(57)【要約】【課題】記録装置を小型化・軽量化・低コスト化し、かつ記録媒体を高密度記録化する。【解決手段】光学素子３により光源１から出射される光の一部を参照光としてホログラム記録媒体４の方向に反射して光の残りを透過し、光学素子の光源側の面とは反対側の面に設けられた空間光変調器２により、光学素子を透過した光を記録信号に応じて変調し、変調した光を信号光として反射して光学素子を透過してホログラム記録媒体の方向に出射する。【選択図】図１
2007293130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム記録媒体に情報を記録するホログラム記録装置であって、
光源と、
前記光源から出射された光の一部を前記ホログラム記録媒体に向けて参照光として反射するとともに前記光の残りを内部に入射する第１の面と、前記内部に入射した光を外部に出射する第２の面とを有する光学素子と、
前記第２の面から出射した光を前記第２の面及び前記第１の面を透過させて前記ホログラム記録媒体に向けて信号光として反射する反射面を有する空間光変調器とを、
備えたホログラム記録装置。
【請求項２】
ホログラム記録媒体に情報を記録するホログラム記録方法であって、
光源から光を出射し、
前記光源から出射された光を、光学素子により、その一部を前記ホログラム記録媒体に向けて参照光として反射させるとともに、残りを前記光学素子内部に入射させ、
前記光学素子内部に入射した光を、空間光変調器により、変調して前記ホログラム記録媒体に向けて信号光として反射させるホログラム記録方法。
【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ム記録装置及びホログラム記録方法に関する。
【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に照射し、両光から形成される干渉縞が信号情報として媒体に記録される。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、信号光と参照光を同軸に配置することによって、振動に対して位置関係がずれないように工夫した方式が提案されている。この技術を使った記録系の例を図４に示す。図４中、ＬＤは光源としての半導体レーザ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は凸レンズ、Ｍ１、Ｍ２はミラー、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）１、ＰＢＳ２は偏光ビームスプリッタ、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）は空間光変調器、Ｇは旋光板、Ｈはホログラム媒体である。
【０００５】
このシステムを用いた場合の記録の方法について説明する。半導体レーザＬＤから発生した光は、凸レンズＬ１を通って平行光となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって２方向に分けられる。この内、一方の光は空間光変調器ＳＬＭを通る。このとき空間光変調器ＳＬＭには、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ており、空間光変調器ＳＬＭを通過した光は、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して変換される。そしてミラーＭ１で反射された後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２を通過する。
【０００６】
一方、偏光ビームスプリッタＰＢＳｌによって分けられた他方の光は、参照光として作用させるもので、ミラーＭ２で反射されて凸レンズＬ２を通過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で反射され、信号光と合成される。凸レンズＬ２は信号光と参照光の焦点位置を光の進行方向に対してずらす目的で挿入する。このとき、合成された信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２の作用によって偏光面が９０゜ずれているので互いに干渉しあうことはない。合成された光は、旋光板Ｇ及び凸レンズＬ３を通過してホログラム媒体Ｈに達し、ホログラム媒体Ｈの背面に設けられた反射層で反射する。このとき旋光板Ｇは、例えば上半分と下半分に分割されていて、上半分を通過した光は右４５°、下半分を通過した光は左４５°に偏光面が回転するようになっている。こうすることによってホログラム媒体Ｈの内部では、入射した参照光と、ホログラムＨの背面で反射した信号光とが選択的に干渉を起こし、ホログラフィック記録がなされるようになっている。
【０００７】
次に、ホログラム媒体Ｈに記録した信号を再生する方法について説明する。再生するには、記録したときに用いた参照光のみを記録したときと同じ条件でホログラム媒体Ｈに照射する。ホログラム媒体Ｈには記録信号に応じた干渉縞が記録されているので、参照光を照射することによって記録光と同じ回折光が得られる。これを、記録するときと同様の方法で旋光板Ｇを作用させ、参照光と得られた回折光とが干渉しあわないように干渉光を検出器に導く。検出器は図には示していないが、ＣＣＤアレイや撮像素子などを用い、電気信号に変換することで、記録信号と同じ信号が再現される。
【０００８】
ところで、ディジタルホログラフィック記録においては、「１」と「０」から成るページデータは、空間光変調器（ＳＬＭ）などによって、「１」と「０」に応じて光の通る部分と通らない部分とから成る信号光として変換され、ホログラム媒体Ｈに照射される。一方、参照光の方は、信号に応じた分布を持たない均一な光としてホログラム媒体Ｈに照射される。このときホログラム媒体Ｈ内には、信号光の光の通った部分のみに干渉縞が形成され、それ以外の部分には参照光のみが照射され、参照光によってホログラム媒体Ｈが感光してしまう危険性があり、再生時におけるＳ／Ｎを劣化させる原因になる。これを防ぐためには、参照光だけでは感光しないような媒体特性及び記録再生光学系が要求され、システム設計におけるマージンが小さくなる。
【０００９】
また従来のディジタルホログラフィック記録においては、共通の光源から射出され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ある。このため、記録のための有効な光量の損失が大きい。またこのような多数の光学部品を導入することは、記録再生光学系を複雑化、大型化することにつながる。
【００１０】
そこで、このような問題点を解決するため、下記の特許文献１には、図５、図６（ａ）に示すように光源１の光を空間光変調器（ＳＬＭ）２により記録信号に応じて変調し、この変調された光から、回折格子５により次数が異なる複数の回折光を発生させて１つの次数の回折光を信号光として、他の次数の回折光を参照光として作用させ、ホログラム記録媒体４に記録する方法が提案されている。また、回折格子５はホログラム記録媒体４との位置決めのために不図示の浮上ブロックに形成され、浮上ブロックは不図示の浮上スライダによりホログラム記録媒体４に対して位置決めされる。なお、図６（ｂ）はホログラム記録媒体４の再生過程を示す。
【特許文献１】特開２００５−１２８４７３号（要約書、図３、段落００１９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来例では、回折格子５を浮上スライダに設けているため、適度な浮上量を持つ浮上スライダの製作が困難である。また、ホログラム記録媒体４の表面と、浮上スライダとの浮上量を一定に保つ必要があるため、ホログラム記録媒体４の表面のディフェクト、突起などの管理を厳重にしなければならない。また、ホログラム記録媒体４と浮上スライダの吸着の問題にも注意を喚起しなければならず、記録装置の小型化・軽量化・低コスト化が困難となるといった欠点がある。
【００１２】
また、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、記録光の回折光を参照光とするため、空間光変調器の画素が「暗」である場合は、回折光が生成されず、したがって、記録光と参照光の重なりも得られず、記録密度が低下して高密度記録化が困難である欠点もあった。
【００１３】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、小型化・軽量化・低コスト化することができるとともに、高密度記録化することができるホログラム記録装置及びホログラム記録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】
【００１４】
本発明のホログラム記録装置は上記目的を達成するために、
ホログラム記録媒体に情報を記録するホログラム記録装置であって、
光源と、
前記光源から出射された光の一部を前記ホログラム記録媒体に向けて参照光として反射するとともに前記光の残りを内部に入射する第１の面と、前記内部に入射した光を外部に出射する第２の面とを有する光学素子と、
前記第２の面から出射した光を前記第２の面及び前記第１の面を透過させて前記ホログラム記録媒体に向けて信号光として反射する反射面を有する空間光変調器とを、
備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のホログラム記録方法は上記目的を達成するために、
ホログラム記録媒体に情報を記録するホログラム記録方法であって、
光源から光を出射し、
前記光源から出射された光を、光学素子により、その一部を前記ホログラム記録媒体に向けて参照光として反射させるとともに、残りを前記光学素子内部に入射させ、
前記光学素子内部に入射した光を、空間光変調器により、変調して前記ホログラム記録媒体に向けて信号光として反射させることを特徴とする。
【００１６】
この構成及び方法により、ホログラム記録媒体中で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干渉縞として記録されるということがなくなるので、ホログラフィック記録が可能な領域を多く確保することができ、したがって、高密度記録化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、共通の光源から出射され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いので、小型化・軽量化・低コスト化することができ、また、記録のための光量の損失が少なく、効率がよい。また、特許文献１のように回折光を参照光としないので、高密度記録化することができ、また、再生時に回折格子を取り除かなくてもよい。
【００１８】
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）浮上スライダを設計製作しなくてよいので、装置を小型化・軽量化・低コスト化できる。
（６）記録媒体表面形状の管理に多大な工数を割かなくてもよい。
（７）浮上スライダと記録媒体の間にあるギャップがなくなるため、干渉縞の領域が大きくなり、記録感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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ム記録装置の基本構成を示したものであり、図２は、これを用いて実際に記録を行う場合の模式図、図３（ａ）、図３（ｂ）はそれぞれ本発明に係るホログラム記録過程と再生過程を示す説明図である。以下に、各部の詳細について説明する。
【００２０】
図１に示す光源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が、装置の小型化の観点からＬＤを用いることが望ましい。
【００２１】
光学素子３は光源１側の面とは反対側の面に空間光変調器（ＳＬＭ）２が設けられ、光源１から出射された光の一部を入射側の表面で反射して参照光としてホログラム記録媒体４へ入射させるとともに、残りを透過してＳＬＭ２へ入射させる。また、光学素子３はＳＬＭ２から反射された信号光を透過してホログラム記録媒体４へ入射させる。光学素子３としては、プリズムやハーフミラーを用いることができるが、干渉縞の形成を効率よく行うため光の位相を拡散させる機能を持たせるようにしてもよい。ここで、ホログラム記録媒体４の記録領域中に生成される参照光と信号光の領域は、空間的に重なり合うように形状寸法の設計及び反射層と透過層の光学的設計が成されている。
【００２２】
ＳＬＭ２は光学素子３の光源１側の面とは反対側の面に密着して設けられ、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して変換される。なおＳＬＭ２は大別して液晶素子などを用いた透過型と、マイクロミラーなどを用いた反射型（ＤＭＤ）とがあるが、本装置では、反射型を用いる。
【００２３】
以上が本装置を構成するための必要最小限のパーツであるが、必要に応じて光源１の光をコリメートするために、図２に示すようにコリメートレンズＬｌを光源１と光学素子３との間に挿入する。また必要に応じて、図２に示すように集光レンズＬ２を光学素子３とホログラム記録媒体４との間に挿入する。集光レンズＬ２は、記録光束がホログラム記録媒体４の位置で所望のビーム径になるように集光させる機能を有するものであればよく、凸レンズ、フレネルレンズ、ホログラムレンズ、あるいは反射型の凹面鏡などを用いることができる。
【００２４】
集光レンズＬ２はまた、多重記録を行う場合にも重要な役割を果たす。すなわち集光レンズＬ２を用いることによって、ホログラム記録媒体４の位置での記録光束が非平行光となり、記録の多重化が可能となる。ホログラム記録媒体４の位置での記録光束が平行光であると多重記録が行えない。すなわち、あるページデータを記録した後、スポット径以下の範囲でホログラム記録媒体４の位置をずらして次のページデータを記録する場合、平行光だと前ページと重なりあった部分が同じ干渉条件となってしまい、再生時にページの分離ができなくなる。これが非平行光であると重なりあった部分の干渉条件が異なるため、それぞれ個別の干渉縞が形成され、再生時に分離が可能になる。
【００２５】
またホログラム記録装置内の光路を調整する目的で適宜、レンズ、ミラー類を挿入し、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、以上の説明では記録に必要な構成を示してあるが、再生するために必要な要素、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。
【００２６】
また本ホログラム記録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得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。
【００２７】
次に、本ホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体４に記録する手順の例を図２、図３（ａ）に基づいて説明する。
過程１：ホログラム記録媒体４と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。
過程２：ＳＬＭ２に記録すべき１ページ分の電気信号を入力する。なお、過程１と過程２は同時、あるいは順序が逆であっても構わない。
【００２８】
過程３：光源１から出射した出射光をコリメートレンズＬ１に入射させてコリメートし、光学素子３の表面で一部を反射させ、集光レンズＬ２を介してホログラム記録媒体４に入射させる。一方、光学素子３の表面で反射されずに光学素子３を透過した平行光の残りをＳＬＭ２に入射させ、記録すべき１ページ分の電気信号をＳＬＭ２により光学的に記録光に変調して反射させ、この記録光を光学素子３を介してホログラム記録媒体４に入射させる。照射する時間は、ホログラム記録媒体４の感度、ダイナミックレンジ、記録光のパワー、記録の多重度を考慮して定める。本過程３によって、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、集光レンズＬ２を通して、ホログラム記録媒体４に達する。
【００２９】
以上、過程１から過程３を繰り返して、ホログラム記録媒体４に記録していく。このとき集光レンズＬ２の作用によってホログラム記録媒体４の位置での記録光束が非平行光であれば、過程１において次の記録位置に移動する場合、段落００２３で述べた理由によって記録スポットをオーバーラップさせることが可能である。これによって多重記録が可能となる。
【００３０】
次に、上記の手順で記録した信号を再生する手順の例を説明する。
過程１１：ホログラム記録媒体４と記録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、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。
過程１２：光源１から出射した散乱光を、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、図３（ａ）に示す記録過程で使用したＳＬＭ２は使用しない。このとき、照射させる光のパワーは、再生に都合がよい値を選ぶことができる。図３（ｂ）に示す再生過程における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、本過程１２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、図３（ａ）に示す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、過程１１、１２を繰り返して、記録された信号を順次再生していく。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置を示す基本構成図である。
【図２】本発明に係るホログラム記録装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係るホログラム記録装置のホログラム記録過程と再生過程を示す説明図である。
【図４】従来のホログラム記録装置を示す構成図である。
【図５】他の従来のホログラム記録媒体及びホログラム記録装置を示す構成図である。
【図６】図５におけるホログラム記録装置のホログラム記録過程と再生過程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光源
２  空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）
３  光学素子
４  ホログラム記録媒体
Ｌ１  コリメートレンズ
Ｌ２  集光レンズ
【図１】
2007293130.tif 000003
【図２】
2007293130.tif 000004
【図３】
2007293130.tif 000005
【図４】
2007293130.tif 000006
【図５】
2007293130.tif 000007
【図６】
2007293130.tif 000008