JP2006039134A - ホログラム記録装置、情報処理装置及びホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
パワーの低いレーザ光源を用いても高速でホログラム記録を行うことができるホログラム記録装置、情報処理装置及びホログラム記録方法の提供。
【解決手段】
偏光ビームスプリッタ１３による反射光を捨てることなく、これを参照光として利用している。これにより、レーザ光を有効に利用することが可能となる。偏光ビームスプリッタ１３による反射光には信号が載っているので、これをそのまま参照光として用いることができない。そこで、信号が載ったレーザ光をガウス分布に正規化する空間フィルタを用いることで、偏光ビームスプリッタ１３による反射光を参照光として用いることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホログラム記録装置、情報処理装置及びホログラム記録方法に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。

ホログラム記録では空間光変調器（Spatial Light Modulator。以下ＳＬＭ）によって変調された信号光と、ＳＬＭを含まない別の光路を通過した参照光とに分離し、これらを記録媒体上に集光させ、これらの干渉パターンを記録する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１３９０２３公報

ところで、このようなホログラム記録装置では、空間光変調器として液晶装置を用いた場合には、その液晶装置により変調された信号光を例えば偏光ビームスプリッタによりポジ光及びネガ光のうち一方を取り出して記録媒体に集光させ、他方の成分は捨てている。

また、空間光変調器としてグレーティングライトバルブ（Grating Light Valve）を用いた場合には、例えば０次回折光以外の光は捨てている。

このため、従来のホログラム記録装置では、レーザ光源での光量に比べると、記録媒体に照射される光量はごくわずかな量になってしまう。特に、高速記録の場合には記録媒体に対して高光量の照射が必要となる。即ち、特に高速記録を行う場合には、レーザ光量に対する盤面光量の比率の向上が要求される、という課題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、パワーの低いレーザ光源を用いても高速でホログラム記録を行うことができるホログラム記録装置、情報処理装置及びホログラム記録方法を提供することにある。

Ａ．上記に鑑み、本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を空間的に変調する空間変調手段と、前記変調されたレーザ光を信号光と参照光とに分離する分離手段と、前記分離された信号光を記録媒体上に集光する第１のレンズと、前記分離された参照光を均一化して前記記録媒体上に導くための空間フィルタとを具備することを特徴とする。

本発明では、変調されたレーザ光を信号光と参照光とに分離し、分離された参照光を均一化して記録媒体上に導いているので、従来は捨てていた本発明における参照光の分だけレーザ光を有効に使うことができる。よって、本発明によれば、パワーの低いレーザ光源を用いても高速でホログラム記録を行うことができる。

ここで、前記空間フィルタは、前記分離された参照光をフーリエ変換する第２のレンズと、前記フーリエ変換された参照光のうち０次回折光以外を遮蔽する遮蔽手段とを具備してもよい。

これにより、均一化された参照光を簡単な構成で得ることができる。

本発明では、ホログラム記録装置単体として用いることができるし、パーソナルコンピュータなどの記憶手段として用いることができる。

（１）前記空間変調手段は、変調する信号に応じて、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を選択的に偏光させる空間変調器であり、前記分離手段は、前記空間変調器により変調されたレーザ光を、前記信号光及び前記参照光の一方であるネガ光と前記信号光及び前記参照光の他方であるポジ光とに分離するものであり、前記遮蔽手段は、０次回折光だけを透過するピンホールを有する遮蔽板であってもよい。

これにより、２次元変調を本発明の趣旨に沿って実現することができる。

ここで、前記分離手段としては、偏光ビームスプリッタが好適である。

（２）前記空間変調手段及び前記分離手段が、変調する信号に応じて、前記レーザ光源から出射されたレーザ光のうち０次回折光と１次回折光とをそれぞれ前記参照光として第１の方向と前記信号光として第２の方向とに選択的に分離する空間変調器であり、前記遮蔽手段は、０次回折光だけを透過するスリットを有する遮蔽板であってもよい。

これにより、１次元変調を本発明の趣旨に沿って実現することができる。

ここで、前記空間変調器としては、グレーティングライトバルブ（Grating Light Valve）が好適である。

Ｂ． 上記に鑑み、本発明に係るホログラム記録方法は、レーザ光源から出射されたレーザ光を空間的に変調し、前記変調したレーザ光を信号光と参照光とに分離し、前記分離された信号光を記録媒体上に集光し、前記分離された参照光を均一化して前記記録媒体上に導くことを特徴とする。

本発明では、変調されたレーザ光を信号光と参照光とに分離し、分離された参照光を均一化して記録媒体上に導いているので、従来は捨てていた本発明における参照光の分だけレーザ光を有効に使うことができる。よって、本発明によれば、パワーの低いレーザ光源を用いても高速でホログラム記録を行うことができる。

ここで、前記分離された参照光の均一化は、前記分離された参照光をフーリエ変換し、０次回折光以外を遮蔽することにより行うようにしてもよい。

これにより、均一化された参照光を簡単な構成で得ることができる。

以上のように、本発明によれば、従来は捨てていた本発明における参照光の分だけレーザ光を有効に使うことができるので、パワーの低いレーザ光源を用いても高速でホログラム記録を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施形態）

図１は、本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置１０を示すブロック図である。

ホログラム記録再生装置１０は、レーザ光源１１，空間光変調器（Spatial Light Modulator）１２，偏光ビームスプリッタ１３，レンズ１４，レンズ１５，遮蔽板１６，レンズ１７，ミラー１８，ＨＷＰ１９，ミラー２０，レンズ２１，ＣＣＤセンサ２２，記録媒体２３から構成される。

レーザ光源１１は、例えば、波長５３２ｎｍのグリーンレーザーを用いることができる。

空間光変調器１２は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光を空間的に変調する。ここでは、空間光変調器１２として、変調素子が直交する２方向に格子状に並んで構成される２次元の空間光変調器を用いている。この例として、液晶装置（ＬＣＤ）を挙げることができる。２次元の空間光変調器には、一度の記録／再生動作で処理するデータ量を１次元の空間光変調器と比較して多くし易い利点がある。

図２に示す（Ａ）は、空間光変調器１２に入射するレーザ光の断面の光強度分布を示しており、図２（Ｂ）は、空間光変調器１２を通過した後のレーザ光の断面の光強度分布を示している。図２（Ｂ）に示すように、空間光変調器１２を通過した後のレーザ光も光強度分布は均一で、信号は偏光面の回転として現れる。つまり、０と１とが偏光として変調される。

偏光ビームスプリッタ１３は、空間光変調器１２で空間的に変調されたレーザ光を、図２（Ｃ）に示すように０と１の信号に応じた光強度に分布させる。図２（Ｃ）は偏光ビームスプリッタ１３を透過したレーザ光（ポジ光）を示し、例えばこれを信号光として用い、図２（Ｄ）は偏光ビームスプリッタ１３を反射したレーザ光（ネガ光）を示し、例えばこれを参照光として用いる。

レンズ１４は、信号光を記録媒体２３上に集光する光学素子である。空間光変調器１２上に表示された像（実像）がレンズ１４の焦点位置にフラウンホーファー（Fraunhofer）回折像（フーリエ（Fourier）変換像）に変換されて結像する。この結像された回折像の断面の光強度分布を図２（Ｅ）に示す。

レンズ１５及び遮蔽板１６は、図２（Ｄ）に示した光強度分布のように信号が載ったレーザ光をガウス分布に正規化する空間フィルタである。

レンズ１５は、偏光ビームスプリッタ１３を反射したレーザ光を遮蔽板１６上に集光する光学素子である。このレンズ１５により、偏光ビームスプリッタ１３を反射したレーザ光がレンズ１５の焦点位置にフラウンホーファー（Fraunhofer）回折像（フーリエ（Fourier）変換像）に変換されて結像する。

遮蔽板１６は、図３に示すように、ピンホール１６ａが設けられている。このピンホール１６ａは、遮蔽板１６に結像した回折像うち０次光１６ｂを通過し、１次光以降１６ｃを遮蔽する大きさを有する。

レンズ１７は、ピンホール１６ａを通過したレーザ光を平行光にする。この平行光の光強度分布は、図２（Ｆ）に示すように、均一化されている。

ミラー１８，２０は、この平行光を参照光として記録媒体２３に導く。参照光は、ミラー１８，２０により信号光に対して９０°の角度で記録媒体２３に入射するように角度調整される。

ＨＷＰ（半波長板）１９は、参照光の偏光方向を信号光と一致させるためのものであり、入射した参照光の偏光面を９０°回転させる光学素子である。ＨＷＰ（半波長板）１９を介挿しないと、信号光と参照光とが直交しているため、これでは信号光と参照光との間で光干渉（ホログラム記録）が起きないからである。

レンズ２１は、記録媒体２３から再生された回折光をＣＣＤセンサ２２に集光する。このとき、ＣＣＤセンサ２２の検知面には図２（Ｇ）に示すように空間光変調器１２に表示された実像が結像する。つまり、レンズ２１は記録媒体２３に記録された空間光変調器１２のフーリエ変換像を逆フーリエ変換してＣＣＤセンサ２２に結像する逆フーリエ変換レンズである。

ＣＣＤセンサ２２は、再生された信号光を検出する受光素子であり、受光素子が２方向に配列された２次元受光素子である。

記録媒体２３は、記録層を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。即ち、空間光変調器１２に表示された実像のフラウンホーファー回折像（フーリエ変換像）が記録層上に結像、記録される。記録媒体２３は記録層内に信号光と参照光の交差部分を含むように設置される。

記録媒体２３の記録層は、この干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれて周囲からモノマが移動してモノマの濃度が場所によって変化する。

このように構成されたホログラム記録再生装置１０は、記録時には信号光、参照光の双方が記録媒体２３に照射され、信号光の変調パターンが２つのビームの干渉縞として記録層内に記録される。

また、ホログラム記録再生装置１０の再生時には、図示を省略したシャッタにより信号光を遮蔽して、参照光のみが記録媒体２３に照射される。記録媒体２３内に生成された干渉縞が回折格子として機能し、変調信号光が再生（回折）される。
（レーザ光の有効利用）

次に、このように構成されたホログラム記録再生装置１０において、レーザ光を有効に利用している理由を説明する。

図４に通常のホログラム記録再生装置４０の構成例を示す。図４において、図１と同一の構成には同一の符号を付する。

図４に示すホログラム記録再生装置４０では、空間光変調器１２の前段に参照光を取り出すために偏光ビームスプリッタ４１を配置し、空間光変調器１２の後段に配置された偏光ビームスプリッタ１３による反射光については不要光として捨てている。

これに対して、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１０では、偏光ビームスプリッタ１３による反射光を捨てることなく、これを参照光として利用している。これにより、レーザ光を有効に利用することが可能となる。

ただし、偏光ビームスプリッタ１３による反射光には信号が載っているので、これをそのまま参照光として用いることができない。そこで、このホログラム記録再生装置１０では、信号が載ったレーザ光をガウス分布に正規化する空間フィルタを用いることで、偏光ビームスプリッタ１３による反射光を参照光として用いることが可能となる。

従って、このように構成されたホログラム記録再生装置１０では、レーザ光源１１がパワーの低いものであったとしても高速でホログラム記録を行うことができる、という効果を奏する。
（第２の実施形態）

図５は、本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録再生装置５０を示すブロック図である。

ホログラム記録再生装置５０は、レーザ光源５１，空間光変調器（Spatial Light Modulator）５２，レンズ５３，レンズ５４，遮蔽板５５，レンズ５６，ミラー５７，レンズ５８，ＣＣＤセンサ５９，記録媒体６０から構成される。

レーザ光源５１は、例えば、波長５３２ｎｍのグリーンレーザーを用いることができる。

空間光変調器５２は、レーザ光源５１から出射されたレーザ光を空間的に変調する。ここでは、空間光変調器５２としては、変調素子が１方向に並んで構成され、光の変調が１方向のみで行われ、他の方向には変調信号成分を持たない１次元の空間光変調器である。この一例として、Silicon Light Machine社製のGLV（Grating Light Valve）がある。１次元の空間光変調器には、応答速度の高速化、素子のサイズの低減が容易な利点がある。この空間光変調器５２では、０次光と１次光とをそれぞれ参照光として第１の方向（入射光が空間光変調器５２の入射面の法線に対して線対称な方向）と信号光として第２の方向（空間光変調器５２の入射面の法線方向）とに選択的に分離する。

図６に示す（Ａ）は、空間光変調器５２に入射するレーザ光の断面の光強度分布を示している。この光強度分布は均一である。図６（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ上記の０次光と１次光の断面の光強度分布を示している。

レンズ５３は、信号光を記録媒体６０上に集光する光学素子である。空間光変調器６０で変調された１次光がレンズ５３の焦点位置にフラウンホーファー（Fraunhofer）回折像（フーリエ（Fourier）変換像）に変換されて結像する。この結像された回折像の断面の光強度分布を図６（Ｄ）に示す。なお、この結像された像は、デフォーカス像、実像であってもよい。

レンズ５４及び遮蔽板５５は、信号が載った０次光をガウス分布に正規化する空間フィルタである。

レンズ５４は、０次光を遮蔽板５５上に集光する光学素子である。このレンズ５４により、０次光がレンズ５４の焦点位置にフラウンホーファー（Fraunhofer）回折像（フーリエ（Fourier）変換像）に変換されて結像する。

遮蔽板５５は、図７に示すように、スリット５５ａが設けられている。このスリット５５ａは、遮蔽板５５に結像した回折像うち０次光５５ｂを通過し、１次光以降５５ｃを遮蔽する大きさと形状を有する。

レンズ５６は、スリット５５ａを通過したレーザ光を平行光にする。この平行光の光強度分布は、図６（Ｅ）に示すように、均一化されている。

ミラー５７は、この平行光を参照光として記録媒体６０に導く。参照光は、ミラー５７により信号光に対して４５°の角度で記録媒体６０に入射するように角度調整される。参照光と信号光とは、４５°の角度で記録媒体６０に入射することが最適であるが、４５°以外の角度であっても勿論構わない。

レンズ５８は、記録媒体６０から再生された回折光をＣＣＤセンサ５９に集光する。このとき、ＣＣＤセンサ５９の検知面には図６（Ｆ）に示すように空間光変調器５２に表示された実像が結像する。つまり、レンズ５８は記録媒体６０に記録された空間光変調器５２のフーリエ変換像を逆フーリエ変換してＣＣＤセンサ５９に結像する逆フーリエ変換レンズである。

ＣＣＤセンサ５９は、再生された信号光を検出する受光素子であり、受光素子が１方向に配列された１次元受光素子である。

記録媒体６０は、記録層を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体であり、第１の実施形態で説明したものと同様である。

このように構成されたホログラム記録再生装置５０も、記録時には信号光、参照光の双方が記録媒体６０に照射され、信号光の変調パターンが２つのビームの干渉縞として記録層内に記録される。

また、ホログラム記録再生装置５０の再生時には、図示を省略したシャッタにより信号光を遮蔽して、参照光のみが記録媒体６０に照射される。記録媒体６０内に生成された干渉縞が回折格子として機能し、変調信号光が再生（回折）される。
（第２の実施形態に係る装置特有の効果）

このように構成されたホログラム記録再生装置５０においてもレーザ光を有効に利用することができるが、これに加えて以下の効果を奏する。
（１）参照光の偏光方向と信号光の偏光方向とが一致しており、従ってＨＷＰのような光学素子は不要である。
（２）ＧＬＶは液晶装置に比べてより高速な動作が可能である。
（３）ＧＬＶが分離手段を兼ねており、偏光ビームスプリッタのような光学素子は不要である。
（その他の実施形態）
（１）上記のＧＬＶはＢｌａｚｅｄタイプで、各リボンが傾いており、回折光の出る方向が入射光と異なるものであったが、ＢｌａｚｅｄタイプでないＧＬＶを用いることが可能である。この場合、ＧＬＶに入射する光と信号光とが同軸となることと、信号光が０次光になるので、±１次光のどちらか、または両方を参照光として用いればよい。
（２）上記のＧＬＶは１次元が前提であったが、２次元のＧＬＶも実現可能であれば本発明に用いることが可能である。

本発明の実施形態は上記実施形態に限らず拡張、変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る各部におけるレーザ光の断面の光強度分布を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る遮蔽板の一例を示す図である。 本発明が適用されていないホログラム記録再生装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録再生装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る各部におけるレーザ光の断面の光強度分布を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る遮蔽板の一例を示す図である。

符号の説明

１０ ホログラム記録再生装置
１１ レーザ光源
１２ 空間光変調器
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４，１５ レンズ
１６ 遮蔽板
１６ａ ピンホール
１７ レンズ
２３ 記録媒体

Claims (9)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を空間的に変調する空間変調手段と、
   前記変調されたレーザ光を信号光と参照光とに分離する分離手段と、
   前記分離された信号光を記録媒体上に集光する第１のレンズと、
   前記分離された参照光を均一化して前記記録媒体上に導くための空間フィルタと
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 請求項１に記載のホログラム記録装置であって、
   前記空間フィルタは、
   前記分離された参照光をフーリエ変換する第２のレンズと、
   前記フーリエ変換された参照光のうち０次光以外を遮蔽する遮蔽手段と
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
3. 請求項２に記載のホログラム記録装置であって、
   前記空間変調手段は、変調する信号に応じて、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を選択的に偏光させる空間変調器であり、
   前記分離手段は、前記空間変調器により変調されたレーザ光を、前記信号光及び前記参照光の一方であるネガ光と前記信号光及び前記参照光の他方であるポジ光とに分離するものであり、
   前記遮蔽手段は、０次光だけを透過するピンホールを有する遮蔽板である
   ことを特徴とするホログラム記録装置。
4. 請求項３に記載のホログラム記録装置であって、
   前記分離手段は、偏光ビームスプリッタである
   ことを特徴とするホログラム記録装置。
5. 請求項２に記載のホログラム記録装置であって、
   前記空間変調手段及び前記分離手段が、変調する信号に応じて、前記レーザ光源から出射されたレーザ光のうち０次光と１次光とをそれぞれ前記参照光として第１の方向と前記信号光として第２の方向とに選択的に分離する空間変調器であり、
   前記遮蔽手段は、０次光だけを透過するスリットを有する遮蔽板である
   ことを特徴とするホログラム記録装置。
6. 請求項５に記載のホログラム記録装置であって、
   前記空間変調器が、グレーティングライトバルブ（Grating Light Valve）である
   ことを特徴とするホログラム記録装置。
7. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を空間的に変調する空間変調手段と、
   前記変調されたレーザ光を信号光と参照光とに分離する分離手段と、
   前記分離された信号光を記録媒体上に集光する第１のレンズと、
   前記分離された参照光を均一化して前記記録媒体上に導くための空間フィルタと
   を具備するホログラム記録装置を記憶手段として有する
   ことを特徴とする情報処理装置。
8. レーザ光源から出射されたレーザ光を空間的に変調し、
   前記変調したレーザ光を信号光と参照光とに分離し、
   前記分離された信号光を記録媒体上に集光し、
   前記分離された参照光を均一化して前記記録媒体上に導く
   ことを特徴とするホログラム記録方法。
9. 請求項８に記載のホログラム記録方法であって、
   前記分離された参照光の均一化は、前記分離された参照光をフーリエ変換し、０次光以外を遮蔽することにより行う
   ことを特徴とするホログラム記録方法。

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