JP2008275817A - ホログラム記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】記録光と参照光を良好に干渉させつつ記録密度の向上を図ることができるホログラム記録装置を提供する。
【解決手段】光源からの光を空間光変調器3で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、空間光変調器3は、複数の画素からなる光変調領域30を有し、光変調領域30は、光源からの光の一部を記録光として対物レンズへと導く中央画素領域31と、その余の光あるいはその一部を参照光として対物レンズへと導く周辺画素領域32とに分けられており、かつ、周辺画素領域32を構成する複数の画素には、中央画素領域31を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれている。
【選択図】 図2
【解決手段】光源からの光を空間光変調器3で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、空間光変調器3は、複数の画素からなる光変調領域30を有し、光変調領域30は、光源からの光の一部を記録光として対物レンズへと導く中央画素領域31と、その余の光あるいはその一部を参照光として対物レンズへと導く周辺画素領域32とに分けられており、かつ、周辺画素領域32を構成する複数の画素には、中央画素領域31を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、いわゆるコアキシャル方式によってホログラムを記録するホログラム記録装置に関する。
従来のホログラム記録装置としては、特許文献1に開示されたものがある。同文献に開示されたホログラム記録装置は、いわゆるコアキシャル方式によってホログラム記録媒体にホログラムを記録するように構成されたものである。このようなコアキシャル方式のホログラム記録装置では、光源からの光がコリメータレンズで平行光に変換された後、空間光変調器で記録光(信号光)と参照光に分けられ、さらにこれら記録光および参照光が同一の対物レンズを通ってホログラム記録媒体に集光される。
空間光変調器は、中央画素領域が記録光を生成する領域とされ、周辺画素領域が参照光を生成する領域とされる。中央画素領域および周辺画素領域には、複数の画素が一様なピッチで格子状に形成されている。図7に示すように、この種のコアキシャル方式に用いられる対物レンズ400は、記録密度向上の観点からホログラム記録媒体B上での照射面積をできる限り小さくするように、開口数(NA)が比較的大きくなっている。このような対物レンズ400は、たとえば光軸に沿う断面でみて記録光Sおよび参照光Rの光束幅Wが同程度の場合、入射角が大となる参照光Rの光強度によっては記録光Sと良好に干渉させにくい。これを改善するには、空間光変調器において参照光Rを生成する周辺画素領域をできる限り大きく確保し、参照光Rの光束幅Wをより大きくすればよい。
しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、空間光変調器の周辺画素領域を拡大すると、相対的に中央画素領域が縮小されることとなり、これでは記録光Sによる記録情報量が少なくなってしまうことにつながる。また、参照光Rの入射角が大きいのに加えてその光束幅Wも大きくなるため、ホログラム記録媒体B上で記録光Sと参照光Rが重ならない領域、すなわち無駄露光領域が広がってしまう。つまり、記録光Sと参照光Rを良好に干渉させることと記録密度の向上とを両立させることが困難であった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。本発明は、記録光と参照光を良好に干渉させつつ記録密度の向上を図ることができるホログラム記録装置を提供することをその課題としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明により提供されるホログラム記録装置は、光源からの光を空間光変調器で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記空間光変調器は、複数の画素からなる光変調領域を有し、上記光変調領域は、上記光源からの光の一部を上記記録光として上記対物レンズへと導く中央画素領域と、その余の光あるいはその一部を上記参照光として上記対物レンズへと導く周辺画素領域とに分けられており、かつ、上記周辺画素領域を構成する複数の画素には、上記中央画素領域を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれていることを特徴としている。
好ましくは、上記周辺画素領域はさらに、複数の領域に区分されており、これらの領域は、外側のものほど大きな画素が含まれている。
好ましくは、上記周辺画素領域を構成する複数の画素の平均面積は、上記中央画素領域を構成する複数の画素の平均面積よりも大きくなっている。
好ましくは、上記中央画素領域と上記周辺画素領域との間には、遮光領域が設けられている。
好ましくは、上記周辺画素領域は、隣接する画素間で所定の位相差を生じるように凹凸状に形成されている。
好ましくは、上記中央画素領域の平均画素面積をSs、上記周辺画素領域の平均画素面積をSrとした場合、これらの平均画素面積Ss、Srは、Ss<Sr<6.25Ssとなる関係を満たしている。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図1〜3は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示している。図1に示されているように、ホログラム記録装置Aは、いわゆるコアキシャル方式でホログラム記録媒体Bにホログラムを記録するように構成されたものである。このホログラム記録装置Aは、光源1、コリメータレンズ2、空間光変調器3、記録用の対物レンズ4、再生用の対物レンズ5、および撮像素子6を有して構成されている。ホログラム記録媒体Bは、表裏両面をなす保護層90と、これら保護層90の間に形成された記録層91とを有して構成されている。記録層91には、記録光Sと参照光Rとが干渉することでホログラムが記録される。再生時には、記録層91に記録されたホログラムに参照光Rが干渉して再生光Pが生じ、この再生光Pがホログラム記録媒体Bの裏面側に配置された撮像素子6によって受光される。なお、光源1と記録用の対物レンズ4との間、再生用の対物レンズ5と撮像素子6との間に配置される光学部品、たとえばズームレンズやアパーチャについては、便宜上省略している。
光源1は、たとえば半導体レーザ素子からなる。この光源1は、記録時や再生時に比較的帯域の狭いコヒーレントなレーザ光を出射する。
コリメータレンズ2は、光源1から出射したレーザ光を平行光に変換する。平行光となったレーザ光は、空間光変調器3に入射する。
空間光変調器3は、たとえば透過型の液晶パネルからなる。この空間光変調器3は、図2に示すように、多数の画素からなる光変調領域30を有する。光変調領域30は、平行光として入射したレーザ光の一部を記録情報に応じた画素パターンの記録光Sに変調する中央画素領域31と、その余のレーザ光の一部を参照光Rとして出射する周辺画素領域32とに分けられている。中央画素領域31と周辺画素領域32との間には、レーザ光を遮光して境界をなすように遮光領域33が設けられている。この周辺画素領域32の画素ピッチTは、中央画素領域31の画素ピッチtよりも物理的に大きい。つまり、周辺画素領域32は、中央画素領域31よりも画素が大きく形成されている。また、周辺画素領域32の画素については、同図の円内に示すように、隣接する画素間で半波長相当の位相差を生じるように凹凸状に形成されている。たとえば、隣接する画素の高低差hは、レーザ光の波長がλの場合、λ/2程度となる。このような空間光変調器3から出射した記録光Sおよび参照光Rは、記録時に同一の対物レンズ4を通ってホログラム記録媒体Bに照射される。再生時の場合、中央画素領域31の全画素が光を透過させないオフ状態とされ、これにより周辺画素領域32を介して参照光Sだけが照射される。なお、特に図示しないが、中央画素領域31の画素についても、凹凸状に形成されているものとしてもよい。
記録用の対物レンズ4は、図3に示すように、記録光Sおよび参照光Rをホログラム記録媒体Bの記録層91に対して集光させる。この対物レンズ4は、できる限り照射面積が小さくなるように設計されており、たとえば開口数が比較的大きな0.7程度となっている。記録光Sは、対物レンズ4の中心部付近を通ってホログラム記録媒体Bに照射される。そのため、記録光Sの入射角は比較的小さい。その一方、参照光Rは、対物レンズ4の周辺部付近を通って照射されるため、入射角が比較的大きくなる。たとえば参照光Rの入射角は、最大で45度程度となる。
再生用の対物レンズ5は、基本的に記録用の対物レンズ4と同じ光学特性をもち、再生時に生じた再生光Pを撮像素子6へと導く。
撮像素子6は、たとえばCCDエリアセンサあるいはCMOSエリアセンサからなる。この撮像素子6は、受光した再生光Pをデジタル信号に変換し、ホログラム記録媒体Bにホログラムとして記録された2次元的な情報を読み出す。
次に、ホログラム記録装置Aの作用について説明する。
記録時において、光源1からのレーザ光は、コリメータレンズ2を通って空間光変調器3に入射する。空間光変調器3の中央画素領域31においては、記録情報に応じて各画素がオンオフ状態とされ、これにより所定の画素パターンからなる記録光Sが生成される。
一方、空間光変調器3の周辺画素領域32においては、位相差0に相当する画素と位相差πに相当する画素のうち、所定の画素をオン状態とすることで所定の位相パターンからなる参照光Rが生成される。所定の位相パターンとしては、たとえばウォルシュ・アダマール変換の行列式に応じたパターンが挙げられる。このような位相パターンを変化させることにより、いわゆる位相多重記録を行うことができる。
このとき、参照光Rは、周辺画素領域32の画素の大きさ(画素ピッチT)に応じた回折光として対物レンズ4へと導かれ、記録光Sは、中央画素領域31の画素の大きさ(画素ピッチt)に応じた回折光として対物レンズ4へと導かれる。各画素からの回折光は、画素ピッチが大きくなるほど回折角が小さくなり、これにより光束密度が大きくなる。そのため、参照光Rは、記録光Sに比べて大きな入射角でホログラム記録媒体Bに照射されるものの、ある程度の光強度をもって参照光Rと干渉させられる。
これは、記録光Sの光束幅Wsに対して参照光Rの光束幅Wrを従来よりも小さくすることができることを意味する。このように参照光Rの光束幅Wrを小さくすると、ホログラム記録媒体Bにおいて記録光Sと参照光Rが重ならない無駄露光領域がより小さくなる。そのため、無駄露光領域とともに全体の照射面積についても小さくなり、ひいてはホログラムの記録密度を高めることができる。
図4には、本実施形態のホログラム記録装置Aと等価な光学系を示し、図5には、図4の光学系を用いた実験結果を示す。
図4に示す光学系A’は、全画素が均一な大きさで形成された空間光変調器3’と、これと記録用の対物レンズ4との間に配置された開口フィルタFとを備えて構成される。空間光変調器3’と対物レンズ4との間には、開口フィルタFを挟むようにレンズ群L1が配置されており、再生用の対物レンズ5と撮像素子6との間にも、レンズ群L2,L3が配置されている。
本実施形態の構成のように、空間光変調器3の中央画素領域31よりも周辺画素領域32の画素を大きくするということは、光学系A’において開口フィルタFのアパーチャ倍率を小さくすることと光学的には同じ作用効果を生じる。ここで、開口フィルタFの開口半径をX、レーザ光の波長をλ、レンズ群L1の焦点距離(空間光変調器3とレンズ群L1との間隔に相当)をf、空間光変調器3’の画素ピッチをTとした場合、開口フィルタFによる0次回折光と1次回折光との間隔がλ・f/Tで表される。上記アパーチャ倍率とは、このλ・f/Tに対する開口半径Xの割合を倍率で示したものである。このアパーチャ倍率は、周辺画素領域32の画素ピッチTに対する中央画素領域31の画素ピッチtの割合とみなすことができる。
このような光学系A’においてアパーチャ倍率を変更する実験を行った。空間光変調器3’は、画素数が40000であり、各画素から再生信号が得られるものとする。図5に実験結果を示すように、アパーチャ倍率が0.4以上では、撮像素子6から出力される再生信号のSNRが実用的に再生しうるレベルにあり、エラー個数も許容範囲内にある。つまり、アパーチャ倍率が0.4未満となると、解像限界を超えてしまうこととなる。このような観点に基づき、本実施形態の構成としては、周辺画素領域32の画素ピッチTに対する中央画素領域31の画素ピッチtの割合(t/T)が0.4以上でなければならない。これを画素面積に置き換えて考えると、中央画素領域31の平均画素面積をSs、周辺画素領域32の平均画素面積をSrとした場合、これらの平均画素面積Ss,Srについては、Ss<Sr<Ss/0.4/0.4(6.25Ss)といった関係を満たさなければならない。そのため、本実施形態の構成としては、周辺画素領域32の平均画素面積Srが中央画素領域31の平均画素面積Ssよりも大きいものの、再生時の解像限界から平均画素面積Srが平均画素面積Ssの6.25倍以上とならないように設定されている。
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Aによれば、コアキシャル方式に適した対物レンズ4によって参照光Rの入射角が比較的大きくなるものの、ホログラム記録媒体Bにおける参照光Rの光強度を所要のレベルに保つことができるので、記録光Sと参照光Rとを良好に干渉させることができ、ひいてはホログラムを高解像度で記録することができる。
また、参照光Rの光強度を所要のレベルとしつつも従来に比べて無駄露光領域を小さくすることができるので、ホログラムを記録する際の照射面積をできる限り小さくすることができ、ひいては記録密度の向上を図ることができる。
図6は、本発明に係るホログラム記録装置の他の実施形態を示している。なお、先述した実施形態と同一または類似の構成要素については、同一の符号を付している。図面に示されない構成要素については、先述した実施形態と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
図6に示すホログラム記録装置の空間光変調器3は、周辺画素領域が内側の第1環状領域32Aと外側の第2環状領域32Bとに分けられている。第1および第2環状領域32A,32Bの画素ピッチT1,T2は、いずれも中央画素領域31の画素ピッチtよりも大きい。また、第2環状領域32Bの画素ピッチT2は、第1環状領域32Aの画素ピッチT1よりも大きく形成されている。また、先述した解像限界の観点から、本実施形態の構成としても、最大となる周辺画素領域32Bの平均画素面積Srが中央画素領域31の平均画素面積Ssの6.25倍以上とならないように設定されている。
このような構成のホログラム記録装置によれば、入射角がより大きくなる外側の第2環状領域32Bほど画素ピッチT2が大きく形成されているので、第2環状領域32Bからの参照光Rの光強度を所要のレベルに保ちつつも、その光束幅をより小さくすることができる。そのため、より一層無駄露光領域を小さくすることができる。
また、第1環状領域32Aからの参照光Rと第2環状領域32Bからの参照光Rとでは、入射角が若干異なるので、これら第1および第2環状領域32A,32Bを交互に制御することでいわゆる角度多重記録を行うことができ、ホログラムの多重度をより高めて記録密度を高めることができる。
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。
第1環状領域および第2環状領域は、たとえば同程度の画素ピッチとしてこれらの間に遮光領域を設けるようにしてもよい。また、これら第1環状領域と第2環状領域との間や、あるいは中央画素領域と周辺画素領域との間には、遮光領域を設けないようにしてもよい。
本発明は、以下の付記を有する。
(付記1)
光源からの光を空間光変調器で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記空間光変調器は、複数の画素からなる光変調領域を有し、上記光変調領域は、上記光源からの光の一部を上記記録光として上記対物レンズへと導く中央画素領域と、その余の光あるいはその一部を上記参照光として上記対物レンズへと導く周辺画素領域とに分けられており、かつ、上記周辺画素領域を構成する複数の画素には、上記中央画素領域を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
光源からの光を空間光変調器で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記空間光変調器は、複数の画素からなる光変調領域を有し、上記光変調領域は、上記光源からの光の一部を上記記録光として上記対物レンズへと導く中央画素領域と、その余の光あるいはその一部を上記参照光として上記対物レンズへと導く周辺画素領域とに分けられており、かつ、上記周辺画素領域を構成する複数の画素には、上記中央画素領域を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
(付記2)
上記周辺画素領域はさらに、複数の領域に区分されており、これらの領域は、外側のものほど大きな画素が含まれている、付記1に記載のホログラム記録装置。
上記周辺画素領域はさらに、複数の領域に区分されており、これらの領域は、外側のものほど大きな画素が含まれている、付記1に記載のホログラム記録装置。
(付記3)
上記周辺画素領域を構成する複数の画素の平均面積は、上記中央画素領域を構成する複数の画素の平均面積よりも大きくなっている、付記1に記載のホログラム記録装置。
上記周辺画素領域を構成する複数の画素の平均面積は、上記中央画素領域を構成する複数の画素の平均面積よりも大きくなっている、付記1に記載のホログラム記録装置。
(付記4)
上記中央画素領域と上記周辺画素領域との間には、遮光領域が設けられている、付記1ないし3のいずれかに記載のホログラム記録装置。
上記中央画素領域と上記周辺画素領域との間には、遮光領域が設けられている、付記1ないし3のいずれかに記載のホログラム記録装置。
(付記5)
上記周辺画素領域は、隣接する画素間で所定の位相差を生じるように凹凸状に形成されている、付記1ないし4のいずれかに記載のホログラム記録装置。
上記周辺画素領域は、隣接する画素間で所定の位相差を生じるように凹凸状に形成されている、付記1ないし4のいずれかに記載のホログラム記録装置。
(付記6)
上記中央画素領域の平均画素面積をSs、上記周辺画素領域の平均画素面積をSrとした場合、これらの平均画素面積Ss、Srは、Ss<Sr<6.25Ssとなる関係を満たしている、付記1ないし5のいずれかに記載のホログラム記録装置。
上記中央画素領域の平均画素面積をSs、上記周辺画素領域の平均画素面積をSrとした場合、これらの平均画素面積Ss、Srは、Ss<Sr<6.25Ssとなる関係を満たしている、付記1ないし5のいずれかに記載のホログラム記録装置。
A ホログラム記録装置
B ホログラム記録媒体
S 記録光
R 参照光
1 光源
3 空間光変調器
4 記録用の対物レンズ
30 光変調領域
31 中央画素領域
32 周辺画素領域
32A 第1環状領域
32B 第2環状領域
33 遮光領域
B ホログラム記録媒体
S 記録光
R 参照光
1 光源
3 空間光変調器
4 記録用の対物レンズ
30 光変調領域
31 中央画素領域
32 周辺画素領域
32A 第1環状領域
32B 第2環状領域
33 遮光領域
Claims (5)
- 光源からの光を空間光変調器で記録光と参照光とに分け、これら記録光および参照光を同一の対物レンズを通してホログラム記録媒体に照射することによりホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
上記空間光変調器は、複数の画素からなる光変調領域を有し、
上記光変調領域は、上記光源からの光の一部を上記記録光として上記対物レンズへと導く中央画素領域と、その余の光あるいはその一部を上記参照光として上記対物レンズへと導く周辺画素領域とに分けられており、かつ、
上記周辺画素領域を構成する複数の画素には、上記中央画素領域を構成する複数の画素よりも大きな画素が含まれていることを特徴とする、ホログラム記録装置。 - 上記周辺画素領域はさらに、複数の領域に区分されており、これらの領域は、外側のものほど大きな画素が含まれている、請求項1に記載のホログラム記録装置。
- 上記周辺画素領域を構成する複数の画素の平均面積は、上記中央画素領域を構成する複数の画素の平均面積よりも大きくなっている、請求項1に記載のホログラム記録装置。
- 上記中央画素領域と上記周辺画素領域との間には、遮光領域が設けられている、請求項1ないし3のいずれかに記載のホログラム記録装置。
- 上記周辺画素領域は、隣接する画素間で所定の位相差を生じるように凹凸状に形成されている、請求項1ないし4のいずれかに記載のホログラム記録装置。
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