(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光の信号光用レーザ光を、光記録媒体に向けて照射する信号光照射手段と、
前記信号光用レーザ光と同軸の直線偏光の参照光用レーザ光を、前記信号光用レーザ光と異なる側から前記光記録媒体に向けて照射する参照光照射手段と、
前記参照光用レーザ光の光路上に、当該光路から退避可能に配置された１／４波長板と、
前記参照光照射手段と前記１／４波長板との間で且つ前記参照光用レーザ光の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、
前記１／４波長板を駆動する駆動手段と、
ホログラムの記録時には、前記１／４波長板が前記光路から退避されると共に、ホログラムの再生時には、前記１／４波長板が前記光路に挿入されるように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
ホログラムの再生時に前記偏光ビームスプリッタから出射される回折光を受光する受光手段と、
を備えたホログラム記録再生装置。
【請求項２】
直線偏光の参照光用レーザ光を射出する光源、前記光源から射出された参照光用レーザ光の光路上に配置された偏光ビームスプリッタ、前記偏光ビームスプリッタを透過する参照光用レーザ光の光路上に当該光路から退避可能に配置された１／４波長板、及び１／４波長板の光出射側に配置され且つ入射したレーザ光を光記録媒体に向けて集光する第１のレンズを備え、前記第１のレンズにより参照光用レーザ光を前記光記録媒体に照射する参照光照射手段と、
前記光記録媒体に対し前記参照光照射手段とは反対側に配置され、前記光記録媒体から入射したレーザ光をコリメートする第２のレンズ、及び前記第２のレンズを通過したレーザ光を変調して前記第２のレンズの方向に反射する反射型の空間光変調素子を備え、ホログラムの記録時に前記空間光変調素子で変調され且つ反射された直線偏光の信号光用レーザ光を、前記第２のレンズにより前記光記録媒体に前記参照光用レーザ光と同軸で照射する信号光照射手段と、
前記１／４波長板を駆動する駆動手段と、
ホログラムの記録時には、前記１／４波長板が前記光路から退避されると共に、ホログラムの再生時には、前記１／４波長板が前記光路に挿入されるように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
ホログラムの再生時に前記偏光ビームスプリッタから出射される回折光を受光する受光手段と、
を備えたホログラム記録再生装置。
【請求項３】
直線偏光の参照光用レーザ光を射出する光源、前記光源から射出された参照光用レーザ光の光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッタ、前記第１の偏光ビームスプリッタで反射された参照光用レーザ光の光路上に配置され且つ当該参照光用レーザ光を反射するミラー、前記偏光ビームスプリッタを透過する参照光用レーザ光の光路上に当該光路から退避可能に配置された第１の１／４波長板、及び第１の１／４波長板の光出射側に配置され且つ入射したレーザ光を光記録媒体に向けて集光する第１のレンズを備え、前記第１のレンズにより参照光用レーザ光を前記光記録媒体に照射する参照光照射手段と、
前記光記録媒体に対し前記参照光照射手段とは反対側に配置され、前記光記録媒体から入射したレーザ光をコリメートする第２のレンズ、前記第２のレンズを通過したレーザ光の光路上に当該光路から退避可能に配置された第２の１／４波長板、及び第２の１／４波長板の光出射側に配置された第２の偏光ビームスプリッタ、第２の偏光ビームスプリッタの光出射側に配置され且つ入射したレーザ光を変調して前記第２のレンズの方向に反射する反射型の空間光変調素子を備え、ホログラムの記録時に前記空間光変調素子で変調され且つ反射された直線偏光の信号光用レーザ光を、前記第２のレンズにより前記光記録媒体に前記参照光用レーザ光と同軸で照射する信号光照射手段と、
前記第１の１／４波長板及び前記第２の１／４波長板の各々を独立に駆動する駆動手段と、
ホログラムの記録時には、前記第１の１／４波長板及び前記第２の１／４波長板の各々が前記光路から退避されると共に、ホログラムの再生時には、前記第１の１／４波長板及び前記第２の１／４波長板の各々が前記光路に挿入されるように、前記駆動手段を制御する制御手段と、
ホログラムの再生時に前記第２の偏光ビームスプリッタから出射される回折光を受光する受光手段と、
を備えた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、ホログラム記録方法及び装置に係り、特に、信号光と参照光とを同軸で照射して反射型ホログラムを記録するホログラム記録方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号光と参照光とを記録媒体の同一面側から同軸で照射し、透過型ホログラムを作製する方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、空間光変調器の空間的に異なる位置から生成された信号光と参照光とをレンズによりフーリエ変換している。フーリエ変換された信号光と参照光は、フーリエ変換面付近で重なるため、この位置に記録媒体を置くことで、ホログラムを記録することができる。また、この方法では、信号光と参照光とを同軸で照射するので、光学系が簡単になり、記録装置のコンパクト化を図ることができる。
【特許文献１】特許３４５２１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、フーリエ変換面から光軸方向に離れていくに従って、信号光と参照光とが重なる領域は小さくなっていく。したがって、透過型ホログラムの同軸記録では、記録材料の膜厚が大きくなると、記録材料の光軸方向（厚さ方向）全体にホログラムを記録できなくなるという重大な問題がある。
【０００４】
記録媒体の厚み方向を利用して、干渉縞を３次元的に記録する体積ホログラムでは、材料の厚みが大きいほど、ブラッグ（Bragg）条件が厳しくなると共に、ダイナミックレンジを大きくすることができる。また、Ｂｒａｇｇ条件が厳しく、ダイナミックレンジが大きいほど、多くのホログラムを多重記録できる。従って、材料の厚みが大きいほど、多くのホログラムを多重記録できる。
【０００５】
さらに、記録密度を大きくするためには、記録領域を小さくする必要がある。記録領域を小さくするためには、フーリエ変換レンズの焦点距離を短くすることが望ましい。しかしながら、記録媒体の厚膜化とフーリエ変換レンズの短焦点化とを両立することは困難である。なぜなら、記録媒体の厚みが大きくなると、フーリエ変換面から光軸方向に離れた位置に記録材料が存在することになり、フーリエ変換レンズの焦点距離が短いほど、フーリエ変換面から光軸方向に少し離れた位置でさえ、信号光と参照光とが重なる領域は小さくなるからである。そのため、その位置では、ホログラムの記録が困難になる。
【０００６】
このように高記録密度を実現するには、厚い記録材料と短焦点距離のフーリエ変換レンズとが必要であるが、透過型ホログラムの同軸記録では、記録媒体の厚膜化とフーリエ変換レンズの短焦点化とを両立することは困難であるため、高密度記録を実現することは難しい。
【０００７】
また、上記従来技術では、記録媒体の裏面に反射層を設けることを提案しているが、この場合、信号光及び参照光の質が、反射層の質に大きく影響することになり、反射層の欠陥などにより、劣化するという問題がある。更に、データの再生においても、再生光のＳＮ比が劣化しやすいという問題がある。これは、読出し光と再生光とが同軸で同一方向に出射するために、再生光と共に読出し光の散乱光も検出器に入射してしまうことが原因である。
【０００８】
この散乱光を低減する方法として、Optics Letters Vol.30 878 (2005)では、１／４波長板で記録材料を挟むことを提案している。この方法では、信号光の入射光と参照光の反射層からの反射光、及び、信号光の反射層からの反射光と参照光の入射光とで反射型ホログラムを記録する。再生の際には、再生光と読出し光とは偏光面が直交した直線偏光であるため、検光子を用いて散乱光を低減することができる。
【０００９】
しかしながら、この方法は、記録媒体に１／４波長板を用いるために、記録媒体が高価となり、かつ、製造も複雑化するという問題がある。さらに、この記録媒体は、光軸回りに回転させると、１／４波長板の光学軸がずれてしまうために、ＤＶＤのような回転型メディアとして用いることができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、信号光と参照光とを同軸で照射して反射型ホログラムを記録することができ、体積ホログラムでの高密度記録を可能とするホログラム記録方法及び装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、光学系を簡素化して、記録装置のコンパクト化を図ることができるホログラム記録方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、直線偏光の信号光用レーザ光を、光記録媒体に向けて照射する信号光照射手段と、前記信号光用レーザ光と同軸の直線偏光の参照光用レーザ光を、前記信号光用レーザ光と異なる側から前記光記録媒体に向けて照射する参照光照射手段と、前記参照光用レーザ光の光路上に、当該光路から退避可能に配置された１／４波長板と、前記参照光照射手段と前記１／４波長板との間で且つ前記参照光用レーザ光の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、前記１／４波長板を駆動する駆動手段と、ホログラムの記録時には、前記１／４波長板が前記光路から退避されると共に、ホログラムの再生時には、前記１／４波長板が前記光路に挿入されるように、前記駆動手段を制御する制御手段と、ホログラムの再生時に前記偏光ビームスプリッタから出射される回折光を受光する受光手段と、を備えたホログラム記録再生装置である。信号光と参照光とを光記録媒体の異なる側から同軸で照射するために、光記録媒体を透過した参照光を変調して、信号光を生成するように構成することが特に好ましい。例えば、反射型の空間光変調素子により光記録媒体を透過した参照光を変調して信号光を生成し、生成した信号光を光記録媒体側に反射して、該信号光と参照光とを光記録媒体の異なる側から同軸で照射することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、信号光と参照光とを同軸で照射して反射型ホログラムを記録することができ、体積ホログラムでの高密度記録が可能になる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。図１に示すように、このホログラム記録再生装置には、例えばＮｄ：ＹＶＯ4結晶を用いたレーザ発振器１０が設けられている。レーザ発振器１０からは、コヒーレント光である、例えば波長５３２ｎｍのレーザ光が発振され、照射される。
【００１５】
レーザ発振器１０のレーザ光照射側には、レーザ光を遮断するためのシャッター１２が光路から退避可能に配置されている。シャッター１２の光透過側には、偏光面を回転させて信号光と参照光との強度比を調整する１／２波長板１４、レーザ光を大径のビームにコリメートする一対の拡大レンズ１６、１８、Ｐ偏光を透過し且つＳ偏光を反射することにより、レーザ光を参照光用の光と信号光用の光との２つの光に分離する偏光ビームスプリッタ２２、及びレーザ光を反射して光路を偏光ビームスプリッタ２２の方向に変更する反射ミラー２０が配置されている。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ２２の光透過側には、偏光ビームスプリッタ２２を透過したＰ偏光を反射して光路をホログラム記録媒体３８の方向に変更する反射ミラー２４、２８が設けられている。反射ミラー２４と反射ミラー２８との間には、信号光用のレーザ光を遮断するためのシャッター２６が光路から退避可能に配置されている。
【００１７】
反射ミラー２８の光反射側には、反射されたＰ偏光の偏光面を回転させて信号光のコントラストを調整する１／２波長板３０、液晶表示素子等で構成され、供給された各ページ毎の記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムの各ページを記録するための信号光（Ｐ偏光）を生成する透過型の空間光変調素子３２、及び信号光用のレーザ光を集光するレンズ３４が順に配置されている。このレンズ３４は、ホログラム記録媒体３８にＰ偏光を信号光として照射する。１／２波長板３０の光学軸は、例えば、空間光変調素子３２を透過した信号光のコントラストが最大になるように調節される。
【００１８】
ホログラム記録媒体３８の信号光入射側には、ホログラム記録媒体３８に近接して、アパーチャ３６Ａが形成された遮光板３６が配置されている。レンズ３４で集光された信号光は、遮光板３６に形成されたアパーチャ３６Ａを通過して、ホログラム記録媒体３８に照射される。
【００１９】
偏光ビームスプリッタ２２の光反射側には、偏光ビームスプリッタ２２で反射されたＳ偏光の偏光面を９０°回転させる１／２波長板４０、Ｐ偏光を反射して光路をホログラム記録媒体３８の方向に変更する反射ミラー４２、及び反射されたレーザ光（Ｐ偏光）を透過する偏光ビームスプリッタ４４が配置されている。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ４４の光透過側には、直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板４６が光路から退避可能に配置されている。１／４波長板４６は、記録時には光路から退避され、再生時には光路に挿入される。１／４波長板４６の光透過側には、参照光用のレーザ光を集光して球面参照波からなる参照光を生成するレンズ４８が配置されている。このレンズ４８は、ホログラム記録媒体３８にＰ偏光を参照光として照射する。こうして信号光と参照光とが、ホログラム記録媒体３８に同時に照射される。このとき、参照光は、その光軸が信号光の光軸と同軸となるように集光され、信号光とは異なる側からホログラム記録媒体３８に照射される。
【００２１】
記録媒体３８から再生された再生光における偏光ビームスプリッタ４４の光反射側には、レンズ５０、５２、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成され、受光した再生光を電気信号に変換して出力する検出器５４が配置されている。検出器５４はパーソナルコンピュータ（図示せず）に接続されている。また、パーソナルコンピュータは、所定のタイミングで供給された記録信号に応じてパターンを発生するパターン発生器を介して空間光変調素子３２に接続されている。また、パーソナルコンピュータには、シャッター１２、２６、及び１／４波長板４６を各々別々に光路中に挿入するように駆動すると共に、光路中に挿入されているシャッター１２、２６、及び１／４波長板４６を光路から別々に退避させる駆動装置（図示せず）が接続されている。
【００２２】
図２は、レンズの焦点位置とホログラム記録媒体の位置との関係を示す図である。図２に示すように、レンズ３４の焦点距離をｆ1、レンズ４８の焦点距離をｆ2とすると、レンズ３４とレンズ４８との距離は、各々の焦点距離の和ｆ1＋ｆ2である。このとき、ホログラム記録媒体３８をフーリエ変換面（以下「ＦＴ面」という。）、即ち２つのレンズの共通の焦点位置から、光軸方向にずらした位置に配置することが好ましい。ホログラム記録媒体３８をＦＴ面に配置したのでは、信号光と参照光とは焦点のみでしか重ならないため、必要な信号光の情報を記録することができない。これに対し、ホログラム記録媒体３８をＦＴ面からずらして配置することで、信号光と参照光との重なりが大きくなり、信号光の情報を欠落なく記録することができる。
【００２３】
次に、ホログラム記録処理について説明する。まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、シャッター１２、２６、及び１／４波長板４６を各々光路から退避させてレーザ光が通過できるようにする。次に、レーザ発振器１０からレーザ光を照射すると共に、パーソナルコンピュータ（図示せず）から各ページ毎の記録信号を所定のタイミングで空間光変調素子３２に供給し、ホログラム記録媒体３８へのホログラム記録処理を実行する。
【００２４】
即ち、レーザ発振器１０から射出されたレーザ光は、１／２波長板１４で偏光面を回転させられ、拡大レンズ系１６、１８で大径のビームにコリメートされて、反射ミラー２０に入射する。反射ミラー２０で反射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２２に入射し、偏光ビームスプリッタ２２によりレーザ光を参照光用の光（Ｓ偏光）と信号光用の光（Ｐ偏光）との２つの光に分離される。
【００２５】
偏光ビームスプリッタ２２を透過したＰ偏光は、反射ミラー２４、２８で反射され、１／２波長板３０で偏光面を回転させられ、空間光変調素子３２で記録信号に応じて変調されて信号光が生成される。生成されたＰ偏光の信号光は、レンズ３４で集光され、遮光板３６に形成されたアパーチャ３６Ａを通過して、ホログラム記録媒体３８に照射される。高記録密度と再生像の高ＳＮ比とを両立するためには、レンズ３４の焦点距離をｆ1、レンズ４８の焦点距離をｆ2、空間光変調素子３２の画素間隔をｐ1、レーザ光の波長をλとすると、アパーチャ３６Ａの形状は正方形であり、その一辺の長さは、１λｆ1／ｐ1〜２．５λｆ1／ｐ1の範囲とすることが好ましく、１λｆ1／ｐ1〜１．５λｆ1／ｐ1の範囲がより好ましい。アパーチャ３６Ａの中心位置は光軸と一致させる。
【００２６】
一方、偏光ビームスプリッタ２２で反射されたＳ偏光は、１／２波長板４０で偏光面を９０°回転させられ、反射ミラー４２で反射されて、偏光ビームスプリッタ４４に入射する。偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光は、レンズ４８で集光され、球面参照波からなる参照光が生成される。生成されたＰ偏光の参照光は、ホログラム記録媒体３８に信号光とは異なる側から同軸で照射される。
【００２７】
このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体３８に同時に照射される。これにより、信号光と参照光の干渉により光が強めあうところでは屈折率あるいは吸収変化が生じ、弱めあうところではこれらの変化が少ない。この現象によって各ページのホログラム記録が行われる。ここでは、信号光と参照光とをホログラム記録媒体３８の異なる側から照射することで、ホログラム記録媒体３８には、厚さ方向に高密度記録が可能な反射型ホログラムが記録される。
【００２８】
次に、ホログラム再生処理について説明する。まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、シャッター２６及び１／４波長板４６を各々光路中に挿入する。これにより、偏光ビームスプリッタ２２を透過したレーザ光がシャッター２６で遮断されるため、参照光のみが、ホログラムが記録されたホログラム記録媒体３８に照射される。また、偏光ビームスプリッタ４４を透過したＰ偏光は、１／４波長板４６で円偏光に変換され、レンズ４８で集光されて、ホログラム記録媒体３８に照射される。
【００２９】
ホログラム記録媒体３８で回折された再生光は、逆回りの円偏光となり、レンズ４８側に射出される。逆回りの円偏光は、レンズ４８を透過し、１／４波長板４６で直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、偏光ビームスプリッタ４４に入射する。再生光であるＳ偏光だけが、偏光ビームスプリッタ４４で選択的に反射され、レンズ５０、５２を介して検出器５４で受光される。検出器５４で受光された再生光は、電気信号に変換されてパーソナルコンピュータ（図示せず）に入力され、パーソナルコンピュータに設けられているディスプレイ（図示せず）に表示される。こうして各ページのホログラム像が再生される。
【００３０】
以上説明した通り、第１の実施の形態では、ホログラム記録媒体に対し信号光と参照光とが反対方向から同軸で照射されるので、反射型ホログラムを記録することができる。この反射型ホログラムでは、ホログラム記録媒体をフーリエ変換面から光軸方向にずらした位置に配置しても信号光と参照光との重なりを大きくすることが可能で、記録媒体の厚み方向を利用してホログラムを多重記録することができ、高密度記録を達成することができる。
【００３１】
また、反射型ホログラムの記録・再生では、（１）ホログラム記録媒体に反射層を設ける必要がなく、信号光及び参照光の劣化を防止することができる、（２）再生時に照射する参照光と再生光の伝搬方向が互いに逆向きなので、Optics Letters Vol.30 878 (2005)に記載されている方法とは異なり、記録媒体に１／４波長板を用いなくても、再生光の劣化を防止できる、（３）記録媒体に１／４波長板を用いる必要がなく、回転型メディアを用いて記録することができる等の利点がある。
【００３２】
なお、上記では２つのレンズの焦点位置を一致させ、ホログラム記録媒体をその焦点位置（ＦＴ面）から光軸方向にずらした位置に配置する例について説明したが、２つのレンズの焦点位置を異ならせてもよい。
【００３３】
図３に示すように、レンズ３４の焦点距離をｆ1、レンズ４８の焦点距離をｆ2とすると、レンズ３４とレンズ４８との距離が、各々の焦点距離の和（ｆ1＋ｆ2）より小さい場合には、信号光の集光面と参照光の集光面とは異なる。そのとき、信号光の集光面において信号光（破線で示す）と参照光（実線で示す）とが広い領域で重なる。したがって、信号光の集光面にホログラム記録媒体３８を配置して、ホログラムの記録を行なうことができる。
【００３４】
この集光面では、信号光が最も小さな領域に集光されるので、記録領域を小さくできる。そのため、高記録密度化を達成することができる。さらに、信号光と参照光とが光軸方向の広い領域で重なるために、厚膜媒体を用いても、膜厚方向（光軸方向）の広い領域にホログラムを記録することができる。そのためＢｒａｇｇ条件が厳しくなり、さらなる高記録密度化を達成できる。
【００３５】
但し、ホログラム記録媒体を信号光の集光面に配置すると、高強度の０次光により記録媒体のダイナミックレンジを損失してしまう場合がある。その場合には、信号光及び参照光の２つの集光面を含まない位置に記録媒体を配置することが好ましい。
【００３６】
なお、レンズ３４とレンズ４８との距離が、各々の焦点距離の和（ｆ1＋ｆ2）より大きい場合にも、信号光の集光面において信号光と参照光とが広い領域で重なることになるので、上記と同様の効果を得ることができる。また、レンズ３４とレンズ４８との距離が、各々の焦点距離の和（ｆ1＋ｆ2）と等しくならないため、破線で示すように、ホログラム記録媒体３８からの再生光は、レンズ４８ではコリメートされないが、検出器５４の光入射側に配置されたレンズ５０、５２によってコリメート光にすることが可能である。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。図４に示すように、このホログラム記録再生装置にはレーザ発振器６０が設けられており、レーザ発振器６０からはレーザ光（Ｐ偏光）が発振され、照射される。レーザ発振器６０のレーザ光照射側には、レーザ光を遮断するためのシャッター６２が光路から退避可能に配置されている。シャッター６２の光透過側には、Ｐ偏光を透過し且つＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ６４が配置されている。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ６４の光透過側には、直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板７８が光路から退避可能に配置されている。１／４波長板７８の光透過側には、参照光用のレーザ光を集光して球面参照波からなる参照光を生成するレンズ６６が配置されている。このレンズ６６は、ホログラム記録媒体６８にＰ偏光を参照光として照射する。
【００３９】
レンズ６６としては、小径の短焦点距離のレンズを用いることが好ましい。短焦点距離のレンズを用いることで、レーザ発振器６０から射出された小径のビームを、拡大レンズ等を挿入することなく、そのまま利用することができる。
【００４０】
上述した参照光の一部は、ホログラム記録媒体６８を透過する。ホログラム記録媒体６８の光透過側には、ホログラム記録媒体６８を透過したレーザ光をコリメートするレンズ７０、Ｐ偏光を透過し且つＳ偏光を遮断する偏光板７２、及び供給された各ページ毎の記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムの各ページを記録するための信号光を生成する反射型の空間光変調素子７４が設けられている。なお、信号光と参照光との強度比を調節するために、レンズ７０と偏光板７２との間に、ＮＤフィルタ等の強度変調素子を配置してもよい。
【００４１】
記録媒体６８から再生された再生光における偏光ビームスプリッタ６４の光反射側には、レンズ８０、８２、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成され、受光した再生光を電気信号に変換して出力する検出器８４が配置されている。検出器８４はパーソナルコンピュータ（図示せず）に接続されている。また、パーソナルコンピュータは、パターン発生器を介して空間光変調素子７４に接続されている。また、パーソナルコンピュータには、シャッター６２及び１／４波長板７８を別々に駆動する駆動装置（図示せず）が接続されている。
【００４２】
ホログラムの記録時には、まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、シャッター６２及び１／４波長板７８を各々光路から退避させてレーザ光が通過できるようにする。次に、レーザ発振器６０からレーザ光を照射すると共に、パーソナルコンピュータ（図示せず）から各ページ毎の記録信号を所定のタイミングで空間光変調素子７４に供給し、ホログラム記録媒体６８へのホログラム記録処理を実行する。
【００４３】
即ち、レーザ発振器６０から射出されたレーザ光（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ６４に入射する。偏光ビームスプリッタ６４を透過したＰ偏光は、レンズ６６で集光され、球面参照波からなる参照光が生成される。生成されたＰ偏光の参照光は、ホログラム記録媒体６８に照射される。ホログラム記録媒体６８を透過したレーザ光は、レンズ７０で大径のビームにコリメートされ、偏光板７２を透過して、信号光用のレーザ光として空間光変調素子７４に入射する。
【００４４】
入射されたレーザ光は、反射型の空間光変調素子７４により、供給された各ページ毎の記録信号に応じて変調され、信号光が生成される。反射型の空間光変調素子７４で変調された光のうち、Ｐ偏光の信号光のみが、偏光板７２を通過し、レンズ７０で集光されて、参照光とは異なる側からホログラム記録媒体６８に同軸で照射される。このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体６８に同時に照射されることにより、各ページのホログラム記録が行われる。
【００４５】
ホログラムの再生時には、まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、１／４波長板７８を光路中に挿入する。これにより、偏光ビームスプリッタ６４を透過したＰ偏光は、１／４波長板７８で円偏光に変換され、レンズ６６で集光されて、ホログラム記録媒体６８に照射される。ホログラム記録媒体６８で回折された再生光は、逆回りの円偏光となり、レンズ６６側に射出される。
【００４６】
逆回りの円偏光は、レンズ６６を透過し、１／４波長板７８で直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ６４に入射する。再生光であるＳ偏光だけが、偏光ビームスプリッタ６４で選択的に反射され、レンズ８０、８２を介して検出器８４で受光されて、各ページのホログラム像が再生される。
【００４７】
以上説明した通り、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ホログラム記録媒体に対し信号光と参照光とが反対方向から同軸で照射されるので、反射型ホログラムを記録することができる。この反射型ホログラムでは、記録媒体の厚み方向を利用してホログラムを多重記録することができ、高密度記録を達成することができる。
【００４８】
また、第２の実施の形態では、ホログラム記録媒体を透過した参照光を信号光用の光として用いているので、光量ロスを低減することができると共に、信号光と参照光とを同軸とするための光学系が簡単になり、装置のコンパクト化、低コスト化、故障率の低下を図ることができる。
【００４９】
なお、シフト多重記録を行なう場合には、ホログラム記録媒体６８を光軸と平行な回転軸の周りに回転させながら多重記録を実施する外に、図５に示すように、ホログラム記録媒体６８の主面に沿った方向（矢印Ａ方向）に平行に移動させながら多重記録を実施してもよく、ホログラム記録媒体６８の主面の法線と光軸とが交差するようにホログラム記録媒体６８を矢印Ｂ方向に回転させながら多重記録を実施してもよい。
【００５０】
また、図４に示す構成で、レンズ６６として短焦点距離のレンズを用いる場合には、レンズ６６と偏光ビームスプリッタ６４とが接近し過ぎてしまい、レンズ６６と偏光ビームスプリッタ６４との間に１／４波長板７８を配置することが物理的に困難になる。この場合に、図６に示すように、長焦点距離のレンズ８６を、レンズ６６と偏光ビームスプリッタ６４との間に挿入することが好ましい。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ６４を透過したコリメート光が、長焦点距離のレンズ８６を透過すると、その透過光は厳密にはコリメート光ではなくなるが、レンズ８６の焦点距離は長いため、略コリメート光とみなすことができる。従って、レンズ６６の焦点距離をｆ3、レンズ７０の焦点距離をｆ4とした場合に、レンズ６６とレンズ７０との間隔を（ｆ3＋ｆ4）とすることで、レンズ７０を透過した光を略コリメート光とすることができる。
【００５２】
また、レンズ７０により更に厳密なコリメート光を生成するためには、レンズ６６とレンズ７０との間隔を（ｆ3＋ｆ4）より小さくすることが好ましい。再生時には、記録媒体６８から生成された再生光はレンズ６６によりフーリエ変換されて、レンズ６６とレンズ８６との間で結像され、その像がレンズ８６とレンズ８２によりリレーされて、検出器８４に入射する。長焦点距離のレンズ８６を挿入することで、レンズ６６とレンズ８６との間の距離を大きくすることができ、１／４波長板７８の配置場所の確保が容易になる。
【００５３】
また、図７に示すように、レーザ発振器６０と偏光ビームスプリッタ６４との間に、計算機ホログラム（ＣＧＨ）等の回折素子７６を挿入することもできる。回折素子７６を挿入した以外は、図４に示す装置と同じ構成である。回折素子７６を挿入することで、ホログラム記録媒体６８を信号光のフーリエ変換面に置いてホログラムを記録することができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。図８に示すように、このホログラム記録再生装置では、レーザ発振器６０と偏光ビームスプリッタ６４との間に、入射光の強度分布又は位相分布を変調する回折素子７６Ａ、レンズ１２０、１２２が挿入されている。また、ホログラム記録媒体６８の信号光入射側には、ホログラム記録媒体６８に近接して、アパーチャ１２４Ａが形成された遮光板１２４が配置されている。これらの点以外は、図４に示すホログラム記録再生装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５５】
回折素子７６Ａとしては、ホログラム記録媒体６８の位置であるフーリエ変換面における参照光のパターンを設計することができる計算機ホログラム（ＣＧＨ）等を用いることができる。また、回折素子７６Ａとしては、位相変調型の回折素子が好ましく、特にキノフォームを用いることで、光量ロスを低減することができる。
【００５６】
また、レンズ１２０とレンズ１２２とは、レーザ発振器６０の出射光が回折格子７６Ａにより変調された光を倍率ｍで拡大又は縮小して、レンズ６６の前焦平面にリレーする。後述する通り、そのリレーされた像をレンズ６６によりフーリエ変換して、記録媒体６８に照射し、信号光と干渉させてホログラムを記録する。
【００５７】
ここで、信号光の特定の周波数領域だけを参照光で照射するように、参照光のパターンを設計することにより、光の利用効率を上げることができる。例えば、空間光変調素子７４の画素間隔をｐ2、レンズ７０の焦点距離をｆ4とすると、アパーチャ１２４Ａを透過した信号光に含まれる全空間周波数成分は、フーリエ変換面において光軸を中心として一辺の長さがλｆ4／ｐ2以下の正方形の範囲にあると仮定することができる。この場合、参照光に含まれる最大空間周波数成分が、該範囲を包含するより広い範囲にあれば、フーリエ変換面で信号光と参照光とが重なり、ホログラムを記録することができる。そのためには、レンズ６６の焦点距離をｆ3、回折素子７６Ａの画素間隔をｑとすると、ｆ4／ｐ2≦ｆ3／（ｍｑ）を満たすことが好ましく、ｆ4／ｐ2＝ｆ3／（ｍｑ）を満たすことがより好ましい。なお、ｍは、レンズ１２０とレンズ１２２の拡大倍率である。
【００５８】
なお、アパーチャ１２４Ａの大きさは、レンズ７０の焦点距離をｆ4、空間光変調素子７４の画素間隔をｐ2、レーザ光の波長をλとすると、１λｆ4／ｐ2〜２．５λｆ4／ｐ2の範囲とすることが好ましく、１λｆ4／ｐ2〜１．５λｆ4／ｐ2の範囲がより好ましい。
【００５９】
図９（Ａ）及び（Ｂ）に、本実施の形態で使用した回折素子７６Ａの構成を示す。この平板状の回折素子７６Ａは、矩形に打ち抜かれた中空領域１２８と、その周囲を取り囲む外枠領域１２６とで構成されている。外枠領域１２６では入射光の強度分布又は位相分布が変調されるが、中空領域１２８では変調されない。ここで、矩形の中空領域１２８は、反射型の空間光変調素子７４に信号光パターン領域の相似形とする。この回折素子７６Ａでは、中空領域１２８の面積を設計することによって、反射型の空間光変調素子７４にコリメート光のみを照射することができる。それにより、質の良い信号光を得ることができる。中空領域１２８の面積をＡ、レンズ６６とレンズ７０とにより拡大される面積の倍率をＭ、反射型の空間光変調素子７４の信号光パターンの領域の面積をＢとすると、Ａ≧Ｂ／Ｍであることが好ましく、Ａ≧１．２Ｂ／Ｍであることがより好ましい。中空領域１２８の面積Ａを設計することによるその他の利点は、信号光と参照光の強度バランスを調整することができることである。
【００６０】
ホログラムの記録時には、まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、シャッター６２及び１／４波長板７８を各々光路から退避させてレーザ光が通過できるようにする。次に、レーザ発振器６０からレーザ光を照射すると共に、パーソナルコンピュータ（図示せず）から各ページ毎の記録信号を所定のタイミングで空間光変調素子７４に供給し、ホログラム記録媒体６８へのホログラム記録処理を実行する。
【００６１】
レーザ発振器６０から射出されたレーザ光は、回折素子７６Ａに入射する。入射したレーザ光は、図１０において破線で示すように回折素子７６Ａの中空領域１２８を通過するが、実線で示すように外枠領域１２６では所定パターンに強度又は位相が変調されて射出される。回折素子７６Ａから射出されたレーザ光は、レンズ１２２、１２０を透過して、偏光ビームスプリッタ６４に入射する。
【００６２】
偏光ビームスプリッタ６４を透過したＰ偏光は、レンズ１２０の後焦平面をその前焦平面とするレンズ６６で集光され、回折素子７６Ａの強度分布又は位相分布に起因する回折パターンからなる参照光が生成される。生成されたＰ偏光の参照光は、ホログラム記録媒体６８に照射される。ホログラム記録媒体６８を透過したレーザ光、特に、回折素子７６Ａの中空領域１２８を通過した０次光は、レンズ７０で大径のビームにコリメートされ、偏光板７２を透過し、信号光用のレーザ光として空間光変調素子７４に入射する。
【００６３】
入射されたレーザ光は、反射型の空間光変調素子７４により、供給された各ページ毎の記録信号に応じて変調され、信号光が生成される。反射型の空間光変調素子７４で変調された光のうち、Ｐ偏光の信号光のみが偏光板７２を通過し、レンズ７０で集光され、遮光板１２４に形成されたアパーチャ１２４Ａを通過して、参照光とは異なる側からホログラム記録媒体３８に同軸で照射される。このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体６８に同時に照射されることにより、各ページのホログラム記録が行われる。
【００６４】
なお、ホログラムの再生方法は、第２の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００６５】
以上説明した通り、第３の実施の形態では、第１、第２の実施の形態と同様に、反射型ホログラムを記録することができ、記録媒体の厚み方向を利用したホログラムの多重記録により高密度記録を達成することができる。また、第２の実施の形態と同様に、ホログラム記録媒体を透過した参照光を信号光用の光として用いているので、光量ロスを低減することができると共に、信号光と参照光とを同軸とするための光学系が簡単になり、装置のコンパクト化、低コスト化、故障率の低下を図ることができる。
【００６６】
加えて、第３の実施の形態では、回折素子を挿入することにより、フーリエ変換面における信号光と参照光とが重なる領域を最適化できるため、高い光利用効率を実現することができる。その結果、ホログラムの記録時間を短縮することができる。また、図１０に示すように、回折素子７６Ａの中空領域１２８を通過した光（破線で示す）だけが空間光変調素子７４に入射するように、中空領域１２８の大きさ又は空間光変調素子７４のサイズを調整する。これにより、中空領域１２８を通過した光以外の光は、空間光変調素子７４に入射しない。従って、低ノイズで高品質の信号光を生成することができる。
【００６７】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。図１１に示すように、このホログラム記録再生装置にはレーザ発振器９０が設けられており、レーザ発振器９０からはレーザ光（Ｐ偏光）が発振され、照射される。レーザ発振器９０のレーザ光照射側には、レーザ光を遮断するためのシャッター９２が光路から退避可能に配置されている。シャッター９２の光透過側には、Ｐ偏光を透過し且つＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ９４が配置されている。
【００６８】
偏光ビームスプリッタ９４の光透過側には、直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板１０６が光路から退避可能に配置されている。１／４波長板１０６の光透過側には、参照光用のレーザ光を集光して球面参照波からなる参照光を生成するレンズ９６が配置されている。このレンズ９６は、ホログラム記録媒体９８にＰ偏光を参照光として照射する。また、偏光ビームスプリッタ９４の光反射側には、反射ミラー１０８が配置されている。
【００６９】
上述した参照光は、ホログラム記録媒体９８を透過する。ホログラム記録媒体９８の光透過側には、ホログラム記録媒体９８を透過したレーザ光をコリメートするレンズ１００、及び偏光ビームスプリッタ１０２が配置されている。レンズ１００と偏光ビームスプリッタ１０２との間には、１／４波長板１１０が光路から退避可能に配置されている。偏光ビームスプリッタ１０２の光透過側には、供給された各ページ毎の記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムの各ページを記録するための信号光を生成する反射型の空間光変調素子１０４が設けられている。
【００７０】
偏光ビームスプリッタ１０２の光反射側には、ＣＣＤ等の撮像素子で構成され、受光した再生光を電気信号に変換して出力する検出器１１２が配置されている。検出器１１２はパーソナルコンピュータ（図示せず）に接続されている。また、パーソナルコンピュータは、パターン発生器を介して空間光変調素子１０４に接続されている。また、パーソナルコンピュータには、シャッター９２及び１／４波長板１０６、１１０を別々に駆動する駆動装置（図示せず）が接続されている。
【００７１】
ホログラムの記録時には、まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、シャッター９２及び１／４波長板１０６，１１０を各々光路から退避させてレーザ光が通過できるようにする。次に、レーザ発振器９０からレーザ光を照射すると共に、パーソナルコンピュータ（図示せず）から各ページ毎の記録信号を所定のタイミングで空間光変調素子１０４に供給し、ホログラム記録媒体９８へのホログラム記録処理を実行する。
【００７２】
即ち、レーザ発振器９０から射出されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ９４に入射する。偏光ビームスプリッタ９４を透過したＰ偏光は、レンズ９６で集光され、球面参照波からなる参照光が生成される。生成されたＰ偏光の参照光は、ホログラム記録媒体９８に照射される。ホログラム記録媒体９８を透過したレーザ光は、レンズ１００で大径のビームにコリメートされ、偏光ビームスプリッタ１０２を透過して、信号光用のレーザ光として空間光変調素子１０４に入射する。
【００７３】
入射されたレーザ光は、反射型の空間光変調素子１０４により、供給された各ページ毎の記録信号に応じて変調され、信号光が生成される。反射型の空間光変調素子１０４で変調された光のうち、Ｐ偏光の信号光のみが偏光ビームスプリッタ１０２を透過し、レンズ１００で集光されて、参照光とは異なる側からホログラム記録媒体９８に同軸で照射される。このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体９８に同時に照射されることにより、各ページのホログラム記録が行われる。
【００７４】
なお、ホログラムの記録時において、偏光ビームスプリッタ９４は必須の構成要素ではない。このため、ホログラムの記録時に、偏光ビームスプリッタ９４を光路から退避させ、ホログラムの再生時に、偏光ビームスプリッタ９４を光路中に挿入するようにしてもよい。
【００７５】
ホログラムの再生時には、まず、駆動装置（図示せず）を駆動し、１／４波長板１０６，１１０を光路中に挿入する。これにより、偏光ビームスプリッタ９４を透過したＰ偏光は、１／４波長板１０６で円偏光に変換され、レンズ９６で集光されて、ホログラム記録媒体９８に照射される。ホログラム記録媒体９８で回折された再生光は、逆回りの円偏光となり、レンズ９６側に射出される。
【００７６】
逆回りの円偏光は、レンズ９６を透過し、１／４波長板１０６で直線偏光（Ｓ偏光）に変換され、偏光ビームスプリッタ９４に入射する。再生光であるＳ偏光だけが、偏光ビームスプリッタ９４で選択的に反射されて射出される。偏光ビームスプリッタ９４から射出された光は、ミラー１０８で反射されて、偏光ビームスプリッタ９４に再度入射する。ミラー１０８からの反射光の偏光はＳ偏光のままである。このＳ偏光の反射光は偏光ビームスプリッタ９４で反射されて射出される。
【００７７】
偏光ビームスプリッタ９４から再度射出されたＳ偏光は、１／４波長板１０６で逆回りの円偏光に変換され、レンズ９６で集光されて、ホログラム記録媒体９８に照射される。ホログラム記録媒体９８を透過した再生光は、レンズ１００によりコリメートされ、１／４波長板１１０により直線偏光（Ｓ偏光）に変換されて、偏光ビームスプリッタ１０２に入射する。再生光であるＳ偏光だけが、偏光ビームスプリッタ１０２で選択的に反射されて射出される。射出された光が検出器１１２で受光され、各ページのホログラム像が再生される。
【００７８】
以上説明した通り、第４の実施の形態では、第１、第２の実施の形態と同様に、反射型ホログラムを記録することができ、記録媒体の厚み方向を利用したホログラムの多重記録により高密度記録を達成することができる。また、第２の実施の形態と同様に、ホログラム記録媒体を透過した参照光を信号光用の光として用いているので、光量ロスを低減することができると共に、信号光と参照光とを同軸とするための光学系が簡単になり、装置のコンパクト化、低コスト化、故障率の低下を図ることができる。
【００７９】
加えて、第４の実施の形態では、再生光は位相共役により、各光学素子で発生する歪みの影響を小さくできるため、ビットエラーレートを小さくすることができる。
【００８０】
なお、上記では、反射型の空間光変調素子１０４の近傍に偏光ビームスプリッタ１０２を配置しているが、偏光記録可能な媒体に偏光ホログラムを記録し再生する場合には、偏光ビームスプリッタ１０２を省略することができる。この場合、再生時には、反射型の空間光変調素子１０４に代えて検出器１１２を配置する。また、１／４波長板１０６，１１０の挿入も不要である。
【００８１】
上述した第２及び第３の実施の形態においては、強度変調によるホログラム記録及び再生の方法について説明した。第２及び第３の実施の形態において、偏光記録可能な媒体を用いる場合について以下に説明する。例えば、図４又は図８において、ホログラム記録媒体６８に偏光記録可能な媒体を用いる場合には、偏光板７２がＳ偏光を透過し且つＰ偏光を遮断するように透過軸を設定する。これにより、Ｓ偏光の信号光とＰ偏光の参照光とによって、ホログラム記録媒体６８に偏光ホログラムを記録することができる。
【００８２】
再生時には、１／４波長板７８の挿入は不要である。読出し光のＰ偏光をホログラム記録媒体６８に記録された偏光ホログラムに照射すると、Ｓ偏光の再生光が偏光ビームスプリッタ６４の方向に射出され、さらに偏光ビームスプリッタ６４により反射され、検出器８４で検出される。この場合、読出し光の散乱に起因するＰ偏光のノイズは、Ｓ偏光の再生光と偏光面が直交しているため、偏光ビームスプリッタ６４を透過し、検出器８４には入射しない。従って、検出器８４で検出される再生像のＳＮ比を大きくすることが可能である。
【００８３】
また、ＮＤフィルタのような強度変調素子を、ホログラム記録媒体６８と空間光変調素子７４との間の任意の位置に配置することで、信号光と参照光との強度比の調節を行うことも可能である。強度変調素子は、偏光板７２と空間光変調素子７４との間に配置することが好ましい。なお、第４の実施の形態においても、ＮＤフィルタのような強度変調素子を、偏光ビームスプリッタ１０２と空間光変調素子１０４との間に配置することで、信号光と参照光との強度比の調節を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。
【図２】レンズの焦点位置とホログラム記録媒体の位置との関係を示す図である。
【図３】レンズの焦点距離とレンズ間の距離との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。
【図５】ホログラム記録媒体の移動方向を示す図である。
【図６】長焦点距離のレンズを挿入した変形例を示す図である。
【図７】回折素子を挿入した変形例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。
【図９】（Ａ）は第３の実施の形態で使用した回折素子の構成を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１０】回折素子の中空領域を通過した光だけが空間光変調素子に入射する様子を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０       レーザ発振器
１２       シャッター
１４       波長板
１６       拡大レンズ
２０       反射ミラー
２２       偏光ビームスプリッタ
２４       反射ミラー
２６       シャッター
２８       反射ミラー
３０       波長板
３２       空間光変調素子
３４       レンズ
３６Ａ     アパーチャ
３６       遮光板
３８       ホログラム記録媒体
４０       波長板
４２       反射ミラー
４４       偏光ビームスプリッタ
４６       波長板
４８       レンズ
５０       レンズ
５４       検出器
６０       レーザ発振器
６２       シャッター
６４       偏光ビームスプリッタ
６６       レンズ
６８       ホログラム記録媒体
７０       レンズ
７２       偏光板
７４       空間光変調素子
７６       回折素子
７６Ａ     回折素子
７８       波長板
８０       レンズ
８２       レンズ
８４       検出器
８６       長焦点レンズ
９０       レーザ発振器
９２       シャッター
９４       偏光ビームスプリッタ
９６       レンズ
９８       ホログラム記録媒体
１００     レンズ
１０２     偏光ビームスプリッタ
１０４     空間光変調素子
１０６     波長板
１０８     反射ミラー
１１０     波長板
１１２     検出器
１２０     レンズ
１２２     レンズ
１２４Ａ   アパーチャ
１２４     遮光板
１２６     外枠領域
１２８     中空領域
【図１】
0004815944.tif 000002
【図２】
0004815944.tif 000003
【図３】
0004815944.tif 000004
【図４】
0004815944.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004815944.tif 000007
【図７】
0004815944.tif 000008
【図８】
0004815944.tif 000009
【図９】
0004815944.tif 000010
【図１０】
0004815944.tif 000011
【図１１】
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