JP2006277873A

JP2006277873A - ホログラム記録再生装置

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Publication number: JP2006277873A
Application number: JP2005098123A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Yoshikawa; 浩寧吉川; Koichi Tezuka; 耕一手塚; Kazufumi Uno; 和史宇野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12
Also published as: EP1708181A2; KR20060106662A; CN100411027C; CN1841524A; EP1708181B1; EP1708181A3; US7616362B2; DE602006003247D1; KR100777910B1; US20060221795A1

Abstract

【課題】再生時における波長が記録時の波長と異なっても、確実に戻り光を検出して記録情報を再生することができるホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】参照光Ｒのホログラム記録媒体Ｂに対する入射角を変化させうる可動光学素子９と、ホログラム記録媒体ＢにホログラムＨを記録する際、参照光Ｒの入射角が所定角α，β，γとなるように可動光学素子１１を動作させる一方、ホログラムＨに基づく記録情報を再生する際、上記所定角α，β，γを含む所定の角度範囲θ内において参照光Ｒの入射角が連続的に変化するように可動光学素子１１を動作させる可動光学素子制御手段と、参照光Ｒの入射角が連続的に変化する間、光検出器から戻り光Ｐの強度に応じた受光信号を取り込むとともに、当該強度が所定レベル以上あるいは最大になった時点の受光信号に基づいて記録情報を再生する再生手段とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラム記録媒体にホログラムを記録し、当該ホログラムに記録された情報を再生するためのホログラム記録再生装置に関する。

従来のホログラム記録再生装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。この種のホログラム記録再生装置は、基本的には図６の（Ａ）に示すような構成からなる。すなわち、レーザ光源（図示略）から出射したレーザ光は、記録光Ｓと参照光Ｒとに分離され、記録光Ｓは、空間光変調器５００によって２次元的な情報を表す光に変調された後、対物レンズ７００を通って一定の入射角でホログラム記録媒体Ｂの記録層９２に照射される。一方、参照光Ｒは、ガルバノミラー９００および集光レンズ１００Ａ，１００Ｂによりホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させられ、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９２で記録光Ｓと交差する。このような参照光Ｒのホログラム記録媒体Ｂに対する入射角は、ガルバノミラー９００を動作させることで複数の異なる角度に合わせられる（図に示す実線と破線を参照）。これにより、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９２には、記録光Ｓと参照光Ｒによる干渉縞としてのホログラムＨが記録され、このホログラムＨには、参照光Ｒの入射角に応じて異なる干渉縞パターンが多重記録される。

このようなホログラムＨに記録された情報を再生する際には、ホログラム記録媒体Ｂに対して記録時と同じ入射角で参照光Ｒを照射し、ホログラム記録媒体Ｂから戻ってくる光（戻り光）をフォトディテクタ（図示略）で受光する。この戻り光は、記録光Ｓの入射角と一致した出射角でホログラム記録媒体Ｂから出射し、記録光Ｓを再現した光となるため、戻り光を受光したフォトディテクタからの受光信号に基づいて記録光Ｓに付与された２次元的な情報（記録情報）を再生することができる。

このようなホログラムＨの記録再生原理については、図６の（Ｂ）に示す波数ベクトル空間を用いると理解しやすい。波数ベクトル空間は、照射時におけるレーザ光の波長λを２πで除した値の逆数を波数（２π／λ）とし、この波数を半径とする単位円Ｋとして表される。たとえば記録光Ｓを波数ベクトルＫｓで表し、ある入射角に対応する参照光Ｒを波数ベクトルＫｒで表すと、記録光Ｓや参照光Ｒの向きが波数ベクトルＫｓ，Ｋｒの向きとなり、単位円Ｋの中心に各波数ベクトルＫｓ，Ｋｒの始点が置かれる。記録光Ｓおよび参照光Ｒは、同一の光源から出射したレーザ光を分離した光であるため、波数ベクトルＫｓ，Ｋｒの大きさは同一となり、各波数ベクトルＫｓ，Ｋｒの終点が単位円Ｋの円周に一致する。これら記録光Ｓおよび参照光Ｒによって記録されるホログラムＨを波数ベクトルＫｈで表すと、ホログラムＨの波数ベクトルＫｈは、参照光Ｒの波数ベクトルＫｒを逆向きにしたベクトルと記録光Ｓの波数ベクトルＫｓとの合成ベクトルとして表され、波数ベクトルＫｈの始点および終点は、単位円Ｋの円周に一致する。すなわち、ホログラムの波数ベクトルが単位円に一致しなければ、ホログラムが記録されない。

また、再生時の戻り光の波数ベクトルは、参照光Ｒの波数ベクトルＫｒとホログラムＨの波数ベクトルＫｈとの合成ベクトルとして表される（図示略）。これにより、再生時の参照光Ｒの波数ベクトルＫｒが記録時と同一のベクトルである場合は、戻り光の波数ベクトルが記録光Ｓの波数ベクトルＫｓと同じものとなる。すなわち、戻り光の波数ベクトルが再生時の参照光の波数ベクトルと同じ単位円で表せなければ、ホログラムを再生できないことになる。
特開２００２−２１６３５９号公報

しかしながら、上記従来のホログラム記録再生装置では、記録時と再生時とで光源から出射するレーザ光の強さが変わることがあり、レーザ光の強さが変わると記録時と再生時とで波長が異なるため、再生時に戻り光を検出できないおそれがあった。

具体的には、記録時の波長よりも再生時の波長が大きくなる場合、図７の（Ａ）に破線で示すような波数ベクトル空間の単位円Ｋ’と参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ’が形成される。再生時の単位円Ｋ’は、記録時の単位円Ｋよりも小さくなる。そのため、再生時の参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ’の向きを記録時と同じ向きとしても、戻り光の波数ベクトルが波数ベクトルＫｒ’と同じ単位円Ｋ’に表せられず、原理的に戻り光が得られないことになる。

また、記録時の波長よりも再生時の波長が小さくなる場合、図７の（Ｂ）に破線で示すような波数ベクトル空間の単位円Ｋ”と参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ”が形成される。再生時の単位円Ｋ”は、記録時の単位円Ｋよりも大きくなる。そのため、再生時の参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ”の向きを記録時と同じ向きとしても、戻り光の波数ベクトルが波数ベクトルＫｒ”と同じ単位円Ｋ”に表せられず、原理的に戻り光が得られないことになる。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、再生時における波長が記録時の波長と異なっても、確実に戻り光を検出して記録情報を再生することができるホログラム記録再生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。

本発明によって提供されるホログラム記録再生装置は、光源から出射したコヒーレント光を記録光と参照光とに分離し、これら記録光および参照光をホログラム記録媒体上で交差させるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録する一方、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する場合、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に照射し、当該ホログラム記録媒体からの戻り光を光検出器で受光するホログラム記録再生装置であって、上記ホログラム記録媒体に向けて上記参照光を進行させるとともに、当該参照光のホログラム記録媒体に対する入射角を変化させうる可動光学素子と、上記ホログラム記録媒体にホログラムを記録する際、上記入射角が所定角となるように上記可動光学素子を動作させる一方、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する際、上記所定角を含む所定の角度範囲内において上記入射角が連続的に変化するように上記可動光学素子を動作させる可動光学素子制御手段と、上記入射角が連続的に変化する間、上記光検出器から上記戻り光の強度に応じた受光信号を取り込むとともに、当該強度が所定レベル以上あるいは最大になった時点の受光信号に基づいて記録情報を再生する再生手段と、を備えていることを特徴としている。

好ましい実施の形態としては、上記所定角としては、上記ホログラム記録媒体にホログラムを多重記録するために複数の異なる角度が設定されており、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する際には、上記入射角が上記複数の所定角に合わせられるとともに、その度に上記所定の角度範囲内において当該入射角が連続的に変化させられる。

他の好ましい実施の形態としては、上記可動光学素子は、ガルバノミラーからなる。

このような構成によれば、再生時における波長が記録時の波長とは異なっても、再生時における参照光の入射角を記録時の入射角（所定角）に対して微妙にずらすことにより、十分な強度の戻り光を生じさせることができ、確実に戻り光を検出してホログラムに記録された情報を再生することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

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１〜５は、本発明に係るホログラム記録再生装置の一実施形態を示している。

図１に示されているように、本実施形態のホログラム記録再生装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、第１のビームスプリッタ３、ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂ、空間光変調器５、第２のビームスプリッタ６、対物レンズ７、固定ミラー８Ａ，８Ｂ、可動光学素子９、集光レンズ１０Ａ，１０Ｂ、フォトディテクタ（光検出器）１１、記録部２０、再生部（再生手段）３０、および制御部（可動光学素子制御手段）４０を備えて構成されている。図示しないその他の構成要素としては、ホログラム記録媒体Ｂを回転ディスクとして回転させるための回転機構や、ホログラム記録媒体Ｂの径方向に対物レンズ７などの光学系を移動させるための移動機構を備えている。このホログラム記録再生装置Ａに用いられるホログラム記録媒体Ｂは、基板９０、反射膜９１、記録層９２、および保護膜９３を積層して構成されている。記録層９２には、記録光Ｓと参照光Ｒが干渉することでホログラムＨが記録され、ホログラムＨからの光は、戻り光として対物レンズ７へと進行する。

光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、記録時および再生時に比較的帯域が狭く干渉性の高いコヒーレント光としてのレーザ光を出射する。コリメータレンズ２は、光源１から出射したレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、第１のビームスプリッタ３へと導かれ、この第１のビームスプリッタ３は、入射したレーザ光を空間光変調器５に向かう記録光Ｓと、これとは別の光路を経てガルバノミラー９へと向かう参照光Ｒとに分離する。

ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂは、組み合わせレンズからなり、記録光Ｓの径を拡大しつつ当該記録光Ｓを空間光変調器５へと導く。空間光変調器５は、液晶表示装置あるいはデフォーマブルミラーデバイスからなり、記録時に入射した光を２次元的な情報を表す光（記録光Ｓ）に変調して出射する。このような空間光変調器５は、記録部２０からの記録すべき情報に応じた記録信号に基づいて駆動される。空間光変調器５から出射した記録光Ｓは、第２のビームスプリッタ６および対物レンズ７を通ってホログラム記録媒体Ｂに照射される。再生時においては、空間光変調器５が駆動されないために記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに照射されない。本実施形態においては、記録光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに対して略直角（入射角０）に入射するように対物レンズ７が配置されている。

一方、第１のビームスプリッタ３から出射した参照光Ｒは、固定ミラー８Ａ，８Ｂを介して可動光学素子９へと導かれる。可動光学素子９は、参照光Ｒの入射角および反射角を変化させうるガルバノミラーからなり、参照光Ｒをホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させるように配置されている。この可動光学素子９は、制御部４０からの駆動信号に基づいて動作が制御されるように構成されている。可動光学素子９から出射した参照光Ｒは、集光レンズ１０Ａ，１０Ｂを通ってホログラム記録媒体Ｂに照射される。記録時には、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９２において記録光Ｓと交差するように参照光Ｒが照射される一方、再生時には、記録層９２において既に記録されたホログラムＨと干渉するように参照光Ｒが照射される。本実施形態においては、可動光学素子９の動作に応じて参照光Ｒのホログラム記録媒体Ｂに対する入射角が変化させられるようになっている。

フォトディテクタ１１は、ＣＣＤエリアセンサあるいはＣＭＯＳエリアセンサからなり、再生時にホログラム記録媒体Ｂから対物レンズ７および第２のビームスプリッタ６を通って戻ってきた光（戻り光）を受光する。このフォトディテクタ１１は、受光した戻り光の強度に応じた受光信号を再生部３０に出力する。再生部３０は、所定レベル以上の受光信号を取り込み、この受光信号に基づいて記録情報を再生する。

次に、上記ホログラム記録再生装置Ａの動作について説明する。

ホログラム記録媒体Ｂにホログラムを記録する場合、図２に示されるように、記録光Ｓおよび参照光Ｒが記録層９２において交差するように照射され、記録層９２には、ホログラムＨが記録される。このとき、参照光Ｒの入射角としては、可動光学素子９が動作させられることで、たとえばα、β、γの異なる角度（所定角）に合わせられる。これにより、ホログラムＨには、参照光Ｒの入射角α，β，γに応じて異なる干渉縞パターンが多重記録される。このような多重記録による記録密度を高めるには、記録層９２の厚みを大きくして参照光Ｒの入射角をより細かく変化させればよい。

記録時における記録光Ｓおよび参照光ＲならびにホログラムＨの波数ベクトルは、図４に示すような波数ベクトル空間を用いて表すことができる。この波数ベクトル空間は、記録時におけるレーザ光の波数（波長λを２πで除した値の逆数２π／λ）を半径とする単位円Ｋによって表され、記録光Ｓの波数ベクトルがＫｓで表されるとともに、参照光Ｒの波数ベクトルが入射角α，β，γごとにＫｒ１，Ｋｒ２，Ｋｒ３で表される。ホログラムＨの波数ベクトルは、参照光Ｒの入射角α，β，γに応じてＫｈ１，Ｋｈ２，Ｋｈ３となる。記録時においては、記録光Ｓの波長と参照光Ｒの波長とが必ず一致するため、ホログラムＨの波数ベクトルＫｈ１，Ｋｈ２，Ｋｈ３は、単位円Ｋの円周に一致する。したがって、ホログラムＨには、波数ベクトルＫｈ１，Ｋｈ２，Ｋｈ３に対応する干渉縞パターンとしての記録情報が確実に記録される。

上記のようにしてホログラムＨが記録されたホログラム記録媒体Ｂから記録情報を再生する場合には、図３に示されるように、可動光学素子９が動作させられることで参照光Ｒの入射角が記録時と同じ角度α，β，γに合わせられ、各角度α，β，γ付近においては、当該入射角が所定の角度範囲θ内で連続的に変化させられる。この角度範囲θは、角度α，β，γの振れ幅よりも十分小さなものとして設定されている。基本的には、再生時におけるレーザ光の波長が記録時の波長と同一であれば、再生時の参照光Ｒの入射角を記録時と同じ角度α，β，γに一致させることにより、参照光Ｒと干渉するホログラムＨによって戻り光Ｐが発せられる。しかしながら、記録時と再生時では、光源１から出射するレーザ光の強さを強制的に変えたり、あるいは動作条件などに応じて変わってしまうことがある。レーザ光の強さが変わると波長変動が生じ、十分な強さの戻り光Ｐが発せられなくなる。そのため、再生時においては、参照光Ｒの入射角を記録時の角度α，β，γに合わせつつも、所定の角度範囲θ内で連続的に変化させている。

上記の理由については、図５の波数ベクトル空間を用いて説明することができる。代表例としてホログラムＨの波数ベクトルＫｈ２について考察すると、記録時の波長よりも再生時の波長が大きくなる場合、図５の（Ａ）に破線で示すような波数ベクトル空間の単位円Ｋ’となり、この単位円Ｋ’は、記録時の単位円Ｋよりも小さくなる。ただし、ホログラムＨの波数ベクトルＫｈ２は、その大きさや向きが変わることがない。この波数ベクトルＫｈ２を単位円Ｋ’の円周に一致させた状態で参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ２’と合成すると、これらの合成ベクトルとして戻り光Ｐの波数ベクトルＫｐ’が再生時の単位円Ｋ’に表される。すなわち、再生時における参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ２’の向きは、記録時における波数ベクトルＫｒ２の向きと若干異なるものとなり、再生時の入射角を記録時よりも大きくしなければ、波数ベクトルＫｐ’で表される戻り光Ｐが得られない。この戻り光Ｐは、記録光Ｓの方向とは若干ずれるものの許容範囲のずれであり、フォトディテクタ１１に対して戻り光Ｐが確実に結像するため、十分な強さをもって戻り光Ｐが検出される。なお、戻り光Ｐの波数ベクトルＫｐ’の大きさが記録光Ｓの波数ベクトルＫｓの大きさと異なるため、厳密には記録光Ｓと同じ戻り光Ｐが得られないが、たとえば戻り光Ｐの位相を補正することにより、記録光Ｓとほぼ同じ戻り光Ｐを得ることができる。

記録時の波長よりも再生時の波長が小さくなった場合も同様であり、この場合には、図５の（Ｂ）に破線で示すような波数ベクトル空間の単位円Ｋ”となり、この単位円Ｋ”は、記録時の単位円Ｋよりも大きくなる。ホログラムＨの波数ベクトルを単位円Ｋ”の円周に一致させた状態で参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ２”と合成すると、これらの合成ベクトルとして戻り光Ｐの波数ベクトルＫｐ”が再生時の単位円Ｋ”に表される。すなわち、再生時における参照光Ｒの波数ベクトルＫｒ２”の向きは、記録時における波数ベクトルＫｒ２の向きと若干異なるものとなり、再生時の入射角を記録時よりも小さくしなければ、波数ベクトルＫｐ”で表される戻り光Ｐが得られない。このような戻り光Ｐも、記録光Ｓの方向とは若干ずれるものの許容範囲のずれであり、フォトディテクタ１１に対して戻り光Ｐが確実に結像するため、十分な強さをもって戻り光Ｐが検出される。この戻り光Ｐについても位相を補正することにより、記録光Ｓとほぼ同じ戻り光Ｐを得ることができる。

再生時においては、以上のような原理に基づいて参照光Ｒの入射角が所定の角度範囲θ内で連続的に変化させられ、当該入射角が適切な角度になると、所定レベル以上の受光信号がフォトディテクタ１１から再生部３０に出力される。再生部３０は、所定レベル以上となった受光信号に基づいて記録情報を再生する。こうして再生された記録情報は、ホログラムＨに記録された情報と確実に一致したものとなる。なお、再生部３０は、参照光Ｒの入射角が所定の角度範囲θ内で連続的に変化させられる間、フォトディテクタ１１から出力される受光信号をバッファリングによりすべて取り込み、最大レベルで得られた受光信号に基づいて記録情報を再生するようにしてもよい。

したがって、上記ホログラム記録再生装置Ａによれば、再生時における参照光Ｒの波長が記録時の波長とは異なっても、再生時における参照光Ｒの入射角を所定の角度範囲θ内で変化させ、当該入射角を記録時の入射角（所定角）α，β，γに対して微妙にずらすことにより、十分な強度の戻り光Ｐを生じさせることができ、確実に戻り光Ｐを検出してホログラムＨに記録された情報を再生することができる。

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。

上記実施形態では、反射型のホログラム記録媒体Ｂを用いるため、このホログラム記録媒体Ｂに対して記録光Ｓおよび参照光Ｒを同一方向から照射するようにしているが、反射膜をもたない透過型のホログラム記録媒体を用いるものでは、記録時における参照光の向きと再生時における参照光の向きとを互いに逆向きとなるようにしてもよい。すなわち、可動光学素子などの光学系をホログラム記録媒体の両面側に設け、たとえば記録時には一方側の可動光学素子などを介してホログラム記録媒体の表面側に参照光を照射する一方、再生時には他方側の可動光学素子などを介してホログラム記録媒体の裏面側から記録時と概ね同じ入射角で参照光を照射するようにしてもよい。

本発明に係るホログラム記録再生装置の一実施形態を示す全体構成図である。図１に示すホログラム記録再生装置の記録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再生装置の再生動作を説明するための説明図である。記録時の波数ベクトル空間を説明するための説明図である。再生時の波数ベクトル空間を説明するための説明図である。従来のホログラム記録再生装置を説明するための説明図である。従来における再生時の波数ベクトル空間を説明するための説明図である。

符号の説明

Ａホログラム記録再生装置
Ｂホログラム記録媒体
Ｓ記録光
Ｒ参照光
Ｈホログラム
Ｐ戻り光
１光源
９可動光学素子（ガルバノミラー）
１１フォトディテクタ（光検出器）
３０再生部（再生手段）
４０制御部（可動光学素子制御手段）

Claims

光源から出射したコヒーレント光を記録光と参照光とに分離し、これら記録光および参照光をホログラム記録媒体上で交差させるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録する一方、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する場合、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に照射し、当該ホログラム記録媒体からの戻り光を光検出器で受光するホログラム記録再生装置であって、
上記ホログラム記録媒体に向けて上記参照光を進行させるとともに、当該参照光のホログラム記録媒体に対する入射角を変化させうる可動光学素子と、
上記ホログラム記録媒体にホログラムを記録する際、上記入射角が所定角となるように上記可動光学素子を動作させる一方、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する際、上記所定角を含む所定の角度範囲内において上記入射角が連続的に変化するように上記可動光学素子を動作させる可動光学素子制御手段と、
上記入射角が連続的に変化する間、上記光検出器から上記戻り光の強度に応じた受光信号を取り込むとともに、当該強度が所定レベル以上あるいは最大になった時点の受光信号に基づいて記録情報を再生する再生手段と、
を備えていることを特徴とする、ホログラム記録再生装置。
上記所定角としては、上記ホログラム記録媒体にホログラムを多重記録するために複数の異なる角度が設定されており、上記ホログラムに基づく記録情報を再生する際には、上記入射角が上記複数の所定角に合わせられるとともに、その度に上記所定の角度範囲内において当該入射角が連続的に変化させられる、請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
上記可動光学素子は、ガルバノミラーからなる、請求項１または２に記載のホログラム記録再生装置。