JP2016058117A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、ホログラフィックメモリの記録容量を向上するためのホログラム装置、ホログラム光学系を提供することを目的とする。【解決手段】ホログラフィを利用して情報を光情報記録媒体に記録または再生する光情報記録再生装置であって、光ビームを出射する光源部と、前記光源部から出射した光ビームを第一の光ビームと第二の光ビームに分岐する分岐部と、前記第一の光ビームの収束光を光情報記録媒体に照射するための第一のレンズ部と、前記光情報記録媒体内の前記第一の光ビームと略同じ位置に前記第二の光ビームを入射させ、かつ、前記光情報記録媒体に入射する前記第二の光ビームの入射角度を変える光路角度可変部と、前記光情報記録媒体に入射する光ビームの前記光情報記録媒体に対する角度に応じて前記光情報記録媒体に入射する光ビームの位置をシフトする光路シフト部と、を備えることにより上記目的を達成できる。【選択図】 図２

Description

本発明は、ホログラフィを利用して情報を光情報記録媒体に記録または再生する技術に関する。

本技術分野の背景技術として、例えば特開２００６−２３４４５号（特許文献１）がある。本公報には課題として「角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録材料を照射する面積を常に一定にすること。」と記載があり、解決手段として「参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角度を変化させるためにスキャンミラー１２の角度を変化させる際に、スリット１１も連動してその角度を変化させることにより、参照光２００の入射角度の変化によりホログラム記録材料１５上の照射範囲が変化せずに一定になるように参照光２００のビーム径をスリット１１により変化させる。これにより、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光２００の入射角度が変化してもこの参照光２００がホログラム記録材料１５を照射する面積を常に一定にすることができる。」と記載されている。また、特開２００６−７８９４２（特許文献２）には課題として「早いスキャンスピード及び小型軽量な構成を損なうことなく、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録材料を照射する面積を機械的な摩耗を伴わずに常に一定にすること。」と記載があり、解決手段として「回折格子１１１とホログラム記録材料１４をレンズ１２、１３から成るテレセントリック光学系を介して互いに結像関係にあるように配置すれば、回折格子１１１により参照光２００の入射角度を変化させてホログラム記録材料１４への入射角度を変化させても、回折格子１１１とホログラム記録材料１４が結像関係にあるため、参照光２００が照射するホログラム記録材料１４の照射面積を一定にすることができる。しかも、この効果を早いスキャンスピード及び小型軽量な構成を損なうことなく、且つ機械的な摩耗を伴わずに実現できる。」と記載されている。

特開２００６−２３４４５ 特開２００６−７８９４２

ホログラフィックメモリは、信号光と参照光とを干渉させ、その干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録するシステムである。例えば、２光束角度多重方式では、光情報記録媒体上の同一位置に参照光の入射角度を変えてホログラムの多重記録を行う。そして、再生時には、参照光を記録時と同じ入射角度で光情報記録媒体に入射し、ホログラムから回折した再生光を撮像素子で検出することで光情報記録媒体に記録された情報を再生する。

一般的にホログラフィックメモリでは、多重数を増やす、光情報記録媒体上のホログラムのサイズを小さくすることで記録密度を向上できる。そして、２光束角度多重方式では、媒体上の隣り合うホログラムの距離を小さくすることで、さらに記録密度を向上することができる。ただし、２光束角度多重方式において記録密度を向上するためには以下のような課題がある。

２光束角度多重方式は、参照光の媒体入射角度を変えて記録または再生を行うため、入射角度に応じて媒体上の照射面積が変化する。それに対し、信号光は変化しないため、参照光の入射角度が大きくなると無駄な露光が増えてしまい、記録材料を感光させてしまう。この結果、多重数を増やせない、隣り合うホログラムの距離を小さくできない、もしくはその両方のために記録容量が低下してしまうという課題がある。

この課題を解決するために、特許文献１、特許文献２では、光情報記録媒体への入射角度に応じて入射する参照光の大きさを変えることで、無駄な露光を抑制している。このように、参照光の入射角度に応じて参照光の大きさを最適化すると、記録密度の向上が望める。ただし、さらなる記録密度向上のためには、入射角度に伴う参照光の光情報記録媒体上の位置ずれを考慮する必要がある。

光情報記録媒体上の位置が入射角度に応じて変化すると、それを考慮した参照光有効径としなければならない。これにより、不要な露光が発生し、記録密度が低下してしまう。このため、記録密度向上のためには参照光の位置ずれの補正が必要となる。それに関しては、特許文献１、特許文献２には具体的な記載はない。

そこで、本発明では、ホログラフィックメモリの記録容量を向上するためのホログラム装置、ホログラム光学系を提供することを目的とする。

上記目的は、一例として、下記の構成によって達成できる。

ホログラフィを利用して情報を光情報記録媒体に記録または再生する光情報記録再生装置であって、光ビームを出射する光源部と、前記光源部から出射した光ビームを第一の光ビームと第二の光ビームに分岐する分岐部と、前記第一の光ビームの収束光を光情報記録媒体に照射するための第一のレンズ部と、前記光情報記録媒体内の前記第一の光ビームと略同じ位置に前記第二の光ビームを入射させ、かつ、前記光情報記録媒体に入射する前記第二の光ビームの入射角度を変える光路角度可変部と、前記光情報記録媒体に入射する光ビームの前記光情報記録媒体に対する角度に応じて前記光情報記録媒体に入射する光ビームの位置をシフトする光路シフト部と、を備える。

本発明によれば、ホログラフィックメモリの記録容量を向上するためのホログラム装置、ホログラム光学系を提供することができる。

実施例１におけるホログラム記録再生装置を示す図である。 実施例１における光学系を示す図である。 実施例１における光情報記録媒体上での参照光の位置ずれを説明する図である。 実施例１における光情報記録媒体上での参照光の位置ずれ量を示す図である。 実施例１における光路シフト素子を説明する図である。 実施例１における光路シフト素子の効果を説明する図である。 実施例２における光学系を示す図である。 実施例２におけるウェッジプリズムの効果を示す図である。 実施例２における光路シフト素子の効果を説明する図である。 実施例３における光学系を示す図である。 実施例４における光学系を示す図である。 実施例５における光学系を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施例に係るホログラム記録再生装置の全体的な構成を示したものである。ホログラム記録再生装置は、例えば図２に示すような構成の光ピックアップ装置６０、位相共役光学系５１２、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系５１３、光情報記録媒体駆動素子７０を備えている。

光ピックアップ装置６０は、参照光と信号光を光情報記録媒体３００に出射してホログラムを利用してデジタル情報を記録する役割を果たす。この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介して光ピックアップ装置６０内の空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。光情報記録媒体３００に記録した情報を再生する場合は、光ピックアップ装置６０から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系５１２によって生成する。ここで、位相共役光学系５１２とは、例えば図２の場合にはガルバノミラー５０を示す。また位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。

位相共役光によって再生される再生光を光ピックアップ装置６０内の撮像素子５３によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。光情報記録媒体３００に照射する参照光と信号光の照射時間は、光ピックアップ装置６０内のシャッタ１３の開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系５１３は、光情報記録媒体３００のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を果たす。ここでプリキュアとは、光情報記録媒体３００内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程の事である。またポストキュアとは、光情報記録媒体３００内の所望の位置に情報を記録した後、所望の位置を追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程の事である。

光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流が光ピックアップ装置６０、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系５１３内の光源に供給され、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光することができる。

なお、光ピックアップ装置６０、位相共役光学系５１２、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系５１３は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつにまとめて簡素化しても構わない。

図２は、本実施例の２光束角度多重方式のホログラム記録再生装置内の光ピックアップ装置６０と位相共役光学系５１２の光学系を示したものである。図２を用いて本実施例の記録または再生方法について説明する。まず、本実施例の記録方法について説明する。

光源１１を出射した光ビームはコリメートレンズ１２を透過し、所望のビーム径に変換された後、シャッタ１３を通り、偏光可変素子１４に入射する。そして、光ビームは偏光可変素子１４によってＰ偏光成分とＳ偏光成分を含む偏光に変換される。偏光可変素子１４は記録または再生に応じて所定の偏光に変換する素子である。本実施例では記録時にはＰ偏光成分とＳ偏光成分を含む偏光、再生時にはＳ偏光に変換する。

偏光可変素子１４を出射した光ビームはＰＢＳプリズム１５に入射し、Ｐ偏光成分は透過、Ｓ偏光成分は反射する。ここで、ＰＢＳプリズム１５を透過した光ビームを信号光、反射した光ビームを参照光と呼ぶ。ＰＢＳプリズム１５を透過した信号光は、ビームエキスパンダ２５によって所望のビーム径に変換される。ビームエキスパンダ２５を透過した信号光は、位相マスク２６、リレーレンズ２７、ＰＢＳプリズム２８を経て空間光変調器２９に入射する。空間光変調器２９は、信号光に２次元データを付加する光学素子である。

そして空間光変調器２９によって情報を付加された信号光は、ＰＢＳプリズム２８を反射し、リレーレンズ３０を経て開口１００に入射する。開口１００は、光記録媒体の記録密度を高めるため、空間光変調器５２で付加した信号光の高周波数成分を除去する目的で配置されている。開口１００を出射した信号光は対物レンズ３２を経て、光情報記録媒体３００内に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光は、ミラー３６、ミラー３７を経て、開口幅制御素子１３７に入射する。開口幅制御素子１３７は、高速に所定方向の参照光の幅を変化させる素子である。例えば、特許文献１記載のスリットを用いても良いし、２枚の遮光帯を物理的に駆動しても良い。本実施例では、２枚の遮光帯で説明を行う。

開口幅制御素子１３７を抜けた参照光は、ガルバノミラー３８、光路シフト素子１３８、スキャナレンズ３９を経て、光情報記録媒体３００に入射する。ここで、ガルバノミラー３８はミラーの角度を変えることが可能であり、参照光の光情報記録媒体への入射角度を変えることができる。そして、光路シフト素子１３８は、参照光の光情報記録媒体３００への入射角度変化に伴う光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを低減するための光学素子である。本実施例では、平行平板のガラスを用いている。また、スキャナレンズ３９は、ガルバノミラー３８を反射した所定角度の参照光を光情報記録媒体３００内の略同じ位置に所定角度で入射させることができるレンズである。このため、ガルバノミラー３８、光路シフト素子１３８、スキャナレンズ３９を用いることで略同じ位置に角度多重を実現することができる。

このとき、光情報記録媒体３００には、収束光の信号光と略平行光の参照光が、互いに重ね合うように入射されている。これにより、光情報記録媒体３００内には干渉縞が形成され、この干渉縞が光情報記録媒体３００内の記録材料にホログラムとして記録される。

そして、光情報記録媒体３００に情報が記録された後、シャッタ１３が閉じ、次に記録される情報が空間光変調器２９によって表示される。同時に、ガルバノミラー３８が微小量回転して、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度が変更される。また、このとき開口幅制御素子１３７が駆動し、参照光の大きさが変更される。その後、シャッタ１３が開くと、光情報記録媒体３００内の略同じ位置に、次の情報が記録される。これを繰り返して角度多重記録が行なわれる。そして、所定多重数になった場合には、光情報記録媒体３００の位置を移動し、さらに記録を行なう。ここで、略同じ位置に角度多重で記録されたそれぞれの情報をページと呼び、多重角度で記録された領域をブックと呼ぶ。

次に再生方法について説明する。光源１１を出射した光ビームはコリメートレンズ１２を透過し、所望のビーム径に変換された後、シャッタ１３を通り、偏光可変素子１４に入射する。そして、光ビームは偏光可変素子１４によってＳ偏光に変換され、ＰＢＳプリズム１５を反射する。ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光は、ミラー３６、ミラー３７、開口幅制御素子１３７、ガルバノミラー３８、光路シフト素子１３８、スキャナレンズ３９、光情報記録媒体３００を経てガルバノミラー５０に入射する。このとき、開口幅制御素子１３７は参照光の大きさが最大となるように設定されている。このようにすることで、参照光とブック等の相対位置ずれがあった場合であっても、参照光の大きさが大きいため、その影響を小さくできる。

ガルバノミラー５０は参照光がガルバノミラー５０に対して略垂直となるようコントローラ８９によって制御されており、入射した参照光は略反対方向に反射され、再度、光情報記録媒体３００に入射する。ここで、参照光が光情報記録媒体３００内の所定ブックに入射すると光情報記録媒体３００内のホログラムから回折光として再生光が発生する。また、このとき所定のブック以外の隣接ブックからも回折光が発生する。ここでは、隣接ブックからの回折光をその他回折光と呼ぶ。

再生光とその他回折光は、対物レンズ３２を経て、リレーレンズ３０内の開口１００に入射する。開口１００は、再生光とその他の回折光のうち、再生光のみが透過できるようになっている。開口１００を透過した再生光はリレーレンズ３０の片側、ＰＢＳプリズム２８を経て、撮像素子５３に入射する。撮像素子５３に入射した再生光に基づいて、再生画像データが生成される。

次にガルバノミラー３８が微小量回転して、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度が変更される。これにより、同じブック内の異なるページの画像データが再生される。そして、所定のページ数を再生し終わった場合には、光情報記録媒体３００の位置を移動し、次のブックの再生を行う。

ここで、本実施例の光路シフト素子１３８の効果について説明する。まず、従来の課題について説明する。

図３は、参照光の中心と光情報記録媒体３００の関係を示したものである。（Ａ）は、光情報記録媒体３００が無い場合、（Ｂ）は、光情報記録媒体３００を考慮した場合を示している。そして、光ビーム２００、光ビーム２０１、光ビーム２０２は、それぞれ参照光の中心光線を示しており、異なるページを記録または再生しているときの参照光の状態を示している。

ここで、図３（Ａ）は、光ビーム２００、光ビーム２０１、光ビーム２０２が一点で交わるのに対し、図３（Ｂ）は、光ビーム２００、光ビーム２０１、光ビーム２０２がずれてしまっていることがわかる。これは、光情報記録媒体３００による屈折が起こるためで、参照光は光情報記録媒体３００への入射角度に応じて位置が変化することを示している。以下、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを、参照光の位置ずれと呼ぶ。

図４は、光情報記録媒体３００内での参照光の中心光線位置の入射角度依存性のシミュレーション結果を示したものである。（Ａ）は、光情報記録媒体３００が無い場合、（Ｂ）は、光情報記録媒体３００を考慮した場合を示している。計算条件は以下となる。
[計算条件]
参照光入射角：４５±１８ｄｅｇ
光情報記録媒体３００ ガラスに記録材料を挟む構成
ガラス（入射側） 厚さ：１ｍｍ、
屈折率：１．５
記録材料 厚さ：２ｍｍ
屈折率：１．５
ガラス（出射側） 厚さ１ｍｍ
屈折率：１．５
ミラー回転中心：反射面上の参照光中心光線位置
光情報記録媒体３００中心（２．０ｍｍ）位置での位置ずれ量を計算
参照光入射角４５ｄｅｇの位置を基準として変化量を計算
上記条件下で参照光の位置ずれ量が最も小さくなるようスキャナレンズ３９と光情報記録媒体３００の距離を調整
図３で説明したように、光情報記録媒体３００がない場合には、参照光の位置ずれは小さいのに対し、光情報記録媒体３００を考慮した場合には、参照光の位置ずれが発生していることがわかる。なお、図４（Ａ）の位置ずれは、理想状態では発生せず、スキャナレンズ３９の設計に依存する。

このように、従来の構成では、光情報記録媒体３００上で参照光の位置ずれが発生するため、入射する参照光を大きくしなければならなくなり、それに伴って記録密度が低下してしまう課題がある。

以上の課題を解決するために、本実施例では、光学系に光路シフト素子１３８を搭載している。図５は、参照光の中心と光路シフト素子１３８の関係を示したものである。ここで実線は、光路シフト素子１３８がある場合を示しており、点線は光路シフト素子１３８が無い場合を示している。そして、光ビーム２０３、光ビーム２０４、光ビーム２０５は、それぞれ参照光の中心を示しており、ガルバノミラー３８からの出射角度が異なる状態を示している。なお、実際にはガルバノミラー３８の回転中心に依って参照光の位置Ｐが変わるが、ここでは説明を簡単にするため、図２に示すようにガルバノミラー３８の表面かつ参照光が入射する位置を含む軸を回転中心とした。

本実施例の光路シフト素子１３８は、平行平板のガラスを用いている。ガルバノミラー３８を反射した参照光は、平行平板に入射する。このとき、平行平板への参照光の入射角度に応じて屈折が起こる。屈折による角度変化は、平行平板への入射角度に依存するため、平行平板内は、入射角度に応じて参照光の位置ずれが発生する。そして、平行平板から出射するときに再度屈折し、平行平板に入射する前と同じ参照光角度となる。このため、長さ２０３Ａ、長さ２０４Ａ、長さ２０５Ａのように平行平板への入射角度に応じて光ビームの位置がずれる。本実施例では、この光路シフト素子１３８で生じた参照光の位置ずれを利用して、光情報記録媒体３００内の位置ずれを補正している。

図６は、光情報記録媒体３００内での参照光の中心光線位置の入射角度依存性のシミュレーション結果を示したものである。なお、計算条件は厚さ２．９ｍｍ、屈折率１．５の平行平板が光情報記録媒体３００と略平行となるように、同じ姿勢で取り付けられていること以外は図４の条件と同様である。

図６と図４（Ｂ）を比較すると光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを抑制できていることがわかる。このように本実施例では、光学系に平行平板を搭載することで、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを抑制している。本実施例のホログラム装置は、スキャナレンズを配置しているため、平行平板と光記録媒体３００は同じ方向に傾けることで良い性能が得られる。

以上のように、本実施例では、光路シフト素子１３８を配置し、参照光の入射角度に伴う位置ずれを抑制することで、必要以上に参照光を大きくする必要がないため、無駄な露光を防ぐことができ、結果としてホログラムシステムの高記録密度記録が可能となる。

本実施例では、光路シフト素子１３８と光情報記録媒体３００（ガラス、記録材料）を同じ屈折率としたが、実際には異なる場合もある。この場合には、以下の様に最適化すれば良い。

・平行平板の厚さを変える
・平行平板を傾ける
・光路シフト素子１３８をウェッジプリズムとする
・光路シフト素子１３８のウェッジプリズムを傾ける
・ガルバノミラー３８の回転中心を変える
なお、光路シフト素子１３８をウェッジプリズムとした場合、光路シフト素子１３８を出射した参照光の傾きが異なる。この場合には、予めそれを考慮した角度の参照光を光路シフト素子１３８に入射すれば良い。また、本実施例では、光路シフト素子１３８はガラスであったが材料は限定されない。

そして、例えばスキャナレンズ３９の設計および部品ばらつきで発生する参照光の位置ずれを光路シフト素子１３８で補正しても良い。さらに、本実施例のように媒体がない状態で、最適となっているスキャナレンズ３９の一部のレンズをレンズ群に対して水平または垂直方向にずらす、または水平方向の軸に対して傾けることで、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを補正することができる。このため、スキャナレンズ３９の一部のレンズで補正しても良いし、本実施例の光路シフト素子１３８と組合せて補正しても良い。このとき、スキャナレンズ３９の一部のレンズをずらしてしまうと参照光の波面収差が劣化するため、再生性能が劣化してしまう。それに対し、本実施例の光路シフト素子１３８の平行平板やウェッジプリズムの場合には参照光が平行光のため、波面収差は劣化しない利点がある。

本実施例では、光路シフト素子１３８は駆動しなかったが、駆動する様な構成としても良い。この場合、光路シフト素子１３８の傾きを変えれば良い。このようにすることで、温度変化、経時変化、波長変化等に伴う光ビームのずれを補正することが可能となる。なお、傾ける方向は、本実施例で示した記録方向には限定されず、それと垂直方向に補正しても良い。また、光路シフト素子１３８をガルバノミラー３８と同期して駆動することにより、参照光の位置ずれ量を最小限に抑えることができる。そしてその場合には、光軸シフト素子の厚さを薄くすることも可能である。

光路シフト素子１３８をウェッジプリズムにした場合には、傾きを変えるだけでなく、位置を移動させることで補正量を変えることができる。

さらに、本実施例ではガルバノミラー３８とスキャナレンズ３９の間に光路シフト素子１３８を配置したが、スキャナレンズ３９と光情報記録媒体３００の間に光路シフト素子１３８を配置しても良い。この場合、スキャナレンズ３９の略中心の軸に対して、光路シフト素子１３８と光情報記録媒体３００が略軸対称となる姿勢で光路シフト素子１３８を配置すれば良く、光路シフト素子１３８と光情報記録媒体３００は、“ハ”の字状になる。そして、スキャナレンズ３９内に光路シフト素子１３８を配置しても良い。

本実施例では、開口幅制御素子１３７を搭載していたが、参照光の位置を安定させる観点からは開口幅制御素子１３７を搭載していなくても同様の効果が得られる。そして、本実施例では開口幅制御素子１３７で説明を行ったが、例えばビームエキスパンダのような光ビーム幅変更素子であっても本実施例と同様の効果が得られる。この場合、所定方向の光ビーム幅が変化するようシリンドリカルレンズのビームエキスパンダが望ましい。さらに、特許文献２のように回折素子を使った場合においても本実施例と同様の効果が得られる。

なお、本実施例では光路角度可変部をガルバノミラー３８で説明を行ったが、駆動方法については限定されない。また、位相共役光学系５１２をガルバノミラー５０で説明を行ったが、これには限定されない。

図７は、本発明の第２の実施例に係る２光束角度多重方式のホログラム記録再生装置内の光ピックアップ装置６０の光学系を示したものである。実施例１は、ガルバノミラー３８で参照光の角度を変えていたが、本実施例では、ウェッジプリズム４８となっていることが特徴である。それ以外は実施例１と同様であるため、本実施例では、実施例１との差分について説明を行う。まず、本実施例の記録方法について説明する。

光源１１を出射した光ビームは実施例１同様に、ＰＢＳプリズム１５によって信号光と参照光に分離される。ＰＢＳプリズム１５を透過した信号光は、実施例１同様に光情報記録媒体３００内に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光は、ミラー３６、ミラー３７、ウェッジプリズム４８、光路シフト素子１３８、スキャナレンズ３９を経て、光情報記録媒体３００に入射する。

ウェッジプリズム４８はウェッジプリズムの回転角度を変えることが可能であり、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度を変えることができる。そして、光路シフト素子１３８は、光情報記録媒体３００内の記録位置のずれが最小となるようにする光学素子である。ここでは、平行平板のガラスを用いている。

ここで、光情報記録媒体３００内で信号光と参照光は、互いに重ね合うように入射されている。これにより、光情報記録媒体３００内には干渉縞が形成され、この干渉縞が光情報記録媒体３００内の記録材料にホログラムとして記録される。

そして、光情報記録媒体３００に情報が記録された後、シャッタ１３が閉じ、次に記録される情報が空間光変調器２９によって表示される。同時に、ウェッジプリズム４８が微小量回転して、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度が変更される。その後、シャッタ１３が開くと、光情報記録媒体３００内の略同じ位置に、次の情報が記録される。これを繰り返して角度多重記録が行なわれる。そして、所定多重数になった場合には、光情報記録媒体３００の位置を移動し、さらに記録を行なう。

次に再生方法について説明する。光源１１を出射した光ビームは実施例１同様、コリメートレンズ１２、シャッタ１３、偏光可変素子１４、ＰＢＳプリズム１５、ミラー３６、ミラー３７、ウェッジプリズム４８、光路シフト素子１３８、スキャナレンズ３９、光情報記録媒体３００、ガルバノミラー５０を経て光情報記録媒体３００に入射する。このとき、光情報記録媒体３００内のホログラムから再生光が回折光として発生する。そしてその再生光を実施例１同様に検出することで再生を行う。

本実施例は、実施例１のミラーの代わりにウェッジプリズム４８を回転することで参照光の大きさを変えることが特徴となっている。

図８に、ウェッジプリズム４８と出射光ビームの関係を示す。（Ａ）、（Ｂ）は、ウェッジプリズム４８のみが回転した場合の参照光の大きさの変化を示している。ウェッジプリズム４８は参照光が入射すると、プリズム内を内部反射し、プリズム表面から屈折して、所定の方向に伝搬する。このとき、プリズム表面の屈折の角度に応じて参照光の大きさを変えることができる。

図８（Ａ）、（Ｂ）は、入射した参照光の大きさＤｉが同じにも関わらず出射した参照光の大きさ（大きさＤａ、大きさＤｂ）は異なっている。これを用いて本実施例では、光情報記録媒体３００内の参照光の大きさを変えている。

なお、参照光の大きさと出射角度の関係は、ウェッジプリズムの頂角の方向、ウェッジプリズムの頂角の角度、ウェッジプリズムの屈折率、ウェッジプリズムへの参照光の入射角度を設計することにより最適化できる。なお、本実施例のウェッジプリズム４８は、光情報記録媒体３００への入射角度に応じて参照光の大きさを変化させることができるため、記録または再生ともに高い光利用効率を実現できる利点がある。

図９は、光情報記録媒体３００内での参照光の中心光線位置の入射角度依存性のシミュレーション結果を示したものである。（Ａ）は、光路シフト素子１３８が無い場合、（Ｂ）光路シフト素子１３８がある場合を示している。計算条件は以下となる。

[計算条件]
参照光入射角：４５±１８ｄｅｇ
光情報記録媒体３００ ガラスに記録材料を挟む構成
ガラス（入射側） 厚さ：１ｍｍ、
屈折率：１．５
記録材料 厚さ：２ｍｍ
屈折率：１．５
ガラス（出射側） 厚さ１ｍｍ
屈折率：１．５
光路シフト素子１３８ 厚さ３．８ｍｍ
屈折率：１．５
ウェッジプリズム回転中心：プリズム重心
光情報記録媒体３００中心（２．０ｍｍ）位置での位置ずれ量を計算
参照光入射角４５ｄｅｇの位置を基準として変化量を計算
上記条件下で参照光の位置ずれ量が最も小さくなるようスキャナレンズ３９と光情報記録媒体３００の距離を調整
図９（Ａ）と図９（Ｂ）を比較すると、光路シフト素子１３８を用いることで参照光の位置ずれを抑制できることがわかる。これについては実施例１と同様の理由である。

以上のように、本実施例では、光路シフト素子１３８を配置し、参照光の入射角度に伴う位置ずれを抑制することで、必要以上に参照光を大きくする必要がないため、無駄な露光を防ぐことができ、結果としてホログラムシステムの高記録密度記録が可能となる。

図１０は、本発明の第３の実施例に係る２光束角度多重方式のホログラム記録再生装置内の光ピックアップ装置６０の光学系を示したものである。実施例１は、固定した光路シフト素子１３８で光情報記録媒体上の参照光の位置ずれを補正していたが、本実施例ではガルバノミラー３８の前に配置した光路シフト素子２３８を駆動することを特徴としている。それ以外は実施例１と同様であるため、本実施例では、実施例１との差分について説明を行う。

光路シフト素子２３８は、平行平板をガルバノメータで回転する構成となっている。平行平板に入射した参照光は屈折し、平行平板内のみ異なる角度で伝搬する。そして、平行平板から出射した参照光は再度屈折し、入射前と同じ方向に伝搬する。このとき、平行平板内でずれた分だけ参照光の位置がシフトする。そして、シフト量は平行平板の角度に応じて変化する。これを用いて、本実施例では、光情報記録媒体３００に入射する参照光の入射角度に応じて平行平板をガルバノメータで動的に制御し、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを補正している。なお、平行平板の補正感度は、平行平板の厚さ、平行平板の屈折率、参照光入射角度で変えることができる。

以上のように、本実施例では、光路シフト素子２３８を配置し、参照光の入射角度に伴う位置ずれを抑制することで、必要以上に参照光を大きくする必要がないため、無駄な露光を防ぐことができ、結果としてホログラムシステムの高記録密度記録が可能となる。

本実施例では、開口幅制御素子１３７と光路シフト素子２３８を個別に配置したが、共通化しても良い。この場合、平行平板の表面に遮光部を形成し、回転することで参照光の大きさの変化と、位置ずれの補正を同時に行えば良い。このようにすることで駆動素子が減り、安定した記録再生が実現できる。そして、参照光の大きさ変更、位置ずれの補正は連続的に行う必要はなく、所定ページ数を記録した後に間欠的に補正しても良い。この場合、記録再生速度の観点から記録再生のページ間で光軸シフト素子２３８を駆動することが望ましい。

本実施例は、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを補正するために、ガルバノミラー３８に入射する参照光の位置をずらすことを特徴としている。本実施例では、光路シフト素子２３８を平行平板で説明したが、光路がシフトすれば同様の効果が得られるという観点から、例えばウェッジプリズムをステッピングモータ等で移動させ、光路をシフトさせても良い。

また、ウェッジプリズムを回転させて、ガルバノミラー３８に入射する位置を変えても良い。このようにすることで、光情報記録媒体３００内の参照光の位置を変えることができるので、入射角度に応じた位置ずれを補正することが可能となる。このとき、ウェッジプリズムを回転させると参照光の角度がずれてしまうが、例えば、参照光の角度ずれをガルバノミラー３８で補正すれば良い。また、同様にミラー３７等を回転し、その角度ずれをガルバノミラー３８で補正してもよい。なお、本実施例の回転機構をガルバノメータで説明したが、他の駆動機構であっても良い。

光路シフト素子２３８の制御方法については、制御用の受光部を配置して制御しても良いが、例えば、２点以上異なる角度で回折光量や再生性能が最良となるシフト量を予め測定し、そのシフト量の最適近時結果から、光路シフト素子２３８を制御しても良い。この場合、参照光を小さくした方が、位置ずれに対する感度が高くなるため、高精度にシフト量を検出することが可能となる。

また、光路シフト素子２３８を用いて温度変化、経時変化、波長変化等に伴う光ビームのずれを補正しても良い。そして、光路シフト素子２３８はプリズム１５で分岐した後から光情報記録媒体３００の間であれば、どこに配置しても良い。

図１１は、本発明の第４の実施例に係る２光束角度多重方式のホログラム記録再生装置内の光ピックアップ装置６０の光学系を示したものである。実施例２は、光路シフト素子１３８で光情報記録媒体上の参照光の位置ずれを補正していたが、本実施例では動的な光路シフト素子２３８をウェッジプリズム４８の前に搭載していることを特徴としている。それ以外は実施例２と同様であるため、本実施例では、実施例２との差分について説明を行う。

光路シフト素子２３８は、平行平板をガルバノメータで回転する構成となっている。平行平板に入射した参照光は屈折し、平行平板内のみ異なる角度で伝搬する。そして、平行平板から出射した参照光は再度屈折し、入射前と同じ方向に伝搬する。このとき、平行平板内でずれた分だけ参照光の位置がシフトする。そして、シフト量は平行平板の角度に応じて変化する。これを用いて、本実施例では、光情報記録媒体３００に入射する参照光の入射角度に応じて平行平板をガルバノメータで動的に制御し、光情報記録媒体３００内の参照光の位置ずれを補正している。なお、平行平板の補正感度は、平行平板の厚さ、平行平板の屈折率、参照光入射角度で変えることができる。

以上のように、本実施例では、光路シフト素子２３８を配置し、参照光の入射角度に伴う位置ずれを抑制することで、必要以上に参照光を大きくする必要がないため、無駄な露光を防ぐことができ、結果としてホログラムシステムの高記録密度記録が可能となる。

図１２は、本発明の第５の実施例に係る２光束角度多重方式のホログラム記録再生装置内の光ピックアップ装置６０の光学系を示したものである。実施例１は、参照光の光路内に光路シフト素子１３８を搭載したが、本実施例では、信号光の光路内に光路シフト素子３３８を搭載していることが特徴である。まず、本実施例の記録方法について説明する。

光源１１を出射した光ビームは実施例１同様に、ＰＢＳプリズム１５によって信号光と参照光に分離される。ＰＢＳプリズム１５を透過した信号光は、ビームエキスパンダ２５、位相マスク２６、リレーレンズ２７、ＰＢＳプリズム２８、空間光変調器２９、リレーレンズ３０、開口１００を経て、光路シフト素子３３８に入射する。光路シフト素子３３８は、開口１００に対して傾いており、光情報記録媒体３００内の信号光を小さくする目的で配置されている。光路シフト素子３３８を出射した信号光は対物レンズ３２を経て、光情報記録媒体３００内に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光は、ミラー３６、ミラー３７、開口幅制御素子１３７、ガルバノミラー３８、スキャナレンズ３９を経て、光情報記録媒体３００に入射する。

このとき、光情報記録媒体３００には、収束光の信号光と略平行光の参照光が、互いに重ね合うように入射されている。これにより、光情報記録媒体３００内には干渉縞が形成され、この干渉縞が光情報記録媒体３００の記録材料にホログラムとして記録される。

そして、光情報記録媒体３００に情報が記録された後、シャッタ１３が閉じ、次に記録される情報が空間光変調器２９によって表示される。同時に、ガルバノミラー３８が微小量回転して、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度が変更される。また、このとき開口幅制御素子１３７が駆動し、参照光の大きさが変更される。その後、シャッタ１３が開くと、光情報記録媒体３００内の略同じ位置に、次の情報が記録される。これを繰り返して角度多重記録が行なわれる。そして、所定多重数になった場合には、光情報記録媒体３００の位置を移動し、さらに記録を行なう。

次に再生方法について説明する。光源１１を出射した光ビームは実施例１同様、コリメートレンズ１２、シャッタ１３、偏光可変素子１４、ＰＢＳプリズム１５、ミラー３６、ミラー３７、開口幅制御素子１３７、ガルバノミラー３８、スキャナレンズ３９、光情報記録媒体３００、ガルバノミラー５０を経て光情報記録媒体３００に入射する。ここで、参照光が光情報記録媒体３００に入射すると所定のブックに含まれるページの回折光として再生光が発生する。再生光は、対物レンズ３２を経て、リレーレンズ３０、光路シフト素子３３８、開口１００、ＰＢＳプリズム２８を経て、撮像素子５３に入射する。撮像素子５３に入射した再生光に基づいて、再生画像データが生成される。

次にガルバノミラー３８が微小量回転して、光情報記録媒体３００への参照光の入射角度が変更される。これにより、同じブックの異なるページの画像データが再生される。そして、所定のページ数を再生し終わった場合には、光情報記録媒体３００の位置を移動し、次のブックの再生を行う。

本実施例は、信号光の光路内に光路シフト素子３３８を搭載していることが特徴となっている。信号光は、光情報記録媒体３００に対して、傾いて入射しているため、対物レンズ３２の両端から光情報記録媒体３００へ入射した信号光は、それぞれ屈折する角度が大きく異なる。これにより、光情報記録媒体３００上の信号光が大きくなってしまい、安定した記録または再生を行うためには参照光を大きくしなければならない。このため、高記録密度記録を実現するには光情報記録媒体３００上の信号光を小さくすることが望ましい。そこで、本実施例では、光情報記録媒体３００上の信号光を小さくする目的で信号光路の光路内に光路シフト素子３３８を搭載している。なお、本実施例では光路シフト素子として平行平板のガラスを用いている。

本実施例の対物レンズ３２を出射した信号光は、光情報記録媒体３００に対して、傾いて入射するため、光情報記録媒体３００上には、コマ収差が大きく発生する。このため、光情報記録媒体３００上では、信号光が大きくなってしまうのである。そこで、本実施例では、リレーレンズ３０中に平行平板を配置し、光情報記録媒体３００上で発生するコマ収差と反対の収差を印加することで、光情報記録媒体３００上のコマ収差を補正している。

以上のように、本実施例では、光路シフト素子１３８を配置し、光情報記録媒体３００上の信号光を小さくすることで、必要以上に参照光を大きくする必要がないため、無駄な露光を防ぐことができ、結果としてホログラムシステムの高記録密度記録が可能となる。

本実施例は、傾いた光情報記録媒体３００に入射する信号光を補正するために、信号光が収束または発散する位置に光路シフト素子３３８を配置することが特徴となっている。このため、本実施例では、リレーレンズ３０の対物レンズ３２側に、光路シフト素子３３８を配置したが、例えば、リレーレンズ３０のＰＢＳプリズム側に光路シフト素子３３８を配置しても良いし、リレーレンズ２７内に光路シフト素子３３８を配置しても良い。

なお、光路シフト素子３３８の傾ける方向は収束または発散に応じて変えればよい。また、本実施例の光路シフト素子３３８は、平行平板であったが、これには限定されず、ウェッジプリズムであっても同様の効果が得られる。また、本実施例ではガルバノミラー３８で説明を行ったが、他の方法で参照光の傾きを変えても良い。例えば、実施例２のウェッジプリズム４８や特許文献２の構成であっても同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。さらに各実施例は、ホログラム記録再生装置で説明を行ったが、ホログラム記録装置やホログラム再生装置であっても良い。

１１：光源、１２：コリメートレンズ、１３：シャッタ、１４：偏光可変素子、１５：ＰＢＳプリズム、２５：ビームエキスパンダ、２６：位相マスク、２７：リレーレンズ、２８：ＰＢＳプリズム、２９：空間光変調器、３０：リレーレンズ、３２：対物レンズ、３６：ミラー、３７：ミラー、３８：ガルバノミラー、３９：スキャナレンズ、４８：ウェッジプリズム、５０：ガルバノミラー、５３：撮像素子、６０：光ピックアップ装置、７０：光情報記録媒体駆動素子、８２：光源駆動回路、８３：サーボ信号生成回路、８４：サーボ制御回路、８５：信号処理回路、８６：信号生成回路、８７：シャッタ制御回路、８８：位置制御回路、８９：コントローラ、９９：波長板、１００：開口、１３７：開口幅制御素子、１３８：光路シフト素子、２３８：光路シフト素子、３００：光情報記録媒体、３３８：光路シフト素子、５１２：位相共役光学系、５１３：光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系

Claims (11)

1. ホログラフィを利用して情報を光情報記録媒体に記録または再生する光情報記録再生装置であって、
   光ビームを出射する光源部と、
   前記光源部から出射した光ビームを第一の光ビームと第二の光ビームに分岐する分岐部と、
   前記第一の光ビームの収束光を光情報記録媒体に照射するための第一のレンズ部と、
   前記光情報記録媒体内の前記第一の光ビームと略同じ位置に前記第二の光ビームを入射させ、かつ、前記光情報記録媒体に入射する前記第二の光ビームの入射角度を変える光路角度可変部と、
   前記光情報記録媒体に入射する光ビームの前記光情報記録媒体に対する角度に応じて前記光情報記録媒体に入射する光ビームの位置をシフトする光路シフト部と、
   を備える光情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、前記第二の光ビームを構成する光線の前記光情報記録媒体に対する角度に応じて前記光情報記録媒体に入射する前記第二の光ビームの位置をシフトすることを特徴とするホログラム装置。
3. 請求項１に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、前記第一の光ビームを構成する光線の前記光情報記録媒体に対する角度に応じて前記第一の光ビームを構成する光線の位置をシフトすることを特徴とするホログラム装置。
4. 請求項１に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、略平行な平板で構成されることを特徴とする光情報記録再生装置。
5. 請求項１に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路角度可変部は、前記第二の光ビームの光路角度を変化させる光路角度可変素子と、前記第二の光ビームの平行光を光情報記録媒体に照射するための第二のレンズ部と、
   を備えることを特徴とする光情報記録再生装置。
6. 請求項５に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、前記光路角度可変部の中に配置されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
7. 請求項５に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路角度可変素子は、前記光路角度可変素子を出射する前記第二の光ビーム大きさが、前記光路角度可変素子を出射する光ビーム
   の角度に応じて異なることを特徴とする光情報記録再生装置。
8. 請求項１に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、前記光情報記録再生装置の記録動作中は、固定されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
9. 請求項６に記載の光情報記録再生装置であって、
   前記光路シフト部は、前記光情報記録媒体と略同じ姿勢で配置されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
10. 請求項６に記載の光情報記録再生装置であって、
    前記光路シフト部は、回転機構を有しており、前記光情報記録再生装置の記録動作中に駆動することを特徴とする光情報記録再生装置。
11. 請求項３に記載の光情報記録再生装置であって、
    前記分岐部と前記第一のレンズ部との光路中に、第三のレンズ部を備えており、
    前記第三のレンズ部の中に光路シフト部を搭載していることを特徴とする請求項１記載の光情報記録再生装置。

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