JP4351551B2 - ホログラフィック記録方法、ホログラフィック記録装置、ホログラフィック記録媒体、ホログラフィックメモリ再生方法及び装置 - Google Patents

ホログラフィック記録方法、ホログラフィック記録装置、ホログラフィック記録媒体、ホログラフィックメモリ再生方法及び装置 Download PDF

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Description

この発明は、物体光と参照光とをホログラフィック記録媒体に照射して、その干渉縞により情報を記録するホログラフィック記録方法、ホログラフィック記録装置、これらにより情報が記録されたホログラフィック記録媒体、このホログラフィック記録媒体に記録された情報を再生するホログラフィックメモリ再生方法及び装置に関する。
近年、大容量のディジタル情報を保存できるデータストレージ技術への要求が高まっていて、次世代の大容量・高速ストレージ技術の１つとして、ホログラフィックメモリ技術が期待されている。
このホログラフィックメモリ技術では、ディジタル情報を数十〜数百万ビット毎に２次元のビットマップ画像へ符号化して一度に記録・再生を行なうため、大量のデータの高速転送が可能であり、又、光の回折と干渉性を利用して、ホログラフィック記録媒体の特定の領域に多数のデータページを重畳記録（多重化記録）できるため、大容量ストレージが可能である。
又、大容量記録の方法として、非特許文献１に記載されるように、参照光と物体光の、記録媒体への入射位置を順次シフトさせるシフト多重記録の方法がある。
上記のような、ホログラフィック記録媒体に記録されたデータページを再生する場合、再生用参照光をホログラフィック記録媒体に照射して、発生した回折光を撮像素子によって受光して、データページを再生するようにしている。
G.Barbastathis et al.,Applied Optics,Vol.35,No.14,p.2403-2417
ここで、前記データページの再生速度は、撮像素子のフレームレートによってその上限が規制され、一般的に、撮像素子のフレームレートは数十ｆｐｓと遅くなるという問題点があった。
これに対して、高速度ＣＣＤカメラ等を用いるとフレームレートを速くすることができるが、これらは高価であり、装置コストが増大してしまうという問題点がある。
又、ホログラフィック記録では、一般的に、記録密度を増大させると再生時のデータレートが減少し、データレートと記録密度はトレードオフの関係となってしまうという問題点がある。
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、撮像素子を用いて、記録密度を低下させることなく再生データレートを増大させることができるようにしたホログラフィック記録方法、ホログラフィック記録装置、これらの方法及び装置により情報が記録されたホログラフィック記録媒体、このホログラフィック記録媒体の情報を再生するためのホログラフィックメモリ再生方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究の結果、ホログラフィック記録媒体の記録層に対して、参照光の相対的入射角度を一定にして、且つこれら参照光及び記録層の、物体光に対する角度を段階的に変化させることにより、データページを偏向多重記録し、再生時には、１本の再生用参照光の照射により、同時に複数の回折光を異なる方向に発生させてこれを同時に撮像素子で受光することによって、上記目的を達成できることが分かった。
即ち、以下の本発明により上記目的を達成することができる。
（１）参照光及び物体光をホログラフィック記録媒体に照射して、参照光の入射光軸と物体光の入射光軸との交点近傍の記録層に回析格子を形成して情報を記録するホログラフィック記録方法であって、前記物体光の入射角度を一定にしたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、前記交点を中心として前記参照光と物体光の入射光軸を含む光軸平面内で多段階に回転させ、且つ、前記参照光の入射光軸を、前記ホログラフィック記録媒体への相対的入射角度が一定となるように、前記ホログラフィック記録媒体の回転角度に同期して多段階に切換えて偏向多重記録することを特徴とするホログラフィック記録方法。
（２）前記ホログラフィック記録媒体の回転中心軸線をＹ軸、前記光軸平面内にあって、前記記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸とし、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて偏向多重、且つ、シフト多重記録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方法。
（３）前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホログラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、次にＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記ホログラフィック記録媒体を、前記同様にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程及びＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とする（２）に記載のホログラフィック記録方法。
（４）前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホログラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、次にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記ホログラフィック記録媒体を、前記同様にＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程及びＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とする（２）に記載のホログラフィック記録方法。
（５）前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホグラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホグラフィック記録媒体の回転角度を切換える工程と、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、これらの工程を繰り返すことを特徴とする（２）に記載のホログラフィック記録方法。
（６）前記記録層をＸ軸方向及びＹ軸方向に複数のホログラムブロックに区画し、各ホログラムブロック毎に、前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホグラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を経て、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記同様にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程及びＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とする（２）に記載のホログラフィック記録方法。
（７）レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を参照光と物体光とに分岐するビームスプリッタと、前記参照光をホログラフィック記録媒体に導く参照光学系と、前記物体光を前記ホログラフィック記録媒体に導く物体光学系と、を有してなり、前記参照光学系は、前記ビームスプリッタ方向からの参照光を、複数の異なる光路の方向に選択的に反射可能な回転ミラーと、前記複数の異なる光路の参照光を、対応する異なる入射光軸を通って、前記ホログラフィック記録媒体の近傍における前記物体光との交点に導くレンズ群と、前記ホログラフィック記録媒体を、前記交点を通り、且つ、参照光と前記物体光の各々の入射光軸を含む光軸平面と直交するＹ軸回りに回転可能に支持する回転ステージと、前記参照光の複数の異なる光路に対応して、各入射光軸からの、前記ホログラフィック記録媒体への参照光の、相対的入射角度が一定となるように、前記回転ミラーと回転ステージとを同期して制御する制御装置と、を有することを特徴とするホログラフィック記録装置。
（８）前記光軸平面内にあって、前記ホログラフィック記録媒体の記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、前記Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記回転ステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持する並進ステージを設けてなり、この並進ステージは、前記制御装置により、前記回転ミラー及び回転ステージと同期して制御可能とされたことを特徴とする（７）に記載のホログラフィック記録装置。
（９）参照光及び物体光の照射により、参照光の入射光軸と物体光の入射光軸との交点近傍の記録層に形成された回析格子により情報が記録されたホログラフィック記録媒体であって、前記回析格子が、記録時における参照光の入射光軸の入射角度で、再生用参照光を照射したとき複数の回折光を各々異なる方向に発生するように偏向多重記録されていて、且つ、前記光軸平面内にあって、前記参照光と物体光の入射光軸を含む光軸平面と直交するとともに前記交点を通る方向をＹ軸、前記記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記偏向多重記録された回析格子が、Ｘ、Ｙ軸方向に順次シフトされた位置に設けられていることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
（１０）前記記録層は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に複数のホログラムブロックに区画され、各ホログラムブロック毎に、前記偏向多重記録された回析格子が、Ｘ、Ｙ軸方向に順次シフトされた位置に設けられていることを特徴とする（９）に記載のホログラフィック記録媒体。
（１１）前記（９）及び（１０）のいずれかのホログラフィック記録媒体に、その記録時における参照光の入射光軸の入射角度で、再生用参照光を照射し、発生した複数の回折光を各々別個の撮像素子により受光して、同時に複数の信号を再生することを特徴とするホログラフィックメモリ再生方法。
（１２）前記（９）及び（１０）のいずれかのホログラフィック記録媒体を支持するステージと、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を再生用参照光として、前記記録時の、前記参照光の入射光軸の入射角度でホログラフィック記録媒体に導く再生用参照光学系と、前記参照光学系は、前記ビームスプリッタ方向からの参照光を、複数の異なる光路の方向に選択的に反射可能な回転ミラーと、参照光の入射光軸を通って、前記ホログラフィック記録媒体の近傍における前記物体光との交点に導くレンズ群と、前記再生用参照光の入射により、前記ホログラフィック記録媒体から発生する複数の回折光に対応して各々設けられ、対応する回折光を受光して信号を再生する複数の撮像素子と、を有することを特徴とするホログラフィックメモリ再生装置。
（１３）前記ステージは、前記光軸平面内にあって前記ホログラフィック記録媒体の記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、前記Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記ホログラフィック記録媒体をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持する並進ステージであることを特徴とする（１２）に記載のホログラフィックメモリ再生装置。
本発明においては、ホログラフィック記録媒体に対して、再生用参照光を照射すると、同時に複数の回折光が異なる方向に生じるので、これらを別個に撮像素子により受光することによって、同時に複数のデータページを再生することができる。従って、高価なＣＣＤ等を用いることなく、且つ記録密度を低下させることなく再生データレートを増大させることができるという効果を有する。
ホログラフィック記録媒体に対して、物体光の入射光軸を一定とするとともに、参照光の入射光軸及びホログラフィック記録媒体を、両者の相対的入射角度を一定に保ったまま、物体光の入射光軸に対して多段階で回転させることにより、偏向多重記録をし、且つ、ホログラフィック記録媒体を、その記録層に沿ってＸＹ方向に移動させることによりシフト多重記録をする。
再生時には、前記ホログラフィック記録媒体に対する記録時の参照光の相対的入射角度の方向から再生用参照光を照射して、発生した複数の回折光を各々別個の撮像素子によって受光し、一度に多数のデータページを再生する。
次に、図１〜図４を参照して本発明の実施例１に係るホログラフィック記録再生装置１０について説明する。
このホログラフィック記録再生装置１０は、レーザ光源１２と、このレーザ光源１２から出射されたレーザ光を透過して物体光とすると共に、反射して参照光とするビームスプリッタ１４と、前記物体光をホログラフィック記録媒体（以下記録媒体）１６に導くための物体光学系１８と、前記参照光を前記記録媒体１６に導くための参照光学系２０と、前記記録媒体１６に参照光を照射したときに発生する３本の回折光をそれぞれ別個に受光する撮像素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを含む結像光学系２２と、から構成されている。
前記物体光学系１８は、前記ビームスプリッタ１４側から順に、前記ビームスプリッタ１４を透過した物体光のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダ２４と、このビームエキスパンダ２４によりビーム径を拡大された物体光を直角に反射するミラー２６と、ミラー２６で反射された物体光を、記録すべき情報に応じて符号化された２次元のデータ画像であるビットマップ画像が表示され、これにより、物体光を空間変調する空間光変調器２８と、この空間光変調器２８によりビットマップ画像を付加された物体光をフーリエ変換し、且つ、前記ホログラフィック記録媒体１６に集光して入射させるフーリエレンズ３０とを、備えて構成されている。
前記参照光学系２０は、前記ビームスプリッタ１４で反射された参照光を前記記録媒体１６方向に反射し、且つ、その反射角度を３段階に偏向して、参照光が異なる３つの光路の３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃのいずれかに選択的に進むように回転可能とされた回転ミラー３２と、この回転ミラー３２で反射され、異なる光路を進むいずれの参照光を、前記記録媒体１６近傍における、前記物体光との交点１９に入射する入射光軸３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃのいずれかとなるように参照光を屈折させるレンズ群３４とを備えて構成されている。
前記ホログラフィック記録媒体１６は、前記物体光の入射光軸１８Ａ及び参照光の入射光軸３８Ａ〜３８Ｃを含む光軸平面と直交し、且つ、前記交点１９を通るＹ軸を中心として回転可能に、回転ステージ３６に支持されている。
又、前記結像光学系２２には、前記撮像素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと前記交点１９との間に、それぞれの回折光の光路上にフーリエレンズのフーリエ面の画像を更にフーリエ変換するようなレンズ構成である結像レンズ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃがそれぞれ配置されている。
次に、図２（Ａ）を参照して、前記回転ミラー３２、レンズ群３４及び前記記録媒体１６の光学的位置関係及びレンズ群３４の構成について説明する。
レンズ群３４は、焦点距離がｆ３のレンズ（凸レンズ）３４Ａと、焦点距離がｆ４のレンズ（凸レンズ）３４Ｂとから構成され、これらレンズ３４Ａ、３４Ｂは、前記回転ミラー３２の回転中心と、前記交点１９を結ぶ光軸上に配置されている。
又、回転ミラー３２の回転中心とレンズ３４Ａとの距離はｆ３、レンズ３４Ａと３４Ｂとの距離はｆ３＋ｆ４、レンズ３４Ｂと前記交点１９の距離はｆ４にそれぞれ設定されている。
前記回転ミラー３２は、前記ビームスプリッタ１４方向からの参照光を、複数の異なる光路の方向に選択的に反射すべく回転ステージ３３により一定範囲で回転自在に支持されている。この回転ステージ３３と、前記記録媒体１６を回転可能に支持する回転ステージ３６とは、共に制御装置３８によって、次のように同期して回転するように制御される。
この実施例１では、回転ミラー３２は、回転ステージ３３によって、図１に示されるように、３本の異なる光路３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃのいずれかの方向に参照光を反射するようにされている。
又、前記レンズ群３４は、前記光路３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを通る反射光が、図１、図２に示されるように、３本の入射光軸３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを経て、前記交点１９に、参照光として入射するように設定されている。
前記回転ステージ３６は、前記記録媒体１６を、前記入射光軸３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃに対応して、これら入射光軸から入射した参照光が常に同一角度で記録媒体１６に入射するように制御装置３８を介して回転されるようになっている。
次に、上記ホログラフィック記録再生装置１０によって、記録媒体１６に偏向多重記録をし、且つ、その記録を再生する過程について説明する。
レーザ光源１２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１４を透過して物体光となり、物体光学系１８における空間光変調器２８で、記録すべき情報（データ画像）により空間光変調され、即ちデータ画像が付加され、その状態で、フーリエレンズ３０を介して、前記記録媒体１６に照射される。
前記ビームスプリッタ１４において反射された参照光は、回転ミラー３２において、前記光路３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃのいずれかの方向に反射される。
この参照光は、光路３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃのいずれかにより、対応する入射光軸３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃのいずれかを通って記録媒体１６に入射される。
従って、記録媒体１６において、前記物体光と参照光との干渉により回析格子が形成され、これによって前記データ画像の情報がホログラフィック記録されることになる。
ここで、図３を参照して、参照光が順次入射光軸３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを経て記録媒体１６に入射する際における、前記物体光入射光軸１８Ａ及び記録媒体１６の回転角度との関係について説明する。
まず、図３（Ａ）に示されるように、回転ミラー３２を、反射光が光路３５Ａを通る回転位置に設定する。これにより、回転ミラー３２で反射された参照光は光路３５Ａを通り、レンズ群３４を経て、前記入射光軸３８Ａを通って記録媒体１６に入射する。
このとき、制御装置３８により、記録媒体１６は、図１、図２、図３における符号１６Ａで示される位置としておく。
次に、回転ミラー３２を、反射された参照光が光路３５Ｂを通るように回転してセットする。これにより、参照光は光路３５Ｂから、入射光軸３８Ｂを通って記録媒体１６に入射される。
このとき、記録媒体１６は、図３（Ｂ）において実線で示される位置としておく。
なお、物体光は、いずれの場合でも、図１〜図３において真下方向、即ち、入射光軸３８Ｂと直交する方向の物体光入射光軸１８Ａを通って記録媒体１６に入射するようにセットされている。
次に、回転ミラー３２を、反射された参照光が光路３５Ｃを通るように回転させる。これにより、参照光は光路３５Ｃから、入射光軸３８Ｃを通って記録媒体１６に入射される。このとき、記録媒体１６は、図１〜図３において符号１６Ｃで示される位置に回転されている。
前述のように、入射光軸３８Ａと符号１６Ａで示される位置の記録媒体１６との角度、入射光軸３８Ｂと図１〜図３において実線で示される位置にある記録媒体１６との角度、入射光軸３８Ｃと図１〜図３において符号１６Ｃで示される位置にある記録媒体１６との相対的入射角度は、いずれも一定に維持されていて、これらと物体光軸１８Ａとの角度のみが３段階に切換えられる。
なお、前記回転ミラー３２の回転角θと記録媒体１６への入射角、即ち入射光軸の角度変化φとの間には、次の（１）式、
φ＝tan-1（ｆ３／ｆ４・tan２θ） …（１）
の関係となるように、回転ミラー３２と回転ステージ３６の回転角度が、制御装置３８によって制御される。
次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、前記入射光軸３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃから入射した参照光及び物体光軸１８Ａから入射した物体光とによって記録媒体１６の記録層１７に形成される回析格子の状態について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）における符号１７Ａ、１７Ｂは記録層１７を挟み込む基板を示す。
まず、図３（Ａ）に示されるように、参照光が入射光軸３８Ａを、又、物体光が物体光入射軸１８Ａをそれぞれ通って入射し、且つ記録媒体１６が図３（Ａ）において符号１６Ａで示される位置の場合、図４（Ａ）に示されるように、一点鎖線で示される参照光と破線で示される物体光との干渉によって、記録層１７に回析格子４０Ａが形成される。
同様にして、参照光が入射光軸３８Ｂを通って記録層１７に入射した場合は、回析格子４０Ｂは図４（Ｂ）に示されるように記録され、参照光が入射光軸３８Ｃを通って入射したときは、記録層１７に、図４（Ｃ）で示されるように回析格子４０Ｃが形成される。
図４（Ａ）〜（Ｃ）のように、記録層１７に、順次回析格子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを形成すると、図４（Ｄ）に示されるように、これらの回析格子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが多重記録されることになる。本発明においては、これを偏向多重記録とする。
なお、実際の記録光学系では、少なくとも物体光（信号光）は曲面状の波面を持っているので、図４（Ａ）〜（Ｄ）で示されるような回析格子の状態は、物体光入射光軸１８Ａ近傍についてのみ正しいことになるが、図４（Ａ）〜（Ｄ）においては、これを模式的に示している。
なお、前述のように、記録媒体１６に対する各入射光軸３８Ａ〜３８Ｃは、常に一定角度に維持されているので、記録媒体１６の、図３における反時計方向の角度φの回転に対して、前記回析格子の長手方向は、φ／２だけ回転する。
この場合、記録媒体１６における記録層の屈折率ｎを考慮すると、前記回析格子４０Ａ〜４０Ｃの回転角は、次の（２）式で与えられる。
Figure 0004351551
ここで、複号は、図４（Ａ）及び（Ｃ）の場合に相当し、φ0は図４（Ｂ）における物体光の入射角、即ち、図４の例では４５°を表わしている。
上記のような回析格子４０Ａ〜４０Ｃが偏向多重記録された記録層１７に、例えば図３（Ｄ）に示されるように、前記参照光の入射光軸３８Ｂに沿って再生用参照光Ｒｆを入射させると、図３（Ｄ）及び図４（Ｄ）に示されるように、前記回析格子４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃによってそれぞれ回折光Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃが、前記撮像素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃに向かって発生する。
従って、撮像素子２２Ａ〜２２Ｃにおいては、記録層１７に記録された３枚のデータ画像が同時に検出され、これらの画像は、エラー訂正、復号化等の信号処理を経てディジタル情報へと再生されることになる。
この実施例１において、上記のようにして記録層１７に記録された回析格子（ホログラム）は、記録時の参照光、物体光及び記録媒体１６の、相対的な幾何学配置が異なっているため、ホログラムを形成している回折格子の格子間隔及び波数ベクトルの比がそれぞれ異なっている。
従って、参照光のみを偏向させる通常の角度多重記録とは異なるが、形成された回折格子の様子は同様なものとなる。但し、本質的に異なるのは、いずれのホログラムを記録する際でも、参照光と記録媒体１６との相対的な位置関係（入射角及び入射位置）が変化していない点である。
ホログラム（回析格子４０Ａ〜４０Ｃ）を記録する際の参照光及び記録媒体の回転角φは、ブラッグ選択性によってホログラム同士が分離再生でき、且つ分離再生された再生像が結像光学系によって空間的に独立に再生できればよい。
前者のブラッグ選択性は記録再生光の波長線幅、記録層の厚み及び記録時の幾何学的な光学配置によって決まり、後者の独立な再生は、回転角φと結像光学系の設計によって決まる。
即ち、結像光学系の設計に応じて回転角φ、従って偏向多重可能な最大ホログラム数が決定される（ブラッグ選択性による制約は通常１°以下と小さい。）。
次に、図５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再生装置５０について説明する。
図５において、前記図１に示されるホログラフィック記録再生装置１０の構成要素と同一の構成要素については、図１におけると同一の符号を付することにより説明を省略するものとする。
この実施例２のホログラフィック記録再生装置５０は、前記図１の実施例１に係るホログラフィック記録再生装置１０に対しては、実施例１が、偏向多重記録のみであるのに対して、実施例２は、シフト多重記録と偏向多重記録を併用した光学系である点において相違する。
具体的には、実施例１に対して、実施例２のホログラフィック記録再生装置５０は、ビームスプリッタ１４と回転ミラー３２との間の参照光の光路上に、レンズ５２を設けると共に、記録媒体１６を支持する回転ステージ３６を、更に、ＸＹステージ５４により支持した点において相違する。
このＸＹステージ５４は、図６に拡大して示されるように、前記回転ステージ３６の回転中心軸をＹ軸としたとき、記録媒体１６に沿う方向をＸ軸、直交する方向をＺ軸として、回転ステージ３６をＸ軸方向及びＹ軸方向に並進移動させるものである。
前記のように参照光学系にレンズ５２を設けた場合、参照光は、図２（Ｂ）に示されるように球面波となって記録媒体１６に入射する。
実施例２のホログラフィック記録再生装置５０により、データ画像の偏向／シフト多重記録を行なう際には、実施例１におけると同様に、回転ミラー３２と記録媒体１６の角度を多段階に、且つ、同期して変調し、更に、ＸＹステージ５４によるＸ軸方向及びＹ縛方向へのシフトをする。
これを詳細に説明すると、前記制御装置３８は、記録すべきシフト多重位置と偏向多重に基づく記録媒体１６の回転角を制御するためのコントローラとされ、データの記録過程において、データ画像の多重化順序や移動のタイミングが予め定められたプログラムに基づいていて、このプログラムに応じて、あるいはサーボ系からの位置・角度検出データ（サーボ信号）をも参照しながら制御される。
前記制御装置３８は、プログラムやサーボ信号によって決まる記録媒体１６の動作に応じていて、適切なタイミングで信号を送信し、回転ミラー３２、記録媒体１６の回転角度、及びＸＹステージはこの信号によって制御される。
ここで、図７に示されるように、記録時の参照光と物体光とは、前記Ｚ軸とＸ軸のなす光軸平面内にあるようにセットされ、ＸＹステージ５４は、記録媒体１６を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に並進移動させる。
例えば、回転ミラー３２と記録媒体１６の回転させる偏向多重記録は、ＸＹステージ５４によって記録媒体１６が記録位置に移動する毎によってなされる。
前記Ｘ軸方向へのシフト多重記録、Ｙ軸方向へのシフト多重記録及び偏向多重記録は、この順序に特に制約は無く、例えば、
（１）Ｘ軸方向へのシフト多重記録→Ｙ軸方向へのシフト多重記録→偏向多重記録、
（２）Ｙ軸方向へのシフト多重記録→Ｘ軸方向へのシフト多重記録→偏向多重記録、
（３）Ｘ軸方向へのシフト多重記録→偏向多重記録→Ｙ軸方向へのシフト多重記録、
（４）偏向多重記録→Ｘ軸方向へのシフト多重記録→Ｙ軸方向へのシフト多重記録、
（５）ホログラムブロック（説明後述）内でのＸＹシフト多重記録→偏向多重記録→ホログラムブロックの蓄積（シフト多重可）、
等、種々の多重化順序を採ることができる。
次に、図８を参照して、ホログラムブロック毎にシフト多重記録及び偏向多重記録を実行する例について説明する。
この例は、記録媒体１６の記録層１７を、図８に示されるような、例えば６個のホログラムブロック５６Ａ〜５６Ｆに、プログラム上区画し、各ホログラムブロック５６Ａ〜５６Ｆ毎に、順次又はランダムにシフト多重記録及び偏向多重記録を行なう。
この例では、実施例２のシフト多重及び偏向多重記録の場合と比較して、各ホログラムブロック５６Ａ〜５６Ｆ間の境界線に跨ってホログラムを形成できないために、記録容量が僅かに低下するものの、種類の異なるデータをホログラムブロック毎に分けて記録することができる。又、記録層１７自身が多重記録後のポスト露光を必要とする場合、ホログラムブロック毎にポスト露光を実施できるという利点がある。
なお、Ｘ軸方向とＹ軸方向のシフト多重では、前記のように、Ｘ軸方向の場合が、隣接ホログラム間距離が短いので、Ｘ軸方向のシフト多重記録を優先する、前記（１）、（３）及び（４）の順序とすると、記録媒体の総移動距離が短いために記録再生の速度を高くし易いという利点がある。
又、シフト多重記録に対して偏向多重のための位置合わせに長時間を要するような場合には、前記（１）、（２）の記録順序が好ましく、次に、（５）又は（３）の記録順序が好ましい。
一般的に、ホログラフィック記録の際に、シフト多重記録をすると、例えば非特許文献１に記載されるように、記録層中に形成される回折格子の幾何学的形状、即ち信号光（物体光）及び参照光の波面形状を含む幾何学的配置に起因する性質によって、Ｘ軸方向に対してＹ軸方向へのシフト選択性が低い。
ここで、「選択性が低い」とは、データ再生時に参照光と記録媒体との相対位置を、該当する軸に沿って並進移動したときに、特定のホログラムによる回折光が検出される移動距離が長いことを意味する。即ち、再生時に要求される機械的精度が緩くなる反面、隣接ホログラム間の距離を長くする必要が生じて、記録密度が小さくなる傾向がある。
この実施形態では、上記のように、シフト多重及び偏向多重されたホログラムを再生する場合、各々のシフト多重位置において同時に３つの再生像を回折光として得ることができ、撮像素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃによってそれぞれ検出される。このようにして、再生時のデータレートが３倍に増大されると共に、前記非特許文献１に記載された場合のような、シフト選択性が記録密度を制限している場合には、この記録密度を最大３倍に増大することができる。
なお、上記実施例において、回転ミラー３２及び記録媒体１６は３段階にその回転角度が変調され、且つその角度間隔が一定とされているが、本発明はこれに限定されるものでなく、３以上の複数段階に回転ミラー３２及び記録媒体１６の回転角度を同期して変調させるようにしても良い。
又、回転角度の各段間の角度は、必ずしも等角度とする必要は無く、任意に設定することができる。
更に、前記実施例２においては、ＸＹステージ５４を用いて記録媒体１６をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させているが、これは他の並進機構であっても良い。
更に又、上記各実施例は、いずれも記録再生をすることができるホログラフィック記録再生装置に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、記録のみを行なうホログラフィック記録装置あるいは再生のみを行なうホログラフィックメモリ再生装置にも当然適用されるものである。
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 回転ミラー、記録媒体、その間のレンズ群の位置関係と回転ミラーと記録媒体の回転角度との関係を拡大して示す光学配置図 実施例１における偏向多重記録及び再生過程における参照光と物体光及び再生用参照光と記録媒体の回転角度との関係を模式的に示す側面図 実施例１のホログラフィック記録再生装置により、ホログラムを偏向多重記録する過程及びこれを再生する過程を模式的に示す断面図 本発明の実施例２に係るホログラフィック記録再生装置を示す光学系統図 同実施例における記録媒体、回転ステージ及びＸＹステージを拡大して示す平面図 同実施例２において、記録媒体にシフト多重記録する過程を模式的に示す斜視図 実施例２により、偏向多重及びシフト多重を併用してホログラフィック記録する他の例を模式的に示す平面図
符号の説明
１０、５０…ホログラフィック記録再生装置
１２…レーザ光源
１４…ビームスプリッタ
１６…ホログラフィック記録媒体
１７…記録層
１８…物体光学系
１８Ａ…物体光入射光軸
１９…交点
２０…参照光学系
２２…結像光学系
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…撮像素子
２８…空間光変調器
３２…回転ミラー
３４…レンズ群
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ…光路
３６…回転ステージ
３８…制御装置
３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ…入射光軸
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ…回析格子
５４…ＸＹステージ
５６Ａ〜５６Ｆ…ホログラムブロック
Ｒｆ…再生用参照光
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ…回折光

Claims (13)

  1. 参照光及び物体光をホログラフィック記録媒体に照射して、参照光の入射光軸と物体光の入射光軸との交点近傍の記録層に回析格子を形成して情報を記録するホログラフィック記録方法であって、
    前記物体光の入射角度を一定にしたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、前記交点を中心として前記参照光と物体光の入射光軸を含む光軸平面内で多段階に回転させ、且つ、前記参照光の入射光軸を、前記ホログラフィック記録媒体への相対的入射角度が一定となるように、前記ホログラフィック記録媒体の回転角度に同期して多段階に切換えて偏向多重記録することを特徴とするホログラフィック記録方法。
  2. 請求項１において、
    前記ホログラフィック記録媒体の回転中心軸線をＹ軸、前記光軸平面内にあって、前記記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸とし、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ、Ｙ軸方向に相対的に移動させて偏向多重、且つ、シフト多重記録することを特徴とするホログラフィック記録方法。
  3. 請求項２において、
    前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホログラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、次にＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記ホログラフィック記録媒体を、前記同様にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程及びＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とするホログラフィック記録方法。
  4. 請求項２において、
    前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホログラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、次にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記ホログラフィック記録媒体を、前記同様にＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程及びＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とするホログラフィック記録方法。
  5. 請求項２において、
    前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホグラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホグラフィック記録媒体の回転角度を切換える工程と、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を有してなり、これらの工程を繰り返すことを特徴とするホログラフィック記録方法。
  6. 請求項２において、
    前記記録層をＸ軸方向及びＹ軸方向に複数のホログラムブロックに区画し、
    各ホログラムブロック毎に、
    前記物体光の入射光軸、参照光の入射光軸及び前記ホグラフィック記録媒体の回転角度を一定としたままで、前記ホログラフィック記録媒体を、Ｘ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程と、Ｙ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を経て、前記参照光の入射光軸及びこれに対応するホログラフィック記録媒体の回転角度を切換える毎に、前記同様にＸ軸方向に移動させてＸ軸方向シフト多重記録する工程及びＹ軸方向に移動させてＹ軸方向シフト多重記録する工程と、を繰り返すことを特徴とするホログラフィック記録方法。
  7. レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を参照光と物体光とに分岐するビームスプリッタと、前記参照光をホログラフィック記録媒体に導く参照光学系と、前記物体光を前記ホログラフィック記録媒体に導く物体光学系と、を有してなり、
    前記参照光学系は、前記ビームスプリッタ方向からの参照光を、複数の異なる光路の方向に選択的に反射可能な回転ミラーと、
    前記複数の異なる光路の参照光を、対応する異なる入射光軸を通って、前記ホログラフィック記録媒体の近傍における前記物体光との交点に導くレンズ群と、
    前記ホログラフィック記録媒体を、前記交点を通り、且つ、参照光と前記物体光の各々の入射光軸を含む光軸平面と直交するＹ軸回りに回転可能に支持する回転ステージと、
    前記参照光の複数の異なる光路に対応して、各入射光軸からの、前記ホログラフィック記録媒体への参照光の、相対的入射角度が一定となるように、前記回転ミラーと回転ステージとを同期して制御する制御装置と、
    を有することを特徴とするホログラフィック記録装置。
  8. 請求項７において、
    前記光軸平面内にあって、前記ホログラフィック記録媒体の記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、前記Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記回転ステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持する並進ステージを設けてなり、この並進ステージは、前記制御装置により、前記回転ミラー及び回転ステージと同期して制御可能とされたことを特徴とするホログラフィック記録装置。
  9. 参照光及び物体光の照射により、参照光の入射光軸と物体光の入射光軸との交点近傍の記録層に形成された回析格子により情報が記録されたホログラフィック記録媒体であって、
    前記回析格子が、記録時における参照光の入射光軸の入射角度で、再生用参照光を照射したとき複数の回折光を各々異なる方向に発生するように偏向多重記録されていて、且つ、
    前記光軸平面内にあって、前記参照光と物体光の入射光軸を含む光軸平面と直交するとともに前記交点を通る方向をＹ軸、前記記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記偏向多重記録された回析格子が、Ｘ、Ｙ軸方向に順次シフトされた位置に設けられていることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
  10. 請求項９において、
    前記記録層は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に複数のホログラムブロックに区画され、
    各ホログラムブロック毎に、前記偏向多重記録された回析格子が、Ｘ、Ｙ軸方向に順次シフトされた位置に設けられていることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
  11. 請求項９及び１０のいずれかのホログラフィック記録媒体に、その記録時における参照光の入射光軸の入射角度で、再生用参照光を照射し、発生した複数の回折光を各々別個の撮像素子により受光して、同時に複数の信号を再生することを特徴とするホログラフィックメモリ再生方法。
  12. 請求項９及び１０のいずれかのホログラフィック記録媒体を支持するステージと、
    レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を再生用参照光として、前記記録時の、前記参照光の入射光軸の入射角度でホログラフィック記録媒体に導く再生用参照光学系と、
    前記参照光学系は、前記ビームスプリッタ方向からの参照光を、複数の異なる光路の方向に選択的に反射可能な回転ミラーと、
    参照光の入射光軸を通って、前記ホログラフィック記録媒体の近傍における前記物体光との交点に導くレンズ群と、
    前記再生用参照光の入射により、前記ホログラフィック記録媒体から発生する複数の回折光に対応して各々設けられ、対応する回折光を受光して信号を再生する複数の撮像素子と、
    を有することを特徴とするホログラフィックメモリ再生装置。
  13. 請求項１２において、
    前記ステージは、前記光軸平面内にあって前記ホログラフィック記録媒体の記録層とほぼ直交する方向をＺ軸、前記Ｙ軸及びＺ軸と直交する方向をＸ軸としたとき、前記ホログラフィック記録媒体をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持する並進ステージであることを特徴とするホログラフィックメモリ再生装置。
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