JP2006023445A - ホログラム記録装置及びホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録材料を照射する面積を常に一定にすること。
【解決手段】参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角度を変化させるためにスキャンミラー１２の角度を変化させる際に、スリット１１も連動してその角度を変化させることにより、参照光２００の入射角度の変化によりホログラム記録材料１５上の照射範囲が変化せずに一定になるように参照光２００のビーム径をスリット１１により変化させる。これにより、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光２００の入射角度が変化してもこの参照光２００がホログラム記録材料１５を照射する面積を常に一定にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、角度多重方式でホログラムをホログラム記録媒体に多重記録するホログラム記録装置及び方法に関する。

近年、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラム記録再生装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このホログラム記録再生装置では、記録密度向上のために多重記録と言う手法が用いられる。これは、従来の記録と異なり、１箇所に多数の独立なページを記録するというものである。このような多重記録方式の代表的なものとしては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コ−ド多重記録などであるが、その他スペックル多重など各種の方式が知られている。

図８は角度多重方式でホログラムをホログラム記録材料（ホログラム記録媒体）に記録する場合を説明する図である。レーザ光源（図示せず）から出射されたレーザ光から信号光と参照光が分岐され、光空間変調器（図示せず）で空間光変調された信号光１００が信号光光学系（図示せず）を通してホログラム記録材料１０に集光される。一方、参照光２００は参照光光学系（図示せず）を通してスキャンミラー１に入射され、このスキャンミラー１により反射されて参照光光学系のレンズ２に入射される。レンズ２、３は４ｆ光学系を構成し、参照光２００はレンズ３によりホログラム記録材料１０を照射し、信号光１００と参照光２００の干渉により発生する干渉縞がホログラム記録材料１０に記録される。ここで、スキャンミラー１の角度を変化させると、その角度変化に応じて参照光２００のホログラム記録材料１０への入射角度だけが変化され、この入射角度毎に異なったホログラムがホログラム記録材料１０の同一記録領域に多重記録される。

図９は上記した参照光２００の入射角度の変化により参照光２００がホログラム記録材料１０を照射する面積が変化することを説明する図である。参照光２００のホログラム記録材料１０への入射角度（メディア法線基準）が異なっても、そのビームの太さは一定なので、入射角度Ａの場合と入射角度Ｂの場合では図から明らかなように入射角度Ｂの場合の照射面積の方が大きくなる。

図１０は上記した参照光２００の入射角度の変化に対して照射面積が変化する様子を示した図である。参照光２００のビーム径がφ１であった場合、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにスキャンミラー１の角度が変化して参照光２００の入射角度が大きくなればなるほど参照光２００のホログラム記録材料１０の照射部分の径がφ１、φ２、φ３の順番に大きくなる。
IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」

上記のように角度多重記録方式において、参照光２００のホログラム記録材料１０に対する入射角度が変化した時、信号光１００の方は、参照光２００の入射角度の変化に拘らず、一定の入射角度でホログラム記録材料１０の同一面積部分を照射する。したがって、参照光２００の照射面積が増えるほど、信号光１００の照射範囲を含んで参照光２００がホログラム記録材料１０を照射する範囲が広がることを意味している。しかしながら本来は、参照光２００はホログラム記録材料１０内で信号光１００の照射範囲を必要最小限カバーする範囲で照射することが望ましい。なぜなら、参照光２００の不必要な部分の照射はホログラム記録材料１０をそれだけ余計に感光させてしまい、そのダイナミックレンジの浪費となり、ひいては記録容量の低下に繋がるからである。

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、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録材料を照射する面積を常に一定に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にある。

本発明は上記目的を達成するため、信号光とホログラム記録媒体への入射角度が変化する参照光を干渉させて生じる干渉縞を前記ホログラム記録媒体に角度多重方式で記録するホログラム記録装置であって、前記参照光による前記ホログラム記録媒体上の照射範囲を常に略一定にする照射範囲固定手段を参照光光学系に具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射範囲固定手段は、前記参照光のビーム径を調整するビーム径調整手段であり、このビーム径調整手段を参照光光学系に具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記照射範囲固定手段は、固定配置されたスリットと、前記入射角度を変化させるスキャンミラーにより光路を変更された参照光を前記スリットに照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群とにより構成されることを特徴とする。

このように本発明では、例えば、角度多重方式で参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させてデータパターンを多重記録する際に、参照光の入射角度の変化に応じて参照光のビーム径を調整できるようにし、参照光の入射角度が大きくなるにつれてホログラム記録媒体上の参照光の長軸方向の径が大きくなるのをキャンセルするように前記参照光のビーム径の調整を行うことにより、参照光の入射角度の変化に拘わらず、ホログラム記録媒体上の参照光の照射面積をほぼ一定とし、これにより、ホログラム記録媒体を余計に感光させてしまうことを防止してそのダイナミックレンジを保持し、仕様通りの記録容量を確保することができる。

また、固定配置されたスリットと、入射角度を変化させるスキャンミラーにより光路を変更された参照光を前記スリットに照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群とを設け、前記スリットを通った参照光を光軸に対して傾けて配置された前記ホログラム記録媒体に照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群によって、当該ホログラム記録媒体と前記スリットがシャインプルーフの法則を満足するように、当該ホログラム記録媒体と前記スリットの位置関係を設定すれば、参照光の入射角度の変化に拘わらず、ホログラム記録媒体上の参照光の照射面積をほぼ一定とすることができ、同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、角度多重方式で参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させてデータパターンを多重記録する際に、参照光の入射角度が大きくなればなるほどホログラム記録媒体上の参照光の長軸方向の径が大きくなるのをキャンセルするように参照光の入射角度の変化に応じて参照光のビーム径を調整することにより或いは、スリットを通った参照光を光軸に対して傾けて配置された前記ホログラム記録媒体に照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群によって、当該ホログラム記録媒体と前記スリットがシャインプルーフの法則を満足するように、当該ホログラム記録媒体と前記スリットの位置関係を設定することにより、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録媒体を照射する面積を常に一定にすることができる。それ故、参照光の入射角度が変化しても、ホログラム面上での参照光照射領域が変化しないので、つねに参照光は信号光に対して必要最小限の領域をカバーでき、その結果、無駄な領域を露光しないですみ、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジの浪費を避けることができるため、仕様通りの記録容量を保持することができる。

角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録材料を照射する面積を常に一定にする目的を、角度多重方式で参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させてデータパターンを多重記録する際に、参照光の入射角度が大きくなるにつれてホログラム記録媒体上の参照光の長軸方向の径が大きくなるのをキャンセルするように、参照光の入射角度の変化に応じて参照光のビーム径を調整することによって或いは、スリットを通った参照光を光軸に対して傾けて配置された前記ホログラム記録媒体に照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群によって、当該ホログラム記録媒体と前記スリットがシャインプルーフの法則を満足するように、当該ホログラム記録媒体と前記スリットの位置関係を設定することによって実現した。

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装置の参照光光学系を示したブロック図である。ホログラム記録装置の参照光光学系は、スリット１１、スキャンミラー１２、４ｆ光学系のレンズ１３、１４を有して構成され、ホログラム記録材料１５に参照光２００を照射する。

次に本実施の形態の動作について説明する。図１（Ａ）にて、参照光２００はスリット１１を通過することでその元々のビーム径φがφ’に調整された後、スキャンミラー１２で反射されて４ｆ光学系のレンズ１３に入射し、同４ｆ光学系のレンズ１４によりホログラム記録材料１５に照射される。その際、以下に述べるような理由によってホログラム記録材料１５に照射された時の照射範囲の径はφとなる。

一般的に図２のようにφ’の直径を持つ平行光３８が平面の法線に対して角度θで平面に入射した場合、平面４０上で光は楕円となり、短軸（図２において紙面に垂直方向）の長さは変わらないものの、長軸の長さφ’’は、φ’’＝φ’／ｃｏｓθ…（１）で表される。そのため参照光２００の入射角度が変化するにつれてホログラム記録材料上での参照光面積の変化が起こることになる。上記実施の形態のスリット１１はこの問題を解消するため挿入されている。

つまり、基本的には参照光がメディアに入射される角度に応じ、入射する参照光をφ’＝φｃｏｓθ・・・(2)とすることにより入射角の違いによる参照光面積の変化をキャンセルできることになる。このφ’を（１）式に代入すると、メディア上でビーム径はもとのビーム系と同じφとなることがわかる。

ここで、一般的に、図３（Ａ）に示した直径φのスリットを図３（Ｂ）に示すように角度θ傾けて置いた場合、傾けた角度方向に投影された半径は正射影のφｃｏｓθとなる。これは上の（２）式と同じであるので、上記したスキャンミラー１２の前に置いたスリット１１を、参照光２００の入射角度θと同じだけ傾けておけば、スリット１１により参照光２００のビーム径をφｃｏｓθに絞ることができ、この参照光２００をホログラム記録材料１５に入射させれば、記録材料１５上の照射範囲ではその長軸の長さを常にφとすることができる。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）で示したスキャンミラー１２の角度を変えて、参照光２００のホログラム記録材料１５に対する入射角度を変化させた場合の図である。その場合、スリット１１の角度も同じだけ変化させて参照光２００のビーム径を絞ることにより、ホログラム記録材料１５に照射された時の照射範囲の長軸の長さは常にφとなる。

本実施の形態によれば、参照光２００のホログラム記録材料１５に対する入射角度に応じてスリット１１により参照光２００のビーム径を絞ることにより、参照光２００の入射角度に拘らず、参照光２００のホログラム記録材料１５上の照射範囲の長軸の長さを常に一定として、照射面積を必要最小限の一定値とすることができ、ホログラム記録材料１５のダイナミックレンジを浪費することなく、仕様通りの記録容量を保持することができる。

また、上記実施の形態では、簡単のためホログラム記録材料１５の厚みが無視できるとして説明したが、実際に使用するホログラム記録材料１５は厚いメディアを使うことが多い。その場合は、図４の４８で示した部分を常にオーバーラップするようにするために、これをメディア表面とし、その法線を上の計算でのメディア法線として角度を計算すれば同様の結果を導くことができ、参照光２００の入射角度に拘らず常に参照光２００のホログラム記録材料１５上の照射面積を必要最小限の一定値とすることができる。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系を示したブロック図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施の形態のホログラム記録装置は、可変式ＮＤフィルタ２１を用いて参照光２００のホログラム記録材料１５上での強度を一定にする構成を有し、他の構成は第１の実施の形態のそれと同様である。

参照光２００の光路上でスリット１１の手前に可変式ＮＤフィルタ２１が挿入されている。参照光２００はこのＮＤフィルタ２１でその強度が減衰されてスリット１１に入射する。このＮＤフィルタ２１の減衰度は参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角に応じて変化される。即ち、参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角が大きくなるに従い、ＮＤフィルタ２１の減衰度を小さくして参照光２００のホログラム記録材料１５上の強度を一定にして、信号光との強度比を一定に保持することにより、角度多重における多重記録再生を安定且つ一定の品質で行うことができる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系を示したブロック図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。ホログラム記録装置の参照光光学系は、ミラー１９、スキャンミラー１２、４ｆ光学系のレンズ１６、１７、スリット１１、４ｆ光学系のレンズ１３、１４を有して構成され、参照光２００がホログラム記録材料１５に入射される。但し、スリット１１とホログラム記録材料１５は「シャインプルーフの法則(Shcheimpflug rule)」を満足する位置関係になるように配置されている。

次に本実施の形態の動作について説明する。図６（Ａ）にて、参照光２００はミラー１９によりその光路を変更された後、スキャンミラー１２に入射されて反射され、４ｆ光学系のレンズ１６、１７を通って、スリット１１のスリットが開いている部分に入射角度０度で照射される。スリット１１のスリット径をφとすると、スリット１１を通過した参照光２００のビームはφとなり、これが４ｆ光学系のレンズ１３に入射し、同４ｆ光学系のレンズ１４によりホログラム記録材料１５に入射角度０度で照射される。

この場合、以下に述べるように図６（Ａ）から図６（Ｃ）に示すようにスキャンミラー１２の角度を３通り変化させた例を示している。図６（Ａ）の例ではレンズ１６とレンズ１７及びレンズ１３とレンズ１４がそれぞれ所謂４ｆ光学系をなしており、スキャンミラー１２とスリット１１及びスリット１１とホログラム記録材料１５がお互いに結像関係をなしている。

また、ホログラム記録材料１５は光軸に対して角度を持って配置されているが、ホログラム記録材料１５とスリット１１はレンズ１３とレンズ１４によって、「シャインプルーフの法則」を満足する位置関係になっており、スリット面がホログラム記録材料１５上に結像されるものとする。また、スリット面を照射する参照光２００は、スキャンミラー１２の角度によってスリット上の照射面積を変化させてしまうが、いずれの角度でもスリット面をカバーするようなビーム径を持っているものとする。このようにスリット１１とホログラム記録材料１５上の参照光２００の照射範囲が結像関係にある場合、必ず、スリット１１の径φが照射範囲の径となるため、照射範囲の径もスキャンミラー１２の角度によらずφの一定値になり、また、スリット１１を通過してきた参照光２００はスキャンミラー１２の角度によらずホログラム記録材料１５上の同じ領域を照射することが分かる。

図６（Ｂ）、図６（Ｃ）はスキャンミラー１２の角度が変化した場合を示しているが、上記理由により、参照光２００のホログラム記録材料１５上の照射範囲の長径はφの一定値になる。

本実施の形態によれば、スキャンミラー１２とスリット１１の間に４ｆ光学系のレンズ１６、１７を挿入し、スキャンミラー１２により反射された参照光２００をこの４ｆ光学系のレンズ１６、１７を通して、スリット１１のスリット部に照射することにより、スキャンミラー１２の回転に対してスリット１１を固定したままでも、参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角度の変化に応じた参照光２００のビーム径の絞りを固定したスリット１１で行うことができ、第１の実施の形態と同様の効果がある。特に、スキャンミラー１２の回転に対してスリット１１を固定したままで良いため、機械的な不安定さや精度の悪化などが少なくなり、その分、装置の信頼性を向上させることが出来る。

なお、上記実施の形態では４ｆ光学系を用いたが、この４ｆ光学系はテレセントリック結像光学系の一種であり、一般的にはテレセントリック結像光学系を用いれば同様の効果を得ることができる。

また、図７に示すようにスキャンミラー１２の手前の参照光光学系にＮＤフィルタ２１を挿入し、参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角が大きくなるに従い、このＮＤフィルタ２１の減衰度を小さくして参照光２００のホログラム記録材料１５上の強度を一定にする構成とし、これにより参照光２００と信号光との強度比を一定に保持するようにして、角度多重における多重記録再生を安定且つ一定の品質で行うことができる。

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。

本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系を示したブロック図である。 光線がある角度で平面に入射した場合の照射範囲の変化を説明する図である。 光線のビーム径を絞るスリットの作用について説明する図である。 図１に示したスリットに厚みがある場合の法線の取り方について説明した図である。 本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系を示したブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系を示したブロック図である。 第３の実施の形態に係るホログラム記録装置の参照光光学系の他の実施例を示したブロック図である。 角度多重方式でホログラムをホログラム記録材料に記録する参照光光学系の従来構成を示した図である。 図８に示した参照光の入射角度の変化により参照光がホログラム記録材料を照射する面積が変化することを説明する図である。 図９に示した参照光の入射角度の変化に対して照射面積が変化する様子を示した図である。

符号の説明

１１……スリット、１２……スキャンミラー、１３、１４、１６、１７……レンズ、１５……ホログラム記録材料、１９……ミラー。

Claims (8)

1. 信号光とホログラム記録媒体への入射角度が変化する参照光を干渉させて生じる干渉縞を前記ホログラム記録媒体に角度多重方式で記録するホログラム記録装置であって、
   前記参照光による前記ホログラム記録媒体上の照射範囲を常に略一定にする照射範囲固定手段を参照光光学系に具備する、
   ことを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記照射範囲固定手段は、前記参照光のビーム径を調整するビーム径調整手段であり、このビーム径調整手段を参照光光学系に具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
3. 前記ビーム径調整手段は、前記参照光の前記入射角度を変化させる角度偏向デバイスの動作に連動して前記参照光のビーム径を調整することを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。
4. 前記ビーム径調整手段は、スリットであり且つ、前記角度偏向デバイスがスキャンミラーであった場合に、スキャンミラーの角度変化に連動して前記スリットの配置角度を変化させることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
5. 前記照射範囲固定手段は、固定配置されたスリットと、参照光を前記スリットに照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群とにより構成されることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
6. 前記スリットを通った参照光を光軸に対して傾けて配置された前記ホログラム記録媒体に照射するテレセントリック結像光学系のレンズ群によって、当該ホログラム記録媒体と前記スリットがシャインプルーフの法則を満足するように、当該ホログラム記録媒体と前記スリットの位置関係が設定されていることを特徴とする請求項５記載のホログラム記録装置。
7. 前記参照光の前記ホログラム記録媒体上の照射範囲の強度を常に略一定とする強度調整手段を前記参照光の光路に挿入することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
8. 信号光とホログラム記録媒体への入射角度が変化する参照光を干渉させて生じる干渉縞を前記ホログラム記録媒体に角度多重方式で記録するホログラム記録方法であって、
   前記参照光の前記入射角度の変化に応じて前記参照光のビーム径を調整するステップを具備する、
   ことを特徴とするホログラム記録方法。

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