JPWO2007094042A1 - ホログラム記録装置 - Google Patents

Abstract

ホログラム記録媒体（Ｂ）の選択された単位記録領域（Ｂ１）に対して垂直に記録光（Ｌｗ）を入射するとともに、単位記録領域（Ｂ１）に対して斜めに参照光（Ｌｒ）を入射し、これら記録光（Ｌｗ）と参照光（Ｌｒ）との干渉により単位記録領域（Ｂ１）にホログラムを記録するホログラム記録装置（Ａ）であって、このホログラム記録装置（Ａ）は、反射によって参照光（Ｌｒ）を単位記録領域（Ｂ１）に斜めに入射させるための参照光斜入射手段（２３Ａ，２３Ｂ）と、参照光斜入射手段（２３Ａ，２３Ｂ）を支持するとともに、単位記録領域（Ｂ１）に入射する記録光（Ｌｗ）の入射方向に対して垂直な所定の回転軸周りに参照光斜入射手段（２３Ａ，２３Ｂ）を揺動させる参照光揺動手段（３０）とを備えている。

Description

本発明は、ホログラム記録媒体にホログラムを記録するための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、たとえば特許文献１に開示されたものがある。このホログラム記録装置は、いわゆる角度多重方式でホログラムを記録するように構成されたものである。記録媒体の単位記録領域には、垂直に記録光（信号ビーム）が入射されるとともに、この単位記録領域に対して斜めに参照光（基準ビーム）が入射される。参照光は、２つの楔状プリズム、平板状の第３ミラー、およびパラボラミラーを介して単位記録領域に入射される。楔状プリズムを通った参照光は、平板状のミラーで反射され、さらにパラボラミラーの内面で反射して単位記録領域に入射する。このとき、楔状プリズムが適当な姿勢に制御されることにより、パラボラミラーの内面における任意の位置に参照光が偏向させられる。

すなわち、参照光の入射方向は、３次元空間内で入射法線を中心として回転するように変化させられる。また、参照光の入射角は、単位記録領域に対して斜めをなす所定の範囲内で変化させられる。このように参照光の入射方向や入射角が変化する毎に記録光が干渉する結果、記録媒体の単位記録領域には、参照光の入射方向や入射角に応じて異なる干渉パターンのホログラムが多重記録される。このような構成によれば、記録光に対して様々な方向から参照光を干渉させることができ、単位記録領域におけるホログラムの多重度を高めることができる。

特開２０００−２０６８５６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、パラボラミラーなどといった参照光用の光学系が大型で複雑な構成となり、これと共に記録光や再生光用の光学系を記録媒体の近傍に配置しなければならないため、全体として大型で複雑な構成になってしまう難点があった。

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、小型かつ簡単な構成でホログラムの多重度を容易に高め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。

本発明により提供されるホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体の選択された単位記録領域に対して垂直に記録光を入射するとともに、上記単位記録領域に対して斜めに参照光を入射し、これら記録光と参照光との干渉により上記単位記録領域にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、反射によって上記参照光を上記単位記録領域に斜めに入射させるための参照光斜入射手段と、上記参照光斜入射手段を支持するとともに、上記単位記録領域に入射する上記記録光の入射方向に対して垂直な所定の回転軸周りに上記参照光斜入射手段を揺動させる参照光揺動手段と、を備えていることを特徴としている。

好ましくは、上記参照光揺動手段は、上記回転軸上に基軸部が位置した状態でこの基軸部から上記単位記録領域の斜め上方へと第１先端部が延びた姿勢をとるとともに、この第１先端部に上記参照光斜入射手段が設けられたアーム部材と、上記アーム部材の基軸部を上記回転軸周りに回転させる駆動モータとを有して構成されている。

好ましくは、上記アーム部材は、所定の回転範囲で回転させられ、これにより、上記第１先端部は、上記単位記録領域に対して一方側の斜め上方に位置する状態と他方側の斜め上方に位置する状態とをとりうる。

好ましくは、上記アーム部材はさらに、上記単位記録領域を中心として上記第１先端部と反対側に位置する第２先端部を有しており、この第２先端部にも、反射によって上記参照光を上記単位記録領域に斜めに入射させる別途の参照光斜入射手段が設けられている。

好ましくは、上記アーム部材の基軸部には、上記回転軸に沿って進行してきた参照光を上記第１先端部に設けられた上記参照光斜入射手段と上記第２先端部に設けられた上記別途の参照光斜入射手段とに向けて選択的に反射させる参照光反射手段が設けられている。

好ましくは、上記参照光斜入射手段は、上記参照光の進行方向を可変制御可能なガルバノミラーを含んで構成されている。

本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の全体斜視図である。 図１に示すホログラム記録装置の正面図である。 図１に示すホログラム記録装置の上面図である。 図１のホログラム記録装置に含まれる構成要素の側面図である。 図１に示すホログラム記録装置の動作を説明するための説明図である。 図１に示すホログラム記録装置の動作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１〜６は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示している。

図１に示すホログラム記録装置Ａは、ディスク状のホログラム記録媒体Ｂに対して角度多重方式でホログラムを記録するものである。このホログラム記録装置Ａは、ホログラム記録媒体Ｂの単位記録領域Ｂ１に対して垂直に記録光Ｌｗを入射するための記録光用の光学系と、上記単位記録領域Ｂ１に対して斜めに参照光Ｌｒを入射するための参照光用の光学系と、参照光揺動手段３０とを備えている。図外には、レーザ光を発する光源や、レーザ光を記録光Ｌｗと参照光Ｌｒとに分離するためのビームスプリッタなどが設けられている。記録光用の光学系は、空間光変調器１０、再生光分離用のビームスプリッタ１１、第１および第２のリレーレンズ１２，１３、サーボ光分離用のビームスプリッタ１４、および記録光用の対物レンズ１５で構成される。参照光用の光学系は、２つの固定反射部材２０，２１、参照光反射手段２２、および２つの参照光斜入射手段２３Ａ，２３Ｂで構成される。参照光反射手段２２および参照光斜入射手段２３Ａ，２３Ｂは、参照光揺動手段３０に支持されている。参照光揺動手段３０は、ホログラム記録媒体Ｂの径方向に沿う回転軸周りに揺動可能なＵ字型のアーム部材３１と、このアーム部材３１を回転軸周りに回転させる駆動モータ３２とで構成される。なお、記録光および参照光用の光学系や参照光揺動手段３０などは、ホログラム記録媒体Ｂの径方向に往復移動可能な移動ヘッド（図示略）に搭載されている。

ホログラム記録媒体Ｂは、たとえばフォトポリマーの記録層をもち、この記録層の上下両側から単位記録領域Ｂ１ごとに光が照射されるようになっている。記録時には、単位記録領域Ｂ１の上方側から記録光Ｌｗおよび参照光Ｌｒが照射され、この単位記録領域Ｂ１において垂直に入射する記録光Ｌｗに対して参照光Ｌｒが斜めに入射した状態で干渉する。その際、記録光Ｌｗと参照光Ｌｒとのなす角度が変化すると、その角度に応じて異なる干渉縞パターンがページ単位のホログラムとして多重記録される。再生時には、単位記録領域Ｂ１の下方側から参照光Ｌｒのみが照射されることにより、この単位記録領域Ｂ１から記録光Ｌｗとは逆向きの方向に再生光Ｌｐが出射する（図５および図６参照）。この再生光Ｌｐを図外の再生用受光センサで検出することにより、ホログラムとして記録された情報が再生される。

図外の光源から出射したレーザ光は、図示しないコリメータレンズで平行光に変換され、その後、ビームスプリッタを介して記録光Ｌｗと参照光Ｌｒに分離される。記録光Ｌｗは、空間光変調器１０へと進行する一方、参照光Ｌｒは、固定反射部材２０へと進行する。

空間光変調器１０は、たとえば透過型の液晶デバイスからなり、入射した記録光Ｌｗを記録すべき情報に応じて２次元画素パターンの光に変調する。空間光変調器１０から出射した記録光Ｌｗは、再生光分離用のビームスプリッタ１１を透過し、リレーレンズ１２，１３へと導かれる。リレーレンズ１２，１３を透過した記録光Ｌｗは、サーボ光分離用のビームスプリッタ１４へと導かれ、最終的に記録光用の対物レンズ１５を経てホログラム記録媒体Ｂの単位記録領域Ｂ１に垂直に照射される。空間光変調器１０および再生光分離用のビームスプリッタ１１は、図示しない支持部材に保持されている一方、リレーレンズ１２，１３、サーボ光分離用のビームスプリッタ１４、および記録光用の対物レンズ１５は、上記支持部材とは別の図示しないレンズホルダに保持されている。これら支持部材とレンズホルダは、互いに離れて設置されており、再生光分離用のビームスプリッタ１１とリレーレンズ１２との間は、記録光Ｌｗの光路がむき出しの状態にある。すなわち、アーム部材３１は、ビームスプリッタ１１とリレーレンズ１２との間を抜けて記録光Ｌｗの光路を横切ることができる。

固定反射部材２０，２１は、リレーレンズ１２の下方で駆動モータ３２の前方に位置し、上記レンズホルダに懸垂支持されている。なお、レンズホルダは、アーム部材３１を迂回するように延びたフレーム（図示略）を介して移動ヘッドに保持されている。参照光Ｌｒは、これらの固定反射部材２０，２１を介して参照光反射手段２２に入射する。

参照光反射手段２２は、アーム部材３１の回転中心となる基軸部３１Ａに設けられている。この参照光反射手段２２は、図４に示すように、参照光Ｌｒが透過する前面パネル２２Ａと背面パネル２２Ｂとの間に回転反射板２２Ｃを備えて構成されている。参照光Ｌｒは、回転反射板２２Ｃに対して常に一定の方向から入射するようになっている。回転反射板２２Ｃは、回転軸２２Ｄを中心に双方向に回転可能である。たとえば同図に実線で示すように、回転反射板２２Ｃが時計周りとは逆方向に回転すると、この回転反射板２２Ｃの両端部が前面パネル２２Ａおよび背面パネル２２Ｂの内面に斜交い状に設けられたストッパ２２Ｅに当接する。このとき、回転反射板２２Ｃは、それ以上回転できずに規制された状態となり、参照光Ｌｒの反射方向が概ね斜め上向きの一定方向に保たれる。これにより、回転反射板２２Ｃの反射面に入射した参照光Ｌｒは、斜め上向きとなる一定の反射方向に沿って進行し、ホログラム記録媒体Ｂの上方側に配置されたアーム部材３１の第１先端部３１Ｂに向かう。逆に、同図に仮想線で示すように、回転反射板２２Ｃが時計周りの方向に回転すると、この回転反射板２２Ｃの両端部が上記とは別のストッパ２２Ｆに当接する。このときにおいても、回転反射板２２Ｃは、それ以上回転できずに規制された状態となり、参照光Ｌｒの反射方向が概ね斜め下向きの一定方向に保たれる。これにより、回転反射板２２Ｃの反射面に入射した参照光Ｌｒは、斜め下向きとなる一定の反射方向に沿って進行し、ホログラム記録媒体Ｂの下方側に配置されたアーム部材３１の第２先端部３１Ｃに向かう。

参照光斜入射手段２３Ａ，２３Ｂは、たとえばガルバノミラーからなる。一方の参照光斜入射手段２３Ａは、ホログラム記録媒体Ｂの上方側に位置するアーム部材３１の第１先端部３１Ｂに固定されている。この参照光斜入射手段２３Ａは、記録時において、参照光反射手段２２から進行してきた参照光Ｌｒを反射し、この参照光Ｌｒを単位記録領域Ｂ１に対して斜め上方から入射させる。他方の参照光斜入射手段２３Ｂは、ホログラム記録媒体Ｂの下方側に位置するアーム部材３１の第２先端部３１Ｃに固定されている。この参照光斜入射手段２３Ｂは、再生時において、参照光反射手段２２から進行してきた参照光Ｌｒを反射し、この参照光Ｌｒを単位記録領域Ｂ１に対して斜め下方から入射させる。このようなガルバノミラーからなる参照光斜入射手段２３Ａ，２３Ｂによれば、単位記録領域Ｂ１における参照光Ｌｒの入射角を高速かつ高精度に微調整することができる。

アーム部材３１の基軸部３１Ａは、ホログラム記録媒体Ｂの径に沿う直線上に概ね配置されており、この基軸部３１Ａが駆動モータ３２によってホログラム記録媒体Ｂの径方向に沿う回転軸周りに回転させられる。このアーム部材３１の回転軸は、単位記録領域Ｂ１における入射法線に対して垂直である。この入射法線は、単位記録領域Ｂ１に入射する記録光Ｌｗの光軸と一致している。駆動モータ３２は、高速かつ高精度に位置決め制御が可能な例えば超音波モータからなる。アーム部材３１の第１先端部３１Ｂは、ホログラム記録媒体Ｂに平行して単位記録領域Ｂ１の斜め上方へと延びた姿勢をとり、第２先端部３１Ｃは、ホログラム記録媒体Ｂに平行して単位記録領域Ｂ１の斜め下方へと延びた姿勢をとる。アーム部材３１が回転すると、図２に実線と仮想線で示すように、第１先端部３１Ｂは、単位記録領域Ｂ１の右斜め上方から左斜め上方へと、あるいはその逆方向に移動する。このとき、第２先端部３１Ｃは、単位記録領域Ｂ１を対称中心として第１先端部３１Ｂと対称的に位置するため、この第２先端部３１Ｃは、単位記録領域Ｂ１の左斜め下方から右斜め下方へと、あるいはその逆方向に移動する。

具体的に記録時においては、第１先端部３１Ｂが単位記録領域Ｂ１の右斜め上方から左斜め上方へと移動することにより、単位記録領域Ｂ１に対して第１先端部３１Ｂの参照光斜入射手段２３Ａから斜めに入射する参照光Ｌｒの入射角は、たとえば右斜め略４５〜６５ｄｅｇの範囲内と左斜め略４５〜６５ｄｅｇの範囲内とで所定の角度ずつ変化させられる。再生時には、第２先端部３１Ｃが単位記録領域Ｂ１の左斜め下方から右斜め下方へと移動することにより、単位記録領域Ｂ１に対して第２先端部３１Ｃの参照光斜入射手段２３Ｂから斜めに入射する参照光Ｌｒの入射角は、記録時とは同様に例えば左斜め略４５〜６５ｄｅｇの範囲内と右斜め略４５〜６５ｄｅｇの範囲内とで所定の角度ずつ変化させられる。なお、参照光Ｌｒの入射角は、実用的には略５０〜６０ｄｅｇの範囲内で変化させるのが好ましい。再生時の参照光Ｌｒは、記録時の参照光Ｌｒに対して光学的に共役な光となる。本実施形態では、単位記録領域Ｂ１を回転中心とする第１先端部３１Ｂの回転半径と第２先端部３１Ｃの回転半径とが同一の長さであるが、たとえばアーム部材の回転軸をホログラム記録媒体よりも下方に設定し、これらの回転半径を異なるようにしてもよい。

次に、記録時および再生時の光学的作用について説明する。

記録時には、たとえば１つの単位記録領域Ｂ１に対して記録光Ｌｗが垂直に入射する。記録光Ｌｗは、空間光変調器１０により記録すべき情報に応じて異なる２次元画素パターンの光に変調される。参照光Ｌｒは、参照光反射手段２２によってアーム部材３１の第１先端部３１Ｂへと進行させられ、この第１先端部３１Ｂの参照光斜入射手段２３Ａで反射して記録光Ｌｗと干渉するように単位記録領域Ｂ１に入射する。

このとき、記録光Ｌｗが変調される毎にアーム部材３１の第１先端部３１Ｂは、たとえば単位記録領域Ｂ１の右斜め上方の所定範囲内において所定の角度ずつ間欠的に回転させられ（図２の実線で示す状態を参照）、さらにその後、単位記録領域Ｂ１の左斜め上方へと速やかに回転移動し、この左斜め上方においても同様に所定範囲内で所定の角度ずつ間欠的に回転させられる（図２の仮想線で示す状態を参照）。これにより、参照光Ｌｒは、単位記録領域Ｂ１に対して右斜め上方から少しずつ入射角を変化させながら入射するとともに、左斜め上方からも少しずつ入射角を変化させながら入射する。その都度、記録光Ｌｗに対しては、異なる方向および角度で参照光Ｌｒが干渉し、その結果、ページ単位のホログラムが所定のページ数にわたって単位記録領域Ｂ１に多重記録される。なお、参照光Ｌｒの入射角によっては、単位記録領域Ｂ１に対して参照光Ｌｒが微妙にずれるが、ガルバノミラーからなる参照光斜入射手段２３Ａで反射角を微調整することにより、単位記録領域Ｂ１に対して参照光Ｌｒが正確に合わせられる。

たとえば、単位記録領域Ｂ１の右斜め上方と左斜め上方におけるアーム部材３１の回転範囲を略４５〜６５ｄｅｇの範囲とし、その回転範囲内で５ｄｅｇの角度刻みにアーム部材３１を少しずつ回転させると、参照光Ｌｒは、その入射方向と入射角との組み合わせとして１０通りのパターンに変化する。これにより、１つの単位記録領域Ｂ１には、多重度１０として１０ページ分のホログラムが多重記録される。なお、アーム部材３１の回転範囲や角度刻みを適当に設定すれば、多重度をより高めることができる。このようにして１つの単位記録領域Ｂ１に多数のページ分にわたるホログラムを多重記録した後、さらに次の単位記録領域に対して同様の手順でホログラムを多重記録することができる。

記録済みの単位記録領域Ｂ１からページ単位にホログラムを読み出す再生時において、記録光Ｌｗは、たとえば空間光変調器１０に対して入射しないように遮断される一方、参照光Ｌｒは、参照光反射手段２２の回転反射板２２Ｃが所定の回転姿勢に切り替えられることでアーム部材３１の第２先端部３１Ｃへと進行させられる。これにより、単位記録領域Ｂ１には、その斜め下方側から第２先端部３１Ｃの参照光斜入射手段２３Ｂで反射した参照光Ｌｒのみが入射される。

このとき、アーム部材３１の第２先端部３１Ｃは、記録時と同様に、たとえば単位記録領域Ｂ１の左斜め下方の所定範囲内において所定の角度ずつ間欠的に回転させられ（図６の実線で示す状態を参照）、さらにその後、単位記録領域Ｂ１の右斜め下方へと速やかに回転移動し、この右斜め下方においても同様に所定範囲内で所定の角度ずつ間欠的に回転させられる（図６の仮想線で示す状態を参照）。これにより、参照光Ｌｒは、単位記録領域Ｂ１に対して左斜め下方から少しずつ入射角を変化させながら入射するとともに、右斜め下方からも少しずつ入射角を変化させながら入射する。

この再生時においても、ガルバノミラーからなる参照光斜入射手段２３Ｂで反射角を微調整することにより、単位記録領域Ｂ１に対して参照光Ｌｒが正確に合わせられる。また、参照光斜入射手段２３Ｂによれば、再生時における参照光Ｌｒの入射方向や入射角が記録時におけるそれらと一致するように微調整される。なお、再生時における参照光Ｌｒの入射方向については、記録時におけるそれとは正反対の向きとなる。これにより、参照光Ｌｒは、記録時とは正反対の向きで単位記録領域Ｂ１に対して左斜め下方から少しずつ入射角を変化させながら入射するとともに、右斜め下方からも少しずつ入射角を変化させながら入射する。

たとえば、記録時と同様にアーム部材３１の回転範囲を略４５〜６５ｄｅｇの範囲とし、その回転範囲内で５ｄｅｇの角度刻みにアーム部材３１を少しずつ回転させながら単位記録領域Ｂ１に対して参照光Ｌｒを照射すると、この単位記録領域Ｂ１においては、記録時の参照光Ｌｒの入射方向および入射角に応じてページ単位に多重記録されたホログラムに対して再生時の参照光Ｌｒが干渉する。その結果、単位記録領域Ｂ１からは、ホログラムのページ単位に再生光Ｌｐが発生する。この再生光Ｌｐは、記録光Ｌｗとは逆向きに、対物レンズ１５、ビームスプリッタ１４、およびリレーレンズ１２，１３を順に経て再生光分離用のビームスプリッタ１１へと導かれ、最終的に図外の再生用受光センサに受光される。これにより、多重記録されたホログラムがページ単位に再生される。

したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａによれば、単位記録領域Ｂ１に対して左右両側の斜め方向から入射角を変化させながら参照光Ｌｒを入射させることができるので、片側のみの斜め方向から参照光を入射させる場合に比べておよそ２倍の多重度でホログラムを多重記録することができ、多重度を容易に高めることができる。

機械的な構成としては、駆動モータ３２によってアーム部材３１を所定の回転軸周りに回転させるように構成されており、光学的な構成についても、光を反射したり反射角を調整するなどといった単純な光学部品のみによって構成されるので、小型で簡単な構成とすることができる。

ページ単位にホログラムを記録したり再生する際には、参照光Ｌｒの入射方向や入射角を変化させるために、アーム部材３１を少しずつ回転させたり左右に回転移動させなければならない。その際、超音波モータからなる駆動モータ３２によってアーム部材３１が高速かつ高精度に回転させられ、さらにはガルバノミラーからなる参照光斜入射手段２３Ａ，２３Ｂによって参照光Ｌｒの入射角が高速かつ高精度に調整されるので、間欠的ながらもできる限り迅速にホログラムをページ単位に記録したり再生することができる。

記録時においては、たとえばホログラムをページ単位に記録する毎に、参照光反射手段２２の回転反射板２２Ｃを動作させてその反射方向を高速に切り替えることができる。すなわち、記録直後のホログラムに対して斜め下方から参照光Ｌｒを照射して干渉させることができ、記録直後のホログラムが正常に記録されているか否かを判定するといったベリファイ処理を簡単に行うことができる。

Claims (6)

1. ホログラム記録媒体の選択された単位記録領域に対して垂直に記録光を入射するとともに、上記単位記録領域に対して斜めに参照光を入射し、これら記録光と参照光との干渉により上記単位記録領域にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
   反射によって上記参照光を上記単位記録領域に斜めに入射させるための参照光斜入射手段と、
   上記参照光斜入射手段を支持するとともに、上記単位記録領域に入射する上記記録光の入射方向に対して垂直な所定の回転軸周りに上記参照光斜入射手段を揺動させる参照光揺動手段と、
   を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
2. 上記参照光揺動手段は、上記回転軸上に基軸部が位置した状態でこの基軸部から上記単位記録領域の斜め上方へと第１先端部が延びた姿勢をとるとともに、この第１先端部に上記参照光斜入射手段が設けられたアーム部材と、上記アーム部材の基軸部を上記回転軸周りに回転させる駆動モータとを有して構成されている、請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 上記アーム部材は、所定の回転範囲で回転させられ、これにより、上記第１先端部は、上記単位記録領域に対して一方側の斜め上方に位置する状態と他方側の斜め上方に位置する状態とをとりうる、請求項２に記載のホログラム記録装置。
4. 上記アーム部材はさらに、上記単位記録領域を中心として上記第１先端部と反対側に位置する第２先端部を有しており、この第２先端部にも、反射によって上記参照光を上記単位記録領域に斜めに入射させる別途の参照光斜入射手段が設けられている、請求項２または３に記載のホログラム記録装置。
5. 上記アーム部材の基軸部には、上記回転軸に沿って進行してきた参照光を上記第１先端部に設けられた上記参照光斜入射手段と上記第２先端部に設けられた上記別途の参照光斜入射手段とに向けて選択的に反射させる参照光反射手段が設けられている、請求項４に記載のホログラム記録装置。
6. 上記参照光斜入射手段は、上記参照光の進行方向を可変制御可能なガルバノミラーを含んで構成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のホログラム記録装置。

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