JP4739418B2 - ホログラム記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、いわゆる角度多重記録方式で参照光と記録光とを干渉させることにより、ホログラム記録媒体にホログラムを多重記録するホログラム記録装置に関する。
従来のホログラム記録装置としては、特許文献１に開示されたものがある。同文献に開示されたものは、光源からのレーザ光を偏光ビームスプリッタによって記録光と参照光に分離し、一方の記録光を空間光変調器で変調した後、ホログラム記録媒体の所定部位に照射している。他方の参照光については、上記所定部位において記録光と種々の角度で干渉させるべく、ホログラム記録媒体に対する入射角を変化させながら照射するように構成されている。
光源と偏光ビームスプリッタとの間には、偏光ビームスプリッタに入射する前のレーザ光の偏光状態を変化させる１／２波長板が設けられている。参照光の入射角を変化させる際、それに応じて１／２波長板を回転させることにより、偏光ビームスプリッタによって分離された後の記録光の光量と参照光の光量との比が変化させられる。すなわち、参照光の入射角が変化することで所定部位における参照光の照射面積が変動しても、記録光と参照光との照度の比が一定（好ましくは１：１の比）に保たれ、これにより、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが多重記録されるようになっている。
特開２００５−１７３３６１号公報
しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、記録光と参照光との照度の比を一定に保つことしか考慮されていない。すなわち、参照光の入射角が大きくなるほど参照光の照射面積が大きくなるため、たとえば参照光の光量が大きくなるように１／２波長板が回転させられるが、そうした場合、参照光の光量増加に相反して記録光の光量が減少することとなる。その結果、照度の比については、一定に保つことができるものの、記録光と参照光とを合わせた所定部位における照度そのものとしては、参照光の入射角が大きくなるにつれて小さくなってしまう。これでは、参照光の入射角ごとにホログラムを記録するパワーが異なるため、一定の照度でホログラムを多重記録することができないという難点があった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。本発明は、一定の照度でホログラムを多重記録することができるホログラム記録装置を提供することをその課題としている。
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明の第１の側面により提供されるホログラム記録装置は、レーザ光を発する光源と、この光源からのレーザ光を記録光と参照光に分離するビームスプリッタと、記録すべき情報に応じて上記記録光を変調する空間光変調器と、変調された上記記録光をホログラム記録媒体の所定部位に照射する記録光学系と、上記所定部位において上記記録光と種々の角度で干渉するように上記ホログラム記録媒体に対する入射角を変化させながら上記参照光を照射する参照光学系とを備え、これら記録光と参照光との干渉によって上記所定部位にホログラムを多重記録するホログラム記録装置であって、上記所定部位における上記参照光の照度が所定の定常レベルとなるように、上記ビームスプリッタから出射した後の上記参照光の光量を、上記ホログラム記録媒体に対する入射角に応じて可変調整する光量調整手段を備えていることを特徴としている。
好ましくは、上記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、この偏光ビームスプリッタと上記空間光変調器との間には、上記記録光に所定の位相差を付与する位相板が設けられている。
本発明の第２の側面により提供されるホログラム記録装置は、レーザ光を発する光源と、この光源からのレーザ光を記録光と参照光に分離する偏光ビームスプリッタと、記録すべき情報に応じて上記記録光を変調する空間光変調器と、上記偏光ビームスプリッタと上記空間光変調器との間で上記記録光に所定の位相差を与える位相板と、変調された上記記録光をホログラム記録媒体の所定部位に照射する記録光学系と、上記所定部位において上記記録光と種々の角度で干渉するように上記ホログラム記録媒体に対する入射角を変化させながら上記参照光を照射する参照光学系とを備え、これら記録光と参照光との干渉によって上記所定部位にホログラムを多重記録するホログラム記録装置であって、上記所定部位における上記記録光および上記参照光のそれぞれの照度が所定の定常レベルとなるように、上記偏光ビームスプリッタに入射する前の上記レーザ光の光量および位相を、上記ホログラム記録媒体に対する入射角に応じて可変調整する調光手段を備えていることを特徴としている。
好ましくは、上記調光手段は、上記光源のレーザ出力を制御する出力制御手段と、上記レーザ光に対して位相差を変動させながら付与する位相調整手段とで構成されている。
好ましくは、上記調光手段は、上記レーザ光の光量を可変調整する光量調整手段と、上記レーザ光に対して位相差を変化させながら付与する位相調整手段とで構成されている。
本発明が適用されたホログラム記録装置の第１実施形態を示す全体構成図である。 図１に示すホログラム記録装置の光学的作用を説明するための説明図である。 本発明が適用されたホログラム記録装置の第２実施形態を示す全体構成図である。 図３に示すホログラム記録装置の光学的作用を説明するための説明図である。 本発明が適用されたホログラム記録装置の第３実施形態を示す全体構成図である。 図５に示すホログラム記録装置の光学的作用を説明するための説明図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１および図２は、本発明が適用されたホログラム記録装置の第１実施形態を示している。
図１に示すように、ホログラム記録装置Ａ１は、ホログラム記録媒体Ｂに対して角度多重記録方式によりホログラムを多重記録するものである。このホログラム記録装置Ａ１は、光源１、コリメータレンズ２、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と称する）３、１／２波長板４、空間光変調器５、固定ミラー６、対物レンズ７、減光フィルタ（光量調整手段）８、参照光用の可動ミラー９、および制御部１０を備えている。固定ミラー６および対物レンズ７は、記録光Ｓをホログラム記録媒体Ｂに導く記録光学系として設けられている。可動ミラー９は、ホログラム記録媒体Ｂに対して入射角を変化させながら参照光Ｒを導く参照光学系として設けられている。
ホログラム記録媒体Ｂの所定部位には、記録光Ｓと参照光Ｒとが重なるように照射され、干渉縞からなるホログラムが記録される。このとき、ホログラム記録媒体Ｂに対する参照光Ｒの入射角が変化させられることにより、所定部位には、記録光Ｓと参照光Ｒとの交差する角度に応じて異なる干渉縞パターンのホログラムが多重記録される。
光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高いレーザ光を出射する。コリメータレンズ２は、光源１から出射したレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ２から出射した平行光は、ＰＢＳ３によって偏光方向の異なる記録光Ｓと参照光Ｒとに分離される。記録光Ｓは、ＰＢＳ３の分離によって例えばＳ偏光とされ、その後、１／２波長板４を透過することでＰ偏光となる。Ｐ偏光となった記録光Ｓは、空間光変調器５に入射し、この空間光変調器５で記録すべき情報に応じた画素パターンの光に変調される。空間光変調器５を経た記録光Ｓは、固定ミラー６および対物レンズ７を介してホログラム記録媒体Ｂの所定部位に照射される。ホログラム記録媒体Ｂに対する記録光Ｓの入射角は、たとえば４５°に設定されている。
参照光Ｒは、ＰＢＳ３の分離によって例えばＰ偏光とされ、その後、減光フィルタ８に入射する。減光フィルタ８は、ＮＤフィルタあるいは液晶素子と偏光板とを組み合わせたものからなり、制御部１０によって回転制御されるように構成されている。このような減光フィルタ８は、回転姿勢に応じて参照光Ｒの光量を減じる割合が異なるようになっている。減光フィルタ８を経た参照光Ｒは、可動ミラー９を介してホログラム記録媒体Ｂの所定部位で記録光Ｓと重なるように照射される。可動ミラー９は、制御部１０によって回転制御されるように構成されている。このような可動ミラー９によれば、所定部位における参照光Ｒの入射角が例えば３０°〜６０°の範囲で変化させられる（図２参照）。所定部位においては、Ｐ偏光の記録光Ｓと同じくＰ偏光の参照光Ｒとが干渉することにより、光学的に効率よくホログラムが記録される。再生時には、記録時と同様に入射角を変化させながら参照光Ｒが所定部位に照射され、それに応じて所定部位から発せられた再生光をフォトディテクタなどで受光することにより、ホログラムとして記録された情報が再生される。
次に、ホログラム記録装置Ａ１の光学的作用について説明する。
図２に一例として示すように、記録時においては、光源１のレーザ出力（光量）が２．４であり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、ＰＢＳ３によって１：１．４の光量比に分離される。記録光Ｓは、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が４５°で照射され、所定部位における記録光Ｓの照射面積が１となっている。
このとき、照度が単位面積当たりの光量で表されることから、所定部位においては、記録光Ｓの照度が１となる。
参照光Ｒについては、可動ミラー９を制御することにより、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が例えば３０°、４５°、６０°をもって照射される。所定部位における参照光Ｒの照射面積については、入射角が４５°の場合に１となっている。
参照光Ｒの入射角が３０°のとき、それに対応するように減光フィルタ８の回転姿勢が制御される。これにより、参照光Ｒの光量は、減光フィルタ８の透過前にあった１．４から０．８まで減少させられる。このとき、所定部位における参照光Ｒの照射面積については、照度余弦則により０．８程度となる。これにより、所定部位における記録光Ｓの照度が１となり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、照度の比が１：１の状態で互いに干渉する。その結果、所定部位には、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが記録される。
参照光Ｒの入射角が４５°のとき、それに対応するように減光フィルタ８の回転姿勢が制御される。これにより、参照光Ｒの光量は、減光フィルタ８の透過前にあった１．４から１まで減少させられる。このとき、所定部位における参照光Ｒの照射面積は１である。これにより、参照光Ｒの入射角が４５°の場合にあっても、所定部位における記録光Ｓの照度が１となり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、照度の比が１：１に維持された状態で互いに干渉する。その結果、所定部位には、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが記録される。
参照光Ｒの入射角が６０°のとき、それに対応するように減光フィルタ８の回転姿勢が制御される。これにより、参照光Ｒは、減光フィルタ８の透過前にあった光量１．４がほとんど減じられることなく所定部位に達する。このとき、所定部位における参照光Ｒの照射面積については、照度余弦則により１．４程度となる。これにより、参照光Ｒの入射角が６０°の場合にあっても、所定部位における記録光Ｓの照度が１となり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、照度の比が１：１に維持された状態で互いに干渉する。その結果、所定部位には、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが記録される。
すなわち、参照光Ｒの入射角を変化させてホログラムを多重記録する際には、記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度の比が一定に保たれるだけでなく、それぞれの照度そのものも一定とされる。
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａ１によれば、記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度の比を一定に保つことで良好なコントラストのホログラムを記録することができ、その上、記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度そのものも定常レベルに保たれるので、参照光Ｒの入射角が変化してもホログラムを記録するパワーが一定となり、光学的に一定の光強度でホログラムを多重記録することができる。
図３および図４は、本発明が適用されたホログラム記録装置の第２実施形態を示している。なお、以下に説明する各実施形態で先述したものと同一または類似の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように、第２実施形態のホログラム記録装置Ａ２は、光源１、コリメータレンズ２、位相調整手段２０、ＰＢＳ３、１／２波長板４、空間光変調器５、固定ミラー６、対物レンズ７、参照光用の可動ミラー９、および制御部１０を備えている。光源１、可動ミラー９、および位相調整手段２０は、制御部１０によって制御される。制御部１０および位相調整手段２０は、レーザ光の光量および位相を参照光Ｒの入射角に応じて可変調整する調光手段として設けられている。
光源１は、参照光Ｒの入射角に応じてレーザ出力が制御部１０に可変調整されるように構成されている。コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、位相調整手段２０を介してＰＢＳ３に入射する。位相調整手段２０は、たとえば１／２波長板あるいは位相変調液晶素子を回転可能な構成としたものであり、この位相調整手段２０は、回転姿勢に応じてレーザ光の偏光方向を変化させるようになっている。このような位相調整手段２０は、参照光Ｒの入射角に応じて回転姿勢が制御部１０により制御される。ＰＢＳ３に入射する前のレーザ光の偏光方向が位相調整手段２０によって変化させられると、それに応じてＰＢＳ３で分離される記録光Ｓと参照光Ｒとの光量の比が変動する。参照光Ｒは、ＰＢＳ３によって分離された後、可動ミラー９を介してホログラム記録媒体Ｂの所定部位で記録光Ｓと重なるように照射される。
図４に一例として示すように、記録時においては、光源１のレーザ出力（光量）が１．８〜２．４の範囲で変動させられる。たとえば、参照光Ｒの入射角が３０°、４５°、６０°のとき、光源１のレーザ出力は、それぞれ１．８、２、２．４となる。
光源１からのレーザ光は、参照光Ｒの入射角に応じて位相調整手段２０で偏光方向が変化させられる。これにより、ＰＢＳ３によって分離される記録光Ｓおよび参照光Ｒの光量比が変動する。たとえば、参照光Ｒの入射角が３０°、４５°、６０°のとき、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、ＰＢＳ３によって１：０．８、１：１、１：１．４の光量比に分離される。すなわち、ＰＢＳ３から出射した後の記録光Ｓの光量は、参照光Ｒの入射角が変化しても一定とされる。
この記録光Ｓについては、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が４５°で照射されるとともに、所定部位における記録光Ｓの照射面積が１とされるため、所定部位では、記録光Ｓの照度が１となる。
参照光Ｒについては、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が３０°、４５°、６０°をもって照射され、所定部位における参照光Ｒの照射面積は、入射角が４５°の場合に１とされる。そのため、先述した第１実施形態と同様に、参照光Ｒの入射角が３０°のとき、参照光Ｒの照射面積が０．８程度となり、参照光Ｒの入射角が６０°のとき、参照光Ｒの照射面積が１．４程度となる。
これにより、参照光Ｒの入射角が変化しても所定部位における記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度が１となり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、照度の比が常に１：１の状態で互いに干渉する。その結果、所定部位には、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが記録される。また、参照光Ｒの入射角を変化させる際には、記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度の比が一定に保たれるだけでなく、それぞれの照度そのものも一定とされる。
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａ２によっても、良好なコントラストで、かつ、光学的に一定の光強度でホログラムを多重記録することができる。
図５および図６は、本発明が適用されたホログラム記録装置の第３実施形態を示している。
図５に示すように、第３実施形態のホログラム記録装置Ａ３は、光源１、コリメータレンズ２、位相調整手段２０、光量調整手段３０、ＰＢＳ３、１／２波長板４、空間光変調器５、固定ミラー６、対物レンズ７、参照光用の可動ミラー９、および制御部１０を備えている。可動ミラー９、位相調整手段２０、および光量調整手段３０は、制御部１０によって制御される。制御部１０、位相調整手段２０および光量調整手段３０は、レーザ光の光量および位相を参照光Ｒの入射角に応じて可変調整する調光手段として設けられている。
光源１は、レーザ出力が一定とされ、この光源１からのレーザ光がコリメータレンズ２に入射するように構成されている。コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、光量調整手段３０を介して位相調整手段２０に入射する。光量調整手段３０は、たとえばＮＤフィルタあるいは液晶素子と偏光板とを組み合わせた減光フィルタからなる。この光量調整手段３０は、参照光Ｒの入射角に応じて回転姿勢が制御部１０により制御されるように構成されており、回転姿勢に応じてレーザ光の光量を減じる割合が異なるようになっている。位相調整手段２０は、第２実施形態によるものと同様の光学的作用をもたらすものである。
図６に一例として示すように、記録時においては、光源１のレーザ出力が２．４で一定とされる。このとき、参照光Ｒの入射角が３０°、４５°、６０°になると、それに応じて光量調整手段３０の回転姿勢が変化させられる。その結果、光量調整手段３０を透過した後のレーザ光の光量は、それぞれ１．８、２、２．４となる。
光量調整手段３０を経た後のレーザ光は、第２実施形態と同様であり、参照光Ｒの入射角に応じて位相調整手段２０で偏光方向が変化させられる。すなわち、参照光Ｒの入射角が３０°、４５°、６０°のとき、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、ＰＢＳ３によって１：０．８、１：１、１：１．４の光量比に分離され、ＰＢＳ３から出射した後の記録光Ｓの光量は、参照光Ｒの入射角が変化しても一定である。
記録光Ｓについては、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が４５°で照射されるとともに、所定部位における記録光Ｓの照射面積が１とされるため、所定部位では、記録光Ｓの照度が１となる。また、参照光Ｒについては、ホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が３０°、４５°、６０°をもって照射され、所定部位における参照光Ｒの照射面積は、入射角が４５°の場合に１とされる。そのため、先述した第２実施形態と同様に、参照光Ｒの入射角が３０°のとき、参照光Ｒの照射面積が０．８程度となり、参照光Ｒの入射角が６０°のとき、参照光Ｒの照射面積が１．４程度となる。
これにより、参照光Ｒの入射角が変化しても所定部位における記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度が１となり、記録光Ｓおよび参照光Ｒは、照度の比が常に１：１の状態で互いに干渉する。その結果、所定部位には、明暗のコントラストが良好な状態でホログラムが記録される。また、参照光Ｒの入射角を変化させる際には、記録光Ｓおよび参照光Ｒの照度の比が一定に保たれるだけでなく、それぞれの照度そのものも一定とされる。
したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａ３によっても、良好なコントラストで、かつ、光学的に均等な光量をもってホログラムを多重記録することができる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態で示した数値などは、あくまでも一例とした値にすぎず、仕様に応じて適宜設計変更することが可能である。
上記第１実施形態の変形例としては、偏光ビームスプリッタに代えて、レーザ光を単に一定の光量比に分離するだけのたとえばハーフミラーを用いてもよい。その場合、空間光変調器の入射側には、１／２波長板を設ける必要がなくなるため、より部品点数の少ない構成とすることができる。

Claims (5)

  1. レーザ光を発する光源と、この光源からのレーザ光を記録光と参照光に分離するビームスプリッタと、記録すべき情報に応じて上記記録光を変調する空間光変調器と、変調された上記記録光をホログラム記録媒体の所定部位に照射する記録光学系と、上記所定部位において上記記録光と種々の角度で干渉するように上記ホログラム記録媒体に対する入射角を変化させながら上記参照光を照射する参照光学系とを備え、これら記録光と参照光との干渉によって上記所定部位にホログラムを多重記録するホログラム記録装置であって、
    上記所定部位における上記参照光の照度が所定の定常レベルとなるように、上記ビームスプリッタから出射した後の上記参照光の光量を、上記ホログラム記録媒体に対する入射角に応じて可変調整する光量調整手段を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
  2. 上記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、この偏光ビームスプリッタと上記空間光変調器との間には、上記記録光に所定の位相差を付与する位相板が設けられている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
  3. レーザ光を発する光源と、この光源からのレーザ光を記録光と参照光に分離する偏光ビームスプリッタと、記録すべき情報に応じて上記記録光を変調する空間光変調器と、上記偏光ビームスプリッタと上記空間光変調器との間で上記記録光に所定の位相差を与える位相板と、変調された上記記録光をホログラム記録媒体の所定部位に照射する記録光学系と、上記所定部位において上記記録光と種々の角度で干渉するように上記ホログラム記録媒体に対する入射角を変化させながら上記参照光を照射する参照光学系とを備え、これら記録光と参照光との干渉によって上記所定部位にホログラムを多重記録するホログラム記録装置であって、
    上記所定部位における上記記録光および上記参照光のそれぞれの照度が所定の定常レベルとなるように、上記偏光ビームスプリッタに入射する前の上記レーザ光の光量および位相を、上記ホログラム記録媒体に対する入射角に応じて可変調整する調光手段を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
  4. 上記調光手段は、上記光源のレーザ出力を制御する出力制御手段と、上記レーザ光に対して位相差を変動させながら付与する位相調整手段とで構成されている、請求項３に記載のホログラム記録装置。
  5. 上記調光手段は、上記レーザ光の光量を可変調整する光量調整手段と、上記レーザ光に対して位相差を変化させながら付与する位相調整手段とで構成されている、請求項３に記載のホログラム記録装置。
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