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WO2008018124A1 - Hologram recording device - Google Patents

Hologram recording device Download PDF

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WO2008018124A1
WO2008018124A1 PCT/JP2006/315717 JP2006315717W WO2008018124A1 WO 2008018124 A1 WO2008018124 A1 WO 2008018124A1 JP 2006315717 W JP2006315717 W JP 2006315717W WO 2008018124 A1 WO2008018124 A1 WO 2008018124A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
recording
hologram
objective lens
amplitude
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2006/315717
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazushi Uno
Koichi Tezuka
Hiroyasu Yoshikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Priority to JP2008528676A priority patent/JPWO2008018124A1/ja
Priority to PCT/JP2006/315717 priority patent/WO2008018124A1/ja
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Priority to US12/356,992 priority patent/US7719734B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
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    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G—PHYSICS
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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
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/51—Intensity, power or luminance
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2240/00—Hologram nature or properties
    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/52—Exposure parameters, e.g. time, intensity
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • 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
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms

Definitions

  • the present invention relates to a hologram recording apparatus that records a hologram by interference between recording light and reference light.
  • a conventional hologram recording apparatus is disclosed in Patent Document 1. What is disclosed in this document irradiates recording light modulated by a spatial light modulation element perpendicularly to a hologram recording medium, and obliquely irradiates reference light so as to overlap this recording light.
  • the hologram is recorded by the interference with the reference beam. Recording light and reference light are generated by separating laser light emitted from a light source by a beam splitter.
  • a telecentric objective lens is disposed between the spatial light modulator and the hologram recording medium. Such a telecentric objective lens is generally designed so that the aberration is as small as possible. For example, the wavefront aberration at the best image plane is suppressed to 0.5 rms or less.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-319372
  • the above-described conventional hologram recording apparatus has the following problems because the aberration of the objective lens is extremely small.
  • M is the irradiation area of the best image plane of the recording light
  • F is the irradiation area of the reference light on the best image plane.
  • Such a reproduction error is considered to be largely related to the imaging performance of the objective lens.
  • the aberration of the objective lens is set to 0 as much as possible, and the amplitude and light intensity of the recording light and the reference light are optically manipulated so as to emphasize the interference fringes of the zero-order image on the best image surface of the recording light, Interference fringes are not clearly formed in other primary and secondary images, and the hologram
  • the contrast of the entire image is not good.
  • a hologram is not recorded with good contrast.
  • a portion other than the best image plane is irradiated with reference light to generate reproduction light.
  • a hologram reproduction image is obtained by receiving the reproduction light with an imaging element.
  • recorded holograms include those with good contrast and those with poor contrast, so that only a poorly reproduced image as a whole can be obtained. If the aberration of the objective lens is made too small, a reproduction error will occur. There was the difficulty of becoming more.
  • An object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus capable of recording a hologram so that a reproduction error does not occur! /.
  • the present invention takes the following technical means.
  • a hologram recording apparatus includes a beam splitter that separates laser light from a light source into recording light and reference light, and a spatial light modulator that modulates the recording light in accordance with information to be recorded.
  • An objective lens that focuses the modulated recording light on a predetermined portion of the hologram recording medium; and a reference optical system that irradiates the reference light on the predetermined portion so as to overlap the recording light.
  • the hologram recording apparatus records a hologram at the predetermined position by interference between the recording light and the reference light, and the objective lens is configured to have a predetermined aberration and is incident on the beam splitter.
  • the light intensity of the laser light is 1, the light intensity of the recording light and the reference light separated by the beam splitter is P, 1 P, and whether the recording light is the beam splitter.
  • the optical magnification up to the objective lens is a, the number of pixels used for modulation of the recording light in the spatial light modulator is N, and the amplitude of the recording light at the predetermined portion is the amplitude of the reference light.
  • the predetermined aberration is set so as to satisfy the following equation when the recording light amplitude is X times that when the recording light amplitude is 0: .
  • the predetermined aberration is preferably set so as to satisfy the condition of the following expression, under the condition of 0.25 ⁇ k ⁇ 4.
  • the objective lens has a composite lens force in which a spherical lens and an aspheric lens are combined.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a hologram recording apparatus to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a main part configuration diagram of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a main part configuration diagram of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining optical characteristics of a hologram recording medium.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the reproduction characteristics of the hologram recording apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining reproduction characteristics of a conventional hologram recording apparatus.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the reproduction characteristics of a conventional hologram recording apparatus.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a hologram recording apparatus according to the present invention.
  • the hologram recording apparatus A records a hologram on the hologram recording medium B by an angle multiple recording method, and is configured to be able to reproduce the recorded hologram. It is.
  • This hologram recording apparatus A includes a light source 1, a collimator lens 2, Beam splitter 3, recording light zoom lens 4, spatial light modulator 5, first half mirror 6, objective lens 7, first reflecting member 8, reference light zoom lens 9, second reflecting member 10
  • the second half mirror 20, the image sensor 21 for reproduction, the condensing lens 22 for servo, and the light receiving sensor 23 for servo are configured.
  • the hologram recording medium B has a structure in which a support substrate layer 100, a reflection layer 101, a recording layer 102, and a transparent substrate layer 103 are laminated in that order, and is formed in a disk shape.
  • a hologram having an interference fringe force is recorded by irradiating the recording light and the reference light so as to overlap each other.
  • Embossed pits are formed on the reflective layer 101 (not shown), and the servo light-receiving sensor 23 detects changes in reflected light caused by these embossed pits, so that track control, focus control, and further Servo control such as tilt control is performed.
  • the light source 1 is made of, for example, a semiconductor laser element, and emits laser light having a relatively narrow band and high coherence.
  • the collimator lens 2 converts the laser light emitted from the light source 1 into parallel light.
  • the parallel light emitted from the collimator lens 2 is separated into the recording light S and the reference light R by the beam splitter 3.
  • the recording light S is incident on the spatial light modulator 5 after the beam diameter is enlarged by the zoom lens 4 for recording light.
  • the reference light R is irradiated onto the hologram recording medium B through the first reflecting member 8, the reference light zoom lens 9, and the second reflecting member 10 in this order.
  • the second reflecting member 10 is composed of, for example, a galvanometer mirror. As a result, the reference light R is irradiated onto the hologram recording medium B while changing the incident angle.
  • the spatial light modulator 5 also has a transmissive liquid crystal device force, for example.
  • the incident recording light is modulated into light having a pixel pattern corresponding to information to be recorded.
  • the recording light emitted from the spatial light modulator 5 is transmitted through the first half mirror 6 and then irradiated onto a predetermined part of the hologram recording medium B through the objective lens 7.
  • reference light interferes with the hologram in the hologram recording layer 102, which is an irradiation site, to generate reproduction light.
  • This reproduction light passes through the objective lens 7, the first half mirror 6, and the second half mirror 120.
  • the light is received by the image sensor 21 for reproduction. As shown in FIG.
  • the objective lens 7 is a compound lens in which a double-sided aspherical convex lens 70 and a double-sided spherical concave lens 71 are combined. It becomes.
  • the convex lens 70 is disposed on the incident side of the recording light S, and the concave lens 71 is disposed on the outgoing side of the recording light S.
  • Such an objective lens 7 is given a predetermined wavefront aberration, so that only the spatial light modulator 5 side (incident side) is kept telecentric.
  • the best image plane of the recording light S is formed on the recording layer 102 of the hologram recording medium B. Assuming that the irradiation area of this recording light S on the best image plane is M and the irradiation area of the reference light on this best image plane is F, these irradiation areas M and F are the reasons described in the background section. The following relationship holds.
  • the light intensity of the laser light incident on the beam splitter 3 is 1, the incident area is 1, and the light intensities of the recording light S and the reference light R separated by the beam splitter 3 are P 1 and P ,
  • the optical magnification (optical magnification of the zoom lens 4) until the recording light S reaches the objective lens 7 from the beam splitter 3 is a, and the spatial light modulator 5 uses the pixels used for modulating the recording light S.
  • the number is N
  • the light intensity is inversely proportional to the irradiation area, and the light intensity squared is the light intensity. Therefore, if the wavefront aberration power of the objective lens 7 is ⁇ , the recording on the best image plane
  • the amplitude fs of light S is as follows.
  • the amplitude fr of the reference light R is as follows when the optical magnification until reaching the hologram recording medium B (the optical magnification of the lens 9) is b.
  • the amplitude fs at the best image plane is 1 of the amplitude fr of the reference light R.
  • the wavefront aberration of the objective lens 7 is designed to be X times that when the amplitude fs of the recording light S is 0, and X satisfies the above formula 9.
  • the aberration by the spatial light modulator 5 is about 280 m rms as an example, and the wavefront aberration of the objective lens 7 including this is about 1.9 rms.
  • the wavefront aberration of the objective lens 7 is about 2.5 rms.
  • k which is the amplitude ratio between the amplitude fs of the recording light S and the amplitude fr of the reference light R
  • the relationship between this k and the change in the diffraction efficiency 7? Become.
  • the change in diffraction efficiency 7? Shown on the vertical axis in the figure corresponds to the decrease in the imaging signal in the SN ratio.
  • the light intensity I required for the diffraction of the recording light S and the reference light R is expressed by the following equation using these amplitudes fs and fr.
  • the light intensity I required for the diffraction of the recording light S and the reference light R can be modified from the above equations 10 and 11 as follows.
  • the diffraction efficiency 7? Decreases to less than half when the amplitude ratio k increases to about 4 times.
  • the bit width of the analog-to-digital converter in the image sensor 21 needs to be 7 bits or more because of the error rate.
  • the analog / digital converter The actual bit width of the barter is 6 bits or more. This means that only an error of 2 gradations is allowed for 128 gradations, that is, the SN ratio needs to be 36 dB or more.
  • the data transfer rate is 500 Mbps
  • the effective number of pixels by double oversampling is 25%
  • the total number of pixels is 2048X2048
  • the effective transfer rate is 50% by applying the so-called 2/4 encoding method. If the time required for driving and the exposure time required for imaging are increased by 50% and the exposure cycle is 2000 Zsec, the exposure time T is approximately 0.5 msec from the following equation.
  • the laser output of the light source 1 is a maximum of lOOmW in the wavelength region of 405 nm, and taking into account the optical loss until the recording light S reaches the hologram recording medium B, it is 40% or less at best.
  • Hologram recording medium When reproduction light having B force travels to the image sensor 21, it becomes 50% or less.
  • the diffraction efficiency 7? Is IE-3 or less and the fill factor is 0.5 or less.
  • the light intensity Ip given to each pixel is as follows.
  • the photon energy 5E-19J force in the wavelength region of 405 nm is as follows.
  • the number of photons is 4000 at the maximum.
  • the number of photons in the dark is 50 or more, and the maximum SN ratio is reached.
  • the force is about S38dB.
  • the SN ratio is 32 dB, which is less than 36 dB, so that the amplitude ratio k is It is set to satisfy!
  • Equation 9 is substantially as follows.
  • the pixel of the spatial light modulator 5 is set to 1024 X 768, and a 2Z4 encoding method that transmits light at 25% of the total number of pixels is adopted.
  • the laser light is separated by the beam splitter 3 so that the light intensity of the recording light S and the reference light R is 50% all the time, and the optical magnification a of the zoom lens 4 is set to 6 times.
  • the wavefront aberration of the objective lens 7 is designed to be 0 ⁇ X ⁇ 4.02E-6.
  • the hologram recording apparatus A of the present embodiment since an appropriate level of wavefront aberration is given to the objective lens 7, the hologram is recorded so that no reproduction error occurs. Can do.

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Description

明 細 書
ホログラム記録装置
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 装置に関する。
背景技術
[0002] 従来のホログラム記録装置としては、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、空間光変調素子によって変調された 記録光を垂直に照射するとともに、この記録光と重なるように参照光を斜めに照射し 、これら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ように構成されたもの である。記録光および参照光は、光源から出射したレーザ光をビームスプリッタにより 分離することで生成される。空間光変調素子とホログラム記録媒体との間には、テレ セントリック系の対物レンズが配置されている。このようなテレセントリック系の対物レン ズは、一般的に収差ができる限り小さくなるよう設計されており、たとえば最良像面に おける波面収差は、 0. 5 rms以下に抑えられている。
[0003] 特許文献 1 :特開平 7— 319372号公報
[0004] しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、対物レンズの収差が極めて小 さいため、以下に説明するような問題がある。
[0005] 記録光の最良像面がホログラム記録媒体の内部に形成されるとし、この記録光の 最良像面における照射面積を M、この最良像面における参照光の照射面積を Fとし た場合、図 5や図 6に示すように、 FZMとなる照射面積比が 0. 6程度より小さくなると 、ホログラムを再生する際にエラーが頻出する。これは、撮像信号により得られる SN 比の傾向からも明らかである。
[0006] このような再生エラーは、対物レンズの結像性能が大きく関係していると考えられる 。たとえば、対物レンズの収差をできる限り 0とした上で、記録光の最良像面において 0次像の干渉縞を強調するように記録光および参照光の振幅や光強度などを光学操 作すると、他の 1次像や 2次像などでは干渉縞がはっきりと形成されず、ホログラムの 像全体としてはコントラストが良好にならない。当然、最良像面に一致しない部位に おいても、コントラストが良好な状態でホログラムが記録されない。再生時には、最良 像面以外の部位にも参照光が照射されることで再生光が生じ、この再生光を撮像素 子により受光することでホログラムの再生像が得られる。つまり、記録されたホログラム には、コントラストが良好なものとそうでないものとが含まれるため、全体としては不鮮 明な再生像しか得られず、対物レンズの収差をあまりに小さくすると、再生エラーが多 くなるという難点があった。
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、再生エラー が生じな!/、よう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を提供するこ とをその課題としている。
[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] 本発明により提供されるホログラム記録装置は、光源からのレーザ光を記録光と参 照光に分離するビームスプリッタと、記録すべき情報に応じて上記記録光を変調する 空間光変調器と、変調された上記記録光をホログラム記録媒体の所定部位に集光さ せる対物レンズと、上記所定部位にお!、て上記記録光と重なるように上記参照光を 照射させる参照光学系とを備え、上記記録光と参照光との干渉によって上記所定部 位にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記対物レンズは、所定の 収差をもつように構成されており、上記ビームスプリッタに入射する上記レーザ光の 光強度を 1、上記ビームスプリッタによって分離される上記記録光および参照光の光 強度をそれぞれ P、 1 P、上記記録光が上記ビームスプリッタから上記対物レンズに 達するまでの間における光学倍率を a、上記空間光変調器において上記記録光の 変調に供せられる画素数を Nとし、上記所定部位における上記記録光の振幅が上記 参照光の振幅の lZk倍となり、かつ、上記記録光の振幅が収差 0の場合の X倍にな るとした場合、上記所定の収差は、下記式の条件を満たすように設定されていること を特徴としている。
[0010] [数 1]
Figure imgf000005_0001
[0011] 上記所定の収差は、 0. 25<k<4となる条件により、好ましくは下記式の条件を満 たすように設定されている。
[0012] [数 2]
Figure imgf000005_0002
[0013] 好ましくは、上記対物レンズは、球面レンズと非球面レンズとを組み合わせた複合レ ンズ力 なる。
図面の簡単な説明
[0014] [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全体構成図であ る。
[図 2]図 1に示すホログラム記録装置の要部構成図である。
[図 3]ホログラム記録媒体の光学的特性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再生特性を説明するための説明図である。
[図 5]従来におけるホログラム記録装置の再生特性を説明するための説明図である。
[図 6]従来におけるホログラム記録装置の再生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
[0015] 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〜
4は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示して 、る。
[0016] 図 1に示すように、ホログラム記録装置 Aは、ホログラム記録媒体 Bに対して角度多 重記録方式によりホログラムを記録するものであり、記録されたホログラムを再生可能 にも構成されたものである。このホログラム記録装置 Aは、光源 1、コリメータレンズ 2、 ビームスプリッタ 3、記録光用のズームレンズ 4、空間光変調器 5、第 1のハーフミラー 6、対物レンズ 7、第 1の反射部材 8、参照光用のズームレンズ 9、第 2の反射部材 10 、第 2のハーフミラー 20、再生用の撮像素子 21、サーボ用の集光レンズ 22、および サーボ用の受光センサ 23を有して構成されている。
[0017] ホログラム記録媒体 Bは、支持基板層 100、反射層 101、記録層 102、および透明 基板層 103をその順に積層した構造をもち、ディスク状に形成されたものである。記 録層 102には、記録光と参照光とが重なるように照射されることで干渉縞力もなるホロ グラムが記録される。反射層 101には、エンボスピットが形成されており（図示略）、こ のエンボスピットによる反射光の変化をサーボ用の受光センサ 23が検知することによ り、トラック制御やフォーカス制御、さらにはチルト制御といったサーボ制御が行われ る。
[0018] 光源 1は、たとえば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高いレ 一ザ光を出射する。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から出射した平行光は、ビームスプリッタ 3によって記録光 Sと参照光 Rに分離される。記録光 Sは、記録光用のズームレンズ 4によってビーム径 が拡大された後、空間光変調器 5に入射する。参照光 Rは、第 1の反射部材 8、参照 光用のズームレンズ 9、および第 2の反射部材 10を順に経てホログラム記録媒体 Bに 照射される。第 2の反射部材 10は、たとえばガルバノミラーで構成されている。これに より、参照光 Rは、ホログラム記録媒体 Bに対して入射角を変化させながら照射される
[0019] 空間光変調器 5は、たとえば透過型の液晶デバイス力もなる。この空間光変調器 5 では、入射した記録光が記録すべき情報に応じた画素パターンの光に変調される。 空間光変調器 5から出射した記録光は、第 1のハーフミラー 6を透過し、その後、対物 レンズ 7を介してホログラム記録媒体 Bの所定部位に照射される。再生時には、照射 部位となるホログラム記録層 102において参照光がホログラムと干渉することで再生 光が生じ、この再生光が対物レンズ 7、第 1のハーフミラー 6、および第 2のハーフミラ 一 20を通って再生用の撮像素子 21に受光される。対物レンズ 7は、図 2に示すように 、両面非球面の凸レンズ 70と両面球面の凹レンズ 71とを組み合わせた複合レンズか らなる。凸レンズ 70は、記録光 Sの入射側に配置されており、凹レンズ 71は、記録光 Sの出射側に配置されている。このような対物レンズ 7には、所定の波面収差が付与 されており、空間光変調器 5側 (入射側）のみテレセントリックを保つようになつている
[0020] 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。
[0021] 記録光 Sの最良像面は、ホログラム記録媒体 Bの記録層 102に形成される。この記 録光 Sの最良像面における照射面積を M、この最良像面における参照光の照射面 積を Fとした場合、これらの照射面積 M, Fは、背景技術の欄で説明した理由力 次 の関係が成立している。
[0022] [数 3]
0.6M く
Figure imgf000007_0001
[0023] ビームスプリッタ 3に入射するレーザ光の光強度を 1、その際の入射面積を 1、この ビームスプリッタ 3によって分離される記録光 Sおよび参照光 Rの光強度をそれぞれ P 、 1— P、記録光 Sがビームスプリッタ 3から対物レンズ 7に達するまでの間における光 学倍率 (ズームレンズ 4の光学倍率)を a、空間光変調器 5にお 、て記録光 Sの変調 に用いられる画素数を Nとした場合、光強度は照射面積に反比例し、光の振幅を二 乗したものが光強度となるので、仮に対物レンズ 7の波面収差力^であるならば、最良 像面における記録光 Sの振幅 fsは、次のようになる。
[0024] [数 4]
Figure imgf000007_0002
本実施形態では、対物レンズ 7が所定の波面収差をもっため、記録光 Sの振幅 は 、次式に示すように波面収差 0の場合の X倍になる。 [0026] [数 5]
Figure imgf000008_0001
[0027] 一方、参照光 Rの振幅 frは、ホログラム記録媒体 Bに達するまでの光学倍率 (ズ、 ムレンズ 9の光学倍率）を bとした場合、次のようになる。
[0028] [数 6]
Figure imgf000008_0002
[0029] 上記記録光 Sについては、その最良像面における振幅 fsが参照光 Rの振幅 frの 1
Zk倍となって ヽると考え、次式の関係が成立して!/ヽるものとする。
[0030] [数 7]
Figure imgf000008_0003
Figure imgf000008_0004
[0031] ここで、参照光 Rの光束がけられることなくホログラム記録媒体 Bに達したとき、この 参照光 Rの照射面積 Fは、ビームスプリッタ 3に対するレーザ光の入射面積を 1とした 場合の b倍になるため、 F=bとなる。この照射面積 F (=b)は、式 3で示した条件より 0 . 6Mよりも大きくなることから、次式が成立している。
[0032] [数 8]
Figure imgf000009_0001
[0033] 上記式 8を Xで整理すると、次のようになる。
[0034] [数 9]
Figure imgf000009_0002
[0035] すなわち、対物レンズ 7の波面収差は、記録光 Sの振幅 fsが波面収差 0の場合の X 倍となり、かつ、 Xが上記式 9を満たすように設計されている。本実施形態では、空間 光変調器 5による収差が一例として 280m rms程度であり、これを含めて対物レン ズ 7の波面収差が 1. 9 rms程度となっている。対物レンズ 7の光軸をホログラム記 録媒体 Bに対して 28° 程度傾けた場合、対物レンズ 7の波面収差は、 2. 5 rms程 度となる。
[0036] さらに、記録光 Sの振幅 fsと参照光 Rの振幅 frとの振幅比となる kに関し、この kと回 折効率 7?の変化との関係については、図 3のような傾向となる。同図の縦軸に示され る回折効率 7?の変化分は、 SN比における撮像信号の低下分に相当する。記録光 S と参照光 Rとの回折に要する光強度 Iは、これらの振幅 fs, frを用いて次式で表される
[0037] [数 10]
Figure imgf000009_0003
f 1
[0038] 光源 1から発せられたレーザ光は、単位時間当たりの光強度が一定のため、記録 光 Sおよび参照光 Rの光強度に関しては、次式が成立する。 [0039] [数 11]
Figure imgf000010_0001
[0040] 記録光 Sと参照光 Rとの回折に要する光強度 Iについては、上記式 10, 11から次式 のように変形することができる。
[0041] [数 12]
Figure imgf000010_0002
[0042] ホログラム記録媒体 Bの光学特性としては、付与された光強度 Iと回折効率 7?との間 に理想的には次のような関係が成立する。
[0043] [数 13]
Figure imgf000010_0003
[0044] たとえば、ホログラム記録媒体 Bの材料にフォトポリマーを用いた場合、実際には次 のような関係となる。
[0045] [数 14]
Figure imgf000010_0004
[0046] 図 3に示すように、回折効率 7?は、振幅比 kが 4倍程度まで大きくなると、半分以下 に低下する。
[0047] 次に、再生用の撮像素子 21の性能に着目する。図 4に示すように、撮像素子 21に おけるアナログデジタルコンバータのビット幅は、エラーレートとの関係から 7ビット以 上が必要である。このとき、検知誤差が 1ビット以下であれば、アナログデジタルコン バータの実質的なビット幅は、 6ビット以上となる。これは、 128階調に対して 2階調分 の誤差のみが許されることを意味しており、すなわち、 SN比が 36dB以上になる必要 がある。
[0048] たとえば、データ転送速度が 500Mbps、 2倍オーバサンプリングによる実効画素数 を 25%、全体の画素数を 2048X2048、いわゆる 2/4符号化法の適用により実効 転送速度を 50%、機械的な駆動に要する時間と撮像に要する露光時間とを 50%ず つとし、露光周期を 2000Zsecとした場合、次式から露光時間 Tは、 0.5msec程度と なる。
[0049] [数 15]
2048 -2048 -0.25-0.5-2000 · T = 1024 -1024 -500
[0050] 光源 1のレーザ出力は、 405nmの波長域で最大 lOOmWであり、ホログラム記録媒 体 Bに記録光 Sが達するまでの光学的な損失を考慮した場合、最良でも 40%以下と なり、ホログラム記録媒体 B力もの再生光が撮像素子 21へと進行する場合には、 50 %以下となる。また、ホログラム記録媒体 Bの材料としてフォトポリマーを用いる場合、 回折効率 7?は IE— 3以下、フィルファクタは 0.5以下となる。このような条件力 各画 素に付与される光強度 Ipは、次のようになる。
[0051] [数 16] τ 100-0.4-0.5-0.001-4-0.5 „ Q_c , . , , Ιρ = = 0.95 Ε— 11(W / pixel )
1024-1024-4
[0052] lsecを基準とし、光電変換効率を 42%とすると、 405nmの波長域におけるフオトン エネルギ 5E - 19J力 フオトン密度 Pは、次のようになる。
[0053] [数 17]
Ώ 0.95x10— u'0.42 Λ 0ϋ , ， + , ■ Λ , 、 Ρ = = 0.8Ε + 7 (photons I pixel / sec)
5x10- 19
[0054] このとき、露光時間が 0.5msecなので、フオトン数は、最大 4000個となる。一方、撮 像素子 21においては、暗時におけるフオトン数が 50個以上になり、 SN比の最大値 力 S38dB程度となる。つまり、撮像素子 21に入力するフオトン数が半分になると、 SN 比が 32dBとなって 36dBを下回るため、撮像素子 21において十分な光強度の再生 光を得るように、振幅比 kが次の条件を満たすように設定されて!、る。
[0055] [数 18]
0.25 く
Figure imgf000012_0001
く
[0056] この式 18の条件から、式 9は、実質的には次のようになっている。
[0057] [数 19]
Figure imgf000012_0002
[0058] 以上説明した光学条件に基づき、本実施形態においては、空間光変調器 5の画素 を 1024 X 768とし、全画素数の 25%で光を透過させる 2Z4符号ィ匕法を採用し、記 録光 Sおよび参照光 Rの光強度が 50%ずっとなるようにビームスプリッタ 3でレーザ 光を分離し、ズームレンズ 4の光学倍率 aを 6倍に設定している。これにより、対物レン ズ 7の波面収差は、 0<X<4. 02E— 6となるように設計されている。
[0059] 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、対物レンズ 7に適切なレ ベルの波面収差が与えられて 、るため、再生エラーが生じな 、ようにホログラムを記 録することができる。また、再生エラーを防止するための複雑な仕組みを設ける必要 なぐ単純に対物レンズ 7に収差を付与するだけで簡単に構成することができ、信頼 性および装置間のばらつきなどを良好とすることができる。
[0060] 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。
[0061] 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] 光源からのレーザ光を記録光と参照光に分離するビームスプリッタと、記録すべき 情報に応じて上記記録光を変調する空間光変調器と、変調された上記記録光をホロ グラム記録媒体の所定部位に集光させる対物レンズと、上記所定部位にお!、て上記 記録光と重なるように上記参照光を照射させる参照光学系とを備え、上記記録光と 参照光との干渉によって上記所定部位にホログラムを記録するホログラム記録装置 であって、 上記対物レンズは、所定の収差をもつように構成されており、 上記ビームスプリッタに入射する上記レーザ光の光強度を 1、上記ビームスプリッタ によって分離される上記記録光および参照光の光強度をそれぞれ P、 1 P、上記記 録光が上記ビームスプリッタから上記対物レンズに達するまでの間における光学倍 率を a、上記空間光変調器にぉ 、て上記記録光の変調に供せられる画素数を Nとし 、上記所定部位における上記記録光の振幅が上記参照光の振幅の lZk倍となり、 かつ、上記記録光の振幅が収差 0の場合の X倍になるとした場合、上記所定の収差 は、下記式の条件を満たすように設定されていることを特徴とする、ホログラム記録装
[数 1]
Figure imgf000013_0001
[2] 上記所定の収差は、 O. 25<k<4となる条件により、好ましくは下記式の条件を満 たすように設定されて!、る、請求項 1に記載のホログラム記録装置。
[数 2]
Figure imgf000013_0002
[3] 上記対物レンズは、球面レンズと非球面レンズとを組み合わせた複合レンズからな る、請求項 1または 2に記載のホログラム記録装置。
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