JP2006201323A - ホログラフィック情報記録方法、ホログラフィック情報記録装置、ホログラフィック情報再生方法、ホログラフィック情報再生装置及びホログラム記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光の光軸方向を利用して情報を多重記録再生すること。
【解決手段】
空間変調器ＳＬＭ１により空間変調された信号光Ｏｂ１はレンズＬ１を移動させることにより、光軸方向に関して異なる位置に焦点をもつ集束光で構成される信号光となる。これら信号光を１本ずつ参照光Ｒｅ１とホログラム記録媒体Ｈ１のところで干渉させ、それぞれ生成される干渉縞を記録する。信号光の焦点を異ならせる毎に、空間変調器ＳＬＭ１に表示するデータを異ならせておけば、信号光の３次元的な要素を利用して情報を多重記録することができる。また、参照光Ｒｅ１のみをホログラム記録媒体Ｈ１に照射すると、光軸上の異なる位置に焦点をもつ集束光で構成される再生光が生じ、これをピンホールなどで分離して受光素子で信号に変換することにより、多重記録されたデータを分離して再生することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に体積記録するホログラムメモリに係り、特に情報をホログラム記録媒体の同一領域に多重記録するホログラフィック情報記録再生方法及び装置に関する。

ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（ブルーレイディスク）等、現在普及している光ストレージ技術は面記録メモリを利用している。近年、マルチメディア技術の発展に伴い、高速かつ大容量メモリの必要性が高まっているが、現行の面記録形の光メモリは、ビット情報と光スポットが照射する記録媒体上のエリアが直接対応しているため、集光限界によって記録容量が制限されている。そこで、更なる高密度の記録を行うためには、同一エリア内に多数の情報を記録する多重記録が必要とされている。

情報をホログラムの形で記録媒体に体積記録するホログラムメモリは、同一エリア内に多重記録が可能な記録媒体として知られている。ここで、ホログラフィとは、光波の振幅、位相情報を同時に記録媒体に記録し、また、再生する技術である。レーザ光のようなコヒーレントな光を物体に照射し、物体光とよばれる物体からの反射光を記録媒体に入射する際に、参照光とよばれる別のコヒーレントな光を同時に記録媒体に入射すると、記録媒体上に干渉縞が形成される。この干渉による光強度分布を屈折率または吸収率の変化として記録媒体中に記録したものがホログラムである。ホログラムが記録された記録媒体に参照光のみを入射すると、ホログラムが回折格子として働き、物体光が再生される（例えば非特許文献１参照）。

ホログラムメモリでは、デジタルデータ（０、１のデータ）を空間変調器のオン／オフ・パターンに変換して、この空間変調器の出力光を物体光（信号光とよばれる）として用いることで、デジタルデータの情報をホログラム記録媒体に記録できる。再生時は、通常のホログラフィと同様、参照光を再生光として用いることで再生像が検出されるので、この像から空間変調器のオン／オフ・パターンと元のデジタルデータを読み取ればよい。このため、ホログラムメモリでは同一エリア内に空間変調器のピクセル分だけの情報を多重することが出来る。

一方、参照光に特徴を持たせることで同一エリア内に参照光の特徴が異なる複数のホログラムを記録することもできる。このように参照光の違いで同一面内に複数のホログラムを記録する多重方式として、角度多重・波長多重・位相多重・シフト多重等が知られている。これらは、直交状態となるような複数の参照光を区別して用いることで各々参照光に対して別の状態が記録できる。
IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic datastoragｅ」

上記のようにホログラム記録を用いると同一エリア内に多重記録を行うことができる。これら従来のホログラム情報記録の多重記録の特徴をまとめると、（１）複数の直交した状態にある参照光を利用した多重記録、（２）信号光の波面を分割して２次元データにすることによる多重記録の二つであることがわかる。しかし、ホログラフィのもう一つの利点である信号光の３次元方向の情報が記録できる点を利用したホログラム情報記録方法及び装置は未だ提案されていない。

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、信号光の３次元的な要素を利用して情報を多重記録再生することができるホログラフィック情報記録方法、ホログラフィック情報記録装置、ホログラフィック情報再生方法、ホログラフィック情報再生装置及びホログラム記録媒体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、情報によって空間変調された信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラフィック情報記録方法であって、前記信号光は、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光の重ね合わせであって、前記信号光の光路上には、それぞれ記録したいデータあるいはデータ配列に応じて波面の変調を行う空間変調器が配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、信号光と再生光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体であって、異なる位置に焦点を有する２つ以上の集束光からなる信号光と参照光で生成される複数の干渉縞を同一記憶領域に多重記録したことを特徴とする。

また、本発明は、情報によって空間変調された信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラフィック情報記録装置であって、異なる位置に焦点をもつ２つ以上の集束光を有する信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光を構成する集束光を、それぞれ異なるデータにより空間変調する変調手段と、前記空間変調された信号光を前記ホログラム記録媒体に照射する照射手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光からなる信号光と参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の同一領域に多重記録したホログラム記録媒体に、参照光を照射して情報を再生するホログラフィック情報再生方法であって、前記参照光を前記記録媒体の記録領域に照射して、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光で形成される再生光を再生し、前記再生光を、焦点の異なる集束光の成分に分離して受光素子で信号に変換して、元の情報を得ることを特徴とする。

また、本発明は、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光からなる信号光と参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の同一領域に多重記録したホログラム記録媒体に、参照光を照射して情報を再生するホログラフィック情報再生装置であって、前記参照光を前記記録媒体の記録領域に照射して、光軸上の異なる位置に焦点をもつ複数の集束光を再生する信号光再生手段と、前記異なる位置に焦点をもつ複数の集束光を焦点毎に分離する分離手段と、前記分離された再生光を受光素子で信号に変換して元の情報を得る信号再生手段とを具備することを特徴とする。

このように本発明では、焦点の異なる複数の集束光で信号光を生成し、生成された信号光を異なるデータで空間変調した後、これら信号光と共通の参照光とを干渉させてできる干渉縞をホログラム記録媒体の同一の記録領域に多重記録しておき、再生時、前記参照光と同一の再生参照光をホログラム記録媒体に照射すると、前記焦点の異なる複数の集束光による信号光に対応する焦点の異なる複数の集束光で構成される再生光が前記記録領域から発生する。これら再生光を再度集光して生じた複数の焦点にそれぞれピンホールを配置して集束光毎に分離して、それぞれを受光素子を用いて信号に変換することで、前記多重記録されたデータを分離して再生することができる。

本発明によれば、焦点の異なる複数の集束光で信号光を生成し、生成された信号光を異なるデータで空間変調した後、これら信号光と共通の参照光とを干渉させてできる干渉縞をホログラム記録媒体の同一の記録領域に多重記録しておき、再生時、前記参照光と同一の再生参照光をホログラム記録媒体に照射すると、前記焦点の異なる複数の集束光による信号光に対応する焦点の異なる負空数の球面波で構成される再生光が前記記録領域から発生する。これら再生光を再度集光して生じた複数の焦点にそれぞれピンホールを配置して集束光毎に分離して、それぞれを受光素子を用いて信号に変換することで、前記多重記録されたデータを分離して再生することによって、信号光の光軸方向、すなわち、３次元的な要素を利用して情報を多重記録再生することができる。
また、信号光の３次元的要素を利用した多重化であるため、例えば、位相多重、シフト多重、角度多重などの既知の各種多重化方法と併用でき、データの記録密度を向上させることができる。
また、再生時、再生信号をピンホールなどの簡単な部品で分離できるため、簡単且つ安価な構成で多重記録再生を実現することができる。
また、一度の露光で多重化を実現できる例では、従来の多重露光による干渉縞の劣化などがなく、多重データのビットエラーレートなどを小さくできる。

信号光の３次元的な要素を利用して情報を多重記録再生する目的を、焦点の異なる複数の集束光で信号光を生成し、生成された信号光を異なるデータで空間変調した後、これら信号光と共通の参照光とを干渉させてできる干渉縞をホログラム記録媒体の同一の記録領域に多重記録しておき、再生時、前記参照光と同一の再生参照光をホログラム記録媒体に照射すると、前記焦点の異なる複数の集束光による信号光に対応する焦点の異なる負空数の球面波で構成される再生光が前記記録領域から発生する。これら再生光を再度集光して生じた複数の焦点にそれぞれピンホールを配置して集束光毎に分離して、それぞれを受光素子を用いて信号に変換することで、前記多重記録されたデータを分離して再生することで実現した。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るホログラフィック情報記録装置の構成を示したブロック図である。ホログラム記録装置は、レーザ光源ＬＤ１と、ビームスプリッタＢＳ１と、ミラーＭ１と、レンズＬ１、Ｌ２、および空間変調器ＳＬＭ１とホログラム記録媒体Ｈ１によって構成されている。

図２は上記したホログラム記録媒体Ｈ１の構成を示した斜視図である。ホログラム記録媒体Ｈ１は、ガラスやポリカーボネートなどの透明材質で形成された透明基板５０の一面に光誘起複屈折性を示す記録層５１を形成して構成する。信号光および参照光は、この記録層５１側に照射される。ホログラム記録媒体Ｈ１は厚みに比べて十分大きな拡がり有するように形成して、基板一面に一様に塗布されるようにする。また、透明基板５０はディスク形状などとする。

記録層５１は前述のように光誘起屈折性を示す材料とする。例えば、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶、または光異性化する分子を分散させた高分子が挙げられる。このような材料による記録層は、たとえば溶液を基板上にキャストし、スピンコートするなどして乾燥させて作製する。

次に本実施形態の動作について説明する。レーザ光源ＬＤ１から出力されたレーザ光（平面波、非集束光）は、通常のホログラム記録と同様にビームスプリッタＢＳ１により信号光Ｏｂ１と参照光Ｒｅ１とに分岐される。参照光Ｒｅ１は、通常のホログラムと同様にホログラム記録媒体Ｈ１を照射するように構成されている。ここでは、参照光Ｒｅ１がホログラム記録媒体Ｈ１に照射されるように、ミラーＭ１によりその光路が決められている。

上記参照光Ｒｅ１は非集束光とし、さらに波面は単なる平面波であって、なんら変調は受けていないものとする。なお、たとえば、この参照光Ｒｅ１を、位相多重が可能な状態に構成する、あるいは、角度多重が可能となるように構成することもできるが、本実施形態ではこれらの形態については特に限定しない。また、レンズを用いて参照光をホログラム記録媒体Ｈ１上に集光することも可能であるが、これも本実施形態では特に限定はしない。

一方、信号光Ｏｂ１は空間変調器ＳＬＭ１に照射されて、空間変調器上のパターン（データページ）によって空間変調され、このパターンが信号光上に転写される。ここでは、この空間変調器ＳＬＭ１は反射型のものとする。空間変調器ＳＬＭ１は液晶の二次元配列を用いてビットデータを多重化したものが使われることが一般的である。

空間変調器ＳＬＭ１を経た信号光は、レンズＬ１に照射される。信号光はレンズＬ１に照射される前には平面波、非集束光であったが、レンズＬ１に照射されることで、レンズＬ１の焦点ｆ１の位置で焦点を持つ球面波、集束光に変換される。焦点ｆ１で一旦結像された信号光は、再度広がって焦点から２×ｆ２の距離にある焦点距離がｆ２のレンズＬ２に入射される。そして、レンズＬ２を経て信号光は再結像されてレンズＬ２より２×ｆ２の距離だけ離れたホログラム記録媒体Ｈ１上に照射される。

ホログラム記録媒体Ｈ１上では上記の信号光と参照光が集光されて２つの光の干渉に応じた光強度分布が発生する。これらの強度分布はホログラム層を形成する記録層５１（光誘起屈折媒体材料）に干渉縞として記録される。以上によって、データページの一つが記録される。

次に、たとえばレンズＬ１の位置を上記の位置からδｘだけ左側にずらすと、レンズＬ２からみた球面波の中心は、レンズＬ２より２×ｆ２＋δｘのようにδｘ分だけ大きくなる。したがって、レンズＬ２から再結像される位置は、レンズＬ２より２×ｆ２−δｘ（δｘが充分小さいものとして近似を使っている。）の位置となり、ホログラム記録媒体Ｈ１上にできる干渉縞は、δｘ＝０のときと異なるものとなる。したがって、逆に、これらの像を再生したときの焦点の位置が異なるため、後述する再生装置上に用意したピンホールを
通過することができない。即ち、異なる焦点で違う像が再生でき、言い換えれば、信号光の焦点の位置を変化させるレンズＬ１の移動量δｘを適当な大きさにとって、それぞれの焦点の位置で別のデータを空間変調器ＳＬＭ１に表示して、ホログラム記録媒体Ｈ１の同一記録領域に干渉縞を記録すると、信号光の焦点位置の変化段数分の多重記録が実現できる。

本実施形態によれば、データページにより空間変調された信号光をレンズＬ２によりホログラム記録媒体Ｈ１に集光して照射する際に、レンズＬ２により信号光の焦点の位置を変化させ、変化させる毎に信号光を異なるデータページにより空間変調することで、複数のデータページをホログラム記録媒体Ｈ１の同一記録領域に多重記録することができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係るホログラフィック情報記録装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本ホログラム記録装置は、レーザ光源ＬＤ１と、ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３と、透過型の空間変調器ＳＬＭ１、ＳＬＭ２、ＳＬＭ３と、レンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７と、ミラーＭ１、Ｍ２と、ハーフミラーＭ３、Ｍ４と、ホログラム記録媒体Ｈ１によって構成されている。

次に本実施形態の動作について説明する。レーザ光源ＬＤ１から出力されたレーザ光（平面波、非集束光）は、通常のホログラム記録と同様にビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３により信号光Ｏｂ１、Ｏｂ２、Ｏｂ３と参照光Ｒｅ１とに分岐される。参照光ＲＥ１は、通常のホログラムと同様にホログラム記録媒体Ｈ１を照射するように構成されている。ここでは、参照光ＲＥ１がホログラム記録媒体Ｈ１に照射されるように、ミラーＭ４を用いて光路が決められている。また、参照光ＲＥ１は非集束光とし、さらに波面は単なる平面波であって、なんら変調は受けていないものとする。なお、たとえば、この参照光ＲＥ１を位相多重が可能な状態に構成する、あるいは、角度多重が可能となるように構成することもできるが、本実施形態ではこれらの構成については特に限定しない。また、レンズを用いて参照光ＲＥ１をホログラム記録媒体Ｈ１上に集光することも可能であるが、これも本実施形態では特に限定はしない。

一方、ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３によって分離された号光Ｏｂ１、Ｏｂ２、Ｏｂ３は、空間変調器ＳＬＭ１，ＳＬＭ２，ＳＬＭ３を透過することで、これら空間変調器に表示されているそれぞれ異なるデータページにより空間変調され記録情報を転写される。空間変調器ＳＬＭ１，２，３を経た３つの信号光Ｏｂ１，Ｏｂ２，Ｏｂ３は、それぞれ別々にレンズＬ３，Ｌ４，Ｌ５に入射される。ここでは、レンズＬ３、Ｌ４，Ｌ５が、信号光をＯｂ１，Ｏｂ２、Ｏｂ３を別々の焦点に集光するようになっていれば、その位置や焦点距離は任意であるとする。以上によって、焦点の異なる複数の集束光による信号光が生成される。

生成された上記の焦点の異なる複数の集束光による信号光は、それぞれ、ミラーＭ２、ハーフミラーＭ３、Ｍ４によって光路を変更された後、それぞれレンズＬ６、Ｌ７を経て、別々の焦点に昇降されるようにホログラム記録媒体Ｈ１に照射される。ここで、レンズＬ６は必ずしも必要ではない。このようにして別々の焦点から信号光Ｏｂ１，Ｏｂ２，Ｏｂ３が球面波として発生するようになったので、最後にレンズＬ７を経てこれらの信号光がホログラム記録媒体Ｈ１上に集光される。以上によって、空間変調器ＳＬＭ１，ＳＬＭ２，ＳＬＭ３から転写されたデータ配列の同時かつ多重記録が実現できる。

なお、これらの記録において用いた空間変調器ＳＬＭは、それぞれ図示を略したコンピュータなどに接続され、このコンピュータからデータが供給されるものとする。

このように多重記録が実現されたホログラム記録媒体Ｈ１を後述する再生方式、装置を用いて再生すると、再生像は、異なる位置に焦点を結ぶようにできる。そこで、それぞれ別々のピンホールなどを用いて焦点を結んでいる信号光のみを通過するようにすれば、必要のない再生像は、ピンホール面上ではピンボケを起こして分離することが出来る。以上によって、多重記録の再生が可能となる。

本実施形態では、焦点の異なる複数の集束光による信号光Ｏｂ１，Ｏｂ２，Ｏｂ３を同時に生成してホログラム記録媒体Ｈ１に照射することができ、多重記録速度を第１の実施形態のそれに比べて向上させることができる。また、レンズを移動させる機械的な可動部分がないため、装置の信頼性を向上させることができる。

また、信号光Ｏｂ１，Ｏｂ２，Ｏｂ３がホログラム記録媒体Ｈ１に同時照射されるため、第１の実施形態に比べて多重露光を必要しない。このように多重露光が必要なくなることによって、ホログラム記録媒体Ｈ１での感光時間の調整が格段に容易になる。また、参照光の多重化によくあるような多重露光によってホログラム記録媒体上に生成される干渉縞が消えてしまうなどの課題を回避することができる。

また、空間変調器ＳＬＭ１、２、３には、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した透過型の空間変調器を用いることができる。たとえば、プロジェクタ用の液晶パネルを挙げられる。これらの液晶パネルは、液晶の両面に電極を形成した透過型の液晶セルを備え、さらに液晶セルの両側には、偏光板が配置されている。

また、この多重記録方式は、位相多重や、角度多重やシフト多重など、他の参照光を多重化する多重記録方式と併用して実施することも可能であり、更にホログラム記録媒体Ｈ１の記録密度を上げることが可能である。

図４は、本発明の第３の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。ホログラム再生装置は、レーザ光源ＬＤ１と、ミラーＭ１と、レンズＬ８、移動可能なレンズＬ９とホログラム記録媒体Ｈ１と、移動可能なピンホールＰＨ１と、電荷結合素子カメラＣＣＤ１によって構成されている。ここで、ホログラム記録媒体Ｈ１は、上記した第１、第２の実施形態で説明したいずれの記録方式で記録されたものであってもよい。

次に本実施形態の動作について説明する。レーザ光源ＬＤ１から出力されたレーザ光（平面波、非集束光）は、ミラーＭ１を経てホログラム記録媒体Ｈ１に照射される。すると、通常のホログラム再生同様、信号光の方向、すなわち、レンズＬ８の方向に回折が生じて再生光が生成される。この再生光は、第１、第２の実施形態で説明した記録方式でデータが多重記録されたホログラム記録媒体の再生像なので非集束光ではなく、幾つかの異なる中心を持った球面波となって放射状に広がっていき、レンズＬ８に入射される。

レンズＬ８は、記録時のレンズ”Ｌ２“とほぼ同じ位置に配置しておく。すなわち、レンズＬ８の焦点距離をｆ１として、レンズＬ９とホログラム記録媒体Ｈ１が２×ｆ１の距離程度となるように配置する。すると、レンズＬ８によってホログラム記録媒体Ｈ１から広がっていった再生光は再び集められピンホールＰＨ１方向に集光する。

ピンホールＰＨ１はレンズＬ８で再結像される位置に配置され、このピンホールＰＨ１には再生光の光軸上にホールがあって、その大きさは、集光されるスポットよりは大きいがピンボケした像は通さない程度の大きさである。ピンホールの位置は、デフォルト状態でレンズＬ８から２×ｆ１だけ離れた位置にあるものとする。このようにすると、ホログラム記録媒体Ｈ１にデータを記録する際にレンズＬ８から２×ｆ１の位置に焦点を生じた信号光に対応する再生光のみがこのピンホールを通過することができ、残りの信号は、ピンホールを通過することができない。以上のようにして、ピンホールＰＨ１は再生光の成分を一つだけ取り出すことができる。

次にレンズＬ９とピンホールＰＨ１位置関係を保持したままこれらの位置を２×ｆ１±δｘの位置に移動すると、ホログラム記録媒体Ｈ１にデータを記録する際にレンズＬ８から２×ｆ１±δｘの位置に焦点を生じた信号光に対応する再生光のみがこのピンホールを通過することができ、残りの信号は、ピンホールを通過することができず、別の再生光の成分を選択することができる。即ち、ピンホールＰＨ１の位置を変化させることにより、ホログラム記録媒体Ｈ１に多重記録されたデータページに対応する再生光を分離して、電荷結合素子カメラＣＣＤ１側に送り込むことができる。たとえば、記録時にレンズＬ８より２×ｆ１＋δｘの位置で焦点を生じていた信号光に転写されていたデータページを再生するには、ピンホールの位置をレンズＬ８より２×ｆ１＋δｘの位置におけばよい。

このように取り出された再生光はピンホールＰＨ１から常にｆ２の距離に準備されている焦点距離がｆ９のレンズに入射されて非集束光になる。この非集束光は、記録時に空間変調器を経た非収束光で、且つ、その後のレンズによって屈折をされる前の非集束光を再生した非集束光となっており、これが電荷結合素子カメラＣＣＤ１上に照射される。この電荷結合素子カメラＣＣＤ１上では、ＣＣＤの各画素と、記録時の空間変調器の各画素の位置が調整されて、空間変調器に表示された元のデータ（データページ）が検出される。以上のようにして検出されたデータはパソコンなどに取り込まれて画像処理される。

本実施形態によれば、第１、第２の実施形態でホログラム記録媒体Ｈ１に多重記録された複数のデータページの中から所望の一枚を分離して検出することができる。また、別のデータページは、たとえばレンズＬ９とピンホールＰＨ１をｆ２の距離を保ったまま光軸方向に前後することにより、別の焦点と一致させることによって容易に分離することができる。

図５は、本発明の第４の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態のホログラム再生装置は、レーザ光源ＬＤ１と、ミラーＭ１と、移動可能なレンズＬ８、レンズＬ９とホログラム記録媒体Ｈ１と、ピンホールＰＨ１と、電荷結合素子カメラＣＣＤ１によって構成されている。ここで、ホログラム記録媒体Ｈ１は、上記した第１、第２の実施形態で説明したいずれの記録方式で記録されたものであってもよい。

レーザ光源ＬＤ１から出力されたレーザ光（平面波）は、ミラーＭ１を経てホログラム記録媒体Ｈ１に照射される。すると、通常のホログラム再生同様、信号光の方向、すなわち、レンズＬ８の方向に回折が生じて再生光が生成される。この再生光は、第１、第２の実施形態の方法でデータが多重記録されたホログラム記録媒体の再生像なので平面波ではなく、幾つかの異なる中心を持った球面波となって放射状に広がっていき、レンズＬ８に入射される。

レンズＬ８は、記録時のレンズ“Ｌ２”とほぼ同じ位置に配置しておく。すなわち、レンズＬ８の焦点距離をｆ１として、レンズＬ９とホログラム記録媒体Ｈ１が２×ｆ１の距離程度となるように配置する。すると、レンズＬ８によりホログラム記録媒体Ｈ１から広がっていった再生光は再び集められてピンホールＰＨ１方向に集光する。

ピンホールＰＨ１はレンズＬ８で再結像される位置に配置しておく。このピンホールＰＨ１は再生光の光軸上にホールがあって、その大きさは、集光されるスポットよりは大きいが、ピンボケした像は通さない程度の大きさである。ピンホールＰＨ１の位置は、デフォルト状態でレンズＬ８から２×ｆ１だけ離れた位置にあるものとする。このようにすると、記録時にレンズＬ８から２×ｆ１の位置に焦点を生じた信号光のみがこのピンホールを通過することができ、残りの信号はピンホールＰＨ１を通過することができない。以上のようにして、再生光の成分を一つだけ（１枚のデータページの情報）取り出すことができる。即ち、ホログラム記録媒体Ｈ１に多重記録されている複数のデータページの中の一枚を分離して検出することができる。そのほかのデータページは、レンズＬ８を光軸方向に前後することによって、Ｌ８を経た再生光の別の焦点とピンホールＰＨ１の位置を一致させることによって再び分離することができる。

このように取り出された再生光はピンホールＰＨ１から常にｆ２の距離に準備されている焦点距離がｆ２のレンズＬ９に入射されて非集束光となり、この非集束光は、記録時に空間変調器を経た非収束光で、かつ、その後のレンズによって屈折をされる前の非集束光を再生した非集束光となっている。これを電荷結合素子カメラＣＣＤ１上に照射する。この電荷結合素子カメラＣＣＤ１上では、ＣＣＤの各画素と、記録時の空間変調器の各画素の位置が調整されて、記録時に空間変調器に表示された元のデータページが検出される。以上のようにして検出されたデータはパソコンなどに取り込まれる。

本実施形態によれば、第３の実施形態と同様にホログラム記録媒体Ｈ１に多重記録されたデータページの所望の一枚を分離して検出することができるが、特に、データページを分離して再生する際にレンズＬ８のみを前後すれば充分であり、光学系の移動機構を簡単化することができる。

図６は、本発明の第５の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本例のホログラム再生装置は、レーザ光源ＬＤ１と、ミラーＭ１、Ｍ５と、ハーフミラーＭ６、Ｍ７と、レンズＬ８、Ｌ１０、Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と、ホログラム記録媒体Ｈ１と、ピンホールＰＨ２、ＰＨ３、ＰＨ４と、電荷結合素子カメラＣＣＤ１、ＣＣＤ２，ＣＣＤ３によって構成されている。ここで、ホログラム記録媒体Ｈ１は、上記した第１、第２の実施形態で説明したいずれの記録方式で記録されたものであってもよい。

次に本実施形態の動作について説明する。レーザ光源ＬＤ１から出力された非集束光は、ミラーＭ１を経てホログラム記録媒体Ｈ１に照射される。すると、通常のホログラム再生同様、信号光の方向、すなわち、レンズＬ８の方向に回折が生じて再生光が発生する。この再生光は、第１、第２の実施形態で記録されたホログラム記録媒体Ｈ１の再生像なので平面波ではなく、幾つかの異なる中心を持った球面波となって放射状に広がっていく。

レンズＬ８は、記録時のレンズＬ２とほぼ同じ位置に配置しておく。すなわち、レンズＬ８の焦点距離をｆ１として、レンズＬ１０とホログラム記録媒体Ｈ１が２×ｆ１の距離程度となるように配置する。レンズＬ８はホログラム記録媒体Ｈ１から広がっていった再生光を再度集めてレンズ１０の手前の点で集光する。レンズ１０が配置されている場所は第３、第４の実施形態ではピンホールが置かれていたが、本実施形態ではピンホールはなく、再生光はそのままレンズＬ１０に入射される。また、レンズＬ１０を経た再生光は、ハーフミラーＭ７、Ｍ６により一部が分岐されて光路が変更され、ピンホールＰＨ４，ＰＨ３に入射され、残りの再生光がミラーＭ５により光路が変更され、ピンホールＰＨ２に入射される。

各ミラーＭ５〜Ｍ７から出た再生光は、それぞれ異なるデータページを再生するために用いられる。このため、ミラーＭ５〜Ｍ７よりＣＣＤ１〜ＣＣＤ３までの光路には、光路長が異なる位置にピンホールＰＨ２〜ＰＨ４が配置されている。さらに、ピンホールＰＨ２〜ＰＨ４のそれぞれの位置は、再生光を構成する各成分の焦点のどれか一つに一致する位置にあり、目的の再生光の成分のみを通すようになっている。これにより、ホログラム記録媒体Ｈ１に信号光の焦点位置が異なるようにして多重記録されたデータページがそれぞれ分離されて、ＣＣＤ１〜ＣＣＤ３により受光される。各ＣＣＤでは、その画素と、記録時の空間変調器の画素の位置が調整されて元のデータページが検出されることで、多重記録されたデータが再生される。以上のようにして検出されたデータはパソコンなどに取り込まれる。

本実施形態によれば、再生参照光Ｒｅ１をホログラム記録媒体Ｈ１に照射するだけで、ホログラム記録媒体Ｈ１に多重記録された複数のデータページを同時に再生することができる。その際に、第３、第４の実施形態のようにレンズなどの光学部品を移動させることがないため、装置の信頼性を向上させることができる。

尚、本発明は上記実施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。例えば、上記実施形態は信号光の３次元的要素を利用した多重化であるため、位相多重、シフト多重、角度多重などの参照光側を操作して得られる多重化と併用することができ、従来よりも高密度なホログラムメモリを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るホログラフィック情報記録装置の構成を示したブロック図である。 図１に示したホログラム記録媒体の構成例を示した斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るホログラフィック情報記録装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るホログラフィック情報再生装置の構成を示したブロック図である。

符号の説明

５０……透明基板、５１……記録層、ＢＳ１〜ＢＳ３……ビームスプリッタ、ＣＣＤ１〜ＣＣＤ３……電荷結合素子カメラ、Ｈ１……ホログラム記録媒体、Ｌ１〜Ｌ１３……レンズ、ＬＤ１……レーザ光源、Ｍ１〜Ｍ４……ミラー、ＰＨ１〜ＰＨ４……ピンホール、ＳＬＭ１〜ＳＬＭ３……空間変調器。

Claims (16)

1. 情報によって空間変調された信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラフィック情報記録方法であって、
   前記信号光は、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光の重ね合わせであって、
   前記信号光の光路上には、それぞれ記録したいデータあるいはデータ配列に応じて波面の変調を行う空間変調器が配置されている、
   ことを特徴とするホログラフィック情報記録方法。
2. 前記複数の集束光は、平行な光軸をもつ集束光であって、その焦点の位置は光軸上の異なる位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィック情報記録方法。
3. 前記異なる位置に焦点をもつ集束光を順次生成し、生成した集束光を順次空間変調して前記ホログラム記録媒体に照射して多重露光する、
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィック情報記録方法。
4. 前記異なる位置に焦点をもつ集束光を同時に生成し、生成した複数の集束光を同時に空間変調してホログラム記録媒体に照射して多重露光する、
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィック情報記録方法。
5. 信号光と再生光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体であって、
   異なる位置に焦点を有する２つ以上の集束光からなる信号光と参照光で生成される複数の干渉縞を同一記憶領域に多重記録したことを特徴とするホログラム記録媒体。
6. 情報によって空間変調された信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラフィック情報記録装置であって、
   異なる位置に焦点をもつ２つ以上の集束光を有する信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光を構成する集束光を、それぞれ異なるデータにより空間変調する変調手段と、前記空間変調された信号光を前記ホログラム記録媒体に照射する照射手段と、
   を具備することを特徴とするホログラフィック情報記録装置。
7. 前記信号光生成手段は、前記複数の焦点の異なる集束光を順次生成し、
   前記変調手段は、生成された焦点の異なる集束光を順次空間変調し、
   前記照射手段は、前記空間変調された信号光を順次前記ホログラム記録媒体に照射する、ことを特徴とする請求項６記載のホログラフィック情報記録装置。
8. 前記信号光生成手段は、前記複数の焦点の異なる集束光を同時に生成し、
   前記変調手段は、生成された複数の焦点の異なる集束光を同時に空間変調し、
   前記照射手段は、前記空間変調された複数の信号光を同時に前記ホログラム記録媒体に照射する、
   ことを特徴とする請求項６記載のホログラフィック情報記録装置。
9. 異なる位置に焦点をもつ複数の集束光からなる信号光と参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の同一領域に多重記録したホログラム記録媒体に、参照光を照射して情報を再生するホログラフィック情報再生方法であって、
   前記参照光を前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射して、異なる位置に焦点をもつ複数の集束光で形成される再生光を再生し、
   前記再生光を、焦点の異なる集束光の成分に分離して受光素子で信号に変換して、元の情報を得る、
   ことを特徴とするホログラフィック情報再生方法。
10. 前記集束光の分離は、前記再生光を再度集光して集束光の成分ごとに異なる位置に集束させて、
    各集束光の焦点に、その焦点径程度のピンホールを配置して他成分を除去することでなされる、
    ことを特徴とする請求項９記載のホログラフィック情報再生方法。
11. 前記異なる位置に焦点をもつ集束光を焦点毎に順次分離し、
    分離した集束光を順次受光素子で信号に変換して元の情報を得る、
    ことを特徴とする請求項９記載のホログラフィック情報再生方法。
12. 前記異なる位置に焦点をもつ集束光を焦点毎に同時に分離し、
    分離した集束光を同時に受光素子で信号に変換して、元の情報を得る、
    ことを特徴とする請求項９記載のホログラフィック情報再生方法。
13. 異なる位置に焦点をもつ複数の集束光からなる信号光と参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の同一領域に多重記録したホログラム記録媒体に、参照光を照射して情報を再生するホログラフィック情報再生装置であって、
    前記参照光を前記ホログラム記録媒体の記録領域に照射して、光軸上の異なる位置に焦点をもつ複数の集束光を再生する信号光再生手段と、
    前記異なる位置に焦点をもつ複数の集束光を焦点毎に分離する分離手段と、
    前記分離された再生光を受光素子で信号に変換して元の情報を得る信号再生手段と、
    を具備することを特徴とするホログラフィック情報再生装置。
14. 前記分離手段は、レンズを用いて前記再生光を再度集光して集束光の成分ごとに異なる位置に集束させて、
    各集束光の焦点に、その焦点径程度のピンホールを配置して他成分を除去することで成される、
    ことを特徴とする請求項１３記載のホログラフィック情報再生装置。
15. 前記分離手段は、前記異なる位置に焦点をもつ集束光を焦点毎に順次分離し、
    前記信号再生手段は、分離された集束光を順次受光素子で信号に変換して順次元の情報を得る、
    ことを特徴とする請求項１３記載のホログラフィック情報再生装置。
16. 前記分離手段は、前記異なる位置に焦点をもつ集束光を焦点毎に同時に分離し、
    前記信号再生手段は、分離された集束光を同時に受光素子で信号に変換して順次元の情報を得る、
    ことを特徴とする請求項１３記載のホログラフィック情報再生装置。

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