WO2007132521A1 - ホログラム記録装置およびホログラム記録方法 - Google Patents

ホログラム記録装置およびホログラム記録方法 Download PDF

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Kouichi Tezuka
Hiroyasu Yoshikawa
Yasumasa Iwamura
Yuzuru Yamakage
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Fujitsu Limited
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    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms

Definitions

  • the present invention relates to a hologram recording apparatus and a hologram recording method for recording a hologram by interference between recording light and reference light.
  • a conventional hologram recording method is disclosed in Patent Document 1.
  • the one disclosed in this document irradiates the hologram recording medium with reference light (reference beam) so that the incident angle force is S35 deg in a state tilted in a predetermined direction, and in a direction opposite to the reference light.
  • Recording light (object beam) is emitted so as to form an intersecting angle of approximately 90 degrees in an inclined state.
  • the intensity of the reference light is modulated by, for example, an ND (Neutral Density) filter. That is, in the conventional hologram recording method, the intensity distribution in the Fourier plane of the Gaussian beam as the reference light is made uniform by apodization in order to irradiate the hologram recording medium with the recording light tilted. This improves the signal-to-noise ratio!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-43904
  • apodization is used as the light utilization efficiency with large loss of light in order to partially reduce the light transmittance. There was a difficulty that it was inferior compared with the case where it did not.
  • An object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method capable of recording a hologram without reducing the light utilization efficiency.
  • the present invention takes the following technical means.
  • the hologram recording device provided by the first aspect of the present invention provides recording light via a spatial light modulator so as to form a predetermined incident angle with respect to the hologram recording medium in a state tilted in a predetermined direction. And at a predetermined intersection with the recording light tilted in the opposite direction.
  • a hologram recording apparatus that irradiates a reference beam so as to form an angle and records a hologram on the hologram recording medium by interference between the recording beam and the reference beam, and uniformly distributes a Gaussian beam having a Gaussian intensity distribution.
  • a beam modulation means for converting the parallel light to the spatial light modulator as the recording light, and converting the parallel light to the spatial light modulator with respect to the optical axis of the beam modulation means.
  • the central axis of the Gaussian beam is decentered, and the decentering direction includes components in the same direction as the direction in which the recording light is tilted with respect to the hologram recording medium or in the opposite direction. .
  • the amount of eccentricity of the Gaussian beam is set according to an illuminance cosine law of the recording light with respect to the hologram recording medium.
  • the amount of eccentricity of the Gaussian beam is set based on a polarization direction of the recording light with respect to the hologram recording medium as an additional factor.
  • the amount of eccentricity of the Gaussian beam is set with the diffraction efficiency of the recording light and reference light in the hologram recording medium as an additional factor.
  • the hologram recording method provided by the second aspect of the present invention includes a beam modulation means and a spatial light modulation so as to form a predetermined incident angle with respect to the hologram recording medium in a state tilted in a predetermined direction.
  • the recording light is radiated through the detector, the reference light is radiated so as to form a predetermined crossing angle while being tilted in the opposite direction to the recording light, and the hologram recording is performed by the interference between the recording light and the reference light.
  • a hologram recording method for recording a hologram on a medium wherein a Gaussian beam having a Gaussian intensity distribution is converted into parallel light having a uniform intensity distribution, and the parallel light is used as the recording light.
  • the central axis of the Gaussian beam with respect to the optical axis of the beam modulation means is set to the hologram recording medium. It is characterized in that is decentered in a direction that includes the recording light tilted direction in the same or opposite direction component thereof.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a hologram recording apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for schematically explaining the geometric optical characteristics of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an optical action of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the optical action of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an optical action of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a light amount distribution pattern as a result of simulation of the optical system.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of eccentricity and the amount of light as a simulation result of the optical system.
  • FIG. 8 is a diagram showing a light amount distribution pattern as a result of simulation of the optical system.
  • the hologram recording apparatus A irradiates the disc-shaped hologram recording medium B with the recording light S while being tilted in a predetermined direction.
  • the reference light R is irradiated in a state tilted in the opposite direction to S, and a hologram is recorded on the hologram recording medium B by the interference between the recording light S and the reference light scale.
  • the hologram recording apparatus A is configured to multiplex-record a hologram by an angle multiplexing method by variably controlling the incident angle of the reference light R.
  • Hologram recording apparatus A has a constant incident angle with respect to the recording portion of hologram recording medium B.
  • a recording light optical system for irradiating the recording light S at ⁇ (see FIG. 2) and a reference light for irradiating the reference light R while variably controlling the incident angle with respect to the recording portion.
  • an optical system outside the figure, a light source for emitting a laser beam, a beam splitter for separating the laser beam into recording light S and reference light R, and a collimator lens for converting the laser beam into parallel light are provided.
  • the optical system for recording light includes a beam homogenizer (beam modulating means) 1, a spatial light modulator 2, a zoom lens 3, a beam splitter 4, and an objective lens 5 for recording light.
  • the optical system for reference light includes a recording mirror 10 and a reproducing mirror 11, a U-shaped arm member 20, and a drive motor 30.
  • the recording mirror 10 and the reproducing mirror 11 are fixed to the tip of an arm member 20, and the arm member 20 is swung around a rotation axis along the radial direction of the hologram recording medium B by a drive motor 30.
  • the optical system for recording light and the optical system for reference light are mounted on a moving head (not shown) that can reciprocate in the radial direction of the hologram recording medium B. As shown in FIG.
  • the hologram recording medium B has a structure in which, for example, a photopolymer recording layer 90 is used as an intermediate layer, and translucent cover layers 91 and 92 are laminated on both sides of the recording layer 90. There will also be manpower.
  • the recording layer 90 has a thickness of about 1 mm, and the cover layers 91 and 92 have a thickness of about 0.5 mm.
  • a laser beam emitted from a light source outside the figure becomes a Gaussian beam having a Gaussian intensity distribution, and after this Gaussian beam is converted into parallel light by a collimator lens (not shown), the recording light passes through a beam splitter. Separated into S and reference light R. The recording light S is incident on the beam homogenizer 1 as a Gaussian beam, while the reference light R is guided to the recording mirror 10 or the reproducing mirror 11.
  • the laser beam (Gaussian beam) emitted from the light source may be separated into recording light and reference light by a beam splitter after passing through a collimator lens or beam homogenizer!
  • the beam homogenizer 1 also has an aspherical lens force, converts the incident Gaussian beam into parallel light having an intensity distribution that tends to be uniform, and guides this parallel light to the spatial light modulator 2 as recording light S .
  • the central axis Gs of the incident Gaussian beam is decentered by a predetermined eccentricity m in a direction opposite to the direction in which the recording light S is inclined with respect to the hologram recording medium B.
  • a Gaussian beam can be converted into light having a uniform intensity distribution with almost no loss of light quantity.
  • the beam homogenizer 1 in this embodiment is a non-inverted type that emits incident light as it is without being inverted around the optical axis, but an inverted beam homogenizer that inverts incident light around the optical axis. Adopting,
  • the spatial light modulator 2 is, for example, a transmissive liquid crystal device, and modulates the incident recording light S into light of a two-dimensional pixel pattern according to information to be recorded.
  • the recording light S emitted from the spatial light modulator 2 is guided to the beam splitter 4 through the zoom lens 3, and finally, the hologram recording medium B at a predetermined incident angle ⁇ through the objective lens 5 for recording light. Is irradiated.
  • the zoom lens 3 inverts the recording light S 180 degrees around the optical axis. Therefore, as described above, the Gaussian beam with respect to the optical axis 1A of the beam homogenizer 1
  • the eccentric direction of is opposite to the direction in which the recording light S is inclined with respect to the hologram recording medium B.
  • the eccentricity direction of the Gaussian beam with respect to the optical axis of the beam homogenizer is such that the recording light with respect to the hologram recording medium is The direction is the same as the direction of tilting.
  • an optical system corresponding to such a case for example, an optical system combining an inversion beam homogenizer and a zoom lens can be considered.
  • the recording mirror 10 and the reproducing mirror 11 are made of, for example, a galvanometer mirror.
  • the recording mirror 10 is fixed to the front end of an arm member 20 that can swing on the upper side of the hologram recording medium B.
  • the recording mirror 10 reflects the reference light R, which has entered an upward force during recording, obliquely downward toward the recording part of the hologram recording medium B.
  • the reproducing mirror 11 is fixed to the tip of an arm member 20 that can swing on the lower side of the hologram recording medium B.
  • the reproduction mirror 11 reflects the reference light R, which has entered a lateral force at the time of reproduction, obliquely upward toward the recording portion of the hologram recording medium B (not shown). According to the recording and reproducing mirrors 10 and 11 also having a galvanometer mirror force, the incident angle of the reference light R at the recording site can be finely adjusted.
  • the incident angle of the reference light R changes around the axis Rc as the arm member 20 swings during recording.
  • This axis Rc is set so that the angle (crossing angle) formed with the central axis Sc of the recording light S is approximately 90 degrees.
  • the recording light S is converged by the objective lens 5 and irradiated so as to overlap the reference light R at the recording site.
  • the objective lens 5 is disposed obliquely with respect to the hologram recording medium B so that the recording light S is irradiated in a state tilted in a predetermined direction. Therefore, the incident angle of the reference light R can be greatly varied without being shifted to the objective lens 5.
  • the incident angle of the reference light R is finely and variably controlled in a multi-dimensional manner, and the hologram multiplicity can be easily increased.
  • the polarization directions of the recording light S and the reference light R are both perpendicular to the paper surface.
  • a hologram is recorded by the interference between the recording light S and the reference light R, and holograms having different interference patterns are multiplexed and recorded as the incident angle of the reference light R changes. Is done.
  • the irradiation area is greatly different between the A light beam and the B light beam of the recording light S. It is to be applied.
  • the incident angle is larger by + ⁇ than the central axis Sc in the direction in which the recording light S is tilted, and with the ⁇ light beam, the center of the recording light S in the tilted direction.
  • the incident angle is smaller than the axis Sc by - ⁇ .
  • the irradiation area of the ⁇ beam is larger than the irradiation area of the B beam.
  • the C beam and D beam of the recording light S exist in the direction (CD direction) perpendicular to the direction connecting the A and B beams (AB direction).
  • the illumination area is slightly larger than the B beam due to the illumination cosine law. As the irradiation area increases, the light intensity decreases.
  • the incident angle in the AB direction shown in FIG. 3 is an incident angle formed in the AB direction from the normal H of the hologram recording medium B, and the incident angle in the CD direction is the normal H force of the hologram recording medium B in the CD direction. Is the angle of incidence formed.
  • the surface incident angle ⁇ s is a substantial incident angle with respect to the surface of the hologram recording medium B, and the intra-layer incident angle ⁇ i is a substantial incident angle inside the recording layer 90.
  • the irradiation area ratio shown in FIG. 3 is a ratio when the irradiation area of the B light flux is 1.
  • the substantial irradiation area of the A to D light beams irradiated on the surface of the hologram recording medium B is the surface incident angle. LZcos ⁇ s using ⁇ s.
  • the substantial irradiation area of the A to D luminous flux is obtained.
  • the first factor due to the illuminance cosine law is the main factor for obtaining a uniform intensity distribution. If the intensity distribution is determined based on the illuminance cosine law, the intensity distribution of the recording light S Generally uniform.
  • the following second and third factors are merely additional factors for making the intensity distribution of the recording light S uniform.
  • the second factor is that the polarization directions of the recording light S and the reference light R are relatively shifted.
  • the polarization direction of the A light beam and the polarization direction of the B light beam are perpendicular to the paper surface, and the polarization direction of the reference light R is also perpendicular to the paper surface.
  • the interference action that does not shift in the polarization direction is not weakened.
  • the polarization directions of the C and D beams are tilted in the CD direction by increasing the incident angle in the CD direction. Therefore, there is a deviation between the polarization direction of the C and D beams and the polarization direction of the reference light R.
  • the polarization direction can be expressed by a vector as shown in FIG.
  • the X direction, the y direction, and the z direction represent the AB direction, the CD direction, and the direction perpendicular to the hologram recording medium B, respectively.
  • the reference light R travels along the axis Rc, and the polarization direction Rp of the reference light R exists in a direction perpendicular to the axis Rc.
  • the C light beam travels along the inclined axis L in a direction deviated from the axis Rc by an angle ⁇ . For this reason, the polarization direction Sp of the C light beam is shifted by an angle ⁇ with respect to the polarization direction Rp of the reference light scale.
  • the diffraction efficiencies of the recording light S and the reference light R must be considered.
  • the surface incident angle of the reference light R is ⁇ r
  • the surface incident angle of the recording light S is ⁇ s
  • the thickness of the recording layer 90 is d
  • the wavelengths of the recording light S and the reference light R are obtained, and the refractive index modulation per page is performed. If ⁇
  • the ratio of the diffraction efficiency of the light beam and the light beam is as shown in FIG.
  • the diffraction efficiency of the A beam is 1.125 times that of the C and D beams
  • the diffraction efficiency of the B beam is 0,931 times.
  • the intensity distribution of the recording light S is ideally obtained by comprehensively considering the above first to third factors and multiplying all the ratios of the A to D light fluxes.
  • FIG. 6 shows the simulation results.
  • the eccentricity m of the Gaussian beam is set to about 0.12 mm.
  • FIG. 7 shows a simulation result in which the ratio of the left half light flux including the A flux to the total luminous flux is obtained when the Gaussian beam eccentricity m is changed.
  • the hologram recording apparatus A of the present embodiment it is only necessary to decenter the Gaussian beam incident on the beam homogenizer 1 with an appropriate amount of eccentricity m in an appropriate direction.
  • the recording light S can be irradiated to the hologram recording medium B with a uniform intensity distribution with almost no decrease in the recording medium, whereby the hologram can be recorded as a uniform interference pattern.
  • the incident angle ⁇ (35 deg) of the recording light S and the eccentricity m (0.12 mm) of the Gaussian beam in the above embodiment are merely examples, and these values are in accordance with the specifications. The design may be changed as appropriate.
  • the decentering direction of the Gaussian beam is preferably matched to the same direction as the direction in which the recording light is tilted with respect to the hologram recording medium or the opposite direction as much as possible, but in these desired directions. On the other hand, it may be in a state where there is a direction shift to some extent.

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Abstract

　ホログラム記録媒体（Ｂ）に対し、所定の方向に傾けた状態で所定の入射角をなすように空間光変調器（２）を介して記録光（Ｓ）を照射するとともに、この記録光（Ｓ）とは反対方向に傾けた状態で所定の交差角をなすように参照光（Ｒ）を照射し、これら記録光（Ｓ）と参照光（Ｒ）との干渉によってホログラム記録媒体（Ｂ）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、ガウス分布状の強度分布をもつガウシアンビームを均一となる傾向の強度分布をもった平行光に変換し、この平行光を記録光（Ｓ）として空間光変調器（２）へと進行させるビーム変調手段（１）を備え、ビーム変調手段（１）の光軸（１Ａ）に対し、ガウシアンビームの中心軸（Ｇｓ）は偏心しており、その偏心方向は、ホログラム記録媒体（Ｂ）に対して記録光（Ｓ）を傾けた方向と同方向、またはその反対方向の成分を含んでいる。

Description

明 細 書
ホログラム記録装置およびホログラム記録方法
技術分野
[0001] 本発明は、記録光と参照光との干渉によってホログラムを記録するホログラム記録 装置およびホログラム記録方法に関する。
背景技術
[0002] 従来のホログラム記録方法としては、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、ホログラム記録媒体に対し、所定の方向に傾けた状態で入射角 力 S35degとなるように参照光 (基準ビーム）を照射するとともに、この参照光とは反対 方向に傾けた状態で略 90degの交差角をなすように記録光 (オブジェクトビーム）を 照射するものである。参照光については、たとえば ND (Neutral Density)フィルタによ つて強度を変調している。すなわち、従来のホログラム記録方法では、ホログラム記 録媒体に対して記録光を傾けた状態で照射するために、参照光としてのガウシアン ビームのフーリエ面における強度分布をアポダイゼーシヨンによって均一化しており、 これにより SN比を向上させて!/、る。
[0003] 特許文献 1 :特開 2003— 43904号公報
[0004] し力しながら、アポダイゼーシヨンにより強度分布を均一化する手法では、光の透過 率を部分的に低減させるために光量の損失が大きぐ光の利用効率としてはアポダイ ゼーシヨンを利用しない場合に比べて劣るという難点があった。
発明の開示
[0005] 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、光の利用効 率を低下させずにホログラムを記録することができるホログラム記録装置およびホログ ラム記録方法を提供することをその課題として 、る。
[0006] 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。
[0007] 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、ホログラム記録媒体 に対し、所定の方向に傾けた状態で所定の入射角をなすように空間光変調器を介し て記録光を照射するとともに、この記録光とは反対方向に傾けた状態で所定の交差 角をなすように参照光を照射し、これら記録光と参照光との干渉によって上記ホログ ラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、ガウス分布状の 強度分布をもつガウシアンビームを均一となる傾向の強度分布をもった平行光に変 換し、この平行光を上記記録光として上記空間光変調器へと進行させるビーム変調 手段を備え、上記ビーム変調手段の光軸に対し、上記ガウシアンビームの中心軸は 偏心しており、その偏心方向は、上記ホログラム記録媒体に対して上記記録光を傾 けた方向と同方向、またはその反対方向の成分を含んで 、ることを特徴として 、る。
[0008] 好ましくは、上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体に対する 上記記録光の照度余弦則に応じて設定されて 、る。
[0009] 好ましくは、上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体に対する 上記記録光の偏光方向を付カ卩的な要因として設定されて 、る。
[0010] 好ましくは、上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体における 上記記録光および参照光の回折効率を付加的な要因として設定されている。
[0011] 本発明の第 2の側面により提供されるホログラム記録方法は、ホログラム記録媒体 に対し、所定の方向に傾けた状態で所定の入射角をなすようにビーム変調手段およ び空間光変調器を介して記録光を照射するとともに、この記録光とは反対方向に傾 けた状態で所定の交差角をなすように参照光を照射し、これら記録光と参照光との 干渉によって上記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法で あって、ガウス分布状の強度分布をもつガウシアンビームを均一となる傾向の強度分 布をもった平行光に変換し、この平行光を上記記録光として上記ビーム変調手段か ら上記空間光変調器へと進行させるのに伴い、上記ビーム変調手段の光軸に対して 上記ガウシアンビームの中心軸を、上記ホログラム記録媒体に対して上記記録光を 傾けた方向と同方向、またはその反対方向の成分を含んだ方向に偏心させることを 特徴としている。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明が適用されたホログラム記録装置の一実施形態を示す斜視図である。
[図 2]図 1に示すホログラム記録装置の幾何光学特性を模式的に説明するための説 明図である。 [図 3]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。
[図 4]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。
[図 5]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。
[図 6]光学系のシミュレーション結果として光量分布パターンを示す図である。
[図 7]光学系のシミュレーション結果として偏心量と光量との関係を示す図である。
[図 8]光学系のシミュレーション結果として光量分布パターンを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 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。
[0014] 図 1に示すように、本実施形態の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、所定の方向に傾けた状態で記録光 Sを照射するとともに、この記 録光 Sとは反対方向に傾けた状態で参照光 Rを照射し、これら記録光 Sと参照光尺と の干渉によってホログラム記録媒体 Bに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、参照光 Rの入射角を可変制御して角度多重方式によりホログラム を多重記録するように構成されて 、る。
[0015] ホログラム記録装置 Aは、ホログラム記録媒体 Bの記録部位に対して一定の入射角
Θ (図 2参照）で記録光 Sを照射するための記録光用の光学系と、上記記録部位に 対して斜めに入射角を可変制御しながら参照光 Rを照射するための参照光用の光学 系とを備えている。図外には、レーザビームを発する光源や、レーザビームを記録光 Sと参照光 Rとに分離するためのビームスプリッタ、さらにはレーザビームを平行光に 変換するコリメータレンズなどが設けられている。記録光用の光学系は、ビームホモジ ナイザ (ビーム変調手段） 1、空間光変調器 2、ズームレンズ 3、ビームスプリッタ 4、お よび記録光用の対物レンズ 5で構成される。参照光用の光学系は、記録用のミラー 1 0および再生用のミラー 11、 U字型のアーム部材 20、ならびに駆動モータ 30によつ て構成されている。記録用のミラー 10および再生用のミラー 11は、アーム部材 20の 先端に固定されており、このアーム部材 20が駆動モータ 30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揺動させられる。これら記録光用の光学系およ び参照光用の光学系は、ホログラム記録媒体 Bの径方向に往復移動可能な移動へ ッド（図示略）に搭載されている。 [0016] 図 2に示すように、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 90を 中間層として有し、この記録層 90の両側に透光性のカバー層 91, 92を積層した構 造力もなる。本実施形態では、たとえば記録層 90の厚みが lmm程度、カバー層 91 , 92の厚みが 0. 5mm程度である。記録時には、ホログラム記録媒体 Bの上方側から 記録光 Sおよび参照光 Rが照射される。再生時には、ホログラム記録媒体 Bの下方側 力 参照光 Rのみが照射される。
[0017] 図外の光源から出射したレーザビームは、ガウス分布状の強度分布をもつガウシァ ンビームとなり、このガウシアンビームが図示しないコリメータレンズで平行光に変換 された後、ビームスプリッタを介して記録光 Sと参照光 Rに分離される。記録光 Sは、ガ ゥシアンビームとしてビームホモジナイザ 1に入射する一方、参照光 Rは、記録用のミ ラー 10あるいは再生用のミラー 11へと導かれる。なお、光源から出射したレーザビー ム（ガウシアンビーム）は、コリメータレンズやビームホモジナイザなどを経た後、ビー ムスプリッタで記録光と参照光に分離されるようにしてもよ!、。
[0018] ビームホモジナイザ 1は、非球面レンズ力もなり、入射したガウシアンビームを均一と なる傾向の強度分布をもった平行光に変換し、この平行光を記録光 Sとして空間光 変調器 2に導く。ビームホモジナイザ 1の光軸 1Aに対し、入射するガウシアンビーム の中心軸 Gsは、ホログラム記録媒体 Bに対して記録光 Sを傾けた方向と反対方向に 所定の偏心量 mだけ偏心させられている。このビームホモジナイザ 1によれば、ほとん ど光量の損失を招くことなくガウシアンビームを均一な強度分布の光に変換すること ができる。なお、本実施形態におけるビームホモジナイザ 1は、入射した光を光軸周り に反転させることなくそのまま出射する非反転型のものであるが、入射した光を光軸 周りに反転させる反転型のビームホモジナイザを採用してもょ 、。
[0019] 空間光変調器 2は、たとえば透過型の液晶デバイスカゝらなり、入射した記録光 S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 2から 出射した記録光 Sは、ズームレンズ 3を介してビームスプリッタ 4へと導かれ、最終的 に記録光用の対物レンズ 5を介して所定の入射角 Θでホログラム記録媒体 Bに照射 される。このとき、ズームレンズ 3は、記録光 Sを光軸周りに 180度反転させている。そ のため、上記したように、ビームホモジナイザ 1の光軸 1Aに対するガウシアンビーム の偏心方向は、ホログラム記録媒体 Bに対して記録光 Sを傾けた方向と反対方向に なっている。なお、記録光を反転させることなくホログラム記録媒体まで導くように光 学系が構成されている場合には、ビームホモジナイザの光軸に対するガウシアンビ ームの偏心方向は、ホログラム記録媒体に対して記録光を傾けた方向と同方向とな る。このようなケースに該当する光学系としては、たとえば反転型のビームホモジナイ ザとズームレンズとを組み合わせた光学系が考えられる。
[0020] 記録用のミラー 10および再生用のミラー 11は、たとえばガルバノミラーからなる。記 録用のミラー 10は、ホログラム記録媒体 Bの上方側で揺動可能なアーム部材 20の先 端部に固定されている。この記録用のミラー 10は、記録時に上方力も進入してきた参 照光 Rをホログラム記録媒体 Bの記録部位に向けて斜め下向きに反射する。再生用 のミラー 11は、ホログラム記録媒体 Bの下方側で揺動可能なアーム部材 20の先端部 に固定されている。この再生用のミラー 11は、再生時に側方力も進入してきた参照光 Rをホログラム記録媒体 Bの記録部位に向けて斜め上向きに反射する（図示略)。ガ ルバノミラー力もなる記録用および再生用のミラー 10, 11によれば、記録部位におけ る参照光 Rの入射角を微調整することができる。
[0021] 図 2に示すように、たとえば記録時に参照光 Rの入射角は、アーム部材 20が揺動す るのに伴い軸 Rcを中心として変化する。この軸 Rcは、記録光 Sの中心軸 Scとのなす 角（交差角）が略 90degとなるように設定されている。記録光 Sは、対物レンズ 5によつ て収束され、記録部位において参照光 Rと重なるように照射される。対物レンズ 5は、 記録光 Sが所定の方向に傾 、た状態で照射されるようにホログラム記録媒体 Bに対し て斜めに配置されている。そのため、参照光 Rについては、対物レンズ 5にけられるこ となく入射角を大きく振ることができる。これにより、参照光 Rの入射角は、より細かく 多元的に可変制御され、ホログラムの多重度を高めやすくなつている。特に図示しな いが、記録光 Sおよび参照光 Rの偏光方向は、いずれも紙面に対して垂直な方向と なっている。ホログラム記録媒体 Bの記録層 90には、記録光 Sと参照光 Rとの干渉に よってホログラムが記録され、参照光 Rの入射角が変化するの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。
[0022] 次に、ホログラム記録装置 Aの光学的作用について説明する。 [0023] まず、ガウシアンビームの偏心量 mに関し、仮にこの偏心量 mを 0とした場合、すな わちガウシアンビームの中心軸 Gsをビームホモジナイザ 1の光軸 1Aに一致させた場 合、記録部位のホログラムには、コントラストに偏りが生じる。これは、以下に説明する 3つの要因が関係している。
[0024] すなわち、第 1の要因としては、記録層 90に対して記録光 Sが斜めに入射するため に記録光 Sの A光束と B光束とで照射面積が大きく異なり、いわゆる照度余弦則が適 用されることにある。図 2に示すように、 A光束では、記録光 Sが傾いた方向で中心軸 Scよりも入射角が + αだけ大きくなり、 Β光束では、記録光 Sが傾いた方向にあるも のの中心軸 Scよりも入射角が— αだけ小さくなる。そのため、 Α光束の照射面積は、 B光束の照射面積に比べて大きくなる。図 2の右上に模式的に示すように、 A光束お よび B光束を結ぶ方向（AB方向）に対して直交する方向（CD方向）には、記録光 S の C光束と D光束とが存在する。これら C光束や D光束についても、照度余弦則によ つて照射面積が B光束よりも若干大きくなる。照射面積が大きくなると、光の強度が低 下することとなる。
[0025] たとえば、記録光 Sの中心軸 Scの入射角 0を 35deg、 aを 23. 3degとした場合、 A〜D光束については、図 3に示すような幾何光学特性が求められる。
[0026] 図 3に示す AB方向入射角は、ホログラム記録媒体 Bの法線 Hから AB方向に形成 される入射角であり、 CD方向入射角は、ホログラム記録媒体 Bの法線 H力 CD方向 に形成される入射角である。表面入射角 Θ sは、ホログラム記録媒体 Bの表面に対す る実質的な入射角であり、層内入射角 Θ iは、記録層 90の内部における実質的な入 射角である。層内入射角 Θ iは、ホログラム記録媒体 Bの外部の媒質 (通常は空気）の 屈折率を n (空気の場合、 n = 1)、記録層 90およびカバー層 91, 92の屈折率を n (
0 0 1 本実施形態では、 n = 1. 486)とした場合、スネルの法則（n sin Θ s=n sin Θ i)によ
1 0 1
り求まる。
[0027] 図 3に示す照射面積割合は、 B光束の照射面積を 1とした場合の割合である。 A〜 D光束についてホログラム記録媒体 Bに入射する前の断面積を全て同じ 1とした場合 、ホログラム記録媒体 Bの表面に照射される A〜D光束の実質的な照射面積は、表 面入射角 Θ sを用いて lZcos Θ sとなる。これにより、 A〜D光束の実質的な照射面積 を求めた後、 B光束の照射面積を 1として他の光束の照射面積割合を求めると、図 3 に示すような比率値が求められる。したがって、第 1の要因を考慮した場合の記録光 Sの強度分布としては、 A〜D光束の照射面積割合である、 A: B: C : D= 1. 864 : 1 : 1. 302 : 1. 302に対応させるのが望ましぐそうすることで均一な強度分布となる。な お、照度余弦則による第 1の要因は、均一な強度分布とするための主要因であり、ほ とんどこの照度余弦則に基づいて強度分布を決定すれば記録光 Sの強度分布が概 ね均一になる。次の第 2および第 3の要因は、記録光 Sの強度分布を均一化するた めの追加的な要因にすぎない。
[0028] 第 2の要因としては、記録光 Sおよび参照光 Rの偏光方向が相対的にずれることに ある。図 2を参照して説明すると、 A光束の偏光方向と B光束の偏光方向とは、紙面 に対して垂直な方向にあり、参照光 Rの偏光方向も紙面に対して垂直な方向にある ため、これらの偏光方向にずれはなぐ干渉作用が弱まることはない。一方、 C光束 や D光束の偏光方向は、 CD方向入射角がっくことによって CD方向に傾 、た状態と なる。そのため、 C光束や D光束の偏光方向と参照光 Rの偏光方向との間にはずれ がある。
[0029] 具体的には、記録層 90の内部における偏光方向を考えた場合、図 4に示すような ベクトルで偏光方向を表すことができる。図 4において、 X方向、 y方向、 z方向は、そ れぞれ AB方向、 CD方向、ホログラム記録媒体 Bに垂直な方向を表している。参照 光 Rは、軸 Rcに沿って進行するものとし、参照光 Rの偏光方向 Rpは、この軸 Rcに対 して垂直な方向に存在する。一方、たとえば C光束は、軸 Rcから角度 φだけずれた 方向の傾斜軸 Lに沿って進行する。そのため、 C光束の偏光方向 Spは、参照光尺の 偏光方向 Rpに対して角度 φだけずれている。
[0030] たとえば、 φ = 15. 29degの場合、参照光 Rとの干渉に寄与する C光束の電界振幅 は、 cos φ =0. 9646倍となる。 D光束の電界振幅についても同様である。すなわち、 偏光方向に着目した場合、 C光束や D光束の電界振幅としては、 cos φの逆数となる 割合（1. 0367)だけ大きくする必要があり、 C光束や D光束の強度分布としては、電 界振幅を 2乗した割合（1. 0747)だけ大きくすることで均一化される。したがって、第 2の要因を考慮した場合の記録光 Sの強度分布としては、 A光束および B光束の強度 を 1とした場合、 A:B:C:D=1:1:1.0747:1.0747とするのが望ましぐそうするこ とで均一な強度分布となる。
[0031] 第 3の要因としては、記録光 Sおよび参照光 Rの回折効率を考慮しなければならな い。参照光 Rの表面入射角を Θ r、記録光 Sの表面入射角を Θ s、記録層 90の厚みを d、記録光 Sおよび参照光 Rの波長をえ、 1ページ当たりの屈折率変調を Δηとすると
、回折効率 7?は、次の式で与えられる。
[0032] [数 1]
Figure imgf000010_0001
[0033] C光束および D光束の回折効率 7?を略 1とした場合、 Α光束および Β光束の回折効 率の割合としては、図 5に示すような値となる。すなわち、 C光束や D光束の回折効率 に比べて A光束の回折効率は、 1. 125倍となり、 B光束の回折効率は、 0, 931倍と なる。屈折率変調 Δηは、記録光 Sと参照光 Rとの電界振幅を乗算して得られるもの の指標となるため、記録光 Sだけに着目すれば、 Α光束や Β光束の電界振幅としては 、上記で求めた回折効率の割合の逆数について平方根をとつた割合 (A光束: 0.94 29、 B光束： 1.0364)だけ大きくする必要がある。したがって、第 3の要因を考慮した 場合の記録光 Sの強度分布としては、電界振幅の割合を 2乗して B光束の強度を 1と した場合、 A:B:C:D = 0.828:1:0.9308:0.9308とするの力 S望ましく、そうする ことで均一な強度分布となる。
[0034] 結論としては、上記した第 1ないし第 3の要因を総合的に考慮し、 A〜D光束につい ての比率を全て掛け合わせることにより、記録光 Sの強度分布は、理想的には A:B: C:D=1.54:1:1.3:1.3とした場合が最適となる。
[0035] 上記のような観点に基づき、ガウシアンビームの偏心量 mを変化させることで記録 光 Sの強度分布がどのように変化するかについてシミュレーションを行った。図 6の（a ；)〜（c)は、そのシミュレーション結果を示している。同図の（b)に示すように、ガウシ アンビームの偏心量 mを 0.12mmとした場合、理想とする記録光 Sの強度分布の割 合に最も近い値が得られた。これにより、ホログラム記録装置 Aにおいては、ガウシァ ンビームの偏心量 mが 0.12mm程度に設定されている。 [0036] 参考として、図 7は、ガウシアンビームの偏心量 mを変化させた場合、全光束光量 に対する A光束を含む左半分の光束光量についての割合を求めたシミュレーション 結果を示している。図 8は、ガウシアンビームに関し、ビームホモジナイザ 1によって垂 直方向のみ半値幅を 15%程度狭め、かつ、偏心量 mを 0. 12mmとした場合のシミュ レーシヨン結果を示している。図 7および図 8に示すように、ガウシアンビームのビーム サイズを調整することによつても、理想とする記録光 Sの強度分布の割合に概ね近い 強度分布とすることができる。
[0037] 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、ビームホモジナイザ 1に 対して入射するガウシアンビームを適当な方向に適切な偏心量 mをもって偏心させ るだけでよいので、光の利用効率をほとんど低下させることなく記録光 Sをホログラム 記録媒体 Bに対して均一な強度分布で照射することができ、これにより、ホログラムを 一様な干渉パターンとして記録することができる。
[0038] 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。
[0039] 上記実施形態における記録光 Sの入射角 Θ (35deg)やガウシアンビームの偏心量 m (0. 12mm)などは、あくまでも一例としての値に過ぎず、これらの値は、仕様に応 じて適宜設計変更されるものである。
[0040] ガウシアンビームの偏心方向としては、ホログラム記録媒体に対して記録光を傾け た方向と同方向、あるいはその反対方向にできる限り合致させることが望ましいが、こ れらの所望とする方向に対してある程度は方向ずれのある状態でもよ 、。

Claims

請求の範囲
[1] ホログラム記録媒体に対し、所定の方向に傾けた状態で所定の入射角をなすように 空間光変調器を介して記録光を照射するとともに、この記録光とは反対方向に傾け た状態で所定の交差角をなすように参照光を照射し、これら記録光と参照光との干 渉によって上記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であ つて、
ガウス分布状の強度分布をもつガウシアンビームを均一となる傾向の強度分布をも つた平行光に変換し、この平行光を上記記録光として上記空間光変調器へと進行さ せるビーム変調手段を備え、
上記ビーム変調手段の光軸に対し、上記ガウシアンビームの中心軸は偏心してお り、その偏心方向は、上記ホログラム記録媒体に対して上記記録光を傾けた方向と 同方向、またはその反対方向の成分を含んでいることを特徴とする、ホログラム記録 装置。
[2] 上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体に対する上記記録光 の照度余弦則に応じて設定されて 、る、請求項 1に記載のホログラム記録装置。
[3] 上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体に対する上記記録光 の偏光方向を付カ卩的な要因として設定されている、請求項 2に記載のホログラム記録 装置。
[4] 上記ガウシアンビームの偏心量は、上記ホログラム記録媒体における上記記録光 および参照光の回折効率を付加的な要因として設定されている、請求項 2に記載の ホログラム記録装置。
[5] ホログラム記録媒体に対し、所定の方向に傾けた状態で所定の入射角をなすように ビーム変調手段および空間光変調器を介して記録光を照射するとともに、この記録 光とは反対方向に傾けた状態で所定の交差角をなすように参照光を照射し、これら 記録光と参照光との干渉によって上記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホ ログラム記録方法であって、
ガウス分布状の強度分布をもつガウシアンビームを均一となる傾向の強度分布をも つた平行光に変換し、この平行光を上記記録光として上記ビーム変調手段から上記 空間光変調器へと進行させるのに伴 、、上記ビーム変調手段の光軸に対して上記 ガウシアンビームの中心軸を、上記ホログラム記録媒体に対して上記記録光を傾け た方向と同方向、またはその反対方向の成分を含んだ方向に偏心させることを特徴 とする、ホログラム記録方法。
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