JP2011174989A - ホログラフィック記録装置及び要素ホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な光学系で要素ホログラムを形成するホログラフィック記録装置及び要素ホログラム記録方法を提供する。
【解決手段】ホログラフィック記録媒体１４の記録層１５に対して、その一方の面側から斜めに平面波である参照光を入射し、記録層１５を透過した参照光を空間変調して信号光とし、この信号光をフーリエ変換レンズ３８により記録層１５と参照光との交差する位置に合焦する球面波として、ホログラフィック記録媒体１４の他方の面側から記録層１５に入射して、参照光と干渉させ、要素ホログラムを記録する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィック記録媒体に要素ホログラムを記録するためのホログラフィック記録装置及び要素ホログラム記録方法に関する。

従来、要素ホログラムを用いて３次元画像を表示する技術は良く知られている。この際に、要素ホログラムを記録する技術としては、例えば特許文献１に開示されるように、画像情報を有する物体光の集束光と、参照光の平面波とを、ホログラフィック記録媒体における記録層中で干渉させ、要素ホログラムを形成することが知られている。

この特許文献１記載の要素ホログラム形成方法では、レーザ光源から出射した光をビームスプリッタにより、物体光と参照光とに分離し、これらを、ホログラフィック記録媒体の両側から入射して、記録層中で干渉させるようにしている。

特開平０３−２４９６８６号公報

上記特許文献１に開示された技術では、ビームスプリッタで分離した物体光と参照光の２光束を、ホログラフィック記録媒体の上下に配置された物体光学系及び参照光学系により記録層の両側から入射させる構成であるために、光学系が複雑になり、且つそれぞれの装置容積も大きくなってしまうという問題点がある。更に、光学系が複雑であるために、光軸のアライメントが容易ではなく、結果として要素ホログラムによる３次元画像の形成が高コストとなってしまうという問題点がある。

本発明は、簡単な光学系で、装置容積を大きくすることなく、且つ低コストで要素ホログラムを形成することができるホログラフィック記録装置及び要素ホログラム記録方法を提供することを目的とする。

本発明は、下記の実施例により上記課題を解決することができる。

（１）ホログラフィック記録媒体の記録層に対して、一方の面側から平面波である参照光を斜めに入射させる参照光学系と、前記記録層を透過した参照光を空間変調して信号光とする空間光変調器、及び、前記信号光を、前記記録層と前記参照光とが交差する位置に合焦する球面波とするフーリエ変換レンズを備えた情報光学系と、を有してなり、前記参照光学系と前記情報光学系とは、前記ホログラフィック記録媒体を間にして配置され、平面波である前記参照光と球面波である前記信号光とを前記記録層中で干渉させて要素ホログラムを形成するホログラフィック記録装置。

（２）前記情報光学系は、前記記録層を透過した参照光を発散光として反射する凹面鏡と、この凹面鏡により反射された前記発散光を平行光とするレンズとを有し、前記空間光変調器は、前記平行光の光路に配置され、該平行光を信号光に変調するようにされたことを特徴とする（１）に記載のホログラフィック記録装置。

（３）前記情報光学系は、前記記録層を透過した参照光を発散光として反射する凹面鏡と、この凹面鏡により反射された前記発散光又はこの発散光から形成された平行光のいずれかを反射するとき空間変調して信号光とする反射型空間光変調器と、を有することを特徴とする（１）に記載のホログラフィック記録装置。

（４）ホログラフィック記録媒体の記録層に対して、その一方の面側から斜めに平面波である参照光を入射する過程と、前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程と、前記信号光を、フーリエ変換レンズにより、前記記録層と前記参照光との交差する位置に合焦する球面波として、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側から前記記録層に入射して、前記参照光と干渉させる過程と、を有することを特徴とする要素ホログラム記録方法。

（５）前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程は、前記ホログラフィック記録媒体を透過した参照光を、凹面鏡により反射して発散光とする過程と、前記発散光を、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側に向けて反射し、且つ、この反射光を平行光として、空間変調器を透過させて信号光とする過程と、を有してなることを特徴とする（４）に記載の要素ホログラム記録方法。

（６）前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程は、前記ホログラフィック記録媒体を透過した参照光を、凹面鏡により反射して発散光とする過程と、前記発散光又はこの発散光から形成された平行光のいずれかを、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側に向けて、反射型空間光変調器により反射して信号光とする過程と、を有してなることを特徴とする（４）に記載の要素ホログラム記録方法。

この発明は、光分離素子を用いたりすることなく、簡単に、要素ホログラムを形成することができるという効果を奏する。

本発明の実施例１に係るホログラフィック記録装置を示す光学系統図 本発明の実施例１に係るホログラフィック記録装置における制御系を示すブロック図 同実施例１のホログラフィック記録装置の要部を拡大して示す断面図 本発明の実施例２に係るホログラフィック記録装置の要部を拡大して示す図３と同様の断面図

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

実施例１に係るホログラフィック記録装置１０は、図１に示されるように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のレーザ光を出射するレーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂを含むレーザユニット１２と、ホログラフィック記録媒体１４と、前記３色のレーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂからのレーザ光を参照光として記録層１５にその一方の面側（図１において上面側）から入射させ、この入射光の他方の面側（下面側）への透過光を情報が付与された信号光とし、これをホログラフィック記録媒体１４の他方の面側（下面側）から記録層１５に入射させて参照光との干渉を生じるようにした光学ユニット１６と、レーザユニット１２及び光学ユニット１６を制御するための制御ユニット１８と、を備えて構成されている。

光学ユニット１６は、参照光学系ユニット２０と情報光学系ユニット２２とから構成されている。参照光学系ユニット２０は、レーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂからの出射光の光路上に、これらに対応して配置された参照光学系２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂから構成されている。

参照光学系２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、それぞれ、レーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂからのレーザ光に対応してレーザダイオード側から、１／２波長板２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂと、偏光フィルタ２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂとを備えて構成されている。

又、これら参照光学系２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、図１に示されるように、ホログラフィック記録媒体１４の記録層１５に対して、該ホログラフィック記録媒体１４の一方の面側から、斜めに、レーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２ＢからのＲ、Ｇ、Ｂの三色のレーザ光を、平面波の参照光として入射するように構成されている。

１／２波長板２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂはそれぞれ、タイミングコントローラ２８（説明後述）により駆動されるようになっている。ホログラフィック記録媒体１４は、基板１４Ａ上にＢ、Ｒ、Ｇの三色のレーザ光に対応して、Ｂ層１５Ｂ、Ｇ層１５Ｇ、Ｒ層１５Ｒをこの順で積層した記録層１５を設けたものである。

情報光学系ユニット２２は、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光に対応する、情報光学系２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂから構成されている、又、情報光学系２２Ｒは、レーザダイオード１２Ｒから出射して、記録層１５を透過した参照光を図１において斜め下向きに反射させる凹面鏡３０Ｒと、この凹面鏡３０Ｒによって反射されて形成された拡散光を図１において上向きに反射する平面鏡３２Ｒと、平面鏡３２Ｒで反射された拡散光を平行光とするコリメータレンズ３４Ｒと、このコリメータレンズ３４Ｒにより形成された平行光の光路中に配置され、該平行光に情報を付与して信号光とする空間光変調器（以下ＳＬＭ）３６Ｒと、この信号光を、参照光学系２０Ｒにより導かれたレーザダイオード１２Ｒの出射光とＲ層１５Ｒとの交点に合焦する球面波とするフーリエ変換レンズである対物レンズ３８Ｒとを備えて構成されている。

他の情報光学系２２Ｇ及び２２Ｂは、情報光学系２２Ｒとほぼ同一の構成であり、情報光学系２２Ｒの構成要素である符号３０Ｒ、３２Ｒ、３４Ｒ、３６Ｒ、３８ＲのそれぞれのＲをＧ又はＢに変えて記載し、説明を省略するものとする。

ホログラフィック記録媒体１４は、Ｘ／Ｙステージ４０によって同一平面内で、光学ユニット１６に対してＸ／Ｙ方向に駆動されるようになっている。

次に、図１及び図２を参照して、制御ユニット１８について説明する。

制御ユニット１８は、図１に示されるように、システムコントローラ４２と、タイミングコントローラ２８とから構成されている。

レーザユニット１２のレーザダイオード１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに対してレーザパルスコントロール信号を出力して、Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光の発光タイミング、パルス数制御による記録パワーの制御をするようにされている。

又、タイミングコントローラ２８は、Ｘ／Ｙステージ４０に、ホログラフィック記録媒体１４のＸＹ平面（上面又は下面と平行な平面）における位置を制御するステージコントロール信号を出力するようにされ、且つ、１／２波長板２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂに対して、これを駆動することによって、レーザ光の記録パワーを設定するパワーセッティング信号を出力するようにされている。

システムコントローラ４２は、ＳＬＭ３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂに対して、表示するイメージの信号、即ち、イメージデータ信号を出力するためのシグナルプロセッサ４２Ａと、このシグナルプロセッサ４２Ａ、タイミングコントローラ２８及びレーザユニット１２を制御するための制御ソフトを有する制御ソフトウェア格納部４２Ｂと、この制御ソフトウェア格納部４２Ｂに対して出力するイメージ信号を格納するイメージファイル４２Ｃと、を備えている。

次に、図１、図３を参照して、レーザダイオード１２Ｒから出力されたレーザ光により、Ｒ層１５Ｒに要素ホログラムを形成する過程について説明する。

レーザダイオード１２Ｒから出力された赤色のレーザ光は、１／２波長板２４Ｒ及び偏光フィルタ２６Ｒを経て、平面波である参照光となり、ホログラフィック記録媒体１４の上面側から記録層１５におけるＲ層１５Ｒ、更に、Ｇ層１５Ｇ、Ｂ層１５Ｂ、基板１４Ａを透過して、下面側に出射する。

下面側に出射した参照光は、凹面鏡３０Ｒで反射されて、斜め下向きの発散光となり、これが、平面鏡３２Ｒで反射されて、更にビーム径が拡大した状態で、コリメータレンズ３４Ｒにおいて平行光に変換される。

この平行光は、ＳＬＭ３６Ｒにおいて、シグナルプロセッサ４２Ａからのイメージデータ信号に基づいて、赤色のイメージを形成し、このＳＬＭ３６Ｒを通過することによって、前記平行光は情報が付与されて、赤色の信号光となり、この信号光は、フーリエ変換レンズである対物レンズ３８Ｒによって球面波となり、前記参照光がＲ層１５Ｒを透過する又はＲ層１５Ｒと交差する点において合焦され、これにより平面波である参照光と、Ｒ層１５Ｒ内で干渉し、ここで要素ホログラムを形成する。

レーザダイオード１２Ｇから出力される緑色のレーザ光により、Ｇ層１５Ｇに要素ホログラムを形成する過程及びレーザダイオード１２Ｂから出力される青色のレーザ光によってＢ層１５Ｂに要素ホログラムを形成する過程は、上記Ｒ層１５Ｒに要素ホログラムを形成する過程と同一であるので、説明は省略する。

Ｒ層１５Ｒ、Ｇ層１５Ｇ及びＢ層１５Ｂに要素ホログラムを形成した後は、Ｘ／Ｙステージ４０により、ホログラフィック記録媒体１４をＸＹ平面に沿って移動させ、次の記録ポイントで、前記と同様に順次又は同時にＲ、Ｇ、Ｂの色の要素ホログラムをＲ層１５Ｒ、Ｇ層１５Ｇ及びＢ層１５Ｂにそれぞれ記録していく。

上記ホログラフィック記録媒体１４に記録されたホログラム画像を再生する場合は、参照光学系２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの光路に沿って再生用の白色レーザ光を、記録層１５に入射する。

白色光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光を含む擬似的な平行光であるので、記録時の平面波である参照光の波面に近く、良好なホログラム画像を再生することができる。

この実施例１に係るホログラフィック記録装置及び要素ホログラム形成方法では、２光束を用いることなく、１本の光束をホログラフィック記録媒体の一方の面側及び他方の面側から入射させているので、光学系が簡単になり、従って装置容積も小さくすることができる。

特に、実施例１では、凹面鏡３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを用いているので、光路長を長くすることなく、参照光を発散光にすることができる。又、凹面鏡をＳＬＭやフーリエ変換レンズに接近して設けることができ、これによって装置容積を更に小さくすることができる。

なお、実施例１では、凹面鏡３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂにより発散光を形成しているが、凹面鏡に代えて、ビームエキスパンダにより参照光のビーム径を拡大してもよい。

更に又、実施例１では、１本の光束のみを用いているので、レーザダイオードから出射されたレーザ光は、すべて参照光として記録層１５に入射し、記録層１５を透過した参照光も、記録層１５での減衰の残り全てが信号光として利用できるので、光の利用効率が高い。

次に、図４を参照して、本発明の実施例２に係るホログラフィック記録装置５０について説明する。

このホログラフィック記録装置５０は、前記ホログラフィック記録装置１０の平面鏡３２Ｒを反射型ＳＬＭ５２Ｒとし、情報光学系２２ＲにおけるＳＬＭ３６Ｒ及びコリメータレンズ３４Ｒを取り除き、且つ、コリメータレンズ５４Ｒを、凹面鏡３０Ｒと反射型ＳＬＭ５２Ｒとの間の位置の光路に配置した構成の情報光学系５６Ｒを設けたものである。

他の構成は、ホログラフィック記録装置１０と同一であるので、同一部分に同一符号を付することにより説明を省略する。なお、図４には、赤色レーザ光に関する情報光学系５６Ｒのみを示しているが、この構成は、緑色レーザ光および青色レーザ光の情報光学系にも適用されるものである。

この実施例２では、凹面鏡３０Ｒにより反射された発散光は、コリメータレンズ５４Ｒにより平行光とされてから、反射型ＳＬＭ５２Ｒに入射し、ここで、ホログラフィック記録媒体１４方向に垂直に入射するように反射され、且つ反射の際に、シグナルプロセッサ４２Ａから入力されたイメージデータによる画像情報が付与されて、平行光は信号光となり、前記実施例１の場合と同様に、記録層１５におけるＲ層１５Ｒに入射して、ここで参照光と干渉し、要素ホログラムを形成する。

１０、５０…ホログラフィック記録装置
１２…レーザユニット
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ…レーザダイオード
１４…ホログラフィック記録媒体
１５…記録層
１６…光学ユニット
１８…制御ユニット
２０…参照光学系ユニット
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ…参照光学系
２２…情報光学系ユニット
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、５６Ｒ…情報光学系
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ…１／２波長板
２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ…偏光フィルタ
２８…タイミングコントローラ
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ…凹面鏡
３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ…平面鏡
３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂ、５４Ｒ…コリメータレンズ
３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂ、５２Ｒ…空間光変調器（ＳＬＭ）
３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂ…対物レンズ（フーリエ変換レンズ）
４０…Ｘ／Ｙステージ

Claims (6)

1. ホログラフィック記録媒体の記録層に対して、一方の面側から平面波である参照光を斜めに入射させる参照光学系と、
   前記記録層を透過した参照光を空間変調して信号光とする空間光変調器、及び、前記信号光を、前記記録層と前記参照光とが交差する位置に合焦する球面波とするフーリエ変換レンズを備えた情報光学系と、を有してなり、
   前記参照光学系と前記情報光学系とは、前記ホログラフィック記録媒体を間にして配置され、平面波である前記参照光と球面波である前記信号光とを前記記録層中で干渉させて要素ホログラムを形成するホログラフィック記録装置。
2. 請求項１において、
   前記情報光学系は、前記記録層を透過した参照光を発散光として反射する凹面鏡と、この凹面鏡により反射された前記発散光を平行光とするレンズとを有し、前記空間光変調器は、前記平行光の光路に配置され、該平行光を信号光に変調するようにされたことを特徴とするホログラフィック記録装置。
3. 請求項１において、
   前記情報光学系は、前記記録層を透過した参照光を発散光として反射する凹面鏡と、この凹面鏡により反射された前記発散光又はこの発散光から形成された平行光のいずれかを反射するとき空間変調して信号光とする反射型空間光変調器と、を有することを特徴とするホログラフィック記録装置。
4. ホログラフィック記録媒体の記録層に対して、その一方の面側から斜めに平面波である参照光を入射する過程と、
   前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程と、
   前記信号光を、フーリエ変換レンズにより、前記記録層と前記参照光との交差する位置に合焦する球面波として、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側から前記記録層に入射して、前記参照光と干渉させる過程と、を有することを特徴とする要素ホログラム記録方法。
5. 請求項４において、前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程は、
   前記ホログラフィック記録媒体を透過した参照光を、凹面鏡により反射して発散光とする過程と、
   前記発散光を、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側に向けて反射し、且つ、この反射光を平行光として、空間変調器を透過させて信号光とする過程と、を有してなることを特徴とする要素ホログラム記録方法。
6. 請求項４において、前記ホログラフィック記録媒体を透過した前記参照光を空間変調して信号光とする過程は、
   前記ホログラフィック記録媒体を透過した参照光を、凹面鏡により反射して発散光とする過程と、
   前記発散光又はこの発散光から形成された平行光のいずれかを、前記ホログラフィック記録媒体の他方の面側に向けて、反射型空間光変調器により反射して信号光とする過程と、
   を有してなることを特徴とする要素ホログラム記録方法。

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