JP4961917B2 - 情報記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、情報光と参照光とを干渉させることにより、記録媒体の記録面に干渉像を記録する情報記録装置に関するものである。
従来から、記録媒体の記録面に情報を干渉像として記録したり、あるいは干渉像として記録された情報を再生する装置が種々提案されている。そのうちのいくつかは、例えば非特許文献1に開示されている。
図13は、非特許文献1に開示された情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す説明図である。この装置では、図示しない光源から射出された光が、ビームスプリッタ101にて2つの光束に分離される。そのうちの一方の光は、SLM(Spatial Light Modulator)102に表示されたパターンに応じて変調され、情報光として出射される。そして、その情報光は、対物レンズ103を介して記録媒体104に入射する。一方、ビームスプリッタ101にて分離された他方の光は、レンズおよびミラーなどの光学部材を介して参照光として記録媒体104に入射する。記録媒体104では、情報光と参照光とが干渉し、上記表示パターンに応じた情報が干渉像(干渉縞)として記録される。
また、記録媒体104に対して記録時と同じ方向から参照光を照射すると、記録媒体104から光が再生される。この光は、対物レンズ105を介して例えばCMOSからなる受光素子106上に結像される。これにより、記録媒体104に記録された情報を2次元イメージとして読み出す(再生する)ことができる。
一方、図14(a)(b)は、非特許文献1に開示された他の情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す斜視図である。この装置では、情報の記録時には、同図(a)に示すように、SLM201の中央部に情報光用のパターン201aを表示させる一方、周辺部に参照光用のパターン201bを表示させ、このSLM201に光源(図示せず)からのレーザ光を照射する。すると、SLM201からは、情報光(レーザ光の中央部の光)と参照光(レーザ光の周辺部の光)とが出射される。これらの光は、対物レンズ202にて収束され、記録媒体203の記録面に集光する。このとき、情報光と干渉光とが干渉することにより、パターン201aに応じた情報が干渉像として上記記録面に記録される。
一方、情報の再生時には、同図(b)に示すように、記録時と同じ参照光用のパターン201bのみをSLM201に表示させ、光源からのレーザ光を照射する。この場合、SLM201からは参照光だけが出射され、ビームスプリッタ204および対物レンズ202を介して記録媒体203に照射される。すると、記録媒体203からは干渉像として記録されている情報を有する光が再生される。再生光は、対物レンズ202方向に戻ってビームスプリッタ204で向きを変え、受光素子205にて受光される。受光素子205では、再生像が2次元イメージとして検出される。
堀米秀嘉等、離陸間近のホログラフィック媒体,2006年に200Gバイトを実現、日経エレクトロニクス、日経BP社、2005年1月17日、第891号、p.105−114
ところで、上記のようなホログラフィック技術を用いて記録媒体に情報を記録する場合、例えば、図15に示すように、干渉像301の記録ごとに記録媒体302を微小量ずつシフトさせることにより、干渉像301を多重記録することができ、これによって記録媒体302の記録容量を増大させることができる。また、このようなシフト多重記録方式では、記録媒体302の回転および平行シフトにより、図16に示すように、スポットSが螺旋状に並ぶように干渉像301を記録したり、図17に示すように、スポットSが同心円状に並ぶように干渉像301を記録することができる。
しかし、記録媒体は一般的に大型であるがゆえに、記録媒体を回転させて干渉像を多重記録する場合には、回転時の記録媒体の状態(記録媒体のたわみ、偏芯、あおりなど)が、干渉像の記録に大きく影響する。このため、干渉像を精度よく記録するためには、記録媒体の状態を常に加味した回転制御を行う必要があり、制御が複雑になるとともに装置の構成も複雑になるという問題が生ずる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複雑な制御を不要とし、かつ、簡単な構成で精度よく干渉像を多重記録することができる情報記録装置を提供することにある。
本発明の情報記録装置は、可干渉性の光を出射する光源と、入射光を変調し、記録媒体に記録すべき情報を有する情報光として出射する変調手段と、上記光源から出射された光を2つに分離し、その一方を上記変調手段に導き、他方を参照光として上記記録媒体に導く分離光学系と、上記変調手段から出射される光を上記記録媒体に導くフーリエ変換光学系とを備え、上記情報光と上記参照光とを干渉させて上記記録媒体に干渉像を記録する情報記録装置であって、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせる光路シフト手段を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、光源から出射された光は、分離光学系にて2つの光に分離され、その一方の光は変調手段に導かれ、他方の光は参照光として記録媒体に導かれる。変調手段にて変調された光は、情報光として出射され、フーリエ変換光学系を介して記録媒体に導かれる。記録媒体には、情報光と参照光との干渉によって干渉像(干渉縞)が記録される。
ここで、フーリエ変換光学系から出射される光の光路は、光路シフト手段により、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向にずれた状態で、その光軸回りにシフトされる。これにより、記録媒体をシフトさせることなく、干渉像のシフト多重記録を実現することができる。例えば、干渉像の記録ごとに、上記光路をフーリエ変換光学系の光軸回りに1度ずつシフトさせれば、上記光軸回りに360個の干渉像を多重記録することが可能となる。
記録媒体をシフトさせる場合には、記録媒体のたわみなどの外的な要因(記録媒体の状態)が干渉像の記録に大きな影響を与えるが、本発明によれば、光路シフト手段での光路シフトにより、記録媒体を静止させた状態で干渉像を多重記録することができるので、記録に影響を与える外的要因を元から除外した状態で干渉像を記録することができる。その結果、上記外的要因の影響を低減するための複雑な制御は不要となり、光路シフト手段を設けるという簡単な構成で、記録媒体に干渉像を精度よく多重記録することができる。
このとき、上記記録媒体に入射する参照光は、平行光であることが望ましい。この場合、複数の干渉像を記録媒体に記録する際に、各干渉像に対応する情報光を全て、同一方向から入射する参照光と干渉させて干渉像を記録することができ、装置の構成が簡素になる。
また、本発明の情報記録装置は、可干渉性の光を出射する光源と、上記光源から出射される光の一部を変調し、記録媒体に記録すべき情報を有する情報光として出射するとともに、上記光の残りを必要に応じて変調し、参照光として出射する変調手段と、上記変調手段から出射される光を上記記録媒体に導くフーリエ変換光学系とを備え、上記情報光と上記参照光とを干渉させて上記記録媒体に干渉像を記録する情報記録装置であって、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせる光路シフト手段を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、光源から出射される光の一部は、変調手段にて変調され、情報光として出射される。一方、上記光の残りは、変調手段にて必要に応じて変調され、参照光として出射される。変調手段から出射される光(情報光、参照光)は、フーリエ変換光学系を介して記録媒体に導かれ、互いの干渉によって干渉像が記録される。
ここで、フーリエ変換光学系から出射される光の光路は、光路シフト手段により、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向にずれた状態で、その光軸回りにシフトされる。これにより、記録媒体を静止させた状態で干渉像を多重記録することができる。記録媒体をシフトさせる場合には、記録媒体のたわみなどの外的な要因(記録媒体の状態)が干渉像の記録に大きな影響を与えるが、本発明によれば、そのような外的要因を元から除外した状態で干渉像を記録することができる。その結果、上記外的要因の影響を低減するための複雑な制御は不要となり、光路シフト手段を設けるという簡単な構成で、記録媒体に干渉像を精度よく多重記録することができる。
また、上記構成の情報記録装置においては、上記変調手段の光入射領域が、上記光源から出射される光の一部が入射する第1の入射領域と、上記光の残りが入射する第2の入射領域とに分割されていてもよい。
この構成では、光源から出射される光の一部は、変調手段の第1の入射領域に入射し、そこで変調されて情報光として出射される。一方、上記光の残りは、変調手段の第2の入射領域に入射し、そこで必要に応じて変調されて参照光として出射される。なお、第1の入射領域と第2の入射領域とは、同心円状に形成されていてもよいし、フーリエ変換光学系の光軸を含む面で対称となる形状で形成されていてもよい。
このように、1つの変調手段の光入射領域を、情報光生成用(第1の入射領域)と参照光生成用(第2の入射領域)とに分割して使用するので、変調手段から出射される情報光と参照光とは、同軸または隣接した光路で記録媒体に導かれる。したがって、互いの光路が離れた状態で情報光と参照光とを記録媒体に導く構成に比べて、装置をコンパクトに構成することができる。
また、本発明においては、上記光路シフト手段は、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向に平行移動させる偏向手段と、上記偏向手段を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸回りに回転させる駆動手段とを有している構成であってもよい。
この構成では、偏向手段によって上記光路を平行移動させながら、駆動手段によって上記偏向手段を上記光軸回りに回転させることにより、記録媒体をシフトさせることなく、複数の干渉像を上記光軸回りに多重記録することが可能となる。
このとき、上記偏向手段は、空隙を介して互いに対向配置される一対の偏向光学素子を有しており、一方の偏向光学素子は、他方の偏向光学素子を上記フーリエ変換光学系の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されていてもよい。
偏向手段を構成する一対の偏向光学素子を上記のように配置することにより、変調手段からフーリエ変換光学系を介して偏向手段に入射した光線を全て(変調手段の各画素で回折された光線も含む)、フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向で、かつ、同じ方向に平行移動させることができる。したがって、光路シフトによる収差の増大もなく、光路シフトによる性能劣化は生じない。
ここで、上記一対の偏向光学素子は、それぞれプリズムで構成されていてもよい。この場合は、プリズムという一般的な光学素子を用いて精度よく偏向手段を構成することができる。また、上記一対の偏向光学素子は、それぞれ回折光学素子で構成されていてもよい。この場合は、偏向手段を薄型化することができる。
また、上記偏向手段は、光入射側の面および光射出側の面にブレーズがそれぞれ形成された回折光学素子を有しており、上記回折光学素子の光射出側の面は、光入射側の面を上記フーリエ変換光学系の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されていてもよい。
偏向手段の回折光学素子は両面ブレーズ型であるが、その光入射側の面および光射出側の面の位置関係を上記のように規定することにより、変調手段からフーリエ変換光学系を介して偏向手段に入射した光線を全て(変調手段の各画素で回折された光線も含む)、フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向で、かつ、同じ方向に平行移動させることができる。したがって、光路シフトによる収差の増大もなく、光路シフトによる性能劣化は生じない。また、1個の回折光学素子で上記効果を得ることができ、偏向手段の構成を簡素化することができる。
また、本発明においては、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路が上記光路シフト手段によって上記フーリエ変換光学系の光軸回りに1回転するごとに、上記記録媒体をシフトさせる記録媒体シフト手段をさらに備えていてもよい。
この構成では、光路シフト手段による光路シフトと、記録媒体シフト手段による記録媒体のシフトとの併用により、干渉像が多重記録されるので、記録媒体のシフトのみによって多重記録を行う場合に比べて、同一記録密度(同一の干渉像の記録数)を実現する際の記録媒体のシフト回数は、格段に減る。したがって、高密度記録を実現するにあたり、回転時の記録媒体の状態の影響を極力低減した状態で干渉像を記録することができる。
本発明によれば、記録媒体を極力シフトさせることなく、干渉像を多重記録することができるので、干渉像の記録に影響を与える外的要因を除外した状態で干渉像を記録することができる。その結果、上記外的要因の影響を低減するための複雑な制御は不要となり、光路シフト手段を設けるという簡単な構成で、記録媒体に干渉像を精度よく多重記録することができる。
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(1.情報記録装置の概略について)
図2は、本実施形態に係る情報記録装置の全体の構成を示す説明図である。この情報記録装置は、情報光L1と参照光L2とを干渉させることにより、記録媒体7に情報を干渉像として記録したり、記録された干渉像が有する情報を再生するものであり、光源1と、分離光学系2と、変調手段3と、フーリエ変換光学系4・5と、読出手段6とを備えている。
なお、フーリエ変換光学系4と記録媒体7との間の光路中には、本発明の特徴である光路シフタ20(図1参照)が配置されており、記録媒体7とフーリエ変換光学系5との間の光路中にも光路シフタ20と同等のものが配置されているが、図2では、これらの図示を省略している。また、光路シフタ20の詳細については後述する。
光源1は、可干渉性の光を出射するレーザ光源で構成されている。分離光学系2は、光源1から出射された光を2つの光束に分離し、その一方を変調手段3に導き、他方を参照光L2として記録媒体7に導く光学系である。
より具体的には、分離光学系2は、ハーフミラー11と、コリメータレンズ12・13とを有している。ハーフミラー11は、光源1から出射された光を2つの光束に分離し、その一方を透過させ、他方を反射させる。コリメータレンズ12は、ハーフミラー11を透過した光を平行光に変換し、変調手段3に導く。コリメータレンズ13は、ハーフミラー11にて反射された光を平行光に変換し、参照光L2として記録媒体7に導く。なお、参照光L2の光路中には、その他のレンズや反射ミラー等の光学素子が配置されていてもよい。また、記録媒体7に最終的に入射する参照光L2は、本実施形態では平行光となっている。
変調手段3は、分離光学系2を介して入射する光を変調し、記録媒体7に記録すべき情報を有する情報光L1として出射するものであり、本実施形態では、例えば透過型の液晶表示装置からなる光変調素子(空間位相変調器)で構成されている。変調手段3には、記録媒体7に記録すべき情報が各画素のON/OFFによって表される2次元データとして表示される。
フーリエ変換光学系4は、変調手段3から出射される光をフーリエ変換して記録媒体7に導く光学系である。一方、フーリエ変換光学系5は、記録媒体7から再生される光を逆フーリエ変換して読出手段6に導く光学系である。これらのフーリエ変換光学系4・5は、ともにテレセントリック光学系を構成している。また、フーリエ変換光学系4・5は、光路シフタ20で発生する球面収差などを補正するよう設計されていることが望ましい。
読出手段6は、干渉像の記録時と同じ参照光L2を記録媒体7に照射したときに記録媒体7から再生される光を読出面にて受光することにより、上記干渉像として記録されている情報を読み出すものであり、例えば2次元のCMOS型イメージセンサと制御部とで構成されている。
また、本実施形態の情報記録装置は、ディスク駆動部8(図1参照)をさらに備えている。このディスク駆動部8は、記録媒体7をシフト(例えば回転)させるものであるが、後述する光路シフタ20による光路シフトと併せて記録媒体7をシフトさせる目的で設けられている。なお、その詳細については後述する。
上記の構成において、光源1から出射された光は、分離光学系2のハーフミラー11で2つの光束に分離される。そして、そのうちの一方の光は、コリメータレンズ12で平行光に変換された後、変調手段3にて表示データに応じて変調され、情報光L1として出射される。また、変調手段3に入射した光は、各画素を透過する際に、画素サイズに応じた角度に回折される。変調手段3にて変調され、回折された情報光L1は、フーリエ変換光学系4および後述する光路シフタ20を介して記録媒体7に入射する。
一方、ハーフミラー11で分離された他方の光は、コリメータレンズ13で平行光に変調された後、反射ミラー等の光学素子を介して、参照光L2として記録媒体7に入射する。記録媒体7では、情報光L1と参照光L2との干渉によって干渉像(干渉縞)が記録される。
上記干渉像が有する情報を再生する際には、干渉像が記録された記録媒体7に対して記録時と同一方向から参照光L2を照射することにより、記録媒体7から上記情報を有する光L1’を再生する。この再生光L1’は、光路シフタを介してフーリエ変換光学系5に入射し、そこで逆フーリエ変換された後、読出手段6の読出面にて受光される。これにより、再生像が2次元のイメージデータとして検出される。
(2.光路シフタについて)
次に、光路シフタ20について説明する。なお、ここでは、フーリエ変換光学系4と記録媒体7との間の光路中に配置される光路シフタ20について説明するが、記録媒体7とフーリエ変換光学系5との間の光路中に配置される光路シフタもこれと同様の構成を採用することができる。
図1は、本実施形態の情報記録装置の主要部の概略の構成を示す説明図である。本情報記録装置が有する光路シフタ20は、フーリエ変換光学系4から記録媒体7に導かれる光(情報光L1)の光路を、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせる光路シフト手段である。この光路シフタ20は、偏向手段21と、シフタ駆動部22とで構成されている。
偏向手段21は、フーリエ変換光学系4から記録媒体7に導かれる光の光路を、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向に平行移動させるものであり、本実施形態では、偏向光学素子である一対のプリズム31a・31bと、保持枠32とで構成されている。
プリズム31a・31bは、同一形状であり、空隙を介して互いに対向配置されている。しかも、プリズム31bは、プリズム31aをフーリエ変換光学系4の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されている。なお、プリズム31a・31bの表面には、無反射コーティングが施されている。
保持枠32は、プリズム31a・31bを保持する枠であり、フーリエ変換光学系4の光軸回りに沿って形成されている。したがって、プリズム31a・31bは、保持枠32よりも内側(上記光軸側)に位置している。
シフタ駆動部22は、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸回りに(上記光軸を回転軸として)偏向手段21を回転させる駆動手段であり、例えばギアやモータで構成されている。例えば、保持枠32の外面をギア形状(凹凸状)に形成しておき、これとシフタ駆動部22のギアとを噛み合わせるようにすることで、モータの回転力を偏向手段21に伝達することができ、偏向手段21を上記光軸回りに回転させることが可能となる。
このように光路シフタ20を構成することで、フーリエ変換光学系4からの情報光L1は、偏向手段21のプリズム31a・31bを透過する際に屈折する。このとき、フーリエ変換光学系4はテレセントリック光学系であるので、変調手段3の任意の画素から出射された光(0次、±1次・・・の回折光)は、フーリエ変換光学系4を透過した後、各次数の回折光同士で平行となる。このことは、変調手段3のどの画素から出射された光についても言えることである(どの像高においても、0次、±1次・・・の回折光同士で平行となる)。したがって、変調手段3から出射された情報光L1がプリズム31a・31bを透過することにより、情報光L1の光路はフーリエ変換光学系4の光軸に垂直な方向に平行シフトする。このように光路がシフトされた情報光L1と、参照光L2とが干渉することにより、記録媒体7に干渉像が記録される。
ここで、例えば、図3は、偏向手段21を上記光軸を中心に180度回転させる前後における、記録媒体7に入射する光の光路を示している。なお、回転前の偏向手段21のプリズム31a・31bおよびこれらを透過する光の光路を実線で示し、その状態から180度回転した後のプリズム31a・31bおよびこれらを透過する光の光路を破線で示している。また、同図中の一点鎖線は、フーリエ変換光学系4の光軸を示している。
上述したように、偏向手段21は、一対のプリズム31a・31bを空隙を介して対向配置して構成されているので、フーリエ変換光学系4の光軸を中心とするプリズム31a・31bの回転位置によっては、情報光L1の光路がシフトされる方向は、上記光軸に垂直な様々な方向のうちで異なる。したがって、シフタ駆動部22により、フーリエ変換光学系4の光軸を回転軸として偏向手段21を回転させることにより、干渉像の記録位置を上記光軸回りにシフトさせることができる。
図4は、干渉像の記録ごとに偏向手段21を上記光軸回りに回転させて複数の干渉像を多重記録していく様子を模式的に示す平面図である。このように、干渉像の記録ごとに偏向手段21を上記光軸を中心に一定の回転角で回転させることにより、干渉像の記録スポットS1、S2、S3、・・・の位置を、上記光軸を中心に一定の間隔で円状にシフトさせて複数の干渉像を多重記録することができる。例えば、干渉像の記録ごとに、偏向手段21を上記光軸回りに1度ずつ回転させれば、上記光軸回りに360個の干渉像を多重記録することができる。
なお、干渉像を上記光軸回りに多重記録するためには、偏向手段21の回転による干渉像の上記光軸回りのシフト量は、干渉像の記録スポットの直径よりも小さいことが必要であるので、そのようなシフト量に対応して偏向手段21の回転角を設定すればよい。また、記録スポット位置が完全に重なると、分離した読み出しができなくなるので、記録スポット位置が重ならないように偏向手段21の回転角を制御する必要がある。
偏向手段21が1回転すると、次に、ディスク駆動部8(図1参照)によって記録媒体7を所定角度回転させて静止させることで、上記と同様の工程を行うことが可能となる。図5は、記録媒体7を回転させる前後で記録された複数の干渉像の記録スポットを模式的に示す平面図である。このように記録媒体7を回転させて記録円(偏向手段21の1回転に対応する複数の記録スポットで形成される円)の中心をシフトさせることで、記録媒体7の回転前に記録された干渉像の記録位置とは異なる位置に、再度光路シフトによって複数の干渉像を多重記録することが可能となる。以降、ディスク駆動部8により、情報光L1の光路が光路シフタ20によってフーリエ変換光学系4の光軸回りに1回転するごとに、記録媒体7をシフトさせればよい。
なお、以上では、光路シフタ20の偏向手段21を回転させることによって記録媒体7に干渉像を記録する場合について説明したが、干渉像として記録された情報を再生する場合には、読み出し側の光路シフタの偏向手段を同様に回転させて、参照光L2の照射によって再生された光の光路をシフトさせればよい。
以上のように、本実施形態では、光路シフタ20によって、干渉像の記録ごとに、情報光L1の光路をフーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせるので、記録媒体7を静止させた状態でも、干渉像のシフト多重記録を実現することができる。光路シフタ20は、記録媒体7に比べて小さな部品であるので、シフト多重記録を実現するにあたり、記録媒体7をシフトさせる場合のような、記録に悪影響を与える要因(例えば記録媒体のたわみなど)を考慮しなくても済む。したがって、記録に悪影響を与える外的要因を元から排除した状態で干渉像を記録することができるので、上記外的要因の影響を低減するための複雑な制御が不要となり、安定して高精度に干渉像を記録することができる。しかも、光路シフタ20を設けるという簡単な構成で、記録媒体7に干渉像を精度よく多重記録することができる。
また、光路シフタ20の偏向手段21の1回転によって、情報光L1の記録媒体7への入射位置(照射スポット)は、フーリエ変換光学系4の光軸を中心に円状にシフトするが、本実施形態のように、記録媒体7に入射する参照光L2が平行光であれば、参照光L2の光束径を、偏向手段21の1回転の間に記録媒体7に照射される情報光L1の照射スポットの全領域を覆う光束径にすることが容易である。これにより、偏向手段21の回転によって複数の干渉像を記録媒体7に記録する場合でも、各干渉像に対応する情報光を全て(偏向手段21の所定角度の回転ごとに記録媒体7に入射する情報光L1を全て)、同一方向から入射する参照光L2と干渉させて干渉像を記録することができる。その結果、各干渉像の記録ごとに、参照光L2の記録媒体7への入射角度や入射位置を変化させる必要がなくなり、装置の構成を簡素化することができる。
また、本実施形態では、偏向手段21によって情報光L1の光路をフーリエ変換光学系4の光軸とは垂直な方向に平行移動させながら、シフタ駆動部22によって偏向手段21をフーリエ変換光学系4の光軸回りに回転させるので、記録媒体7をシフトさせることなく、複数の干渉像を上記光軸回りに確実に多重記録することができる。
また、本実施形態では、偏向手段21の一方のプリズム31bは、他方のプリズム31aをフーリエ変換光学系4の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されているので、変調手段3からフーリエ変換光学系4を介して偏向手段21に入射した光線を全て(変調手段3の各画素で回折された光線も含む)、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向で、かつ、同じ方向に平行移動させることができる。したがって、情報光L1の光路シフトによる収差の増大はなく、光路シフトに伴って性能劣化が生じるのを回避することができる。
また、本実施形態では、光路シフタ20の偏向手段21の一対の偏向光学素子として、一般的な光学素子であるプリズムペア(プリズム31a・31b)を用いているので、安価に、しかも精度よく偏向手段21を構成することができる。
なお、偏向手段21を構成する偏向光学素子は、上記プリズムペアに限定されるわけではなく、他の光学素子で構成されてもよい。このような他の光学素子としては、例えば、回折光学素子(DOE)、音響光学素子偏向器(AOD)、電気光学偏向器(EOD)などがある。ただし、これらの光学素子は、フーリエ変換光学系4のNAが大きい場合、球面収差が大きくなるなど、結像性能が著しく劣化する可能性があるので、NAの小さい光学系で使用することが望ましい。
また、本実施形態では、ディスク駆動部8を、情報光L1の光路が光路シフタ20によってフーリエ変換光学系4の光軸回りに1回転するごとに、記録媒体7をシフトさせる記録媒体シフト手段として用いている。このように、光路シフタ20による光路シフトと併せて、ディスク駆動部8による記録媒体7のシフトを行うことにより、記録媒体7のシフトのみによって多重記録を行う場合に比べて、記録媒体7の少ないシフト回数で同一記録密度を実現することができる。したがって、回転時の記録媒体の状態が記録に与える悪影響を極力低減した状態で、干渉像を高密度に多重記録することができる。
なお、ディスク駆動部8による記録媒体7のシフト量は、複数の干渉像をデータとして分離して記録および再生できるシフト量、言い換えれば、記録媒体7に複数の干渉像が同一位置に記録されることのないシフト量であれば、どのように設定されてもよい。
ところで、図6は、情報記録装置の他の構成例を示す説明図である。同図に示すように、光路シフタ20は、フーリエ変換光学系4と記録媒体7との間の光路中のみならず、分離光学系2(図2参照)と記録媒体7との間の光路中にも共通して配置されるような形状および大きさ、つまり、上記両方の光路を横切る形状および大きさで形成されていてもよい。
このように光路シフタ20を構成、配置することで、フーリエ変換光学系4から記録媒体7に導かれる情報光L1の光路と、分離光学系2にて分離されて記録媒体7に導かれる参照光L2の光路とを両方とも、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせることが可能となる。しかも、上記両者の光路をシフトさせた状態で、情報光L1と参照光L2とを干渉させることが可能となる。
上述したように、参照光L2の光束径が、偏向手段21の1回転の間に記録媒体7に照射される情報光L1の照射スポットの全領域を覆う光束径となっている場合、参照光L2の記録媒体7への入射方向は、全ての干渉像の記録において同一方向であるため、情報の再生時に参照光L2を記録媒体7に照射したときに、読み出そうとする干渉像以外の干渉像からの再生光がノイズとして発生し、読み出しエラーとなる可能性が生じる。この読み出しエラーを低減する方法としては、例えば、非特許文献1に記載されているように、変調手段の16画素中の3画素のみを表示させる3/16変調を利用する方法がある。また、光学的には、再生時の参照光の光路において、照射位置が所定の記録スポット位置となるように位置可変絞りや偏向手段を設けることでも対応可能である。また、記録時に参照光を空間変調素子などによってスポット位置に応じて変調し、再生時にも同じ変調を参照光に施すことでも対応可能である。
これに対して、図6の構成では、参照光L2の記録媒体7への入射位置は、干渉像の記録ごとに異なるので、情報の再生時に参照光L2を記録媒体7に照射したときに、読み出そうとする干渉像(再生時の参照光L2と同じ方向から入射した参照光L2と情報光L1との干渉によって記録された干渉像)の情報のみを再生することが可能となる。その結果、上述のような措置を講じなくても、読み出しエラーを低減することが可能となる。
なお、本実施形態では、変調手段3として、透過型の空間位相変調器を用いた場合について説明したが、反射型の空間位相変調器(例えば反射型の液晶表示素子やDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製))を用いることもできる。
なお、変調手段3の画素ピッチが小さいと、その画素で回折される光の回折角が大きくなるので、記録媒体7に記録される干渉像の記録スポット径は大きくなる。一方、記録媒体7に情報を高密度で記録するためには、干渉像の記録スポット径を小さくする必要があるが、このためには変調手段の画素ピッチを大きくする必要がある。したがって、変調手段の画素ピッチ(画素数)および記録媒体7での記録密度については、互いのバランスを考えて設定することが必要である。
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
図7は、本実施形態に係る情報記録装置の全体の構成を示す説明図である。この情報記録装置は、光源1と、照明光学系41と、偏光分離素子(PBS)42と、変調手段3と、1/4波長板43と、フーリエ変換光学系4と、光路シフタ50と、読出手段6と、ディスク駆動部8とを備えている。なお、本実施形態では、光源1は、S偏光を出射するものとし、読出手段6は、変調手段3と光学的に共役な位置に配置されているものとする。また、記録媒体7は、記録層7aの下層に反射層7bが設けられた反射型とする。
照明光学系41は、光源1から出射される光を平行光に変換して出射するコリメータレンズで構成されている。PBS42は、入射光をその偏光状態に応じて透過または反射させる偏光分離素子であり、本実施形態では、P偏光を透過させ、S偏光を反射させる。PBS42は、光源1から変調手段3に向かう光の光路中、および変調手段3からフーリエ変換光学系4に向かう光の光路中に配置されている。
変調手段3は、光源1から出射される光の一部を変調し、記録媒体7に記録すべき情報を有する情報光として出射するとともに、上記光の残りを参照光として出射するものである。本実施形態では、変調手段3は、複数の画素をマトリクス状に有する反射型の光変調素子(例えば反射型LCDやDMD)で構成されている。したがって、変調手段3は、記録媒体7に記録すべき情報をページデータとして2次元的に表示し、そのページデータが有する情報を含む光を情報光として出射することが可能である。また、反射型の光変調素子は、透過型の光変調素子に比べて開口率が高く、また低コストで得られる。したがって、変調手段3を反射型で構成することにより、光の利用効率を上げることができるとともに、低コストで変調手段3を構成することができる。
ここで、図8は、変調手段3の光入射領域3aを示す平面図である。同図に示すように、光入射領域3aは、第1の入射領域3a1と、第2の入射領域3a2とに分割されている。第1の入射領域3a1には、光源1から出射される光の一部が入射し、第2の入射領域3a2には、上記光の残りが入射する。したがって、第1の入射領域3a1からは情報光が出射され、第2の入射領域3a2からは参照光が出射される。本実施形態では、第1の入射領域3a1および第2の入射領域3a2は、同心円状に分割されており、第1の入射領域3a1が内側で、第2の入射領域3a2がその外側に位置している。
なお、変調手段3は、第2の入射領域3a2に入射する光を変調して参照光として出射してもよい。記録媒体7に記録された情報の再生時には、記録時に用いた参照光と同一の参照光を記録媒体7に照射する必要があるため、記録時に変調した参照光を用いることにより、再生時にも同じように変調した参照光を用いる必要が生じ、他の参照光の照射では記録媒体7に記録されている情報を再生することが不可能となる。言い換えれば、上記のように記録時に変調した参照光を用いることで、記録媒体7に記録されている情報のセキュリティー性を向上させることができ、再生時に容易に記録媒体7の記録情報が再生されないようにすることができる。したがって、変調手段3は、光源1から出射される光のうちで第2の入射領域3a2に入射する光を必要に応じて変調すればよいと言える。
1/4波長板43は、変調手段3からPBS42を介して入射する直線偏光(例えばP偏光)を円偏光に変換する一方、記録媒体7からフーリエ変換光学系4を介して入射する円偏光を、上記の直線偏光とは偏光方向が直交する直線偏光(例えばS偏光)に変換する。
光路シフタ50は、実施の形態1と同様に、フーリエ変換光学系4から記録媒体7に導かれる光の光路を、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向にずらした状態で上記光軸回りにシフトさせるものである。なお、光路シフタ50の詳細については後述する。
上記の構成において、光源1から出射される光(例えばS偏光)は、照明光学系41にて平行光に変換され、PBS42にて反射されて変調手段3に入射する。変調手段3では、第1の入射領域3a1に入射した光が変調され、情報光として出射される。一方、第2の入射領域3a2に入射した光はそのまま反射され、参照光として出射される。変調手段3から出射される情報光および参照光(ともにP偏光)は、PBS42に入射してそこを透過し、1/4波長板43で円偏光に変換され、フーリエ変換光学系4にてフーリエ変換された後、光路シフタ50を介して記録媒体7の記録層7aに照射、集光される。記録媒体7の記録層7aでは、照射された情報光と参照光とが干渉することにより、干渉像が記録される。
一方、情報の再生時には、光源1から出射される光(例えばS偏光)は、照明光学系41にて平行光に変換され、PBS42にて反射されて変調手段3に入射する。ここで、変調手段3の第1の入射領域3a1に入射した光は変調手段3にて変調されず、PBS42の方向には出射されない。一方、変調手段3の第2の入射領域3a2に入射した光はそのまま反射され、参照光として出射される。すなわち、この参照光は、記録時と同一の光である。変調手段3から出射される参照光(P偏光)は、PBS42に入射してそこを透過し、1/4波長板43で円偏光に変換され、フーリエ変換光学系4および光路シフタ50を介して記録媒体7の記録層7aに照射、集光される。すると、記録媒体7の記録層7aからは、干渉像として記録されている情報を有する光が再生される。
記録媒体7から得られる再生光は、再び光路シフタ50を介してフーリエ変換光学系4に入射し、そこで逆フーリエ変換され、1/4波長板43にて記録媒体7への照射時とは偏光方向が直交する方向のS偏光に変換され、PBS42にて反射されて読出手段6に入射する。読出手段6では、記録媒体7からの再生光を読出面にて受光することで、記録媒体7に干渉像として記録されている情報が読み出される。
なお、本実施形態では、変調手段3は、光源1から出射される光の一部を検索情報に応じて変調して出射することが可能である。変調手段3によって検索情報に応じて変調された光がフーリエ変換光学系4を介して記録媒体7に照射されたときには、読出手段6は、上記光のフーリエ像と記録媒体7の干渉像との相関演算結果を含む記録媒体7からの再生光を読出面にて受光することになる。したがって、その相関演算結果に基づき、記録媒体7に所望の情報が記録されているか否かを判断(検索)することが可能となる。
次に、本実施形態の光路シフタ50について説明する。図9は、本実施形態の情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す説明図であり、図10は、光路シフタ50の後述する偏向光学素子61の概略の構成を示す断面図である。
光路シフタ50は、偏向手段51と、シフタ駆動部52とで構成されている。シフタ駆動部52は、実施の形態1のシフタ駆動部22と同様に、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸回りに偏向手段51を回転させる駆動手段である。
偏向手段51は、フーリエ変換光学系4から記録媒体7に導かれる光の光路を、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向に平行移動させるものであり、本実施形態では、偏向光学素子61としての一対のDOE61a・61bと、保持枠62とで構成されている。
DOE61a・61bは、ともに片面にブレーズが形成された回折光学素子であり、互いに同一形状で、かつ、ブレーズが形成された面61a1・61b1同士が空隙を介して対向するように配置されている。しかも、DOE61bは、DOE61aをフーリエ変換光学系4の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されている。なお、面61a1・61b1に形成されるブレーズは、フーリエ変換光学系4のNAが小さい場合は均一なものでよいが、NAが大きくなると、光学収差が大きくならないよう形成される必要がある。
保持枠62は、DOE61a・61bを保持する枠であり、フーリエ変換光学系4の光軸回りに沿って形成されている。したがって、DOE61a・61bは、保持枠62よりも内側(上記光軸側)に位置している。
このように光路シフタ50を構成することで、フーリエ変換光学系4からの光(情報光および参照光)は、偏向手段51のDOE61a・61bにて一方向に回折される。その結果、上記光の光路はフーリエ変換光学系4の光軸に垂直な方向に平行シフトする。したがって、シフタ駆動部52により、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸を回転軸として偏向手段51を回転させることにより、干渉像の記録位置を上記光軸回りにシフトさせることができる。
以上のように、本実施形態においても、フーリエ変換光学系4から出射される光の光路は、光路シフタ50により、干渉像の記録ごとに、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向にずれた状態で、その光軸回りにシフトされる。これにより、記録媒体7を静止させた状態で、干渉像を多重記録することができるので、実施の形態1と同様に、複雑な制御を不要として、簡単な構成で記録媒体に干渉像を精度よく多重記録することができる。
また、変調手段3の光入射領域3aは、第1の入射領域3a1と第2の入射領域3a2とに分割されている。このように、1つの光入射領域3aを、情報光生成用(第1の入射領域3a1)と参照光生成用(第2の入射領域3a2)とに分割して使用することにより、変調手段3から出射される情報光と参照光とを同軸で記録媒体に導くことができる。したがって、互いの光路が離れた状態で情報光と参照光とを記録媒体7に導く構成に比べて、装置をコンパクトに構成することができる。
また、本実施形態では、偏向手段51の偏向光学素子61が、一対のDOE61a・61bで構成されているので、偏向手段51を容易に薄型化することができ、偏向手段51自体をコンパクトに構成することができる。
ところで、図11は、偏向光学素子61の他の構成例を示す断面図である。同図に示すように、偏向光学素子61は、両面ブレーズ型の1個のDOE61cで構成されていてもよい。つまり、DOE61cは、その光入射側の面61c1および光射出側の面61c2にブレーズがそれぞれ形成された回折光学素子である。DOE61cにおいては、光射出側の面61c2は、光入射側の面61c1をフーリエ変換光学系4の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されている。
このように、偏向光学素子61を1個のDOE61cで構成しても、変調手段3からフーリエ変換光学系4を介してDOE61cに入射した光線を全て、フーリエ変換光学系4の光軸と垂直な方向で、かつ、同じ方向に平行移動させることができる。したがって、光路シフトによる収差の増大もなく、光路シフトによる性能劣化は生じない。また、1個のDOE61cを用いることで上記効果を得ることができるので、偏向手段51の構成を簡素化することができる。
なお、本実施形態では、変調手段3の第1の入射領域3a1および第2の入射領域3a2を同心円状に形成した例について説明したが、他の形状で形成してもよい。例えば図12に示すように、変調手段3の円形の光入射領域3aを、フーリエ変換光学系4の光軸を含む面で2分割して形成される、半円状の一方の領域を第1の入射領域3a1とし、半円状の他方の領域を第2の入射領域3a2としてもよい。
このように、第1の入射領域3a1および第2の入射領域3a2が、フーリエ変換光学系4の光軸を含む面で対称となる形状で形成されていれば、変調手段3の第1の入射領域3a1から出射される情報光と第2の入射領域3a2から出射される参照光とは、隣接した光路で記録媒体7に導かれるので、装置をコンパクトに構成することができる。
なお、本実施形態では、変調手段3として反射型のものを用い、かつ、記録媒体7として反射型のものを用いたが、これらを透過型で構成した場合でも、本発明を適用することは勿論可能である。
なお、以上の各実施の形態で説明した構成を適宜組み合わせて情報記録装置を構成することも勿論可能である。
本発明の実施の一形態に係る情報記録装置の主要部の概略の構成を示す説明図である。 上記情報記録装置の全体の構成を示す説明図である。 上記情報記録装置が有する光路シフタの偏向手段を回転させる前後における、記録媒体に入射する光の光路を示す説明図である。 上記偏向手段を回転させて複数の干渉像を多重記録していく様子を模式的に示す平面図である。 記録媒体を回転させる前後で記録された複数の干渉像の記録スポットを模式的に示す平面図である。 上記情報記録装置の他の構成例を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る情報記録装置の全体の構成を示す説明図である。 上記情報記録装置が有する変調手段の光入射領域の一分割例を示す平面図である。 上記情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す説明図である。 上記情報記録装置が有する光路シフタの偏向光学素子の概略の構成を示す断面図である。 上記偏向光学素子の他の構成例を示す断面図である。 上記変調手段の光入射領域の他の分割例を示す平面図である。 従来の情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す説明図である。 従来の他の情報記録装置の主要部の構成を模式的に示す斜視図である。 記録媒体をシフトさせて干渉像を多重記録する様子を模式的に示す断面図である。 記録スポットが螺旋状に並ぶように記録媒体をシフトさせて干渉像を多重記録した記録媒体の平面図である。 記録スポットが同心円状に並ぶように記録媒体をシフトさせて干渉像を多重記録した記録媒体の平面図である。
符号の説明
1 光源
2 分離光学系
3 変調手段
3a1 第1の入射領域
3a2 第2の入射領域
4 フーリエ変換光学系
7 記録媒体
8 ディスク駆動部(記録媒体シフト手段)
20 光路シフタ(光路シフト手段)
21 偏向手段
22 シフタ駆動部(駆動手段)
31a プリズム(偏向光学素子)
31b プリズム(偏向光学素子)
50 光路シフタ(光路シフト手段)
51 偏向手段
52 シフタ駆動部(駆動手段)
61a DOE(偏向光学素子、回折光学素子)
61b DOE(偏向光学素子、回折光学素子)
61c DOE(偏向光学素子、回折光学素子)
L1 情報光
L2 参照光

Claims (10)

  1. 可干渉性の光を出射する光源と、
    入射光を変調し、記録媒体に記録すべき情報を有する情報光として出射する変調手段と、
    上記光源から出射された光を2つに分離し、その一方を上記変調手段に導き、他方を参照光として上記記録媒体に導く分離光学系と、
    上記変調手段から出射される光を上記記録媒体に導くフーリエ変換光学系とを備え、上記情報光と上記参照光とを干渉させて上記記録媒体に干渉像を記録する情報記録装置であって、
    上記フーリエ変換光学系と上記記録媒体との間の光路中に配置され、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向に平行移動させた状態で上記光軸回りにシフトさせる光路シフト手段を備えていることを特徴とする情報記録装置。
  2. 上記記録媒体に入射する参照光は、平行光であることを特徴とする請求項1に記載の情報記録装置。
  3. 可干渉性の光を出射する光源と、
    上記光源から出射される光の一部を変調し、記録媒体に記録すべき情報を有する情報光として出射するとともに、上記光の残りを必要に応じて変調し、参照光として出射する変調手段と、
    上記変調手段から出射される光を上記記録媒体に導くフーリエ変換光学系とを備え、上記情報光と上記参照光とを干渉させて上記記録媒体に干渉像を記録する情報記録装置であって、
    上記フーリエ変換光学系と上記記録媒体との間の光路中に配置され、上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向に平行移動させた状態で上記光軸回りにシフトさせる光路シフト手段を備えていることを特徴とする情報記録装置。
  4. 上記変調手段の光入射領域は、上記光源から出射される光の一部が入射する第1の入射領域と、上記光の残りが入射する第2の入射領域とに分割されていることを特徴とする請求項3に記載の情報記録装置。
  5. 上記光路シフト手段は、
    上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路を、上記フーリエ変換光学系の光軸と垂直な方向に平行移動させる偏向手段と、
    上記偏向手段を、上記干渉像の記録ごとに、上記フーリエ変換光学系の光軸回りに回転させる駆動手段とを有していることを特徴とする請求項1から4に記載の情報記録装置。
  6. 上記偏向手段は、空隙を介して互いに対向配置される一対の偏向光学素子を有しており、
    一方の偏向光学素子は、他方の偏向光学素子を上記フーリエ変換光学系の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の情報記録装置。
  7. 上記一対の偏向光学素子は、それぞれプリズムで構成されていることを特徴とする請求項6に記載の情報記録装置。
  8. 上記一対の偏向光学素子は、それぞれ回折光学素子で構成されていることを特徴とする請求項6に記載の情報記録装置。
  9. 上記偏向手段は、光入射側の面および光射出側の面にブレーズがそれぞれ形成された回折光学素子を有しており、
    上記回折光学素子の光射出側の面は、光入射側の面を上記フーリエ変換光学系の光軸回りに180度回転させたものと上記光軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の情報記録装置。
  10. 上記フーリエ変換光学系から上記記録媒体に導かれる光の光路が上記光路シフト手段によって上記フーリエ変換光学系の光軸回りに1回転するごとに、上記記録媒体をシフトさせる記録媒体シフト手段をさらに備え、
    上記光路シフト手段によって上記光の光路が上記フーリエ変換光学系の光軸回りに1回転した後、上記記録媒体シフト手段が上記記録媒体を所定角度回転させて静止させた状態で、上記光路シフト手段の光路シフトによって複数の干渉像が多重記録されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の情報記録装置。
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