(57)【要約】【課題】  簡単な構成でかつ高密度記録に適したホログラフィック記録装置を提供する。【解決手段】  光源１の光を空間光変調器２により記録信号に応じて明暗パターンの記録光束となるように変調し、レンズ６により集光してホログラム記録媒体４に照射し、さらにホログラム記録媒体の表面に対してその裏面側に配置された反射板５によりホログラム記録媒体を透過した光をホログラム記録媒体側に反射させる。これによりホログラム記録媒体内で入射光と反射光とが干渉を起こし、ホログラム記録媒体内に干渉縞が記録される。【選択図】  図１
2007101594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光を記録信号に応じて明暗パターンの記録光束となるように変調して光透過性のホログラム記録媒体の表面に照射する空間光変調器と、
前記空間光変調器により変調された前記記録光束の前記明暗パターンを前記ホログラム記録媒体において結像するように前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路中に配置された複数のレンズと、
前記ホログラム記録媒体の前記表面に対してその裏面側に配置され、前記ホログラム記録媒体を透過した前記記録光束を前記ホログラム記録媒体側に反射させて前記ホログラム記録媒体内で前記記録光束の入射光と反射光とによる干渉縞を発生させ前記干渉縞を記録情報として前記ホログラム記録媒体に記録する反射部材とを、
有するホログラフィック記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィー技術を利用したホログラフィック記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤに代表される現行の光記録では、１bit（ビット）ごとに記録媒体に対してピットなどが平面的に記録される。この方式による記録密度は、光の回折限界、すなわち、光をどれだけ小さく絞れるかによって制限を受ける。これに対しホログラフィー技術を用いた光記録では、複数ビットから成るページデータを立体的な体積ホログラム層に記録する。しかも、それぞれのページデータは、重なり合いながら存在することが可能なため、多重記録が可能である。このため、ホログラムを使用した光記録では、従来の１bitごとの記録方式に対して、飛躍的に高密度、大容量な記録が可能である。また、従来の方式では、一度に１bitしかデータ転送ができないのに対し、ホログラムを使用した方式では、一度に複数ビットから成る１ページ分のデータを読み書きできるため、データ転送速度も大幅に向上する。このため、ホログラムを使用した光記録技術は各所で実用化に向けた研究開発が精力的に行われている。
【０００３】
ホログラフィック記録では、ページデータを有する信号光と、同じ波長を有する参照光とを記録媒体の表面に照射し、両光から形成される干渉縞が信号情報として記録媒体に記録される。干渉縞を記録情報とするため、記録中は信号光と、参照光と記録媒体の位置関係は、振動などの原因によって光の波長のオーダーでずれることは許されず、この不便さがホログラフィック記録の実用化を阻害する大きな要因の１つになっていた。
【０００４】
振動に対する弱さを克服することを目的として、下記の特許文献１で示される方法が提案されている。これは、信号光と参照光とを光学系の同軸に配置することによって、振動に対しても位置関係がずれないように工夫した方式である。
【０００５】
さらに、上記の特許文献１で示される装置を改良した装置として、発明者は先に特許文献２で示される装置を発明した。この装置は、図６を用いて説明すると、光源１と、光源１から出射されるレーザ光を記録信号で変調する空間光変調器（ＳＬＭ）２と、空間光変調器２により変調された光から、複数の次数の回折光を発生させる回折格子３と、回折格子３から出力される回折光を記録するホログラム記録媒体４を保持する保持手段（不図示）とを備えた構成から成るホログラフィック記録装置である。
【０００６】
動作は以下のとおりである。光源１から出射した光はＳＬＭ２を通り、記録光として変調された後、回折格子３を通過してホログラム記録媒体４に至る。回折格子３を通過した光は回折光どうし（例えば０次回折光と＋１次回折光）で干渉を起こすので、これをホログラム記録に用いる。これによって、
（１）光学系がシンプルで、装置を構成する部品点数を大幅に削減できる。
（２）光源から発生する光の損失が少ない。
（３）記録再生時の振動に対して強い。
（４）記録再生システム設計、特に記録におけるスケジューリングの設計マージンを大きく取れる。
（５） 装置を小型・軽量にできる。
（６） 低コスト化できる。
といったメリットがある。
【特許文献１】特開平１１−３１１９３８号公報（要約書）
【特許文献２】特開２００５−１２８４７３号公報（要約書、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２においては、記録光を干渉させるための回折格子３が必要であるので、具体的に実現させるためには、特許文献２に記載されているように、回折格子３を浮上ブロックに製作する必要があるが、これは複雑な製作工程が必要である。また気体流でブロックを浮上させるためには、ホログラム記録媒体４の表面が厳格に管理されていなければならない。これは、もしホログラム記録媒体４の表面にディフェクトが存在すると、安定な浮上状態が保てず、最悪の場合、ブロックや媒体の損傷、破壊を引き起こすからである。
【０００８】
また、特許文献２においては、ＳＬＭ２で形成した信号パターンをホログラム記録媒体４へ投影させるために、制約が発生する。図７、図８は、特許文献２のホログラフィック記録装置の一実施の形態を示す模式図であり、ＳＬＭ２で形成した信号パターンを集光してホログラム記録媒体４に投影する凸レンズＬ１、Ｌ２とホログラム記録媒体４との位置関係の説明図である。凸レンズＬ１、Ｌ２によりホログラム記録媒体４上に集光するビーム径が、集光前の明暗部分が分布した状態をホログラム記録媒体４の位置で保てる大きさになるように凸レンズＬ２を配置することが必要である。ビーム径を小さくし過ぎると、記録光束はフーリエ変換されてしまい、元の明暗の状態が崩れるからである。
【０００９】
ビーム径をどこまで小さくできるかは、凸レンズＬ２に入射する直前の記録光における明暗パターンの最小幅ｄと、凸レンズＬ２の焦点位置からホログラム記録媒体４の記録層の一部までの距離ａとの関係で決まる。この状況を、図８を用いて示すと、
ａ＞ｆ ・λ／ｄ  …（１）
の関係を満たすようなａの位置に、ホログラム記録媒体４の記録層の厚み方向に対してその一部がかかるように配置しなければならない。ここで、ｆは凸レンズＬ２から焦点までの距離、λは記録光の波長である。式（１）を書き直すと、
ｄ＞λ・ｆ／ａ  …（２）
となり、これは記録光が回折される影響を少なくする条件も含んでいる。例えばｆ＝１００mm、λ＝５００nm、ｄ＝１０μmとした場合、ａ＞５mmとしなければならない。高密度記録を実現するためには、ｄ及びａを小さくする必要があるが、上記のような制約があると、高密度記録の実現が困難である。
【００１０】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、簡単な構成でかつ高密度記録に適したホログラフィック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】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために、光源と、
前記光源から出射される光を記録信号に応じて明暗パターンの記録光束となるように変調して光透過性のホログラム記録媒体の表面に照射する空間光変調器と、
前記空間光変調器により変調された前記記録光束の前記明暗パターンを前記ホログラム記録媒体において結像するように前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路中に配置された複数のレンズと、
前記ホログラム記録媒体の前記表面に対してその裏面側に配置され、前記ホログラム記録媒体を透過した前記記録光束を前記ホログラム記録媒体側に反射させて前記ホログラム記録媒体内で前記記録光束の入射光と反射光とによる干渉縞を発生させ前記干渉縞を記録情報として前記ホログラム記録媒体に記録する反射部材とを、
有することを特徴とする。
この構成により、１ページあたりのデータ量が大きな信号光をホログラム記録媒体において小さく絞っても、ホログラム記録媒体には記録信号に応じた光が到達した部分にのみ複数の回折光が照射されて、ＳＬＭのパターンが干渉縞として記録される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、記録光が照射しない部分には参照光も照射しないので、参照光によって記録媒体が感光してしまう危険性がなくなり、再生時におけるＳ／Ｎを高くすることができる。言い方を変えれば、従来のホログラフィック記録と同等のＳ／Ｎを得ようとした場合、従来のホログラフィック記録に対して単純計算で約２倍の記録多重化ができることになり、記録容量も約２倍にすることができる。また、参照光だけでは感光しないような記録媒体特性及び記録再生光学系が要求されることがなく、記録再生システム設計、特に記録パワー、多重度、記録時間といった記録におけるスケジューリングの設計マージンを大きく取れる。
さらに、従来のホログラフィック記録のように、同一光源から発射した光を、ビームスプリッタやミラーなどの光学部品を配置して信号光用と参照光用とに分離する必要がなくなるので、記録のための光量の損失が少なく、効率がよい。特許文献１に示されている旋光板といった新たな光学部品の必要もない。このように、従来必要であった多数の光学部品が不要となることによって、記録再生装置を簡素化、単純化、小型化できることになる。
さらに、回折格子を有する浮上ブロックのような複雑な部品を製作する必要も無い。また気体流でブロックを浮上させる必要もないので、もし記録媒体表面にディフェクトが存在しても、記録媒体や他の部品の損傷、破壊を引き起こす心配が無く、記録媒体表面の厳格な管理も必要無い。
さらに、記録光を記録媒体位置で小さく絞ってもＳＬＭのパターンが正確に結像され、記録密度を向上させることができる。
【００１３】
すなわち、
（１）光学系がシンプルで、装置を構成する部品点数を大幅に削減できる。
（２）光源から発生する光の損失が少ない。
（３）記録再生時の振動に対して強い。
（４）記録再生システム設計、特に記録におけるスケジューリングの設計マージンを大きく取れる。
（５） 装置を小型・軽量にできる。
（６） 低コスト化できる。
という効果の他に、
（７）記憶容量（記録密度）を大きくできる。
（８）製作工程の複雑な光学部品が必要無い。
（９）記録媒体にディフェクトが存在しても、記録媒体や他の部品の損傷、破壊を引き起こすことが無く、記録媒体表面の厳格な管理も必要無い。
という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係るホログラフィック記録装置の基本構成を示したものであり、光源１の光を空間光変調器２により記録信号に応じて明暗パターンの記録光束となるように変調し、レンズ６により集光してホログラム記録媒体４に照射し、さらにホログラム記録媒体４の表面に対してその裏面側に配置された反射板５によりホログラム記録媒体４を透過した光をホログラム記録媒体４側に反射する。これによりホログラム記録媒体４内で入射光と反射光とが干渉を起こし、ホログラム記録媒体４内に干渉縞が記録情報として記録される。
【００１５】
以下に、各部の詳細について説明する。光源１は記録再生に必要な光を発生させるもので、特定の波長の光を発生させることのできるレーザ光源であることが好ましい。レーザの種類としては半導体レーザ（ＬＤ：レーザダイオード）、ガスレーザ、若しくはＹＡＧレーザやＴｉサファイア・レーザに代表されるパルス発振レーザを用いることもできる。ここで、従来、ホログラム記録に用いられる光源は、記録光と参照光とを干渉させる必要があったので、相応のコヒーレント長が必要であった。これに対し、本構成に用いる光源１は、入射光と反射板５による反射光とを干渉させてホログラム記録を行うので、コヒーレント長はホログラム記録媒体４の表面からホログラム記録媒体４内の記録層までの距離、具体的には１０mmもあれば十分であるので、その選択範囲が広い。
【００１６】
空間光変調器２は、電気信号として入力された記録信号で光を変調するために用いる。ＳＬＭ２に、記録されるべき１ページ分のディジタル情報が電気信号として入力されると、ＳＬＭ２を通過（ＳＬＭ２が図３に示すような反射型の場合は反射）した光は、入力信号に応じた２次元の明暗パターンから成る信号光となるよう変換される。なおＳＬＭ２は大別して、液晶、強誘電液晶を用いた透過型、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）やマイクロミラーを用いたＭＥＭＳ型（ＤＭＤ）に代表される反射型、更には磁気光学効果を利用したＭＯ型ＳＬＭなどがあり、本装置にはいずれを使用することもできる。
【００１７】
反射板５は、材質としては、記録光が反射するものであれば良く、例えば、Ａｌ合金やＡｇ合金の薄膜を施したものや、誘電体を積層して成る、いわゆる誘電体ミラーなどがある。また反射板５の構成位置として、ホログラム記録媒体４を透過した光を反射させ、ホログラム記録媒体４においてＳＬＭ２で変調された入射光がそれぞれ通過する領域の少なくとも一部分を再び通過させることが必要で、これによってホログラム記録媒体４内で入射光と反射光とが干渉を起こし、ホログラム記録媒体４内に干渉縞が記録情報として記録されることになる。また反射板５は、ホログラム記録媒体４と分離可能にして脱着できる構成でもよく、また、ホログラム記録媒体４と同一基板上に反射膜として設けた構成でもよい。
【００１８】
レンズ６は複数枚、最低２枚で構成され、ＳＬＭ２で得た像が記録媒体面上で結像するように構成する。レンズ６として２枚の凸レンズＬ１、Ｌ２を使った場合の光学系の例を図２に示す。凸レンズＬ１、Ｌ２の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２としたとき、ＳＬＭ２、凸レンズＬ１、Ｌ２、ホログラム記録媒体４を図３で示した関係を保つように配置すると、ＳＬＭ２で得た像をホログラム記録媒体４の面上で結像させることができる。このとき、ｆ１＞ｆ２となるように凸レンズＬ１、Ｌ２を選べば、ホログラム記録媒体４の面上の像はＳＬＭ２の像より小さくすることができ、高記録密度化、大容量化に有利である。図２で示したレンズは本発明を構成する必要最小限の２枚の場合であるが、各種収差を補正するため、更に多くのレンズを組み合わせて構成することもできる。
【００１９】
次に、本構成を実現させるための、より具体的な構成について説明する。図３に示した構成はその一例である。ここではＳＬＭ２として、ＬＣＯＳに代表される反射型液晶素子を用いることを想定し、光源１とＳＬＭ２との間にビームエキスパンダ７、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）８を挿入する。ビームエキスパンダ７は、光源１から出射された光を、必要なビーム径にまで広げ、かつ平行光にする役割を果たし、通常、複数のレンズで構成される。またビームエキスパンダ７を構成するレンズ間にピンホールを挿入してスペイシャルフィルタを構成すると、波面のそろった光が得られ、ホログラム記録に好都合である。ＰＢＳ８はＳＬＭ２への入射光と反射光とを分離する役割を果たす。ビームエキスパンダ７からの光のうち、Ｓ偏光（紙面に垂直方向の偏光）成分が反射してＳＬＭ２に達する。ＳＬＭ２で反射する際、液晶の作用で偏光は９０°回転し、紙面の上下方向、つまりＰ偏光に変化するので、ＳＬＭ２からの反射光はＰＢＳ８を通過してレンズ６へと達する。
【００２０】
以上が本装置を構成するための必要な要素であるが、必要に応じて装置内の光路を調整する目的で適宜、レンズ、ミラー類を、また、光をオン、オフする目的でシャッタを挿入してもよい。また、以上は記録に必要な構成を示してあるが、再生するための必要な要素、例えばＣＣＤアレイやＣ−ＭＯＳセンサといったイメージセンサを備えた記録、再生両方の機能を備えたものでもよい。
【００２１】
また本装置を使った記録再生に用いられるホログラム記録媒体４は、同一波長の光を２方向から照射して干渉させると、干渉縞として記録されうる材料が少なくとも設けられたものである。具体的な材料として、フォトポリマー系、フォトリフラクティブ結晶系、カルコゲナイトガラス系、フォトクロミック系などの材料がある。干渉縞の種類として、明暗の分布から成る振幅変調型、屈折率の変化から成る位相変調型がある。
【００２２】
ホログラフィック記録における記録部の詳細を図４に示す。ＳＬＭ２からの出力光は、記録信号に応じて明るい部分と暗い部分とが分布した（例えば明るい部分が「１」、暗い部分が「０」）記録光束に変換され、複数のレンズ６（図３参照）を通して、ホログラム記録媒体４に達する。更にホログラム記録媒体４を通過した記録光は反射板５において反射し、再びホログラム記録媒体４に達する。そしてホログラム記録媒体４の内部には、「１」の部分にのみ、入射光と反射光による干渉光が照射され、干渉縞としてホログラム記録媒体４に記録される。図４では分かり易さのため、１方向の明暗（「１」と「０」）しか示していないが、実際は２次元の明暗パターンである。このとき、「０」の部分には全く光が照射されないので、従来のホログラフィック記録のように参照光によって記録媒体が感光してしまう危険性がなく、前述したように再生時におけるＳ／Ｎを高く、また記録多重度も多くすることができ、記録容量を増大させることができる。
【００２３】
ホログラム記録媒体４を保持する機構は、ホログラム記録媒体４を装着させ、記録光のビームとの相対位置を記録すべき所定の位置に移動する機構を有するものである。移動する手段は、ホログラム記録媒体４をＸＹステージ上に装着して所定の（ｘ，ｙ）座標に移動させる方法や、ホログラム記録媒体４をモータと同軸の回転部分に装着して回転させる方法や、記録光のビームをホログラム記録媒体４の所定の場所に移動させる方法、及びこれらを組み合わせて移動させる方法を用いる。
【００２４】
次に、上記の手順で記録した信号を再生する手順の例を図５を参照して説明する。
ステップＳ１１：ホログラム記録媒体４と再生光のビームとの相対位置を、記録したときと同じ位置に移動させる。移動させる手段は、ホログラム記録媒体４をＸＹステージ上に装着し、所定の（ｘ，ｙ）座標に移動させる方法や、ホログラム記録媒体４をモータと同軸の回転部分に装着して回転させる方法や、記録光のビームをホログラム記録媒体４の所定の場所に移動させる方法、及びこれらを組み合わせて移動させる方法を用いる。
【００２５】
ステップＳ１２：光源１から発射した散乱光を、記録したときと同じ条件でホログラム記録媒体４に照射させる。ただしこのとき、記録過程で使用したＳＬＭ２は使用せず、挿入しない。また明瞭な再生パターンを得るために反射板５も取り去った方が好ましい。照射させる光のパワーは、再生に都合がよい値に選ぶことができる。図５に示すようにホログラム記録媒体４には既に、記録光に応じた干渉縞が形成されているので、ステップＳ１２によってホログラム記録媒体４を通過した光は、干渉縞が形成された部分でのみ回折光が発生する。すなわちここで得られた回折光は、記録過程における記録光と同じパターンとして再生された光である。これをＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサといったイメージセンサで検出することによって、記録信号と同じ電気信号として再生される。
以上、ステップＳ１１、Ｓ１２をページ毎に繰り返して、記録された信号を再生していく。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るホログラフィック記録装置の基本構成を示す図である。
【図２】図１のホログラフィック記録装置におけるＳＬＭ、レンズ、媒体の位置関係を示す説明図である。
【図３】本発明に係るホログラフィック記録装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図４】本発明に係るホログラフィック記録媒体の記録過程を示す説明図である。
【図５】本発明に係るホログラフィック記録媒体の再生過程を示す説明図である。
【図６】従来のホログラフィック記録装置を示す基本構成図である。
【図７】図６のホログラフィック記録装置の具体的構成を示す構成図である。
【図８】図７の集光器と記録媒体との位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  光源
２  空間光変調器（ＳＬＭ）
３  回折格子
４  ホログラム記録媒体
５  反射板
６  レンズ
７  ビームエキスパンダ
８  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
Ｌ１、Ｌ２  凸レンズ
【図１】
2007101594.tif 000003
【図２】
2007101594.tif 000004
【図３】
2007101594.tif 000005
【図４】
2007101594.tif 000006
【図５】
2007101594.tif 000007
【図６】
2007101594.tif 000008
【図７】
2007101594.tif 000009
【図８】
2007101594.tif 000010