(57)【要約】 【課題】設計の自由度を向上させて装置の小型化を図り且つ、シフト多重方式のホログラム記録密度を向上させること。【解決手段】記録時に、空間光変調器８で空間光変調された記録光１００と前記波面をランダム位相マスク１６でランダムに乱された参照光２００の光軸をビームスプリッタ２６により一致させてホログラム記録媒体１２の記録エリアに入射させることにより、前記記録エリア及び再生エリアの位置の変化に追従して移動させるレンズをレンズ１０と２０だけにでき、その分、設計の自由度を向上させて装置の小型化を図ることができる。また、参照光２００の波面をランダムに乱すことにより、シフト選択性をイントラック並びにクロストラック方向に鋭敏にしてシフト多重方式のホログラム記録密度を向上させることができる。【選択図】図１
2005165033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、
前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、
前記空間光変調された第１の光ビームと前記波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を一致させて同一方向に伝搬させる光軸共通化手段と、
を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記第１の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第２の光ビームを前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を受光して再生信号を得る撮像手段を設けることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記回折光から前記第２の光ビームを取り除く光ビーム除去手段を設けることを特徴とする請求項２記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記波面をランダムに乱された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる発散用光学レンズを設けたことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、
前記ホログラム記録媒体の前記第１または第２の光ビームが入射される面とは反対の面に形成されて光を反射する反射体と、
前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、
前記空間光変調された第１の光ビームと前記波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を共通として同一方向に伝搬させる光軸共通化手段と、
前記第２の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第１の光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録エリアに集光させる光学レンズと、
前記第１の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第２の光ビームを前記光学レンズを通して前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光の前記反射体による折り返し光を前記光学レンズを通して集光する撮像手段と、
を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項６】
前記光学レンズを通して前記撮像素子に集光される光ビームから前記第２の光ビームを除去する光ビーム除去手段を具備することを特徴とする請求項５記載のホログラム記録再生装置。
【請求項７】
前記波面をランダムに乱された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる発散用光学レンズを設けたことを特徴とする請求項５記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
前記光ビーム除去手段は、アパーチャと、前記光ビームの中の回折光を収斂させて前記アパーチャを通過するようにする光ビーム除去用の複数枚の光学レンズとを有することを特徴とする請求項３または６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、シフト多重方式によりホログラムを記録再生するホログラム記録再生装置に係り、特に装置の小型化と記録密度の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報を記録メディアに３次元的に記録することで、大きな記録容量が達成可能とされるホログラムメモリー分野においては、従来から、角度多重、シフト多重、波長多重、位相変調多重など様々な記録再生方法が提案されている。中でもディスクに代表される回転媒体を用いたホログラムの記録再生には、シフト多重記録方式を採るのが好適である。
【０００３】
このシフト多重方式ホログラム記録を行う従来の記録再生装置は、図５に示すような構成を有している。ホログラム記録メディア１２にデータを記録する場合、シャッタ３が閉まった状態で、記録するデータページを空間光変調器（透過性の液晶表示装置）８に表示させると共に、スピンドルモータ２４を回転させてホログラム記録メディア１２の記録場所（記録エリア）を決めた後、シャッタ３を開ける。
【０００４】
これにより、レーザー光源２から照射された干渉性を持つレーザー光はシャッタ３を通してビームスプリッタ４に入射し、記録光１００と参照光２００に分岐される。記録光１００はミラ−６を介して空間光変調器８に入射され、記録光１００はデータページが表示された空間光変調器８を通ることで、空間光変調（振幅変調）される。変調された記録光は記録光レンズ（光学レンズ）１０によりホログラム記録メディア１２の記録エリアに集光される。
【０００５】
一方、参照光２００はミラー１４によりその進行方向を変えた後、レンズ１８により記録光１００とホログラム記録メディア１２中で一定の角度をもって交わる様に照射され干渉縞を発生させる。この干渉縞の空間分布に従った屈折率分布として上記したデータページ（ホログラム）がホログラム記録メディア１２に記録される。
【０００６】
一枚のホログラムを記録した後は、ホログラム記録メディア１２を光学系に対して相対的に一定距離移動させ、次のホログラムを記録する。図５の場合は、一枚のホログラム記録メディア１２を記録する毎にスピンドルモータ２４によってディスク状ホログラムメディアを一定角度回転させる。ホログラム記録メディア１２が一周回転したら、半径方向に光学系、若しくはホログラム記録メディア１２を移動し、再びメディア周内方向の記録を行う。以上を繰り返して、ホログラム記録メディア１２の全面に亙って多数のホログラムを記録する。
【０００７】
このようにして記録したホログラムを再生する際は、そのホログラムを記録した時と同じ位置より、同じ波面の参照光（再生照明光と同じ）をホログラム記録メディア１２に対して照射する。これにより、ホログラム記録メディア１２の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光が発生し、この回折光がレンズ２０によりディテクタ２２内の撮像素子に集光されて受光され、得られた受光信号は解析されて元の画像データ（データページ）になる。
【０００８】
ここで、ホログラム記録メディア１２が記録する波長と比較して十分に厚い場合、各ホログラムが空間的に一部重なっていても、それぞれのホログラム間のシフト量がある一定値より大きければ、目的のホログラムのみが再生されることが知られている。このシフト量のある一定値は、参照光２００と記録光１００の交角や、各々のレンズのｆ値、及びホログラム記録メディア１２の厚さ等に依存するが、イントラック方向では数μｍから数十μｍ程度の値を実現することが可能である（例えば特許文献１参照）。なお、参照光として球面波を用いると、異方性が生じ、クロストラック方向のシフト選択性は１ｍｍくらいとなる。
【特許文献１】特開２０００−８９６４８号公報  （第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光メモリー分野で現在商業的に確立されている光ディスク記録再生装置の事例を考えてみると、装置小型化の重要な要因のーつとして、光ピックアップの小型化が挙げられる。一方、シフト多重方式のホログラム記録再生装置では、光ディスクピックアップと同様の働きをする要素が、参照光用、記録光用、及び再生光用の各レンズ１８、１０、２０であり、これらレンズ１８、１０、２０はホログラム記録メディア１２の情報記録又は再生位置に追従して移動させなければならず、移動させるレンズが多いと、これらレンズを移動させるアクチュエータか複雑で大きくなったり、サーボ系が複雑になって設計上の自由度が少なくなる。それ故、装置を小型化する設計が容易でなくなって既存の光ディスク記録再生装置と同等に小型化することが困難であった。
【００１０】
また、シフト多重は、ホログラム記録メディアの記録場所を僅かずつ平行移動させて多重記録する方法である。しかし、参照光として球面波を用いるため、異方性があり、一方向にしか記録密度を上げることができなかった。即ち、ディスク状の記録媒体の場合、上記したようにイントラック方向ではシフト選択性は１０μｍくらいとれて密度を上げられるが、クロストラック方向のシフト選択性は１ｍｍくらいとなり、記録トラックピッチが広くなって記録密度が上げられないという特性があった。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、設計の自由度を向上させて装置の小型化を図ることができ且つ、シフト多重方式のホログラム記録密度を向上させることができるホログラム記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するため、空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、前記空間光変調された第１の光ビームと前記波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を一致させて同一方向に伝搬させる光軸共通化手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記波面をランダムに乱された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる発散用光学レンズを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記回折光から前記第２の光ビームを取り除く光ビーム除去手段を設けることを特徴とする。
【００１５】
このように本発明のホログラム記録再生装置では、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させて両光ビームの干渉縞を生成し、これをホログラム記録媒体の記録エリアに記録することにより、光軸が共通の記録光と参照光を共通のレンズで前記記録エリアに入射させることができる。これにより、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズは記録時には最低１個で済ますことができ、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減することができる。それ故、レンズを移動させるアクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が増して装置を小型化する設計を容易に行うことができる。また、参照光の波面をランダム位相体でランダムに乱すことにより、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致を僅かな移動距離で得ることができるようにして、イントラック並びにクロストラックのいずれの方向にも鋭いシフト選択性を確保することができる。それ故、ホログラム記録メディアのシフト量を小さくでき、ホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。また、前記波面をランダムに乱された参照光と記録光の集光状態を前記ホログラム記録媒体のところで異なる状態とすることにより、再生時に前記ホログラム記録媒体に照射される再生参照光が前記回折光に混入して撮像手段に入射される量を少なくできるように、例えば再生参照光を撮像手段のところで発散するようにすることができるため、再生信号のＳ／Ｎを向上させることができる。更に、再生時に前記ホログラム記録媒体に照射する再生参照光が前記回折光に混入しないように再生参照光を積極的に除去することにより、再生信号のＳ／Ｎをより一層向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、前記ホログラム記録媒体の前記第１または第２の光ビームが入射される面とは反対の面に形成されて光を反射する反射体と、前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、前記空間光変調された第１の光ビームと前記波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を共通として同一方向に伝搬させる光軸共通化手段と、前記第２の光ビームと光軸を共通化された第１の光ビームを前記ホログラム記録媒体の記録エリアに集光させる光学レンズと、前記第１の光ビームと光軸を共通化された第２の光ビームを前記光学レンズを通して前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光の前記反射体からの反射光を前記光学レンズを通して集光する撮像手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
このように本発明のホログラム記録再生装置では、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させて両光ビームの干渉縞を生成し、これをホログラム記録媒体の記録エリアに記録することにより、光軸が共通の記録光と参照光を共通のレンズで前記記録エリアに入射させることができるため、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減することができる。また、前記記録光と光軸を共通化された参照光を共通のレンズを通して前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返することにより、前記共通のレンズを通して回折光を撮像手段上に集光することができるため、最低１個のレンズをホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させれば良く、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を大幅に削減することができる。それ故、レンズを移動させるアクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が大幅に増大させて装置を小型化する設計を一層容易に行うことができる。また、参照光の波面をランダム位相体でランダムに乱すことにより、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致を僅かな移動距離で得ることができるため、イントラック並びにクロストラック方向に対しても鋭いシフト選択性を確保することができる。それ故、ホログラム記録メディアのシフト量をイントラック並びにクロストラックのいずれの方向にも小さくでき、ホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。更に、波面をランダムに乱された参照光と空間光変調された記録光の前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる発散用光学レンズを設けることにより、例えば前記参照光と同じ再生参照光が撮像手段のところで発散するようにして再生参照光が回折光に混入することによる再生信号のＳ／Ｎの劣化を防止でき、Ｓ／Ｎの良好な再生信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させてホログラム記録媒体の記録エリアに入射させることにより、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減して設計の自由度を増大させることにより、装置を小型化する設計を容易にしてホログラム記録再生装置の小型化を図ることができる。
また、再生時に、記録時の参照光と同じ再生参照光を前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返すことにより、光軸が共通の記録光及び参照光をホログラム記録媒体の記録エリアに入射するためのレンズを用いて前記回折光を撮像手段上に集光する構成をとることができる。それ故、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズを最低１個にすることができ、記録時及び再生時の前記記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を大幅に削減することができ、装置を小型化する設計を容易にしてホログラム記録再生装置の小型化をより一層促進することができる。
更に、記録光に干渉させる参照光の波面をランダムに乱すことによりイントラック並びにクロストラックのいずれの方向にもシフト選択性を鋭敏にしてシフト多重方式によるホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。
また、波面をランダムに乱された参照光と空間光変調された記録光の前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる発散用光学レンズを設けることにより、例えば前記参照光と同じ再生参照光が撮像手段のところで発散するようにして再生参照光が回折光に混入することによる再生信号のＳ／Ｎの劣化を防止でき、Ｓ／Ｎの良好な再生信号を得ることができる。更に、再生参照光が回折光に混入しないように再生参照光を積極的に除去する手段を講じることによって、再生信号のＳ／Ｎをより一層良好とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
設計の自由度を向上させて装置の小型化を図ることができ且つ、シフト多重方式のホログラム記録密度を向上させる目的を、記録時に、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させてホログラム記録媒体の記録エリアに入射させ、また、再生時に、再生参照光を前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返すことによって実現した。
【実施例１】
【００２０】
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構成を示した概略構成図である。但し、従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。ホログラム記録再生装置８０は、レーザー光源２、シャッタ３、ビームスプリッタ４、ミラー６、空間光変調器８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０、ディスク状のホログラム記録メディア（フォトポリマ材等）１２、ミラー１４、レーザビームの波面をランダムに乱すランダム位相マスク１６、レンズ１８、レンズ２０、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサより成るディテクタ２２、スピンドルモータ２４を有している。
【００２１】
但し、特許請求の範囲のホログラム記録媒体はホログラム記録メディア１２に相当し、ランダム位相体はランダム位相マスク１６に相当し、撮像手段はディテクタ２２に相当し、発散用光学レンズはレンズ１８に相当する。
【００２２】
ここで、本実施の形態のホログラム記録再生装置８０の参照光２００の光路中には、従来例と異なり、ランダム位相マスク１６が挿入されている。ランダム位相マスク１６は、例えば擦りガラスの様な、表面に無数の不規則な起伏を有するガラスが好適である。この
ようなランダム位相マスク１６はリソグラフィーとエッチングを組み合わせたガラス表面のパタ一ニングにより作成可能で且つ、同方法により同一品を多数作成することができる。
【００２３】
ランダム位相マスク１６とレンズ１８の位置は、ランダム位相マスク１６がビームスプリッタ４寄りで、レンズ１８がビームスプリッタ２６寄りであれば、ビームスプリッタ４とレンズ１８はビームスプリッタ２６の間のどの位置でも良い。但し、その場合、ビームスプリッタ４とレンズ１８の距離及びレンズ１８とホログラム記録メディア１２との距離は、ホログラム記録メディア１２のところで参照光２００と記録光１００の集光状態が異なるようにして、ディテクタ２２のところで参照光２００が例えば発散するような条件を満たすものとする。
【００２４】
また、レーザー光源２としては、ホログラム記録が可能な数ｃｍ以上の可干渉距離を有すレーザを発生するものであれば、どの様なレーザでも使用可能であるが、その波長は一般的にホログラム記録メディア１２が感度を有する可視波長域、とりわけ４００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度のものが好適である。
【００２５】
次に本実施の形態の動作について説明する。図１にて、ホログラム記録メディア１２にデータを記録する場合、シャッタ３が閉まった状態で、記録するデータページが空間光変調器（透過性の液晶表示装置）８に表示されると共に、スピンドルモータ２４が回転してホログラム記録メディア１２の記録場所（記録エリア）を決めた後、シャッタ３が開らく。
【００２６】
これにより、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッタ３を通してビームスプリッタ４に入射し、記録光１００と参照光２００に分岐される。記録光１００はミラー６を介して空間光変調器８に入射され、記録光１００はデータページが表示された空間光変調器８を通ることで、空間光変調（振幅変調）される。変調された記録光はビームスプリッタ２６に入射される。
【００２７】
一方、参照光２００はミラー１４を介してランダム位相物体１６に入射されることにより波面がランダムに乱れた参照光２００となり、その後レンズ１８を通してビームスプリッタ２６に入射される。空間光変調された記録光１００と波面がランダムに乱れた参照光２００はビームスプリッタ２６により再び合成され、レンズ１０に入射する。
【００２８】
ここで、ホログラムとして記録されるのは、レンズ１０による空間光変調器８に表示された実像であっても良いし、空間光変調器８の前記実像のフーリエ変換像であっても良い。しかしながら、ホログラム１枚あたりのサイズが小さいこと及び、ホログラム記録メディア１２に生じる欠陥の影響を受け難いことから、フーリエ変換像を記録する方法がより一般的である。
【００２９】
レンズ１０の主平面に対して、空間光変調器８及びホログラム記録メディア１２の双方を、レンズ１０の焦点距離ｆだけ離れた場所に設置することにより、ホログラム記録メディア１２にフーリエ変換ホログラムを記録することができる。ここで参照光２００はレンズ１８により記録光１００と異なるコリメート状態でレンズ１０に入射する為、ホログラム記録メディア１２中では記録光集光位置とは異なる位置に集光される。その後、シャッタ３が閉じる。
【００３０】
次に、空間光変調器８に次に記録するデータページが表示されると共に、スピンドルモータ２４が僅かに回転して、ホログラム記録メディア１２をδだけ動かすと、記録光１００と参照光２００が集光される部分が相対的にδ動くことになる。この状態で、シャッタ３が開くと、次に記録するデータページがホログラム記録メディア１２の記録光（波線）１００と参照光（波線）２００の集光領域（記録エリア）にホログラム記録される。
【００３１】
もしも、参照光の光路中にランダム位相マスク１６が存在しないと仮定すると、参照光２００は単なる球面波としてホログラム記録メディア１２中に記録光１００と光軸を共有する状態で照射される。この場合、参照光波面の空間的変化が穏やかである為、一枚のデータページ（ホログラム）を記録した後、次のホログラムを記録する為に参照光波面を空間的に移動する距離を、非常に大きくとる必要が生じる（シフト選択性が緩慢になる）。このため、事実上ホログラムの重ね描きは不可能となり、記録密度は大幅に低下してしまう。
【００３２】
ところが本例のようにランダム位相マスク１６によって参照光２００の位相がランダムに空間変調されている場合、参照光波面が非常に複雑になり、参照光を僅かにシフトしただけで、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致が生じる。この為シフト選択性は、ホログラム記録メディア１２表面内のどの方向にも数μｍ程度と非常に鋭くなり、ホログラムの重ね描きが可能となるため、記録密度を非常に大きくすることが可能となる。
【００３３】
次に上記の如くデータページを記録したホログラム記録メディア１２からデータを再生する動作について説明する。まず、ビームスプリッタ４とミラー６の間にある図示されないシャッタが閉じた後、記録時の参照光２００と同一の参照光（再生参照光）をビームスプリッタ４、ミラー１４、ランダム位相物体１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ２０を通してホログラム記録メディア１２の記録トラックに照射する。これにより、ホログラム記録メディア１２の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光が発生し、この回折光（再生光）がレンズ２０によりディテクタ２２内の撮像素子に集光されて受光され、得られた受光信号は解析されて元の画像データ（データページ）になる。
【００３４】
このようにホログラムを記録した時と同じ位置から、同じ波面の参照光２００と同一の再生参照光がホログラム記録メディア１２に照射される場合、目的外のホログラムに再生参照光が不可避的に照射されても、それらの記録に使用された参照光とは波面が一致しないため、目的外のホログラムからの信号は再生されない。再生されたホログラムは、ホログラム記録メディア１２が反射膜を有しない場合には上記したようにレンズ２０によりディテクタ２２上に結像される。
【００３５】
ホログラム記録メディア１２に記録されたホログラムが空間光変調器８の実像である場合、レンズ２０はこの像をディテクタ２２上に結像するように配置され、記録されたホログラムが空間光変調器８のフーリエ像である場合は、ホログラム記録メディア１２とディテクタ２２をそれぞれレンズ２０からその焦点距離ｆだけ離れた位置に設置する。このとき再生光のみならず、ホログラム記録メディア１２に照射した再生参照光までがディテクタ２２に入射してしまうが、レンズ１８の焦点距離と設置位置を適当に選ぶことにより、再生参照光をディテクタ２２上で大きく発散させることが可能である。従って、ディテクタ２２に入射する参照光強度を、再生光強度と比較して著しく低下させることが可能で、記録信号の再生に十分な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を得ることが可能である。
【００３６】
本実施の形態によれば、光軸を共有する記録光１００と参照光２００を同一のレンズ１０を用いてホログラム記録メディア１２に照射する構成を採用することにより、ホログラム記録メディア１２の記録エリア及び再生エリアの位置の変化に図示されないアクチュエータにより追従させてその位置を移動させるレンズはレンズ１０とレンズ２０のみとなって従来よりも個数を１個削減できる。それ故、アクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が増して装置を小型化する設計を容易に行うことができる。また、アクチュエータを含めたサーボ系を簡素化することができるため、その製造コストを低減して、装置を安価に製造することができる。
【００３７】
また、参照光２００の波面をランダム位相マスク１６でランダムに乱すことにより、鋭いシフト選択性をイントラック方向及びクロストラック方向のいずれの方向にも確保することができ、それ故、ホログラム記録メディア１２のシフト量を小さくしてホログラム記録メディア１２の記録密度を大幅に向上させることができる。
【００３８】
更に、記録光１００と参照光２００の光軸を一致させたことにより、再生時に、再生光と共に再生参照光がディテクタ２２に入射するが、再生参照光はレンズ１８によりディテクタ２２上で大きく発散するようにしてあるため、良好なＳ／Ｎ比を持った再生信号を得ることができる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態では、ディテクタ２２には再生光のみ集光され、再生参照光は発散するが、発散しなくとも、集光点がずれていてディテクタ２２に入射する再生参照光の強度が再生光に比べて小さければよく、このような状態を作り出すのが、レンズ１８の機能である。それには、レンズ１８により参照光（再生参照光も同じ）２００を図２（Ａ）で示すように、ホログラム記録メディア１２の手前で集光させたり或いは、図２（Ｂ）で示すように、ホログラム記録メディア１２の後ろ側で集光させるようにして、ホログラム記録メディア１２の記録エリアで必ず集光する記録光１００とはその集光状態を異なるようにしている。
【実施例２】
【００４０】
図３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構成を示した概略構成図で、ホログラム再生系を示した図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。本実施の形態のホログラム記録再生装置８１は、ホログラム記録メディア１２の下側に、レンズ２０、３０、アパーチャ３２、レンズ３４が再生光の光軸に沿って配置され、最下段にディテクタ２２が配置されている。但し、特許請求の範囲の光ビーム除去用の複数枚の光学レンズはレンズ２０、３０に相当する。
【００４１】
ここで、レンズ１０、レンズ２０、レンズ３０、レンズ３４はそれぞれ同一の焦点距離ｆを持ち、それぞれのレンズ間は２ｆ離れているものとする。また、空間光変調器８とレンズ１０の間、ディテクタ２２とレンズ３４の間、ホログラム記録メディア１２とレンズ１０間及びアパーチャ３２とレンズ３４の間はそれぞれｆ離れているものとする。この場合の再生時において、レンズ２０による再生参照光の集光位置は、レンズ２０による再生光の集光位置よりもレンズ２０から遠くなる。この結果、レンズ３０により再生参照光は発散してしまう。従って、レンズ３０による再生光の集光位置付近に適当なアパーチャ３２を挿入すれば、アパーチャ３２を再生光は通過するが、再生参照光はアパーチャ３２のところで発散しているため、再生参照光の大部分をこのアパーチャ３２により遮断することができる。
【００４２】
本実施の形態では、ホログラム記録メディア１２により発生した再生光はアパーチャ３２を通った後、最終的にレンズ３４によりディテクタ２２に結像され、一方、再生参照光はアパーチャ３２のところで発散するため、再生参照光はほとんどアパーチャ３２により取り除くことができる。それ故、ディテクタ２２から得られる再生信号のＳ／Ｎを更に向上させることができる。また、アパーチャ３２を通過した再生参照光の一部がディテクタ２２に結像される再生光に僅かに混入するが、その強度は再生光のそれと比較して非常に弱い上、再生参照光は固定の空間変調パターンを有するので、ディテクタ２２に入射する全信号から再生参照光の空間変調パターンだけを電気的処理により取り去ることは容易で、再生信号のＳ／Ｎを更に一層向上させることができる。
【００４３】
以上はレンズ１０による参照光２００の集光位置が記録光１００の集光位置よりもレンズ１０側にあるフーリエ変換ホログラムの場合についての説明であったが、レンズ１０による参照光２００の集光位置が記録光１００の集光位置よりもレンズ１０から遠い側にある場合や、ホログラムが空間光変調器８の実像である場合も、上記と同様に光路中適当な位置にアパーチャを挿入することにより、再生参照光の大部分を遮断することが可能である。
【実施例３】
【００４４】
図４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構成を示した概略構成図で、参照光と記録光を照射するレンズ側と反対側のホログラム記録メディア３６の背面に反射膜を有する場合の再生系の構成を示したもので、記録系は図１に示した第１の実施の形態と同様であるため、図示は省略してある。但し、図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態のホログラム記録再生装置９０の再生系は、レーザー光源２、ビームスプリッタ４、ミラー１４、ランダム位相マスク１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０、ディスク状のホログラム記録メディア（フォトポリマ材等）３６、ディテクタ２２、スピンドルモータ２４を有している。なお、ホログラム記録メディア３６はレンズ１０側と反対側の表面に反射膜３６１を有している。但し、特許請求の範囲の反射体は反射膜３６１に相当する。
【００４６】
まず、図１に示したものと同様の構成の記録系によりホログラムがホログラム記録メディア３６にホログラムが記録されているものとする。再生時、レーザー光源２から出射されたレーザー光はビームスプリッタ４により再生参照光となり、ミラー６、ランダム位相物体１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０を通してホログラム記録メディア３６の記録トラックに集光する。これにより、ホログラム記録メディア３６の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光（再生光）が発生し、この再生光が反射膜３６１で折り返されてレンズ１０に戻り、更に、ビームスプリッタ２６を通してディテクタ２２上に集光され、データとして再生される。
【００４７】
本実施の形態によれば、反射膜３６１付きホログラム記録メディア３６を使用した場合、レンズ１０により再生参照光をホログラム記録メディア３６に集光させると共に、このレンズ１０を用いてホログラム記録メディア３６から反射膜３６１により折り返される再生光をディテクタ２２上に集光することもできるため、第１の実施の形態のように再生光をディテクタ２２上に集光させるための専用のレンズ２０を必要としないため、ホログラム記録メディア３６の記録再生位置に追従させるレンズはレンズ１０のみで、従来よりもレンズの個数を２個削減できる。それ故、アクチュエータを第１の実施の形態よりも更に簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が更に増して装置を小型化する設計を更に容易に行うことができる。また、アクチュエータを含めたサーボ系が簡素であるため、その製造コストを低減して、装置をより一層安価に製造することができる。
【００４８】
なお、ビームスプリッタ２６とディテクタ２２間には、図３に示した第２の実施の形態のようにレンズ３０、レンズ３４に相当する２枚のレンズとアパーチャを挿入した構成をとれば、反射膜３６１で反射されレンズ１０に戻る再生参照光の大部分を遮断することが可能となり、再生信号のＳ／Ｎを第２の実施の形態と同様に大幅に向上させることができる。
【００４９】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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構成を示した概略構成図である。
【図２】図１に示したレンズ１８の機能を説明する説明図である。
【図３】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構成を示した概略構成図である。
【図４】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構成を示した概略構成図である。
【図５】従来のシフト多重方式ホログラム記録を行うホログラム記録再生装置の構成例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
２……レーザー光源、３……シャッタ、４、２６……ビームスプリッタ、６、１４……ミラー、８……空間光変調器、１０、１８、２０、３０、３４……レンズ、１２、３６……ホログラム記録メディア、１６……ランダム位相マスク、２２……ディテクタ、２４……スピンドルモータ、３２……アパーチャ、８０、８１、９０……ホログラム記録再生装置、３６１……反射膜。
【図１】
2005165033.tif 000003
【図２】
2005165033.tif 000004
【図３】
2005165033.tif 000005
【図４】
2005165033.tif 000006
【図５】
2005165033.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、
前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、
空間光変調された前記第１の光ビームと波面をランダムに乱された前記第２の光ビームの光軸を一致させて同一方向に伝搬させる光軸共通化光学系と、
を具備するホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記第１の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第２の光ビームを、前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を受光して再生信号を得る撮像デバイスを有する請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記回折光から前記第２の光ビームを取り除く光ビーム除去デバイスを有する請求項２記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
波面をランダムに乱された前記第２の光ビームと、空間光変調された前記第１の光ビームの前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる光学レンズを有する請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、
前記ホログラム記録媒体は、前記第１または第２の光ビームが入射される面とは反対の面に光を反射する反射体が形成されており、前記ホログラム記録再生装置は、
前記第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、
空間光変調された前記第１の光ビームと波面をランダムに乱された前記第２の光ビームの光軸を共通として同一方向に伝搬させる光軸共通化光学系と、
前記第２の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第１の光ビームを、前記ホログラム記録媒体の記録エリアに集光させる第１の光学レンズと、
前記第１の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第２の光ビームを、前記第１の光学レンズを通して前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光の前記反射体による折り返し光を、前記第１の光学レンズを通して集光する撮像デバイスと、
を具備するホログラム記録再生装置。
【請求項６】
前記第１の光学レンズを通して前記撮像デバイスに集光される光ビームから前記第２の光ビームを除去する光ビーム除去デバイスを具備する請求項５記載のホログラム記録再生装置。
【請求項７】
波面をランダムに乱された前記第２の光ビームと空間光変調された前記第１の光ビームの前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる第２の光学レンズを有する請求項５記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
前記光ビーム除去デバイスは、アパーチャと、前記光ビームの中の回折光を収斂させて前記アパーチャを通過させるための複数枚の第３の光学レンズとを有する請求項３または６記載のホログラム記録再生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シフト多重方式によりホログラムを記録再生するホログラム記録再生装置に係り、特に装置の小型化と記録密度の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報を記録メディアに３次元的に記録することで、大きな記録容量が達成可能とされるホログラムメモリー分野においては、従来から、角度多重、シフト多重、波長多重、位相変調多重など様々な記録再生方法が提案されている。中でもディスクに代表される回転媒体を用いたホログラムの記録再生には、シフト多重記録方式を採るのが好適である。
【０００３】
このシフト多重方式ホログラム記録を行う従来の記録再生装置は、図５に示すような構成を有している。ホログラム記録メディア１２にデータを記録する場合、シャッタ３が閉まった状態で、記録するデータページを空間光変調器（透過性の液晶表示装置）８に表示させると共に、スピンドルモータ２４を回転させてホログラム記録メディア１２の記録場所（記録エリア）を決めた後、シャッタ３を開ける。
【０００４】
これにより、レーザー光源２から照射された干渉性を持つレーザー光はシャッタ３を通してビームスプリッタ４に入射し、記録光１００と参照光２００に分岐される。記録光１００はミラ−６を介して空間光変調器８に入射され、記録光１００はデータページが表示された空間光変調器８を通ることで、空間光変調（振幅変調）される。変調された記録光は記録光レンズ（光学レンズ）１０によりホログラム記録メディア１２の記録エリアに集光される。
【０００５】
一方、参照光２００はミラー１４によりその進行方向を変えた後、レンズ１８により記録光１００とホログラム記録メディア１２中で一定の角度をもって交わる様に照射され干渉縞を発生させる。この干渉縞の空間分布に従った屈折率分布として上記したデータページ（ホログラム）がホログラム記録メディア１２に記録される。
【０００６】
一枚のホログラムを記録した後は、ホログラム記録メディア１２を光学系に対して相対的に一定距離移動させ、次のホログラムを記録する。図５の場合は、一枚のホログラム記録メディア１２を記録する毎にスピンドルモータ２４によってディスク状ホログラムメディアを一定角度回転させる。ホログラム記録メディア１２が一周回転したら、半径方向に光学系、若しくはホログラム記録メディア１２を移動し、再びメディア周内方向の記録を行う。以上を繰り返して、ホログラム記録メディア１２の全面に亙って多数のホログラムを記録する。
【０００７】
このようにして記録したホログラムを再生する際は、そのホログラムを記録した時と同じ位置より、同じ波面の参照光（再生照明光と同じ）をホログラム記録メディア１２に対して照射する。これにより、ホログラム記録メディア１２の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光が発生し、この回折光がレンズ２０によりディテクタ２２内の撮像素子に集光されて受光され、得られた受光信号は解析されて元の画像データ（データページ）になる。
【０００８】
ここで、ホログラム記録メディア１２が記録する波長と比較して十分に厚い場合、各ホログラムが空間的に一部重なっていても、それぞれのホログラム間のシフト量がある一定値より大きければ、目的のホログラムのみが再生されることが、例えば、特開２０００−８９６４８号公報により提案されている。このシフト量のある一定値は、参照光２００と記録光１００の交角や、各々のレンズのｆ値、及びホログラム記録メディア１２の厚さ等に依存するが、イントラック方向では数μｍから数十μｍ程度の値を実現することが可能である。なお、参照光として球面波を用いると、異方性が生じ、クロストラック方向のシフト選択性は１ｍｍくらいとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光メモリー分野で現在商業的に確立されている光ディスク記録再生装置の事例を考えてみると、装置小型化の重要な要因のーつとして、光ピックアップの小型化が挙げられる。一方、シフト多重方式のホログラム記録再生装置では、光ディスクピックアップと同様の働きをする要素が、参照光用、記録光用、及び再生光用の各レンズ１８、１０、２０であり、これらレンズ１８、１０、２０はホログラム記録メディア１２の情報記録又は再生位置に追従して移動させなければならず、移動させるレンズが多いと、これらレンズを移動させるアクチュエータか複雑で大きくなったり、サーボ系が複雑になって設計上の自由度が少なくなる。それ故、装置を小型化する設計が容易でなくなって既存の光ディスク記録再生装置と同等に小型化することが困難であった。
【００１０】
また、シフト多重は、ホログラム記録メディアの記録場所を僅かずつ平行移動させて多重記録する方法である。しかし、参照光として球面波を用いるため、異方性があり、一方向にしか記録密度を上げることができなかった。即ち、ディスク状の記録媒体の場合、上記したようにイントラック方向ではシフト選択性は１０μｍくらいとれて密度を上げられるが、クロストラック方向のシフト選択性は１ｍｍくらいとなり、記録トラックピッチが広くなって記録密度が上げられないという特性があった。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、設計の自由度を向上させて装置の小型化を図ることができ且つ、シフト多重方式のホログラム記録密度を向上させることができるホログラム記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するため、空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、空間光変調された第１の光ビームと波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を一致させて同一方向に伝搬させる光軸共通化光学系とを具備する。
【００１３】
また、本発明は、波面をランダムに乱された第２の光ビームと空間光変調された第１の光ビームのホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる光学レンズを具備する。
【００１４】
また、本発明は、回折光から第２の光ビームを取り除く光ビーム除去デバイスを具備する。
【００１５】
このように本発明のホログラム記録再生装置では、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させて両光ビームの干渉縞を生成し、これをホログラム記録媒体の記録エリアに記録することにより、光軸が共通の記録光と参照光を共通のレンズで前記記録エリアに入射させることができる。これにより、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズは記録時には最低１個で済ますことができ、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減することができる。それ故、レンズを移動させるアクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が増して装置を小型化する設計を容易に行うことができる。また、参照光の波面をランダム位相体でランダムに乱すことにより、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致を僅かな移動距離で得ることができるようにして、イントラック並びにクロストラックのいずれの方向にも鋭いシフト選択性を確保することができる。それ故、ホログラム記録メディアのシフト量を小さくでき、ホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。また、波面をランダムに乱された参照光と記録光の集光状態をホログラム記録媒体のところで異なる状態とすることにより、再生時にホログラム記録媒体に照射される参照光が前記回折光に混入して撮像デバイスに入射される量を少なくできるように、例えば再生参照光を撮像デバイスのところで発散するようにすることができるため、再生信号のＳ／Ｎを向上させることができる。更に、再生時にホログラム記録媒体に照射する再生参照光が回折光に混入しないように再生参照光を積極的に除去することにより、再生信号のＳ／Ｎをより一層向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、空間光変調された第１の光ビームと第２の光ビームを干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録エリアに記録するホログラム記録再生装置であって、ホログラム記録媒体は、第１または第２の光ビームが入射される面とは反対の面に光を反射する反射体が形成されており、前記ホログラム記録再生装置は、第２の光ビームの波面をランダムに乱すランダム位相体と、空間光変調された第１の光ビームと波面をランダムに乱された第２の光ビームの光軸を共通として同一方向に伝搬させる光軸共通化光学系と、第２の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第１の光ビームを、ホログラム記録媒体の記録エリアに集光させる第１の光学レンズと、第１の光ビームの光軸と共通化された光軸を有する第２の光ビームを、第１の光学レンズを通してホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光の、反射体による折り返し光を、第１の光学レンズを通して集光する撮像デバイスとを具備する。
【００１７】
このように本発明のホログラム記録再生装置では、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させて両光ビームの干渉縞を生成し、これをホログラム記録媒体の記録エリアに記録することにより、光軸が共通の記録光と参照光を共通のレンズで前記記録エリアに入射させることができるため、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減することができる。また、前記記録光と光軸を共通化された参照光を共通のレンズを通してホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返することにより、前記共通のレンズを通して回折光を撮像手段上に集光することができるため、最低１個のレンズをホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させれば良く、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を大幅に削減することができる。それ故、レンズを移動させるアクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が大幅に増大させて装置を小型化する設計を一層容易に行うことができる。また、参照光の波面をランダム位相体でランダムに乱すことにより、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致を僅かな移動距離で得ることができるため、イントラック並びにクロストラック方向に対しても鋭いシフト選択性を確保することができる。それ故、ホログラム記録メディアのシフト量をイントラック並びにクロストラックのいずれの方向にも小さくでき、ホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。更に、波面をランダムに乱された参照光と空間光変調された記録光のホログラム記録媒体の位置での集光状態を異ならせる第２の光学レンズを設けることにより、例えば前記参照光と同じ再生参照光が撮像デバイスのところで発散するようにして再生参照光が回折光に混入することによる再生信号のＳ／Ｎの劣化を防止でき、Ｓ／Ｎの良好な再生信号を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させてホログラム記録媒体の記録エリアに入射させることにより、前記記録エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を削減して設計の自由度を増大させることにより、装置を小型化する設計を容易にしてホログラム記録再生装置の小型化を図ることができる。
また、再生時に、記録時の参照光と同じ再生参照光を前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返すことにより、光軸が共通の記録光及び参照光をホログラム記録媒体の記録エリアに入射するためのレンズを用いて前記回折光を撮像デバイス上に集光する構成をとることができる。それ故、ホログラム記録媒体の記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズを最低１個にすることができ、記録時及び再生時の前記記録エリア及び再生エリアの位置変化に追従して移動させるレンズの数を大幅に削減することができ、装置を小型化する設計を容易にしてホログラム記録再生装置の小型化をより一層促進することができる。
更に、記録光に干渉させる参照光の波面をランダムに乱すことによりイントラック並びにクロストラックのいずれの方向にもシフト選択性を鋭敏にしてシフト多重方式によるホログラム記録メディアの記録密度を大幅に向上させることができる。
また、波面をランダムに乱された参照光と空間光変調された記録光の前記ホログラム記録媒体位置での集光状態を異ならせる光学レンズを設けることにより、例えば前記参照光と同じ再生参照光が撮像デバイスのところで発散するようにして再生参照光が回折光に混入することによる再生信号のＳ／Ｎの劣化を防止でき、Ｓ／Ｎの良好な再生信号を得ることができる。更に、再生参照光が回折光に混入しないように再生参照光を積極的に除去する手段を講じることによって、再生信号のＳ／Ｎをより一層良好とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
設計の自由度を向上させて装置の小型化を図ることができ且つ、シフト多重方式のホログラム記録密度を向上させる目的を、記録時に、空間光変調された第１の光ビーム（記録光）と前記波面をランダムに乱された第２の光ビーム（参照光）の光軸を一致させてホログラム記録媒体の記録エリアに入射させ、また、再生時に、再生参照光を前記ホログラム記録媒体に単独で照射することにより発生する回折光を、ホログラム記録媒体に形成された反射体で前記参照光の入射方向に折り返すことによって実現した。
【実施例１】
【００２０】
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構成を示した概略構成図である。但し、従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。ホログラム記録再生装置８０は、レーザー光源２、シャッタ３、ビームスプリッタ４、ミラー６、空間光変調器８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０、ディスク状のホログラム記録メディア（フォトポリマ材等）１２、ミラー１４、レーザビームの波面をランダムに乱すランダム位相マスク１６、レンズ１８、レンズ２０、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサより成るディテクタ２２、スピンドルモータ２４を有している。
【００２１】
ここで、本実施の形態のホログラム記録再生装置８０の参照光２００の光路中には、従来例と異なり、ランダム位相マスク１６が挿入されている。ランダム位相マスク１６は、例えば擦りガラスの様な、表面に無数の不規則な起伏を有するガラスが好適である。このようなランダム位相マスク１６はリソグラフィーとエッチングを組み合わせたガラス表面のパタ一ニングにより作成可能で且つ、同方法により同一品を多数作成することができる。
【００２２】
ランダム位相マスク１６とレンズ１８の位置は、ランダム位相マスク１６がビームスプリッタ４寄りで、レンズ１８がビームスプリッタ２６寄りであれば、ビームスプリッタ４とレンズ１８はビームスプリッタ２６の間のどの位置でも良い。但し、その場合、ビームスプリッタ４とレンズ１８の距離及びレンズ１８とホログラム記録メディア１２との距離は、ホログラム記録メディア１２のところで参照光２００と記録光１００の集光状態が異なるようにして、ディテクタ２２のところで参照光２００が例えば発散するような条件を満たすものとする。
【００２３】
また、レーザー光源２としては、ホログラム記録が可能な数ｃｍ以上の可干渉距離を有すレーザを発生するものであれば、どの様なレーザでも使用可能であるが、その波長は一般的にホログラム記録メディア１２が感度を有する可視波長域、とりわけ４００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度のものが好適である。
【００２４】
次に本実施の形態の動作について説明する。図１にて、ホログラム記録メディア１２にデータを記録する場合、シャッタ３が閉まった状態で、記録するデータページが空間光変調器（透過性の液晶表示装置）８に表示されると共に、スピンドルモータ２４が回転してホログラム記録メディア１２の記録場所（記録エリア）を決めた後、シャッタ３が開らく。
【００２５】
これにより、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッタ３を通してビームスプリッタ４に入射し、記録光１００と参照光２００に分岐される。記録光１００はミラー６を介して空間光変調器８に入射され、記録光１００はデータページが表示された空間光変調器８を通ることで、空間光変調（振幅変調）される。変調された記録光はビームスプリッタ２６に入射される。
【００２６】
一方、参照光２００はミラー１４を介してランダム位相物体１６に入射されることにより波面がランダムに乱れた参照光２００となり、その後レンズ１８を通してビームスプリッタ２６に入射される。空間光変調された記録光１００と波面がランダムに乱れた参照光２００はビームスプリッタ２６により再び合成され、レンズ１０に入射する。
【００２７】
ここで、ホログラムとして記録されるのは、レンズ１０による空間光変調器８に表示された実像であっても良いし、空間光変調器８の前記実像のフーリエ変換像であっても良い。しかしながら、ホログラム１枚あたりのサイズを比較的容易に小さくできること及び、ホログラム記録メディア１２に生じる欠陥の影響を受け難いことから、フーリエ変換像を記録する方法がより一般的である。
【００２８】
レンズ１０の主平面に対して、空間光変調器８及びホログラム記録メディア１２の双方を、レンズ１０の焦点距離ｆだけ離れた場所に設置することにより、ホログラム記録メディア１２にフーリエ変換ホログラムを記録することができる。ここで参照光２００はレンズ１８により記録光１００と異なる集光状態でレンズ１０に入射する為、ホログラム記録メディア１２中では記録光集光位置とは異なる位置に集光される。その後、シャッタ３が閉じる。
【００２９】
次に、空間光変調器８に次に記録するデータページが表示されると共に、スピンドルモータ２４が僅かに回転して、ホログラム記録メディア１２をδだけ動かすと、記録光１００と参照光２００が集光される部分が相対的にδ動くことになる。この状態で、シャッタ３が開くと、次に記録するデータページがホログラム記録メディア１２の記録光（波線）１００と参照光（波線）２００の集光領域（記録エリア）にホログラム記録される。
【００３０】
もしも、参照光の光路中にランダム位相マスク１６が存在しないと仮定すると、参照光２００は単なる球面波としてホログラム記録メディア１２中に記録光１００と光軸を共有する状態で照射される。この場合、参照光波面の空間的変化が穏やかである為、一枚のデータページ（ホログラム）を記録した後、次のホログラムを記録する為に参照光波面を空間的に移動する距離を、非常に大きくとる必要が生じる（シフト選択性が緩慢になる）。このため、事実上ホログラムの重ね描きは不可能となり、記録密度は大幅に低下してしまう。
【００３１】
ところが本例のようにランダム位相マスク１６によって参照光２００の位相がランダムに空間変調されている場合、参照光波面が非常に複雑になり、参照光を僅かにシフトしただけで、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致が生じる。この為シフト選択性は、ホログラム記録メディア１２表面内のどの方向にも数μｍ程度と非常に鋭くなり、ホログラムの重ね描きが可能となるため、記録密度を非常に大きくすることが可能となる。  
【００３２】
次に上記の如くデータページを記録したホログラム記録メディア１２からデータを再生する動作について説明する。まず、ビームスプリッタ４とミラー６の間にある図示されないシャッタが閉じた後、記録時の参照光２００と同一の参照光（再生参照光）をビームスプリッタ４、ミラー１４、ランダム位相物体１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０を通してホログラム記録メディア１２の記録トラックに照射する。これにより、ホログラム記録メディア１２の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光が発生し、この回折光（再生光）がレンズ２０によりディテクタ２２内の撮像素子に集光されて受光され、得られた受光信号は解析されて元の画像データ（データページ）になる。  
【００３３】
このようにホログラムを記録した時と同じ位置から、同じ波面の参照光２００と同一の再生参照光がホログラム記録メディア１２に照射される場合、目的外のホログラムに再生参照光が不可避的に照射されても、それらの記録に使用された参照光とは波面が一致しないため、目的外のホログラムからの信号は再生されない。再生されたホログラムは、ホログラム記録メディア１２が反射膜を有しない場合には上記したようにレンズ２０によりディテクタ２２上に結像される。
【００３４】
ホログラム記録メディア１２に記録されたホログラムが空間光変調器８の実像である場合、レンズ２０はこの像をディテクタ２２上に結像するように配置され、記録されたホログラムが空間光変調器８のフーリエ像である場合は、ホログラム記録メディア１２とディテクタ２２をそれぞれレンズ２０からその焦点距離ｆだけ離れた位置に設置する。このとき再生光のみならず、ホログラム記録メディア１２に照射した再生参照光までがディテクタ２２に入射してしまうが、レンズ１８の焦点距離と設置位置を適当に選ぶことにより、再生参照光をディテクタ２２上で大きく発散させることが可能である。従って、ディテクタ２２に入射する参照光強度を、再生光強度と比較して著しく低下させることが可能で、記録信号の再生に十分な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を得ることが可能である。
【００３５】
本実施の形態によれば、光軸を共有する記録光１００と参照光２００を同一のレンズ１０を用いてホログラム記録メディア１２に照射する構成を採用することにより、ホログラム記録メディア１２の記録エリア及び再生エリアの位置の変化に図示されないアクチュエータにより追従させてその位置を移動させるレンズはレンズ１０とレンズ２０のみとなって従来よりも個数を１個削減できる。それ故、アクチュエータを簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が増して装置を小型化する設計を容易に行うことができる。また、アクチュエータを含めたサーボ系を簡素化することができるため、その製造コストを低減して、装置を安価に製造することができる。
【００３６】
また、参照光２００の波面をランダム位相マスク１６でランダムに乱すことにより、鋭いシフト選択性をイントラック方向及びクロストラック方向のいずれの方向にも確保することができ、それ故、ホログラム記録メディア１２のシフト量を小さくしてホログラム記録メディア１２の記録密度を大幅に向上させることができる。
【００３７】
更に、記録光１００と参照光２００の光軸を一致させたことにより、再生時に、再生光と共に再生参照光がディテクタ２２に入射するが、再生参照光はレンズ１８によりディテクタ２２上で大きく発散するようにしてあるため、良好なＳ／Ｎ比を持った再生信号を得ることができる。
【００３８】
なお、上記の実施の形態では、ディテクタ２２には再生光のみ集光され、再生参照光は発散するが、発散しなくとも、集光点がずれていてディテクタ２２に入射する再生参照光の強度が再生光に比べて小さければよく、このような状態を作り出すのが、レンズ１８の機能である。それには、レンズ１８により参照光（再生参照光も同じ）２００を図２（Ａ）で示すように、ホログラム記録メディア１２の手前で集光させたり或いは、図２（Ｂ）で示すように、ホログラム記録メディア１２の後ろ側で集光させるようにして、ホログラム記録メディア１２の記録エリアで必ず集光する記録光１００とはその集光状態を異なるようにしている。
【実施例２】
【００３９】
図３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構成を示した概略構成図で、ホログラム再生系を示した図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。本実施の形態のホログラム記録再生装置８１は、ホログラム記録メディア１２の下側に、レンズ２０、３０、アパーチャ３２、レンズ３４が再生光の光軸に沿って配置され、最下段にディテクタ２２が配置されている。但し、特許請求の範囲の光ビーム除去用の複数枚の光学レンズはレンズ２０、３０に相当する。
【００４０】
ここで、レンズ１０、レンズ２０、レンズ３０、レンズ３４はそれぞれ同一の焦点距離ｆを持ち、それぞれのレンズ間は２ｆ離れているものとする。また、空間光変調器８とレンズ１０の間、ディテクタ２２とレンズ３４の間、ホログラム記録メディア１２とレンズ１０間及びアパーチャ３２とレンズ３４の間はそれぞれｆ離れているものとする。この場合の再生時において、レンズ２０による再生参照光の集光位置は、レンズ２０による再生光の集光位置よりもレンズ２０から遠くなる。この結果、レンズ３０により再生参照光は発散してしまう。従って、レンズ３０による再生光の集光位置付近に適当なアパーチャ３２を挿入すれば、アパーチャ３２を再生光は通過するが、再生参照光はアパーチャ３２のところで発散しているため、再生参照光の大部分をこのアパーチャ３２により遮断することができる。
【００４１】
本実施の形態では、ホログラム記録メディア１２により発生した再生光はアパーチャ３２を通った後、最終的にレンズ３４によりディテクタ２２に結像され、一方、再生参照光はアパーチャ３２のところで発散するため、再生参照光はほとんどアパーチャ３２により取り除くことができる。それ故、ディテクタ２２から得られる再生信号のＳ／Ｎを更に向上させることができる。また、アパーチャ３２を通過した再生参照光の一部がディテクタ２２に結像される再生光に僅かに混入するが、その強度は再生光のそれと比較して非常に弱い上、再生参照光は固定の空間変調パターンを有するので、ディテクタ２２に入射する全信号から再生参照光の空間変調パターンだけを電気的処理により取り去ることは容易で、再生信号のＳ／Ｎを更に一層向上させることができる。
【００４２】
以上はレンズ１０による参照光２００の集光位置が記録光１００の集光位置よりもレンズ１０側にあるフーリエ変換ホログラムの場合についての説明であったが、レンズ１０による参照光２００の集光位置が記録光１００の集光位置よりもレンズ１０から遠い側にある場合や、ホログラムが空間光変調器８の実像である場合も、上記と同様に光路中適当な位置にアパーチャを挿入することにより、再生参照光の大部分を遮断することが可能である。
【実施例３】
【００４３】
図４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構成を示した概略構成図で、参照光と記録光を照射するレンズ側と反対側のホログラム記録メディア３６の背面に反射膜を有する場合の再生系の構成を示したもので、記録系は図１に示した第１の実施の形態と同様であるため、図示は省略してある。但し、図１に示した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態のホログラム記録再生装置９０の再生系は、レーザー光源２、ビームスプリッタ４、ミラー１４、ランダム位相マスク１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０、ディスク状のホログラム記録メディア（フォトポリマ材等）３６、ディテクタ２２、スピンドルモータ２４を有している。なお、ホログラム記録メディア３６はレンズ１０側と反対側の表面に反射膜３６１を有している。
【００４５】
まず、図１に示したものと同様の構成の記録系によりホログラムがホログラム記録メディア３６にホログラムが記録されているものとする。再生時、レーザー光源２から出射されたレーザー光はビームスプリッタ４により再生参照光となり、ミラー１４、ランダム位相物体１６、レンズ１８、ビームスプリッタ２６、レンズ１０を通してホログラム記録メディア３６の記録トラックに集光する。これにより、ホログラム記録メディア３６の記録トラックに記録されている干渉縞に対応する回折光（再生光）が発生し、この再生光が反射膜３６１で折り返されてレンズ１０に戻り、更に、ビームスプリッタ２６を通してディテクタ２２上に集光され、データとして再生される。
【００４６】
本実施の形態によれば、反射膜３６１付きホログラム記録メディア３６を使用した場合、レンズ１０により再生参照光をホログラム記録メディア３６に集光させると共に、このレンズ１０を用いてホログラム記録メディア３６から反射膜３６１により折り返される再生光をディテクタ２２上に集光することもできるため、第１の実施の形態のように再生光をディテクタ２２上に集光させるための専用のレンズ２０を必要としないため、ホログラム記録メディア３６の記録再生位置に追従させるレンズはレンズ１０のみで、従来よりもレンズの個数を２個削減できる。それ故、アクチュエータを第１の実施の形態よりも更に簡素且つ小さくすることができると共に、設計の自由度が更に増して装置を小型化する設計を更に容易に行うことができる。また、アクチュエータを含めたサーボ系が簡素であるため、その製造コストを低減して、装置をより一層安価に製造することができる。
【００４７】
なお、ビームスプリッタ２６とディテクタ２２間には、図３に示した第２の実施の形態のようにレンズ３０、レンズ３４に相当する２枚のレンズとアパーチャを挿入した構成をとれば、反射膜３６１で反射されレンズ１０に戻る再生参照光の大部分を遮断することが可能となり、再生信号のＳ／Ｎを第２の実施の形態と同様に大幅に向上させることができる。
【００４８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【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構成を示した概略構成図である。
【図２】図１に示したレンズ１８の機能を説明する説明図である。
【図３】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構成を示した概略構成図である。
【図４】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構成を示した概略構成図である。
【図５】従来のシフト多重方式ホログラム記録を行うホログラム記録再生装置の構成例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
２……レーザー光源、３……シャッタ、４、２６……ビームスプリッタ、６、１４……ミラー、８……空間光変調器、１０、１８、２０、３０、３４……レンズ、１２、３６……ホログラム記録メディア、１６……ランダム位相マスク、２２……ディテクタ、２４……スピンドルモータ、３２……アパーチャ、８０、８１、９０……ホログラム記録再生装置、３６１……反射膜。