光が、ホログラフィック記録媒体内において、反射した参照光と重ならない様に選択される。これは、例えば、半円錐形状の参照光を使用することで達成される。そうしないと、共役ホログラムが、ホログラフィック記録媒体に生成されてしまう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のより良い理解のために、本発明について以下では図面を用いて詳細に説明する。本発明は、この典型的な実施形態に限定されるものではなく、特定された特徴については、本発明の範囲から逸脱しない組合せ及び／又は修正が可能である。
【００１４】
図１に示す様に、明らかに、透過型ホログラフィック記録媒体１５の内部において、参照光６が、少なくとも物体光５と同じ口径を満たす場合、つまり、参照光６が少なくとも同じ体積を満たす場合に、物体光５と参照光６の最適な重なりが達成される。しかしながら、この解決法は、再生時、再生された物体光１９と参照光６を分離することができないという欠点がある。多数の多重されたホログラムを可能とするため、物体光５の強度は、一般的に、参照光６より非常に弱い。これは、再生された物体光１９の読み出しを更に難しくする。参照光６により生成された信号が、再生された物体光１９の大変弱い信号に重ね合わせられる。軸外し及びコリニア方式での記録において、参照光６、再生された物体光１９は、像平面において異なる角度で伝搬するので、再生された物体光１９は、参照光６から自動的に分離される。
【００１５】
図２は、物体光５の焦点面２５内にある物体光５の焦点に対し、各参照光６の焦点、又は、複数の部分参照光６ａ、６ｂのそれぞれの焦点をシフトさせることで、本発明による物体光５と部分参照光６のほぼ最適な重なりが、どの様に達成されるかを示す図である。物体光５、部分参照光６ａ、６ｂは、焦点面２５から少し離れた領域においては大部分が重なっているが、焦点面２５においては分離している。この領域は、しばしば、フレネル領域として参照される。ホログラフィック記録媒体１５の記録可能な体積は、好ましくは、この領域内に位置する。再生の間、物体光５及び参照光６ａ、６ｂの焦点面上又はその近傍の、参照光６ａ、６ｂをブロックする適切な開口又は空間フィルタにより、物体光５と参照光６ａ、６ｂを分離することができる。参照光６ａ、６ｂの複数の焦点とは異なり、物体光５の焦点は、小さな点ではなく、ある領域に広がる。これは、ＳＬＭからの物体光５は、単一の平面波ではなく、様々な伝搬方向の複数の平面波の重ね合わせであることによる。これら複数の平面波の各々は、焦点面２５の異なる位置に焦点を持つ。
【００１６】
図３は、ホログラフィック記録媒体１５の後ろにある開口２２を用いることにより、再生の間、どの様に参照光６ａ、６ｂをブロックするかの例を示す図である。本発明によると、記録は、焦点領域２５の直近ではなく、物体光５と参照光６ａ、６ｂが、ほぼ全体的に重なっているフレネル領域でのみ実現される。それでも、再生された物体光１９は、参照光６ａ、６ｂから確実に分離される。
【００１７】
図４は、ホログラフィック記録媒体の再生記録装置の典型的な構成を示す図である。図１から３とは異なり、簡単のため、光ビームの主なもののみ表示する。例えば、レーザダイオード１といった、コヒーレント光源が光ビーム２を放出し、光ビーム２は、ビーム拡大器及びフィルタの配列３により、平行化、拡大及びフィルタリングされる。その後、光ビーム２は、ビームスプリッタ４により２つの別々の光ビーム５、６に分離される。第１の光ビーム５は、物体光と呼ばれ、ビームシャッター７を通過し、２つのミラー８、９により空間光変調器（ＳＬＭ）１０の方向に向けられる。ＳＬＭ１０は、２次元データパターンを刻むため、光ビーム５を変調する。物体光５は、１組のフーリエレンズ１１、１３と、物体光５の高周波成分を除去する空間フィルタ１２によりフィルタリングされる。物体光５は、その後、対物レンズ１４により、例えば、ホログラフィックディスク又はカードといったホログラフィク記録媒体１５で焦点を結ぶ。第２の光ビーム６は、参照光であり、例えば、バイプリズム又は回折素子といった部分光生成素子１７に到達する前に、同様に、ビームシャッター１６を通過する。部分光生成素子１７は、参照光６から、２つ以上の部分参照光６ａ、６ｂを生成する。部分光生成素子１７は、２つの部分参照光６ａ、６ｂの焦点が、物体光５の焦点領域の外に位置する様に設計される。部分参照光６ａ、６ｂは、例えば、ビームスプリッタといったビーム結合素子１８により、物体光５の光経路と同じ経路に乗せられ、対物レンズ１４によりホログラフィック記録媒体１５で焦点を結ぶ。物体光５と部分参照光６ａ、６ｂの交点で、ホログラフィック記録媒体１５の、光に敏感に反応する層に記録される干渉パターンが出現する。
【００１８】
図５に示す様に、保存されたデータは、記録されたホログラムを、部分参照光６ａ、６ｂのみで照射することによりホログラフィック記録媒体１５から読み出される。このため、物体光５は、ビームシャッター７でブロックされる。部分参照光６ａ、６ｂは、ホログラム構造で回折し、元の物体光５のコピーである、再生された物体光１９を生成する。この再生された物体光１９は、対物レンズ２０で平行にされ、例えば、ＣＣＤアレイといった２次元アレイ検出器２４の方向に向けられる。更なる１組のフーリエレンズ２１、２３と、更なる空間フィルタ２２が、部分参照光６ａ、６ｂをブロックする。空間フィルタ２２は、再生された物体光１９の高周波成分を除去するためにも有利に使用される。アレイ検出器２４は、記録されたデータの再生を可能にする。
【００１９】
もちろん、記録のみを行う装置においては、読み出し経路の素子を省略することができる。同様に、再生のみを行う装置においては、物体光５の経路の素子を省略することができる。
【００２０】
部分光生成素子１７としてのバイプリズム１７”の形状を図６に示す。図６のａ）は、２つの異なる型のバイプリズム１７”の立体図であり、図６のｂ）は、バイプリズム１７”の断面図である。図示するように、バイプリズム１７”は、入力する参照光６を、伝搬方向が異なる２つの参照光６ａ、６ｂに分離する。
【００２１】
部分光生成素子１７としての回折素子１７’の典型的な形状を、図７に示す。図の下側に、回折素子１７’の斜視図を示している。この斜視図の上に、拡大した平面図と、Ａ−Ａ線に沿って表面を切断した断面図を示している。この例において、回折素子１７’は、透過型回折格子である。素子の光入力面３０は平面であり、素子の光出力面３１は、正弦波又はバイナリ（２段階）の表面形状となっている。格子の深さをレーザ光の波長のほぼ半分にすることで、入力光６の大部分は回折し、光軸に対して所定の角度で伝搬する光６ａ、６ｂになる。この角度と、角度による焦点面２５でのスポットの位置は、格子の格子周期を適切に選択することにより調整することができる。
【００２２】
図８は、焦点面２５の平面図であり、物体光５と、部分参照光６ａ、６ｂの分布を示している。２つの参照光のスポットは、物体光５の外に位置している。
【００２３】
上述した解決法において、改良された重なりは、２つの部分参照光６ａ、６ｂの光軸をつなぐ面内で実現されている。この面に垂直な面での重なりを図９に示す。
【００２４】
更なる改良として、バイプリズム、正弦波格子又はバイナリ格子は、焦点面２５内の２つのスポットではなく、焦点リング６ｃを生成する光素子に、好ましくは置換される。これを図１０に示す。図２に示す面内の重なりが、ホログラムの全体積で達成されるので、この場合、重なりは全体積へと改良される。
【００２５】
図１１は、部分光生成素子１７としての２つの異なる型の屈折光素子１７”の立体図である。屈折光素子１７”は、１つの平面側と、１つの円錐形状側を有する円錐（図１１のａ））又は反転した円錐（図１１のｂ））、あるいは、ポリゴンによる近似を用いた、おおよその円錐又は反転した円錐の形状を有しいている。後者の場合、焦点面２５の焦点リングの代わりに、リング状に配列する複数の焦点が焦点面２５に形成される。
【００２６】
図１２は、正弦波又はバイナリ表面の格子１７’で構成され、回転対称である回折光素子１７’を示している。機能原理は、図７の線形の正弦波格子又はバイナリ格子構造と同じである。唯一の違いは、素子が回転対称であるため、光は、光軸に対する伝搬角度が、総ての部分光で同じとなる様に回折されることである。
【００２７】
以上、透過型ホログラフィック記録システムで説明したが、この着想は、反射型ホログラフィック記録システムに対しても適用可能である。反射型とは、データが、ホログラフィック記録媒体１５の一方の側のみから記録及び再生されることを意味している。結果、光学系構成の幾つかの部分、例えば、対物レンズ１４がデータの記録と再生の両方に利用できる。これは、構成を簡略化し、より小型化する。反射型ホログラフィック記録システムの記録及び再生時における典型的な構成を、図１３及び図１４にそれぞれ示す。これら図において、図４及び図５と同じ参照符号は、同じ構成要素を示すために使用されている。ホログラフィック記録媒体１５は、再生の間、再生された物体光１９を対物レンズ１４に向けて反射するため、記録層の後ろに反射層２７を有している。透過型システムと比較した主な違いは、共約ホログラムの記録を避けるため、対物レンズ１４の開口の半分以下のみが、入力する参照光６ａ、６ｂにより照射されることである。これは、参照光６ａ、６ｂを生成する部分光生成素子１７の前にある、追加した開口３０により制御される。入力する参照光が照射する開口は、入力する参照光と、反射した参照光が重ならない様に選択される。この原理を図１５に示す。簡単のため、１つの参照光６ａのみを示す。物体光５と参照光６ａ、６ｂの良好な重なりを達成するために、１より多い参照光を、好ましくは使用する。図示するように、反射層２７は、ホログラム記録層２８の下の焦点面に位置している。図において、ホログラム記録層２８は、スペーサ層２９により反射層２７から分離されている。比較のため、図１６に、透過型ホログラフィック記録媒体１５での同じ状態を示す。反射型ホログラフィック記録媒体１５の、入力する参照光６ａ及び反射した参照光６ｄが、透過型媒体１５の入力する参照光６ａと同じ開口を満たす必要があることが分かる。これは、好ましくは、入力する参照光６ａを光軸に対して大きく傾けることで実現できる。参照光６ａ、６ｂの直径と、その傾き角度は、例えば、半円錐状の参照光６ａ、６ｂを使用する等、入力する参照光６ａ、６ｂと、反射した参照光６ｄが重ならない様に選択する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ホログラフィック記録媒体内での物体光と参照光の最適な重なりを示す図である。
【図２】本発明による解決法で達成される、物体光と部分参照光のほぼ最適な重なりを示す図である。
【図３】部分参照光をブロックするための開口を示す図である。
【図４】ホログラフィック記録媒体の透過型再生記録装置の記録時を示す図である。
【図５】図４の装置の再生時を示す図である。
【図６】部分光生成素子として使用するバイプリズムの２つの型についての斜視図及び側面図である。
【図７】部分光生成素子として使用する回折素子を示す図である。
【図８】参照光の焦点面における、物体光と部分参照光の分布を示す図である。
【図９】部分参照光によって決まる面に垂直な面における、物体光と部分参照光の重なりを示す図である。
【図１０】参照光の焦点面における、物体光とリング型参照光の分布を示す図である。
【図１１】リング型参照光を得るための部分光生成素子として使用する屈折素子の２つの型を示す図である。
【図１２】リング型参照光を得るための部分光生成素子として使用する回折素子を示す図である。
【図１３】ホログラフィック記録媒体の反射型再生記録装置の記録時を示す図である。
【図１４】図１３の装置の再生時を示す図である。
【図１５】反射型媒体における、物体光と、入力する参照光及び反射した参照光との重なりを示す図である。
【図１６】図１５の状態と、透過型媒体における状態を比較する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  レーザダイオード
２  光ビーム
３  ビーム拡大器及びフィルタの配列
４  ビームスプリッタ
５  物体光
７、１６  ビームシャッター
６  参照光
６ａ、６ｂ  部分参照光
６ｃ  リング状の参照光
６ｄ  反射した参照光
８、９  ミラー
１０  空間光変調器
１１、１３、２１、２３  フーリエレンズ
１２、２２  空間フィルタ
１４、２０  対物レンズ
１５  ホログラフィック記録媒体
１７  部分光生成素子
１７’  回折素子
１７”  バイプリズム
１８  ビーム結合素子
１９  再生された物体光
２４  ２次元アレイ検出器
２５  焦点面
２７  反射層
２８  記録層
２９  スペーサ層
３０  光入力面
３１  光出力面
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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