JP4799361B2 - 情報記録再生装置および情報記録再生方法 - Google Patents

Description

この発明は、情報記録再生装置および情報記録再生方法に関し、より特定的には、ホログラム記録媒体に対して信号光と参照光との干渉により情報を記録するとともにホログラム記録媒体に記録時と同じ参照光を照射して情報を再生する情報記録再生装置および情報記録再生方法に関する。

光メモリにおける記録容量増大のため、ホログラフィックに記録および再生が可能なホログラムメモリが提案されている。一般的に、ホログラムメモリの記録は、参照光および情報を持った信号光をホログラム記録媒体の内部で干渉させ、それによって生じた干渉縞をホログラム記録媒体に書き込むことによって行なわれる。

ホログラムメモリによるホログラム記録には、シフト多重記録方式、角度多重記録方式、ペレストロフィック多重記録方式など様々な方式がある。ホログラムメモリの容量を向上させるには、これらの多重記録方式をうまく組合せてホログラム記録していくことが重要となる。

従来のホログラム記録再生装置では、角度多重記録方式とペレストロフィック多重記録方式とを組み合わせている（たとえば、特許文献１参照）。角度多重記録方式とは、ホログラム記録媒体に対する参照光の入射角度を偏向させ、各ホログラムを異なる参照光の入射角度で記録して多重記録を実現する方式である。ペレストロフィック多重記録方式とは、ホログラム記録媒体の中心を頂点とする円錐面内で参照光を回転させ、各ホログラムを異なる回転速度で記録して多重記録を実現する方式である。
特開２０００−３３８８４６号公報

従来のホログラム記録再生装置は、参照光を偏向させ、信号光と干渉する参照波面を変化させながら情報を記録する。これにより、信号光と参照光とが重なり合った部分に生じる干渉縞が変化し、複数のホログラムがホログラム記録媒体の一部の領域に形成されて多重記録が行なわれる。

ホログラムを形成する信号光および参照光は、レンズによって集光され、レンズの焦点面付近で重なり合うことでホログラムを形成する。したがって、多重記録を行なうと、ホログラム記録媒体のレンズ焦点面近傍での光反応性材料が消費される。光反応性材料が消費され尽くすと、その場所ではホログラム記録が行なえなくなる。

ホログラム記録媒体での多重記録可能な量を測る指標として、ホログラム記録媒体ごとに定められるＭナンバー（Ｍ／♯）が用いられる。Ｍナンバーは、所定の回折効率を有するホログラムを何個書き込めるかに基づいて定義され、ホログラム記録媒体の厚みに比例して大きくなる傾向がある。Ｍナンバーが大きいほど、ホログラムの多重度が増加し、ホログラム記録媒体の記録容量を増大させることができる。ここでの多重度は、多重記録されたホログラムの数を指す。

しかし、Ｍナンバーと記録容量とが比例するのは、ホログラム記録媒体の厚み方向に存在する光反応性材料を消費すること、すなわち、ホログラム記録媒体の厚み方向における感度のダイナミックレンジを消費することを前提としている。従来のホログラム記録再生装置のように焦点面近傍のみの光反応性材料を消費して記録する場合、焦点面近傍の厚み分しか記録に使用できない。その結果、従来のホログラム記録再生装置では、たとえＭナンバーが大きな値であっても多重度を増やすことができない。

すなわち、信号光と参照光とが焦点面付近で干渉してホログラムを形成する従来のホログラム記録再生装置では、ホログラム記録媒体のＭナンバーを有効に利用することができない。このため、従来のホログラム記録再生装置では、大きなＭナンバーを有するホログラム記録媒体を用いた場合であっても記録容量が上がらないという課題がある。

それゆえに、この発明の目的は、記録媒体の厚み方向における感度のダイナミックレンジを有効に利用することが可能な情報記録再生装置および情報記録再生方法を提供することである。

この発明のある局面によれば、信号光と参照光とを記録媒体内で干渉させることによって情報を記録するとともに、記録媒体に参照光を照射して情報を再生する情報記録再生装置であって、参照光の入射位置に応じて参照光が記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように参照光を偏向する光偏向素子と、記録時には信号光と参照光とを記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には参照光を記録媒体内の干渉縞に集光する光学系と、参照光の変調パターンを電気的に制御する空間光変調器とを備える。

好ましくは、光偏向素子は、信号光の光軸を中心に回転する回転機構を有する。
好ましくは、光偏向素子は、信号光を通過させる信号光通過部と、参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、参照光偏向部は、連続的に頂角が変化するプリズムから構成される。

好ましくは、光偏向素子は、信号光を通過させる信号光通過部と、参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、参照光偏向部は、段階的に頂角が変化するプリズムから構成される。

好ましくは、光偏向素子は、信号光を通過させる信号光通過部と、参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、参照光偏向部は、段階的に格子ピッチが変化する複数の回折格子から構成される。

この発明の他の局面によれば、記録媒体に対して情報を記録するとともに、記録媒体から情報を再生する情報記録再生装置であって、光ビームを出射する光源と、光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分離するビームスプリッタと、第１の光ビームを受けて記録時には信号光を生成する空間光変調器と、第２の光ビームを参照光として入射位置に応じて記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように偏向する光偏向素子と、記録時には信号光と参照光とを記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には参照光を記録媒体内の干渉縞に集光する光学系とを備え、光偏向素子は、信号光を通過させる信号光通過部と、参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、参照光偏向部は、連続的に頂角が変化するプリズムから構成される。

好ましくは、第２の光ビームを所定の形状に成形する参照光生成マスクをさらに備える。

好ましくは、空間光変調器は、電気的な制御によって、信号光の変調パターンを制御する。

この発明の他の局面によれば、信号光と参照光とを記録媒体内で干渉させることによっ
て情報を記録するとともに、記録媒体に参照光を照射して情報を再生する情報記録再生方法であって、参照光の入射位置に応じて参照光が記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように参照光を偏向するステップと、記録時には信号光と参照光とを記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には参照光を記録媒体内の干渉縞に集光するステップと、参照光の変調パターンを電気的に制御するステップとを備える。

この発明の他の局面によれば、記録媒体に対して情報を記録するとともに記録媒体から情報を再生する情報記録再生方法であって、所定の光源から出射される光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分離するステップと、第１の光ビームを受けて記録時には信号光を生成するステップと、第２の光ビームを参照光として入射位置に応じて記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように偏向するステップと、記録時には信号光と参照光とを記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には参照光を記録媒体内の干渉縞に集光するステップとを備え、偏向するステップは、信号光を通過させるステップと、連続的に頂角が変化するプリズムによって参照光を偏向するステップとを含む。

この発明によれば、記録媒体の厚み方向における感度のダイナミックレンジを有効に利用することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した側面図である。

図１を参照して、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光変調器３Ａと、偏光ビームスプリッタ４と、１／４波長板５と、光偏向素子６Ａと、対物レンズ７と、撮像素子８とを備える。ホログラム記録再生装置１００Ａは、ホログラム記録媒体９に情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体９から情報を再生する。ホログラム記録媒体９は反射膜１０を有する。

まず、ホログラム記録再生装置１００Ａの記録時における動作を説明する。
レーザ１から出射された光ビームＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、空間光変調器３Ａに入射する。空間光変調器３Ａは、光ビームＰＬを受けて信号光ＳＬおよび参照光ＲＬを生成する。

図２は、図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける空間光変調器３Ａの構成の一例を示した上面図である。図２に示すように、空間光変調器３Ａは、光軸を中心にして、中心部で信号光ＳＬを生成し、周縁部でリング状に参照光ＲＬを生成する。

空間光変調器３Ａは、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの少なくとも一方の変調パターンを電気的に変化させることができる。この場合、空間光変調器３Ａをメカニカルに動作させる必要がないため、ホログラム記録再生装置１００Ａは安定性の高いホログラムの記録および再生を実現できる。

図１に戻って、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、偏向ビームスプリッタ４を透過後、１／４波長板５により直線偏光から円偏光に変換され、光偏向素子６Ａに入射する。光偏向素子６Ａは、光路Ｐ１上において、信号光ＳＬと参照光ＲＬとが分離された位置に配置されている。光偏向素子６Ａは、参照光ＲＬの光路を偏向することで、ホログラム記録媒体９に対する入射角度を変化させる。

図３は、図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおいて信号光ＳＬおよび偏向された参照光ＲＬがホログラム記録媒体１０へ入射する様子を示した斜視図である。

図３を参照して、光偏向素子６Ａを通過した信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７によってホログラム記録媒体９中に集光される。集光された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ７の焦点付近に配置されたホログラム記録媒体９の内部で干渉し、ホログラムＨＧを形成する。ホログラム記録媒体９には、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの入射面と反対側に反射膜１０が形成されている。なお、図３では、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの光路を分かりやすくするため、偏光ビームスプリッタ４および１／４波長板５は記載されていない。

図１に戻って、ホログラム記録再生装置１００Ａの再生時における動作を説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ａは、再生時には、空間光変調器３Ａにおいて参照光ＲＬのみを生成する。生成された参照光ＲＬは、記録時と同様に、光路Ｐ１上の偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５および光偏向素子６Ａを通過し、対物レンズ７によってホログラム記録媒体９内に集光される。参照光ＲＬによって照射されたホログラムＨＧからは再生光ＣＬが生成される。

上記の再生光ＣＬは、ホログラム記録媒体９の反射膜１０で反射され、光路Ｐ２上の対物レンズ７および光偏向素子６Ａを通過後、１／４波長板５により円偏光から直線偏光に変換される。直線偏光に変換された再生光ＣＬは、偏光ビームスプリッタ４で反射されて、撮像素子８に入射する。撮像素子８は、再生光ＣＬの強度分布パターンを検出し、ホログラムＨＧの再生信号を生成する。

なお、再生光ＣＬが生成される際、再生光ＣＬの生成に用いられる参照光ＲＬもホログラム記録媒体９の反射膜１０で反射されて再生光ＣＬと同じ光路Ｐ２をたどる。しかし、反射膜１０で反射されて光路Ｐ２をたどる参照光ＲＬは、再生信号の品質に影響を与える可能性がある。ゆえに、ホログラム記録再生装置１００Ａでは、撮像素子８の前段に参照光ＲＬカット用のマスク（図示せず）を設けることで、当該反射された参照光ＲＬの撮像素子８への入射を防止するのが望ましい。

図４は、図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける光偏向素子６Ａの構成の一例を示した図である。

図４において、（１）は上面図を示し、（２）は（１）の断面線Ａ１−Ａ２における断面図を示す。図４を参照して、光偏向素子６Ａは、信号光ＳＬが通過する中央部の平滑面６０と、参照光ＲＬが通過する周縁部のプリズム面６１とを含む。

プリズム面６１では、場所に応じて頂角が連続的に変化するプリズムが円周に沿って配置されている。信号光ＳＬは、平滑面６０を透過するため光軸は変化しない。参照光ＲＬは、プリズム面６１を透過するため、プリズムの頂角θｐｍ，θｐｎ，・・・に応じて光軸が偏向される。なお、平滑面６０は、信号光ＳＬの光軸を偏向させない構造であればよく、たとえば貫通した開口であってもよい。

図５は、図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける光偏向素子６Ａの作用を説明するための図である。

図５に示すように、光偏向素子６Ａは、プリズムが形成されている面をホログラム記録媒体９側にして配置されている。この場合、参照光ＲＬは、光偏向素子６Ａに対して垂直に入射する。光偏向素子６Ａにおいて、プリズムの屈折率ｎと、プリズムに入射する参照光ＲＬの入射角度θｉと、プリズムから出射する参照光ＲＬの出射角度θｏと、プリズムの頂角θｐとの間には、以下の関係が成立する。

ｎ・ｓｉｎθｉ＝ｓｉｎθｏ、 θｉ＝θｐ （１）
上記の式（１）で表わされるように、光偏向素子６Ａでは、プリズムの頂角θｐに応じて参照光ＲＬの出射角度θｏが変化する。図４で説明したように、光偏向素子６Ａは、参照光ＲＬが通過するプリズム面６１が螺旋形状となるように連続的にプリズム頂角θｐが変化している。

図３を参照して、参照光ＲＬは、光偏向素子６Ａによって偏向された後、対物レンズ７に入射する。対物レンズ７は、光偏向素子６Ａでの偏向角に応じて、参照光ＲＬをホログラム記録媒体９内に集光する。こうして、図３に示すように、参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して連続的に集光される。この結果、ホログラム記録媒体９の厚み方向に均一な強度分布を有する参照光ＲＬが照射される。

ホログラム記録媒体９の厚み方向に均一な強度分布を有する参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の内部で信号光ＳＬと干渉することでホログラムＨＧが形成される。上述したように、参照光ＲＬの強度分布はホログラム記録媒体９の厚み方向に広がっているため、当該厚み方向に沿ってホログラムＨＧは形成される。

したがって、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体９を用いた場合にも、厚み方向の感度のダイナミックレンジを有効に使える。これにより、ホログラム記録媒体９におけるホログラムの多重度を向上させることができる。

また、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、参照光ＲＬが光偏光素子６Ａを通過することで参照光ＲＬの波面が複雑となる。このため、ホログラム記録媒体９へのシフト記録時のシフトピッチを狭めることができる。この結果、ホログラム記録媒体９におけるホログラムの多重度を高めることができる。

なお、この発明の実施の形態では、情報記録再生装置を例に説明しているが、これは一例であり、情報記録装置と情報再生装置とに分けて記載することも可能である。この場合にも、情報記録再生装置の場合と同様の効果が得られる。これは、この発明の他の実施の形態についても同じである。

以上のように、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、参照光ＲＬの偏光手段として連続的に入射角度を偏向させる光偏向素子６を用い、ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿って強度分布を均一にした参照光ＲＬを信号光ＳＬと干渉させる。これにより、ホログラム記録媒体９の厚み方向の感度のダイナミックレンジを有効に活用したホログラムＨＧを形成することができる。特に、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体９を用いた場合に高い記録容量を実現できるという利点がある。

また、実施の形態１によるホログラム記録再生装置は、信号光および参照光を生成する入力光生成手段と、ホログラム記録媒体に入射する参照光を偏向させる光偏向素子と、信号光および参照光をホログラム記録媒体中に導く対物レンズとを備えている。光偏向素子は、対物レンズに入射する参照光の光軸を偏向させ、偏向した参照光をホログラム記録媒体の厚み方向に対して異なる位置に導くことを特徴とする。

上記によれば、厚み方向に均一な強度分布を有する参照光と信号光を干渉させることで、ホログラム記録媒体の厚み方向を有効に利用したホログラムを形成することができる。これより、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体を用いて記録する場合、ホログラム記録媒体の厚み方向の感度のダイナミックレンジを最大限に利用してホログラムの記録が行なえる。また、参照光の波面が複雑なため、シフト記録を行う際のピッチを狭めることができる。したがって、飛躍的に大きな記録容量を有するホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

さらに、実施の形態１によるホログラム記録再生装置は、光偏向素子として、参照光が入射する部分の頂角が連続的に変化するプリズムから形成されることを特徴とする。これにより、容易に参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を連続的に変化させることができる。この結果、ホログラム記録媒体の厚み方向を有効に利用したホログラムを形成することができる。

上記において、プリズムは、成型や切削加工により、頂角の作製誤差０．０１度以下で作製することができるため、精度の高いホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

［実施の形態２］
図６は、この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成を示した側面図である。

図６を参照して、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂは、空間光変調器３Ａが空間光変調器３Ｂに置き換えられ、および／または、光偏向素子６Ａが光偏向素子６Ｂに置き換えられた点において、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａと異なる。その他の基本的な構成は実施の形態１と同様なので、重複する説明はここでは繰り返さない。なお、図６は実施の形態１の図３に対応する。

光偏向素子６Ｂには、信号光ＳＬの光軸を中心にして一定の角速度で回転する機構が設けられている。この回転機構により、ホログラム記録媒体９中の参照光ＲＬの波面が変化する。波面が変化した参照光ＲＬを信号光ＳＬと干渉させることで、光偏向素子６Ｂの回転速度に応じて異なったホログラムＨＧｂを生成することができる。これにより、参照光ＲＬの波面の回転による回転多重記録を実現できる。

空間光変調器３Ｂは、信号光ＳＬおよび参照光ＲＬの少なくとも一方の変調パターンを電気的に変化させることができる。また、ホログラム記録再生装置１００Ｂにおいて、上述の回転多重記録、シフト多重記録、角度多重記録、波長多重記録など他の多重記録方式を組み合わせることも容易となる。

図７は、図６のホログラム記録再生装置１００Ｂにおける光偏向素子６Ｂの構成の一例を示した図である。

図７を参照して、光偏向素子６Ｂは、信号光ＳＬが通過する中央部の平滑面６０と、参照光ＲＬが通過する周縁部のプリズム面６１ａ〜６１ｐとを含む。プリズム面６１ａ〜６１ｐでは、面ごとに頂角が段階的に変化するプリズムが円周に沿って配置されている。信号光ＳＬは、平滑面６０を透過するため光軸は変化しない。参照光ＲＬは、入射するプリズム面６１ａ〜６１ｐの頂角に応じて光軸が偏向される。

図６の対物レンズ７は、プリズム面６１ａ〜６１ｐの頂角に応じて偏向された参照光ＲＬを受けて、ホログラム記録媒体９の厚み方向の異なった位置に参照光ＲＬを集光する。この結果、光偏向素子６Ａの場合と同様に、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して均一な強度を有する参照光ＲＬが形成される。

光偏向素子６Ｂのプリズム面６１ａ〜６１ｐは、成型や切削加工により、頂角の作製誤差０．０１度以下で作製することができる。そのため、精度の高い光偏向素子６Ｂ、ひいてはホログラム記録再生装置１００Ｂを実現できる。

図８は、図６のホログラム記録再生装置１００Ｂにおける空間光変調器３Ｂの構成の一例を示した上面図である。

図８に示すように、空間光変調器３Ｂは、光軸を中心にして、中央部で信号光ＳＬを生成し、周縁部で円周に沿って一定角度ごとに複数の参照光ＲＬａ〜ＲＬｐを生成する。ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿って均一な強度分布を有するホログラムＨＧｂを形成するには、参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの光束数は多い方が望ましい。

以上のように、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂは、回転機構を設けた光偏向素子６Ｂを用い、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して均一な強度分布を有する参照光ＲＬａ〜ＲＬｐを生成する。これにより、ホログラム記録媒体９の厚み方向を有効に利用したホログラムＨＧｂを形成しながら回転多重記録を行なうことができる。

また、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂは、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体９を用いて情報を記録する場合、ホログラム記録媒体９の厚み方向の感度のダイナミックレンジを最大限に利用しながら、容易な構成でホログラムＨＧｂの多重記録を行なうことができる。

さらに、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂでは、回転多重記録、シフト多重記録、角度多重記録、波長多重記録など他の多重記録方式を組み合わせることができる。このため、大容量のホログラム情報を記録および再生でき、飛躍的に記録容量の大きいホログラム記録媒体を使用することができる。

また、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂでは、頂角が段階的に変化するプリズム面６１ａ〜６１ｐを有する光偏向素子６Ｂを用いている。これにより、容易に参照光ＲＬのホログラム記録媒体９に対する入射角度を連続的に変化させることができる。この結果、ホログラム記録媒体９の厚み方向を有効に利用したホログラムを形成することができる。

また、実施の形態２によるホログラム記録再生装置において、上述の光偏向素子は、光軸中心に回転する回転機構を備えることを特徴とする。

上記によれば、回転機構により光偏向素子が回転し、ホログラム記録媒体に入射する参照光波面を変化させ、それぞれを信号光と干渉させることで多重記録が行なえる。したがって、簡易な方法で回転多重記録が実現できる。これより、飛躍的に大きな記録容量を有するホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

さらに、実施の形態２によるホログラム記録再生装置は、光偏向素子として、参照光が入射する部分が段階的に頂角が変化するプリズムから形成されることを特徴とする。これにより、容易に参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を段階的に変化させることができる。この結果、ホログラム記録媒体の厚み方向を有効に利用したホログラムを形成することができる。

上記において、プリズムは、成型や切削加工により、頂角の作製誤差０．０１度以下で作製することができるため、精度の高いホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

また、実施の形態２によるホログラム記録再生装置は、入力光生成手段として、電気的な制御によって信号光と参照光のパターンや位置を変化させることを特徴とする。これにより、光偏向素子に入射する参照光のパターンや位置を高速に変化させることができ、高速に記録再生が行なえる。また、シフト多重や角度多重を組み合わせた場合に記録情報の選択性が向上する効果もある。したがって、記録密度の高いホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

［実施の形態３］
図９は、この発明の実施の形態３によるホログラム記録再生装置１００Ｃの概略的な構成を示した側面図である。

図９を参照して、実施の形態３のホログラム記録再生装置１００Ｃは、空間光変調器３Ａが空間光変調器３Ｂに置き換えられ、プリズムを基礎にした光偏向素子６Ａが回折格子を基礎にした光偏向素子１５に置き換えられた点において、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａと異なる。その他の基本的な構成は実施の形態１と同様なので、重複する説明はここでは繰り返さない。

図１０は、図９の情報記録再生装置１００Ｃにおける光偏向素子１５の構成を示した上面図である。

図１０に示すように、光偏向素子１５は、光軸を中心にして、中央部が平滑面１４で形成され、平滑面１４の周りに格子ピッチの異なる回折格子１５ａ〜１５ｐが円周に沿って一定の間隔で形成されている。信号光ＳＬは、平滑面１４を透過するため、光軸は変化しない。一方、参照光ＲＬは、回折格子１５ａ〜１５ｐが形成された面のいずれかを透過するため、回折格子１５ａ〜１５ｐの格子ピッチに応じて光軸が偏向される。

なお、平滑面１４は、信号光ＳＬの光軸を偏向させなければよく、たとえば貫通した開口であってもよい。また、回折格子１５ａ〜１５ｐの格子ピッチは、一般に回折格子ごとに異なるが、ここでは総称してΛとする。

図１１は、光偏向素子１５に入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。
図１０，１１を参照して、光偏向素子１５の回折格子１５ａ〜１５ｐに入射する光ビームの波長をλとすると、回折格子に対する入射角度θｉと、回折格子からの出射角度θｏと、回折格子の格子ピッチΛとの間には、以下の関係が成り立つ。

Λ（ｓｉｎθｉ−ｓｉｎθｏ）＝ｍλ（ｍ＝±１，２，・・・） （２）
上記の式（２）により、光偏向素子１５の回折格子に入射する参照光ＲＬの波長λおよび入射角度θｉが一定であれば、格子ピッチΛの値に応じて、回折格子から出射する参照光ＲＬの出射角度θｏが変化する。

回折格子からの出射角度θｏは数度あればよいことから、格子ピッチΛは数１００本／ｍｍとなる。また、光偏向素子１５の回折格子をブレーズ型とすることで、光利用効率を高めることができる。さらに、回折格子１５ａ〜１５ｐの構造を最適化し、ホログラム記録時の信号光ＳＬと参照光ＲＬとのパワー密度比を１：１とすることで、コントラストの高いホログラムＨＧを形成することが可能である。

光偏向素子１５に入射する参照光ＲＬａ〜ＲＬｐは、回折格子１５ａ〜１５ｐの格子ピッチに依存した角度に偏向され、ホログラム記録媒体９内に連続的に焦点を形成する。そのため、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して均一な強度分布を有する参照光ＲＬａ〜ＲＬｐが照射される。

厚み方向に対して均一な強度分布を有する上記の参照光ＲＬａ〜ＲＬｐは、ホログラム記録媒体９の内部で信号光ＳＬと干渉し、ホログラムＨＧが形成される。参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの焦点はホログラム記録媒体９の厚み方向に広がっているため、厚み方向に沿ってホログラムＨＧが形成される。

上記により、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体９を用いた場合にも、ホログラム記録媒体９の厚み方向を有効に使うことができる。これにより、ホログラムの多重度を向上させることができる。

さらに、参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの変調パターンを変化させることで、ホログラム記録媒体９中の参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの波面が変化する。波面が変化した参照光ＲＬａ〜ＲＬｐを信号光ＳＬと干渉させることで、それぞれ異なったホログラムＨＧを形成できる。したがって、参照波面の回転による多重記録を実現できる。

以上のように、実施の形態３のホログラム記録再生装置１００Ｃでは、格子ピッチの異なる複数の回折格子１５ａ〜１５ｐが配置された光偏向素子１５を用いている。これにより、参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの回折効率を最適化でき、ホログラム記録時の信号光ＳＬと参照光ＲＬとの強度比を最適に制御できる。この結果、コントラストの高いホログラムを形成することができる。

さらに、空間光変調器３Ｂによって参照光ＲＬａ〜ＲＬｐの変調パターンを電気的に変化させることで、参照波面の回転による多重記録を実現できる。この場合、空間光変調器３Ｂおよび光偏向素子１５のメカニカルな駆動が不要であるため、ホログラム記録再生装置１００Ｃの精度および安定性を高めることができる。

また、実施の形態３によるホログラム記録再生装置は、光偏向素子として、参照光が入射する部分の格子ピッチが段階的に変化する回折格子から形成されることを特徴とする。これにより、容易に参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を段階的に変化させることができる。その結果、ホログラム記録媒体の厚み方向を有効に利用したホログラムを形成することができる。

上記の回折格子は、設計により、参照光の光強度を制御できる。したがって、信号光と参照光が１：１の強度比になるようにすれば、コントラストの良好なホログラムが形成でき、品質の高い信号が検出できる。そのため、安定したホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置を実現できる。

［実施の形態４］
図１２は、この発明の実施の形態４によるホログラム記録再生装置１００Ｄの概略的な構成を示した側面図である。

図１２を参照して、実施の形態４のホログラム記録再生装置１００Ｄは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、ビームスプリッタ２３と、空間光変調器２４と、ミラー２５，２８と、対物レンズ２６，３０，３１と、参照光生成マスク２７と、光偏向素子２９と、撮像素子３２とを備える。ホログラム記録再生装置１００Ｄは、ホログラム記録媒体９に情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体９から情報を再生する。なお、ホログラム記録媒体９は反射膜を有していない。

まず、ホログラム記録再生装置１００Ｄの記録時における動作を説明する。
レーザ１から出射された光ビームＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光に変換される。当該平行光は、ビームスプリッタ２３によって反射光の信号光ＳＬと透過光の参照光ＲＬとに分離される。

信号光ＳＬは、空間光変調器２４によって変調された後、ミラー２５で反射される。当該反射光は、対物レンズ２６によってホログラム記録媒体９内に集光される。参照光ＲＬは、参照光生成マスク２７によってリング形状に成形された後、光偏向素子２９に入射する。光偏向素子２９は、上記のリング形状に対応する部分がプリズムで構成されている。光偏向素子２９によって光軸を偏向された参照光ＲＬは、ミラー２８で反射される。当該反射光は、対物レンズ３０によってホログラム記録媒体９内に集光される。

集光された信号光ＳＬおよび参照光ＲＬは、対物レンズ２６，３０の各焦点付近に配置されたホログラム記録媒体９の内部で干渉し、ホログラムＨＧが形成される。なお、上述のように、実施の形態４では、参照光ＲＬをリング状に成形する参照光生成マスク２７を光偏向素子２９の前段に配置している。しかし、これは一例であって、参照光生成マスク２７を挿入せず、参照光ＲＬを平行光の状態で光偏向素子２９に入射させてもよい。この場合、光偏向素子２９は全面がプリズム面で形成されていることが望ましい。

上記のように、プリズムから形成される光偏向素子６Ａ（たとえば図４参照）を光偏向素子２９に用いることで、ホログラム記録媒体９の厚み方向に対して均一な強度分布を有する参照光ＲＬが生成される。このようにして生成された参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体９の内部で信号光ＳＬと干渉し、ホログラム記録媒体９の厚み方向に沿ったホログラムＨＧが形成される。

次に、ホログラム記録再生装置１００Ｄの再生時における動作を説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ｄは、再生時には、記録時と同一波面の参照光ＲＬをホログラム記録媒体９内のホログラムＨＧに集光する。これにより、参照光ＲＬが入射した方向と反対側であるホログラム記録媒体９の裏面から再生光ＣＬが出射される。再生光ＣＬは、対物レンズ３１によって撮像素子３２上に結像される。

以上のように、実施の形態４のホログラム記録再生装置１００Ｄは、光ビームＰＬをビームスプリッタ２３で信号光ＳＬと参照光ＲＬとに分離し、２光束干渉によってホログラムの記録および再生を行なっている。これにより、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体９を用いて情報を記録する場合に、ホログラム記録媒体９の厚み方向における感度のダイナミックレンジを最大限に利用してホログラムの多重記録が行なえる。よって、飛躍的に記録容量の大きいホログラム記録媒体９を扱うことができる。

また、実施の形態４によるホログラム記録再生装置は、入力光生成手段において、電気的な制御によって信号光のパターンや位置を変化させ、マスクを用いて参照光の固定したパターンを生成することを特徴とする。これによれば、記録時において、信号光のみが電気的な制御を受ける空間光変調器を利用するため、その有効面積を最大限利用できる。したがって、信号光のページデータ容量を増加させることができ、記録容量が増大する。また、再生時には、参照光のみを使用するため、高価な空間光変調器が不要となり、装置のコストを下げることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態によるホログラム情報記録再生装置、ホログラム情報記録装置、およびホログラム情報再生装置は、特に、大きなＭナンバーを有する厚いホログラム記録媒体に対してホログラムを記録および／または再生する用途に有効である。

この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した側面図である。 図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける空間光変調器３Ａの構成の一例を示した上面図である。 図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおいて信号光ＳＬおよび偏向された参照光ＲＬがホログラム記録媒体１０へ入射する様子を示した斜視図である。 図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける光偏向素子６Ａの構成の一例を示した図である。 図１のホログラム記録再生装置１００Ａにおける光偏向素子６Ａの作用を説明するための図である。 この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成を示した側面図である。 図６のホログラム記録再生装置１００Ｂにおける光偏向素子６Ｂの構成の一例を示した図である。 図６のホログラム記録再生装置１００Ｂにおける空間光変調器３Ｂの構成の一例を示した上面図である。 この発明の実施の形態３によるホログラム記録再生装置１００Ｃの概略的な構成を示した側面図である。 図９の情報記録再生装置１００Ｃにおける光偏向素子１５の構成を示した上面図である。 光偏向素子１５に入射する参照光ＲＬの角度関係を示した側面図である。 この発明の実施の形態４によるホログラム記録再生装置１００Ｄの概略的な構成を示した側面図である。

符号の説明

１ レーザ、２ コリメートレンズ、３Ａ，３Ｂ，２４ 空間光変調器、４ 偏光ビームスプリッタ、５ １／４波長板、６Ａ，６Ｂ，１５，２９ 光偏向素子、７，２６，３０，３１ 対物レンズ、８，３２ 撮像素子、９ ホログラム記録媒体情報、１０ 反射膜、１４，６０ 平滑面、１５ａ〜１５ｐ，６１，６１ａ〜６１ｐ プリズム面、２３ ビームスプリッタ、２５，２８ ミラー、２７ 参照光生成マスク、１００Ａ〜１００Ｄ ホログラム記録再生装置。

Claims (10)

1. 信号光と参照光とを記録媒体内で干渉させることによって情報を記録するとともに、前記記録媒体に前記参照光を照射して情報を再生する情報記録再生装置であって、
   前記参照光の入射位置に応じて前記参照光が前記記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように前記参照光を偏向する光偏向素子と、
   記録時には前記信号光と前記参照光とを前記記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には前記参照光を前記記録媒体内の干渉縞に集光する光学系と、
   前記参照光の変調パターンを電気的に制御する空間光変調器とを備える、情報記録再生装置。
2. 前記光偏向素子は、前記信号光の光軸を中心に回転する回転機構を有する、請求項１に記載の情報記録再生装置。
3. 前記光偏向素子は、
   前記信号光を通過させる信号光通過部と、
   前記参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、
   前記参照光偏向部は、連続的に頂角が変化するプリズムから構成される、請求項１または２に記載の情報記録再生装置。
4. 前記光偏向素子は、
   前記信号光を通過させる信号光通過部と、
   前記参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、
   前記参照光偏向部は、段階的に頂角が変化するプリズムから構成される、請求項１または２に記載の情報記録再生装置。
5. 前記光偏向素子は、
   前記信号光を通過させる信号光通過部と、
   前記参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、
   前記参照光偏向部は、段階的に格子ピッチが変化する複数の回折格子から構成される、請求項１または２に記載の情報記録再生装置。
6. 記録媒体に対して情報を記録するとともに、前記記録媒体から情報を再生する情報記録再生装置であって、
   光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分離するビームスプリッタと、
   前記第１の光ビームを受けて記録時には信号光を生成する空間光変調器と、
   前記第２の光ビームを参照光として入射位置に応じて前記記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように偏向する光偏向素子と、
   記録時には前記信号光と前記参照光とを前記記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には前記参照光を前記記録媒体内の干渉縞に集光する光学系とを備え、
   前記光偏向素子は、
   前記信号光を通過させる信号光通過部と、
   前記参照光を偏向する参照光偏向部とを含み、
   前記参照光偏向部は、連続的に頂角が変化するプリズムから構成される、情報記録再生装置。
7. 前記第２の光ビームを所定の形状に成形する参照光生成マスクをさらに備える、請求項６に記載の情報記録再生装置。
8. 前記空間光変調器は、電気的な制御によって、前記信号光の変調パターンを制御する、請求項６に記載の情報記録再生装置。
9. 信号光と参照光とを記録媒体内で干渉させることによって情報を記録するとともに、前記記録媒体に前記参照光を照射して情報を再生する情報記録再生方法であって、
   前記参照光の入射位置に応じて前記参照光が前記記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように前記参照光を偏向するステップと、
   記録時には前記信号光と前記参照光とを前記記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には前記参照光を前記記録媒体内の干渉縞に集光するステップと、
   前記参照光の変調パターンを電気的に制御するステップとを備える、情報記録再生方法。
10. 記録媒体に対して情報を記録するとともに前記記録媒体から情報を再生する情報記録再生方法であって、
    所定の光源から出射される光ビームを第１の光ビームと第２の光ビームとに分離するステップと、
    前記第１の光ビームを受けて記録時には信号光を生成するステップと、
    前記第２の光ビームを参照光として入射位置に応じて前記記録媒体の厚み方向の異なる位置に集光するように偏向するステップと、
    記録時には前記信号光と前記参照光とを前記記録媒体内に集光して干渉縞を形成し、再生時には前記参照光を前記記録媒体内の干渉縞に集光するステップとを備え、
    前記偏向するステップは、
    前記信号光を通過させるステップと、
    連続的に頂角が変化するプリズムによって前記参照光を偏向するステップとを含む、情報記録再生方法。

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