JP2008112129A - 情報記録装置、情報再生装置および情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機械的調整を必要とせずに高い安定性および再現性を実現することのできる情報記録装置、情報再生装置および情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】情報記録再生装置１００Ａは、レーザ光ＰＬを出射するレーザ１と、記録時にはレーザ光ＰＬから信号光ＳＬおよび参照光ＲＬを生成し、再生時にはレーザ光ＰＬから参照光ＲＬを生成する空間光変調器３と、空間光変調器３で生成された参照光ＲＬの入射位置に応じて参照光ＲＬを異なる方向に偏向する光偏向素子６と、記録時には信号光ＳＬおよび偏向された参照光ＲＬを集光してホログラム記録媒体９内で干渉させことにより情報を記録し、再生時には偏向された参照光ＲＬを記録時と同一の方向に集光する対物レンズ７とを備える。空間光変調器３は、参照光ＲＬの位置および変調パターンを電気的に制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、情報記録装置、情報再生装置および情報記録再生装置に関し、より特定的には、ホログラム記録媒体に対して情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体から情報を再生する情報記録装置、情報再生装置および情報記録再生装置に関する。

光メモリにおける記録容量増大のため、ホログラフィックに記録再生を行なうホログラムメモリが提案されている。一般的に、ホログラムメモリの記録は、情報を有する信号光をホログラム記録媒体の内部で参照光と干渉させ、それによって生じた干渉縞をホログラムとしてホログラム記録媒体に書き込むことによって行なわれる。

ホログラムの記録には、シフト多重記録、角度多重記録、ペレストロフィック多重記録など様々な方式がある。ホログラムメモリの容量を向上させるには、これらの多重記録方式をうまく組合せてホログラムを記録していくことが重要である。

従来のホログラム記録再生装置は、一対のくさび型プリズムまたは回折格子を、電気的に制御された回転機構を用いて相対的に回転させることにより、入射光線を偏向させるビーム偏向器を用い、角度多重記録とぺリストロフィック多重記録とを組み合わせた方式でホログラムを記録している（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、角度多重記録とは、記録媒体に対する参照光の入射角度を偏向させ、各ホログラムを異なる参照光の入射角度で記録して、多重記録を実現する方式である。ペレストロフィク多重記録とは、記録媒体を頂点とする円錐面内で参照光を回転させ、各ホログラムを異なる参照光の回転速度で記録して、多重記録を実現する方式である。
特開２０００−３３８８４６号公報

従来のホログラム記録再生装置は、角度多重記録、ペレストロフィック多重記録などの多重記録方式を実現するために、回折格子、プリズム、ミラーなどの光学素子をメカニカルに動かすことによって、参照光を偏向させ、記録媒体に対する入射角度および回転角度を変化させていた。

しかし、光学素子をメカニカルに動かそうとすると、光学素子の分解能および位置合わせ精度が必要となる。さらに、光学素子の機械的調整は、安定性および再現性などの点でも課題がある。

それゆえに、この発明の目的は、複雑な機械的調整を必要とせずに高い安定性および再現性を実現することのできる情報記録装置、情報再生装置および情報記録再生装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、記録媒体に対して情報を記録する情報記録装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームから信号光および参照光を生成し、かつ参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する空間光変調器と、空間光変調器で生成された参照光の入射位置に応じて参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、信号光および偏向された参照光を集光して記録媒体内で干渉させる対物レンズとを備える。

好ましくは、空間光変調器に表示されたパターンを結像させるためのリレーレンズ光学系をさらに備える。

好ましくは、光偏向素子と対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する。

好ましくは、光偏向素子は、信号光を生成する部分と参照光を生成する部分とが空間的に分離されて固定されている。

好ましくは、光偏向素子は、信号光が通過する平坦部と、参照光が入射し頂角の異なる複数のプリズムを有するプリズム部とを含む。

好ましくは、光偏向素子は、外形が円形であり、平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、プリズム部は複数のプリズムの頂角が１８０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、外形が円形であり、平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、プリズム部は複数のプリズムの頂角が９０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、外形が矩形であり、平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、プリズム部は点対称に配置された複数のプリズムの頂角が同一となるように配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、信号光が通過する平坦部と、参照光が入射し格子ピッチの異なる複数の回折格子を有する回折格子部とを含む。

好ましくは、光偏向素子は、回折格子部の複数の回折格子がブレーズ形状で形成されている。

好ましくは、光偏向素子は、信号光と参照光との強度比が１：１となるように回折格子部の回折比率が構成されている。

この発明の他の局面によれば、記録媒体から情報を再生する情報再生装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームから参照光を生成し、かつ参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する空間光変調器と、空間光変調器で生成された参照光の入射位置に応じて参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、偏向された参照光を記録時と同一の方向に集光する対物レンズとを備える。

好ましくは、空間光変調器に表示されたパターンを結像させるためのリレーレンズ光学系をさらに備える。

好ましくは、光偏向素子と対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する。

好ましくは、光偏向素子は、参照光が入射し頂角の異なる複数のプリズムを有するプリズム部を含む。

好ましくは、光偏向素子は、外形が円形であり、プリズム部は複数のプリズムの頂角が１８０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、外形が円形であり、プリズム部は複数のプリズムの頂角が９０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、外形が矩形であり、プリズム部は点対称に配置された複数のプリズムの頂角が同一となるように配置されている。

好ましくは、光偏向素子は、参照光が入射し格子ピッチの異なる複数の回折格子を有する回折格子部を含む。

好ましくは、光偏向素子は、回折格子部の複数の回折格子がブレーズ形状で形成されている。

この発明のさらに他の局面によれば、記録媒体に対して情報を記録するとともに、記録媒体から情報を再生する情報記録再生装置であって、光ビームを出射する光源と、記録時には光ビームから信号光および参照光を生成し、再生時には光ビームから参照光を生成する空間光変調器と、空間光変調器で生成された参照光の入射位置に応じて参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、記録時には信号光および偏向された参照光を集光して記録媒体内で干渉させ、再生時には偏向された参照光を記録時と同一の方向に集光する対物レンズとを備える。空間光変調器は、参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する。

好ましくは、空間光変調器に表示されたパターンを結像させるためのリレーレンズ光学系をさらに備える。

好ましくは、光偏向素子と対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する。

この発明によれば、複雑な機械的調整を必要とせずに、高い安定性および再現性を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による情報記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した側面図である。図１を参照して、実施の形態１の情報記録再生装置１００Ａは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光変調器３と、偏光ビームスプリッタ４と、１／４波長板５と、光偏向素子６と、対物レンズ７と、撮像素子８とを備える。情報記録再生装置１００Ａは、反射膜１０を有するホログラム記録媒体９に情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体９から情報を再生する。

まず、情報記録再生装置１００Ａの記録時の動作について説明する。
レーザ１から出射された光ビームＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、空間光変調器３に入射する。空間光変調器３は、変調パターンや位置に応じて光ビームＰＬを電気的に制御することで、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬを生成する。

図２は、空間光変調器３の一例である空間光変調器３Ａの模式的な構成を示した上面図である。図２に示すように、空間光変調器３Ａは、光軸を中心にして、中央部において信号光ＳＬを生成し、信号光ＳＬを挟んで１８０度離れたところに配置された１対ずつの参照光Ｒａ〜Ｒｈを生成する。空間光変調器３Ａでは、信号光ＳＬを中心として、参照光ＲＬの位置が円周に沿ってＲａ，Ｒｂ，・・・，Ｒｈのように回転する。

図１に戻って、空間光変調器３で生成された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、光偏向素子６に入射する。光偏向素子６は、信号光ＳＬと参照光ＲＬとが異なる面に入射するように固定して配置されており、参照光ＲＬのみが光路を偏向される。この作用に関しては、後に図４，５を参照して詳細に説明する。その後、偏光ビームスプリッタ４を透過し、１／４波長板５により円偏光に変換され、対物レンズ７に入射する。

光偏向素子６から出射された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７によってホログラム記録媒体９内に集光される。集光された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の内部で干渉してホログラムが形成される。ホログラム記録媒体９には、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの入射面と反対側に反射膜１０が形成されている。

次に、情報記録再生装置１００Ａの再生時の動作について説明する。
情報記録再生装置１００Ａは、再生時には空間光変調器３において参照光ＲＬのみを生成する。生成された参照光ＲＬは、記録時と同様に、光偏向素子６および偏光ビームスプリッタ４を透過し、１／４波長板５で円偏光に変換され、対物レンズ７を通過してホログラム記録媒体９内に集光される。参照光ＲＬの照射により、ホログラム記録媒体９内のホログラムからは再生光ＣＬが生成される。

再生光ＣＬは、ホログラム記録媒体９内の反射膜１０で反射され、対物レンズ７および光偏向素子６を通過し、１／４波長板５で直線偏光に変換される。当該直線偏光の再生光ＣＬは、偏光ビームスプリッタ４で反射され、撮像素子８に入射する。撮像素子８は、当該再生光ＣＬの強度分布パターンを検出することで、ホログラム記録媒体９に記録されたホログラムの再生信号を生成する。

上記のように、情報記録再生装置１００Ａは、空間光変調器３を用いて信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの変調パターンや位置を電気的に制御する。さらに、光偏向素子６を用いて参照光ＲＬの光路を偏向させることにより、参照光ＲＬのホログラム記録媒体９への入射角度を変化させる。

ここで、光偏向素子６は、空間光変調器３における参照光ＲＬの位置に対応した領域ごとに参照光Ｒａ〜Ｒｈの偏向角度が異なる構造とする。これにより、光偏向素子６を固定した状態で、光偏向素子６に対する参照光Ｒａ〜Ｒｈの入射位置を電気的に制御することができる。この結果、ホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度を選択することができる。したがって、光学素子を全くメカニカルに駆動することなく、角度多重記録を実現することができる。

図３は、図１の情報記録再生装置１００Ａにおける記録原理を示した斜視図である。説明を分かりやすくするため、図３では、偏光ビームスプリッタ４および１／４波長板を記載していない。

図４は、光偏向素子６の一例である光偏向素子６Ａの模式的な構成を示した上面図である。図４に示すように、光偏向素子６Ａは、光軸を中心にして、中央部が平滑面６ｉで形成され、平滑面６ｉを挟んで１８０度離れたところに頂角の異なる１対ずつのプリズム６ａ〜６ｈが形成されている。信号光ＳＬは、平滑面６ｉを透過するため、光軸は変化しない。一方、参照光ＲＬは、プリズム６ａ〜６ｈが形成された面のいずれかを透過するため、プリズム６ａ〜６ｈの頂角に応じて光軸が偏向される。なお、平滑面６ｉは、信号光ＳＬの光軸を偏向させなければよく、たとえば貫通した開口であってもよい。

図５は、光偏向素子６Ａに入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。図５に示すように、光偏向素子６Ａは、プリズムが形成されている面が対物レンズ７側に配置されている。図５を参照して、参照光ＲＬは、光偏向素子６Ａに対して垂直に入射する。この場合、プリズムの屈折率ｎと、プリズムに対する入射角度θｉと、プリズムからの出射角度θｏと、プリズムの頂角θｐとの間には、以下の関係が成り立つ。

ｎ・ｓｉｎθｉ＝ｓｉｎθｏ、 θｉ＝θｐ （１）
式（１）により、光偏向素子６Ａのプリズムに入射する参照光ＲＬの入射角度θｉが一定であれば、プリズム頂角θｐの角度に応じて、プリズムから出射する参照光ＲＬの出射角度θｏが変化する。

図３を参照して、光偏向素子６から出射された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７によってホログラム記録媒体９内に集光される。集光された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の内部で干渉してホログラムが形成される。このとき、参照光Ｒａ，Ｒｂ，・・・，Ｒｈの偏向角度に応じて、ホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度が変化する。これにより、角度多重記録が行なわれる。

図３に示すように、参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して異なった位置で集光される。そのため、実施の形態１の情報記録再生装置１００Ａでは、ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿って複数のホログラムＨＧが形成される。

たとえば、対物レンズ７の開口数が０．４５、焦点距離が１０ｍｍ、プリズムの屈折率ｎ＝１．５で、プリズム６ａ〜６ｈの頂角θｐが０．１度ピッチで形成されていると仮定する。この場合、参照光ＲＬが入射するプリズムの位置が１つ移動して頂角が０．１度変化すると、ホログラム記録媒体９中に生成されるホログラムＨＧの厚み方向の間隔は約２０μｍ変化する。

図６は、光偏向素子６Ａを用いた場合の角度多重記録のブラッグ選択性を示した図である。図６において、横軸は光偏向素子６Ａのプリズム頂角［度］、縦軸は光偏向素子６Ａの回折効率［任意単位］を示す。

図６では、頂角θｐが０．１度のプリズム部分を透過した参照光ＲＬを用いてホログラム記録を行ない、再生時にプリズムの頂角を０．１〜０．５度まで０．１度ピッチで変化させた場合の回折効率をグラフ化している。図６において、頂角θｐが０．１度のプリズム部分を参照光ＲＬが透過した場合、すなわち、記録時と同じ入射角度θｉで参照光ＲＬがホログラム記録媒体９に入射した場合の再生光強度を１とする。

図６に示すように、プリズムの頂角が０．２度から０．５度および０度の場合、再生光強度に対応する回折効率は０．０１以下となる。このとき、ホログラム記録媒体９から情報は再生されない。したがって、図６の条件下で、情報記録再生装置１００Ａにおける角度多重記録のブラッグ選択性は０．１度となる。これは、ホログラム記録媒体９の厚み方向の距離に換算すると約２０μｍとなる。

上記により、実施の形態１の情報記録再生装置１００Ａは、多重記録を行なう際、ホログラム記録媒体９の厚み方向にホログラムを複数個形成できる。したがって、厚みのあるホログラム記録媒体９を用いた場合、ホログラム記録媒体９の厚み方向の感度を有効に利用することができる。

図７は、光偏向素子６の他の一例である光偏向素子６Ｂの模式的な構成を示した上面図である。図７に示すように、光偏向素子６Ｂは、図４の光偏向素子６Ａのような円盤形状とは異なり、矩形形状を有する。図７において、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は（ａ）の断面線Ａ１−Ａ２における断面図を示す。

図７を参照して、光偏向素子６Ｂは、プリズム６ｐ〜６ｔが点対称に両端に形成され、中央部が平坦面６ｕで形成されている。図７の矩形形状の光偏向素子６Ｂは、加工しやすいなどの利点がある。図７の光偏向素子６Ｂの構成を採用した場合、光変調器６Ｂのプリズム６ｐ〜６ｔの配置に対応するように、空間光変調器３を形成する必要がある。

図８は、空間光変調器３の他の一例である空間光変調器３Ｂの模式的な構成を示した上面図である。図８に示すように、空間光変調器３Ｂは、図２の空間光変調器３Ａのような１対（２つで１組）の参照光Ｒａ〜Ｒｈではなく、４つで１組の参照光Ｒｊ〜Ｒｍを生成する。空間光変調器３Ｂは、光軸を中心にして、中央部において信号光ＳＬを生成し、円周に沿って９０度ごとに配置された４つで１組の参照光Ｒｊ〜Ｒｍを生成する。空間光変調器３Ｂでは、信号光ＳＬを中心として、参照光ＲＬの位置が円周に沿ってＲｊ，Ｒｋ，・・・，Ｒｍのように回転する。

図８の空間光変調器３Ｂを用いた場合、ホログラム記録媒体９内において、参照光ＲＬと干渉する信号光ＳＬの領域が増加する。その結果、図２の空間光変調器３Ａの場合と比較して、信号光ＳＬに含まれる必要な空間周波数成分をより多く記録することができ、再生画像の画質が向上する。図８の空間光変調器３Ｂの構成を採用した場合、４つで１組の参照光Ｒｊ〜Ｒｍがそれぞれ同一の角度で偏向されるように、光偏向素子６を形成する必要がある。

図２の空間光変調器３Ａのように２つで一組の参照光Ｒａ〜Ｒｈを生成する場合、参照光ＲＬの回転数を多くとることができ、角度多重記録の回数が増大する。図８の空間光変調器３Ｂのように４つで一組の参照光Ｒｊ〜Ｒｍを生成する場合、信号光ＳＬを参照光Ｒｊ〜Ｒｍで４方向から囲むことができる。そのため、信号光ＳＬの空間周波数成分をより多く記録でき、画質の良好な再生画像が得られる。

なお、この発明の実施の形態では、情報記録再生装置を例に説明しているが、これは一例であり、情報記録装置と情報再生装置とに分けて記載することも可能である。この場合にも、情報記録再生装置の場合と同様の効果が得られる。

以上のように、実施の形態１によれば、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬが空間的に分離された面を通過するように、頂角の異なるプリズムを複数個配置した光偏向素子６が固定して設置される。その上で、光偏向素子６に対する参照光の入射位置を空間光変調器３により電気的に制御する。これにより、プリズムの頂角を選択でき、その結果、ホログラム記録媒体９に対する参照光の入射角度を変化させることができる。

上記により、情報記録再生装置１００Ａを構成する光学素子をメカニカルに動作させることなく、参照光ＲＬの偏向角度を高精度で制御することができる。これにより、複雑な機械的調整を必要とせず、高い安定性および再現性でホログラムを記録再生することができる。また、機械的な動作が伴わないため、消費電力の少ない情報記録再生装置１００Ａを実現することができる。

さらに、信号光ＳＬが透過する部分は平坦面または開口で形成され、参照光ＲＬが透過する部分は頂角の異なる複数のプリズムで構成される光偏向素子６を用いている。これにより、参照光ＲＬのみを偏向させることができ、ホログラム記録媒体９に対する入射角度を変化させることができる。

光偏向素子６は、参照光ＲＬが透過する部分に偏向機能を備えたプリズム等が形成されていれば、外形は円形であっても矩形であってもよい。プリズムは、成形や切削加工により、頂角の作製誤差を０．０１度以下で精度よく作製することができる。そのため、安価なコストで精度の高い情報記録再生装置１００Ａを実現できる。

さらに、光偏向素子６を用いてホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度を変化させることで、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して参照光ＲＬの集光位置を変化させることができる。これにより、ホログラム記録媒体９において、厚み方向の異なった位置にホログラムを形成できる。したがって、特に数１０μｍ以上の厚いホログラム記録媒体９を用いる場合、その厚み方向の感度を有効に使え、記録容量の向上が図れる。

好ましくは、信号光ＳＬに対し参照光ＲＬが通過する部分を左右対称の２箇所に配置し、参照光ＲＬの配置を電気的に回転させる空間光変調器３Ａを備える。この場合、対応する光偏向素子６の同一の頂角のプリズムは２つずつとなるので、参照光ＲＬの回転数を多くとることができ、角度多重記録の回数を増やすことができる。

好ましくは、信号光ＳＬに対し参照光ＲＬが通過する部分を上下左右対称の４箇所に配置し、参照光ＲＬの配置を電気的に回転させる空間光変調器３Ｂを備える。この場合、対応する光偏向素子６の同一の頂角のプリズムは信号光ＳＬを４方向から囲むことになるので、記録時に信号光ＳＬの空間周波数成分をより多く記録でき、画質の良好な再生画像が得られる。

また、好ましくは、プリズムが形成されていない面が参照光ＲＬの光軸に対して垂直となるように配置し、プリズムが形成された面をホログラム記録媒体９側にして配置された光偏向素子６Ａを備える。この場合、プリズムの頂角の変化による参照光ＲＬの偏向角度が分かりやすくなる。また、ホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度、およびホログラム記録媒体９中の参照光ＲＬの集光位置が分かりやすくなる。

また、好ましくは、プリズム６ｐ〜６ｔが点対称に両端に形成され、中央部が平坦面６ｕで形成されている矩形形状の光偏向素子６Ｂを備える。この場合、同一の頂角のプリズムは２つずつとなるので、参照光ＲＬの回転数を多くとることができる。また、外形が円盤形状ではなく矩形形状のため、加工しやすくなる。

［実施の形態２］
図９は、この発明の実施の形態２による情報記録再生装置１００Ｂの概略的な構成を示した側面図である。実施の形態２の情報記録再生装置１００Ｂは、プリズムを基礎にした光偏向素子６が回折格子を基礎にした光偏向素子１５に置き換えられた点において、実施の形態１の情報記録再生装置１００Ａと異なる。したがって、実施の形態１と共通する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

図１０は、図９の情報記録再生装置１００Ｂにおける光偏向素子１５の模式的な構成を示した上面図である。図１０に示すように、光偏向素子１５は、光軸を中心にして、中央部が平滑面１５ｉで形成され、平滑面１５ｉを挟んで１８０度離れたところに格子ピッチの異なる１対ずつの回折格子１５ａ〜１５ｈが形成されている。信号光ＳＬは、平滑面１５ｉを透過するため、光軸は変化しない。一方、参照光ＲＬは、回折格子１５ａ〜１５ｈが形成された面のいずれかを透過するため、回折格子１５ａ〜１５ｈの格子ピッチに応じて光軸が偏向される。

なお、平滑面１５ｉは、信号光ＳＬの光軸を偏向させなければよく、たとえば貫通した開口であってもよい。また、回折格子１５ａ〜１５ｉの格子ピッチは、一般に回折格子ごとに異なるが、ここでは総称してΛとする。

図１１は、光偏向素子１５に入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。図１０，１１を参照して、光偏向素子１５の回折格子１５ａ〜１５ｈに入射する光ビームの波長をλとすると、回折格子に対する入射角度θｉと、回折格子からの出射角度θｏと、回折格子の格子ピッチΛとの間には、以下の関係が成り立つ。

Λ（ｓｉｎθｉ−ｓｉｎθｏ）＝ｍλ（ｍ＝±１，２，・・・） （２）
式（２）により、光偏向素子１５の回折格子に入射する参照光ＲＬの波長λおよび入射角度θｉが一定であれば、格子ピッチΛの値に応じて、回折格子から出射する参照光ＲＬの出射角度θｏが変化する。

回折格子からの出射角度θｏは数度あればよいことから、格子ピッチΛは数１００本／ｍｍとなる。また、光偏向素子１５の回折格子をブレーズ型とすることで、光利用効率を高めることができる。さらに、回折格子１５ａ〜１５ｉの構造を最適化し、ホログラム記録時の信号光ＳＬと参照光ＲＬとのパワー密度比を１：１とすることで、コントラストの高いホログラムを形成することが可能である。

図９に戻って、記録時に光偏向素子１５から出射された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７によって集光され、対物レンズ７の焦点付近に配置されたホログラム記録媒体９の内部で干渉する。参照光ＲＬはホログラム記録媒体９の厚み方向に対して異なった位置で集光されるため、ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿って複数のホログラムが生成される。

以上のように、実施の形態２によれば、参照光ＲＬが信号光ＳＬに対して空間的に分離された各面に、格子ピッチの異なる複数の回折格子１５ａ〜１５ｉを配置した光偏向素子１５を固定して設置している。その上で、光偏向素子１５に対する参照光ＲＬの入射位置を空間光変調器３により電気的に制御して、回折格子１５ａ〜１５ｉのいずれかの組を選択する。これにより、参照光ＲＬのホログラム記録媒体９に対する入射角度を変化させることができる。

上記により、情報記録再生装置１００Ｂを構成する光学素子をメカニカルに動作させることなく多重記録が行なえ、安定性および再現性の高い情報記録再生装置、情報記録装置および情報再生装置を実現できる。

また、複数の回折格子を有する光偏向素子１５を用いることにより、回折効率を最適化してホログラム記録時の信号光ＳＬと参照光ＲＬとの強度比を制御できる。これにより、コントラストの高いホログラムを形成できる。

さらに、ホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度が変化することで、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して参照光ＲＬの集光位置が変化する。これにより、厚み方向の異なった位置にホログラムを形成することができる。特に、１００μｍ以上の厚いホログラム記録媒体９を用いる場合、その厚み方向の感度を有効に使え、記録容量の向上が図れるという利点がある。

好ましくは、光偏向素子１５は、信号光ＳＬの通過する部分が平坦面または開口で形成され、参照光ＲＬの通過する部分は格子ピッチの異なる複数の回折格子から構成される。これにより、格子ピッチに対応して参照光ＲＬが偏向する。そのため、ホログラム記録媒体９に対する参照光ＲＬの入射角度を変化させることができ、角度多重記録が行なえる。また、回折格子のピッチは数１００本／ｍｍで良い。そのため、光偏向素子１５の作製が容易であるとともに、精度の高い情報記録再生装置１００Ｂを実現できる。

好ましくは、光偏向素子１５の回折格子をブレーズ形状とすることで、光利用効率を向上させることができる。さらに、光偏向素子１５の回折格子における回折効率を最適化することで、ホログラムを記録するときの信号光ＳＬと参照光ＲＬとの強度比を１：１にできる。これにより、コントラストの高い干渉縞を形成することができる。

［実施の形態３］
図１２は、この発明の実施の形態３による情報記録再生装置１００Ｃの概略的な構成を示した側面図である。図１２を参照して、実施の形態３の情報記録再生装置１００Ｃは、偏光ビームスプリッタ４と１／４波長板５との間にリレーレンズ系１６が挿入された点と、光偏向素子６と対物レンズ７とを一体化した対物レンズユニット１７が用いられている点において、実施の形態１の情報記録再生装置１００Ａと異なる。したがって、実施の形態１と共通する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

リレーレンズ系１６では、２つのレンズ１６Ａ，１６Ｂが用いられる。レンズ１６Ａ，１６Ｂの焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２とする。レンズ１６Ａは、空間光変調器３から距離ｆ１の位置に配置されている。レンズ１６Ｂは、レンズ１６Ａの位置からｆ１＋ｆ２の距離に配置されている。このような配置にすることで、レンズ１６Ａ，１６Ｂの焦点距離ｆ１，ｆ２に依存して、レンズ１６Ｂからｆ２の距離に空間光変調器３のパターンが倍率（ｆ１／ｆ２倍）を変えて結像される。この倍率は、対物レンズ７の有効径に合わせて適宜変化させるのが好ましい。

実施の形態３の情報記録再生装置１００Ｃは、リレーレンズ系１６を用いることで、空間光変調器３で生成された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬのパターンをホログラム記録媒体９の手前に配置された対物レンズユニット１７の内部に倍率を変えて結像させる。これにより、対物レンズユニット１７の内部に、信号光ＳＬと参照光ＲＬとが分離されたパターンを入射させることができる。また、対物レンズユニット１７の内部に配置された光偏向素子６のプリズム部に、参照光ＲＬのみを入射させ、偏向させることが可能となる。

対物レンズユニット１７から出射した信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７の焦点付近に配置されたホログラム記録媒体９の内部で干渉する。このとき、参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して異なった位置で集光される。このため、ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿って複数のホログラムが生成される。

以上のように、実施の形態３によれば、リレーレンズ系１６を用いることで、信号光ＳＬと参照光ＲＬとを分離させることができ、光偏向素子６のプリズム部に参照光ＲＬのみを入射させ偏向させることが可能となる。

また、参照光ＲＬを偏向させる機能を付加した対物レンズユニット１６を用いることで、光学系を複雑にすることなく、ホログラム記録媒体９の厚み方向の感度を有効に使ってホログラムを記録することができる。これにより、ホログラム記録媒体９の記録容量の向上を図れる。

さらに、対物レンズユニット１６において光偏向素子６と対物レンズ７とを一体化することにより、参照光ＲＬの偏向方向および偏向個所を比較的自由に決めることができ、光学系の自由度が増す。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による情報記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した側面図である。 空間光変調器３の一例である空間光変調器３Ａの模式的な構成を示した上面図である。 図１の情報記録再生装置１００Ａにおける記録原理を示した斜視図である。 図４は、光偏向素子６の一例である光偏向素子６Ａの模式的な構成を示した上面図である。 光偏向素子６Ａに入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。 光偏向素子６Ａを用いた場合の角度多重記録のブラッグ選択性を示した図である。 光偏向素子６の他の一例である光偏向素子６Ｂの模式的な構成を示した上面図である。 空間光変調器３の他の一例である空間光変調器３Ｂの模式的な構成を示した上面図である。 この発明の実施の形態２による情報記録再生装置１００Ｂの概略的な構成を示した側面図である。 図９の情報記録再生装置１００Ｂにおける光偏向素子１５の模式的な構成を示した上面図である。 光偏向素子１５に入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。 この発明の実施の形態３による情報記録再生装置１００Ｃの概略的な構成を示した側面図である。

符号の説明

１ レーザ、２ コリメートレンズ、３，３Ａ，３Ｂ 空間光変調器、４ 偏光ビームスプリッタ、５ １／４波長板、６，６Ａ，６Ｂ 光偏向素子、７ 対物レンズ、８ 撮像素子、９ ホログラム記録媒体、１０ 反射膜、１５ 光偏向素子、１６ リレーレンズ系、１６Ａ，１６Ｂ レンズ、１７ 対物レンズユニット、１００Ａ〜１００Ｃ 情報記録再生装置。

Claims (23)

1. 記録媒体に対して情報を記録する情報記録装置であって、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームから信号光および参照光を生成し、かつ前記参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する空間光変調器と、
   前記空間光変調器で生成された前記参照光の入射位置に応じて前記参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、
   前記信号光および前記偏向された参照光を集光して前記記録媒体内で干渉させる対物レンズとを備える、情報記録装置。
2. 前記空間光変調器に表示されたパターンを結像させるためのリレーレンズ光学系をさらに備える、請求項１に記載の情報記録装置。
3. 前記光偏向素子と前記対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する、請求項１に記載の情報記録装置。
4. 前記光偏向素子は、前記信号光を生成する部分と前記参照光を生成する部分とが空間的に分離されて固定されている、請求項１に記載の情報記録装置。
5. 前記光偏向素子は、前記信号光が通過する平坦部と、前記参照光が入射し頂角の異なる複数のプリズムを有するプリズム部とを含む、請求項１に記載の情報記録装置。
6. 前記光偏向素子は、外形が円形であり、前記平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、前記プリズム部は前記複数のプリズムの頂角が１８０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている、請求項５に記載の情報記録装置。
7. 前記光偏向素子は、外形が円形であり、前記平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、前記プリズム部は前記複数のプリズムの頂角が９０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている、請求項５に記載の情報記録装置。
8. 前記光偏向素子は、外形が矩形であり、前記平坦部は光軸を中心として中央部に形成され、前記プリズム部は点対称に配置された前記複数のプリズムの頂角が同一となるように配置されている、請求項５に記載の情報記録装置。
9. 前記光偏向素子は、前記信号光が通過する平坦部と、前記参照光が入射し格子ピッチの異なる複数の回折格子を有する回折格子部とを含む、請求項１に記載の情報記録装置。
10. 前記光偏向素子は、前記回折格子部の前記複数の回折格子がブレーズ形状で形成されている、請求項９に記載の情報記録装置。
11. 前記光偏向素子は、前記信号光と前記参照光との強度比が１：１となるように前記回折格子部の回折比率が構成されている、請求項９に記載の情報記録装置。
12. 記録媒体から情報を再生する情報再生装置であって、
    光ビームを出射する光源と、
    前記光ビームから参照光を生成し、かつ前記参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する空間光変調器と、
    前記空間光変調器で生成された前記参照光の入射位置に応じて前記参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、
    前記偏向された参照光を記録時と同一の方向に集光する対物レンズとを備える、情報再生装置。
13. 前記空間光変調器に表示されたパターンを結像させためのリレーレンズ光学系をさらに備える、請求項１２に記載の情報再生装置。
14. 前記光偏向素子と前記対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する、請求項１２に記載の情報再生装置。
15. 前記光偏向素子は、前記参照光が入射し頂角の異なる複数のプリズムを有するプリズム部を含む、請求項１２に記載の情報再生装置。
16. 前記光偏向素子は、外形が円形であり、前記プリズム部は前記複数のプリズムの頂角が１８０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている、請求項１５に記載の情報再生装置。
17. 前記光偏向素子は、外形が円形であり、前記プリズム部は前記複数のプリズムの頂角が９０度ごとに同一となるように円周に沿って配置されている、請求項１５に記載の情報再生装置。
18. 前記光偏向素子は、外形が矩形であり、前記プリズム部は点対称に配置された前記複数のプリズムの頂角が同一となるように配置されている、請求項１５に記載の情報再生装置。
19. 前記光偏向素子は、前記参照光が入射し格子ピッチの異なる複数の回折格子を有する回折格子部を含む、請求項１２に記載の情報再生装置。
20. 前記光偏向素子は、前記回折格子部の前記複数の回折格子がブレーズ形状で形成されている、請求項１５に記載の情報再生装置。
21. 記録媒体に対して情報を記録するとともに、前記記録媒体から情報を再生する情報記録再生装置であって、
    光ビームを出射する光源と、
    記録時には前記光ビームから信号光および参照光を生成し、再生時には前記光ビームから参照光を生成する空間光変調器と、
    前記空間光変調器で生成された前記参照光の入射位置に応じて前記参照光を異なる方向に偏向する光偏向素子と、
    記録時には前記信号光および前記偏向された参照光を集光して前記記録媒体内で干渉させ、再生時には前記偏向された参照光を記録時と同一の方向に集光する対物レンズとを備え、
    前記空間光変調器は、前記参照光の位置および変調パターンを電気的に制御する、情報記録再生装置。
22. 前記空間光変調器に表示されたパターンを結像させるためのリレーレンズ光学系をさらに備える、請求項２１に記載の情報記録再生装置。
23. 前記光偏向素子と前記対物レンズとは、一体で形成された対物レンズユニットを構成する、請求項２１に記載の情報記録再生装置。

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