JP2008003167A - ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 - Google Patents

ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 Download PDF

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浩一 羽賀
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康裕 小笠原
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Abstract

【課題】光記録媒体に複数のホログラムを記録することができる新規な二光波系の多重記録方法を提供し、これにより多重度（記録密度）の大幅な向上を図る。
【解決手段】縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域６６で第１のホログラムＨ1を記録する。続いて、遮光板５２をガイドである保持部材に沿って矢印Ｃ方向に所定間隔だけ移動させ、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域で第２のホログラムＨ2を記録する。同様にして、第３のホログラムＨ3、第４のホログラムＨ4を順次記録する。最後に、遮光板５２をガイドである保持部材に沿って矢印Ｃ方向に所定間隔だけ移動させ、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域６８で第５のホログラムＨ5を記録する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラム記録方法及びホログラム記録装置に係り、特に、光記録媒体に複数のホログラムを記録するホログラム記録方法及びホログラム記録装置に関する。
従来、ホログラムの体積記録において高密度化を実現するために、参照光の入射角度を変化させながら記録する角度多重記録方法、記録メディアを僅かに移動させながら記録するシフト多重記録方法、信号光と参照光の波長を変化させながら記録する波長多重記録方法など、記録メディアの同じ場所に複数のホログラムを多重記録する方法が提案されている。近時では、クロストークを生じないように記録するのではなく、再生時に不要な回折光をフィルタで除去して、必要な回折光だけを得るポリトピック（Polytopic）多重と称される多重記録方法なども提案されている（特許文献１）。
特開２００４−２７２２６８号公報
しかしながら、従来の多重記録方法では、システムの制御が非常に困難であり、多重度を大幅に向上させることができない、という問題がある。例えば、参照光の入射角度を変化させながら記録する角度多重記録方法では、多重度を大きくしようとすると、参照光の全角度振れ幅が非常に大きくなり、多重度の大幅な向上は機械的、幾何学的に非常に困難である。
また、信号光と参照光とが異なる方向から照射される二光波系の多重記録方法では、信号光の照射領域より大きな領域に参照光が照射されるため、参照光による不要露光（信号光との干渉に関係しない露光）が大きく、光記録媒体のダイナミックレンジの損失が大きい、という問題もある。更に、この二光波系の多重記録方法において、参照光による不要露光を低減するために光記録媒体の傾きを大きくすると、光軸ずれにより再生像が歪んでしまう、という問題もある。
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、光記録媒体に複数のホログラムを記録することができる新規な二光波系の多重記録方法及び装置を提供し、これにより多重度（記録密度）の大幅な向上を図ることにある。また、本発明の他の目的は、参照光による不要露光の低減を図ることにある。また、本発明のさらに他の目的は、光記録媒体を移動させずに多重記録を行うことができる簡易な多重記録方法及び装置を提供することにある。
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射して、前記信号光と参照光とで形成される干渉縞（強度分布又は偏光分布）により、前記信号光の情報をホログラムとして前記光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、前記参照光の照射位置を前記信号光の光軸に沿って変化させながら前記信号光と前記参照光とを同時に前記光記録媒体に照射することにより、前記信号光と前記参照光とが前記光記録媒体内で交差する領域を変化させて、前記光記録媒体に複数のホログラムを記録することを特徴としている。前記信号光と前記参照光とが前記光記録媒体内で交差する領域において、前記領域の前記信号光の光軸に沿った方向の長さが、該方向に直交する方向の長さよりも短い参照光を用いることが好ましい。
本発明によれば、信号光の照射領域を分割して信号光と参照光とを交差させることができるので、光記録媒体に複数のホログラムを記録することができ、不要露光が低減されると共に記録密度が向上する、という効果がある。また、本発明は、参照光の角度を変化させて記録する従来の角度多重記録方法よりも制御が容易で、多重度を向上させることが容易である。また、本発明には、光記録媒体を移動させずに多重記録を行うことができるという利点もある。
また、信号光と参照光とが光記録媒体内で交差する領域において、この領域の信号光の光軸に沿った方向の長さが、該方向に直交する方向の長さよりも短い参照光を用いることで、信号光の照射領域をスライスするように信号光と参照光とを交差させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態のホログラム記録再生装置について詳細に説明する。本実施の形態のホログラム記録再生装置は、本発明の多重記録方法を適用したものである。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態のホログラム記録再生装置には、例えばＮｄ：ＹＶＯ４結晶を用いたレーザ発振器１０が設けられている。レーザ発振器１０からは、コヒーレント光である波長５３２ｎｍのレーザ光が発振され、照射される。レーザ発振器１０のレーザ光照射側には、入射光の一部を透過し且つ一部を反射することで、レーザ光を参照光用の光と信号光用の光との２つの光に分離するハーフミラー１６が配置されている。
ハーフミラー１６の光反射側には、参照光用のレーザ光を反射して光路をホログラム記録媒体方向に変更する反射ミラー１８、参照光用のレーザ光をコリメートする一対のレンズ２０、及びスリット５４が形成された遮光板５２がこの順に配置されている。遮光板５２は、後述するように、参照光の光軸と直交する方向（矢印Ａ方向）に移動可能に構成されている。この遮光板５２のレーザ光透過側には、ホログラム記録媒体２４を所定位置に保持するステージ２２が設けられている。遮光板５２のスリット５４を透過した参照光は、ホログラム記録媒体２４に照射される。
ハーフミラー１６の光透過側には、ハーフミラー１６を透過したレーザ光を遮断するためのシャッター１２が、光路中に挿入及び光路から退避可能に配置されている。シャッター１２の光透過側には、信号光用のレーザ光を４５°の反射角で反射して光路をホログラム記録媒体方向に変更する反射ミラー２８、及びレンズ３０、レンズ３２、レンズ３４で構成されたレンズ系がこの順に配置されている。レンズ３２とレンズ３４との間には、液晶表示素子等で構成され、供給されたページ毎の記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムの各ページを記録するための信号光を生成する透過型の空間光変調器３６が配置されている。
レンズ３０、３２は、レーザ光を大径のビームにコリメートして空間光変調器３６に照射し、レンズ３４は空間光変調器３６で変調されて透過したレーザ光を信号光としてホログラム記録媒体２４上に集光させる。これにより、信号光と参照光とが同時にホログラム記録媒体２４に照射され、ホログラムが記録される。記録されたホログラムに参照光が照射されると、ホログラムによる回折で信号光が再生される。
ホログラム記録媒体２４の再生光透過側には、レンズ３８、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成され、受光した再生光を電気信号に変換して出力する検出器４０が配置されている。検出器４０は、パーソナルコンピュータ４２に接続されている。パーソナルコンピュータ４２は、図示はしないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、外部メモリ、入力装置、及び表示装置などを備えている。
パーソナルコンピュータ４２は、パーソナルコンピュータから所定のタイミングで供給された記録信号に応じてパターンを発生するパターン発生器４６を介して空間光変調器３６に接続されている。また、パーソナルコンピュータ４２には、シャッター１２を光路中に挿入するように駆動すると共に、光路中に挿入されているシャッター１２を光路から退避させるように駆動する駆動装置４８が接続されている。また、パーソナルコンピュータ４２には、遮光板５２を駆動する駆動装置５６が接続されている。
図２に遮光板５２の構成を示す。遮光板５２には、矢印Ａ方向を長手方向とするスリット５４が設けられている。遮光板５２は、ガイドとしての保持部材５８によって矢印Ａ方向に移動可能に保持されている。例えば、図２に示すように、ラック・ピニオン式の移動機構を設けることができる。具体的には、この移動機構は、軸６４に連結され軸６４と一体回転する歯車（ピニオン）６２、遮光板５２の下部に設けられピニオン６２に噛合い可能な凹凸（ラック）６０、及びモータ等の駆動装置５６を備えている。これらの構成により、駆動装置５６によって軸６４を中心にピニオン６２を矢印Ｂ方向に回転させ、ピニオン６２の回転に伴ってラック６０がピニオン６２に噛合い、遮光板５２を矢印Ａ方向に移動させる。
次に、上記のホログラム記録再生装置の動作について説明する。
まず、ホログラムの記録時には、駆動装置４８を駆動してシャッター１２を光路から退避させ、パーソナルコンピュータ４２からデジタルデータを所定のタイミングでパターン発生器４６に出力する。
光源１０から発振されたレーザ光は、ハーフミラー１６により参照光用の光と信号光用の光とに分離される。ハーフミラー１６を透過した信号光用の光は、反射ミラー２８で反射され、レンズ３０、レンズ３２により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器３６に照射される。パーソナルコンピュータ４２からデジタルデータが入力されると、パターン発生器４６において、供給されたデジタルデータに応じて表示パターンが生成される。空間光変調器３６では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光が生成される。
一方、ハーフミラー１６で反射された参照光用の光は、反射ミラー１８で反射され、一対のレンズ２０によりコリメートされて、遮光板５２に照射される。遮光板５２では、一部の光だけが開口であるスリット５４を通過し、参照光が生成される。他のレーザ光は遮光板５２により遮断される。
図５に示すように、遮光板５２とホログラム記録媒体２４（正確にはフーリエ変換面ＰF）との距離Ｒが、Ｒ＞（ａ2＋ｂ2）／（２λ）（λは波長）を満足すると、レンズでフーリエ変換した場合と同様にフラウンフォーファ回折が生じ、フーリエ変換像を得ることができる。矢印Ａ方向を長手方向とするスリット５４を通過した横長の光は、フーリエ変換面ＰFでは、信号光の光軸に沿った方向（信号光の光軸に射影可能な方向；ｘ方向）の長さ（ｂ'）が光軸に直交する方向（ｙ方向）の長さ（ａ'）よりも短い光となる。即ち、フーリエ変換面ＰFでは、縦長の参照光となるのである。なお、フラウンフォーファ回折像（フーリエ変換像）は模式的に描いたものである。実際のフーリエ変換像では、黒色で表した部分が輝点に相当する。また、距離Ｒが増加するに従って、フーリエ変換像の大きさは大きくなるが、形状は変わらない。通常、回折の効果のために、ａ'＞ａ、ｂ'＞ｂとなる。
なお、参考までに、図６にデジタル画像（信号光）のフーリエ変換像の一例を示す。図６に示すように、デジタル画像のフーリエ変換像はデジタル画像の周期性に起因した回折パターンとなり、０次〜ｎ次の成分を有している。なお、ここでいう次数とは、フーリエ変換面で０次（中心）からζ＝ｆsλ／ｄの距離ごとに現れる輝点の順位のことであり、フーリエ変換レンズの焦点距離ｆs、記録波長λ、デジタル画像を生成した空間光変調器の画素ピッチｄ／２により決まる値である。なお、フーリエ変換面において、記録面積が少なくともナイキスト領域（２ｆsλ／ｄ）2に含まれる回折成分を記録すれば、デジタル画像の情報を欠落なく記録できる。
生成された信号光はレンズ３４によりフーリエ変換されて、ホログラム記録媒体２４に照射される。参照光はフーリエ変換された場合と同様にフラウンフォーファ回折されて、ホログラム記録媒体２４に信号光と同時に照射される。これによって、ホログラム記録媒体２４中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。
ホログラム記録媒体２４としては、例えば、フォトポリマー、アゾポリマー、フォトニック結晶等の記録材料を用いたホログラム記録用の光記録媒体を用いることができる。
記録されたホログラムを再生する場合には、駆動装置４８を駆動してシャッター１２を光路に挿入する。光源１０から発振されたレーザ光は、ハーフミラー１６で反射され、反射ミラー１８により光路がホログラム記録媒体２４の方向に変更され、一対のレンズ２０によりコリメートされて遮光板５２に照射される。遮光板５２のスリット５４を透過した参照光は、ホログラム記録媒体２４のホログラムが記録された領域に照射される。
照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光はホログラム記録媒体２４を透過して射出される。射出された回折光はレンズ３８により逆フーリエ変換され、光検出器４０に入射する。これにより、結像された再生像が光検出器４０によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器４０によってＡ／Ｄ変換され、再生像の画像データがパーソナルコンピュータ４２に入力される。
本実施の形態では、まず、図３（Ａ）に示すように、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域６６で第１のホログラムＨ1を記録する。続いて、図３（Ｂ）に示すように、遮光板５２をガイドである保持部材５８に沿って矢印Ｃ方向に所定間隔Δｎ（ｂ'以上の任意の値）だけ移動させ、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域で第２のホログラムＨ2を記録する。同様にして、第３のホログラムＨ3、第４のホログラムＨ4を順次記録する。最後に、遮光板５２をガイドである保持部材５８に沿って矢印Ｃ方向に所定間隔だけ移動させ、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域６８で第５のホログラムＨ5を記録する。こうして、ホログラム記録媒体２４の記録光入射面２４ａと対向する出射面２４ｂ側から、ホログラムＨ1，Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4，Ｈ5がこの順に記録される。
図４に示すように、信号光がホログラム記録媒体２４の出射面２４ｂ（図３参照）で焦点Ｐを結ぶとすると、光軸ＬSを軸とするほぼ円錐状の信号光の照射領域を縦長の参照光でスライスするように、信号光と参照光とを順次交差させることができる。以下、この多重方法を「スライス多重」という。これにより、ホログラム記録媒体２４内に複数のホログラムを記録することができるのである。本実施の形態では、５個のホログラム（ホログラムＨ1，Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4，Ｈ5）をｂ'以上の所定間隔Δｎで記録する例について説明したが、参照光のｘ方向のビーム径を小さくすることで、記録するホログラムの個数を増やすことができる。
図５に示すように、フーリエ変換面ＰFでの参照光のｙ方向のビーム径ａ'及びｘ方向のビーム径ｂ'は、上記の距離Ｒ、記録波長λ、及びスリット５４の開口径ａ、ｂに応じて定められる。なお、スリット５４は矩形状の開口であり、ａが短手方向の開口径、ｂは長手方向の開口径である。図７はｙ方向の参照光のフーリエ変換スペクトルを示す図である。参照光は、信号光のナイキスト領域の回折成分と交差すればよいので、２λＲ／ａ≧２ｆsλ／ｄの条件が成り立つ場合には、２λＲ／ａの参照光と信号光とを交差させればよい。即ち、ａ'＝２λＲ／ａの領域にある光を信号光と交差させればよい。（図５ではこの領域をナイキスト領域Ｎとして図示した。）また、ｘ方向のビーム径は狭いほど多重度を大きくできるので、ｂ'＝２（λＲ／ｂ）の光を光記録媒体に照射すればよい。
フーリエ変換面ＰFでの参照光のｙ方向のビーム径ａ'は、信号光の全周波数成分（少なくともナイキスト成分以上）と干渉するようにする。フーリエ変換面ＰFでの参照光のｘ方向のビーム径ｂ'は、多重度を増加させるには、なるべく小さいことが望ましい。例えば、参照光のｘ方向のビーム径ｂ'を１００μｍとした場合、厚さ１ｍｍの記録層には、スライス多重により１０個のホログラムを記録することができる。なお、互いに隣り合うホログラム間の間隔は、参照光のｘ方向のビーム径ｂ'により定めることができる。
以上説明した通り、第１の実施の形態では、スライス多重によりホログラム記録媒体内に複数のホログラムを記録することができ、多重度の向上（高密度記録）が可能である。また、スライス多重と他の多重方法（角度多重、シフト多重、波長多重、ポリトピック多重）とを組み合わせることで、更に多重度を向上させることができる。
例えば、角度多重記録方法のみにより、ホログラム記録媒体の或る領域に１００ページのホログラムを多重記録できるシステムがあるとする。このとき、信号光の照射領域をスライスできる参照光が５つあるとすると、多重度を５倍（５００ページのホログラム記録）にすることが可能となる。別の言い方をすると、角度多重記録方法で５００ページのホログラムを多重記録したくても、機械的制限のために１００ページのホログラムしか多重記録できない場合がある。その場合であっても、本発明の方法により、５００ページのホログラム記録を実現できる。
また、スライス多重では、個々のホログラムを記録するときの参照光の照射領域が狭いため、参照光による不要露光が低減される。更に、スライス多重では、参照光の照射位置を変化させて多重記録を行うので、ホログラム記録媒体を移動させる必要がなく簡便である。
なお、第１の実施の形態では、スリットが形成された遮光板を平行移動させる例について説明したが、遮光板の平行移動は一例に過ぎない。参照光の照射位置を変化させる構成としてはこの他にも種々の構成が考えられる。
例えば、図８に示すように、スリット５４を設けた遮光板５２を固定配置すると共に、遮光板５２とホログラム記録媒体２４との間に、平行ガラス基板等、対向する２面が平行な透明板７０を配置してもよい。この透明板７０は、所定の軸周り（矢印Ｄ方向）に回転可能に支持されている。透明板７０が回転することによって、参照光の透明板７０への入射角が変化する。その結果、屈折によって、出射光である参照光の光軸が平行移動する。透明板７０を用いた構成では、遮光板５２を移動させる必要がないため、遮光板５２に照射する光のビーム径を小さくすることができる。従って、遮光板５２に照射する光の強度を大きくすることができる。
例えば、図９に示すように、透明板７０の下部に孔８０ａを設け、透明板７０の上部に孔８０ｂを設けて、軸７２を嵌め込む。この移動機構は、軸７２に連結され軸７２と一体回転する歯車７４、この歯車７４に噛合い可能な歯車７６、及び歯車７６を軸７８を中心に回転させるモータ等の駆動装置（図示せず）を備えている。これらの構成により、駆動装置によって軸７８を中心に歯車７６を矢印Ｌ方向に回転させ、歯車７６の回転に伴って歯車７４が歯車７６に噛合い、軸７２を中心に透明板７０を矢印Ｄ方向に回転させる。スリット５４を通過した横長の光は、フーリエ変換されて縦長の参照光となる。この縦長の参照光は、透明板７０が回転することで信号光の光軸に沿った方向に平行移動される。
また、図１０に示すように、回転可能に支持された透明板７０の光入射側の面に、スリットを設けた遮光板８２を取り付けて、遮光板付き透明板８３を構成してもよい。この場合にも同様に、縦長の参照光は、透明板７０が回転することで信号光の光軸に沿った方向に平行移動される。
また、図１１に示すように、スリット５４を設けた遮光板５２とホログラム記録媒体２４との間にレンズ８４を配置すると共に、これら遮光板５２とレンズ８４とを基板８６上に固定配置して、基板８６ごと参照光の光軸と直交する方向（矢印Ｅ方向）に平行移動させることもできる。レンズ８４を挿入することで、遮光板５２とホログラム記録媒体２４との間の距離Ｒを小さくすることができる。スリット５４の長辺が１００μｍのとき、レンズ８４を挿入しない場合には、フラウンフォーファ回折像を得るために、遮光板５２とホログラム記録媒体２４との間の距離Ｒは約４０ｍｍである。レンズ８４を挿入した場合には、遮光板５２とホログラム記録媒体２４との間の距離は、レンズ８４の焦点距離の２倍に等しく、その焦点距離が５ｍｍであれば、１０ｍｍにすることができる。フーリエ変換面ＰFでの参照光のｙ方向のビーム径ａ'を短い距離で大きくするために、レンズ８４は、シリンドリカルレンズで構成することが好ましい。
例えば、図１２に示すように、基板８６の一端面をガイド８８に突き当てると共に、ラック・ピニオン式の移動機構を設けることができる。具体的には、この移動機構は、軸９４に連結され軸９４と一体回転する歯車（ピニオン）９２、基板８６の突き当て面に対向する面に設けられピニオン９２に噛合い可能な凹凸（ラック）９０、及びモータ等の駆動装置（図示せず）を備えている。これらの構成により、駆動装置によって軸９４を中心にピニオン９２を矢印Ｆ方向に回転させ、ピニオン９２の回転に伴ってラック９０がピニオン９２に噛合い、基板８６を矢印Ｅ方向に移動させる。
また、図１７に示すように、遮光板付き透明板８３（図１０参照）とホログラム記録媒体２４との間に、矢印Ｊ方向に回転可能に支持されたガルバノミラー１１４、矢印Ｋ方向に回転可能に支持されたガルバノミラー１１６を配置してもよい。この構成では、遮光板付き透明板８３を固定し、２つのガルバノミラーを回転させることで、角度多重記録を実施できる。また、２つのガルバノミラーを固定し、遮光板付き透明板８３を参照光の光軸に対して垂直（矢印Ｉ方向）に移動させることで、縦長の参照光を信号光の光軸に沿った方向に平行移動させることができる。即ち、スライス多重記録を実施することができる。このように、スライス多重と角度多重とを併用することによって、多重度（記録密度）を増加させることができる。なお、この例では、遮光板付き透明板８３を用いているが、遮光板付き透明板８３に代えて、透明板を備えていない遮光板５２（図１参照）を用いてもよい。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、横長のスリットを通過した光をフーリエ変換して縦長の参照光を生成する例について説明したが、第２の実施の形態では、縦長のスリットを通過した光を結像光学系を用いてホログラム記録媒体内で結像させ、縦長の参照光を生成して、スライス多重を実施する。また、第２の実施の形態では、スライス多重と角度多重を併用している。
図１３に示すように、本実施の形態のホログラム記録再生装置は、参照光の生成系が第１の実施の形態とは異なっている。信号光の生成系は第１の実施の形態と同じ構成であるため、相違点について説明し、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
ハーフミラー１６の光反射側には、参照光用のレーザ光を反射して光路をホログラム記録媒体方向に変更する反射ミラー１８ａ、１８ｂ、参照光用のレーザ光をコリメートする一対のレンズ２０、及び反射部材１００がこの順に配置されている。反射部材１００は、図１８に示すように、反射板９６と反射板９６の反射面９６ａ上に形成された遮光マスク９８とを備えている。遮光マスク９８には、矢印Ｇ方向を短手方向とするスリット５０が設けられている。即ち、スリット５０が形成された部分だけで、反射板９６の反射面９６ａが露出されている。
反射部材１００は、ガイドとしての保持部材（図示せず）によって矢印Ｇ方向に移動可能に保持されると共に、軸２６を中心に矢印Ｈ方向に回転するように回転可能に保持されている。この反射部材１００のレーザ光反射側には、レンズ１０４とホログラム記録媒体２４を所定位置に保持するステージ２２とが設けられている。遮光マスク９８のスリット５０を透過した参照光は、反射板９６の反射面９６ａで反射され、レンズ１０４により集光されて参照光が生成される。生成された参照光は、信号光と同時にホログラム記録媒体２４に照射され、ホログラム記録媒体２４中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。
本実施の形態では、まず、図１４、図１５に示すように、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域１０６で第１のホログラムを記録する（点線で示す）。続いて、反射部材１００を矢印Ｇ方向（図では向かって左方向）に所定間隔（例えば、結像されたスリットの短辺の長さ）だけ移動させ、縦長の参照光を照射して、信号光との交差領域１０８で第２のホログラムを記録する（実線で示す）。こうして、ホログラム記録媒体２４の記録光入射面２４ａと対向する出射面２４ｂ側から、ホログラムが順に記録される。これにより、ホログラム記録媒体２４内に複数のホログラムを記録することができるのである。本実施の形態では、２個のホログラムを所定間隔で記録する例について説明したが、参照光のｘ方向のビーム径、すなわち、結像されたスリットの短辺の長さを小さくすることで、記録するホログラムの個数を増やすことができる。例えば、スリットの短辺の長さを小さくしたり、以下に述べるように結像の倍率を小さくすることで、記録媒体内で結像されるスリットの短辺の長さを小さくできる。
また、この例で分かるように、スライス多重では、信号光の照射領域を縦長の参照光でスライスするように、信号光と参照光とを順次交差させることができればよく、縦長の参照光は互いに平行である必要はない。フーリエ変換面ＰFでの参照光のｘ方向のビーム径ｂi及びｙ方向のビーム径ａiは、レンズの焦点距離ｆ、レンズ１０４からスリット５０までの距離ｓ、レンズ１０４から光記録媒体までの距離ｓ'、及びスリット５０の開口径ａ、ｂに応じて定められる。例えば、１／ｆ＝１／ｓ＋１／ｓ'のとき、像のサイズとスリットのサイズとの比率ｍ（倍率）は、ｍ＝ｓ'／ｓになる。よって、ａi＝ｍａ、ｂi＝ｍｂとなる。なお、第２の実施の形態では、スリット５０は矩形状の開口であり、ａが長手方向の開口径、ｂは 短手方向の開口径である。上述した通り、参照光のｙ方向のビーム径ａiが、信号光のフーリエ変換パターンのうち、ナイキスト領域以上の回折成分と交差すれば、信号光の必要な情報をホログラムとして記録することができる。
フーリエ変換面ＰFでの参照光のｙ方向のビーム径ａiは、信号光の全周波数成分（少なくともナイキスト成分以上）と干渉するようにする。フーリエ変換面ＰFでの参照光のｘ方向のビーム径ｂiは、多重度を増加させるには、なるべく小さいことが望ましい。例えば、参照光のｘ方向のビーム径ｂiを１００μｍとした場合、厚さ１ｍｍの記録層には、スライス多重により１０個のホログラムを記録することができる。なお、互いに隣り合うホログラム間の間隔は、参照光のｘ方向のビーム径ｂiにより定めることができる。
更に、本実施の形態では、反射部材１００を軸２６を中心に矢印Ｈ方向に回転させて参照光の入射角度を変化させることで、角度多重により複数のホログラムを多重記録することができる。スライス多重と角度多重とを併用することで多重度が更に向上する。スライス多重は、記録原理から光記録媒体の厚さが大きいほど、参照光で信号光をスライスできる数を増加できる。また、スライス多重では、参照光の幅が小さいため、記録されるホログラムサイズは小さい。しかしながら、光記録媒体の膜厚が大きいため、それによる角度選択性の劣化は小さい。そのため、角度多重における多重度を減らすことはない。よって、スライス多重と角度多重とを併用することによって、多重度（記録密度）を更に向上させることができる。
以上説明した通り、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、スライス多重によりホログラム記録媒体内に複数のホログラムを記録することができ、多重度の向上（高密度記録）が可能である。また、スライス多重と他の多重方法（角度多重、シフト多重、波長多重、ポリトピック多重）とを組み合わせることで、更に多重度を向上させることができる。
また、スライス多重では、個々のホログラムを記録するときの参照光の照射領域が狭いため、参照光による不要露光が低減される。更に、スライス多重では、参照光の照射位置を変化させて多重記録を行うので、ホログラム記録媒体を移動させる必要がなく簡便である。
なお、第２の実施の形態では、単一のレンズで結像光学系を構成する例について説明したが、２枚のレンズで４ｆ光学系を形成してもよい。例えば、図１６に示すように、反射部材１００とホログラム記録媒体２４との間に、レンズ１１０とレンズ１１２とを配置して、反射部材１００から記録媒体２４までの距離が、レンズ１１０、レンズ１１２の焦点距離ｆの４倍となる４ｆ光学系を構成してもよい。また、レンズ１１０とレンズ１１２の焦点距離を異ならせることによって、結像サイズの拡大や縮小が可能となる。
上記の第１、第２の実施の形態では、縦長の参照光を得るためにスリットを用いたが、スリット以外に、光ファイバー、導波路、面発光型半導体レーザアレイ（VCSEL array）を用いて幅の狭い参照光を生成することができる。これらをホログラム記録媒体に近接させて参照光を照射する。特に、回折による拡がりを小さくできるものが望ましい。１方向のみに拡散する拡散板も利用することが可能である。また、スリットの代わりに空間光変調器（ＳＬＭ）を利用して、参照光を移動させることもできる。例えば、透過（又は反射）させる画素を変更することで、スリットを移動させたのと同等の効果を得ることができる。
また、上記の第１、第２の実施の形態では、ホログラム記録媒体の出射面側から順に記録する例について説明したが、入射面側から順に記録してもよい。但し、定着処理が必要なホログラム記録媒体を用いる場合には、記録されたホログラムによる不要な散乱光の影響を小さくするために、ホログラム記録媒体の出射面側から順に記録する。
なお、以上の説明では、ホログラム記録媒体に照射される参照光の形状は長方形としたが、その形状はこれに限定されない。例えば、正方形でも楕円形でも良い。また、以上の説明では、参照光のフラウンフォーファ回折像と信号光とをホログラム記録媒体内で交差させてホログラムを記録する例について説明したが、参照光の回折像はこれに限定されない。例えば、フレネル回折像を用いてもよい。要は、信号光のナイキスト領域以上の回折成分と参照光とがホログラム記録媒体内で交差して、ホログラムを記録すればよい。
また、以上の説明では、信号光と参照光との交差領域を変化させる際、参照光の光路を変化させる例としたが、これのみに限定されるわけではない。ホログラム記録媒体を信号光の光軸方向に移動させることによっても、スライス多重記録方法を実施することができる。
更に、本発明で記録されるホログラムは、強度変調ホログラムでも偏光変調ホログラムでもよい。
本発明の第１の実施の形態のホログラム記録再生装置の概略図である。 スリットが形成された遮光板の構成を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はスライス多重記録の方法を説明する説明図である。 スライス多重で記録された記録領域を示す概念図である。 スリット形状とフラウンフォーファ回折像の形状との関係を示す模式図である。 デジタル画像（信号光）のフーリエ変換像の一例を示す図である。 ｘ方向のフーリエ変換スペクトルを示す図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す概略図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す斜視図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す概略図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す概略図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態のホログラム記録再生装置の概略図である。 スライス多重記録の方法を説明する説明図である。 スライス多重で記録された記録領域を示す概念図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す概略図である。 参照光の照射位置を変化させる構成の他の例を示す概略図である。 スリットを有するマスクが形成された反射部材の構成を示す斜視図である。
符号の説明
１０ 光源（レーザ発振器）
１２ シャッター
１６ ハーフミラー
１８ 反射ミラー
２０ レンズ
２２ ステージ
２４ ホログラム記録媒体
２４ａ 入射面
２４ｂ 出射面
２６ 軸
２８ 反射ミラー
３０ レンズ
３２ レンズ
３４ レンズ
３６ 空間光変調器
３８ レンズ
４０ 光検出器
４２ パーソナルコンピュータ
４６ パターン発生器
４８ 駆動装置
５０ スリット
５２ 遮光板
５４ スリット
５６ 駆動装置
５８ 保持部材
６０ 凹凸（ラック）
６２ 歯車（ピニオン）
６４ 軸
６６ 交差領域
６８ 交差領域
７０ 透明板
７２ 軸
７４ 歯車
７６ 歯車
７８ 軸
８０ａ 孔
８０ｂ 孔
８３ 透明板
８４ レンズ
８６ 基板
８８ ガイド
９０ ラック
９２ ピニオン
９４ 軸
９６ 反射板
９６ａ 反射面
９８ 遮光マスク
１００ 反射部材
１０４ レンズ
１０６ 交差領域
１０８ 交差領域
１１０ レンズ
１１２ レンズ
１１４ ガルバノミラー
１１６ ガルバノミラー
Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4，Ｈ5 ホログラム
ＰF フーリエ変換面

Claims (6)

  1. 信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射して、前記信号光と参照光とで形成される干渉縞により、前記信号光の情報をホログラムとして前記光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、
    前記参照光の照射位置を前記信号光の光軸に沿って変化させながら前記信号光と前記参照光とを同時に前記光記録媒体に照射することにより、前記信号光と前記参照光とが前記光記録媒体内で交差する領域を変化させて、前記光記録媒体に複数のホログラムを記録することを特徴とするホログラム記録方法。
  2. 前記信号光と前記参照光とが前記光記録媒体内で交差する領域において、前記領域の前記信号光の光軸に沿った方向の長さが、該方向に直交する方向の長さよりも短い参照光を用いることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録方法。
  3. 既に記録されたホログラムの記録領域とは異なる領域で、前記信号光と前記参照光とを交差させて、前記光記録媒体に他のホログラムを記録することを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム記録方法。
  4. 前記信号光と前記参照光との成す角度を一定にし且つ前記参照光の照射位置を前記信号光の光軸に沿って平行移動させながら前記信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより、前記信号光と前記参照光とが前記光記録媒体内で交差する領域を変化させて、前記光記録媒体に複数のホログラムを記録することを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム記録方法。
  5. 前記参照光の照射位置を前記信号光の光軸に沿って所定間隔で平行移動させることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録方法。
  6. 光記録媒体に信号光を照射する信号光照射手段と、
    前記信号光と同時に前記光記録媒体に参照光を照射する参照光照射手段と、
    前記信号光の光軸に沿って前記参照光の照射位置が変化するように、前記参照光照射手段を移動させる移動手段と、
    を備えたホログラム記録装置。
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