JP2006235261A - ホログラム情報再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の小型化が図れるホログラム情報再生装置を提供する。
【解決手段】本発明のホログラム情報再生装置は、記録媒体１００の情報記録エリアＲに形成される透過型ホログラム情報を再生可能に構成される。そして、情報記録エリアＲに参照光Ｂを出射する光源１０Ａと、干渉縞に参照光Ｂを照射した際に得られる回折光を検出する光検出器３０とを有する光学ヘッドを、記録媒体１００の一方の側に配設し、記録媒体１００の他方の側に、記録媒体１００の情報記録エリアＲに対して照射される参照光Ｂを共役な光として情報記録エリアＲに反射照射する反射ミラー４０を配設したことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、記録媒体面に形成されるホログラム情報を再生するホログラム情報再生装置に関する。

現在、大量のデータを記録しておく媒体として、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）などの光記録媒体が広く利用されている。近年、高精細の動画像を記録したいという要望や、パーソナルコンピュータの発達によりさらに大量のデータを記録したいという要望があり、ＣＤやＤＶＤのような光記録媒体では、このような大量のデータを記録するために十分な高密度化を図ることができず、１枚のディスクにこれらの大量のデータを記録することができない。したがって、これらの大量のデータを記録するためには、複数のディスクを交換しながら記録しなければならない。近年、現在のＣＤやＤＶＤなどに比べてかなりの大量のデータを記録することができるホログラム記録媒体が注目されている。

ホログラム情報記録とは、ビーム光を互いにコヒーレントな２つの光に分波し、一方の光を空間光変調器でデータ変調して信号光とし、他方の光を参照光として記録媒体上で合波することにより、データを干渉縞として記録する方式である。そして、この記録媒体に記録時と同じ参照光を照射することにより、信号光を再生光として検出することができ、これによりデータを再生することができる。このホログラム情報記録再生においては、情報再生時の光の波長や照射角度が情報記録時の光の波長や照射角度と異なると信号光が再生されない。この性質を利用して、情報記録再生の光の波長や照射角度を変えて記録媒体の同じ領域にデータを多重して記録することが行われている。

上記したようなホログラムによる情報の記録及び再生方法として、反射型ホログラムと称される方式が知られている。この反射型ホログラムによるホログラム情報の記録方式は、図１に模式的に示すように、記録したいデータを含む信号光（データ光）と、この信号光と干渉させる参照光（リファレンス光）を記録媒体に対して両側から照射することで記録媒体にデータを干渉縞として記録する方式である。そして、記録された情報を再生するには、参照光を照射した際に、回折光が、参照光を入射する側と同じ側に回折されることから、記録媒体に対して参照光を照射する光源と同じ側に光検出器を配設しておく必要がある。

ところが、この反射型ホログラムの記録方式で記録されるホログラム情報（干渉縞）は、図に示すように、干渉縞が記録媒体面に沿った方向（記録媒体面に平行、又は略平行となる方向）に形成されるため、環境温度の変化等に基づく記録媒体の膨張に弱いという問題が考えられる。すなわち、温度変化によって、記録媒体が、媒体表面に対して垂直方向に膨張すると、記録された干渉縞の幅が大きく変化する傾向となり、結果として、記録された情報を正確に再生することができなくなってしまう、という問題がある。

これに対して、例えば、特許文献１に開示されているような透過型ホログラムと称されるホログラム情報の記録方式では、図２に模式的に示すように、記録したいデータを含む信号光（データ光）と、この信号光と干渉させる参照光（リファレンス光）を、記録媒体に対して同一の面側から照射するため、干渉縞は、記録媒体の厚さ方向（例えば、記録媒体面に対して略垂直な方向）に形成される。従って、温度変化等に基づいて、記録媒体が、媒体表面に対して垂直方向に膨張したとしても、反射型ホログラムのように、干渉縞の間隔が変化するようなことが小さく、安定した再生信号が得られるようになる。
特開２００２−２１６３５９号公報

しかしながら、上記した透過型ホログラムによる記録方式では、図２に示すように、記録されたホログラム情報を再生するには、参照光を照射した際に、回折光は、参照光を入射する側と反対側に透過して回折されることから、光検出器を記録媒体に対して参照光を照射する光源と反対側に配設しておく必要がある。すなわち、記録媒体を挟んで、一方側に参照光用の光源等を含む照射ユニットを設置しておき、他方側に回折光を検出する光検出器を含む検出ユニットを設置しなければならないことから、厚さ方向にスペースが必要となり、装置全体が大型化するという問題がある。

本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、装置全体の小型化が図れるホログラム情報再生装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明に係るホログラム情報再生装置は、板状の記録媒体の情報記録エリアに形成される透過型ホログラム情報を再生可能な構成であって、前記情報記録エリアに参照光を出射する光源と、前記干渉縞に前記参照光を照射した際に得られる回折光を検出する光検出器とを有する光学ヘッドを、前記記録媒体の一方の面側に配設し、前記記録媒体の他方の側に、前記記録媒体の情報記録エリアに対して照射される参照光を共役な光として前記情報記録エリアに反射照射する反射部材を配設したことを特徴とする。

図３に示すように、ホログラム記録に用いられる記録媒体１００は、例えば、干渉縞が記録される記録層（例えば、フォトポリマーなどの樹脂材料によって形成される）１０１を、透明材料による基板（例えば、ポリカーボネート、アクリル、ガラスによって形成される）１０２で挟持した、いわゆるサンドイッチ構造とする場合がある。このため、記録層１０１の膨張係数が透明材料による基板１０２の膨張係数よりも大きいと、記録層１０１は、基板１０２に対して垂直方向（矢印方向）に大きく膨張するようになる。また、温度変化等に基づく膨張は、上記したように記録層１０１が基板１０２によって挟持されていたり、或いは、支持された状態にあると、表面に沿った方向には起こり難く、専ら、表面に対して直交する方向（矢印方向）で膨張し易い。

このため、図１に示したような、反射型ホログラムの記録方式によって記録媒体面に沿った方向に記録されたホログラム情報（干渉縞）は、温度変化が生じると、記録された干渉縞の幅が大きく変化する傾向となり、結果として、記録された情報を正確に再生することができなくなってしまう、という問題がある。

これに対して、記録媒体の情報記録エリアに、板状の記録媒体に対して同一の面側から参照光及びデータ光を照射することで、記録媒体の厚さ方向に沿った方向（例えば、記録媒体面に対して略直交する方向）にホログラム情報（干渉縞）が形成される。このため、情報再生時において、記録媒体の膨張等が生じても、反射型ホログラムの場合と比較して、ホログラム情報が変化（干渉縞の幅が変化）することが低減、乃至は防止される。そして、上記したホログラム情報を再生するホログラム情報再生装置は、再生時において、記録エリアに照射される参照光を、反射部材を介して共役な光として反射し、これを再び記録エリアの干渉縞に照射するため、これを参照光として回折光が得られるようになり、しかも、この回折光は、光源が配設される側と同じ側に配設した光検出器で検知することが可能となる。このように、光検出器が記録媒体に対して光源と同一側に設置されることから、反対側に設置する構成と比較して、ライン等の接続部材、放熱部材等を一方側に集約することが可能となり、装置全体の厚さを薄くすることが可能となる。

また、上記した構成においては、光学ヘッド及び反射部材を固定状態にして、記録媒体を駆動することで、ホログラム情報を読み取るように構成しても良いし、光学ヘッド及び反射部材を記録媒体に対して一体的に相対駆動して、ホログラム情報を読み取るようにしても良い。

また、上記した反射部材については、記録媒体に対して同一の傾斜角で、記録媒体面に沿った複数の反射面を有するように構成することで、光学ヘッドを駆動して参照光が照射される位置が変化しても、共役な反射光を記録エリアに照射することが可能となる。すなわち、反射部材を光学ヘッドと共に駆動する必要が無くなり、駆動系の構成が簡略化される。更に、上記した反射部材については、位相共役鏡で構成することで、所定の光学系で発生する各種の収差を抑制することができ、より安価な光学部材を使用することが可能となる。また、位相共役鏡による反射方向は、常に入射方向と同一になるので、位相共役鏡の角度調整が不要になると共に、位相共役光を情報書き込み時においても使用することが可能となる。

本発明によれば、透過型ホログラム情報が形成される情報記録エリアに照射される参照光を、共役な光として情報記録エリアに反射照射する反射部材を配設したことから、参照光を射出する光源と、干渉縞に参照光を照射した際に得られる回折光を検出する光検出器とを有する光学ヘッドを、記録媒体の一方の側に配設することが可能となり、ホログラム情報再生装置全体の小型化が図れるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図４は、記録媒体面に対して略直交する方向に干渉縞を形成することで透過型ホログラム情報を記録するホログラム情報記録装置の概略構成例を示した図である。図において、符号１０は光源を示しており、この光源１０は、所定の波長を有し、干渉可能な光（コヒーレント光）を射出する半導体レーザなどによって構成される。光源１０の後段（光路における光の進行方向上の先行する位置）には、光源から射出されたビーム光のビーム径を拡大させるビームエキスパンダ１２と、ビーム光を互いにコヒーレントな２つの光に分波するビームスプリッタ１３が設置されている。前記ビームエキスパンダ１２は、光源から射出されたビーム光を拡散させる第１レンズ１２ａ及び拡散した光を平行光にする第２レンズ１２ｂを有する。

前記ビームスプリッタ１３の一方の光路側後段には、分波された光を偏向する第１ミラー１４及び第２ミラー１５と、第２ミラー１５で偏向された光にデータ変調を行う空間光変調器１６と、データ変調された信号光を記録媒体１００上に集光させるフーリエ変換レンズ（集光レンズ）１７が配設されている。また、ビームスプリッタ１３の他方の光路側後段には、ビームスプリッタ１３で分波された他方の光を偏向する第３ミラー２０が配設されている。そして、前記空間光変調器１６でデータ変調された信号光Ａは、後述するように、偏向ミラー２０を介して入射される参照光Ｂと干渉し、記録媒体１００の記録層に記録されると共に、記録に伴って記録媒体１００が駆動されることで、異なる記録エリアに対して順次記録が成される。

前記空間光変調器１６は、例えば２次元配列空間ディジタルフィルタ（透過フィルタ）などで構成することができる。したがって、空間光変調器１６でデータ変調された光は、ディジタルデータの「０」、「１」に対応した白黒パターンで構成されるマトリクス状の２次元パターンを含む信号光Ａとなり、この信号光Ａは、集光レンズ１７によって記録媒体１００上に集光される。

集光レンズ１７によって記録媒体１００上に集光される信号光Ａは、ビームスプリッタ１３で分波されて第３ミラー２０を介して集光される光（参照光Ｂ）と合波し、両者が干渉して、周期的に光の強度が変わる干渉縞が記録媒体１００上に形成される。この干渉縞は、合波する２つの光の波面の形状で決まるので、記録媒体１００上では、合波する２つの光の波面の形状が情報として記録される。すなわち、記録媒体１００の情報記録エリアＲには、データ変調された波面を形成する信号光Ａと、データ変調されていない波面を形成する参照光Ｂとの間の干渉縞がホログラム情報として記録される。この場合、信号光Ａと参照光Ｂは、記録媒体１００に対して同一の面側から所定の角度を有して照射されており、形成される干渉縞は、図４に示すように、記録媒体面に対して直交する方向（略直交する方向）となっている。

なお、情報記録時において、光源１０から射出される光の波長を変化させたり、角度可変機構を設けて記録媒体１００に対する光の入射角度を変化させることで、情報記録エリアＲには、情報を多重して記録することが可能である（波長多重、角度多重）。例えば、上記した光源１０である半導体レーザの駆動電流値を可変制御することで、記録媒体１００に対して、同一の記録エリアに対して情報を多重した状態（波長多重）で記録することが可能となる。また、角度可変機構として、偏向ミラー２０に駆動機構２０ａを接続しておき、駆動機構２０ａによって偏向ミラー２０の角度を可変することで、記録媒体１００に対して、同一の記録エリアに対して情報を多重した状態（角度多重）で記録することが可能となる。なお、この場合、偏向ミラー２０の角度を変化させる際、同一の記録エリアに参照光Ｂが照射されるように、偏向ミラーと記録媒体との間に集光レンズを配設しておいても良い。或いは、偏向ミラー２０と記録媒体１００の距離が近い場合は、参照光Ｂの直径を拡径しても良い。

また、上記した角度可変機構は、偏向ミラーを可動させる以外にも、記録媒体１００にデータ光や参照光を集光させるレンズ（集光レンズ１７）を可動させるように構成しても良い。すなわち、干渉される互いにコヒーレントな光の入射角度を変化させることで、多重記録を行なうことが可能となる。

本実施形態の記録媒体１００は、図３に示したように、銀塩感光材料、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマーなどの記録層１０１を、透明材料による基板（例えば、ポリカーボネート、アクリル、ガラスによって形成される）１０２で挟持した構造となっており、記録層１０１の膨張係数が、基板１０２の膨張係数よりも大きい構成となっている。

図５は、上記したように情報が記録されている記録媒体１００に対し、その情報を読み取るに際して用いられるホログラム情報再生装置の概略構成例を示す図である。このホログラム情報再生装置は、図４に示したホログラム情報記録装置における光学素子（第１ミラー１４、第２ミラー１５、空間光変調器１６、集光レンズ１７）をユニットとして、後述する光検出器３０を含むユニットと切換え可能にすることで、ホログラム情報記録装置としての機能を持たせても良い。或いは、図４に示す構成において、空間光変調器１６の背部に光検出器３０を設置すると共に、前記空間光変調器１６をＯＦＦした際に光が透過できるように構成することで、情報の書き込み及び再生が可能な光学系とすることが可能である。もちろん、ホログラム情報を再生する機能のみを有する装置として構成しても良い。なお、前記光検出器３０は、再生光の２次元パターンに対応する２次元の受光セルアレイを有しており、例えばＰＤアレイ、ＣＣＤ素子アレイ、ＣＭＯＳ素子アレイなどで構成される。

ホログラム情報である干渉縞に対して、記録時と同様な参照光Ｂを記録媒体１００に照射すると、その回折光（再生光）Ｃ´は、記録媒体１００の反対側に向かうことから、本来であれば、再生光を検知する光検出器３０ａを、記録媒体５０に対して光源１０Ａと反対側に設置しておく必要があるが、図５に示すように、記録媒体１００の反対側に、参照光Ｂを共役な光として情報記録エリアＲに反射入射させる反射部材（反射ミラー）４０を設置しておくことで、光源１０Ａと同じ側に設置した光検出器３０で回折光（再生光）Ｃを検知することが可能になる。すなわち、上記したホログラム情報を再生するホログラム情報再生装置は、再生時において、記録エリアＲに照射される参照光Ｂを、反射ミラー４０によって共役な光として反射し、これを再び記録エリアＲの干渉縞に照射するため、これを参照光とした回折光Ｃが得られるようになり、しかも、この回折光Ｃは、光源１０Ａが配設される側と同じ側に配設した光検出器３０で検知することが可能となる。

このように、参照光Ｂと共役な光を記録エリアＲに入射させる反射ミラー４０を設置することで、光検出器３０を、記録媒体１００に対して光源１０Ａと同一側に設置することが可能となり、記録媒体１００の反対側を省スペース化することが可能となる。すなわち、光検出器を設置することに伴うライン等の接続部材や、放熱機能を有する部材等、それに付随する各種の部材を記録媒体１００の反対側に設置することなく、単に反射ミラー４０を設置するだけで済むため、装置全体の厚さを、その分、薄くすることが可能となる。

上記した構成では、光源１０Ａと光検出器３０とを有する光学ヘッド及び反射ミラー４０を、装置本体のフレームに固定しておき、記録媒体１００を駆動することで記録媒体１００に記録されたホログラム情報を読み取ることが可能となる。

或いは、図６に示すように、光源１０Ａと光検出器３０とを有する光学ヘッド６０及び反射ミラー４０を載置したキャリア４１が一体的に移動可能となるように連結しておき、これらの光学ヘッド及びキャリアを駆動手段７０によって、記録媒体１００に対して相対的に駆動するように構成しても良い。

また、このように光学ヘッド６０を駆動する構成では、記録媒体１００に対して光学ヘッド６０と反対側に設置される反射ミラーを図７に示すように構成しておくことが好ましい。この実施形態における反射ミラー４０Ａは、記録媒体１００に対して、同一角度で照射される参照光Ｂが、光学ヘッド６０が移動して照射位置が変化しても、常に、共役な反射光が記録媒体１００の記録エリアに入射されるよう、記録媒体面に沿って、同一の傾斜角を有する複数の反射面４０ａ，４０ａ…を有するように構成されている。このような複数の反射面４０ａ，４０ａ…を有する反射ミラー４０Ａを配設することで、光学ヘッド６０のみを駆動手段７０によって駆動するだけでホログラム情報を再生することが可能となり、駆動系の構成を簡略化できると共に、コストを低減することが可能となる。また、上記したように、光学ヘッド６０のみを駆動して反射ミラーを固定する構成においては、上記した反射ミラー４０Ａは、１つの平面Ｐ上に連続して形成されているため、記録媒体１００の全面を覆う大きな反射ミラーを設置する必要が無く、厚さ方向を増加させることもない。

また、上述した構成において、反射部材として位相共役鏡を用いても良い。通常、ホログラムの記録、再生に際しては、光学系のレンズの精度（各種収差を抑制する）が重要となる。そこで、上記したように、位相共役鏡による位相共役光を利用し、これを記録エリアに照射するように構成することで、レンズで発生する各種の収差（レンズの波面収差など）を抑制することができ、より安価な構成のレンズを使用することが可能になる。また、位相共役鏡による反射方向は、常に入射方向と同一になるので、位相共役鏡の角度調整が不要になると共に、位相共役光を情報書き込み時においても利用することが可能となる。

さらに、上述したように、角度多重方式でホログラム情報が記録されている場合は、反射部材を可動するミラー駆動機構を設けておき、情報再生時において、記録時と同様に参照光Ｂの入射角度が変化するように回動駆動することで、角度多重方式で記録されたホログラム情報を再生することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、記録媒体に対して、多重情報を記録、再生する場合にも、上記した構成を適用することが可能である。また、光学ヘッドの構成、光学ヘッドや反射部材を駆動するための駆動機構や駆動手段の構成、記録媒体に対する駆動方向など、適宜変形することが可能である。さらに、上記した実施形態におけるホログラム情報再生装置は、図３に示したようなホログラム情報を記録する機能（ユニット）を組み込んだり、両者の間で光学系を共有化するような構成であっても良い。

記録媒体に対して、記録媒体面に平行なホログラム情報（干渉縞）を形成する際のホログラム情報記録再生装置の概略構成を示す図。 記録媒体に対して、記録媒体面に垂直なホログラム情報（干渉縞）を形成する際のホログラム情報記録再生装置の概略構成を示す図。 記録媒体の構成例を示す図。 記録媒体に対して、記録媒体面に垂直なホログラム情報（干渉縞）を形成する際のホログラム情報記録装置の概略構成を示す図。 本発明に係るホログラム情報再生装置の概略構成を示す図。 本発明に係るホログラム情報再生装置の第１の変形例の概略構成を示す図。 本発明に係るホログラム情報再生装置の第２の変形例の概略構成を示す図。

符号の説明

１０，１０Ａ 光源
３０ 光検出器
４０，４０Ａ 反射ミラー
４０ａ 反射面
６０ 光学ヘッド
１００ 記録媒体
Ａ 信号光
Ｂ 参照光
Ｃ 回折光（再生光）
Ｒ 情報記録エリア

Claims (4)

1. 板状の記録媒体の情報記録エリアに形成される透過型ホログラム情報を再生可能なホログラム情報再生装置であって、
   前記情報記録エリアに参照光を出射する光源と、前記干渉縞に前記参照光を照射した際に得られる回折光を検出する光検出器とを有する光学ヘッドを、前記記録媒体の一方の面側に配設し、
   前記記録媒体の他方の側に、前記記録媒体の情報記録エリアに対して照射される参照光を共役な光として前記情報記録エリアに反射照射する反射部材を配設したことを特徴とするホログラム情報再生装置。
2. 前記光学ヘッド及び反射部材は、前記記録媒体に対して、一体的に相対駆動されることを特徴とする請求項１に記載のホログラム情報再生装置。
3. 前記反射部材は、前記記録媒体に対して同一の傾斜角で、記録媒体面に沿った複数の反射面を有することを特徴とする請求項１に記載のホログラム情報再生装置。
4. 前記反射部材は、位相共役鏡であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム情報再生装置。

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