JP2008197368A - ホログラム記録装置、及びホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】参照光が光記録媒体に入射する入射角が変化しても、ホログラム記録領域において参照光の光強度が変動するのを抑制する。
【解決手段】ホログラム記録装置１０は、信号光とは異なる光路でホログラム記録媒体２００に入射される参照光の入射角を変更し、変更された入射角に応じて、参照光の光強度を変更し、信号光と参照光とにより形成される干渉縞をホログラム記録媒体２００に記録する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録装置、及びホログラム記録方法に関する。

ホログラム記録媒体にホログラムを記録する際に、信号光と参照光とをそれぞれ別の光束でホログラム記録媒体に照射する、いわゆる２光波によりホログラムを記録することがある。この２光波によりホログラムを記録する場合に、参照光が光記録媒体に入射する角度を変更し、角度ごとに異なるデータを記録する角度多重記録を行い、ホログラム記録媒体に記録できるデータ容量を増加させる技術が知られている（特許文献１を参照）。

角度多重記録においては、参照光を入射させる角度に応じて、参照光の媒体表面での反射光量や、媒体中を透過する際の距離に応じて光の吸収量が異なってくるため、角度毎にホログラム記録領域における参照光の光強度が変動してしまっていた。
特開２００６−２３４４５号公報

本発明の目的は、参照光が光記録媒体に入射する入射角が変化しても、ホログラム記録領域における参照光の光強度が変動するのを抑制できる光記録装置、及び光記録方法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に記載のホログラム記録装置の発明は、信号光とは異なる光路でホログラム記録媒体に入射される参照光の入射角を変更する角度変更手段と、前記角度変更手段により変更された入射角に応じて、前記参照光の光強度を変更する光強度変更手段と、を含み、前記信号光と前記参照光とにより形成される干渉縞を前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光強度変更手段は、前記入射角が大きくなるにつれて、前記参照光の光強度を増加させる、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光強度変更手段は、前記入射角が、前記ホログラム記録媒体に応じたブリュースタ角から所定の範囲内にある場合には、前記参照光の光強度の増加率を増すようにする、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記光強度変更手段は、前記参照光の光路上に設けられる減光フィルタを含み、該減光フィルタの濃度を変更することにより、前記参照光の光強度を変更する、ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記光強度変更手段は、前記参照光の光路上に設けられる波長板と偏光板とを含み、該偏光板を該波長板に対して相対的に回転させることにより、前記参照光の光強度を変更する、ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角をθ、屈折角をθ’、前記ホログラム記録媒体の光吸収係数をμ、前記ホログラム記録媒体の境界面から距離ｄの位置にある記録領域における前記参照光の所望の光強度をＰbest（定数）とした場合に、前記参照光の投入光強度Ｐを、

となるように制御することを特徴とする。

請求項７に記載のホログラム記録方法の発明は、信号光とは異なる光路でホログラム記録媒体に入射される参照光の入射角を変更する角度変更ステップと、前記角度変更ステップで変更された入射角に応じて、前記参照光の光強度を変更する光強度変更ステップと、を含み、前記信号光と前記参照光とにより形成される干渉縞を前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、参照光が光記録媒体に入射する入射角が変化しても、ホログラム記録領域において参照光の光強度が変動するのを抑制できる。

請求項２の発明によれば、参照光が光記録媒体に入射する入射角が大きくなるにつれて、参照光の光強度を増加させて、ホログラム記録領域において参照光の光強度が変動するのを好適に抑制できる。

請求項３の発明によれば、ホログラム記録領域において参照光の光強度が急激に弱くなる入射角となる範囲では、参照光の光強度を増加させて、ホログラム記録領域において参照光の光強度が変動するのを好適に抑制できる。

請求項４の発明によれば、参照光の光強度を制御する構成を簡易に実現できる。

請求項５の発明によれば、参照光の光強度を制御する構成を簡易に実現できる。

請求項６の発明によれば、最適な参照光の光強度により、ホログラムを記録することができる。

請求項７の発明によれば、参照光が光記録媒体に入射する入射角が変化しても、ホログラム記録領域において参照光の光強度が変動するのを抑制できる。

以下、本発明を実施するための最良の実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、本実施形態に係るホログラム記録装置１０の構成図を示す。図１に示されるように、ホログラム記録装置１０は、光源１００、シャッター１０１、ビームスプリッタ１０２、１／２波長板１０３、シャッター１０４、コリメータレンズ１０６、空間光変調器１０８、フーリエ変換レンズ１１０Ａ，Ｂ、１／２波長板１２２、偏光板１２４、ミラー１２０，１２６、角度変更機構１２８、媒体保持部１３０、及び受光素子１４０を備える。

光源１００は、ホログラムを記録する信号光及び参照光の光源となるコヒーレント光を照射する。コヒーレント光としてはレーザ光など従来知られている光源を用いることとしてよい。レーザ光には、ホログラム記録媒体の光記録層に感度のある所定の波長のレーザ光、例えば、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ等を用いることとしてよい。

光源１００から照射されたレーザ光は、シャッター１０１が開けられている場合に、１／２波長板１０３を通り、ビームスプリッタ１０２に入射する。そして、ビームスプリッタ１０２により、入射されたレーザ光が１／２波長板１０３を調整することにより、所定の比率で信号光と参照光とに分けられる。ビームスプリッタ１０２により分けられた信号光と参照光とは、それぞれ異なる光学系を経由して、媒体保持部１３０に保持されるホログラム記録媒体２００に照射される。以下、信号光と参照光が経由するそれぞれの光学系について説明する。

まず、信号光の光学系について説明する。信号光の光路上には、シャッター１０４が設けられる。シャッター１０１と１０４が閉じられると信号光が遮断される。そして、シャッター１０４の開閉を制御することで、信号光のホログラム記録媒体２００への照射が制御される。シャッター１０４は、ホログラムを記録する際には開けられ、ホログラム記録媒体２００に信号光と参照光とが同時に照射されるようにする。また、ホログラムを再生する際には、シャッター１０４は閉じられ、シャッター１０１の開閉を制御することでホログラム記録媒体２００に参照光の照射が制御されるようにする。

シャッター１０４を通過した信号光は、コリメータレンズ１０６に入射し、コリメータレンズ１０６により所定サイズの径の光に変換される。そして、コリメータレンズ１０６で変換された信号光は、空間光変調器１０８に入射される。

空間光変調器１０８は、コリメータレンズ１０６から入射したレーザ光を、記録情報に応じたパターンで偏光変調する。記録情報は、例えばデジタルデータ「０，１」を「明，暗」に対応させた明暗のパターン画像により表現されるものである。

空間光変調器１０８において変調された信号光は、フーリエ変換レンズ１１０Ａによりホログラム記録媒体２００に集光される。信号光には、フーリエ変換レンズ１１０Ａを通過する際にフーリエ変換が施される。

次に、参照光の光学系について説明する。本実施形態では、参照光の光路上には、１／２波長板１２２と偏光板１２４とが設けられる。1／２波長板１２２と偏光板１２４とは、平行に配置される。そして、参照光は、１／２波長板１２２と偏光板１２４とを通過する際に、光強度や偏光方向が調整される。本実施形態では、１／２波長板１２２に対して偏光板１２４を相対的に回転させることで、偏光板１２４を透過する参照光の光量が変更される。理論上は、１／２波長板１２２と偏光板１２４との角度が同じであれば参照光が完全に透過し、その状態から偏光板１２４を回転させていくにつれて透過する光量が徐々に減少する。そして、偏光板１２４を４５°回転させると、参照光が完全に遮光される。このように、１／２波長板１２２に対する偏光板１２４の回転角を制御することで、参照光の光強度が制御される。

そして、本実施形態では、１／２波長板１２２及び偏光板１２４を透過した参照光は、ミラー１２６により反射され、光の軌道が変えられて、ホログラム記録媒体２００に入射する。ミラー１２６には、ミラーの角度を変更するための角度変更機構１２８が設けられる。角度変更機構１２８は、ミラー１２６を回転させるとともに、図１の光軸Ａ（偏光板１２４と１／２波長板１２２を通る軸）と平行に移動することにより、ミラー１２６を反射した参照光を、ホログラム記録媒体２００の定位置に異なる角度で照射することができる。また、角度変更機構１２８は、図２に示されるように、回転機構を備える２枚のミラー１２６Ａ，Ｂにそれぞれ設けられる（角度変更機構１２８Ａ，Ｂ）こととしてもよい。これらの手段によりホログラム記録媒体２００の定位置に入射する参照光の入射角が変更される。こうして、参照光の入射角を変更しながら、参照光をホログラム記録媒体２００に照射させて、ホログラムの角度多重記録を行う。

媒体保持部１３０には、ホログラム記録媒体２００が保持される。そして、ホログラム記録媒体２００には、信号光の系から信号光が、参照光の系から参照光が入射され、信号光と参照光とにより形成される干渉縞が記録される。

なお、ホログラム記録媒体２００に記録されたデータを再生する際には、シャッター１０１のみを開き、参照光のみをホログラム記録媒体２００に照射する。そして、参照光が、ホログラム記録媒体２００に形成された回折格子（干渉縞）に照射されることにより、ホログラム記録媒体２００を透過する再生光（回折光）が出射される。再生光は、回折格子を形成した際に照射した信号光を含むものである。そして、出射された再生光は、フーリエ変換レンズ１１０Ｂにより逆フーリエ変換された後に、受光素子１４０により受光される。受光素子１４０では、再生光に含まれる信号光の光強度変調パターンに基づいて、信号光に重畳されたデータが読み出される。

図３には、参照光の入射角が変更された場合に、ホログラム記録領域３００における参照光の光強度変化を説明する図を示す。

図３に示されるように、信号光は、ホログラム記録媒体２００に対して一定の角度で入射している。一方で、参照光は、角度変更機構１２８により変更されたミラー１２６の位置と角度に応じて、ホログラム記録媒体２００の定位置に対し入射する入射角が変更される。

図３においては、参照光がホログラム記録媒体２００に入射角する角度がθａからθｂに変更した場合について示している。そして、以下では、それぞれの入射角における参照光を、参照光Ａ、参照光Ｂとする。また、参照光Ａの屈折角はθ’ａ、参照光Ｂの屈折角はθ’ｂと表す。そして、参照光が、ホログラム記録媒体２００に入射する前後における各媒質の屈折率の比をｎとすると、入射角θと屈折角θ’とは、ｓｉｎθ＝ｎｓｉｎθ’の関係がある。なお、ｎは、入射前の媒質の屈折率をｎ１、入射後の媒質の屈折率をｎ２としたときに、ｎ＝ｎ２／ｎ１である。

参照光Ａの光投入強度をＰａ、参照光Ｂの光投入強度をＰｂとする。このとき、参照光Ａの媒体表面での反射率Ｒａは、

となる。そして、参照光Ｂの媒体表面での反射率Ｒｂは、

となる。また、媒体表面から、ホログラム記録領域３００までの距離をｄとすると、参照光Ａがホログラム記録領域３００までに媒体を通過する距離Ｌａは、

となる。そして、参照光Ｂがホログラム記録領域３００までに媒体を通過する距離Ｌｂは、

となる。また、媒体の光の吸収係数をμとすると、参照光Ａのホログラム記録領域３００における光強度Ｐａｃは、

となり、参照光Ｂの記録エリアにおける光強度Ｐｂｃは、

となる。ここで、最適な参照光強度をＰbest（定数）とすると、ＰａｃおよびＰｂｃがＰbestに一致するように参照光の投入光強度を制御することが、ホログラム記録媒体２００にホログラムを安定的に角度多重記録する上で望ましい。最適な参照光強度は光学系、記録媒体に依存する。光学系としては信号光と参照光の光量を最適バランスにあわせることが重要であり、この最適バランスは基準となる２光波の角度、例えば４５°のときの記録媒体の信号光フォーカス点からのずれ量やデータに依存する。ホログラム記録媒体としてはフォトポリマー、アゾポリマー等がある。

そこで、参照光の入射角がθ（０≦θ≦π／２）である場合に照射される参照光の光投入強度Ｐを、

となるように制御する。なお、参照光の光投入強度の制御は、上述したように、偏光板１２４の回転角を制御することで行われる。こうして、媒体の表面からの距離がｄの位置にあるホログラム記録領域３００における参照光の光強度の変動が抑制され、ホログラムの角度多重記録が精度よく行われる。

また、上記の数７に記載の式に基づいて、入射角、または入射角に対応するミラーの傾き角に応じた偏光板１２４の回転量を予め算出して記憶し、その記憶される入射角又はミラーの傾き角に応じて、偏光板１２４の回転角を制御することとしてもよい。

また、入射角がホログラム記録媒体２００の屈折率に応じたブリュースタ角を超えると、参照光のＰ偏向成分（磁界がホログラム記録媒体２００の境界面に平行な光成分）のみならずＳ偏光成分も著しく反射率が増大するため、ホログラム記録領域３００における参照光の光強度が著しく減少する。そこで、参照光がホログラム記録媒体２００に入射する入射角がブリュースタ角を超過した後には、特に参照光の光強度の増加率を増すように制御してもよい。なお、ブリュースタ角φｂは、ｔａｎφｂ＝ｎとして得られる。ここで、ｎは、参照光がホログラム記録媒体２００に入射する前の媒質の屈折率をｎ１、入射後の媒質（すなわちホログラム記録媒体２００）の屈折率をｎ２としたときに、ｎ＝ｎ２／ｎ１として得られる値である。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、参照光の光強度を変更するために、１／２波長板１２２と波長板との代わりに、濃度を制御可能なＮＤフィルタを用いることとしてもよい。そして、ＮＤフィルタの濃度を参照光のホログラム記録媒体２００に対する入射角に応じて制御することで、ホログラム記録領域３００における参照光の光強度を一定に保つようにしてもよい。さらに、本実施形態では参照光を記録媒体の定位置に照射角度を変更して照射できるように制御したが、記録媒体の位置や角度を調整することで、参照光の記録媒体に対する入射角度を制御しても可能であることは言うまでもない。

本実施形態に係るホログラム記録装置の構成図である。 ホログラム記録装置の構成図の一例である。 ホログラム記録領域における参照光の光強度変化を説明する図である。

符号の説明

１０ ホログラム記録装置、１００ 光源、１０１ シャッター、１０２ ビームスプリッタ、１０３ １／２波長板、１０４ シャッター、１０６ コリメータレンズ、１０８ 空間光変調器、１１０ フーリエ変換レンズ、１２０ ミラー、１２２ １／２波長板、１２４ 偏光板、１２６ ミラー、１２８ 角度変更機構、１３０ 媒体保持部、１４０ 受光素子、２００ ホログラム記録媒体、３００ ホログラム記録領域。

Claims (7)

1. 信号光とは異なる光路でホログラム記録媒体に入射される参照光の入射角を変更する角度変更手段と、
   前記角度変更手段により変更された入射角に応じて、前記参照光の光強度を変更する光強度変更手段と、を含み、
   前記信号光と前記参照光とにより形成される干渉縞を前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記光強度変更手段は、前記入射角が大きくなるにつれて、前記参照光の光強度を増加させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 前記光強度変更手段は、前記入射角が、前記ホログラム記録媒体に応じたブリュースタ角から所定の範囲内にある場合には、前記参照光の光強度の増加率を増すようにする、
   ことを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録装置。
4. 前記光強度変更手段は、前記参照光の光路上に設けられる減光フィルタを含み、該減光フィルタの濃度を変更することにより、前記参照光の光強度を変更する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
5. 前記光強度変更手段は、前記参照光の光路上に設けられる波長板と偏光板とを含み、該偏光板を該波長板に対して相対的に回転させることにより、前記参照光の光強度を変更する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
6. 前記光強度変更手段は、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角をθ、屈折角をθ’、前記ホログラム記録媒体の光吸収係数をμ、前記ホログラム記録媒体の境界面から距離ｄの位置にある記録領域における前記参照光の所望の光強度をＰbest（定数）とした場合に、前記参照光の投入光強度Ｐを、
   

   

   となるように制御することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のホログラム記録装置。
7. 信号光とは異なる光路でホログラム記録媒体に入射される参照光の入射角を変更する角度変更ステップと、
   前記角度変更ステップで変更された入射角に応じて、前記参照光の光強度を変更する光強度変更ステップと、を含み、
   前記信号光と前記参照光とにより形成される干渉縞を前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とするホログラム記録方法。

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