WO2008001434A1 - Dispositif et procédé d'enregistrement d'hologramme - Google Patents

Dispositif et procédé d'enregistrement d'hologramme Download PDF

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light
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reference light
hologram recording
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Kazushi Uno
Koichi Tezuka
Hiroyasu Yoshikawa
Yasumasa Iwamura
Yuzuru Yamakage
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Fujitsu Limited
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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1362—Mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a hologram recording apparatus and a hologram recording method for performing multiplex recording of holograms by a so-called angle multiplex recording method.
  • Patent Document 1 A conventional hologram recording method is disclosed in Patent Document 1.
  • the one disclosed in this document irradiates recording light perpendicularly to the hologram recording medium, and controls the tilt of the multi-mirror to the irradiation portion of the recording light so as not to change the incident angle.
  • the reference light is irradiated. According to this, the reference light whose incident angle is changed and the recording light having a constant incident angle interfere with each other at the irradiated portion, whereby various holograms corresponding to the change in angle are recorded in a multiplexed manner.
  • multiple recorded holograms exist in the irradiated area in an optically interlaced state, but typically, the irradiated area is likened to a booklet. Recorded and considered to be. That is, each page corresponds to the incident angle of the reference light.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-234145
  • a general hologram recording medium has a characteristic that the recording sensitivity decreases in an inverse proportion as the amount of incident light increases.
  • the average recording sensitivity of the recording start page is about 6.50
  • the recording sensitivity of the recording end page is about 1.167 due to conditions such as diffraction efficiency r ?. If recording is performed when the light intensity at the time of recording on each page is constant and the incident light quantity obtained by time integration of the light intensity reaches a level corresponding to the recording sensitivity, the irradiation of the recording start page is performed.
  • the irradiation time of the recording end page is approximately 6.5 times the time.
  • the angle multiplexing recording method is used.
  • the incident angle of illumination is changed, and the greater the incident angle, the lower the light intensity based on the illuminance cosine law. Therefore, for example, when the incident angle of the reference light is changed from a small angle to a large angle, the light intensity decreases with the recording sensitivity, and the irradiation time is gradually extended in consideration of this light intensity decrease. There must be. In other words, when the incident angle of the reference beam is gradually increased, the irradiation time becomes remarkably longer as the number of recording pages increases, so there is a problem that a high speed cannot be expected for the recording speed. .
  • An object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method capable of increasing the recording speed at the time of multiplex recording as much as possible.
  • the present invention takes the following technical means.
  • the hologram recording apparatus uses a hologram recording medium having a characteristic that recording sensitivity decreases as the amount of incident light increases, and irradiates the hologram recording medium with recording light.
  • hologram recording is performed by irradiating the recording light irradiation site with reference light while variably controlling the incident angle with respect to the hologram recording medium, and multiplex-recording holograms on the irradiation site by interference between the recording light and the reference light.
  • the apparatus includes an incident angle variable control unit that variably controls the incident angle of the reference light within a predetermined angle range, and the incident angle variable control unit reduces the incident angle of the reference light to a large angle and a small force. It is configured to change and is characterized by that.
  • an irradiation time control unit that controls the irradiation time of the recording light and the reference light each time the incident angle of the reference light is changed is provided, and the irradiation time control unit includes the incidence of the reference light. Based on the light intensity that changes according to the angle, the irradiation time is controlled so that the incident light quantity obtained by time-integrating the light intensity becomes a level corresponding to the recording sensitivity.
  • the hologram recording method provided by the second aspect of the present invention uses a hologram recording medium having a characteristic that the recording sensitivity decreases as the amount of incident light increases, and irradiates the hologram recording medium with recording light.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a hologram recording apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of main parts of the hologram recording apparatus shown in FIG.
  • 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 an explanatory diagram for explaining an optical action by a comparative example.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an optical action of the hologram recording device shown in FIG. 1 and a comparative example.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the recording characteristics of a conventional hologram recording medium.
  • the chief ray has a constant incident angle 0 s (FIG. 2) with the disc-shaped hologram recording medium B tilted in a predetermined direction.
  • the recording light S is irradiated so that the recording light S becomes the same as the recording light S
  • the reference light R is irradiated to the irradiation part p of the recording light S while the incident angle is variably controlled in a predetermined angle range in the opposite direction to the recording light S.
  • the hologram is multiplexed and recorded by the angle multiplexing recording method by the interference between the recording light S and the reference light R.
  • a hologram recording apparatus A includes an optical shirter (irradiation time control means) 1 for controlling the irradiation time, a beam splitter 2 for separating the recording light S and the reference light R, and a hologram recording medium B.
  • An optical system for recording light for irradiating the recording light S and an optical system for reference light for irradiating the reference light R while variably controlling the incident angle with respect to the hologram recording medium B are provided.
  • a light source that emits a laser beam and a collimator lens that converts the laser beam into parallel light are provided.
  • the optical system for recording light is a spatial light modulator 3, a zoom lens 4, a half mirror 5, and an objective lens 6 for recording light.
  • the optical system for reference light includes fixed mirrors 10 and 11, recording and reproducing mirrors 12 and 13, and recording and reproducing mirrors 12 and 13 so as to variably control the incident angle of reference light R. It is composed of an incident angle variable control means 20 that swings integrally.
  • the incident angle variable control means 20 includes a U-shaped arm member 21 and a drive motor 22.
  • the recording mirror 12 is fixed to one end of an arm member 21 arranged on the upper surface side of the hologram recording medium B.
  • the reproduction mirror 13 is fixed to the other end of the arm member 21 disposed on the lower surface side of the hologram recording medium B.
  • the optical shirter 1, the beam splitter 2, and the optical system for recording light and reference light are mounted on a moving head (not shown) that can reciprocate in the radial direction of the hologram recording medium B.
  • 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.
  • the recording layer 90 has a characteristic that the recording sensitivity decreases inversely as the amount of incident light increases as in the conventional case.
  • 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 (not shown) is converted into parallel light by a collimator lens (not shown), and then enters the beam splitter 2 through the optical shirter 1.
  • the optical shirter 1 transmits and blocks light through on / off control.
  • the time for irradiating the hologram recording medium B with the recording light S and the reference light R in a state where light is transmitted is controlled.
  • the laser beam incident on the beam splitter 2 is separated into recording light S and reference light R.
  • the recording light S is guided to the spatial light modulator 3, while the reference light R is guided to the recording mirror 12 through the fixed mirrors 10 and 11.
  • the spatial light modulator 3 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 3 is guided to the half mirror 5 through the zoom lens 4 and finally converted into parallel light for each pixel by the recording light objective lens 6.
  • Hologram recording medium Body B is irradiated.
  • the objective lens 6 is arranged such that its optical axis forms a constant incident angle ⁇ s with respect to the hologram recording medium B. Note that the light corresponding to each pixel emitted from the spatial light modulator 3 force is applied to the hologram recording medium B through the objective lens 6 with different incident angles.
  • the incident angle ⁇ s of the recording light S is set to 35 deg.
  • the recording light S irradiation site p is formed so as to form a parallelogram-shaped photosensitive region in the recording layer 90 as shown in FIG. Figure 2 shows that the parallelogram-shaped photosensitive area has the maximum width.
  • the recording and reproducing mirrors 12 and 13 are rocked around a predetermined axis X integrally with the arm member 21.
  • the recording mirror 12 is disposed obliquely above the irradiation site P in the vicinity of the recording light objective lens 6, and the reference light R traveling substantially perpendicularly to the hologram recording medium B from the fixed mirror 11. Is reflected obliquely downward toward the irradiation site p.
  • the reproduction mirror 13 is arranged obliquely below the irradiation site p on the opposite side of the recording light objective lens 6 across the hologram recording medium B, and travels substantially parallel to the hologram recording medium B.
  • the reflected reference light R is reflected obliquely upward toward the irradiation site p.
  • a galvanometer mirror may be employed as the recording and reproducing mirror.
  • the light corresponding to each pixel need not be converted into parallel light by the objective lens 6 and may be convergent light. When the light becomes convergent light, it is converted into convergent light having a relatively small convergence angle by the objective lens 6 which does not become parallel light in the hologram recording medium B.
  • the recording and reproducing mirrors 12 and 13 in a state where the incident angle of the reference light R is maximized are indicated by solid lines.
  • the incident angle of the reference light R is, for example, 75 deg.
  • the recording mirror 12 is swung in a counterclockwise direction by a predetermined angle within a predetermined angle range.
  • the recording mirror 12 is temporarily stopped at every desired angle, and the optical shirter 1 is turned on each time to transmit the laser beam.
  • the irradiation site p is simultaneously irradiated with the recording light S and the reference light R, and the reference light R is irradiated.
  • a hologram corresponding to the incident angle of the illumination R is recorded in units of pages.
  • the time for which it is turned on is controlled in units of pages.
  • the recording light S and the reference light R are controlled so that the irradiation time differs for each page.
  • the recording mirror 12 rotates and moves to the next stop position, the recording light S and the reference light R are not irradiated while the optical shirter 1 is turned off. That is, the recording mirror 12 sequentially rotates and moves from the position indicated by the solid line to the position indicated by the phantom line, and the incident angle of the reference light R is decreased from 75 deg to 50 deg, for example, in predetermined angular increments.
  • the optical shutter 1 When multiplex recording is completed for one irradiation site p, the optical shutter 1 is turned off and the recording light S and the reference light R are not irradiated. During this time, the recording mirror 12 is incident on the incident angle of the reference light R. It returns to the original position (position indicated by the phantom line) where becomes the maximum.
  • the recording light S is irradiated onto the irradiation part p with the incident angle ⁇ s of the principal ray being 35 deg.
  • the incident angle of the reference beam R changes from 50deg to 80deg with respect to the incident angles of the recording beam S of 11.7deg, 35deg, and 58.3deg
  • the diffraction efficiency changes as shown in Fig. 3. .
  • the diffraction efficiency when the incident angle of the reference light R is 50 deg. Is about 13%, regardless of the incident angle of the recording light S, compared with the diffraction efficiency when the incident angle is 75 deg.
  • Such an increase in diffraction efficiency is thought to contribute to shortening the recording time.
  • the reference light R is changed so that the incident angle gradually decreases from 75 deg to 50 deg.
  • the recording light S is irradiated to the irradiation part p so as to blur the Fourier image.
  • Ir: Is 3: l
  • Ir and Is are the light intensities (light flux per unit area) of the reference light R and the recording light S with respect to the irradiation site p.
  • the reference beam R and the recording beam S are separated and the intensity is adjusted by the beam splitter 2 and the spatial light modulator 3.
  • the ratio of the light intensity is Ir: Is, a hologram is recorded in the irradiation site p with a good contrast.
  • the incident angle is In the case of 50 deg (state shown by a broken line), in the case of 75 deg (state shown by a thin line), the irradiation width is expanded to about 2.484 times due to the illumination cosine law. As the irradiation width increases, the light intensity decreases. That is, when the light intensity Ir of the reference light R before entering the recording mirror 12 is always constant and the incident angle of the reference light R is changed from 75 deg to 50 deg, the irradiation width The light intensity Ir of the reference light R gradually increases in accordance with the reduction of.
  • the transmittance T of the reference light R at the irradiation site p decreases as the incident angle increases, as shown in FIG.
  • the transmittance T at an incident angle of 75 deg is about 0.75.
  • the light intensity Ir of the reference light R is 1Z2.484 times that of the incident angle of 50 deg.
  • the light intensity of the recording light is 0.275, and the light intensity of the recording light S is 0.092.
  • the recording sensitivity at the start of recording of the hologram recording medium B is 6.50, the recording sensitivity at the end of recording is 1.167, and the diffraction efficiency is 1 at the light intensity Is of the recording light S described above at an incident angle of 50 deg.
  • the recording time per page when the incident angle of the reference light R is changed from 75 deg to 50 deg is as follows.
  • the sum of such recording time and light intensity is the amount of incident light, and it is considered that recording is performed when this amount of incident light reaches a level corresponding to the recording sensitivity.
  • the page recording time and the recording sensitivity vary with the transition shown in FIG. Will be.
  • the total recording time for all pages when the incident angle is changed from 75 deg to 50 deg is obtained by integrating the curve (plotted curve) indicating the page recording time with the incident angle.
  • the total recording time for all pages corresponds to the area surrounded by the curve indicating the page recording time and the horizontal axis.
  • the recording time for each page when the incident angle of the reference light R is changed from 50 deg to 75 deg on the contrary is as follows.
  • the hologram recording apparatus A of the present embodiment by gradually changing the incident angle of the reference light R from a large angle to a small angle, the light intensity gradually increases although the recording sensitivity decreases. Since the recording time increases, it is not necessary to greatly increase the recording time for each page. The total recording time for all pages can be shortened as much as possible, and the recording speed can be increased as fast as possible.
  • An unnecessary exposure region due to only the reference light R is generated around the irradiation site p. This unnecessary exposure area becomes larger as the incident angle of the reference light R increases due to the illumination cosine law.
  • the irradiation area of the reference light R at an incident angle of 50 deg is 1.1, and the recording light S is irradiated. Assume that the area is 1. In other words, it is assumed that a 10% unnecessary exposure region occurs when the incident angle is 50 deg. Based on this assumption, the following concept of unnecessary exposure coefficient is introduced for unnecessary exposure areas.
  • the unnecessary exposure coefficient when the incident angle 75deg force is also changed to 50deg is as follows.
  • the unnecessary exposure coefficient when the incident angle is changed from 50 deg to 75 deg is as follows.
  • Fig. 7 shows the transition of the unnecessary exposure coefficient when the incident angle is changed from 75 deg to 50 deg, and conversely, when the incident angle is changed from 50 deg to 75 deg.
  • the unnecessary exposure coefficient is related to the recording capacity in page units, and it is considered that the recording capacity decreases as the unnecessary exposure coefficient increases. Referring to the figure, when the unnecessary exposure coefficient is compared between the case where the incident angle is changed from 75 deg to 50 deg and the case where the incident angle is changed from 50 deg to 75 deg, all the values obtained by integration at the incident angle are obtained.
  • the unnecessary exposure coefficient for a page is about 1.92 times when the incident angle is changed from 50 deg to 75 deg, compared to when the incident angle is changed from 75 deg to 50 deg.
  • the incident angle of the reference light R is large and gradually changed from the angle to the angle.
  • the recording capacity can be increased as much as possible.

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、いわゆる角度多重記録方式によってホログラムを多重記録するホロダラ 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て垂直に記録光を照射するとともに、こ の記録光の照射部位に対し、多重ミラーの傾きを制御することで入射角を変化させな 力 参照光を照射するものである。これによれば、入射角が変化させられる参照光と 一定入射角の記録光とが照射部位で干渉することにより、角度変化に応じた種々の ホログラムが多重記録される。なお、多重記録されたホログラムは、光学的に交錯し た状態で照射部位に存在するが、模式的には、照射部位が冊子に喩えられ、この照 射部位にぉ 、てページ単位にホログラムが記録されて 、るものとみなされる。すなわ ち、各ページは、参照光の入射角に対応したものとなる。
[0003] 特許文献 1：特開 2005— 234145号公報
[0004] し力しながら、上記従来のホログラム記録方法では、参照光の入射角をどのような 推移で変化させるのか特に決められていないため、以下に説明するような問題がある
[0005] 図 8に示すように、一般的なホログラム記録媒体は、入射光量が増大するにつれて 記録感度が反比例的に低下する特性をもつ。たとえば、記録開始ページの平均記 録感度は、 6. 50程度であり、記録終了ページの記録感度は、回折効率 r?などの条 件から 1. 167程度となる。各ページに記録する際の光強度を一定とし、この光強度 を時間積分して求められる入射光量が記録感度に相応するレベルに達することで記 録がなされるとした場合、記録開始ページの照射時間に対して記録終了ページの照 射時間が略 6. 5倍となる。
[0006] ところが、各ページにホログラムを記録する際には、角度多重記録方式によって参 照光の入射角が変化させられ、この入射角が大きくなるほど照度余弦則に基づいて 光強度が低下する。そのため、たとえば参照光の入射角を小さい角度から大きい角 度へと変化させた場合には、記録感度とともに光強度が低下し、この光強度の低下も 考慮した上で照射時間を徐々に延長しなければならない。すなわち、参照光の入射 角が次第に大きくなるように変化させた場合には、記録ページが増えるにつれて照 射時間が著しく長くなるので、記録速度についてそれほど高速ィ匕が期待できないとい う問題があった。
発明の開示
[0007] 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、多重記録す る際の記録速度をできる限り高速ィ匕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。
[0008] 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。
[0009] 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、入射光量が増大する につれて記録感度が低下する特性をもつホログラム記録媒体を用い、このホログラム 記録媒体に対して記録光を照射するとともに、上記ホログラム記録媒体に対する入 射角を可変制御しながら上記記録光の照射部位に参照光を照射し、これら記録光と 参照光との干渉によって上記照射部位にホログラムを多重記録するホログラム記録 装置であって、上記参照光の入射角を所定の角度範囲で可変制御する入射角可変 制御手段を備え、この入射角可変制御手段は、上記参照光の入射角を大きい角度 力も小さ 、角度へと変化させるように構成されて 、ることを特徴として 、る。
[0010] 好ましくは、上記参照光の入射角が変化させられるごとに上記記録光および参照 光の照射時間を制御する照射時間制御手段を備え、この照射時間制御手段は、上 記参照光の入射角に応じて変化する光強度に基づき、この光強度を時間積分した 入射光量が上記記録感度に相応するレベルとなるように照射時間を制御して 、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、入射光量が増大する につれて記録感度が低下する特性をもつホログラム記録媒体を用い、このホログラム 記録媒体に対して記録光を照射するとともに、上記ホログラム記録媒体に対する入 射角を可変制御しながら上記記録光の照射部位に参照光を照射し、これら記録光と 参照光との干渉によって上記照射部位にホログラムを多重記録するホログラム記録 方法であって、上記照射部位にホログラムを多重記録する際には、上記参照光の入 射角を所定の角度範囲で大き 、角度から小さ 、角度へと変化させるように可変制御 す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要部断面図である。
[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]比較例により光学的作用を説明するための説明図である。
[図 7]図 1に示すホログラム記録装置と比較例の光学的作用を説明するための説明 図である。
[図 8]従来におけるホログラム記録媒体の記録特性を説明するための説明図である。 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主光線が一定の入射角 0 s (図 2参 照）となるように記録光 Sを照射するとともに、この記録光 Sとは反対方向において入 射角を所定の角度範囲で可変制御しながら記録光 Sの照射部位 p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を角度多重記録方式により 多重記録するものである。
[0015] ホログラム記録装置 Aは、照射時間を制御するための光学シャツタ（照射時間制御 手段） 1、記録光 Sと参照光 Rに分離するためのビームスプリッタ 2、ホログラム記録媒 体 Bに対して記録光 Sを照射するための記録光用の光学系、およびホログラム記録 媒体 Bに対して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平行光 に変換するコリメータレンズが設けられている。記録光用の光学系は、空間光変調器 3、ズームレンズ 4、ハーフミラー 5、および記録光用の対物レンズ 6で構成されている 。参照光用の光学系は、固定ミラー 10, 11、記録用および再生用ミラー 12, 13、な らびに、参照光 Rの入射角を可変制御するように記録用および再生用ミラー 12, 13 を一体的に揺動させる入射角可変制御手段 20で構成されて ヽる。入射角可変制御 手段 20は、 U字型のアーム部材 21および駆動モータ 22によって構成されている。 記録用ミラー 12は、ホログラム記録媒体 Bの上面側に配置されたアーム部材 21の一 端に固定されている。再生用ミラー 13は、ホログラム記録媒体 Bの下面側に配置され たアーム部材 21の他端に固定されている。これらの光学シャツタ 1やビームスプリッタ 2、記録光用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 動可能な移動ヘッド（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。記録層 90は、従来と同様に入射光量が増大するにつれて記録感度が 反比例的に低下する特性をもつ。本実施形態では、たとえば記録層 90の厚みが lm m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の上面側から記録光 Sおよび参照光 Rが照射される。再生時には、ホロダラ ム記録媒体 Bの下面側力 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、図示しないコリメータレンズで平行光に 変換された後、光学シャツタ 1を通ってビームスプリッタ 2に入射する。光学シャツタ 1 は、オンオフ制御によって光を透過 Z遮断する。この光学シャツタ 1によれば、光を透 過した状態で記録光 Sおよび参照光 Rをホログラム記録媒体 Bに対して照射する時 間が制御される。ビームスプリッタ 2に入射したレーザビームは、記録光 Sと参照光 R に分離される。たとえば記録時において、記録光 Sは、空間光変調器 3へと導かれる 一方、参照光 Rは、固定ミラー 10, 11を介して記録用ミラー 12へと導かれる。
[0018] 空間光変調器 3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 3から 出射した記録光 Sは、ズームレンズ 4を介してハーフミラー 5へと導かれ、最終的に記 録光用の対物レンズ 6によって画素ごとに平行光に変換された後、ホログラム記録媒 体 Bに照射される。図 2に示すように、対物レンズ 6は、その光軸がホログラム記録媒 体 Bに対して一定の入射角 Θ sをなすように配置されている。なお、空間光変調器 3 力ゝら出射した各画素に対応する光は、対物レンズ 6を介してそれぞれ異なる入射角を なしながらホログラム記録媒体 Bに照射される力 ここでは、対物レンズ 6の光軸と一 致する主光線をもつ画素が存在するとし、ホログラム記録媒体 Bに対して一定の入射 角 Θ sをなすものとし、この光軸と一致する主光線を記録光 Sの主光線と呼称する。本 実施形態では、一例として記録光 Sの入射角 Θ sが 35degに設定されている。記録光 Sの照射部位 pは、ある画素に対する光に着目すれば、図 2に示すように断面力 み ると、記録層 90において平行四辺形状の感光領域をなすように形成される。図 2に は、平行四辺形状の感光領域が最大幅となるものを示す。
[0019] 図 2に示すように、記録用および再生用ミラー 12, 13は、アーム部材 21と一体にな つて所定の軸 X周りに揺動させられる。記録用ミラー 12は、記録光用の対物レンズ 6 に近接して照射部位 Pの斜め上方に配置されており、固定ミラー 11からホログラム記 録媒体 Bに対して概ね垂直に進行してきた参照光 Rを照射部位 pに向けて斜め下向 きに反射させる。再生用ミラー 13は、ホログラム記録媒体 Bを挟んで記録光用の対物 レンズ 6とは反対側となる照射部位 pの斜め下方に配置されており、ホログラム記録媒 体 Bに対して概ね平行に進行してきた参照光 Rを照射部位 pに向けて斜め上向きに 反射させる。なお、記録用および再生用ミラーとしては、ガルバノミラーを採用しても よい。対物レンズ 6によって各画素に対応する光が平行光に変換される必要はなぐ 収束光となってもよい。収束光となった場合、ホログラム記録媒体 B内において平行 光になることはなぐ対物レンズ 6によって収束角度が比較的小さい収束光に変換さ れる。
[0020] 図 2には、参照光 Rの入射角が最大になる状態での記録用および再生用ミラー 12 , 13が実線で示されている。このときの参照光 Rの入射角は、たとえば 75degである。 特に記録時において、記録用ミラー 12は、所定の角度範囲で所定の角度ずつ反時 計回りの方向に揺動させられる。記録用ミラー 12は、所望とする角度ごとに一時的に 停止した状態とされ、光学シャツタ 1は、その度オン状態となってレーザビームを透過 させる。これにより、照射部位 pには、記録光 Sおよび参照光 Rが同時に照射され、参 照光 Rの入射角に応じたホログラムがページ単位に記録される。このような光学シャツ タ 1は、オン状態となる時間がページ単位に制御されている。その結果、記録光 Sお よび参照光 Rは、ページ単位に照射時間が異なるように制御される。次の停止位置ま で記録用ミラー 12が回転移動する際には、光学シャツタ 1がオフ状態となつて記録光 Sおよび参照光 Rが照射されない。すなわち、記録用ミラー 12は、実線で示す位置か ら仮想線で示す位置まで逐次的に回転移動し、参照光 Rの入射角は、たとえば 75de gから 50degまで所定の角度刻みに減少させられる。 1つの照射部位 pについて多重 記録を終えると、光学シャツタ 1がオフ状態となって記録光 Sおよび参照光 Rが照射さ れない状態となり、その間、記録用ミラー 12は、参照光 Rの入射角が最大となる元の 位置 (仮想線で示す位置)まで戻される。
[0021] 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。
[0022] 図 2に示すように、記録光 Sは、照射部位 pに対して主光線の入射角 Θ sが 35degと なって照射される。その一方、対物レンズ 6の周辺近傍を通る記録光 Sの一部に着目 すると、主光線の入射角 Θ sとは異なり、たとえば入射角が 11. 7degや 58. 3degとな る光束が存在する。このような記録光 Sの入射角 11. 7deg、 35deg、 58. 3degに対し て参照光 Rの入射角が 50degから 80degまで変化した場合、回折効率は、図 3に示す ような傾向で推移する。たとえば、参照光 Rの入射角が 50degの場合の回折効率に 対して 75degの場合における回折効率は、記録光 Sの入射角に関係なく大凡 13% 程度大きくなる。このような回折効率の増大は、記録時間の短縮に寄与すると考えら れる。
[0023] 参照光 Rは、入射角が 75degから 50degへと次第に減少するように変化させられる。
このとき、記録光 Sについては、フーリエ像をぼかすように照射部位 pに対して照射さ れる。また、参照光 Rの入射角が 50degの場合、照射部位 pに対する参照光 Rおよび 記録光 Sの光強度（単位面積当たりの光束)を Ir、 Isとすると、常に Ir:Is = 3 : lとなる ようにビームスプリッタ 2や空間光変調器 3によって参照光 Rと記録光 Sの分離や強度 調整がなされる。このように光強度の比を Ir: Isとした場合、照射部位 pには、コントラ ストが良好な状態でホログラムが記録される。
[0024] 一方、照射部位 p付近における参照光 Rの照射幅に着目すると、たとえば入射角が 50degの場合 (破線で示す状態）に対して 75degの場合 (細線で示す状態）には、照 度余弦則により照射幅が 2. 484倍程度に拡大する。照射幅が拡大すると、光強度は 、低下することとなる。すなわち、記録用ミラー 12に入射する前の参照光 Rの光強度 I rを常に一定とし、参照光 Rの入射角が 75degから 50degへと小さくなるように変化さ せた場合には、照射幅の縮小に応じて参照光 Rの光強度 Irが次第に大きくなる。
[0025] 照射部位 pにおける参照光 Rの透過率 Tは、図 4に示すように、入射角が大きくなる のにしたがって低下する。入射角 50degにおける透過率 Tを 1、参照光 Rおよび記録 光 Sの光強度 Ir, Isをそれぞれ P、 1 Pとした場合、参照光 Rの入射角が 50degにお ける参照光 Rおよび記録光 Sの光強度については、 Ir:Is = 3 : lとなることから、参照 光 Rの光強度が 0. 75、記録光 Sの光強度が 0. 25となる。
[0026] 一方、入射角 50degの場合の参照光 Rを基準に考えると、入射角 75degでの透過 率 Tは、 0. 75程度となる。また、入射角 75degでは、入射角 50degの場合に比べて 参照光 Rの光強度 Irが 1Z2. 484倍になる。これにより、参照光 Rの入射角が 75deg における参照光 Rおよび記録光 Sの光強度については、 Ir:Is=T'PZ2. 484 : 1— P = 3 : lとなることから、参照光 Rの光強度が 0. 275、記録光 Sの光強度が 0. 092と なる。
[0027] ホログラム記録媒体 Bの記録開始時における記録感度を 6. 50、記録終了時にお ける記録感度を 1. 167とし、上記した記録光 Sの光強度 Is、入射角 50degにおける 回折効率を 1として回折効率の比をパラメータとして用いた場合、参照光 Rの入射角 を 75degから 50degへと変化させた場合のページ単位の記録時間は、次のようになる 。ただし、ページ単位の記録時間は、光強度 Is、記録感度、および回折効率の比に 反比例するものとし、ページ単位の記録時間 = 1 ÷Is ÷記録感度 ÷回折効率の比で 定義されるものとする。このような記録時間と光強度とを積算したものが入射光量であ り、この入射光量が記録感度に相応するレベルに達することで記録がなされると考え られる。
[0028] (記録開始時、参照光 Rの入射角 75degの場合）
記録開始ページの記録時間 = 1. 480
(記録終了時、参照光 Rの入射角 50degの場合） 記録終了ページの記録時間 = 3. 428
[0029] 本実施形態のように、参照光 Rの入射角を 75degから 50degへと小さくなるように変 化させた場合、ページ記録時間および記録感度については、図 5に示すような推移 で変動することとなる。入射角 75degから 50degへと変化させた場合の全ページ分の 総記録時間は、ページ記録時間を示す曲線 (プロットした曲線)を入射角で積分する ことにより求められる。図面上では、全ページ分の総記録時間は、ページ記録時間を 示す曲線と横軸との間で囲まれた部分の面積に相当する。
[0030] 比較例として、上記とは逆に参照光 Rの入射角を 50degから 75degへと変化させた 場合のページ単位の記録時間は、次のようになる。
[0031] (記録開始時、参照光 Rの入射角 50degの場合）
記録開始ページの記録時間 =0. 615
(記録終了時、参照光 Rの入射角 75degの場合）
記録終了ページの記録時間 =8. 243
[0032] 参照光 Rの入射角を 50degから 75degへと大きくなるように変化させた場合、ページ 記録時間および記録感度については、図 6に示すような推移で変動することとなる。 このような図 5と図 6を比較した場合、全ページ分の総記録時間は、比較例よりも本実 施形態の方が明らかに短くなる。具体的に積分して全ページ分の総記録時間を求め た場合、比較例に対して本実施形態によるものでは、 0. 77程度の割合で時間が短 縮される。
[0033] 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、参照光 Rの入射角を大 き 、角度から小さ 、角度へと漸次変化させることにより、記録感度が低下するものの 光強度が次第に増大するので、ページ単位の記録時間をそれほど大幅に長くする 必要はなぐ全ページ分の総記録時間をできる限り短くし、記録速度をできる限り高 速ィ匕することができる。
[0034] 次に、照射部位 pの周辺に生じる不要露光について考察する。
[0035] 照射部位 pの周辺には、参照光 Rのみによる不要露光領域が生じる。この不要露光 領域は、照度余弦則により参照光 Rの入射角が大きくなるほど大きくなる。
[0036] ここで、入射角 50degの場合における参照光 Rの照射面積を 1. 1、記録光 Sの照射 面積を 1と仮定する。すなわち、入射角 50degの場合には、 10%の不要露光領域が 生じるとする。このような仮定に基づき、不要露光領域については、次のような不要露 光係数なる概念を導入する。
[0037] 不要露光係数は、参照光の光強度 Ir、参照光 Rの照射面積に対する不要露光領 域の割合、ページ単位の記録時間をパラメータとし、不要露光係数 =Ir X不要露光 領域の割合 Xページ単位の記録時間によって定義されるものとする。入射角 75deg 力も 50degへと変化させた場合の不要露光係数は、次のようになる。
[0038] (記録開始時、参照光 Rの入射角 75degの場合）
参照光の光強度 lr=0. 275
ページ単位の記録時間 = 1. 480
不要露光領域の割合 = 158%
不要露光係数 =0. 643
(記録終了時、参照光 Rの入射角 50degの場合）
参照光の光強度 lr=0. 75
ページ単位の記録時間 = 3. 428
不要露光領域の割合 = 10%
不要露光係数 =0. 257
[0039] 比較例として、入射角 50degから 75degへと変化させた場合の不要露光係数は、次 のようになる。
[0040] (記録開始時、参照光 Rの入射角 50degの場合）
参照光の光強度 lr=0. 75
ページ単位の記録時間 =0. 615
不要露光領域の割合 = 10%
不要露光係数 =0. 0461
(記録終了時、参照光 Rの入射角 75degの場合）
参照光の光強度 lr=0. 275
ページ単位の記録時間 = 8. 243
不要露光領域の割合 = 158% 不要露光係数 = 3. 582
[0041] 図 7には、入射角 75degから 50degへと小さくなるように変化させた場合の不要露光 係数の推移と、その逆に入射角 50degから 75degへと大きくなるように変化させた場 合の不要露光係数の推移とを示す。不要露光係数は、ページ単位の記録容量に関 係するものとなり、不要露光係数が大きくなると、記録容量が小さくなると考えられる。 同図を参照し、入射角 75degから 50degへと変化させた場合と入射角 50degから 75d egへと変化させた場合とで不要露光係数を比較した場合、入射角で積分して求めら れる全ページ分の不要露光係数は、入射角 50degから 75degへと変化させた場合の 方が入射角 75degから 50degへと変化させた場合の 1. 92倍程度となる。
[0042] 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、参照光 Rの入射角を大 き 、角度から小さ 、角度へと漸次変化させることにより、記録容量の点にお 、ても有 利であり、できる限り記録容量を大きくすることができる。
[0043] 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。
[0044] 上記実施形態で示した数値などは、あくまでも一例とした値にすぎず、仕様に応じ て適宜設計変更することが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 入射光量が増大するにつれて記録感度が低下する特性をもつホログラム記録媒体 を用い、このホログラム記録媒体に対して記録光を照射するとともに、上記ホログラム 記録媒体に対する入射角を可変制御しながら上記記録光の照射部位に参照光を照 射し、これら記録光と参照光との干渉によって上記照射部位にホログラムを多重記録 するホログラム記録装置であって、
上記参照光の入射角を所定の角度範囲で可変制御する入射角可変制御手段を 備え、この入射角可変制御手段は、上記参照光の入射角を大きい角度力も小さい角 度へと変化させるように構成されて 、ることを特徴とする、ホログラム記録装置。
[2] 上記参照光の入射角が変化させられるごとに上記記録光および参照光の照射時 間を制御する照射時間制御手段を備え、この照射時間制御手段は、上記参照光の 入射角に応じて変化する光強度に基づき、この光強度を時間積分した入射光量が 上記記録感度に相応するレベルとなるように照射時間を制御して 、る、請求項 1に記 載のホログラム記録装置。
[3] 入射光量が増大するにつれて記録感度が低下する特性をもつホログラム記録媒体 を用い、このホログラム記録媒体に対して記録光を照射するとともに、上記ホログラム 記録媒体に対する入射角を可変制御しながら上記記録光の照射部位に参照光を照 射し、これら記録光と参照光との干渉によって上記照射部位にホログラムを多重記録 するホログラム記録方法であって、
上記照射部位にホログラムを多重記録する際には、上記参照光の入射角を所定の 角度範囲で大きい角度力も小さい角度へと変化させるように可変制御することを特徴 とする、ホログラム記録方法。
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