(57)【要約】  【課題】  ホログラム記録媒体の記録可能な周波数ダイナミックレンジを有効に利用して記録密度を向上することのできるホログラム記録装置を提供する。  【解決手段】  互いに可干渉性を有する物体光および参照光を放射する光源１０と、光源１０から放射された物体光２１を変調する空間光変調素子３１と、空間光変調素子３１で変調された物体光２１を集光する集光レンズ３２と、集光レンズ３２の光源１０の反対側の焦点位置に配置され物体光２１と参照光２２との干渉により発生するホログラム像を記録するホログラム記録媒体３３と、集光レンズ３２とホログラム記録媒体３３との間に配置され物体光２１の強度が高いほど光透過率が低下する非線形光学素子３４と、光源１０から放射された参照光２２をホログラム記録媒体３３に導く光学素子３５とを含む。【選択図】  図１
2005302203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに可干渉性を有する物体光および参照光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記物体光の強度分布を空間的に変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で変調された前記物体光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの前記光源と反対側の焦点位置に配置され、前記物体光と前記参照光との干渉により発生するホログラム像を記録するホログラム記録媒体と、
前記集光レンズと前記ホログラム記録媒体との間に配置され、前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する特性を有する非線形光学素子と、
前記光源から放射された前記参照光を前記ホログラム記録媒体に導く光学素子とを含むホログラム記録装置。
【請求項２】
前記非線形光学素子が、前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する薄膜の積層体である請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記非線形光学素子が、フォトクロミック材である請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記フォトクロミック材がカルコゲナイドガラスである請求項３に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記カルコゲナイドガラスが、三硫化二砒素（As2S3）である請求項４に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記非線形光学素子が、ガウシャンプロファイルを有する前記物体光の最高強度域で不透過性を有し、前記最高強度域の周辺域で透過性を有するものである請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する非線形光学素子がラミネートされたホログラム記録媒体。
【請求項８】
前記非線形光学素子が、前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する薄膜の積層体である請求項７に記載のホログラム記録媒体。
【請求項９】
前記非線形光学素子がカルコゲナイドガラスである請求項８に記載のホログラム記録媒体。
【請求項１０】
前記カルコゲナイドガラスが、三硫化二砒素（As2S3）である請求項９に記載のホログラム記録媒体。
【請求項１１】
前記非線形光学素子が、ガウシャンプロファイルを有する光の最高強度域で不透過性を有し、前記最高強度域の周辺光で透過性を有するものである請求項７に記載のホログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録装置に係り、特に、記録密度を向上することのできるホログラム記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ技術の発展に伴い、大容量記録装置の開発、実用化が進められている。
【０００３】
現在実用化されているＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷのような書き換え型相変化光ディスク記録装置は、ディスクに設けられたグルーブに沿ってレーザを集光し、結晶状態にあるディスク上に非晶質のマークを形成することにより情報を記録している。なお、既に情報が記録されているディスクに上書きをするときは、非晶質のマークを結晶化して消去した後に非晶質のマークを再記録する。
【０００４】
記録容量をさらに大きくするために、マークを形成する方法ではなく、フォトポリマ製の記録媒体に光の位相情報も記録するホログラム記録装置の開発、実用化が進められている。
【０００５】
図６は従来のホログラム記録装置のブロックダイヤグラムであって、レーザ６０１の照射光はハーフミラー６０２で物体光６０３と参照光６０４とに分割される。物体光６０３は、空間光変調器６０５で変調され、第１のレンズ６０６で集光されて、記録媒体６０７の中で結像する。
【０００６】
一方参照光６０４は、第１のミラー６０８及び第２のミラー６０９で反射され、記録媒体６０７に導かれ、物体光と干渉して生成されるホログラム像が記録媒体６０７に記録される。
【０００７】
ここで、空間光変調器６０５の変調角度、変調波長あるいは変調位相を変更することにより記録媒体６０７の同一領域にホログラム像を多重記録することも可能である。
【０００８】
記録媒体６０７に記録されたホログラム像を再生するときは、参照光６０４だけを記録媒体６０７に照射し、その透過光を第２のレンズ６１０で集光してＣＣＤ６１１で電気信号に変換する。
【０００９】
ここで、記録媒体６０７中に結像される像は像中心を中心とする所定半径の円内外で約５０倍の強度比を有するが、記録媒体６０７中で一度に５０倍のダイナミックレンジを確保することはできない。
【００１０】
従って、従来のホログラム記録装置に２次元平面上に展開するページデータを記録する場合に、像中心を中心とする所定半径の円内の像を記録するようにレーザ６０１の放射光量を調整すると円外の像を記録することはできないので、像中心を中心とする所定半径の円外の像を記録できるようにレーザ６０１の放射光量を調整することが必要となる。
【００１１】
なお、中心部の光強度を低下させるために、記録媒体６０７を第１のレンズ６０６の焦点距離からずれた位置に配置するデフォーカス法も提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Applied Optics (vol.40, No.20, 3395-3401, 2001）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のホログラム記録装置には、像中心を中心とする所定半径の円内で記録媒体６０７が飽和するが飽和域内では多重記録ができず、記録密度が低下するという課題がある。
【００１３】
また、デフォーカス法を適応した場合にも、記録媒体６０７内に結像する像のサイズが大きくなるので、記録密度が低下する課題が発生する。
【００１４】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、記録媒体の記録可能な周波数ダイナミックレンジを有効に利用して記録密度を向上することのできるホログラム記録装置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】
【００１５】
本発明に係るホログラム記録装置は、互いに可干渉性を有する物体光および参照光を放射する光源と、前記光源から放射された前記物体光の強度分布を空間的に変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子で変調された前記物体光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの前記光源と反対側の焦点位置に配置され前記物体光と前記参照光との干渉により発生するホログラム像を記録するホログラム記録媒体と、前記集光レンズと前記ホログラム記録媒体との間に配置され前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する特性を有する非線形光学素子と、前記光源から放射された前記参照光を前記ホログラム記録媒体に導く光学素子とを含む構成を有している。
【００１６】
この構成により、物体光の強度をホログラム記録媒体が記録可能なダイナミックレンジ内に圧縮した後にホログラム記録媒体に記録されることとなる。
【００１７】
本発明に係るホログラム記録装置は、前記非線形光学素子が、前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する薄膜の積層体である構成を有している。
【００１８】
この構成により、物体光の強度は、ホログラム記録媒体が記録可能なダイナミックレンジ内に圧縮されることとなる。
【００１９】
本発明に係るホログラム記録装置は、前記非線形光学素子が、フォトクロミック材である構成を有している。
【００２０】
この構成により、フォトクロミック材により物体光の強度が圧縮されることとなる。
【００２１】
本発明に係るホログラム記録装置は、前記フォトクロミック材がカルコゲナイドガラスである構成を有している。
【００２２】
この構成により、カルコゲナイドガラスにより物体光の強度が圧縮されることとなる。
【００２３】
本発明に係るホログラム記録装置は、前記カルコゲナイドガラスが、三硫化二砒素（As2S3）である構成を有している。
【００２４】
この構成により、三硫化二砒素により物体光の強度が圧縮されることとなる。
【００２５】
本発明に係るホログラム記録装置は、前記非線形光学素子が、ガウシャンプロファイルを有する前記物体光の最高強度域で不透過性を有し、前記最高強度域の周辺域で透過性を有するものである構成を有している。
【００２６】
この構成により、物体光の最高強度域は遮断され、周辺光により書き込みがなされることとなる。
【００２７】
本発明に係るホログラム記録媒体は、光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する非線形光学素子がラミネートされた構成を有している。
【００２８】
この構成により、光の強度はホログラム記録媒体の記録ダイナミックレンジ内に圧縮されることとなる。
【００２９】
本発明に係るホログラム記録媒体は、前記非線形光学素子が、前記物体光の強度が大きくなるに従って光透過率が低下する薄膜の積層体である構成を有している。
【００３０】
この構成により、薄膜の積層体により光強度が圧縮されることとなる。
【００３１】
本発明に係るホログラム記録媒体は、前記非線形光学素子がカルコゲナイドガラスである構成を有している。
【００３２】
この構成により、カルゴケナイドガラスにより光強度が圧縮されることとなる。
【００３３】
本発明に係るホログラム記録媒体は、前記カルコゲナイドガラスが三硫化二砒素（As2S3）である構成を有している。
【００３４】
この構成により、三硫化二砒素により光強度が圧縮されることとなる。
【００３５】
本発明に係るホログラム記録媒体は、ガウシャンプロファイルを有する光の最高強度域で不透過性を有し、前記最高強度域の周辺光で透過性を有するものである構成を有している。
【００３６】
この構成により、物体光の最高強度域は遮断され、周辺光により書き込みがなされることとなる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、集光レンズとホログラム記録媒体との間に設けられた非線形光学素子により物体光の強度をホログラム記録媒体が記録可能なダイナミックレンジ内に圧縮することにより、記録密度を向上することのできるホログラム記録装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下本発明に係るホログラム記録装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３９】
本発明に係るホログラム記録装置の実施形態は、図１に示すように、互いに可干渉性を有する物体光および参照光を放射する光源１０と、光源１０から放射された物体光２１を変調する空間光変調素子３１と、空間光変調素子３１で変調された物体光２１を集光する集光レンズ３２と、集光レンズ３２の光源１０と反対側の焦点位置に配置され物体光２１と参照光２２との干渉により発生するホログラム像を記録するホログラム記録媒体３３と、集光レンズ３２とホログラム記録媒体３３との間に配置され物体光２１の強度が高いほど光透過率が低下する非線形光学素子３４と、光源１０から放射された参照光２２をホログラム記録媒体３３に導く光学素子３５とを含む。
【００４０】
光源１０は、可干渉光を放射するレーザ１１と、レーザ１１から放射された可干渉光を物体光２１と参照光２２とに分離するハーフミラー１２と、参照光２２を反射するミラー１３とを含む。
【００４１】
なお、実施形態では、光源１０と空間光変調素子３１との間に、光源１０から放射された物体光２１を空間光変調素子３１の大きさ（２〜５センチメートル）にまで拡大するエキスパンダ４１が配置される。また、空間光変調素子３１と集光レンズ３２との間に、エキスパンダ４１で拡大された物体光２１を再び数マイクロメートルから数１００マイクロメートルの大きさに集光するために、第１のレンズ４２、空間フィルタ４３、第２のレンズ４４で構成される光学系４５が配置される。
【００４２】
また、実施形態では、光学素子３５は、ミラー１３で反射された参照光２２をホログラム記録媒体３３に導くもう１つのミラーで構成されている。
【００４３】
ホログラム記録媒体３３と非線形光学素子３４は、図２に示すように、ホログラム記録媒体３３の物体光入射面に非線形光学素子３４を貼り付け、ガラス５１および５２でサンドイッチ状に挟んだ構成を有する。
【００４４】
非線形光学素子３４は、図３に示すように、光強度が大きくなるに従って光透過率が低下する特性を示す光学素子であって、光が遮断されると光透過特性は元に復帰する可逆性を有する。
【００４５】
非線形光学素子３４は、図３に示す透過特性を有する薄膜を積層して構成することが望ましい。なお、薄膜材料としては、フォトクロミック効果を有する物質を適用することができる。
【００４６】
フォトクロミック効果を有する物質としては、カルコゲナイドガラスを使用することができ、カルコゲナイドガラスとしては三硫化二砒素（As2S3）を使用することが望ましい。
【００４７】
図４は、三硫化二砒素への入射光強度と透過率の減少量の関係を示すグラフであって、入射光強度が０．０１Ｗ／ｃｍ2であれば透過率の減少は１．２％程度、入射光強度が１０倍の０．１Ｗ／ｃｍ2であれば透過率の減少は７％程度、入射光強度がさらに１０倍の１．０Ｗ／ｃｍ2であれば透過率の減少は４０％程度となり、光強度が大きくなるに従って光透過率が低下する特性となる。
【００４８】
なお、ホログラム記録媒体３３は、開環重合型のフォトポリマを使用することが望ましい。
【００４９】
試作したホログラム記録装置では、フォトポリマの感度を考慮して、直径２ミリメートルで２ミリワットの光強度を有するレーザを使用した。このレーザが放射するレーザ光線は、最高強度が０．０６４Ｗ／ｃｍ2のガウシャンプロファイルを有する。
【００５０】
非線形光学素子３４として三硫化二砒素を使用すると、レーザ光線の強度が最高の０．０６４Ｗ／ｃｍ2となるレーザ光線の中心では透過率の減少率は５％程度に達するのに対し、レーザ光線の強度が１／１０となるレーザ光線周辺部では透過率の減少率は１％程度に低下する。
【００５１】
次に本発明に係るホログラム記録装置の動作を説明する。
【００５２】
レーザ１１は、直径数マイクロメートルから数百マイクロメートルのガウシャンプロファイルの強度分布を有する光線を放射する。
【００５３】
光線の半分はハーフミラー１２を透過して物体光２１となり、残りの半分はハーフミラー１２で反射され参照光２２となる。
【００５４】
物体光２１は、エキスパンダ４１通過中に直径２〜５センチメートルにまで拡大し、空間光変調素子３１に入射する。
【００５５】
空間光変調素子３１は物体光２１の強度分布を空間的に変調する素子であり、液晶パネルを空間光変調素子３１として使用することが可能である。
【００５６】
例えば、液晶パネルに２次元の２値画像を表示することにより、物体光２１の強度分布は２次元の２値画像によって変調されることとなる。
【００５７】
変調された物体光２１は、第１のレンズ４２、空間フィルタ４３、第２のレンズ４４で構成される光学系４５により、エキスパンダ４１により拡大される前の大きさに縮小され、集光レンズ３２に入射する。
【００５８】
集光レンズ３２で集光された物体光２１は、非線形光学素子３４に入射するが、非線形光学素子３４は物体光２１の強度が大きくなるに従って透過率が飽和する性質を有するため、非線形光学素子３４通過後の物体光２１の強度分布は、中心部でほぼ平坦となり、周辺部で入射する物体光２１の分布とほぼ同一となる。
【００５９】
なお、図５に、非線形光学素子３４への入射する物体光２１の強度分布（実線）と、非線形光学素子３４通過後の物体光２１の分布（点線）を示す。
【００６０】
非線形光学素子３４通過後の物体光は、ホログラム記録媒体３３中に導かれる。
【００６１】
光源１０から放射された参照光２２は、光学素子３５によりホログラム媒体中に導かれ、ホログラム記録媒体３３中で物体光と干渉し、ホログラムを形成する。
【００６２】
このホログラムは、フォトポリマ製のホログラム記録媒体３３に記録される。
【００６３】
なお、ホログラム記録媒体３３に記録されたホログラムを再生するときは、参照光２２だけをホログラム記録媒体３３に照射すると、再生レンズ４６を介してホログラム像が再生される。このホログラム像を、例えばＣＣＤである光電変換素子４７で電気信号に変換すれば、ホログラム記録媒体３３の記録情報を電気信号として再生することが可能となる。
【００６４】
なお、上記実施形態においては、非線形光学素子３４はホログラム記録媒体３３の光源１０側の表面に貼り付けられているものとしているが、非線形光学素子３４は集光レンズ３２とホログラム記録媒体３３との間であればどこに配置してもよい。
【００６５】
実際のホログラム記録装置ではホログラム記録媒体は着脱可能な構成となるので、非線形光学素子３４をホログラム記録装置の一部として組み込むようにしてもよい。
【００６６】
また、光源と記録媒体との間に非線形光学素子を配置することにより記録媒体が受光する光量が減少する場合は、光源の強度を増加する、あるいは露光時間を長くすることにより記録媒体が受光する光量を補正する必要があることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明に係るホログラム記録装置は、物体光の強度をホログラム記録媒体が記録可能なダイナミックレンジ内に圧縮することにより記録密度を向上できるという効果を有し、記録装置等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置の実施形態のブロック線図
【図２】本発明に係るホログラム記録媒体の実施形態の断面図
【図３】非線形光学素子の光透過特性
【図４】三硫化二砒素の光透過量の減少特性
【図５】非線形光学素子通過前後の光強度分布
【図６】従来のホログラム記録装置のブロック線図
【符号の説明】
【００６９】
１０  光源
１１  レーザ
１２  ハーフミラー
１３  ミラー
２１  物体光
２２  参照光
３１  空間光変調素子
３２  集光レンズ
３３  ホログラム記録媒体
３４  非線形光学素子
３５  光学素子
４１  エキスパンダ
４２  第１のレンズ
４３  空間フィルタ
４４  第２のレンズ
４５  光学系
４６  再生レンズ
４７  ＣＣＤ
【図１】
2005302203.tif 000003
【図２】
2005302203.tif 000004
【図３】
2005302203.tif 000005
【図４】
2005302203.tif 000006
【図５】
2005302203.tif 000007
【図６】
2005302203.tif 000008