ホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置
【課題】再生参照光光学系の調整を容易にするホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置を提供する。
【解決手段】参照光ＲＬは、角度回転ミラー２５で偏向され、設定された入射角度でホログラム記録媒体３０に照射される。当該照射された参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体３０内で信号光ＳＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。ホログラム記録媒体３０に入射した参照光ＲＬは、一部がホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した参照光ＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。当該入射した参照光ＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。
【解決手段】参照光ＲＬは、角度回転ミラー２５で偏向され、設定された入射角度でホログラム記録媒体３０に照射される。当該照射された参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体３０内で信号光ＳＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。ホログラム記録媒体３０に入射した参照光ＲＬは、一部がホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した参照光ＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。当該入射した参照光ＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置に関し、特に、角度多重方式で記録された情報の再生に用いられるホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラム技術を利用して大容量のデータを記録および／または再生するホログラム記録再生装置が提案されている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。このようなホログラム記録再生装置では、記録密度向上のために多重記録という手法が採られている。
【０００３】
図７は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００の記録時の構成を示した図である。
【０００４】
図７を参照して、従来のホログラム記録再生装置１００は、レーザ光源１０１と、スペイシャルフィルタ１０２と、シャッター１０３と、コリメートレンズ１０４と、半波長板１０５，１１３と、信号光／参照光分離用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０６と、ビームエキスパンダ１０７と、記録光／再生光分離用の偏光ビームスプリッタ１０８と、空間光変調器（ＳＬＭ）１０９と、撮像素子１１０と、リレーレンズ１１１，１１６と、ポリトピックアパーチャ１１２と、対物レンズ１１４と、角度回転ミラー１１５とを備える。ホログラム記録再生装置１００は、ホログラム記録媒体１２０内に信号光ＳＬと参照光ＲＬとを干渉させて干渉縞を記録し、参照光ＲＬの入射角を変化させてホログラムを角度多重方式で記録する。
【０００５】
次に、ホログラム記録再生装置１００の記録時の動作について説明する。
レーザ光源１０１から出射されたレーザ光ＰＬは、スペイシャルフィルタ１０２により点光源にされた後、シャッター１０３を通り、コリメートレンズ１０４により所望のビーム径に変換される。当該変換光は、偏光ビームスプリッタ１０６で信号光ＳＬと参照光ＲＬとに分割される。信号光ＳＬと参照光ＲＬとの分割比率は、半波長板１０５の回転により調整される。
【０００６】
参照光ＲＬは、角度回転ミラー１１５で偏向され、テレセントリックレンズ２枚で構成されたリレーレンズ１１６を通り、設定された入射角度でホログラム記録媒体１２０に照射される。ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射角は、Ｘ軸を中心に回転する角度回転ミラー１１５の回転角が変化することで変更される。
【０００７】
ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射位置は、リレーレンズ１１６がテレセントリックレンズ２枚で構成されているため、角度回転ミラー１１５を回転させても変化しないようになっている。参照光ＲＬは、角度回転ミラー１１５が回転ミラー１１５ａの位置にあるときは実線の経路をたどってホログラム記録媒体１２０へ入射し、角度回転ミラー１１５が回転ミラー１１５ｂの位置にあるときは破線の経路をたどってホログラム記録媒体１２０へ入射する。そのため、図７に示すように、いずれの経路であっても、ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射位置は変化しない。
【０００８】
信号光ＳＬは、空間光変調器１０９の全面を照射するようにビームエキスパンダ１０７によって光束径が調整され、空間光変調器１０９によって振幅変調または位相変調を受ける。変調された信号光ＳＬは、偏光ビームスプリッタ１０８で反射され、ホログラム記録媒体１２０の方向に導かれる。空間光変調器１０９で発生する不要回折光は、ポリトピックアパーチャ１１２により遮光される。偏光ビームスプリッタ１０８で反射された信号光ＳＬは、リレーレンズ１１１および半波長板１１３を通り、対物レンズ１１４によってホログラム記録媒体１２０内に集光される。集光された信号光ＳＬは、ホログラム記録媒体１２０内で上記の参照光ＲＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。
【０００９】
ホログラム記録媒体１２０にいったん情報が記録された後、次に記録されるデータページが空間光変調器１０９に表示される。これとともに、角度回転ミラー１１５がわずかに回転して、参照光ＲＬの入射角度が変更される。その後、シャッター１１３が開くと、次に記録されるデータページがホログラム記録媒体１２０の同一記録領域に多重角度で記録される。これを繰り返して所定の多重度になると、ホログラム記録媒体１２０をＸ方向またはＹ方向に移動させ、次の記録領域に上記と同様の多重記録が行なわれる。
【００１０】
図８は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の構成を示した図である。
【００１１】
図８のホログラム記録再生装置１００Ａの構成は、レンズ１４１と固定反射ミラー１４２とからなる再生参照光光学系１４０が付加された以外は、図７のホログラム記録再生装置１００と同じである。よって、重複する部分の説明はここでは繰り返さない。
【００１２】
ホログラム記録再生装置１００Ａは、装置の小型化に有利な位相共役再生方式と呼ばれる方式を採用している。レンズ１４１は、ホログラム記録媒体１２０のホログラムが記録されている領域から焦点距離だけ離れた位置に配置されている。固定反射ミラー１４２は、レンズ１４１から焦点距離だけ離れた、レンズ１４１を挟んでホログラム記録媒体１２０の反対側に設置されている。
【００１３】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の動作について説明する。
再生時には、半波長板１０５を回転させて、レーザ光ＰＬがＳ偏光となるように調整する。Ｓ偏光のレーザ光ＰＬは偏光ビームスプリッタ１０６ですべて反射されるため、再生参照光ＣＲＬのみが発生する。再生参照光ＣＲＬは、角度回転ミラー１１５およびリレーレンズ１１６を経て、ホログラム記録媒体１２０をいったん透過する。当該透過した再生参照光ＣＲＬは、レンズ１４１により偏向されて、固定反射ミラー１４２に垂直に入射する。当該垂直入射した再生参照光ＣＲＬは、反射されて往路と同じ経路を逆にたどってホログラム記録媒体１２０に入射する。
【００１４】
再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への照射により、対物レンズ１１４の方向に再生光ＣＬが発生する。再生光ＣＬは、対物レンズ１１４、リレーレンズ１１１などを通って、撮像素子１１０に結像される。当該結像された再生光ＣＬに基づいて、再生画像データが生成される。次に、角度回転ミラー１１５を回転させて、再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への入射角度を変化させる。これにより、ホログラム記録媒体１２０の同一領域から別のデータページに対応する再生光ＣＬを発生させ、撮像素子１１０により次の再生画像データが生成される。
【００１５】
上記の再生動作において、再生参照光ＣＲＬは隣接するホログラムにも照射されるため、その隣接するホログラムからも再生光ＣＬが発生する。しかしながら、その隣接ホログラムからの再生光ＣＬは、上述のポリトピックアパーチャ１１２で遮光することができる。そのため、図８のホログラム記録再生装置１００Ａでは、ホログラム記録媒体１２０の面内方向（Ｘ方向およびＹ方向）の記録間隔を詰めても、クロストークの少ない再生動作が可能となる。
【００１６】
図９は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の構成を示した図である。
【００１７】
図９のホログラム記録再生装置１００Ｂの構成は、再生参照光光学系１４０が角度回転ミラー１４３に置き換えられた以外は、図８のホログラム記録再生装置１００Ａと同じである。よって、重複する部分の説明はここでは繰り返さない。ホログラム記録再生装置１００Ｂもまた、位相共役再生方式と呼ばれる方式を採用している。
【００１８】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の動作について説明する。
図９を参照して、再生参照光ＣＲＬは、ホログラム記録媒体１２０をいったん通過した後、角度回転ミラー１４３によって反射される。角度回転ミラー１４３は、入射される再生参照光ＣＲＬに対して垂直な角度に設定されている。そのため、再生参照光ＣＲＬは、往路と同じ経路を逆にたどってホログラム記録媒体１２０に入射する。これにより、上述したように、再生光ＣＬが発生し、この再生光ＣＬが撮像素子１１０に導かれることで再生画像データが得られる。
【００１９】
次に、角度回転ミラー１１５，１４３を回転させて、再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への入射角度を変化させる。これにより、ホログラム記録媒体１２０の同一の記録領域から別のデータページに対応する再生光ＣＬを発生させ、撮像素子１１０により次の再生画像データを得る。
【特許文献１】特開２００６−３１７８８６号公報
【非特許文献１】イアン・レッドモンド（Ian Redmond）著、「インフェイズ社の職業的アーカイブドライブＯＭＡ：デザインと機能（The InPhase Professional Archive Drive OMA: Design and Function）」、光データ記憶の時事的会議２００６（Optical Data Storage Topical Meeting 2006（ＯＤＳ２００６）、テクニカルダイジェスト（招待講演））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図８のホログラム記録再生装置１００Ａでは、ホログラム記録媒体１２０から焦点距離だけ離れた位置にレンズ１４１を配置し、さらにレンズ１４１から焦点距離だけ離れた位置に固定反射ミラー１４２を正確に配置する必要がある。そのため、光学系の調整が難しい。また、長時間の稼動により再生参照光光学系１４０の位置関係が崩れる可能性があり、耐久性に不安があるという問題があった。また、図９に示したホログラム記録再生装置１００Ｂにおいては、角度回転ミラー１１５，１４３の回転角度を連動して制御する必要があるという問題があった。
【００２１】
それゆえに、この発明の目的は、再生参照光光学系の調整を容易にするホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明のある局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子であって、ホログラム素子の外にある基点を通りホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、ホログラムは、光束を入射方向と逆向きに進む回折光として基点を通るように出射する。
【００２３】
好ましくは、光束の各々および回折光の各々は、いずれも平行光である。
好ましくは、ホログラムは多重記録されている。
【００２４】
好ましくは、ホログラムは、ホログラム素子に対する光束の入射角度を変えて多重記録されており、光束の入射角度によらず一定の回折効率で回折光を出射する。
【００２５】
この発明の他の局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製装置であって、ホログラム素子作製用の作製参照光がホログラム素子に入射する角度および位置を調整する偏向部と、偏向部に合わせて円弧状に移動し、ホログラム素子を透過した後の作製参照光を垂直に受けて、ホログラム素子作製用の作製信号光として、作製参照光のホログラム素子への入射位置に反射する反射部とを備える。
【００２６】
好ましくは、偏向部の角度を調整して作製参照光と作製信号光とをホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録する。
【００２７】
この発明の他の局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製方法であって、ホログラム素子作製用の作製参照光がホログラム素子に入射する角度および位置を調整するステップと、ホログラム素子を透過した後の作製参照光を、ホログラム素子作製用の作製信号光として、作製参照光のホログラム素子への入射位置に垂直に反射するステップと、作製参照光と作製信号光とをホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録するステップとを含む。
【００２８】
この発明の他の局面によれば、ホログラム記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、再生参照光がホログラム記録媒体に入射する角度および位置を調整する偏向部と、ホログラム記録媒体を透過した再生参照光を、入射角度に関わらず進行方向の逆向きに回折光として反射するホログラム素子とを備える。
【００２９】
好ましくは、ホログラム素子は、ホログラム素子の外にある基点を通りホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、ホログラムは、光束を入射方向と逆向きに進む回折光として基点を通るように出射する。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、再生参照光光学系の調整が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３２】
図１は、この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０の構成を示した図である。
【００３３】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０は、レーザ光源１１と、スペイシャルフィルタ１２と、シャッター１３と、コリメートレンズ１４と、半波長板１５，２３と、信号光／参照光分離用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６と、ビームエキスパンダ１７と、記録光／再生光分離用の偏光ビームスプリッタ１８と、空間光変調器（ＳＬＭ）１９と、撮像素子２０と、リレーレンズ２１，２６と、ポリトピックアパーチャ２２と、対物レンズ２４と、角度回転ミラー２５と、ホログラム素子４０と、１／４波長板４１とを備える。
【００３４】
ポリトピックアパーチャ２２は一例であって、他のアパーチャであってもよい。ホログラム記録再生装置１０は、ホログラム記録媒体３０内に信号光ＳＬと参照光ＲＬとを干渉させて干渉縞を記録し、参照光ＲＬの入射角を変化させてホログラムを角度多重方式で記録する。
【００３５】
図２は、図１のホログラム記録再生装置１０の記録時の動作を説明するための部分拡大図である。
【００３６】
図２では、説明を簡単にするために、図１のホログラム記録再生装置１０のうち、参照光ＲＬがホログラム記録媒体３０に入射される部分について、拡大して示している。なお、図２に示さないその他の光学系の記録時の動作は、前述した従来のホログラム記録再生装置１００と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【００３７】
信号光ＳＬは、記録時、前述した従来のホログラム記録再生装置１００と同様にホログラム記録媒体３０に照射される。一方、参照光ＲＬは、角度回転ミラー２５で偏向され、リレーレンズ２６を通り、設定された入射角度でホログラム記録媒体３０に照射される。当該照射された参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体３０内で信号光ＳＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。なお、ホログラム記録媒体３０への参照光ＲＬの入射角は、Ｘ軸を中心に回転する角度回転ミラー２５の回転角が変化することで変更される。
【００３８】
なお、ホログラム記録媒体３０に入射した参照光ＲＬは、一部がホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した参照光ＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。当該入射した参照光ＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。
【００３９】
このとき、参照光ＲＬは、１／４波長板４１を２回通ったことによって、その偏光方向がＰ偏光からＳ偏光に変えられる。信号光ＳＬはＳ偏光であるため、ホログラム素子４０から戻った参照光ＲＬと信号光ＳＬとでは干渉が起こらず、ホログラムの記録に影響を与えない。なお、１／４波長板４１の代わりにシャッターを用いてもよい。この場合、記録時にはシャッターを閉じておき、再生の際には開いておけばよい。
【００４０】
図３は、図１のホログラム記録再生装置１０の再生時の動作を説明するための部分拡大図である。
【００４１】
図３では、図２と同様に、図１のホログラム記録再生装置１０のうち、再生参照光ＣＲＬがホログラム記録媒体３０に入射される部分について、拡大して示している。なお、図３に示さないその他の光学系の再生時の動作は、前述した従来のホログラム記録再生装置１００Ａ，１００Ｂと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【００４２】
再生参照光ＣＲＬは、再生時、前述した従来のホログラム記録再生装置１００Ａ，１００Ｂと同様に、ホログラム記録媒体３０に照射される。再生参照光ＣＲＬは、記録されていたホログラムにより一部が直接の再生光ＣＬとして信号光ＳＬの進行方向に回折し、他の一部はホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した再生参照光ＣＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。
【００４３】
当該入射した再生参照光ＣＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。その結果、記録されていたホログラムにより再生光ＣＬが発生し、記録時の信号光ＳＬと同一の光路をたどって撮像素子１１０に導かれることで、再生画像データが得られる。なお、ホログラム記録再生装置１０は、ホログラム記録装置とホログラム再生装置とに分けて構成することも可能である。
【００４４】
ホログラム素子４０の材料としては、光の干渉縞、すなわちホログラムを記録できるような材料、具体的には感光性のポリマー材料などを用いることができる。ホログラム素子４０の作製および動作原理について、以下で詳しく説明する。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０の構成を示した図である。
【００４６】
図４を参照して、この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０は、レーザ光源９１と、スペイシャルフィルタ９２と、シャッター９３と、コリメートレンズ９４と、半波長板９５と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９６と、１／４波長板９７と、角度回転ミラー９８と、反射ミラー９９とを備える。ホログラム素子作製装置９０は、ホログラム素子４０の材料に多重記録でホログラムを記録することにより、ホログラム素子４０を作製する。
【００４７】
レーザ光源９１から出射されたレーザ光ＨＬは、スペイシャルフィルタ９２により点光源にされた後、シャッター９３を通り、コリメートレンズ９４により所望のビーム径に変換される。当該変換光は、半波長板９５を通って、偏光ビームスプリッタ９６で反射される。このとき、半波長板９５の回転により、偏光ビームスプリッタ９６で反射される光量を調整できる。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ９６で反射された光束は、１／４波長板９７を通ってＰ偏光から円偏光へと変換された後、角度回転ミラー９８で反射される。当該反射光は、ホログラム素子作製用の作製参照光ＨＲＬとして、所望の角度でホログラム素子４０に入射する。作製参照光ＨＲＬのホログラム素子４０への入射角度および入射位置は、角度回転ミラー９８ａ，９８ｂで示すように角度回転ミラー９８を回転させることで変更できる。
【００４９】
ホログラム素子４０を透過した作製参照光ＨＲＬは、反射ミラー９９に垂直に入射し、作製参照光ＨＲＬと同一光路の反対方向に反射される。当該反射光は、ホログラム素子作製用の作製信号光ＨＳＬとして、ホログラム素子４０内で作製参照光ＨＲＬと干渉した後、角度回転ミラー９８で反射される。当該反射された作製信号光ＨＳＬは、１／４波長板９７を通ってＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ９６を透過して、ホログラム素子作製装置９６の光路から外れる。
【００５０】
反射ミラー９９は、ホログラム素子４０を透過する作製参照光ＨＲＬの入射角度および入射位置に合うようにその角度および位置が変更される。反射ミラー９９の角度および位置は角度回転ミラー９８の角度により決まるため、反射ミラー９９と角度回転ミラー９８とを同期させて動かす機構を設けていることが好ましい。反射ミラー９９は、反射ミラー９９ａ，９９ｂのように、角度回転ミラー９８の角度に合わせて角度回転ミラー９８を中心とした円弧状に動かされる。
【００５１】
図５は、図４において説明したホログラム素子４０の作製方法について説明するための模式図である。
【００５２】
図５では、簡単のために、図４の角度回転ミラー９８を基点５１として示している。また、図５の矢印で示される光束は、各々が平行光であって収束も発散もせず無限にその光束径を保つ。これは、図４において、コリメートされた作製参照光ＨＲＬが角度回転ミラー９８で偏向されてホログラム素子４０に入射するのと整合する。
【００５３】
以下では、例として、基点５１を通り、ホログラム素子４０に対して角度αで入射する作製参照光ＨＲＬａおよび作製信号光ＨＳＬａについて説明する。
【００５４】
ホログラム素子作製用の作製参照光ＨＲＬａは、基点５１を通ってホログラム素子４０を透過した後、反射ミラー９９ａに垂直に入射する。当該入射した作製参照光ＨＲＬａは、入射方向と反対方向に反射され、ホログラム素子作製用の作製信号光ＨＳＬａとして、同一の光路を進んで角度αでホログラム素子４０の裏面に照射される。このとき、作製参照光ＨＲＬａと作製信号光ＨＳＬａとが干渉し、その干渉縞の強度分布がホログラム５５ａとしてホログラム素子４０に記録される。作製信号光ＨＳＬａは、基点５１を通る。
【００５５】
また、ホログラム素子４０に対して角度βで入射する作製参照光ＨＲＬｂと、反射ミラー９９ｂで反射された作製信号光ＨＳＬｂとの干渉縞が、ホログラム５５ｂとしてホログラム素子４０に多重記録される。同様にして、ホログラム素子４０にホログラム５５ｃ〜５５ｅが多重記録される。なお、５つのホログラム５５ａ〜５５ｅが設けられているのは一例であって、任意の数のホログラムが記録され得る。
【００５６】
ホログラム素子４０にホログラムを多重記録する場合、図４に示したように、ホログラム素子４０を固定しておき、作製参照光ＨＲＬの入射角度および反射ミラー９９の位置を記録ごとに変化させる。これにより、ホログラム素子４０の所望の位置にホログラムを多重記録することができる。または、作製参照光ＨＲＬの進行方向および反射ミラー５３の位置を固定しておき、基点５１に対するホログラム素子４０の位置および設置角度を変えて、ホログラムを多重記録してもよい。
【００５７】
上述した多重記録とは、ホログラム素子４０の同一領域にホログラムが重なって記録されることをいう。多重記録することで、角度αと角度βとの差を細かくとることができ、対応できる角度を増やせる利点がある。
【００５８】
ある領域に多重記録できるホログラムの数の上限は、ホログラム素子４０のＭナンバーおよび各ホログラムの回折効率によって決まる。Ｍナンバーとは、同一個所に記録することのできる回折効率１００％のホログラムの最大数である。Ｍナンバーがｍであるホログラム素子の一箇所に多重記録できる回折効率η％のホログラムの最大数Ｈは、以下の式により表わされる。
【００５９】
Ｈ＝ｍ／√（η／１００）
たとえば、Ｍナンバーが１０のホログラム素子に、各ホログラムの回折効率が１００％となるようにホログラムを多重記録する際、ある一定の領域に多重記録できるホログラムの最大数は１０個となる。このホログラム素子をホログラム記録再生装置１０に用いる場合、記録されるホログラムの回折効率は、５０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。なお、記録されるホログラムの回折効率は、記録する際に照射する作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの露光量によって調整することができる。
【００６０】
上記の作製方法を用いてホログラム素子４０を作製する場合、ある領域に多重記録されるホログラムの数は、作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの光束径によって決まるホログラムの大きさと、多重記録する際の作製参照光ＨＲＬの入射角度ピッチと、基点５１からホログラム素子４０までの距離とによって決められる。
【００６１】
よって、ホログラム素子４０にホログラムを多重記録する際、ホログラムを数多く多重記録するためには、ホログラム素子４０のＭナンバーおよび求める回折効率に応じて、作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの光束径と、作製参照光ＨＲＬの入射角度ピッチと、基点５１からホログラム素子４０までの距離とを調整することが望ましい。
【００６２】
ホログラム素子４０を使用するホログラム記録再生装置１０に必要な仕様、例えば、上記の光束径および入射角度ピッチが定められている場合には、ホログラム素子４０を作製する際に、これらを考慮して、用いるホログラム素子４０のＭナンバーと基点５１からホログラム素子４０までの距離とを選択する必要がある。
【００６３】
また、ホログラム素子４０の作製時、常に一定の露光量で多重記録すると、ホログラム素子４０に対する作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの入射角によって生じるホログラムの大きさが異なる。そのため、再生時、再生参照光ＣＲＬをホログラム素子４０に照射する角度によって回折効率が異なってしまう。この問題を回避するためには、多重記録時の露光量を調整することが好ましい。
【００６４】
以上のようにして作製されたホログラム素子４０には、図５に示すように、基点５１を中心とする円弧上に、円弧の接線方向に干渉縞が形成されたホログラム５５ａ〜５５ｅが重なって記録されている。
【００６５】
図６は、図５において作製されたホログラム素子４０の動作原理について説明するための模式図である。
【００６６】
上述のように干渉縞が多重記録されたホログラム素子４０に対し、ホログラム素子４０の作製時と同様に、すなわち、図６に示したように、基点５１を通過する参照光ＲＬａを照射する。ホログラムの原理により、干渉縞として記録されているホログラム５５ａから、図５の作製信号光ＨＳＬａと同一の光路をとる回折光ＦＬａが発生する。図５で説明したのと同様に、図６の矢印で示される光束は、各々が平行光であって収束も発散もせず無限にその光束径を保つ。
【００６７】
また、参照光ＲＬｂを照射すると、図５の作製信号光ＨＳＬｂと同一の光路をとる回折光ＦＬｂが発生する。同様にして、回折光ＦＬｃ〜ＦＬｅが発生する。このようにして発生する回折光ＦＬａ〜ＦＬｅは、参照光ＲＬａ〜ＲＬｅがホログラム素子４０にどのような角度で入射した場合においても、基点５１を通る。
【００６８】
上記のように、ホログラム素子４０は、入射された参照光ＲＬに対して、その入射角度に関わらず、進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生する。このため、入射する参照光ＲＬの入射角度が変化しても、従来の反射ミラーのようにホログラム素子４０の設置角度等を変化させることなく、入射する参照光ＲＬに対して進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生させることができる。
【００６９】
また、ホログラム素子４０の作製において、多重記録時に記録ごとに露光量を調整しておくことで、どの角度で入射する参照光ＲＬに対しても、一定の回折効率で回折光を派生させることもできる。
【００７０】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、ホログラム素子４０を作製してホログラム記録再生装置１０の再生参照光光学系の位置に設置することにより、従来の反射ミラーのように再生参照光光学系の位置や角度を調整することなく、入射する参照光ＲＬに対して進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生させることができる。これにより、小型でかつ光学系の調整が容易なホログラム記録再生装置を構築できる。
【００７１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０の構成を示した図である。
【図２】図１のホログラム記録再生装置１０の記録時の動作を説明するための部分拡大図である。
【図３】図１のホログラム記録再生装置１０の再生時の動作を説明するための部分拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０の構成を示した図である。
【図５】図４において説明したホログラム素子４０の作製方法について説明するための模式図である。
【図６】図５において作製されたホログラム素子４０の動作原理について説明するための模式図である。
【図７】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００の記録時の構成を示した図である。
【図８】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の構成を示した図である。
【図９】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１００，１００Ａ ホログラム記録再生装置、１１，９１，１０１ レーザ光源、１２，９２，１０２ スペイシャルフィルタ、１３，９３，１０３ シャッター、１４，９４，１０４ コリメートレンズ、１５，２３，９５，１０５，１１３ 半波長板、１６，１８，９６，１０６，１０８ 偏光ビームスプリッタ、１７，１０７ ビームエキスパンダ、１９，１０９ 空間光変調器、２０，１１０ 撮像素子、２１，２６，１１１，１１６ リレーレンズ、２２，１１２ ポリトピックアパーチャ、２４，１１４ 対物レンズ、２５，９８，１１５、１４３ 角度回転ミラー、３０，１２０ ホログラム記録媒体、４０ ホログラム素子、４１，９７ １／４波長板、５１ 基点、９０ ホログラム素子作製装置、９９ 反射ミラー、１４０ 再生参照光光学系、１４１ レンズ、１４２ 固定反射ミラー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置に関し、特に、角度多重方式で記録された情報の再生に用いられるホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラム技術を利用して大容量のデータを記録および／または再生するホログラム記録再生装置が提案されている（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。このようなホログラム記録再生装置では、記録密度向上のために多重記録という手法が採られている。
【０００３】
図７は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００の記録時の構成を示した図である。
【０００４】
図７を参照して、従来のホログラム記録再生装置１００は、レーザ光源１０１と、スペイシャルフィルタ１０２と、シャッター１０３と、コリメートレンズ１０４と、半波長板１０５，１１３と、信号光／参照光分離用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０６と、ビームエキスパンダ１０７と、記録光／再生光分離用の偏光ビームスプリッタ１０８と、空間光変調器（ＳＬＭ）１０９と、撮像素子１１０と、リレーレンズ１１１，１１６と、ポリトピックアパーチャ１１２と、対物レンズ１１４と、角度回転ミラー１１５とを備える。ホログラム記録再生装置１００は、ホログラム記録媒体１２０内に信号光ＳＬと参照光ＲＬとを干渉させて干渉縞を記録し、参照光ＲＬの入射角を変化させてホログラムを角度多重方式で記録する。
【０００５】
次に、ホログラム記録再生装置１００の記録時の動作について説明する。
レーザ光源１０１から出射されたレーザ光ＰＬは、スペイシャルフィルタ１０２により点光源にされた後、シャッター１０３を通り、コリメートレンズ１０４により所望のビーム径に変換される。当該変換光は、偏光ビームスプリッタ１０６で信号光ＳＬと参照光ＲＬとに分割される。信号光ＳＬと参照光ＲＬとの分割比率は、半波長板１０５の回転により調整される。
【０００６】
参照光ＲＬは、角度回転ミラー１１５で偏向され、テレセントリックレンズ２枚で構成されたリレーレンズ１１６を通り、設定された入射角度でホログラム記録媒体１２０に照射される。ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射角は、Ｘ軸を中心に回転する角度回転ミラー１１５の回転角が変化することで変更される。
【０００７】
ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射位置は、リレーレンズ１１６がテレセントリックレンズ２枚で構成されているため、角度回転ミラー１１５を回転させても変化しないようになっている。参照光ＲＬは、角度回転ミラー１１５が回転ミラー１１５ａの位置にあるときは実線の経路をたどってホログラム記録媒体１２０へ入射し、角度回転ミラー１１５が回転ミラー１１５ｂの位置にあるときは破線の経路をたどってホログラム記録媒体１２０へ入射する。そのため、図７に示すように、いずれの経路であっても、ホログラム記録媒体１２０への参照光ＲＬの入射位置は変化しない。
【０００８】
信号光ＳＬは、空間光変調器１０９の全面を照射するようにビームエキスパンダ１０７によって光束径が調整され、空間光変調器１０９によって振幅変調または位相変調を受ける。変調された信号光ＳＬは、偏光ビームスプリッタ１０８で反射され、ホログラム記録媒体１２０の方向に導かれる。空間光変調器１０９で発生する不要回折光は、ポリトピックアパーチャ１１２により遮光される。偏光ビームスプリッタ１０８で反射された信号光ＳＬは、リレーレンズ１１１および半波長板１１３を通り、対物レンズ１１４によってホログラム記録媒体１２０内に集光される。集光された信号光ＳＬは、ホログラム記録媒体１２０内で上記の参照光ＲＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。
【０００９】
ホログラム記録媒体１２０にいったん情報が記録された後、次に記録されるデータページが空間光変調器１０９に表示される。これとともに、角度回転ミラー１１５がわずかに回転して、参照光ＲＬの入射角度が変更される。その後、シャッター１１３が開くと、次に記録されるデータページがホログラム記録媒体１２０の同一記録領域に多重角度で記録される。これを繰り返して所定の多重度になると、ホログラム記録媒体１２０をＸ方向またはＹ方向に移動させ、次の記録領域に上記と同様の多重記録が行なわれる。
【００１０】
図８は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の構成を示した図である。
【００１１】
図８のホログラム記録再生装置１００Ａの構成は、レンズ１４１と固定反射ミラー１４２とからなる再生参照光光学系１４０が付加された以外は、図７のホログラム記録再生装置１００と同じである。よって、重複する部分の説明はここでは繰り返さない。
【００１２】
ホログラム記録再生装置１００Ａは、装置の小型化に有利な位相共役再生方式と呼ばれる方式を採用している。レンズ１４１は、ホログラム記録媒体１２０のホログラムが記録されている領域から焦点距離だけ離れた位置に配置されている。固定反射ミラー１４２は、レンズ１４１から焦点距離だけ離れた、レンズ１４１を挟んでホログラム記録媒体１２０の反対側に設置されている。
【００１３】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の動作について説明する。
再生時には、半波長板１０５を回転させて、レーザ光ＰＬがＳ偏光となるように調整する。Ｓ偏光のレーザ光ＰＬは偏光ビームスプリッタ１０６ですべて反射されるため、再生参照光ＣＲＬのみが発生する。再生参照光ＣＲＬは、角度回転ミラー１１５およびリレーレンズ１１６を経て、ホログラム記録媒体１２０をいったん透過する。当該透過した再生参照光ＣＲＬは、レンズ１４１により偏向されて、固定反射ミラー１４２に垂直に入射する。当該垂直入射した再生参照光ＣＲＬは、反射されて往路と同じ経路を逆にたどってホログラム記録媒体１２０に入射する。
【００１４】
再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への照射により、対物レンズ１１４の方向に再生光ＣＬが発生する。再生光ＣＬは、対物レンズ１１４、リレーレンズ１１１などを通って、撮像素子１１０に結像される。当該結像された再生光ＣＬに基づいて、再生画像データが生成される。次に、角度回転ミラー１１５を回転させて、再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への入射角度を変化させる。これにより、ホログラム記録媒体１２０の同一領域から別のデータページに対応する再生光ＣＬを発生させ、撮像素子１１０により次の再生画像データが生成される。
【００１５】
上記の再生動作において、再生参照光ＣＲＬは隣接するホログラムにも照射されるため、その隣接するホログラムからも再生光ＣＬが発生する。しかしながら、その隣接ホログラムからの再生光ＣＬは、上述のポリトピックアパーチャ１１２で遮光することができる。そのため、図８のホログラム記録再生装置１００Ａでは、ホログラム記録媒体１２０の面内方向（Ｘ方向およびＹ方向）の記録間隔を詰めても、クロストークの少ない再生動作が可能となる。
【００１６】
図９は、従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の構成を示した図である。
【００１７】
図９のホログラム記録再生装置１００Ｂの構成は、再生参照光光学系１４０が角度回転ミラー１４３に置き換えられた以外は、図８のホログラム記録再生装置１００Ａと同じである。よって、重複する部分の説明はここでは繰り返さない。ホログラム記録再生装置１００Ｂもまた、位相共役再生方式と呼ばれる方式を採用している。
【００１８】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の動作について説明する。
図９を参照して、再生参照光ＣＲＬは、ホログラム記録媒体１２０をいったん通過した後、角度回転ミラー１４３によって反射される。角度回転ミラー１４３は、入射される再生参照光ＣＲＬに対して垂直な角度に設定されている。そのため、再生参照光ＣＲＬは、往路と同じ経路を逆にたどってホログラム記録媒体１２０に入射する。これにより、上述したように、再生光ＣＬが発生し、この再生光ＣＬが撮像素子１１０に導かれることで再生画像データが得られる。
【００１９】
次に、角度回転ミラー１１５，１４３を回転させて、再生参照光ＣＲＬのホログラム記録媒体１２０への入射角度を変化させる。これにより、ホログラム記録媒体１２０の同一の記録領域から別のデータページに対応する再生光ＣＬを発生させ、撮像素子１１０により次の再生画像データを得る。
【特許文献１】特開２００６−３１７８８６号公報
【非特許文献１】イアン・レッドモンド（Ian Redmond）著、「インフェイズ社の職業的アーカイブドライブＯＭＡ：デザインと機能（The InPhase Professional Archive Drive OMA: Design and Function）」、光データ記憶の時事的会議２００６（Optical Data Storage Topical Meeting 2006（ＯＤＳ２００６）、テクニカルダイジェスト（招待講演））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図８のホログラム記録再生装置１００Ａでは、ホログラム記録媒体１２０から焦点距離だけ離れた位置にレンズ１４１を配置し、さらにレンズ１４１から焦点距離だけ離れた位置に固定反射ミラー１４２を正確に配置する必要がある。そのため、光学系の調整が難しい。また、長時間の稼動により再生参照光光学系１４０の位置関係が崩れる可能性があり、耐久性に不安があるという問題があった。また、図９に示したホログラム記録再生装置１００Ｂにおいては、角度回転ミラー１１５，１４３の回転角度を連動して制御する必要があるという問題があった。
【００２１】
それゆえに、この発明の目的は、再生参照光光学系の調整を容易にするホログラム素子、ホログラム素子作製装置、ホログラム素子作製方法、およびホログラム再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明のある局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子であって、ホログラム素子の外にある基点を通りホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、ホログラムは、光束を入射方向と逆向きに進む回折光として基点を通るように出射する。
【００２３】
好ましくは、光束の各々および回折光の各々は、いずれも平行光である。
好ましくは、ホログラムは多重記録されている。
【００２４】
好ましくは、ホログラムは、ホログラム素子に対する光束の入射角度を変えて多重記録されており、光束の入射角度によらず一定の回折効率で回折光を出射する。
【００２５】
この発明の他の局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製装置であって、ホログラム素子作製用の作製参照光がホログラム素子に入射する角度および位置を調整する偏向部と、偏向部に合わせて円弧状に移動し、ホログラム素子を透過した後の作製参照光を垂直に受けて、ホログラム素子作製用の作製信号光として、作製参照光のホログラム素子への入射位置に反射する反射部とを備える。
【００２６】
好ましくは、偏向部の角度を調整して作製参照光と作製信号光とをホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録する。
【００２７】
この発明の他の局面によれば、入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製方法であって、ホログラム素子作製用の作製参照光がホログラム素子に入射する角度および位置を調整するステップと、ホログラム素子を透過した後の作製参照光を、ホログラム素子作製用の作製信号光として、作製参照光のホログラム素子への入射位置に垂直に反射するステップと、作製参照光と作製信号光とをホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録するステップとを含む。
【００２８】
この発明の他の局面によれば、ホログラム記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、再生参照光がホログラム記録媒体に入射する角度および位置を調整する偏向部と、ホログラム記録媒体を透過した再生参照光を、入射角度に関わらず進行方向の逆向きに回折光として反射するホログラム素子とを備える。
【００２９】
好ましくは、ホログラム素子は、ホログラム素子の外にある基点を通りホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、ホログラムは、光束を入射方向と逆向きに進む回折光として基点を通るように出射する。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、再生参照光光学系の調整が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３２】
図１は、この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０の構成を示した図である。
【００３３】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０は、レーザ光源１１と、スペイシャルフィルタ１２と、シャッター１３と、コリメートレンズ１４と、半波長板１５，２３と、信号光／参照光分離用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６と、ビームエキスパンダ１７と、記録光／再生光分離用の偏光ビームスプリッタ１８と、空間光変調器（ＳＬＭ）１９と、撮像素子２０と、リレーレンズ２１，２６と、ポリトピックアパーチャ２２と、対物レンズ２４と、角度回転ミラー２５と、ホログラム素子４０と、１／４波長板４１とを備える。
【００３４】
ポリトピックアパーチャ２２は一例であって、他のアパーチャであってもよい。ホログラム記録再生装置１０は、ホログラム記録媒体３０内に信号光ＳＬと参照光ＲＬとを干渉させて干渉縞を記録し、参照光ＲＬの入射角を変化させてホログラムを角度多重方式で記録する。
【００３５】
図２は、図１のホログラム記録再生装置１０の記録時の動作を説明するための部分拡大図である。
【００３６】
図２では、説明を簡単にするために、図１のホログラム記録再生装置１０のうち、参照光ＲＬがホログラム記録媒体３０に入射される部分について、拡大して示している。なお、図２に示さないその他の光学系の記録時の動作は、前述した従来のホログラム記録再生装置１００と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【００３７】
信号光ＳＬは、記録時、前述した従来のホログラム記録再生装置１００と同様にホログラム記録媒体３０に照射される。一方、参照光ＲＬは、角度回転ミラー２５で偏向され、リレーレンズ２６を通り、設定された入射角度でホログラム記録媒体３０に照射される。当該照射された参照光ＲＬは、ホログラム記録媒体３０内で信号光ＳＬと重なり、その結果発生する干渉縞の光強度分布がホログラムとして記録される。なお、ホログラム記録媒体３０への参照光ＲＬの入射角は、Ｘ軸を中心に回転する角度回転ミラー２５の回転角が変化することで変更される。
【００３８】
なお、ホログラム記録媒体３０に入射した参照光ＲＬは、一部がホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した参照光ＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。当該入射した参照光ＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。
【００３９】
このとき、参照光ＲＬは、１／４波長板４１を２回通ったことによって、その偏光方向がＰ偏光からＳ偏光に変えられる。信号光ＳＬはＳ偏光であるため、ホログラム素子４０から戻った参照光ＲＬと信号光ＳＬとでは干渉が起こらず、ホログラムの記録に影響を与えない。なお、１／４波長板４１の代わりにシャッターを用いてもよい。この場合、記録時にはシャッターを閉じておき、再生の際には開いておけばよい。
【００４０】
図３は、図１のホログラム記録再生装置１０の再生時の動作を説明するための部分拡大図である。
【００４１】
図３では、図２と同様に、図１のホログラム記録再生装置１０のうち、再生参照光ＣＲＬがホログラム記録媒体３０に入射される部分について、拡大して示している。なお、図３に示さないその他の光学系の再生時の動作は、前述した従来のホログラム記録再生装置１００Ａ，１００Ｂと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【００４２】
再生参照光ＣＲＬは、再生時、前述した従来のホログラム記録再生装置１００Ａ，１００Ｂと同様に、ホログラム記録媒体３０に照射される。再生参照光ＣＲＬは、記録されていたホログラムにより一部が直接の再生光ＣＬとして信号光ＳＬの進行方向に回折し、他の一部はホログラム記録媒体３０を透過する。当該透過した再生参照光ＣＲＬは、１／４波長板４１を通ってホログラム素子４０に入射する。
【００４３】
当該入射した再生参照光ＣＲＬは、ホログラム素子４０によって、入射角度に関わらずその進行方向を逆向きに変えられ、往路と同一の光路を通ってホログラム記録媒体３０に再び照射される。その結果、記録されていたホログラムにより再生光ＣＬが発生し、記録時の信号光ＳＬと同一の光路をたどって撮像素子１１０に導かれることで、再生画像データが得られる。なお、ホログラム記録再生装置１０は、ホログラム記録装置とホログラム再生装置とに分けて構成することも可能である。
【００４４】
ホログラム素子４０の材料としては、光の干渉縞、すなわちホログラムを記録できるような材料、具体的には感光性のポリマー材料などを用いることができる。ホログラム素子４０の作製および動作原理について、以下で詳しく説明する。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０の構成を示した図である。
【００４６】
図４を参照して、この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０は、レーザ光源９１と、スペイシャルフィルタ９２と、シャッター９３と、コリメートレンズ９４と、半波長板９５と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９６と、１／４波長板９７と、角度回転ミラー９８と、反射ミラー９９とを備える。ホログラム素子作製装置９０は、ホログラム素子４０の材料に多重記録でホログラムを記録することにより、ホログラム素子４０を作製する。
【００４７】
レーザ光源９１から出射されたレーザ光ＨＬは、スペイシャルフィルタ９２により点光源にされた後、シャッター９３を通り、コリメートレンズ９４により所望のビーム径に変換される。当該変換光は、半波長板９５を通って、偏光ビームスプリッタ９６で反射される。このとき、半波長板９５の回転により、偏光ビームスプリッタ９６で反射される光量を調整できる。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ９６で反射された光束は、１／４波長板９７を通ってＰ偏光から円偏光へと変換された後、角度回転ミラー９８で反射される。当該反射光は、ホログラム素子作製用の作製参照光ＨＲＬとして、所望の角度でホログラム素子４０に入射する。作製参照光ＨＲＬのホログラム素子４０への入射角度および入射位置は、角度回転ミラー９８ａ，９８ｂで示すように角度回転ミラー９８を回転させることで変更できる。
【００４９】
ホログラム素子４０を透過した作製参照光ＨＲＬは、反射ミラー９９に垂直に入射し、作製参照光ＨＲＬと同一光路の反対方向に反射される。当該反射光は、ホログラム素子作製用の作製信号光ＨＳＬとして、ホログラム素子４０内で作製参照光ＨＲＬと干渉した後、角度回転ミラー９８で反射される。当該反射された作製信号光ＨＳＬは、１／４波長板９７を通ってＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ９６を透過して、ホログラム素子作製装置９６の光路から外れる。
【００５０】
反射ミラー９９は、ホログラム素子４０を透過する作製参照光ＨＲＬの入射角度および入射位置に合うようにその角度および位置が変更される。反射ミラー９９の角度および位置は角度回転ミラー９８の角度により決まるため、反射ミラー９９と角度回転ミラー９８とを同期させて動かす機構を設けていることが好ましい。反射ミラー９９は、反射ミラー９９ａ，９９ｂのように、角度回転ミラー９８の角度に合わせて角度回転ミラー９８を中心とした円弧状に動かされる。
【００５１】
図５は、図４において説明したホログラム素子４０の作製方法について説明するための模式図である。
【００５２】
図５では、簡単のために、図４の角度回転ミラー９８を基点５１として示している。また、図５の矢印で示される光束は、各々が平行光であって収束も発散もせず無限にその光束径を保つ。これは、図４において、コリメートされた作製参照光ＨＲＬが角度回転ミラー９８で偏向されてホログラム素子４０に入射するのと整合する。
【００５３】
以下では、例として、基点５１を通り、ホログラム素子４０に対して角度αで入射する作製参照光ＨＲＬａおよび作製信号光ＨＳＬａについて説明する。
【００５４】
ホログラム素子作製用の作製参照光ＨＲＬａは、基点５１を通ってホログラム素子４０を透過した後、反射ミラー９９ａに垂直に入射する。当該入射した作製参照光ＨＲＬａは、入射方向と反対方向に反射され、ホログラム素子作製用の作製信号光ＨＳＬａとして、同一の光路を進んで角度αでホログラム素子４０の裏面に照射される。このとき、作製参照光ＨＲＬａと作製信号光ＨＳＬａとが干渉し、その干渉縞の強度分布がホログラム５５ａとしてホログラム素子４０に記録される。作製信号光ＨＳＬａは、基点５１を通る。
【００５５】
また、ホログラム素子４０に対して角度βで入射する作製参照光ＨＲＬｂと、反射ミラー９９ｂで反射された作製信号光ＨＳＬｂとの干渉縞が、ホログラム５５ｂとしてホログラム素子４０に多重記録される。同様にして、ホログラム素子４０にホログラム５５ｃ〜５５ｅが多重記録される。なお、５つのホログラム５５ａ〜５５ｅが設けられているのは一例であって、任意の数のホログラムが記録され得る。
【００５６】
ホログラム素子４０にホログラムを多重記録する場合、図４に示したように、ホログラム素子４０を固定しておき、作製参照光ＨＲＬの入射角度および反射ミラー９９の位置を記録ごとに変化させる。これにより、ホログラム素子４０の所望の位置にホログラムを多重記録することができる。または、作製参照光ＨＲＬの進行方向および反射ミラー５３の位置を固定しておき、基点５１に対するホログラム素子４０の位置および設置角度を変えて、ホログラムを多重記録してもよい。
【００５７】
上述した多重記録とは、ホログラム素子４０の同一領域にホログラムが重なって記録されることをいう。多重記録することで、角度αと角度βとの差を細かくとることができ、対応できる角度を増やせる利点がある。
【００５８】
ある領域に多重記録できるホログラムの数の上限は、ホログラム素子４０のＭナンバーおよび各ホログラムの回折効率によって決まる。Ｍナンバーとは、同一個所に記録することのできる回折効率１００％のホログラムの最大数である。Ｍナンバーがｍであるホログラム素子の一箇所に多重記録できる回折効率η％のホログラムの最大数Ｈは、以下の式により表わされる。
【００５９】
Ｈ＝ｍ／√（η／１００）
たとえば、Ｍナンバーが１０のホログラム素子に、各ホログラムの回折効率が１００％となるようにホログラムを多重記録する際、ある一定の領域に多重記録できるホログラムの最大数は１０個となる。このホログラム素子をホログラム記録再生装置１０に用いる場合、記録されるホログラムの回折効率は、５０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。なお、記録されるホログラムの回折効率は、記録する際に照射する作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの露光量によって調整することができる。
【００６０】
上記の作製方法を用いてホログラム素子４０を作製する場合、ある領域に多重記録されるホログラムの数は、作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの光束径によって決まるホログラムの大きさと、多重記録する際の作製参照光ＨＲＬの入射角度ピッチと、基点５１からホログラム素子４０までの距離とによって決められる。
【００６１】
よって、ホログラム素子４０にホログラムを多重記録する際、ホログラムを数多く多重記録するためには、ホログラム素子４０のＭナンバーおよび求める回折効率に応じて、作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの光束径と、作製参照光ＨＲＬの入射角度ピッチと、基点５１からホログラム素子４０までの距離とを調整することが望ましい。
【００６２】
ホログラム素子４０を使用するホログラム記録再生装置１０に必要な仕様、例えば、上記の光束径および入射角度ピッチが定められている場合には、ホログラム素子４０を作製する際に、これらを考慮して、用いるホログラム素子４０のＭナンバーと基点５１からホログラム素子４０までの距離とを選択する必要がある。
【００６３】
また、ホログラム素子４０の作製時、常に一定の露光量で多重記録すると、ホログラム素子４０に対する作製参照光ＨＲＬおよび作製信号光ＨＳＬの入射角によって生じるホログラムの大きさが異なる。そのため、再生時、再生参照光ＣＲＬをホログラム素子４０に照射する角度によって回折効率が異なってしまう。この問題を回避するためには、多重記録時の露光量を調整することが好ましい。
【００６４】
以上のようにして作製されたホログラム素子４０には、図５に示すように、基点５１を中心とする円弧上に、円弧の接線方向に干渉縞が形成されたホログラム５５ａ〜５５ｅが重なって記録されている。
【００６５】
図６は、図５において作製されたホログラム素子４０の動作原理について説明するための模式図である。
【００６６】
上述のように干渉縞が多重記録されたホログラム素子４０に対し、ホログラム素子４０の作製時と同様に、すなわち、図６に示したように、基点５１を通過する参照光ＲＬａを照射する。ホログラムの原理により、干渉縞として記録されているホログラム５５ａから、図５の作製信号光ＨＳＬａと同一の光路をとる回折光ＦＬａが発生する。図５で説明したのと同様に、図６の矢印で示される光束は、各々が平行光であって収束も発散もせず無限にその光束径を保つ。
【００６７】
また、参照光ＲＬｂを照射すると、図５の作製信号光ＨＳＬｂと同一の光路をとる回折光ＦＬｂが発生する。同様にして、回折光ＦＬｃ〜ＦＬｅが発生する。このようにして発生する回折光ＦＬａ〜ＦＬｅは、参照光ＲＬａ〜ＲＬｅがホログラム素子４０にどのような角度で入射した場合においても、基点５１を通る。
【００６８】
上記のように、ホログラム素子４０は、入射された参照光ＲＬに対して、その入射角度に関わらず、進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生する。このため、入射する参照光ＲＬの入射角度が変化しても、従来の反射ミラーのようにホログラム素子４０の設置角度等を変化させることなく、入射する参照光ＲＬに対して進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生させることができる。
【００６９】
また、ホログラム素子４０の作製において、多重記録時に記録ごとに露光量を調整しておくことで、どの角度で入射する参照光ＲＬに対しても、一定の回折効率で回折光を派生させることもできる。
【００７０】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、ホログラム素子４０を作製してホログラム記録再生装置１０の再生参照光光学系の位置に設置することにより、従来の反射ミラーのように再生参照光光学系の位置や角度を調整することなく、入射する参照光ＲＬに対して進行方向が反対向きの回折光ＦＬを発生させることができる。これにより、小型でかつ光学系の調整が容易なホログラム記録再生装置を構築できる。
【００７１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】この発明の実施の形態によるホログラム記録再生装置１０の構成を示した図である。
【図２】図１のホログラム記録再生装置１０の記録時の動作を説明するための部分拡大図である。
【図３】図１のホログラム記録再生装置１０の再生時の動作を説明するための部分拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態によるホログラム素子作製装置９０の構成を示した図である。
【図５】図４において説明したホログラム素子４０の作製方法について説明するための模式図である。
【図６】図５において作製されたホログラム素子４０の動作原理について説明するための模式図である。
【図７】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００の記録時の構成を示した図である。
【図８】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ａの再生時の構成を示した図である。
【図９】従来の角度多重記録方式のホログラム記録再生装置１００Ｂの再生時の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，１００，１００Ａ ホログラム記録再生装置、１１，９１，１０１ レーザ光源、１２，９２，１０２ スペイシャルフィルタ、１３，９３，１０３ シャッター、１４，９４，１０４ コリメートレンズ、１５，２３，９５，１０５，１１３ 半波長板、１６，１８，９６，１０６，１０８ 偏光ビームスプリッタ、１７，１０７ ビームエキスパンダ、１９，１０９ 空間光変調器、２０，１１０ 撮像素子、２１，２６，１１１，１１６ リレーレンズ、２２，１１２ ポリトピックアパーチャ、２４，１１４ 対物レンズ、２５，９８，１１５、１４３ 角度回転ミラー、３０，１２０ ホログラム記録媒体、４０ ホログラム素子、４１，９７ １／４波長板、５１ 基点、９０ ホログラム素子作製装置、９９ 反射ミラー、１４０ 再生参照光光学系、１４１ レンズ、１４２ 固定反射ミラー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子であって、
前記ホログラム素子の外にある基点を通り前記ホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、前記ホログラムは、前記光束を入射方向と逆向きに進む回折光として前記基点を通るように出射する、ホログラム素子。
【請求項２】
前記光束の各々および前記回折光の各々は、いずれも平行光である、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項３】
前記ホログラムは多重記録されている、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項４】
前記ホログラムは、前記ホログラム素子に対する前記光束の入射角度を変えて多重記録されており、前記光束の入射角度によらず一定の回折効率で前記回折光を出射する、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項５】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製装置であって、
前記ホログラム素子作製用の作製参照光が前記ホログラム素子に入射する角度および位置を調整する偏向部と、
前記偏向部に合わせて円弧状に移動し、前記ホログラム素子を透過した後の前記作製参照光を垂直に受けて、前記ホログラム素子作製用の作製信号光として、前記作製参照光の前記ホログラム素子への入射位置に反射する反射部とを備える、ホログラム素子作製装置。
【請求項６】
前記偏向部の角度を調整して前記作製参照光と前記作製信号光とを前記ホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録する、請求項５に記載のホログラム素子作製装置。
【請求項７】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製方法であって、
前記ホログラム素子作製用の作製参照光が前記ホログラム素子に入射する角度および位置を調整するステップと、
前記ホログラム素子を透過した後の前記作製参照光を、前記ホログラム素子作製用の作製信号光として、前記作製参照光の前記ホログラム素子への入射位置に垂直に反射するステップと、
前記作製参照光と前記作製信号光とを前記ホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録するステップとを含む、ホログラム素子作製方法。
【請求項８】
ホログラム記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、
再生参照光が前記ホログラム記録媒体に入射する角度および位置を調整する偏向部と、
前記ホログラム記録媒体を透過した再生参照光を、入射角度に関わらず進行方向の逆向きに回折光として反射するホログラム素子とを備える、ホログラム再生装置。
【請求項９】
前記ホログラム素子は、請求項１〜４のいずれかに記載のホログラム素子である、請求項８に記載のホログラム再生装置。
【請求項１】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子であって、
前記ホログラム素子の外にある基点を通り前記ホログラム素子へ入射する光束を受けるホログラムを含み、前記ホログラムは、前記光束を入射方向と逆向きに進む回折光として前記基点を通るように出射する、ホログラム素子。
【請求項２】
前記光束の各々および前記回折光の各々は、いずれも平行光である、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項３】
前記ホログラムは多重記録されている、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項４】
前記ホログラムは、前記ホログラム素子に対する前記光束の入射角度を変えて多重記録されており、前記光束の入射角度によらず一定の回折効率で前記回折光を出射する、請求項１に記載のホログラム素子。
【請求項５】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製装置であって、
前記ホログラム素子作製用の作製参照光が前記ホログラム素子に入射する角度および位置を調整する偏向部と、
前記偏向部に合わせて円弧状に移動し、前記ホログラム素子を透過した後の前記作製参照光を垂直に受けて、前記ホログラム素子作製用の作製信号光として、前記作製参照光の前記ホログラム素子への入射位置に反射する反射部とを備える、ホログラム素子作製装置。
【請求項６】
前記偏向部の角度を調整して前記作製参照光と前記作製信号光とを前記ホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録する、請求項５に記載のホログラム素子作製装置。
【請求項７】
入射された光束を偏向させるためのホログラム素子を作製するホログラム素子作製方法であって、
前記ホログラム素子作製用の作製参照光が前記ホログラム素子に入射する角度および位置を調整するステップと、
前記ホログラム素子を透過した後の前記作製参照光を、前記ホログラム素子作製用の作製信号光として、前記作製参照光の前記ホログラム素子への入射位置に垂直に反射するステップと、
前記作製参照光と前記作製信号光とを前記ホログラム素子の所定の位置で干渉させることにより多重記録するステップとを含む、ホログラム素子作製方法。
【請求項８】
ホログラム記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、
再生参照光が前記ホログラム記録媒体に入射する角度および位置を調整する偏向部と、
前記ホログラム記録媒体を透過した再生参照光を、入射角度に関わらず進行方向の逆向きに回折光として反射するホログラム素子とを備える、ホログラム再生装置。
【請求項９】
前記ホログラム素子は、請求項１〜４のいずれかに記載のホログラム素子である、請求項８に記載のホログラム再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２０１３４（Ｐ２００９−２０１３４Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８０４７０（Ｐ２００７−１８０４７０）
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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