(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚のホログラムを記録する毎に物体光の入射角度を変えながら、同一の参照光を用いて複数枚のホログラムを第１のホログラム記録媒体に多重記録する第１の記録手段と、
上記第１の記録手段により上記第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する第１の再生手段と、
上記第１の再生手段により一括して再生された複数枚のホログラムの再生光を物体光として、上記複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムを異なる参照光を用いて第２の記録媒体に複数枚多重記録する第２の記録手段と、
上記第２の記録手段により上記第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムのうち所望の多重記録ホログラムを選択的に再生する第２の再生手段とを備えること
を特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
上記第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出するホログラム抽出手段を備えること
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】
上記ホログラム抽出手段は、上記第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムの再生光を空間的な開口を用いて像のフーリエ面上でフィルタリングすることにより所望のホログラムを抽出すること
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】
上記ホログラム抽出手段は、上記第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムの再生光を角度依存性を有する素子により選択的に透過又は反射させることにより所望のホログラムを抽出すること
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５】
上記第１のホログラム記録媒体として書き換え可能なホログラム記録材料を用い、上記第２のホログラム記録媒体として一度だけ記録が可能なホログラム記録材料を用いること
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６】
上記第１の記録手段は、空間光変調器とこの空間光変調器の各画素に対応して複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイとを備え、上記空間光変調器に入射する光の入射角を変えることにより上記各マイクロレンズの焦点面におけるスポットを分離させ、上記空間光変調器に表示された１画像を複数の画像に分割して複数枚のホログラムとして上記第１の記録媒体に多重記録し、
上記第２の再生手段は、上記空間光変調器に表示された１画像が分割された複数枚のホログラムが重ね合わされてなる多重記録ホログラムを再生すること
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７】
上記第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムを１画像として表示する表示手段を備えること
を特徴とする請求項６記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
上記第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出するホログラム抽出手段を備えること
を特徴とする請求項６記載のホログラム記録再生装置。
【請求項９】
１枚のホログラムを記録する毎に物体光の入射角度を変えながら、同一の参照光を用いて複数枚のホログラムを第１のホログラム記録媒体に多重記録する第１のステップと、
上記第１のステップにおいて上記第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する第２のステップと、
上記第２のステップにおいて一括して再生された複数枚のホログラムの再生光を物体光として、上記複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムを異なる参照光を用いて第２の記録媒体に複数枚多重記録する第３のステップと、
上記第３のステップにおいて上記第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムのうち所望の多重記録ホログラムを選択的に再生する第４のステップとを経ること
を特徴とするホログラム記録再生方法。
【請求項１０】
上記第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出する第５のステップを経ること
を特徴とする請求項９記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１１】
上記第５のステップは、上記第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムの再生光を空間的な開口を用いて像のフーリエ面上でフィルタリングすることにより所望のホログラムを抽出すること
を特徴とする請求項１０記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１２】
上記第５のステップは、上記第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムの再生光を角度依存性を有する素子により選択的に透過又は反射させることにより所望のホログラムを抽出すること
を特徴とする請求項１０記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１３】
上記第１のホログラム記録媒体として書き換え可能なホログラム記録材料を用い、上記第２のホログラム記録媒体として一度だけ記録が可能なホログラム記録材料を用いること
を特徴とする請求項９記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１４】
上記第１のステップにおいて、空間光変調器とこの空間光変調器の各画素に対応して複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイとを用い、上記空間光変調器に入射する光の入射角を変えることにより上記各マイクロレンズの焦点面におけるスポットを分離させ、上記空間光変調器に表示された１画像を複数の画像に分割して複数枚のホログラムとして上記第１の記録媒体に多重記録し、
上記第４のステップにおいて、上記空間光変調器に表示された１画像が分割された複数枚のホログラムが重ね合わされてなる多重記録ホログラムを再生すること
を特徴とする請求項９記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１５】
上記第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムを１画像として表示すること
を特徴とする請求項１４記載のホログラム記録再生方法。
【請求項１６】
上記第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出する第５のステップを経ること
を特徴とする請求項１４記載のホログラム記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体光と参照光との干渉効果を利用してホログラム記録媒体にデータを記録し、又はホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録すべきデータに応じて変調された物体光と参照光とを、大きなフォトリフラクティブ効果を発現するホログラム記録媒体中で干渉させることにより、このホログラム記録媒体にデータを干渉縞として記録し、また、データが記録されたホログラム記録媒体に参照光と同じ入射角で読み出し光を入射させることにより、このホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するホログラム記録再生方式が提案されている。
【０００３】
このホログラム記録再生方式においては、例えば、液晶表示パネル（ＬＣＤ）等の空間光変調器を透過することによりこの空間光変調器に表示された１画像分のデータに応じて変調された光が物体光としてホログラム記録媒体内に入射するので、１画像分のデータが１つのホログラムとして、一度にホログラム記録媒体に記録されることになる。そして、再生時においても、この１画像分のデータを含むホログラム単位で再生されることになる。したがって、このホログラム記録再生方式は、例えば、比較的高速アクセスが可能とされている光ディスクを記録媒体として用いた記録再生方式と比較しても、より高速なデータアクセスが可能であるとの特徴を有している。
【０００４】
また、このホログラム記録再生方式においては、例えば、１つのホログラムを記録する度に参照光の入射角を変えること等により、１つのホログラム記録媒体に多数のホログラムを重ねて記録する、いわゆる多重記録が可能である。したがって、このホログラム記録再生方式は、非常に高密度にデータを記録することができるとの特徴を有している。
【０００５】
以上の点から、ホログラム記録再生方式は、近年の情報産業の発達に伴って要求される記録密度の向上やデータアクセスの高速化を満足させる記録再生方式として注目されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このホログラム記録再生方式において、高密度記録を実現する多重記録は、記録時もしくは再生時の消去によって生じる回折効率の低下により制限される。すなわち、多重記録を行う場合、ホログラム記録媒体に先に記録されたホログラムは、後のホログラムを記録する際に消去を受けて、回折効率が多少低下する。また、多重記録によりホログラム記録媒体に記録された各ホログラムは、再生時の露光によっても回折効率が多少低下する。加えて、長期的にも暗電流による電子の拡散により、経時的な回折効率の低下が生じる。
【０００７】
以上のように、ホログラム記録媒体に多重記録された各ホログラムは、消去等によって回折効率が低下すると、再生時のＳ／Ｎ比が徐々に低下することになる。
【０００８】
ホログラム記録媒体に記録される各ホログラムの記録時の回折効率ηwritw（ｔ）は、次式（１）で与えられる。
【０００９】
ηwritw（ｔ）＝η0・（１−ｅ-αIt）    ・・・（１）
ここで、αは記録時の時定数、Ｉは空間的平均の光強度、ｔは記録時を０とした時間、η0は飽和回折効率である。
【００１０】
また、多重記録された各ホログラムを再生する場合、もしくは先に記録されたホログラムを後のホログラムを記録する際の光照射によって消去する場合の回折効率ηread（ｔ）は、次式（２）で与えられる。
【００１１】
ηread（ｔ）＝η1・ｅ-α'It    ・・・（２）
ここで、α‘は再生（もしくは消去）時の時定数、Ｉは平均の光強度、η1は初期回折効率である。
【００１２】
以上の式から、再生により、ホログラム記録媒体に記録された各ホログラムの回折効率は指数関数的に低下することが分かる（『フォトリフラクティブ非線型光学』、Ｐ．ＹＥＨ著、丸善刊参照）。このとき、全てのホログラムの回折効率が等しくなるように多重記録すると、各ホログラムの最終的な回折効率は記録枚数の２乗に反比例することが知られている（"System metric for holographic memory system", Fai H. Mok, Geoffrey W. Burr and Demetri Psaltis, Optics Letters, 21, pp.896, 1996参照）。
【００１３】
例えば、１０００枚のホログラムを等しい強度で記録した場合、各ホログラムの回折効率は、１枚のホログラムを記録した場合に比べて１０-6程度にまで低下する。
【００１４】
以上のように、回折効率が低下すると、再生時のＳ／Ｎ比が低下することになる。そして、再生時のＳ／Ｎ比の低下が大きいと、信号成分がノイズに埋もれてしまって再生が不可能となる。したがって、再生可能な回折効率を確保するためには、ホログラム記録媒体に記録されるホログラムの枚数を制限する必要があり、このことが、ホログラム記録媒体に記録されるデータの記録容量を制限する要因となっていた。
【００１５】
したがって、ホログラム記録再生方式においては、回折効率の低下をできるだけ抑えて多重記録を行うことにより、データの記録容量を高めることが、この方式の特徴点を最大限に引き出してこの方式を広く一般に普及させるための課題の一つとされている。
【００１６】
回折効率の低下をできるだけ抑えて多重記録を行う手段としては、多重記録されたホログラムをマスターとして、さらにそのホログラムを別のホログラムに多重記録するという方法が提案されている（“Multiple multiple-exposure hologram”,Kristina M. Johnson, Mark Armstrong, Lambertus Hesselink, and Joseph W. Goodman, Applied Optics,24, pp.4467-4472, 1985参照）。
【００１７】
この方法について、以下に説明する。まず、ｍ枚のホログラムを共通の参照光を用いて第１のホログラム記録媒体に記録する。そして、この第１のホログラム記録媒体に記録されたｍ枚のホログラムを一括して再生し、その再生光を物体光として、第２のホログラム記録媒体に記録する。次に、再びｍ枚のホログラムを第１のホログラム記録媒体に記録し、これを第２のホログラム記録媒体に、最初のｍ枚のホログラムを記録したときと同一の参照光を用いて複写記録する。以上の手続きをｎ回繰りかえす。その結果、第２のホログラム記録媒体には、（ｎ×ｍ）枚のホログラムが多重記録されることになる。
【００１８】
このホログラムを再生すれば、同時に（ｎ×ｍ）枚のホログラムが重ね合わされて再生されるので、（ｎ×ｍ）層の画像を重ね合わせて同時に表示することができる。この方法を用いて、例えば、立体の断層を記録すれば、立体の全体を三次元的に表示することができる。
【００１９】
このときの回折効率は、通常のレコーディングスケジュールで記録した場合と比べると、ｍ倍にすることができる。すなわち、第１のホログラム記録媒体にｍ枚のホログラムを記録すれば、各ホログラムの回折効率は１／ｍ2になる。しかし、第２のホログラム記録媒体への複写時には、このｍ枚のホログラムが１枚のホログラムとして記録されるので、ｍ枚のホログラムの回折効率の総和は１／ｎ2となる。したがって、ｍ枚のホログラムは全て等しい回折効率とすれば、第二のホログラムを再生した時、１枚のホログラム当たりの回折効率はその１／ｍであり、最終的な１枚当たりの回折効率は、１／（ｍ×ｎ2）である。一方、（ｎ×ｍ）枚のホログラムを、通常のレコーディングスケジュールで多重記録した場合の回折効率は１／（ｍ2×ｎ2）である。よって、以上の方法によりホログラムを複写することで、回折効率はｍ倍になったことがわかる。
【００２０】
しかしながら、この方法は、上述したように、断面を重ね合わせて立体画像を表示することを目的として提案されたものであり、第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムを一括して再生するために、第１のホログラム記録媒体に各ホログラムを記録する際に共通の参照光を用いており、再生時には全てのホログラムが重ね合わされた状態で同時に再生され、１枚１枚のホログラムを分離することはできない。したがって、この方法は、上述したような特殊な用途以外での適用が困難で、上記課題を本質的に解決するには至っていない。
【００２１】
そこで、本発明は、回折効率の低下をできるだけ抑えながら多重記録を行い、大容量のデータの記録再生を可能とするホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るホログラム記録再生装置は、上記課題を解決するために、１枚のホログラムを記録する毎に物体光の入射角度を変えながら、同一の参照光を用いて複数枚のホログラムを第１のホログラム記録媒体に多重記録する第１の記録手段と、この第１の記録手段により第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する第１の再生手段と、この第１の再生手段により一括して再生された複数枚のホログラムの再生光を物体光として、上記複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムを異なる参照光を用いて第２の記録媒体に複数枚多重記録する第２の記録手段と、この第２の記録手段により第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムのうち所望の多重記録ホログラムを選択的に再生する第２の再生手段とを備える。
【００２３】
このホログラム記録再生装置によれば、第１の記録手段により、複数枚のホログラムが第１の記録媒体に多重記録される。このとき、各ホログラムは、それぞれ物体光の入射角度を異ならせながら同一の参照光を用いて第１のホログラム記録媒体に記録される。
【００２４】
第１の記録手段により第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムは、第１の再生手段により一括して再生される。すなわち、第１の再生手段は、第１の記録手段が第１のホログラム記録媒体に複数枚のホログラムを記録した際に用いた参照光と同じ入射角で第１のホログラム記録媒体に読み出し光を入射することにより、第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する。
【００２５】
第１の再生手段により一括して再生された複数枚のホログラムは、各ホログラムが重ね合わされた状態とされている。そして、この複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムは、第２の記録手段により第２のホログラム記録媒体に再度記録されることになる。すなわち、第２の記録手段は、第１の再生手段により一括して再生された複数枚のホログラム（多重記録ホログラム）の再生光を物体光として用い、この多重記録ホログラムを第２のホログラム記録媒体に再度記録する。そして、第２の記録手段は、異なる参照光を用いて多重記録ホログラムを第２の記録媒体に複数枚多重記録する。
【００２６】
第２の記録手段により第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムは、第２の再生手段により選択的に再生される。すなわち、第２の再生手段は、例えば、複数枚の多重記録ホログラムが角度多重で第２のホログラム記録媒体に多重記録されている場合には、読み出し光の入射角を選択することにより、所望の多重記録ホログラムを再生する。
【００２７】
なお、本発明に係るホログラム記録再生装置は、第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出するホログラム抽出手段を備えることが望ましい。このホログラム抽出手段としては、例えば、第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムの再生光を空間的な開口を用いて像のフーリエ面上でフィルタリングすることにより所望のホログラムを抽出するものや、第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムの再生光を角度依存性を有する素子により選択的に透過又は反射させることにより所望のホログラムを抽出するものが考えられる。
【００２８】
また、本発明に係るホログラム記録再生装置は、第１のホログラム記録媒体として、例えば、フォトリフラクティブ結晶等の書き換え可能なホログラム記録材料を用い、第２のホログラム記録媒体として、例えば、フォトポリマー等の一度だけ記録が可能なホログラム記録材料を用いることが望ましい。
【００２９】
また、本発明に係るホログラム記録再生装置は、第１の記録手段が、空間光変調器とこの空間光変調器の各画素に対応して複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイとを備え、空間光変調器に入射する光の入射角を変えることにより各マイクロレンズの焦点面におけるスポットを分離させ、空間光変調器に表示された１画像を複数の画像に分割して複数枚のホログラムとして第１の記録媒体に多重記録し、第２の再生手段が、空間光変調器に表示された１画像が分割された複数枚のホログラムが重ね合わされてなる多重記録ホログラムを再生するようにしてもよい。
【００３０】
この場合、第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムは、例えば、表示手段により１画像として表示される。或いは、ホログラム抽出手段により、多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムが抽出される。
【００３１】
また、本発明に係るホログラム記録再生方法は、上記課題を解決するために、１枚のホログラムを記録する毎に物体光の入射角度を変えながら、同一の参照光を用いて複数枚のホログラムを第１のホログラム記録媒体に多重記録する第１のステップと、第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する第２のステップと、第２のステップにおいて一括して再生された複数枚のホログラムの再生光を物体光として、上記複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムを異なる参照光を用いて第２の記録媒体に複数枚多重記録する第３のステップと、第３のステップにおいて第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムのうち所望の多重記録ホログラムを選択的に再生する第４のステップとを経ることを特徴としている。
【００３２】
このホログラム記録再生方法によれば、第１のステップにおいて、複数枚のホログラムが第１の記録媒体に多重記録される。このとき、各ホログラムは、それぞれ物体光の入射角度を異ならせながら同一の参照光を用いて第１のホログラム記録媒体に記録される。
【００３３】
第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムは、第２のステップにおいて一括して再生される。すなわち、第２のステップでは、第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に複数枚のホログラムを記録した際に用いた参照光と同じ入射角で第１のホログラム記録媒体に読み出し光を入射することにより、第１のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚のホログラムを一括して再生する。
【００３４】
第２のステップにおいて一括して再生された複数枚のホログラムは、各ホログラムが重ね合わされた状態とされている。そして、この複数枚のホログラムが重ね合わされ１つのホログラムとされてなる多重記録ホログラムは、第３のステップにおいて第２のホログラム記録媒体に再度記録されることになる。すなわち、第３のステップでは、第１の再生手段により一括して再生された複数枚のホログラム（多重記録ホログラム）の再生光を物体光として用い、この多重記録ホログラムを第２のホログラム記録媒体に再度記録する。そして、第３のステップでは、異なる参照光を用いて多重記録ホログラムを第２の記録媒体に複数枚多重記録する。
【００３５】
第３のステップにおいて第２のホログラム記録媒体に多重記録された複数枚の多重記録ホログラムは、第４のステップにおいて選択的に再生される。すなわち、第４のステップでは、例えば、複数枚の多重記録ホログラムが角度多重で第２のホログラム記録媒体に多重記録されている場合には、読み出し光の入射角を選択することにより、所望の多重記録ホログラムを再生する。
【００３６】
なお、本発明に係るホログラム記録再生方法は、第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムを抽出する第５のステップを経ることが望ましい。この第５のステップでは、例えば、第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムの再生光を空間的な開口を用いて像のフーリエ面上でフィルタリングすることにより所望のホログラムを抽出すること、或いは、第２の再生手段により再生された多重記録ホログラムの再生光を角度依存性を有する素子により選択的に透過又は反射させることにより所望のホログラムを抽出すること等が考えられる。
【００３７】
また、本発明に係るホログラム記録再生方法は、第１のホログラム記録媒体として、例えば、フォトリフラクティブ結晶等の書き換え可能なホログラム記録材料を用い、第２のホログラム記録媒体として、例えば、フォトポリマー等の一度だけ記録が可能なホログラム記録材料を用いることが望ましい。
【００３８】
また、本発明に係るホログラム記録再生方法は、第１のステップにおいて、空間光変調器とこの空間光変調器の各画素に対応して複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイとを用い、空間光変調器に入射する光の入射角を変えることにより各マイクロレンズの焦点面におけるスポットを分離させ、空間光変調器に表示された１画像を複数の画像に分割して複数枚のホログラムとして第１の記録媒体に多重記録し、第４のステップにおいて、空間光変調器に表示された１画像が分割された複数枚のホログラムが重ね合わされてなる多重記録ホログラムを再生するようにしてもよい。
【００３９】
この場合、第４のステップにおいて再生された多重記録ホログラムは、例えば、１画像として表示される。或いは、第５のステップにおいて、多重記録ホログラムを構成する複数枚のホログラムのうち所望のホログラムが抽出される。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４１】
本発明を適用したホログラム記録再生装置の一構成例を図１に示す。この図１に示すホログラム記録再生装置１は、波長幅が十分狭くコヒーレンスの高いレーザ光を出射する光源２を備えている。この光源２から出射されるレーザ光の光路上には、このレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ３と、このコリメータレンズ３により平行光に変換されたレーザ光の光路を分岐するための第１のビームスプリッタ４とが配設されている。第１のビームスプリッタ４は、例えば、コリメータレンズ３により平行光に変換されたレーザ光の一部を透過すると共に、他の一部を反射してその光路を例えば約９０度折り曲げることにより、このレーザ光の光路を分岐する。
【００４２】
第１のビームスプリッタ４により反射され、光路が折り曲げられたレーザ光の光路上には、このレーザ光のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行う第１のシャッタ５と、このレーザ光の進行方向を制御する第１のビームデフレクタ６とが配設されている。第１のビームデフレクタ６は、入射したレーザ光を所定の偏向角で偏向して透過又は反射させることによりこのレーザ光の進行方向を制御するものであり、例えば、音響光学偏向器や電気光学偏向器、ガルバノミラー等より構成される。なお、この第１のビームデフレクタ６は、レーザ光を一次元方向に偏向するようにしてもよいし、二次元方向に偏向するようにしてもよい。
【００４３】
この第１のビームデフレクタ６により進行方向が制御されたレーザ光の光路上には、空間光変調器７と第１のホログラム記録媒体８とが配設されている。そして、第１のビームデフレクタ６と空間光変調器７との間には、第１のビームデフレクタ６の出射面を空間光変調器７に投影するためのレンズ９，１０が配設されている。なお、図１に示す例においては、第１のビームデフレクタ６の出射面を空間光変調器７に等倍で投影する場合を考えて、レンズ９とレンズ１０の焦点距離を共にＦとし、第１のビームデフレクタ７をレンズ９の焦点面上に配設し、空間光変調器７をレンズ１０の焦点面上に配設し、レンズ９とレンズ１０の間隔が２Ｆとなるようにしている。
【００４４】
ここで、ラグランジェヘルムホルツの関係より、各面への入射光と入射角との積は一定なので、光線を拡大するとビームの偏向角が縮小される。逆にビームの偏向角を大きくしようとすると、ビーム径を縮小しなければならない。したがって、必要であれば、この投影倍率や第１のビームデフレクタ７での出射光束の出射径を適当な値に設定することが望ましい。
【００４５】
空間光変調器７は、例えば透過型の液晶表示装置（ＬＣＤ）等よりなり、画像信号に応じた画像を表示部に表示する。そして、空間光変調器７は、第１のビームデフレクタ６から出射されたレーザ光をこの表示部を透過させることにより、このレーザ光を表示部に表示した画像に応じて変調する。
【００４６】
このホログラム記録再生装置１においては、以上のように、第１のビームスプリッタ４により反射され、第１のビームデフレクタ６により偏向された後に空間光変調器７により変調されたレーザ光が物体光とされる。
【００４７】
空間光変調器７と第１のホログラム記録媒体８との間には、空間光変調器７の表示部に表示された画像に応じて変調された物体光をフーリエ変換するためのレンズ１１が配設されている。なお、図１に示す例においては、レンズ１１の焦点距離をｆとし、空間光変調器７と第１のホログラム記録媒体８とをそれぞれレンズ１１の焦点面上に配設するようにしている。ここで、第１のホログラム記録媒体８は、その中心を位置の基準としている。
【００４８】
第１のビームデフレクタ６により偏向された後に空間光変調器７により変調された物体光は、レンズ１１を透過することによりフーリエ変換され、そのフーリエ面近傍に配設された第１のホログラム記録媒体８に、第１のビームデフレクタ６による偏向角に応じた入射角で入射する。
【００４９】
一方、第１のビームスプリッタ４を透過したレーザ光の光路上には、このレーザ光を反射してその光路を約９０度折り曲げる折り返しミラー１２と、この折り返しミラー１２により反射され、光路が折り曲げられたレーザ光の光路を分岐するための第２のビームスプリッタ１３とが配設されている。第２のビームスプリッタ１３は、例えば、折り返しミラー１２により反射されたレーザ光の一部を透過すると共に、他の一部を反射してその光路を例えば約９０度折り曲げることにより、このレーザ光の光路を分岐する。
【００５０】
第２のビームスプリッタ１３により反射され、光路が折り曲げられたレーザ光の光路上には、このレーザ光のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行う第２のシャッタ１４が配設されている。また、第２のビームスプリッタ１３を透過したレーザ光の光路上には、このレーザ光のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行う第３のシャッタ１５が配設されている。
【００５１】
そして、このホログラム記録再生装置１においては、第２のシャッタ１４が開放されたときに、第２のビームスプリッタ１３により反射され、光路が折り曲げられたレーザ光が、参照光として、上記第１のホログラム記録媒体８に所定の入射角で入射するようになされている。
【００５２】
したがって、このホログラム記録再生装置１は、第１のシャッタ５及び第２のシャッタ１４を開放し、第３のシャッタ１５を閉じた状態で光源２からレーザ光を出射することにより、空間光変調器７により変調され、第１のビームデフレクタ６による偏向角に応じた入射角で第１のホログラム記録媒体８に入射する物体光と、所定の入射角で第１のホログラム記録媒体８に入射する参照光とを、第１のホログラム記録媒体８中で干渉させ、空間光変調器７に表示された画像をホログラムとして第１のホログラム記録媒体８に記録することができる。
【００５３】
本発明に係るホログラム記録再生装置１は、以上の記録過程を、第１のビームデフレクタ６による偏向角を変えることにより空間光変調器７を透過した物体光の第１のホログラム記録媒体８への入射角を変えながら、同一の参照光を用いて繰り返し行い、第１のホログラム記録媒体８に複数枚のホログラムを多重記録する。以下、この記録過程を第１のステップという。
【００５４】
ホログラム記録再生装置１は、第１のホログラム記録媒体８に多重記録された各「ページ」が再生時に全て等しい回折効率を持つように、第１のステップにおけるレコーディングスケジュールが設定されている。
【００５５】
なお、説明の便宜のために、以下の説明においては、第１のホログラム記録媒体８に記録される１枚１枚のホログラムを「ページ」と呼び、これらの各「ページ」が同一の参照光を用いて第１のホログラム記録媒体に多重記録されることによりこれら複数の「ページ」が重ね合わされてなる多重記録ホログラムを「チャプター」と呼ぶことにする。
【００５６】
第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体８に多重記録された全ての「ページ」は、上述したように、同一の参照光を用いて記録されている。したがって、ホログラム記録再生装置１は、各「ページ」を記録した際に用いた参照光と同じ光を、読み出し光として第１のホログラム記録媒体８に入射させると、第１のホログラム記録媒体８に記録された「チャプター」の全ての「ページ」を一括して再生することができる。以下、この再生過程を第２のステップという。
【００５７】
第２のステップにおいて再生された再生光の光路上には、この再生光をフーリエ変換するためのレンズ１６，１７と、このレンズ１６，１７を透過した再生光が物体光として入射する第２のホログラム記録媒体１８が配設されている。なお、図１に示す例においては、レンズ１６，１７の焦点距離を共にｆとし、第１のホログラム記録媒体８がレンズ１６の焦点面上に位置し、第２のホログラム記録媒体１８がレンズ１７の焦点面上に位置し、レンズ１６とレンズ１７との間隔が２ｆとなるようにしている。ここで、第２のホログラム記録媒体１８は、その中心を位置の基準としている。
【００５８】
第２のステップにおいて、第１のホログラム記録媒体８から再生された全ての「ページ」、すなわち「チャプター」をレンズ１６でフーリエ変換すれば、レンズ１６の焦点面である再生像面に「チャプター」の再生像が再生される。この再生像面に再生された「チャプター」の再生像は、「チャプター」を構成する全ての「ページ」の再生像がコヒーレントに重ね合わされ干渉し合った状態とされているので、この像から各「ページ」を判別して読み出すことはできない。
【００５９】
本発明に係るホログラム記録再生装置１は、この再生像面に再生された「チャプター」の再生像を再びレンズ１７でフーリエ変換して、フーリエ変換された像を物体光として、そのフーリエ面近傍に配設された第２のホログラム記録媒体１８に所定の角度で入射させるようにしている。
【００６０】
一方、上述した第２のビームスプリッタ１３を透過したレーザ光の光路上には、このレーザ光の進行方向を制御する第２のビームデフレクタ１９が配設されている。この第２のビームデフレクタ１９は、第１のビームデフレクタ４と同様に、入射したレーザ光を所定の偏向角で偏向して透過又は反射させることによりこのレーザ光の進行方向を制御するものであり、例えば、音響光学偏向器や電気光学偏向器、ガルバノミラー等より構成される。但し、この第２のビームデフレクタ１９は、「チャプター」を角度多重により第２のホログラム記録媒体１８に記録するために、参照光の入射角を変える手段として用いられるため、レーザ光を二次元方向に偏向することはできず、物体光光軸を含む１次元面内で偏向させる必要がある。もし、参照光と物体光の作る平面に垂直な方向に参照光を走査すると、縮退が生じて、複数のホログラムが同時に再生されてしまうからである（「フォトリフラクティブ非線型光学」、P. Yeh、丸善参照）。但し、フラクタル多重を行う場合はこの限りではなく、参照光と物体光の作る平面に垂直な方向にもレーザ光を偏向することができるが、それほど多くの多重度を得られない上、再生像の位置が参照光と物体光の作る平面に垂直な方向にシフトするため、ＣＣＤなどの受光器を移動させるか、大きなＣＣＤを用いるなどの手段を講じなければならない。
【００６１】
本発明に係るホログラム記録再生装置１においては、第２のビームスプリッタ１３を透過し、第２のビームデフレクタ１９により進行方向が制御されたレーザ光が、参照光として、第２のビームデフレクタ１９による偏向角に応じた入射角で第２のホログラム記録媒体１８に入射するようになされている。
【００６２】
したがって、このホログラム記録再生装置１は、第１のシャッタ５を閉じて第２及び第３のシャッタ１４，１５を開放し、光源２からレーザ光を出射することにより、第１のホログラム記録媒体８に多重記録された各「ページ」、すなわち「チャプター」を再生し、この再生光を物体光として所定の入射角で第２のホログラム記録媒体１８に入射させると共に、第２のビームスプリッタ１３を透過したレーザ光を第２のビームデフレクタ１９により偏向し、この偏向角に応じた入射角で第２のホログラム記録媒体１８に参照光として入射させ、これらの光を第２のホログラム記録媒体１８中で干渉させて、「チャプター」を構成する全ての「ページ」が重ね合わされてなる多重記録ホログラムを１枚のホログラムとして第２のホログラム記録媒体１８に記録することができる。
【００６３】
本発明に係るホログラム記録再生装置１は、以上の記録過程を経て、「チャプター」を構成する全ての「ページ」が重ね合わされてなる多重記録ホログラムを１枚のホログラムとして第２のホログラム記録媒体１８に記録したら、再度、第１のステップに戻って、第１のホログラム記録媒体８に新たな「ページ」を多重記録し、第１のホログラム記録媒体８に新たな「チャプター」を構成する。このとき、第１のホログラム記録媒体８へ新たな「チャプター」を記録する前に、第１のホログラム記録媒体８に記録された古い「チャプター」の全ての「ページ」を光照射や加熱などの手段を用いて消去するようにしてもよい。
【００６４】
第１のホログラム記録媒体８へ新たな「チャプター」が記録されたら、第２のステップにより、この「チャプター」を再生する。そして、この「チャプター」の再生像を物体光として再び第２のホログラム記録媒体１８へ入射させる。このとき、第２のビームデフレクタ１９による偏向角を変えることにより参照光の第２のホログラム記録媒体１８への入射角を前の「チャプター」記録時とは異ならせ、新たな「チャプター」を第１のホログラム記録媒体１８に記録する。この手続きを繰り返して、第２の記録媒体１８に、複数の「チャプター」をいわゆる角度多重記録により記録する。以下、この記録過程を第３のステップという。
【００６５】
ホログラム記録再生装置１は、第２のホログラム記録媒体１８に多重記録された各「チャプター」が再生時に全て等しい回折効率を持つように、第３のステップにおけるレコーディングスケジュールが設定されている。
【００６６】
なお、説明の便宜のために、以下の説明においては、同一の参照光で多重記録された「ページ」からなる「チャプター」を、第２のホログラム記録媒体１８に「チャプター」毎に異なる参照光を用いて多重記録したホログラムの全体を「ブック」と呼ぶことにする。
【００６７】
第３のステップにおいて第２のホログラム記録媒体１８に複数の「チャプター」が多重記録されてなる「ブック」のうち、所望の「チャプター」を再生するには、第１のシャッタ５及び第２のシャッタ１４を閉じ、第３のシャッタ１５を開放した状態で光源２からレーザ光を出射させ、第２のビームデフレクタ１９による偏向角を調整して、再生する「チャプター」を記録した際に用いた参照光と同じ光を、読み出し光として第２のホログラム記録媒体１８に入射させればよい。以下、この再生過程を第４のステップという。
【００６８】
第４のステップにおいて再生された再生光の光路上には、この再生光をフーリエ変換するためのレンズ２０，２１が配設されている。図１に示す例においては、レンズ２０，２１の焦点距離を共にｆとし、第２のホログラム記録媒体１８がレンズ２０の焦点面上に位置し、レンズ２０とレンズ２１との間隔が２ｆとなるようにしている。
【００６９】
第４のステップにおいて、第２のホログラム記録媒体１８から選択的に再生された「チャプター」をレンズ２０でフーリエ変換すれば、レンズ２０の焦点面である再生像面に選択された「チャプター」の再生像が再生される。しかし、上述したように、この再生像面に再生された「チャプター」の再生像は、「チャプター」を構成する全ての「ページ」の再生像がコヒーレントに重ね合わされ干渉し合った状態とされているので、この像から各「ページ」を判別して読み出すことはできない。
【００７０】
そこで、本発明に係るホログラム記録再生装置１は、この再生像面に再生された「チャプター」の再生像を再びレンズ２１でフーリエ変換して、フーリエ変換された像をレンズ２１の焦点面である再生像面に再生する。ここで、レンズ２１の焦点面である再生像面は、空間光変調器７のフーリエ変換面になっている。したがって、空間光変調器７の面で異なる方向の平行光線はこの再生像面において異なる点に集光されることになる。具体的には、空間光変調器７は、一般的に、各画素の形状が矩形開口であるものが殆どであるため、この再生像面に再生される再生像は、縦横に回折光が広がった回折パターンをとる。
【００７１】
本発明に係るホログラム記録再生装置１は、このレンズ２１の焦点面である再生像面に、再生像の縦横の正負１次光までを含めて、特定の「ページ」成分の回折光をフィルタリングして取り出すホログラム抽出手段２２を配設し、このホログラム抽出手段２２により再生像面に再生された「チャプター」の中から所望の「ページ」を抽出するようにしている。以下、この所望の「ページ」を抽出する過程を第５のステップという。
【００７２】
第５のステップにおいて用いるホログラム抽出手段２２としては、例えば、開口部が可動のアパーチャが考えられる。すなわち、このアパーチャを用いて、「チャプター」全体の回折パターンの中から所望の「ページ」の成分だけを開口部を介して透過させると共に他の「ページ」の回折光を遮断し、開口部を介して透過した「ページ」成分の回折光を、その光路上に配設されたレンズ２３で再度フーリエ変換することで、その「ページ」の像をレンズ２３の後側焦点面に復元することができる。
【００７３】
そして、このレンズ２３の後側焦点面に、ＣＣＤ等のディテクターアレイ２４を配設すれば、ホログラム抽出手段２２により抽出された「ページ」のデータを読み取ることができる。
【００７４】
ここで、開口部が可動なアパーチャとしては、例えば、図２に示すような液晶シャッターアレイ３０を用いることが考えられる。この液晶シャッターアレイ３０は、フィルタ面に液晶セル３１のアレイからなるシャッターのアレイが多数配置されてなるものである。液晶セル３１は、ディスプレイ用パネル等に使用される液晶セルと同様のものであり、液晶を配向膜と透明電極をコーティングした２枚の透明基板で挟んでなるものである。そして、これら各液晶セル３１には、各部を独立に駆動できるトランジスタ素子や配線が施されている。液晶シャッターアレイ３０は、これら各液晶セル３１に外部から電気信号を与えることで、各液晶セル３１の光の透過率を個別に制御することができる。ここで、各液晶セル３１の開口は、特定の「ページ」の回折光のみを空間的に選択できる形状と大きさを持つようになされている。
【００７５】
この液晶シャッターアレイ３０を用いて、所望の「ページ」に対応した部分の液晶セル３１の透過率のみを高め、他の部分の液晶セル３１の透過率を低くすれば、図３に示すように、「チャプター」全体の回折パターンの中から所望の「ページ」の成分だけをこれに対応した部分の液晶セル３１の開口部を介して透過させると共に他の「ページ」の回折光を遮断して、所望の「ページ」のみを選択して再生することができる。この液晶シャッターアレイ３０を構成する各液晶セル３１の動作原理は様々なものが考えられ、空間光変調器として知られている様々な素子、例えば、反射型液晶ディスプレイ、光書込型ライトバルブ、微細加工技術を用いたマイクロミラーアレイなどのマイクロマシン等を用いることができる。
【００７６】
また、開口部が可動なアパーチャとしては、上述した液晶シャッターアレイ３０のように電気的に開口部を移動させるものの他に、例えば、機械的に開口部を移動させるシャッタ装置を用いるようにしてもよい。
【００７７】
また、第５のステップにおいて用いるホログラム抽出手段２２としては、例えば、図４に示すように、固定された開口部を有するアパーチャ４０とガルバノミラー等の光の進行方向を可変にするビーム偏向手段４１とを組み合わせたものが考えられる。この場合、第４のステップにおいて再生された再生光の光路上に、レンズ２０に変えて、この再生光を平行光に変換するレンズ４２を配設する。そして、レンズ４２により平行光に変換された再生光の光路上にビーム偏向手段４１を配設する。このビーム偏向手段４１により、その後段に配設されたレンズ２１の焦点面で「チャプター」に属する全ての「ページ」の回折パターンは走査されることになる。そして、「チャプター」に属する全ての「ページ」の回折パターンが走査されるレンズ２１の焦点面に、アパーチャ４０が配設される。
【００７８】
アパーチャ４０には、「チャプター」全体の回折パターンの中から選択された１枚の「ページ」の回折光のみを透過する開口部４３が、例えばその中心部に設けられている。そして、このアパーチャ４０は、選択された「ページ」以外の「ページ」の回折光は全て遮断するようになされている。したがって、この尾ホログラム抽出手段２２は、ビーム偏向手段４１により偏向された「チャプター」全体の回折パターンの中から所望の「ページ」の成分だけをアパーチャ４０の開口部４３を介して透過させることにより、「チャプター」の中から所望の「ページ」のみを抽出することができる。
【００７９】
なお、ホログラム抽出手段２２は、「チャプター」の中から所望の「ページ」のみを抽出することができるものであれば、上述した例以外の構成とされていてもよく、また、上述した例を組み合わせた構成とされていてもよい。
【００８０】
本発明に係るホログラム記録再生装置１の空間光変調器７からディテクターアレイ２４までの部分を図５に拡大して示す。また、図５中（ａ）〜（ｇ）の各面におけるレーザ光の強度分布を図６（ａ）〜図６（ｇ）に模式的に示す。
【００８１】
このホログラム記録再生装置１において、空間光変調器７を透過するレーザ光は、図５中（ａ）面で図６（ａ）のようなパターンとなる。また、第１のホログラム記録媒体８に入射した物体光は、図５中（ｂ）面で図６（ｂ）のようなパターンとなる。また、レンズ１６を透過した再生光（物体光）は、図５中（ｃ）面で図６（ｃ）のようなパターンとなる。また、第２のホログラム記録媒体１８に入射した物体光は、図５中（ｄ）面で図６（ｄ）のようなパターンとなる。また、レンズ２０を透過した再生光は、図５中（ｅ）面で図６（ｅ）のようなパターンとなる。また、レンズ２１を透過した再生光は、図５中（ｆ）面で図６（ｆ）のようなパターンとなる。また、ディテクターアレイ２４に入射した再生光は、図５中（ｇ）面で図６（ｇ）のようなパターンとなる。
【００８２】
ここで、「チャプター」を構成する各「ページ」の物体光（或いは再生光）は、異なる入射角の光線であるため、そのフーリエ面である（ｂ）面、（ｄ）面、（ｆ）面では、空間的に分離された回折パターンを示す。また、第１のホログラム記録媒体８に記録された「チャプター」の再生像面である（ｃ）面及び第２のホログラム記録媒体１８に記録された「チャプター」の再生像面である（ｆ）面では、「チャプター」に属する全ての「ページ」が再生されるため、全ての「ページ」をコヒーレントに重ね合わせたパターンが観察される。そして、本発明に係るホログラム記録再生装置１においては、この「チャプター」の再生像の中から所望の「ページ」のみがホログラム抽出手段２２により抽出され、この「ページ」の成分のみがディテクターアレイ２４に入射するので、（ｇ）面ではこの選択された１枚の「ページ」のみが観察される。
【００８３】
したがって、本発明に係るホログラム記録再生装置１においては、第１のホログラム記録媒体８はバッファーメモリーとして情報を一時蓄え、第２のホログラム記録媒体１８がメインメモリーとしての役割を果たすことになる。ここで、第１のホログラムにｍ枚の「ページ」を記録し、これを第２のホログラムにｎ回コピーする時、つまり、それぞれｍ「ページ」からなるｎ「チャプター」を１「ブック」とする時、１「ブック」は（ｎ×ｍ）「ページ」から構成される。このとき、１「ページ」当たりの回折効率は、１／（ｎ2×ｍ）である。通常のレコーディングスケジュールでホログラムを多重記録した時の回折効率は、１／（ｎ2×ｍ2）であるから、本発明に係るホログラム記録再生装置１によりホログラムを記録再生することで、各ホログラムの回折効率を通常のレコーディングスケジュールで多重記録した場合のｍ倍にすることができる。
【００８４】
具体的には、例えば、１０００枚のホログラムを通常のレコーディングスケジュールで多重記録した場合、１枚のホログラムの回折効率は１０-6となるのに対して、本発明に係るホログラム記録再生装置１により、１００「ページ」、１０「チャプター」として１０００枚のホログラムを記録再生した場合、１枚のホログラムの回折効率は１０-4となる。したがって、本発明に係るホログラム記録再生装置１を用いて以上のように１０００枚のホログラムを記録再生することにより、１枚のホログラムの回折効率を、通常のレコーディングスケジュールで多重記録した場合の１００倍にすることができることが分かる。
【００８５】
（マイクロレンズアレイを用いた例）
次に、空間光変調器７の各画素に対応して複数のマイクロレンズが配列されてなるマイクロレンズアレイを備えたホログラム記録再生装置について説明する。なお、以下の説明において、上述したホログラム記録再生装置１と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８６】
ホログラム記録再生装置にマイクロレンズアレイを用いた場合、空間光変調器７に入射する光の入射角を変えることにより、各マイクロレンズの焦点面におけるスポットを分離させ、空間光変調器７に表示された１枚の画像を複数の画像に分割することができる。
【００８７】
この例のようにマイクロレンズアレイを用いた場合は、上述したホログラム記録再生装置１の原理が空間光変調器７の各画素毎に適用されることになる。したがって、この例において特定の「ページ」を抽出する場合には、ホログラム抽出手段２２によるフィルタリングをマイクロレンズアレイの像面において、各画素単位で行えばよい。
【００８８】
マイクロレンズアレイを用いたホログラム記録再生装置の一構成例を図７に示す。ここでは、第１のホログラム記録媒体８に対して記録再生を行う部分のみを図示して説明する。
【００８９】
この図７に示すホログラム記録再生装置５０においては、光源２より出射されたレーザー光は、コリメーターレンズ３により平行光に変換された後、第１のビームスプリッタ４によりその光路が分岐される。そして、この図７に示す例においては、第１のビームスプリッタ４により反射されたレーザ光が、折り返しミラー１２により反射されて、参照光として第１のホログラム記録媒体８に所定の入射角で入射する。なお、ここでは図示を省略しているが、折り返しミラー１２により反射されたレーザ光の光路上に第２のビームスプリッタを配設することにより、第２のホログラム記録媒体に入射させる参照光を得ることができる。
【００９０】
第１のビームスプリッタ４を透過したレーザ光は、ガルバノミラー等の第１のビームデフレクタ６により所定の偏向角で偏向され、進行方向が制御される。第１のビームデフレクタ６により進行方向が制御されたレーザ光は、各「ページ」毎に異なる入射角で空間光変調器７に入射する。そして、この空間光変調器７に表示された画像に応じて変調されたレーザ光が物体光とされる。
【００９１】
このホログラム記録再生装置５０においては、空間光変調器７の出射側にマイクロレンズアレイ５１が配設されている。したがって、空間光変調器７を透過してこの空間光変調器７に表示された画像に応じて変調された物体光は、空間光変調器７の各画素毎に異なるマイクロレンズエレメントによって集光される。この各マイクロレンズエレメントのスポットを、レンズ１１によりフーリエ変換し、物体光として第１のホログラム記録媒体８に入射させる。これにより、マイクロレンズエレメントにより集光された物体光と、所定の入射角で第１のホログラム記録媒体８に入射する参照光とを、第１のホログラム記録媒体８中で干渉させ、マイクロレンズエレメントにより集光されたスポットの像を「ページ」として第１のホログラム記録媒体８に記録することができる。
【００９２】
ホログラム記録再生装置５０は、以上の記録過程を、第１のビームデフレクタ６による偏向角を変えることにより空間光変調器７に入射するレーザ光の入射角を変えながら、同一の参照光を用いて繰り返し行い、第１のホログラム記録媒体８に複数「ページ」を多重記録する。
【００９３】
このマイクロレンズアレイ５１を用いたホログラム記録再生装置５０は、上述したホログラム記録再生装置１と比較して、以下のような特徴がある。すなわち、このホログラム記録再生装置５０により第１のホログラム記録媒体８に記録されたホログラムの再生光を再びフーリエ変換して得られた再生像は、マイクロレンズアレイ５１の焦点面の像である。したがって、異なる「ページ」を記録する際に空間光変調器７に入射させるレーザ光の角度間隔を十分大きくとれば、図８乃至図１０に示すように、再生像面では各画素を分離することができ、この再生像面にＣＣＤ等のディテクターアレイを配設すれば、高精細な像を再生することができる。
【００９４】
但し、このマイクロレンズアレイ５１を用いたホログラム記録再生装置５０により第１のホログラム記録媒体８に記録されたホログラムの再生光を再びフーリエ変換して得られた再生像は、図１１に示すように、異なる「ページ」の画素が隣り合ってなる像であり、同じ「ページ」の画素は周期的に分布することになる。したがって、元の「ページ」を再生するには、上述したホログラム記録再生装置１と同様に、第１のホログラム記録媒体８に記録された「チャプター」の像を一括して再生し、ハードウエア若しくはソフトウエアで電気信号処理を行うことにより、この像を元の「ページ」に並べ替えるようにする。
【００９５】
また、逆に、最終的に所望の再生像が得られるように、記録時に記録するデータを処理しておくようにしてもよい。このように最終的に所望の再生像が得られるように記録データを処理しておけば、このホログラム記録再生装置５０を画像表示装置として用いることができる。特開平７−３６０４０にて開示される表示装置は、全ての画素を同時に表示できないために、空間光変調器に高速動作が要求されるという問題があった。しかしながら、このホログラム記録再生装置５０は、「チャプター」に含まれる全ての「ページ」を同時に表示することができるので、空間光変調器７を高速動作させることなく高精細な画像を適切に表示することが可能である。また、このホログラム記録再生装置５０は、空間光変調器７の画素数を「ページ」数倍にできるため、高精細な静止画表示装置や三次元画像の表示に用いることができる。
【００９６】
次に、このマイクロレンズアレイ５１を用いたホログラム記録再生装置５０により第１のホログラム記録媒体８に記録されたホログラムを、「ページ」毎に１枚ずつ抜き出して再生する場合について説明する。このホログラム記録再生装置５０の空間光変調器７からディテクターアレイ２４までの部分を図１２に図示する。このホログラム記録再生装置５０は、上述したホログラム記録再生装置１において用いられていたレンズ２１に変えてマイクロレンズアレイ５２が配設され、また、ホログラム抽出手段２２として、角度依存性フィルタ５３が用いられていることを特徴としている。
【００９７】
上述したように、このホログラム記録再生装置５０においては、空間光変調器７を透過し、マイクロレンズアレイ５１により空間光変調器７の各画素毎に集光されたスポットの像が「ページ」として第１のホログラム記録媒体８に記録される。そして、空間光変調器７に入射するレーザ光の入射角を変えながら、同一の参照光を用いて以上の記録過程が繰り返し行われることにより、第１のホログラム記録媒体８に複数の「ページ」が多重記録される。
【００９８】
この第１のホログラム記録媒体８に、記録時に用いた参照光と同じ光を読み出し光として入射させることにより、第１のホログラム記録媒体８に多重記録された全ての「ページ」、すなわち「チャプター」の像が一括して再生される。そして、この再生光がレンズ１６及びレンズ１７を透過した後に、物体光として第２のホログラム記録媒体１８に入射する。
【００９９】
この物体光と参照光とを第２のホログラム記録媒体１８中で干渉させることにより、第２のホログラム記録媒体１８に「チャプター」が複写記録される。以上の記録過程を、各再生「チャプター」毎に入射角等を変化させた参照光を用いて繰り返し行うことにより、第２のホログラム記録媒体１８へ角度多重等の多重方法により複数の「チャプター」が多重記録される。
【０１００】
第２のホログラム記録媒体から所望の「チャプター」を再生する場合には、この「チャプター」を記録する際に用いた参照光と同じ光を読み出し光として第２のホログラム記録媒体１８に入射させる。これにより、第２のホログラム記録媒体１８から所望の「チャプター」が一括して再生される。この再生光をレンズ２０によりフーリエ変換すれば、このレンズ２０の焦点面に「チャプター」に含まれる全ての「ページ」の像が重ね合わされて再生される。
【０１０１】
ホログラム再生装置５０は、このレンズ２０の焦点面に再生像面に焦点を置くマイクロレンズアレイ５２により、この再生像の各スポットを「ページ」毎に異なる角度に進行する平行光に変換する。このマイクロレンズアレイ５２は、各レンズエレメントが空間光変調器７の１画素に１対１で対応するように配置される。したがって、空間光変調器７に異なる入射角度で入射した光を物体光として形成された各ホログラムの再生光は、それぞれ異なる進行方向を持つことになる。
【０１０２】
ホログラム記録再生装置５０は、この各ホログラムの再生光の光路上に角度依存性を持つ反射もしくは透過フィルタ（角度依存性フィルタ５３）が配設されている。そして、ホログラム記録再生装置５０は、各ホログラムの再生光をこの角度依存性フィルタ５３により選択的に反射又は透過させることにより、各ホログラムの再生光から一つの進行方向を持つ成分のみを取り出すようにしている。
【０１０３】
この角度依存性フィルタ５３により抽出された再生光の成分は、一つの「ページ」の成分である。この一つの「ページ」の成分が、レンズ２３を透過することにより、マイクロレンズ出射面の像として結像する。そして、この像面に配設されたＣＣＤ等のディテクタアレイ２４により、角度依存性フィルタ５３により抽出された「ページ」のデータが読み取られる。
【０１０４】
ホログラム記録再生装置５０は、以上の再生過程を、例えば、角度依存性フィルタ５３を回転させることにより、若しくは角度依存性フィルタ５３の選択角度を変化させながら繰り返すことで、「チャプター」の中の所望の「ページ」を次々に分離して取り出すことができる。
【０１０５】
ここで、この角度依存性フィルタ５３としては、全反射やブラッグ回折、多重反射の薄膜中の干渉、波長以下の微細構造などの原理を用いた光学素子を用いることができる。ブラッグ回折を用いた光学素子としては、音響光学素子や体積型ホログラムなどが挙げられる。また、波長以下の構造を持つ回折格子やフォトニクス結晶は、特定の波長、特定の入射角度に対して、共鳴的な回折効率や透過率が生じるので、これを利用することができる。また、これらのうち、複数個を組み合わせて使用することも可能である。
【０１０６】
（その他の変形例）
なお、上述したホログラム記録再生装置１やホログラム記録再生装置５０においては、第１のホログラム記録媒体８と第２のホログラム記録媒体１８の２つのホログラム記録媒体を用いるようにしていたが、本発明に係るホログラム記録再生装置は、以上の例に限定されるものではなく、２つ以上のホログラム記録媒体を用いるようにしてもよい。例えば、ホログラム記録再生装置は、第１のホログラム記録媒体８を複数個並列に設置した場合には、記録速度の向上を図ることができる。また、ホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体を直列に配列して、複写記録を繰り返すことで、回折効率の向上を図ることができる。
【０１０７】
また、上述したホログラム記録再生装置１やホログラム記録再生装置５０においては、第１のホログラム記録媒体８へのホログラム記録時に、参照光として同一の光を用いるようにしていたが、本発明に係るホログラム記録再生装置は、以上の例に限定されるものではなく、通常の角度多重記録と同様に、各「ページ」をそれぞれ異なる参照光で記録し、この参照光と同じ光を読み出し光として全て同時に第１のホログラム記録媒体８へ入射させ、全てのホログラムを一括して再生するようにしてもよい。この場合、複数の異なる参照光を生成する手段が必要になるため、構造が複雑になるが、このような構成とすることで選択的に特定のページだけを第２のホログラム１８に複写記録することができる。
【０１０８】
また、第１のホログラム記録媒体８と第２のホログラム記録媒体１８は同一の材料である必要はなく、様々なホログラム記録材料を組み合わせることができる。例えば、第１のホログラム記録媒体８若しくは第２のホログラム記録媒体１８として、Ｐｒ：ＬｉＮｂＯ３，Ｐｒ：ＬｉＴａＯ３等の二波長記録が可能な材料を用い、記録時のみ短波長の光線を照射することで、いわゆる二波長ゲート記録により、非破壊再生を実現することも可能である（USP 5665493 Bai et al, Y.S. Bai and R. Kachru, Phys.Rev.Lett, 78,2944,1997参照）。また、ホログラム記録媒体としてフォトポリマーを用いた場合は、長期にわたって安定で、長期間保存が可能なホログラムを記録できる。したがって、第１のホログラム記録媒体８の材料として、長期保存には向かなくとも回折効率が高く記録感度が高い、例えばフォトリフラクティブ結晶等の材料を用い、第２のホログラム記録媒体１８の材料として、フォトポリマー等の長期保存が可能な材料を用いれば、二つの材料の欠点を互いに補い合いながら長所を生かしたホログラム記録再生システムを構築することができる。
【０１０９】
特に、ホログラム記録媒体としてフォトポリマーを用いる場合は、図１３に示すように、ホログラム記録媒体の形状をディスク形状にすることが有効である。光ディスクと同様の円盤構造にホログラム記録媒体を加工し、これを回転させることで、ホログラム記録媒体の異なる位置に別のホログラムを書込むことができる上、取り扱いが容易である。また、多重化のために、ビームデフレクターなどのビーム偏向手段を用いずとも、ディスクの回転によってこれを代用することができる。このような形状のホログラム記録媒体に対して多重記録を行う場合には、シフト多重記録やペリストロフィック多重記録が有効である。
【０１１０】
図１３に示すホログラム記録再生装置６０は、第１のホログラム記録媒体８として、バルク形状のフォトリフラクティブ結晶を用いている。そして、このフォトリフラクティブ結晶よりなる第１のホログラム記録媒体８に角度多重でホログラムを多重記録するようにしている。また、このホログラム記録再生装置６０は、第２のホログラム記録媒体１８として、フォトポリマーをディスク表面に層状に塗布してなるものを用いている。そして、このディスク状の第２のホログラム記録媒体１８にシフト多重でホログラムを多重記録するようにしている。なお、このホログラム記録再生装置６０のその他の構成については、上述したホログラム記録再生装置１と殆ど同じであるので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１１】
また、上述したホログラム記録再生装置１やホログラム記録再生装置５０においては、第２のホログラム記録媒体１８の多重記録方法として、角度多重方式を用いた場合について述べたが、本発明に係るホログラム記録再生装置は、以上の例に限定されるものではなく、その他の多重記録方法を用いてもよい。すなわち、角度多重方式の変形と考えられるシフト多重方式やペリストロフィック多重方式、位相コード多重方式等に加えて、波長多重方式や空間多重方式、フラクタル多重方式等を、この第２のホログラム記録媒体１８へのホログラム記録に用いることができる。また、これらのいくつかを組み合わせた多重方式を採用してもよい。ただし、波長多重方式を用いる場合は、同一の参照光を用いて再生するために、「チャプター」毎に異なる波長を第１のホログラム記録媒体８へのホログラム記録時にも用いる必要がある。
【０１１２】
また、ホログラム再生時の参照光を、記録時の参照光と同じ波面を持ち反対方向に伝播する共役光を用いれば、物体光も反対方向に再生されることが知られている。本発明に係るホログラム記録再生装置は、この現象（位相共役）を利用して、第１のホログラム記録媒体８若しくは第２のホログラム記録媒体１８の再生を行うようにしてもよい。
【０１１３】
位相共役を利用したホログラム記録再生装置の一構成例を図１４に示す。この図１４に示すホログラム記録再生装置７０は、光源７１から波長幅が十分狭くコヒーレンスの高いレーザ光を出射する。光源７１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ７２を透過して平行光に変換された後、第１のビームスプリッタ７３に入射する。第１のビームスプリッタ７３に入射したレーザ光は、その一部がこの第１のビームスプリッタ７３を透過し、他の部分がこの第１のビームスプリッタ７３により反射される。
【０１１４】
第１のビームスプリッタ７３を透過したレーザ光は、その光路上に配設された第２のビームスプリッタ７４に入射する。そして、第２のビームスプリッタ７４に入射したレーザ光は、その一部がこの第２のビームスプリッタ７４を透過し、他の部分がこの第２のビームスプリッタ７４により反射される。
【０１１５】
第２のビームスプリッタ７４を透過したレーザ光は、その光路上に配設された第３のビームスプリッタ７５に入射する。そして、第３のビームスプリッタ７５に入射したレーザ光は、その一部がこの第３のビームスプリッタ７５を透過し、他の部分がこの第３のビームスプリッタ７５により反射される。
【０１１６】
第３のビームスプリッタ７５を透過したレーザ光は、第１のビームデフレクタ７６によりその進行方向が制御された後に空間光変調器７７に入射する。そして、空間光変調器７７を透過してこの空間光変調器７７に表示された画像に応じて変調された光が物体光とされる。この物体光は、第４のビームスプリッタ７８を透過し、レンズ７９によりフーリエ変換された後に、第１のビームデフレクタ７６による偏向角に応じた入射角で第１のホログラム記録媒体８０に入射する。
【０１１７】
一方、第２のビームスプリッタ７４により反射されたレーザ光は、第１のミラー８１及び第２のミラー８２により反射され、所定の入射角で第１のホログラム記録媒体８０に入射する。これにより、第１のホログラム記録媒体８０中で物体光と参照光とが干渉し、第１のホログラム記録媒体８０にホログラム（「ページ」）が記録される。
【０１１８】
このホログラム記録再生装置７０は、以上の記録過程を、物体光の入射角を変えながら同一の参照光を用いて繰り返し行い、第１のホログラム記録媒体８０に複数の「ページ」を多重記録する。
【０１１９】
ここで、第３のビームスプリッタ７５により反射されたレーザ光は、第３のミラー８３及び第４のミラー８４により反射された後に、第１のホログラム記録媒体８０に入射する。このレーザ光は、参照光と同じ波面を持ち反対方向に伝播する共役光であるので、この参照光の共役光を読み出し光として用いれば、第１のホログラム記録媒体８０に多重記録された複数の「ページ」（「チャプター」）が一括再生され、この再生光が第１のホログラム記録媒体８０の物体光が入射した側から出射することになる。
【０１２０】
この再生光は、レンズ７９によりフーリエ変換された後、第４のビームスプリッタ７８により反射され、第５のビームスプリッタ８５に入射する。そして、第５のビームスプリッタ８５を透過した再生光が、レンズ８６によりフーリエ変換された後に、物体光として第２のホログラム記録媒体８７に所定の入射角で入射する。
【０１２１】
一方、第１のビームスプリッタ７３により反射されたレーザ光は、第２のビームデフレクタ８８により進行方向が制御され、第２のビームデフレクタ８８による偏向角に応じた入射角で、第２のホログラム記録媒体８７に参照光として入射する。これにより、第２のホログラム記録媒体８７中で物体光と参照光とが干渉し、第１のホログラム記録媒体８０から一括して読み出された「チャプター」が第２のホログラム記録媒体８７に複写記録される。
【０１２２】
このホログラム記録再生装置７０は、以上の記録過程を、参照光の入射角を変えながら繰り返し行い、第１のホログラム記録媒体８０から次々に読み出された複数の「チャプター」を、角度多重等の多重方式により、第２のホログラム記録媒体８７に複写記録する。
【０１２３】
第２のホログラム記録媒体８０に参照光として入射したレーザ光は、第２のホログラム記録媒体８０を透過した後に、その光路上に配設された第５のミラー８９により反射される。そして、第５のミラー８９により反射されたレーザ光は、再度第２のホログラム記録媒体８７内に入射する。このレーザ光は、参照光と同じ波面を持ち反対方向に伝播する共役光である。したがって、このレーザ光を読み出し光として用いれば、第２のホログラム記録媒体８７に多重記録されたホログラムが選択的に再生され、この再生光が第２のホログラム記録媒体８７の物体光が入射した側から出射することになる。
【０１２４】
この再生光は、レンズ８６によりフーリエ変換された後、第５のビームスプリッタ８５に入射する。そして、第５のビームスプリッタ８５により反射された再生光は、レンズ９０により再度フーリエ変換された後、ホログラム抽出手段９１に入射する。そして、このホログラム抽出手段９１により、第２のホログラム記録媒体８７から読み出された「チャプター」の中から特定の「ページ」成分だけが抽出される。
【０１２５】
ホログラム抽出手段９１により抽出された特定の「ページ」成分の光は、レンズ９２により再度フーリエ変換された後、ＣＣＤ等のディテクターアレイ９３により受光される。これにより、第２のホログラム記録媒体８７から読み出された「チャプター」の中から、所望の「ページ」のデータを読み取ることができる。
【０１２６】
なお、以上は、ホログラムをフーリエホログラムとして記録する例について述べたが、本発明に係るホログラム記録再生装置は、以上の例に限定されるものではなく、例えば、イメージホログラムやフレネルホログラム等の他のホログラムを記録するように構成されていてもよい。また、以上は、透過型ホログラムを記録再生する例について述べたが、本発明に係るホログラム記録再生装置は、この例に限定されるものではなく、反射型ホログラムを記録再生するように構成されていてもよい。
【０１２７】
また、本発明の手法は、情報記録再生装置や画像表示装置にのみ適用されるものではなく、その他、ホログラム記録再生の原理を利用するものに広く適用することができる。例えば、相関演算機、連想記憶等の光コンピュータ、光インターコネクション、ホログラムプリンタ、ホログラフィー干渉計、ホログラフィック光学素子等に本発明の手法を適用することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
本発明に係るホログラム記録再生装置によれば、第１の記録手段により第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第１の再生手段により一括して再生され、この一括再生された多重記録ホログラム複数枚が、第２の記録手段により第２のホログラム記録媒体に多重複写記録されるので、最終的なホログラム１枚当たりの回折効率を第１のホログラム記録媒体に多重記録する際の多重枚数倍にすることができる。これにより、ホログラムの多重記録による回折効率の低下を避けることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させて、記録情報量を増やすことができる。
【０１２９】
また、このホログラム記録再生装置によれば、第１の記録手段により第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第１の再生手段により一括して再生されるので、一度に再生されるホログラム１枚当たりに含まれる情報量が多く、アクセス速度の向上が実現される。
【０１３０】
また、このホログラム記録再生装置によれば、第１の記録手段により第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第１の再生手段により一括して再生されるので、一度に多くの空間的情報を表示することができる。したがって、このホログラム記録再生装置は、高精細な静止画像や三次元画像の表示装置として用いることができる。
【０１３１】
また、本発明に係るホログラム記録再生方法によれば、第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第２のステップにおいて一括して再生され、この一括再生された多重記録ホログラム複数枚が、第３のステップにおいて第２のホログラム記録媒体に多重複写記録されるので、最終的なホログラム１枚当たりの回折効率を第１のホログラム記録媒体に多重記録する際の多重枚数倍にすることができる。これにより、ホログラムの多重記録による回折効率の低下を避けることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させて、記録情報量を増やすことができる。
【０１３２】
また、このホログラム記録再生方法によれば、第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第２のステップにおいて一括して再生されるので、一度に再生されるホログラム１枚当たりに含まれる情報量が多く、アクセス速度の向上が実現される。
【０１３３】
また、このホログラム記録再生方法によれば、第１のステップにおいて第１のホログラム記録媒体に多重記録されたホログラムが、第２のステップにおいて一括して再生されるので、一度に多くの空間的情報を表示することができるので、高精細な静止画像や三次元画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るホログラム記録再生装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】ホログラム抽出手段として用いる液晶シャッタアレイを示す平面図である。
【図３】上記液晶シャッタアレイを用いて所望のホログラムの成分を抽出する様子を説明する模式図である。
【図４】ホログラム抽出手段として固定された開口部を有するアパーチャとビーム偏向手段とを組み合わせて用いた例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るホログラム記録再生装置の空間光変調器からディテクターアレイまでの部分を拡大して示す模式図である。
【図６】図５中（ａ）〜（ｇ）面におけるレーザ光の強度分布を示す図であり、（ａ）は図５中（ａ）面におけるパターンを示し、（ｂ）は図５中（ｂ）面におけるパターンを示し、（ｃ）は図５中（ｃ）面におけるパターンを示し、（ｄ）は図５中（ｄ）面におけるパターンを示し、（ｅ）は図５中（ｅ）面におけるパターンを示し、（ｆ）は図５中（ｆ）面におけるパターンを示し、（ｇ）は図５中（ｇ）面におけるパターンを示している。
【図７】マイクロレンズアレイを用いたホログラム記録再生装置の第１のホログラム記録媒体に対して記録再生を行う部分を示す模式図である。
【図８】マイクロレンズアレイにより空間光変調器の各画素のスポットが再生像面において分離される様子を説明する模式図である。
【図９】マイクロレンズアレイにより空間光変調器の各画素のスポットが再生像面において分離される様子を示す側面図である。
【図１０】図９における再生像面の様子を示す平面図である。
【図１１】マイクロレンズアレイを用いたホログラム記録再生装置により第１のホログラム記録媒体に記録されたホログラムの再生光から得られる再生像を示す図である。
【図１２】マイクロレンズアレイを用いたホログラム記録再生装置の空間光変調器からディテクターアレイまでの部分を示す模式図である。
【図１３】第１のホログラム記録媒体としてバルク形状のフォトリフラクティブ結晶を用い、第２のホログラム記録媒体としてフォトポリマーをディスク表面に層状に塗布してなるものを用いたホログラム記録再生装置を示す模式図である。
【図１４】位相共役を利用したホログラム記録再生装置の一構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ホログラム記録再生装置、２  光源、６  第１のビームデフレクタ、７  空間光変調器、８  第１のホログラム記録媒体、１８  第２のホログラム記録媒体、１９  第２のビームデフレクタ、２２  ホログラム抽出手段、２４  ディテクターアレイ
【図１】
0004214601.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004214601.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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