JP5006397B2 - ホログラム装置並びにその記録及び再生方法 - Google Patents

Description

本発明は光ディスク、光カードなどへ光束の照射により情報の記録又は再生可能なホログラム記録担体のためのホログラム装置に関し、さらに角度多重方式、シフト多重方式などに用いられるホログラム装置並びにその記録及び再生に関する。

高密度情報記録のために、画像などの２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する信号光の波面と参照光の波面との光学干渉パターンを回折格子として、ホログラム記録担体へ記録することにある。すなわち、参照光及び信号光の光路を互いに空間的に分離して、両者をホログラム記録担体内で交差させ、干渉させ情報を記録する。

また、ホログラム記録担体に光学干渉パターンを多重記録を行うことによって記録容量を飛躍的に増大させることができる。例えば、角度多重方式では、記録時のホログラム記録担体内において、信号光に対する参照光の角度いわゆる交差角度を僅かずつ変更して一定時間角度を維持することによって、同一エリアに角度ごとに異なる記録情報を多重記録できる。

例えば、ホログラム記録及び再生において、記録密度及び記録容量を向上させ、しかも正確かつ迅速に記録動作や再生動作を行うホログラム装置が知られている（特許文献１参照）。かかるホログラム装置において、信号光及び参照光の少なくとも一方に、記録角度、焦点深度等の多重記録用のパラメータを変更しかつ固定可能なパラメータ設定手段を設け、信号光及び参照光の集光位置をホログラム記録媒体に対してその記録用表面に沿った方向に相対的に移動させる移動手段と、そのための制御手段とを備える。制御手段による制御によって、或る集光位置における記録時に最後に用いられた多重記録用のパラメータを、次の集光位置における記録時に最初の多重記録用のパラメータとして用いて記録が行われる。

図１は、かかるホログラム記録装置１００を示す。ホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体２００の表面に対する信号光Ｌ３及び参照光Ｌ２の角度を、僅かずつ変更しかつ固定可能な記録角度変更装置１９と、信号光Ｌ３がホログラム記録媒体２００における記録すべき角度記録面に対応する記録角度となるように記録角度変更装置１９を制御する制御装置１８とを備える。ホログラム記録装置において、レーザ装置１１、ビームスプリッタ１２、レンズ１３、１４及び１６、並びに空間光変調器１５の各光軸に対する角度や配置を変更するように構成されている。ホログラム記録装置は更に、ホログラム記録媒体２００からの、再生照明光に基づく再生光Ｌ１２を集光するレンズ２４ａと、該レンズ２４ａを介して再生光Ｌ１２を受光する反対側の受光装置２５ａと、該受光された再生光Ｌ１２に基づいて、即ち受光装置２５ａから出力される受光信号Ｓｒに基づいて、ホログラム記録媒体２００に重ねて記録された複数の記録情報を夫々読み取る読取装置２６ａとを備える。
特開２００３−３３７５２５ 特開２００４−２７２２６８

このように、従来、角度多重で透過ホログラムを記録し再生する場合、記録媒体２００を挟んで照射光学系及び受光光学系が両側に必要であった。転送速度を２倍にするためには、この記録媒体を挟んで両側に光学系があるヘッドを２つ使って、同時記録、同時再生する必要がある。

先行技術では記録媒体を挟んで両側に光学系があるが、記録再生は１つの領域である。従って転送速度を２倍にするためには、ヘッドを２つ使用することで、２つの領域への同時記録、同時再生を行う必要がある。さらに通常再生と位相共役再生では光学系の構成を変える必要がある。

そこで本発明は上述した問題点を鑑みなされたものであり、転送速度を高め高速な動作を可能とするホログラム記録装置を提供することが課題の一例として挙げられる。

また、第２の課題として、記録媒体のダイナミックレンジが向上し、多重数を増加させられるにもかかわらず、角度選択性により角度多重数が制限され、記録媒体のダイナミックレンジを使い切れない問題がある。特許文献２の先行技術ではホログラム記録領域を一部オーバーラップさせて、この課題を解決しようとしている。

本発明のホログラム装置は、可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、可干渉性の参照光及び記録情報に応じて変調された可干渉性の信号光を生成する光生成部と、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体へ向けその内部で交差するように照射して、前記記録媒体の内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する干渉光学系と、再生光を検出する光検出器と、を有するホログラム装置であって、
前記干渉光学系における前記信号光及び前記参照光を含む入射面において、前記信号光及び前記参照光に対して第２信号光及び第２参照光が前記記録媒体を挟んで対向して配置されかつ前記第２信号光及び前記第２参照光を前記記録媒体の内部で交差するように照射する第２干渉光学系と、再生光を検出する第２光検出器と、を有することを特徴とする。

本発明のホログラム装置における記録方法は、可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、可干渉性の参照光及び記録情報に応じて変調された可干渉性の信号光を生成する光生成部と、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体へ向けその内部で交差するように照射して、前記記録媒体の内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する干渉光学系と、再生光を検出する光検出器と、を有するホログラム装置における記録方法であって、
前記干渉光学系における前記信号光及び前記参照光を含む入射面において、前記信号光及び前記参照光に対して第２信号光及び前記第２参照光が前記記録媒体を挟んで対向して配置されかつ前記第２信号光及び前記第２参照光を前記記録媒体の内部で交差するように照射する第２干渉光学系と、再生光を検出する第２光検出器と、を用意する工程と、
前記干渉光学系及び前記第２干渉光学系は、同時に、前記信号光及び前記参照光並びに前記第２信号光及び前記第２参照光を前記記録媒体へ照射する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のホログラム装置における再生方法は、可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、可干渉性の参照光を生成する光生成部と、前記参照光を前記記録媒体へ向け照射する光学系と、再生光を検出する光検出器と、を有するホログラム装置における再生方法であって、
前記参照光と前記再生光に対して前記記録媒体を挟んで対向して配置される第２参照光を前記記録媒体へ向け照射する第２光学系と、第２再生光を検出する第２光検出器と、を用意する工程と、
前記光学系及び前記第２光学系は、同時に、前記参照光及び前記第２参照光を前記記録媒体へ照射する工程と、前記記録媒体から再生される前記再生光及び前記第２再生光を前記光検出器及び前記第２光検出器で検出することを特徴とする。

本発明によれば、記録媒体を挟んで両側に同じ光学系を対向して、例えば２回対称の回転対称に配置し、上下側両方の光学系で同時記録、同時再生を実施できる。また再生は通常再生と位相共役再生のどちらにも対応可能である。

本発明は記録媒体を挟んで両側に配置される光学系を同時に動作させることで、隣接した２つの領域に、同時記録、同時再生を行え、転送速度が２倍にできる。つまり従来２ヘッド必要であったものが１ヘッドで実現できる。さらに、通常再生でも位相共役再生でも、ソフトウェアを切り替えるだけで対応できる。なお記録媒体を便宜的に隣接した２つの領域に分けているが、物理的に区切られた領域である必要はなく、例えば記録時に上側の光学系で記録された領域は上側領域、下側の光学系で記録された領域は下側領域と考えることができる。

記録媒体を挟んで両側に同じ光学系を回転対称に配置し、上下両方の光学系で同時記録、同時再生することで、１ヘッドでありながら、２ヘッドと同じ転送速度２倍が実現できる。また再生は通常再生と位相共役再生のどちらにも対応可能である。

さらに、上側光学系と下側光学系で対物レンズの焦点位置をその光軸方向に離間させることで、上側光学系で記録する領域と下側光学系で記録する領域を完全にオーバーラップさせることで、記録容量を２倍にすることができる。

従来のホログラム記録装置を示す概略構成図である。 本発明による実施形態のホログラム装置を示す概略構成図である。 本発明による実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置を示す概略構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略部分断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置を示す概略構成図である。

符号の説明

ａ 上側光源
ｂ 上側エキスパンダ
ｃ 上側第１二分の一波長板
ｄ 上側第１偏光ビームスプリッタ
ｅ 上側第２エキスパンダ
ｆ 上側第２偏光ビームスプリッタ
ｇ 上側空間光変調器
ｈ 上側光検出器
ｉ 上側フーリエレンズ
ｊ 上側第２二分の一波長板
ｋ 上側ミラー
ｌ 上側ミラー
ｍ 上側ガルバノミラー
ｎ 上側４ｆレンズ
ｐ 上側空間フィルタ
ｑ 上側絞り
ａ１ 下側光源
ｂ１ 下側エキスパンダ
ｃ１ 下側第１二分の一波長板
ｄ１ 下側第１偏光ビームスプリッタ
ｅ１ 下側第２エキスパンダ
ｆ１ 下側第２偏光ビームスプリッタ
ｇ１ 下側空間光変調器
ｈ１ 下側光検出器
ｉ１ 下側フーリエレンズ
ｊ１ 下側第２二分の一波長板
ｋ１ 下側ミラー
ｌ１ 下側ミラー
ｍ１ 下側ガルバノミラー
ｎ１ 下側４ｆレンズ
ｐ１ 下側空間フィルタ
ｑ１ 下側絞り
ｏ 記録媒体
ＳＰＰ 支持部
ＣＯＮＬ 制御回路

発明を実施するための形態

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

＜ホログラム装置＞
図２に実施形態のホログラム装置、特に光学系配置を示す。ホログラム装置は、信号光ＵＳ及びＬＳ並びに参照光ＵＲ及びＬＲによる光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体ｏを装着自在に保持する支持部ＳＰＰを備え、記録媒体ｏを挟んで上側と下側に同じホログラム記録再生光学系が回転対称に配置される。

上側のホログラム記録再生光学系は、図２に示すように、上側光源ａ、上側エキスパンダｂ、上側第１二分の一波長板ｃ、上側第１偏光ビームスプリッタｄ、上側第２エキスパンダｅ、上側第２偏光ビームスプリッタｆ、上側空間光変調器ｇ、上側光検出器ｈ、上側フーリエレンズｉ、上側第２二分の一波長板ｊ、上側ミラーｋ、上側ミラーｌ、上側ガルバノミラーｍ、上側４ｆレンズｎを含む。

上側の可干渉性の信号光ＵＳ及び参照光ＵＲのための光生成部は、たとえば、上側光源ａ、上側エキスパンダｂ、上側第１二分の一波長板ｃ、上側第１偏光ビームスプリッタｄを含む。信号光ＵＳ及び参照光ＵＲを記録媒体ｏへ向けその内部で交差せしめる干渉光学系は、たとえば、上側第２エキスパンダｅ、上側第２偏光ビームスプリッタｆ、上側空間光変調器ｇ、上側光検出器ｈ、上側フーリエレンズｉの信号光用光学系と、上側第２二分の一波長板ｊ、上側ミラーｋ、上側ミラーｌ、上側ガルバノミラーｍ、上側４ｆレンズｎの参照光用光学系と、を含む。

下側のホログラム記録再生光学系は、図２に示すように、上側と同一の、下側光源ａ１、下側エキスパンダｂ１、下側第１二分の一波長板ｃ１、下側第１偏光ビームスプリッタｄ１、下側第２エキスパンダｅ１、下側第２偏光ビームスプリッタｆ１、下側空間光変調器ｇ１、下側光検出器ｈ１、下側フーリエレンズｉ１、下側第２二分の一波長板ｊ１、下側ミラーｋ１、下側ミラーｌ１、下側ガルバノミラーｍ１、下側４ｆレンズｎ１を含む。

下側の可干渉性の信号光ＬＳ及び参照光ＬＲのための光生成部は、たとえば、下側光源ａ１、下側エキスパンダｂ１、下側第１二分の一波長板ｃ１、下側第１偏光ビームスプリッタｄ１を含む。信号光ＬＳ及び参照光ＬＲを記録媒体ｏへ向けその内部で交差する干渉光学系は、たとえば、下側第２エキスパンダｅ１、下側第２偏光ビームスプリッタｆ１、下側空間光変調器ｇ１、下側光検出器ｈ１、下側フーリエレンズｉ１の信号光用光学系と、下側第２二分の一波長板ｊ１、下側ミラーｋ１、下側ミラーｌ１、下側ガルバノミラーｍ１、下側４ｆレンズｎ１の参照光用光学系と、を含む。上下側フーリエレンズすなわち対物レンズは光軸を共軸としている。

そして、上側及び下側干渉光学系を有するホログラム装置は、例えば、透明記録材料からなる平行平板の記録媒体ｏへ向けその内部で交差するように信号光ＵＳ及びＬＳ並びに参照光ＵＲ及びＬＲを照射して、記録媒体ｏの内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する。

上側及び下側干渉光学系は、記録媒体ｏにおける信号光ＵＳ及びＬＳ並びに参照光ＵＲ及びＬＲを含む入射面（紙面）において、上側及び下側の信号光ＵＳ及びＬＳ並びに参照光ＵＲ及びＬＲが記録媒体を挟んで回転対称（信号光及び参照光の交差点に関し）に配置されかつ上側及び下側のそれぞれを記録媒体の内部で交差するように照射するとともに、上側及び下側それぞれの再生光を検出する上側及び下側光検出器ｈ及びｈ１を有する。

以上では、上側と下側の光学系が回転対称に配置された場合を説明したが、必ずしも完全な対称である必要はなく、上側の光学系と下側の光学系で光軸に平行にずれた場合や略対称である場合も本発明は実施可能である。

＜ホログラム装置の記録動作＞
上側のホログラム記録再生光学系による記録時の動作は次のとおりである。

上側光源ａから射出した光は上側エキスパンダｂ、上側第１二分の一波長板ｃを通り、上側第１偏光ビームスプリッタｄを透過する信号光と反射する参照光に分けられる。この時、信号光と参照光の比率は上側第１二分の一波長板ｃで自由に調整できる。

信号光は上側第２エキスパンダｅでビーム径が拡大され、上側第２偏光ビームスプリッタｆを透過して上側空間光変調器ｇに入射する。この反射型の上側空間光変調器ｇでオン状態に変調された成分は偏光が反転し、上側第２偏光ビームスプリッタｆで反射されて上側フーリエレンズｉに入射する。空間光変調器でオフ状態の光は偏光状態が変わらないため、上側第２偏光ビームスプリッタｆを透過して光源方向に戻る。上側フーリエレンズｉで集光された信号光は記録媒体ｏに入射する。

一方、上側第１偏光ビームスプリッタｄで反射された参照光は、上側第２二分の一波長板ｊを偏光状態を変えずに透過し、上側ミラーｋ，ｌで反射され上側ガルバノミラーｍへ向かう。上側ガルバノミラーｍで反射され上側４ｆレンズｎを透過した参照光は、記録媒体の信号光入射領域で信号光と重なるように入射する。上側ガルバノミラーｍの回転と上側４ｆレンズｎにより、参照光の記録媒体への入射角を変更することで上側から角度多重記録が行われる。

下側のホログラム記録再生光学系による記録時の動作は次のとおりである。

下側光源ａ１から射出した光は下側エキスパンダｂ１、下側第１二分の一波長板ｃ１を通り、下側第１偏光ビームスプリッタｄ１を透過する信号光と反射する参照光に分けられる。この時、信号光と参照光の比率は下側第１二分の一波長板ｃ１で自由に調整できる。

信号光は下側第２エキスパンダｅ１でビーム径が拡大され、下側第２偏光ビームスプリッタｆ１を透過して下側空間光変調器ｇ１に入射する。この反射型の下側空間光変調器ｇ１でオン状態に変調された成分は偏光が反転し、下側第２偏光ビームスプリッタｆ１で反射されて下側フーリエレンズｉ１に入射する。空間光変調器でオフ状態の光は偏光状態が変わらないため、下側第２偏光ビームスプリッタｆ１を透過して光源方向に戻る。下側フーリエレンズｉ１で集光された信号光は記録媒体ｏに入射する。

一方、下側第１偏光ビームスプリッタｄ１で反射された参照光は、下側第２二分の一波長板ｊ１を偏光状態を変えずに透過し、下側ミラーｋ１，ｌ１で反射され下側ガルバノミラーｍ１へ向かう。下側ガルバノミラーｍ１で反射され下側４ｆレンズｎ１を透過した参照光は、記録媒体の信号光入射領域で信号光と重なるように入射する。下側ガルバノミラーｍ１の回転と下側４ｆレンズｎ１により、参照光の記録媒体への入射角を変更することで下側から角度多重記録が行われる。

上側光学系で記録媒体ｏに記録したホログラム領域を通常再生もしくは位相共役再生する場合を説明する。

＜ホログラム装置の通常再生動作＞
先ず通常再生の場合を説明する。この場合、上側の光学系の参照光で発生した再生光を下側の光学系で検出する。

上側光源ａから射出した光は上側エキスパンダｂ、上側第１二分の一波長板ｃを通り上側第１偏光ビームスプリッタｄへ入射する。上側偏光ビームスプリッタを透過する光は別途遮断もしくは上側第１二分の一波長板ｃで０にする。反射した参照光は上側第２二分の一波長板ｊで偏光を反転させておく。偏光が反転した参照光は上側ミラーｋ，ｌで反射され上側ガルバノミラーｍへ向かう。上側ガルバノミラーで反射され上側４ｆレンズｎを透過した参照光は、記録媒体ｏのホログラム領域に入射する。上側ガルバノミラーの回転と上側４ｆレンズにより、参照光の記録媒体への入射角を変更することで、多重記録された場合の参照光入射角度が再現され、ホログラムの通常再生が行える。

参照光の偏光が反転しているため、記録媒体のホログラム領域から再生され下側フーリエレンズｉ１を透過して下側第２偏光ビームスプリッタｆ１へ向かう再生光は偏光ビームスプリッタを透過して下側光検出器ｈ１で検出される。

＜ホログラム装置の位相共役再生動作＞
次に位相共役再生の場合を説明する。この場合、下側の光学系の参照光で発生した位相共役再生光（第２再生光）を上側の光学系で検出する。再生光及び第２再生光は記録媒体から逆方向に進行する。

下側光源ａ１から射出した光は下側エキスパンダｂ１、下側第１二分の一波長板ｃ１を通り下側第１偏光ビームスプリッタｄ１へ入射する。偏光ビームスプリッタを透過する光は別途遮断もしくは下側第１二分の一波長板ｃ１で０にする。反射した参照光は下側第２二分の一波長板ｊ１で偏光を反転させておく。偏光が反転した参照光は下側ミラーｋ１，ｌ１で反射され下側ガルバノミラーｍ１へ向かう。ガルバノミラーで反射され下側４ｆレンズｎ１を透過した参照光は、記録媒体ｏのホログラム領域に入射する。ガルバノミラーの回転と４ｆレンズにより、参照光の記録媒体への入射角を変更することで、多重記録された場合の参照光入射角を反転させた角度が実現され、ホログラムの位相共役再生が行える。

参照光の偏光が反転しているため、記録媒体のホログラム領域から再生され上側フーリエレンズｉを透過して上側第２偏光ビームスプリッタｆへ向かう位相共役再生光は上側第２偏光ビームスプリッタｆを透過して上側光検出器ｈで検出される。

＜ホログラム装置の同時記録再生動作＞
以上、上側の光学系で記録媒体に多重記録し、上側と下側の光学系を用いて再生する場合を説明したが、上側の光学系と下側の光学系で同時に記録媒体に多重記録し、再生も同時に行うことが可能である。

図２に示す記録媒体ｏに入射する部分を詳細に示した概略断面図を図３〜図５に示す。ここで上側光学系の信号光集光位置と、下側光学系の信号光集光位置は光軸方向では一致しているが、多重記録したホログラム群が並ぶ方向にはずらしてある。

記録時の動作を図３により説明する。記録媒体の上側の光学系により、記録媒体の上側領域Ａｍにホログラムが信号光ＵＳ及び参照光ＵＲの角度多重により記録される。この時、同時に、記録媒体を挟んで対向して配置されている下側の光学系により、記録媒体の上側領域Ａｍの隣に配置された下側領域Ｂｍに、ホログラムが信号光ＬＳ及び参照光ＬＲの角度多重により記録される。

記録中のホログラム領域への角度多重記録が完了すると、上側の光学系は次の上側領域Ａｍ＋１に、下側の光学系は次の下側領域Ｂｍ＋１に位置づけされ、角度多重記録を行う。記録媒体には上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍが交互に配置される。また上側の光学系による信号光と下側の光学系による信号光は、基本的には記録媒体に記録された上側領域Ａｍもしくは下側領域Ｂｍの最小幅（最小径）だけ光軸を平行に変位しておく。

通常再生時の動作を図４により説明する。記録媒体の上側の光学系は記録媒体の下側領域Ｂｍに位置づけされ、下側の光学系の参照光ＬＲにより、下側領域Ｂｍに記録されたホログラムの再生光ＵＯＰが、上側の光学系の信号光入射方向に再生される。この時、同時に、記録媒体を挟んで対向して配置されている下側の光学系は、記録媒体の上側領域Ａｍ−１に位置づけされ、上側の光学系の参照光ＵＲにより上側領域Ａｍ−１に記録されたホログラムの再生光ＬＯＰが、下側の光学系の信号光入射方向に再生される。上側領域からの再生光と下側領域からの再生光は媒体から逆方向に進行する。

この領域での角度多重分の再生が完了すると、上側の光学系は次の下側領域Ｂｍ＋１に、下側の光学系は次の上側領域Ａｍに位置付けされ再生を続ける。

位相共役再生時の動作を図５により説明する。記録媒体の上側の光学系は記録媒体の上側領域Ａｍに位置づけされ、下側の光学系の参照光ＬＲにより、上側領域Ａｍに記録されたホログラムの位相共役再生光ＵＣＰが、上側の光学系の信号光入射方向に再生される。この時、同時に、記録媒体を挟んで対向して配置されている下側の光学系は、記録媒体の下側領域Ｂｍに位置づけされ、上側の光学系の参照光ＵＲにより下側領域Ｂｍに記録されたホログラムの位相共役再生光ＬＣＰが、下側の光学系の信号光入射方向に再生される。上側領域からの再生光と下側領域からの再生光は媒体から逆方向に進行する。

この領域での角度多重分の再生が完了すると、上側の光学系は次の上側領域Ａｍ＋１に、下側の光学系は次の下側領域Ｂｍ＋１に位置付けされ再生を続ける。また参照光の光束径を、再生時に比べて記録時は狭めてもよい。

＜空間フィルタ使用実施形態＞
図４もしくは図５の再生時に、上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍが非常に近接している場合、１つの参照光により複数のホログラム領域からの再生光もしくは位相共役再生光が信号光方向へ再生されてしまう。これを空間フィルタで防止する。

図６に空間フィルタ使用例を示す。この複数の再生光もしくは位相共役再生光から、所望の再生光だけを検出するために、上側光学系と下側光学系の光検出器ｈ，ｈ１の前に上側及び下側空間フィルタｐ，ｐ１をそれぞれ配置する。上側及び下側空間フィルタｐ，ｐ１の各々はたとえば一対のリレーレンズとその焦点位置に置かれた微小開口プレートからなり、再生しようとするホログラム領域はそれぞれ上側及び下側フーリエレンズの光軸上にあるが、隣接した領域は光軸から離れていることを利用して、所望の再生光は微小開口を透過して上側及び下側光検出器ｈ，ｈ１にそれぞれ向かうが、それ以外の再生光は微小開口で遮断され、各光検出器に入射させなくする。

また、上側光学系と下側光学系の光源はそれぞれ可干渉性は高いが、互いに干渉しないようにしておけば、記録時に上側光学系の信号光と下側光学系の参照光が重なってもホログラムが記録されることがない。

＜記録再生方法の変形＞
上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍが交互に配置されるのでは無く、Ｎ個（Ｎは整数）の上側領域Ａｍに引き続きＮ個の下側領域Ｂｍ、またＮ個の上側領域Ａｍというように配置される変形例を示す。すなわち、それぞれ連続したＮ個の記録領域よりなる上側領域Ａ群と下側領域Ｂ群は上側で（Ａｍ−１、Ａｍ、Ａｍ＋１）と下側で（Ｂｍ−１、Ｂｍ、Ｂｍ＋１）と表現し、上側領域群Ａｍ−１、Ａｍ、Ａｍ＋１のおのおのに含まれる記録領域は（Ａｍ，１）、…、（Ａｍ，Ｎ）と、下側領域群Ｂｍ−１、Ｂｍ、Ｂｍ＋１のおのおのに含まれる記録領域は（Ｂｍ，１）、…、（Ｂｍ，Ｎ）と表す。

図７に記録時の動作を示す。上側の光学系の信号光ＵＳ及び参照光ＵＲで、上側領域Ａｍ，１に角度多重記録される。この時、同時に下側の光学系の信号光ＬＳ及び参照光ＬＲで、下側領域Ｂｍ，１に角度多重記録される。記録中の領域への角度多重記録が完了すると、１つ隣の領域に位置づけされて記録動作を続ける。連続したＮ個の領域への記録が完了すると、上側の光学系はＮ個の下側領域Ｂｍ＋１を飛び越して、次の上側領域Ａｍ＋１，１に位置づけされ、記録を続ける。同時に下側の光学系はＮ個の上側領域Ａｍを飛び越して、次の下側領域Ｂｍ＋１，１に位置づけされ、記録を続ける。記録媒体にはＮ個の上側領域Ａ群とＮ個の下側領域Ｂ群が交互に配置される。また上側の光学系による信号光と下側の光学系による信号光は、基本的には記録媒体に記録されたＮ個の上側領域Ａ群もしくはＮ個の下側領域Ｂ群の幅だけ光軸を変位しておく。

図８に再生時の動作を示す。記録媒体の上側の光学系は記録媒体の上側領域Ａｍ，１に位置づけされ、下側の光学系の参照光ＬＲにより、上側領域Ａｍ，１に記録されたホログラムの位相共役再生光ＵＣＰが、上側の光学系の信号光入射方向に再生される。この時、同時に、記録媒体を挟んで対向して配置されている下側の光学系は、記録媒体の下側領域Ｂｍ，１に位置づけされ、上側の光学系の参照光ＵＲにより下側領域Ｂｍ，１に記録されたホログラムの位相共役再生光ＬＣＰが、下側の光学系の信号光入射方向に再生される。この領域での角度多重分の再生が完了すると、１つ隣の領域へ移動して再生動作を続ける。連続したＮ個の領域での再生が完了すると、上側の光学系はＮ個の下側領域Ｂｍ＋１を飛び越して、次の上側領域Ａｍ＋１，１に位置づけされ、再生を続ける。同時に下側の光学系はＮ個の上側領域Ａｍを飛び越して、次の下側領域Ｂｍ＋１，１に位置づけされ、再生を続ける。ここでは位相共役再生の例を説明したが、上記の図４と図５の説明に準じて、通常再生も可能である。

図７と図８は上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍが一つずつ交互に配置される必要はなく、Ｎ個の上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍが交互に配置されても良いことを示す例である。ただしここで領域の配置とは物理的に記録媒体を区切るわけではなく、記録時に記録媒体の領域をどのように使うかというストラテジを意味する。この例では、上側の光学系による信号光と下側の光学系による信号光の光軸を、記録媒体に記録されたＮ個の上側領域Ａ群もしくはＮ個の下側領域Ｂ群の幅だけ変位させた。この結果、図７に示すように、上側光学系の信号光と下側光学系の参照光は記録媒体中で交差せず、ホログラムを記録しない。同様に下側光学系の信号光と上側光学系の参照光は記録媒体中で交差せず、ホログラムを記録しない。このように不要なホログラムを記録しなくて済む効果がある。一方、図８に示すように、再生時に参照光の光束径を再生したいホログラムをカバーする幅まで拡げるか、参照光の光軸を移動する必要がある。

＜さらなる記録再生方法の変形＞
さらなる変例を図９、図１０に示す。

図９に示すように、上側光学系と下側光学系で対物レンズの焦点位置をその光軸方向に離間させる、さらに、上側光学系で記録する領域と下側光学系で記録する領域を完全にオーバーラップさせることで、記録容量を２倍にすることができる。記録時に上側光学系で角度多重記録したホログラム記録領域Ａｍを隙間無く並べるように位置付ける。下側光学系で角度多重した領域Ｂｍは領域Ａｍ−１と領域Ａｍの間に位置付けられるため領域Ａｍと領域Ｂｍは完全にオーバーラップし、記録容量が２倍になる。

この場合上側領域Ａｍと下側領域Ｂｍは信号光の照射領域に従って、上下反転した台形形状となる。この場合の記録再生の動作は上記の図３〜図５の説明に準じる。

図１０は上側領域Ａｍの位相共役再生の例で、下側光学系からの参照光ＬＲにより読み出された位相共役光ＵＣＰは、上側フーリエレンズｉ、上側第２偏光ビームスプリッタｆ（図示せず）を透過してリレーレンズＲＬＬに入射する。リレーレンズＲＬＬの集光位置に置かれた上側空間フィルタｐを透過し、第２のリレーレンズＲＬＬ２を透過後、検出器ｈで検出される。上側空間フィルタｐは変調信号の基本周波数成分を透過させるピンホール径になっている。この時同じ下側の参照光により、隣の記録上側領域Ａｍ±１や隣の記録下側領域Ｂｍからも再生信号が読み出されてしまう。この不要な再生信号の内、隣の上側領域Ａｍ±１からの位相共役再生信号は空間フィルタのピンホールで遮断されて検出器に入射しない。隣の記録下側領域Ｂｍからの通常再生信号はリレーレンズによる集光位置が上側空間フィルタｐ位置より手前になるため、上側空間フィルタｐ位置では広がりのある光となり、上側空間フィルタｐを透過する光量は微量である。従って、上側空間フィルタｐ位置で再生中の上側領域Ａｍに対して次の上側領域Ａｍ±１の信号が上側空間フィルタｐでブロックされるぎりぎりまで各々の領域を近づけられる。実際には媒体のある上側領域Ａｍ−１に対して、次の上側領域Ａｍは領域の一部をオーバーラップさせられる。さらにこの上側領域Ａｍ−１と次の上側領域Ａｍの間に、下側領域Ｂｍを信号光のフォーカス方向に集光位置を違えて記録する。従って、記録容量を２倍にできる。

＜さらなる記録再生方法の変形＞
図１１は、他の実施形態のホログラム装置における記録媒体に入射する部分を詳細に示した概略構成図である。上側及び下側ガルバノミラーｍ，ｍ１の回転と上側及び下側４ｆレンズｎ，ｎ１で、それぞれ参照光の記録媒体ｏへの入射角を偏向することで、角度多重を行う代わりに、上側及び下側ガルバノミラーｍ，ｍ１自体を、回転させながら位置を移動することで、参照光の記録媒体への入射角を偏向するように構成してもよい。

また、図１２は、上側及び下側ガルバノミラーｍ，ｍ１の代わりに、通常の上側及び下側固定ミラーＦｍ，Ｆｍ１にし、記録媒体ｏを支持部ＳＰＰなどにより回転することで、角度多重するように構成してもよい。角度多重するための光学系の構成はいろいろなバリエーションがあるので、これらに限定されるものではない。

＜絞り使用例＞
図１３に絞り使用例を示す。図１３は、参照光の光束径を変化させる（参照光の横断面面積を変化せしめる）ための絞りを配置した一例である。上側及び下側ミラーｌ，ｌ１及び上側及び下側ガルバノミラーｍ，ｍ１間に上側及び下側絞りｑ，ｑ１をそれぞれ配置する。上側及び下側絞りｑ，ｑ１の各々は機械可動式絞りシャッタ（diaphragm shutter）などからなる。

記録時は媒体のホログラムが記録される領域ぎりぎりまで参照光光束径を、上側及び下側絞りｑ，ｑ１の各々により絞る（図３、図７の状態）。再生時は絞りを開いて参照光の光束径を拡げ、再生するホログラム領域に参照光が当たるようにする（図４、図５、図８）。記録時は媒体の感度を低下させないために、不要な露光を極力避ける。再生時は媒体の感度を使い果たしているため、不要に露光しても問題ない。

＜制御回路＞
上記いずれの実施形態においても、ホログラム装置は制御回路ＣＯＮＬを有しており、制御回路ＣＯＮＬは、上側光源ａ、上側空間光変調器ｇ、上側光検出器ｈ、上側ガルバノミラーｍ、下側光源ａ１、下側空間光変調器ｇ１、下側光検出器ｈ１、下側ガルバノミラーｍ１、支持部ＳＰＰにそれぞれ接続されている。制御回路ＣＯＮＬはこれらを駆動回路を介して制御などを行う。制御回路ＣＯＮＬは、各種メモリを搭載したマイクロコンピュータからなり装置全体の同期制御などの制御をなすものであり、操作部（図示せず）からの使用者による操作入力及び現在の装置の動作状況に応じて各種の制御信号を生成するとともに、使用者に動作状況などを表示する表示部（図示せず）に接続されている。上側及び下側の光学系において、図示していないが上側及び下側第１偏光ビームスプリッタｄ，ｄ１及び上側及び下側第２エキスパンダｅ，ｅ１の間にそれぞれ、制御回路ＣＯＮＬに接続された液晶シャッタなどを設け、記録時再生時の切り換えを行うように構成してもよい。

Claims (3)

1. 可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、可干渉性の参照光及び記録情報に応じて変調された可干渉性の信号光を生成する光生成部と、前記信号光及び前記参照光を前記記録媒体へ向けその内部で交差するように照射して、前記記録媒体の内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する干渉光学系と、再生光を検出する光検出器と、を有するホログラム装置であって、
   前記干渉光学系における前記信号光及び前記参照光を含む入射面において、前記信号光及び前記参照光に対して第２信号光及び第２参照光が前記記録媒体を挟んで対向して配置されかつ前記第２信号光及び前記第２参照光を前記記録媒体の内部で交差するように照射する第２干渉光学系と、再生光を検出する第２光検出器と、を有すること、
   前記干渉光学系及び前記第２干渉光学系は、互いに前記記録媒体に関して対向した対物レンズをそれぞれ有し、前記干渉光学系の対物レンズの焦点位置と前記第２干渉光学系の対物レンズの焦点位置とは、所定距離で離間していること、
   前記干渉光学系の対物レンズの焦点位置と前記第２干渉光学系の対物レンズの焦点位置とは、それぞれの対物レンズの光軸と垂直方向に互いに離間していること、並びに、
   前記所定距離は、前記記録媒体に記録されるホログラムの最小領域径もしくはホログラム最小領域径の整数倍であること、を特徴とするホログラム装置。
2. 前記光検出器及び前記第２光検出器の受光部の前には空間フィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム装置。
3. 前記干渉光学系及び前記第２干渉光学系には前記参照光及び前記第２参照光の横断面面積を変化せしめる絞りがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム装置。

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