JP4335613B2 - ホログラフィック記録方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、物体光と参照光との干渉縞によってホログラフィック記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録方法及び装置に関する。

例えば、特許文献１に記載されるホログラフィック記録方法では、物体光及び参照光を１組とした記録ビームにより記録再生を行ない、このとき、回転する記録媒体に同期して、追従制御ミラーにより記録ビームをホログラフィック記録媒体と同方向に移動させ、即ち、アスキング（asking）サーボを行なっていた。

特開２００２−１８３９７５号公報

上記特許文献１記載のホログラフィック記録方法及び装置では、追従制御ミラーによって記録ビームを記録媒体と同期して移動させているが、この追従制御ミラーの復帰時間中はレーザビームによる記録又は再生はできない。

従って、この追従制御ミラーの復帰時間、即ちaskingサーボの復帰に要する時間が、データ転送レートを低下させる原因となっているという問題点があった。

この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、askingサーボの復帰時間を実質的にゼロにして、データ転送レートを大幅に増大させることができるホログラフィック記録方法及び装置を提供することを目的とする。

この目的は、以下の本発明によって達成される。

（１）レーザビームを、ビーム径を拡大した平行ビームとしてから、その径を物体光及び参照光とに分割し、分割された物体光を、記録すべき情報に応じて変調し、これら物体光及び参照光を平行ビーム状のまま、相互に隣接した状態でポリゴンミラーの反射面の後方に焦点を有する集光レンズにより、回転する前記ポリゴンミラーの反射面に入射し、この反射面で反射された前記物体光と参照光とを、該反射面の角度変化による走査方向に移動させつつ、これと同方向に移動するホログラフィック記録媒体に、前記ポリゴンミラーの反射面が前記集光レンズの中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズの虚像が共焦点となるレンズを介して、相互に異なる角度で、且つ、該ホログラフィック記録媒体内で干渉するように入射させることを特徴とするホログラフィック記録方法。

（２）入射する物体光と参照光との干渉縞を記録可能なホログラフィック記録媒体を駆動させる記録媒体駆動装置と、レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザビームを、ビーム径が拡大された平行ビームとするビームエキスパンダと、このビームエキスパンダで拡大された平行ビームのビーム径を分割する平行ビーム分割装置と、回転自在のポリゴンミラーと、入射する平行ビームを、前記ポリゴンミラーの反射面の後方に集光する焦点を備えた集光レンズと、前記分割された平行ビームの一方を物体光として、及び、他方を参照光として、それぞれ前記集光レンズへの入射平行ビームとして導く物体光学系及び参照光学系と、前記ポリゴンミラーの反射面が前記集光レンズの中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズの虚像を共焦点とするレンズを有し、回転する前記ポリゴンミラーの反射面により反射された前記物体光及び参照光を、そのポリゴンミラーの回転による走査方向が、前記ホログラフィック記録媒体の運動方向と一致するようにして、該ホログラフィック記録媒体に導く走査光学系と、前記物体光学系に配置され、前記物体光を、記録すべき情報に対応して変調する空間光変調器と、を有してなり、前記物体光学系及び参照光学系は、前記物体光及び参照光を、それぞれ平行ビーム状のまま相互に重なり合うことなく隣接して、統合させ、前記平行ビームと略同一のビーム形状で前記集光レンズに入射する構成とされたことを特徴とするホログラフィック記録装置。

（３）前記走査光学系は、４ｆ光学系であることを特徴とする（２）のホログラフィック記録装置。

（４）前記走査光学系はｆθレンズを含んでなり、このｆθレンズは、前記ポリゴンミラーにより反射された前記物体光及び参照光を、その光軸とｆθレンズ中心光軸とのなす角度がθのとき、該ｆθレンズ中心光軸と平行、且つ、このｆθレンズ中心光軸からの距離が前記θに比例する光軸に沿って屈折するようにされたことを特徴とする（２）のホログラフィック記録装置。

（５）前記走査光学系における前記ｆθレンズと前記ポリゴンミラーとの間に、前記ｆθレンズの焦点位置に、該ポリゴンミラーから反射された前記物体光及び参照光を集光するリレーレンズを配置したことを特徴とする（４）のホログラフィック記録装置。

記録ビームによりホログラフィック記録媒体に記録する際に、askingサーボの復帰に要する時間を低減してデータ転送レートを増大させることができる。

レーザビームを、そのビーム径において分割して物体光及び参照光とし、これらをポリゴンミラーに入射させ、その反射光を、ホログラフィック記録媒体の駆動方向と同期させ、且つ、該ホログラフィック記録媒体内でこれら物体光及び参照光とが干渉するようにすることによって、askingサーボの復帰時間をほとんどゼロとするという目的を達成する。

以下図１に示される本発明の実施例１に係るホログラフィック記録装置１０について詳細に説明する。

このホログラフィック記録装置１０は、入射する物体光と参照光との干渉縞を記録可能なホログラフィック記録媒体１２を、記録媒体駆動装置１４により駆動させつつ、レーザ光源１６からのレーザビームを、ポリゴンミラー１８により反射して、反射による走査ビームを、前記ホログラフィック記録媒体１２の駆動と同期させてこれを照射し、該ホログラフィック記録媒体１２に干渉縞を記録するものである。

前記ホログラフィック記録装置１０は、前記レーザ光源１６から出射されたレーザビームを、ビーム径が拡大された平行ビームとするビームエキスパンダ２０と、このビームエキスパンダ２０で拡大された平行ビームを、その形状において分割する平行ビーム分割装置２２と、入射する平行ビームを、前記ポリゴンミラー１８の反射面の背後に集光する焦点を備えた集光レンズ２４と、前記分割された平行ビームの一方を物体光として、及び、他方を参照光としてそれぞれ前記集光レンズ２４への入射平行ビームとして導く物体光学系２６及び参照光学系２８と、回転する前記ポリゴンミラー１８の反射面により反射された前記物体光及び参照光を、該ポリゴンミラー１８の回転により走査方向が、前記ホログラフィック記録媒体１２の運動方向と一致するようにして、該ホログラフィック記録媒体１２に導く走査光学系３０と、前記物体光学系２６に配置され、前記物体光を、記録すべき情報に対応して変調する空間光変調器３２と、を有している。

前記物体光学系２６及び参照光学系２８は、前記物体光及び参照光を、それぞれ平行ビームのまま相互に重なり合うことなく隣接して統合させ、前記分割前の平行ビームと略同一のビーム形状で前記集光レンズ２４に入射するように構成されている。

前記平行ビーム分割装置２２は、ビームエキスパンダ２０によってビーム径が拡大されたレーザビームを、そのビーム形における一部分を直角に反射するミラーから構成され、前記物体光学系２６は、平行ビーム分割装置２２によって分割されなかった残りの形状のレーザビームを反射するミラー２６Ａと、このミラー２６Ａで反射されたレーザビームが透過する前記空間光変調器３２と、この空間光変調器３２によって変調された物体光としてのレーザビームを前記集光レンズ２４に向けて反射するミラー２６Ｂとを備えて構成されている。

前記参照光学系２８は、前記平行ビーム分割装置２２によって反射されたレーザビームを参照光として集光レンズ２４に導くものであり、前記ミラーである平行ビーム分割装置２２から反射されたレーザビームを前記集光レンズ２４に対して、前記物体光と平行に、且つ隣接して相互に重なり合うことなく反射させるミラー２８Ａを備えて構成されている。

前記走査光学系３０は、いわゆる４ｆ光学系として構成されている。この４ｆ光学系としての走査光学系３０は、図２に拡大して示されるように、等しい焦点距離ｆを有するレンズ３０Ａ、３０Ｂを２ｆの間隔で配置したものであり、ポリゴンミラー１８側のレンズ３０Ａは、前記ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａが集光レンズ２４の中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズ２４の、ポリゴンミラー１８鏡面の裏側における集光レンズ２４の虚像２４Ａと共焦点を持つように配置されている。

この実施例に係るホログラフィック記録装置１０においては、物体光及び参照光が、そのビーム形状が前記ビームエキスパンダ２０により拡大されたレーザビームのビーム径を分割した形状であって、一方の物体光が、空間光変調器３２により記録すべき情報に応じて変調されてから、参照光と共に略分割前のビーム形状となって、集光レンズ２４に入射される。

集光レンズ２４は、ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａが集光レンズ２４の中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズ２４の虚像２４Ａが前記走査光学系３０のレンズ３０Ａと共焦点を持つように配置されているので、ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａが、集光レンズ２４及び走査光学系３０の中心光軸に対してそれぞれ４５°の角度をなすときに、集光レンズ２４からの物体光及び参照光は、反射面１８Ａで反射され、レンズ３０Ａに入射した後、該レンズ３０Ａによって平行ビームとされる。

走査光学系３０は、前述のように、いわゆる４ｆ光学系であるので、レンズ３０Ｂに平行ビーム状態で入射した後、ホログラフィック記録媒体１２の所定位置に入射される。このとき、物体光及び参照光は、それぞれ分割された平行ビーム状のまま相異なる角度でホログラフィック記録媒体１２に入射するので、干渉縞が該ホログラフィック記録媒体１２に記録される。

次に、前記ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａが前述の中心光軸に対してそれぞれ４５°の角度をなす中立点から傾く場合の、前記物体光及び参照光の偏向について、図２を参照して説明する。

特別な場合として、ｆ３＝ｆ４＝ｄ／２の場合を考える。これはいわゆる４ｆ光学系に相当し、転送される像の横倍率が一定、光軸上での物体及び像の位置が変化してもそれらの和（図２のｓ_ｉ＋ｓ_ｏ）は一定且つ２ｆに等しい等の特徴がある（ｓ_ｉ＋ｓ_ｏ＝２ｆ＝一定）。いま、ポリゴンミラー１８が、レンズ３０Ａから、その光軸上の、ｆ＋Δの点を中心として反時計回りにθだけ回転すると、物体光・参照光ともに２θだけ偏向される。偏向された物体光・参照光が光軸を横切る点からレンズ３０Ａの主点までの距離をそれぞれｓ_ｉ、ｓ_ｉ´とすると、これらとφ（φは偏向前の光ビームと光軸とのなす角度）、Δ、ｆ等との関係は幾何学的な考察から求めることができ、以下のようになる。

ｓ_ｉ＝ｆ−（tanφ−tanΨ）／｛tanΨ（１＋tanφ）｝Δ
Ψ≡φ−２θ
Ψ≡φ＋２θ
ｓ_ｉ´＝ｆ＋（tanΨ´−tanφ）／｛tanΨ´（１−tanφ）｝Δ

レンズのＦナンバー（開口数）が大きいものとして、薄いレンズ及び近軸近似を適用すると、物体光・参照光がレンズ３０Ｂの後ろ側で再び光軸を横切る点の位置（レンズ３０Ｂの主点からの距離）は以下のように与えられる。

ｓ_ｏ＝ｆ−（tanφ−tanΨ）／｛tanΨ（１＋tanφ）｝Δ
ｓ_ｏ´＝ｆ−（tanΨ´−tanφ）／｛tanΨ´（１−tanφ）｝Δ

再び幾何学的な考察により、物体光と参照光がレンズ３０Ｂの後ろ側で交差する点（ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ）は以下のように与えられる。

ｘ_Ｃ＝（ｓ_ｏtanΨ＋ｓ_ｏ´tanΨ´）／（tanΨ＋tanΨ´）
ｙ_Ｃ＝（ｓ_ｏ´−ｓ_ｏ）tanΨtanΨ´

ポリゴンミラーの回転角θに対する前記（ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ）の変化を図３、図４に示す。

図３は、光軸とポリゴンミラー１８の鏡面が４５°の状態をθ＝０として、鏡面を反時計回りにθ＝０〜１０°の範囲で回転したときに、（ｘ_Ｃ，ｙ_Ｃ）が移動する範囲を図示したものである。レンズ３０Ａ及び３０Ｂの焦点距離をｆ＝１００ｍｍ、φ＝３０°、Δ＝０．１ｍｍ、１ｍｍ、１０ｍｍとした。図３からわかるように、Δ、つまりポリゴンミラー１８の設置位置を変化させることにより、記録媒体内で物体光と参照光が交差する記録位置を略線形に変化させることができ、例えば記録媒体の移動に対する追従制御やトラック方向の位置制御に利用できることが分かる。

図４は、ポリゴンミラーの回転角θに対して記録位置の積算移動量をプロットしたものである。積算移動量とは図３の各曲線に沿った移動量によって定義される。記録媒体内での記録位置に対する望ましい移動パターンが決まったとき、図３及び図４によってポリゴンミラーの回転パターンを決め、更にその回転パターンを実現するようにポリゴンミラーの鏡面数、大きさ、回転速度を決定すればよい。

図３によれば、Δを変化させることで記録あるいは再生ビーム照射位置の可動範囲を制御することができるが、可動方向は変化しない。そこでレンズの絞り、即ち開口数を変化させたときの可動範囲を示したのが図５である。φ＝１５°からφを増加させてゆくと、ビーム可動方向が光軸（ｘ軸）から離れる方向に変化していく様子がわかる。このようにして、焦点距離やΔだけでなく、レンズの外径を変化させることによってもビーム照射位置を制御することができ、ポリゴンミラーの設計自由度が高いことがわかる。

次に、前記ホログラフィック記録装置１０における走査光学系３０についての他の実施例について説明する。

図６に示されるように、この実施例に係る走査光学系３４は、ｆθレンズ３６及びアパーチャ３８を設けたものである。

このｆθレンズ３６は、前記ポリゴンミラー１８により反射された前記物体光及び参照光を、その光軸とｆθレンズ光軸３６Ａとのなす角度がθのとき、該ｆθレンズ光軸３６Ａと平行、且つ、このｆθレンズ光軸３６Ａからの距離が前記θに比例する光軸に沿って屈折するようにされている。

従って、ポリゴンミラー１８の回転に従って物体光及び参照光の反射角度が変化するが、ｆθレンズ３６に入射したビームは常にホログラフィック記録媒体１２に対して直角に入射され、その入射位置はポリゴンミラー１８の反射面１８Ａの回転角度に対応することになる。

前記アパーチャ３８は、ポリゴンミラー１８の反射面１８Ａにおいて反射された物体光及び参照光のうち、ｆθレンズ３６から外れるビームを遮断するためのものである。

ここで、前記ｆθレンズを通ってホログラフィック記録媒体１２に入射するビームの入射位置の、前記ｆθレンズ中心光軸３６Ａからの可動範囲Ｒはホログラフィック記録媒体１２の駆動速度に応じて設定する。

前記可動範囲Ｒを小さくする場合は、図７に示される実施例３のように、小さい可動範囲Ｒに対応する小さいｆθレンズ４０と、このｆθレンズ４０と前記ポリゴンミラー１８との間にリレーレンズ４２を設けて、走査光学系４４を構成するとよい。

この場合、リレーレンズ４２の焦点距離をｆ´とすると、ポリゴンミラー１８からの距離Ｌ´はリレーレンズ４２の焦点距離ｆ´より大きくなるように配置する。リレーレンズ４２を通過した光ビームは、式
１／Ｌ´＋１／ｓ´＝１／Ｆ´
を満たす距離ｓ´で集光する。前記ｆθレンズ４０の焦点距離をｆ（＜ｆ´）としたときに、リレーレンズ４２からｓ´＋ｆの距離に該ｆθレンズ４０を配置すれば、図６の場合と同様にホログラフィック記録媒体１２へのビーム照射位置制御をすることができ、しかも、可動範囲をより小さくすることができる。

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 同実施例１における走査光学系を拡大して示す光学配置図 同実施例のホログラフィック記録媒体上での記録位置の移動範囲とポリゴンミラーへの記録ビームの入射位置との関係を示す線図 同実施例におけるポリゴンミラーの回転角と前記記録位置の変位量との関係を、ポリゴンミラーへの記録ビームの入射位置との関係で示す線図 ホログラフィック記録媒体における記録位置の変動量とレンズの絞りの変化量との関係を示す線図 本発明の実施例２における要部を示す光学配置図 本発明の実施例３の要部を示す光学配置図

符号の説明

１０・・・ホログラフィック記録装置
１２・・・ホログラフィック記録媒体
１４・・・記録媒体駆動装置
１６・・・レーザ光源
１８・・・ポリゴンミラー
１８Ａ・・・反射面
２０・・・ビームエキスパンダ
２２・・・平行ビーム分割装置
２４・・・集光レンズ
２４Ａ・・・虚像
２６・・・物体光学系
２８・・・参照光学系
３０、３４、４４・・・走査光学系
３２・・・空間光変調器
３６、４０・・・ｆθレンズ
３６Ａ・・・ｆθレンズ中心光軸
３８・・・アパーチャ
４２・・・リレーレンズ

Claims (5)

1. レーザビームを、ビーム径を拡大した平行ビームとしてから、そのビーム径を物体光及び参照光とに分割し、分割された物体光を、記録すべき情報に応じて変調し、これら物体光及び参照光を平行ビーム状のまま、相互に隣接した状態でポリゴンミラーの反射面の後方に焦点を有する集光レンズにより、回転する前記ポリゴンミラーの反射面に入射し、この反射面で反射された前記物体光と参照光とを、該反射面の角度変化による走査方向に移動させつつ、これと同方向に移動するホログラフィック記録媒体に、前記ポリゴンミラーの反射面が前記集光レンズの中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズの虚像が共焦点となるレンズを介して、相互に異なる角度で、且つ、該ホログラフィック記録媒体内で干渉するように入射させることを特徴とするホログラフィック記録方法。
2. 入射する物体光と参照光との干渉縞を記録可能なホログラフィック記録媒体を駆動させる記録媒体駆動装置と、
   レーザ光源と、
   このレーザ光源から出射されたレーザビームを、ビーム径が拡大された平行ビームとするビームエキスパンダと、
   このビームエキスパンダで拡大された平行ビームのビーム径を分割する平行ビーム分割装置と、
   回転自在のポリゴンミラーと、
   入射する平行ビームを、前記ポリゴンミラーの反射面の後方に集光する焦点を備えた集光レンズと、
   前記分割された平行ビームの一方を物体光として、及び、他方を参照光として、それぞれ前記集光レンズへの入射平行ビームとして導く物体光学系及び参照光学系と、
   前記ポリゴンミラーの反射面が前記集光レンズの中心光軸と４５°の角度をなすときに、該集光レンズの虚像を共焦点とするレンズを有し、回転する前記ポリゴンミラーの反射面により反射された前記物体光及び参照光を、そのポリゴンミラーの回転による走査方向が、前記ホログラフィック記録媒体の運動方向と一致するようにして、該ホログラフィック記録媒体に導く走査光学系と、
   前記物体光学系に配置され、前記物体光を、記録すべき情報に対応して変調する空間光変調器と、
   を有してなり、
   前記物体光学系及び参照光学系は、前記物体光及び参照光を、それぞれ平行ビーム状のまま相互に重なり合うことなく隣接して、統合させ、前記平行ビームと略同一のビーム形状で前記集光レンズに入射する構成と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２において、前記走査光学系は、４ｆ光学系であることを特徴とするホログラフィック記録装置。
4. 請求項２において、前記走査光学系はｆθレンズを含んでなり、このｆθレンズは、前
   記ポリゴンミラーにより反射された前記物体光及び参照光を、その光軸とｆθレンズ中心光軸とのなす角度がθのとき、該ｆθレンズ中心光軸と平行、且つ、このｆθレンズ中心光軸からの距離が前記θに比例する光軸に沿って屈折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。
5. 請求項４において、前記走査光学系における前記ｆθレンズと前記ポリゴンミラーとの間に、前記ｆθレンズの焦点位置に、該ポリゴンミラーから反射された前記物体光及び参照光を集光するリレーレンズを配置したことを特徴とするホログラフィック記録装置。

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