JP2018137029A - ホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の構成が簡略化されたものでありながら、所期のシフト多重記録を行うことができて記録情報の高密度化を図ることのできるホログラム記録再生装置を提供すること。【解決手段】球面参照光シフト多重方式を用いたホログラム記録再生装置において、空間光変調器から信号光集光用レンズを介して記録媒体に至る光学系および記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する光学系がフーリエ変換特性を有さないものとされる。信号光集光用レンズは、信号光の伝播方向を正方向とし、空間光変調器の光出射面と集光用レンズの主面との距離を−Ｌａ、撮像素子の撮像面と信号光集光用レンズの主面との距離を＋Ｌｂ、焦点距離をｆとしたとき、１／Ｌｂ−１／Ｌａ＝１／ｆの関係を満足し、かつ、集光用レンズの主平面に平行な平面であって、空間光変調器の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に記録媒体が位置されるよう、配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置に関する。更に詳しくは、２次元化されたデジタルビットパターンを記録媒体にホログラムとして多重に記録することにより大容量光メモリを構成する上で、ホログラム記録再生光学系の簡略化を図ることが可能なホログラム記録再生装置に関する。

従来より、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録再生するホログラム記録再生装置が提案されている。ホログラム記録再生装置においては、複数の画素よりなる空間光変調器で変調された、デジタル情報（データ情報）を担持した信号光と、当該信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内で干渉させることにより得られる干渉縞をホログラムとして記録する。また、記録媒体に記録されたホログラムを再生する場合には、記録に用いた参照光をホログラムに照射することにより回折光を発生させ、例えばＣＣＤなどの撮像素子上に、ホログラムとして記録されているデジタル情報の画像を形成させる。

このようなホログラム記録再生方法の一としては、例えば、参照光として球面波（以下、「球面参照光」ともいう。）を用いた球面参照光シフト多重記録方式が知られている（例えば特許文献１参照。）。
球面参照光シフト多重記録方式にあっては、ホログラムが記録された記録媒体を当該記録媒体の表面に沿って一方向にわずかな距離シフトさせると、波数ベクトルの関係がブラッグの回折条件から外れるため、既に記録されたホログラムの再生が不可となり、新たなホログラムをその記録領域の一部が既に記録されたホログラムの記録領域と重なる状態で記録することが可能となる。

図６は、従来における球面参照光シフト多重記録方式を採用したホログラム記録再生装置の一例における光学系の構成を概略的に示す説明図である。
このホログラム記録再生装置は、記録再生光源２１と、記録再生光源２１からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する光分離手段２２と、信号光用の光から信号光を生成して記録媒体１０に照射する信号光照射光学系と、参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体１０に照射する参照光照射光学系と、記録媒体１０に記録されたホログラムの再生光を検出する再生光検出光学系とを備えている。符号２３はシャッタ、２４は偏光板、２５はビーム整形用レンズである。

信号光照射光学系は、信号光用の光を記録すべきページデータに対応した空間情報を用いて変調して信号光Ｌｓを生成する空間光変調器（ＳＬＭ）３０と、空間光変調器３０からの信号光のフーリエ面での周波数帯域を調整する空間フィルタ３７と、信号光を空間フィルタ３７に入射させるためのリレーレンズ３６と、信号光を集光して記録媒体１０に照射する信号光集光用対物レンズ３４とを備えている。符号３１は、光分離手段２２からの信号光用の光のビーム径を拡大するビームエクスパンダ、３２は、ビームエクスパンダ３１を介して入射される信号光用の光を反射して空間光変調器３０に入射させると共に空間光変調器３０から出射された光を透過する偏光プリズムビームスプリッタ、３８は、空間フィルタ３７からの光のフーリエ面での不要な直流成分光をカットする位相板である。この信号光照射光学系において、リレーレンズ３６は、一方のレンズ３６ａの前側焦点と他方のレンズ３６ｂの後側焦点とが一致する状態で配置されている。空間光変調器３０は、一方のレンズ３６ａの後側焦点に配置されており、信号光集光用対物レンズ３４はその後側焦点が他方のレンズ３６ｂの前側焦点と一致する状態で配置されている。

球面参照光生成用光学系は、光分離手段２２からの参照光用の光の光量を調節するＮＤフィルタ４１と、参照光用の光の偏光方向を変更する半波長板（λ／２波長板）４２と、参照光用の光を球面波に変換して球面参照光として記録媒体１０に照射する参照光集光用対物レンズ４０とを備えている。符号４５および４６は反射ミラーである。

再生光検出光学系は、例えばＣＣＤよりなる撮像素子５０と、記録媒体１０に記録されたホログラムからの再生光を撮像素子５０に結像させる結像レンズ５１とを備えている。

リレーレンズ３６、信号光集光用対物レンズ３４および結像レンズ５１は、いずれも、出射される光束が略無収差となり、かつフーリエ変換特性が得られるよう、複数枚、例えば２〜３枚のレンズ素子が組み合わせられてなるフーリエ変換レンズにより構成されている。フーリエ変換レンズは、例えば、当該フーリエ変換レンズの後側焦点の位置に空間光変調器が配置されている場合に、空間光変調器の各ピクセルから出射された光が、出射角度に応じて光量が集光する光分布となる特性を有するものである。

このホログラム記録再生装置においては、空間光変調器３０からの信号光がリレーレンズ３６および信号光集光用対物レンズ３４によってフーリエ変換（またはフーリエ逆変換）されて球面参照光と共に記録媒体１０に照射されることにより記録媒体１０にフーリエ変換ホログラムが記録される。そして、例えば、信号光および球面参照光を照射する光学機構または記録媒体１０を記録媒体１０の表面に沿って一方向に相対的にわずかな距離シフトさせることによりフーリエ変換ホログラムの多重記録がなされる。

特開２０１６−２１９０８６号公報

而して、上記のホログラム記録再生装置においては、上述したように、フーリエ変換ホログラムを記録再生するために、リレーレンズ３６、信号光集光用対物レンズ３４および結像レンズ５１としてフーリエ変換レンズが用いられている。また、信号光を無収差の状態で記録媒体１０に照射すると共に、フーリエ変換ホログラムからの再生光を無収差の状態で結像させるために、精度の高い収差補正が行われるホログラム記録再生光学系を構成することが必要とされる。このため、レンズが高コスト化することによってシステム全体の高コスト化を招くという問題がある。
また、大容量光メモリを構成するに際しては、透過型ホログラムと反射型ホログラムとを多重記録することが考えられる。この場合には、球面参照光を記録媒体の両面から照射することが必要となるが、構造上、記録媒体の一面側および他面側の各々に参照光集光用レンズを配置することが困難となり、透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録とを併用することは困難であった。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、ホログラム記録再生光学系の構成が簡略化されたものでありながら、所期の球面参照光シフト多重記録を行うことができ、記録媒体における記録情報の高密度化を図ることができるホログラム記録再生装置を提供することにある。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させて得られるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
記録再生光源と、当該記録再生光源からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する光分離手段と、当該信号光用の光を変調して信号光を生成する空間光変調器と、信号光を記録媒体に照射する信号光集光用レンズと、前記参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体に照射する参照光照射光学系と、記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する撮像素子とを備えており、
前記空間光変調器から前記信号光集光用レンズを介して記録媒体に至る光学系および当該記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する光学系が、フーリエ変換特性を有さないものであり、
前記信号光の伝播方向を正方向とし、前記集光用レンズの焦点距離をｆ、前記空間光変調器の光出射面と当該集光用レンズの主面との距離を−Ｌａ、当該空間光変調器における各ピクセルからの光が当該集光用レンズによって結像される結像面に配置された前記撮像素子の撮像面と当該集光用レンズの主面との距離を＋Ｌｂとしたとき、当該集光用レンズは、１／Ｌｂ−１／Ｌａ＝１／ｆの関係を満足し、かつ、当該集光用レンズの主平面に平行な平面であって、前記空間光変調器の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に記録媒体が位置されるよう、配置されていることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置においては、信号光に係るデータ情報が有する空間周波数分布における高周波数成分を除去する空間フィルタが記録媒体の表面の近傍に配置される構成とされていることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生装置においては、前記集光用レンズは、当該集光用レンズの主面と前記撮像素子の撮像面との距離を調整可能に構成されていることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生装置においては、前記参照光照射光学系は、複数の参照光集光用対物レンズを備えており、
記録媒体の一面側および他面側の各々に少なくとも一の参照光集光用対物レンズが配置されており、
反射型ホログラムおよび透過型ホログラムが記録媒体における同一の記録領域に多重記録される構成とされていることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置においては、空間光変調器から信号光集光用レンズを介して記録媒体に至る光学系および記録媒体に記録された再生光を検出する光学系がフーリエ変換特性を有さないものとして構成されている。また、信号光集光用レンズの主面に平行な平面であって、信号光集光用レンズを介して記録媒体に向かって照射される空間光変調器の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に、記録媒体が位置される構成とされている。このような信号光照射光学系を備えた記録再生光学系においては、記録媒体に記録されるホログラムが収差を有するものであっても、最終的に得られる再生像には実際上問題が生ずることがない。従って、本発明のホログラム記録再生装置によれば、空間光変調器から記録媒体に至る光学系においてリレーレンズ等を設置することが不要となると共に、ホログラムからの再生光を撮像素子に結像させる結像レンズを設置することが不要となる。その結果、ホログラム記録再生光学系の簡略化を図ることができ、所期の性能のホログラム記録再生装置をコスト的に有利に製造することができる。
また、結像レンズが不要となることから、記録媒体の一面側および他面側の各々に参照光集光用レンズを設置することが容易となって、透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録とを行うことができるようになる。従って、記録媒体における透過型ホログラムのシフト多重記録ホログラムが記録された記録領域と同一の記録領域に反射型ホログラムのシフト多重記録ホログラムを重ね書きすることができ、シフト多重ホログラムの多重数を一層容易に向上させることができる。

本発明のホログラム記録再生装置における光学系の要部構成を概略的に示す説明図である。 図１に示す光学系において、信号光集光用レンズの主面と撮像素子の撮像面との距離が調整された状態を示す説明図である。 （ａ）記録媒体の近傍に空間フィルタが配置された状態を概略的に示す説明図、（ｂ）（ａ）の一部を示す拡大図である。 本発明のホログラム記録再生装置の一例における信号光照射光学系、参照光照射光学系および再生光検出光学系の構成の概略を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置における要部構成の一例を示す説明図である。 従来における球面参照光シフト多重記録方式を採用したホログラム記録再生装置の一例における要部構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明のホログラム記録再生装置は、球面参照光シフト多重方式を利用したホログラム記録再生装置において、空間光変調器から信号光集光用レンズを介して記録媒体に至る光学系および記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する光学系がフーリエ変換特性を有さないものとして構成されている点に特徴を有する。すなわち、本発明のホログラム記録再生装置において記録再生されるホログラムは、フーリエ変換ホログラムではなく、非フーリエ変換ホログラムである。

図１は、本発明のホログラム記録再生装置における光学系の要部構成を概略的に示す説明図である。
このホログラム記録再生装置においては、信号光の伝播方向を正方向（図１において右方向）とし、信号光を記録媒体１０に照射する信号光集光用レンズ３５の焦点距離をｆ、空間光変調器の光出射面３０ａと信号光集光用レンズ３５の主面３５ａとの距離を−Ｌａ、空間光変調器における各ピクセルｐからの光が信号光集光用レンズ３５によって結像される結像面に配置された撮像素子の撮像面５０ａと信号光集光用レンズ３５の主面３５ａとの距離を＋Ｌｂとしたとき、信号光集光用レンズ３５が、１／Ｌｂ−１／Ｌａ＝１／ｆの関係を満足する状態で配置されている。さらに、信号光集光用レンズ３５は、信号光集光用レンズ３５の主面３５ａに平行な平面であって、信号光集光用レンズ３５を介して記録媒体１０に向かって照射される空間光変調器の各ピクセルｐからの光が互いに重なり合う平面上に記録媒体１０が位置されるよう、配置されている。図１において、符号Ｈはホログラムを示す。

信号光集光用レンズ３５は、複数枚例えば２〜４枚のレンズ素子が組み合わせられてなる、例えば回転対称型レンズよりなり、フーリエ変換特性を有さないものである。
信号光集光用レンズ３５としては、収差の少ないあるいは収差のない光束を出射する機能（収差補正機能）を有するものが用いられてもよい。

また、信号光集光用レンズ３５は、当該信号光集光用レンズ３５の主面３５ａと撮像素子の撮像面５０ａとの距離Ｌｂを調整可能に構成されていることが好ましい。距離Ｌｂは、例えば、信号光集光用レンズ３５の焦点距離の大きさを調整することにより変更することができる。なお、信号光集光レンズ３５自体が図示しない駆動機構によって光軸方向に移動されてもよい。
このような構成とされていることにより、図２に示すように、記録媒体１０に記録されるホログラムＨの形状サイズを調整することができ、例えばホログラムＨのサイズを小さくすることにより記録情報の高密度化を図ることができる。

球面参照光を記録媒体に照射する参照光照射光学系は、従来のホログラム記録再生装置における参照光照射光学系と同様の構成とされている。すなわち、信号光と同一の記録再生光源からの光を分離した参照光用の光が参照光集光用対物レンズによって球面波に変換されて記録媒体に照射される。

このホログラム記録再生装置においては、記録媒体において形成されるホログラムに光学的な収差が発生していても、当該ホログラムから発せられる再生光は、撮像素子上に収差の少ない状態で結像されることとなる。すなわち、このホログラム記録再生装置における光学系は、撮像素子から記録媒体に記録されたホログラムを介して撮像素子に至る光学系全体において収差の影響が低減される構成とされている。

このホログラム記録再生装置においては、上述したように、空間光変調器における各ピクセルｐからの光が信号光集光用レンズ３５によって撮像素子の撮像面５０ａ上に結像されるよう光学系が構成されている。このため、図３に示すように、信号光Ｌｓに係るデータ情報の有する空間周波数分布における高周波数成分を除去するための空間フィルタ３７が、記録媒体１０の表面の近傍に配置される構成を採用することができる。図３において、３５は信号光集光用レンズ、４０は参照光集光用対物レンズ、５０はホログラムの再生光Ｌｇが結像される撮像素子である。
このような構成とされることにより、記録媒体１０に形成される記録再生光（信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒ）の光スポットの拡がりを制限しやすくなり、適切な形状サイズのホログラムを確実に形成することができる。また、フーリエ変換ホログラムを形成する従来の構成のものにおいて信号光を周波数帯域を制限する空間フィルタに入射させるために必要とされる、フーリエ変換レンズにより構成されるリレーレンズ系が不要となるため、レンズ個数の削減による低コスト化を図ることができる。

また、このホログラム記録再生装置においては、記録媒体に記録されたホログラムからの再生光を撮像素子の撮像面に結像させる結像レンズが不要であることから、記録媒体の一面側および他面側の各々に参照光集光用レンズを設置することが構造上容易となる。従って、このホログラム記録再生装置においては、透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録とを行うことができるものとして構成することができる。
このような構成のものにおいては、記録媒体の一面側および他面側の各々に少なくとも一の参照光集光用対物レンズが配置される。各々の参照光集光用対物レンズは、信号光の波数ベクトルとの関係において、互いに異なる方向の記録格子ベクトルが得られる波数ベクトルを有する球面参照光が照射されるよう、配置される。例えば、図４に示すように、記録媒体１０の一面側および他面側の各々に、それぞれ一つずつ参照光集光用対物レンズ４０ａ，４０ｂが配置された構成とされる場合には、各々の参照光集光用対物レンズ４０ａ，４０ｂは、透過型ホログラムの記録格子ベクトルと反射型ホログラムの記録格子ベクトルとが互いに逆方向となるよう、配置されることが好ましい。

このような構成のものにおいては、記録媒体１０の一面側に配置された信号光集光用レンズ３５を介して照射される信号光Ｌｓと、記録媒体１０の一面側に配置された一方の参照光集光用対物レンズ４０ａを介して照射される球面参照光Ｌｒ１とによる球面参照光シフト多重記録が行われることによって、透過型ホログラムによるシフト多重ホログラム列が記録媒体１０に記録される。また、信号光Ｌｓと、記録媒体１０の他面側に配置された参照光集光用対物レンズ４０ｂを介して照射される球面参照光Ｌｒ２とによる球面参照光シフト多重記録が行われることによって、透過型ホログラムによるシフト多重ホログラム列が、透過型ホログラムによるシフト多重ホログラム列と同一の記録領域に重ね書きされる。これにより、クロストークを発生させることなく、記録情報の更なる高密度化を容易に図ることができる。

記録媒体１０に記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、光量を大幅に落とした再生用の球面参照光のみが一方の参照光集光用対物レンズ４０ａを介して記録媒体１０に照射されることにより、再生用の球面参照光と同一の参照光照射条件で記録された透過型ホログラムから再生光Ｌｇ１が発せられる。そして、当該再生光Ｌｇ１が撮像素子５０により検出されることにより、当該透過型ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。また、再生用の球面参照光のみが他方の参照光集光用対物レンズ４０ｂを介して記録媒体１０に照射されることにより、当該再生用の球面参照光と同一の参照光照射条件で記録された反射型ホログラムから再生光Ｌｇ２が発せられる。そして、当該再生光Ｌｇ２が撮像素子５０により検出されることにより、当該反射型ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。

本発明のホログラム記録再生装置においては、例えば、記録媒体の或る領域に対して球面参照光シフト多重記録を行って第１のシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体を回動させた状態において、球面参照光シフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列をその記録領域の一部が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で、多重記録（クロスシフト多重記録）する方法が実施されてもよい。
このような方法が実施されるホログラム記録再生装置においては、例えば、記録媒体をその表面に沿った平面内で回動（回転）させる記録媒体回動機構と、記録媒体をその表面に沿った平面内で移動させる記録媒体移動機構とを備えた構成とすればよい。

以下、本発明のホログラム記録再生装置の具体例について図を用いて説明する。

図５は、本発明のホログラム記録再生装置における要部構成の一例を示す説明図である。
このホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光および球面参照光を記録媒体１０に照射する光学機構と、記録媒体駆動機構（図示せず）と、記録媒体１０に記録されたホログラムに球面参照光が照射されることにより当該ホログラムから発せられる再生光（回折光）を検出する再生光検出光学系とを備えている。

光学機構は、例えば青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１と、記録再生光源２１からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する例えば偏向プリズムビームスプリッタよりなる光分離手段２２と、信号光用の光をデータ情報を担持した信号光Ｌｓとして記録媒体１０の表面に照射する信号光照射光学系と、参照光用の光を球面波に変換して球面参照光として記録媒体１０の表面に照射する球面参照光照射光学系とを備えている。記録再生光源２１と光分離手段２２との間におけるレーザ光の光路上には、シャッタ２３、偏光板２４およびビーム整形用レンズ２５が配置されている。

信号光照射光学系は、光分離手段２２からの信号光用の光のビーム径を拡大するビームエクスパンダ３１と、信号光用の光を記録すべきページデータに対応した空間情報を用いて変調し、偏光方向（偏光面）を９０°回転させて出射する空間光変調器（ＳＬＭ）３０と、空間光変調器３０によって生成された信号光Ｌｓを記録媒体１０に集光して照射する信号光集光用レンズ３５とを備えている。
３２は、ビームエクスパンダ３１を介して入射される信号光用の光を反射して空間光変調器３０に入射させると共に空間光変調器３０から出射された光を透過する偏光プリズムビームスプリッタである。
このホログラム記録再生装置においては、記録媒体１０として例えば透過型のディスク状のものが用いられており、記録媒体１０は、信号光集光用レンズ３５の主面に平行な平面であって、信号光集光用レンズ３５を介して記録媒体１０に向かって照射される空間光変調器３０の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に、位置される。

球面参照光照射光学系は、光分離手段２２からの参照光用の光の光量を調節するＮＤフィルタ４１と、参照光用の光の偏光方向を変更する半波長板（λ／２波長板）４２と、参照光用の光を球面波に変換して当該球面参照光を記録媒体１０の一面側から照射する参照光集光用対物レンズ４０ａとを備えている。４５および４６は、半波長板４２からの参照光用の光を参照光集光用対物レンズ４０ａに入射させる反射ミラーである。
上述したように、透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録とが行われる構成とされる場合には、図５において破線で示すように、記録媒体１０の他面側から球面参照光を照射するための第２の球面参照光照射光学系が構成される。この第２の球面参照光照射光学系は、記録媒体１０の他面側に配置された他方の参照光集光用対物レンズ４０ｂと、半波長板４２からの参照光用の光を他方の参照光集光用対物レンズ４０ｂに入射させる反射ミラー４７、４８とを備えている。各々の参照光集光用対物レンズ４０ａ，４０ｂは、信号光Ｌｓの波数ベクトルとの関係において、互いに異なる方向の記録格子ベクトルが得られる波数ベクトルを有する球面参照光Ｌｒ１，Ｌｒ２が照射されるよう、配置される。
このような構成のものにおいては、参照光についての光路の切り替えは、例えば、反射ミラー４５を参照光用の光の光路に対して挿脱可能に配置された構成とすることにより、行うことができる。

再生光検出用光学系は、記録媒体１０の他面側に位置されており、例えばＣＣＤよりなる撮像素子５０を備えている。撮像素子５０は、撮像面が空間光変調器３０の各ピクセルからの光が信号光集光用レンズ３５によって結像される結像面に位置される状態で配置されている。

記録媒体駆動機構は、記録媒体１０をその表面に沿った平面内で回動（回転）させる記録媒体回動機構と、記録媒体１０をその表面に沿った平面内で移動させる記録媒体移動機構とを備えている。

このホログラム記録再生装置においては、記録再生光源２１から出射されたレーザ光は、光分離手段２２によって信号光用の光と参照光用の光に分割される。信号光用の光は、ビームエクスパンダ３１を介して偏光プリズムビームスプリッタ３２に入射される。信号光用の光は、偏光プリズムビームスプリッタ３０によって反射されて空間光変調器３０に照射される。この空間光変調器３０によって、信号光用の光は偏光面が９０°変更されたデータパターンに変調される。空間光変調器３０によって生成された信号光Ｌｓは、偏光プリズムビームスプリッタ３２を透過して信号光集光用レンズ３５に入射され、信号光集光用レンズ３５によって集光されて記録媒体１０に照射される。一方、参照光用の光は、ＮＤフィルタ４１および半波長板４２を介して例えば一方の参照光集光用対物レンズ４０ａに入射され、一方の参照光集光用対物レンズ４０ａによって球面波に変換されて球面参照光Ｌｒ１として記録媒体１０に照射される。これにより、記録媒体１０においては、信号光Ｌｓと球面参照光Ｌｒ１とによる干渉縞が透過型ホログラムとして記録される。

そして、記録媒体１０をその表面に沿って一方向にわずかな距離移動（シフト）させた状態において、新たなホログラムを記録する操作を繰り返し行うことにより、複数のホログラムが互いに一部が重なる状態で一方向に並ぶよう記録されたシフト多重ホログラム列が記録される。一のホログラムは、平面視で略円形状であって、そのサイズは、例えば直径が５００μｍである。記録媒体のシフト量は、例えば１０μｍ程度である。
この例においては、記録媒体１０における単位記録領域（ブック）へのアクセスは、例えば記録媒体１０の２軸移動と回転（回動）とによって行われる。

また、上述の球面参照光シフト多重記録を行って第１のシフト多重ホログラム列を記録した後、記録媒体１０を回動させた状態において、球面参照光シフト多重記録が行われることにより、新たなシフト多重ホログラム列がその記録領域の一部が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で、多重記録（クロスシフト多重記録）される。

さらにまた、信号光Ｌｓと、記録媒体１０の他面側に配置された他方の参照光集光用対物レンズ４０ｂを介して照射される球面参照光Ｌｒ２とによる球面参照光シフト多重記録が行われることによって、反射型ホログラムによるシフト多重ホログラム列が、透過型ホログラムによるシフト多重ホログラム列と同一の記録領域に重ね書きされる。

記録媒体１０に記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、参照光用の光の光量がＮＤフィルタ４１によって調整されてホログラム記録時に比して光量を大幅に落とした再生用の球面参照光のみが記録媒体１０に照射される。これにより、再生用の球面参照光と同一の参照光照射条件で記録されたホログラムから再生光Ｌｇ１（Ｌｇ２）が発せられる。ホログラムからの再生光Ｌｇ１（Ｌｇ２）は、略無収差の状態で撮像素子５０に結像される。撮像素子５０によって再生光Ｌｇ１（Ｌｇ２）が検出されることにより、当該ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。透過型ホログラムと反射型ホログラムとが多重記録されている場合には、再生用の球面参照光が一方の参照光集光用対物レンズ４０ａを介して照射されることにより透過型ホログラムが再生され、再生用の球面参照光が他方の参照光集光用対物レンズ４０ｂを介して照射されることにより反射型ホログラムが再生される。

而して、本発明のホログラム記録再生装置においては、空間光変調器３０から信号光集光用レンズ３５を介して記録媒体１０に至る光学系および記録媒体１０に記録された再生光を検出する光学系がフーリエ変換特性を有さないものとして構成されている。また、信号光集光用レンズ３０の主面に平行な平面であって、信号光集光用レンズ３０を介して記録媒体１０に向かって照射される空間光変調器３０の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に、記録媒体１０が位置される構成とされている。このような光学系においては、記録媒体１０に記録されるホログラムが収差を有するものであっても、最終的に得られる再生像には実際上問題が生ずることがない。従って、上記のホログラム記録再生装置によれば、空間光変調器３０から記録媒体１０に至る光学系においてリレーレンズ等を設置することが不要となると共に、ホログラムからの再生光を撮像素子５０に結像させる結像レンズを設置することが不要となる。その結果、ホログラム記録再生光学系の簡略化を図ることができ、所期の性能のホログラム記録再生装置をコスト的に有利に製造することができる。

また、結像レンズが不要となることから、記録媒体１０の一面側および他面側の各々に参照光集光用レンズを設置することが容易となって、透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録とを行うことができるようになる。従って、記録媒体１０における透過型ホログラムのシフト多重記録ホログラム列が記録された記録領域と同一の記録領域に反射型ホログラムのシフト多重記録ホログラム列を重ね書きすることができ、シフト多重ホログラム列の多重数を一層容易に向上させることができる。

１０ 記録媒体
２１ 記録再生光源
２２ 光分離手段
２３ シャッタ
２４ 偏光板
２５ ビーム整形用レンズ
３０ 空間光変調器（ＳＬＭ）
３０ａ 光出射面
３１ ビームエクスパンダ
３２ 偏光プリズムビームスプリッタ
３４ 信号光集光用対物レンズ
３５ 信号光集光用レンズ
３５ａ 主面
３６ リレーレンズ
３６ａ 一方のレンズ
３６ｂ 他方のレンズ
３７ 空間フィルタ
３８ 位相板
４０ 参照光集光用レンズ
４０ａ 一方の参照光集光用対物レンズ
４０ｂ 他方の参照光集光用対物レンズ
４１ ＮＤフィルタ
４２ 半波長板（λ／２波長板）
４５ 反射ミラー
４６ 反射ミラー
４７ 反射ミラー
４８ 反射ミラー
５０ 撮像素子
５０ａ 撮像面
５１ 結像レンズ
Ｈ ホログラム
Ｌｇ 再生光
Ｌｇ１ 透過型ホログラムの再生光
Ｌｇ２ 透過型ホログラムの再生光
Ｌｒ 球面参照光
Ｌｒ１ 球面参照光
Ｌｒ２ 球面参照光
Ｌｓ 信号光

Claims (4)

1. データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させて得られるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
   記録再生光源と、当該記録再生光源からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する光分離手段と、当該信号光用の光を変調して信号光を生成する空間光変調器と、信号光を記録媒体に照射する信号光集光用レンズと、前記参照光用の光を球面波に変換して参照光として記録媒体に照射する参照光照射光学系と、記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する撮像素子とを備えており、
   前記空間光変調器から前記信号光集光用レンズを介して記録媒体に至る光学系および当該記録媒体に記録されたホログラムの再生光を検出する光学系が、フーリエ変換特性を有さないものであり、
   前記信号光の伝播方向を正方向とし、前記集光用レンズの焦点距離をｆ、前記空間光変調器の光出射面と当該集光用レンズの主面との距離を−Ｌａ、当該空間光変調器における各ピクセルからの光が当該集光用レンズによって結像される結像面に配置された前記撮像素子の撮像面と当該集光用レンズの主面との距離を＋Ｌｂとしたとき、当該集光用レンズは、１／Ｌｂ−１／Ｌａ＝１／ｆの関係を満足し、かつ、当該集光用レンズの主平面に平行な平面であって、前記空間光変調器の各ピクセルからの光が互いに重なり合う平面上に記録媒体が位置されるよう、配置されていることを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 信号光に係るデータ情報が有する空間周波数分布における高周波数成分を除去する空間フィルタが記録媒体の表面の近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
3. 前記集光用レンズは、当該集光用レンズの主面と前記撮像素子の撮像面との距離を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
4. 前記参照光照射光学系は、複数の参照光集光用対物レンズを備えており、
   記録媒体の一面側および他面側の各々に少なくとも一の参照光集光用対物レンズが配置されており、
   反射型ホログラムおよび透過型ホログラムが記録媒体における同一の記録領域に多重記録されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のホログラム記録再生装置。
   

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