JP2005077658A - ホログラフィック記録媒体及びホログラフィック記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】白色光再生ホログラムとデータのためのフーリエホログラムを同一のホログラフィック記録媒体に記録できるようにする。
【解決手段】ホログラフィック記録媒体１０を、白色光再生ホログラムが形成可能であり、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域１６と、多重ホログラフィック記録が可能であり、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録層領域１８と、を略同一面に備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体光及び参照光の干渉縞をホログラフィック記録するためのホログラフィック記録媒体、あるいはホログラムが記録されたホログラフィック記録媒体及びホログラフィック記録再生方法に関する。

従来、体積位相型ホログラムとしては、主としてセキュリティ技術用途の白色光再生ホログラム（分光分布がほぼ可視域全部に拡がって肉眼で白色に見える光、即ち白色光により再生可能なホログラム）とデータ記録用途のフーリエ変換ホログラムとが提案されていて、これらは別体の記録媒体とされている。

これに対して同一の記録媒体に白色光再生ホログラムとフーリエ変換ホログラムの両方を記録したいという要望がある。

例えば、白色光再生ホログラムによりその記録媒体のセキュリティを保証し、このセキュリティを保証された記録媒体に多くのデータをフーリエ変換ホログラムとして記録しておく等の用途がある。

大容量、高速転送を可能とする記録技術として、データを２次元情報としてホログラフィック記録するものがある。この場合、記録すべきデータに応じて、空間光変調器によって２次元情報を作成し、この２次元情報をフーリエレンズによって縮小させ（フーリエ変換させ）物体光として記録媒体に導き、参照光と干渉させることでホログラフィック記録を行なうようにしている。

このとき、参照光の角度等を順次変更（角度多重）しながら空間光変調器で作成する２次元情報を順次変更することによって同一体積中に複数の２次元情報を多重記録するようにしている。

又、ホログラムとして記録されたデータの再生は、記録の際に用いた同一条件の参照光（若しくは位相共役光）を記録媒体に照射することによって発生した回折光を、フーリエレンズを介して２次元情報の再生像を形成している。一方、白色光再生ホログラムは、セキュリティ用途や装飾用途として利用され、表面凹凸型ホログラムによる印刷物及び立体像を記録したものがあるが、いずれにおいても、これらはフーリエ変換することなく記録／再生され、フーリエホログラムの場合と記録／再生過程が異なるので、同一の記録媒体で白色光再生ホログラムとフーリエホログラムの両方を記録することができなかった。

この発明は、上記従来問題点に鑑みてなされたものであって、白色光再生ホログラムとフーリエホログラムの両方を記録可能なホログラフィック記録媒体及びホログラフィック記録再生方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、同一の記録媒体内に、より薄い白色光再生ホログラフィック記録層領域とより厚いフーリエホログラフィック記録層領域とを略同一面に設けることにより、白色光再生ホログラムとフーリエホログラムを同一のホログラフィック記録媒体に記録することが可能であることが分かった。

即ち、以下の本発明により上記目的を達成することができる。

（１）白色光再生ホログラムが形成可能であり、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域と、多重ホログラフィック記録が可能であり、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録層領域とを、略同一面に備えたことを特徴とするホログラフィック記録媒体。

（２）前記白色光再生ホログラフィック記録層の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下、前記フーリエホログラフィック記録層の厚さは１００μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）のホログラフィック記録媒体。

（３）少なくとも一部に白色光再生ホログラムが形成された、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域と、少なくとも一部に多重にフーリエホログラムが記録された、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録領域とを、略同一面に備えたことを特徴とするホログラフィック記録媒体。

（４）前記白色光再生ホログラフィック記録層の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下、前記フーリエホログラフィック記録層の厚さは１００μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする（３）のホログラフィック記録媒体。

（５）前記白色光再生ホログラフィック記録層に形成されたホログラムは反射型ホログラムであることを特徴とする（３）又は（４）のホログラフィック記録媒体。

（６）（１）又は（２）のホログラフィック記録媒体における前記白色光再生ホログラフィック記録層領域に対して、空間光変調器により作成された２次元パターン像を、物体光として照射することを特徴とするホログラフィック記録方法。

（７）前記空間光変調器により物体光を変調させ、前記２次元パターン像を照射するとは異なる光路とは異なる光路に切換えて、フーリエ変換してから前記ホログラフィック記録媒体における前記フーリエホログラフィック記録層領域に対して、情報光として照射することを特徴とする（６）のホログラフィック記録方法。

この発明においては、同一のホログラフィック記録媒体に、厚さの薄い白色光再生ホログラフィック記録層領域と、より厚いフーリエホログラフィック記録層領域とを設けたので、同一のホログラフィック記録媒体に白色光再生ホログラムとフーリエホログラムを形成することができるという効果を有する。

白色光再生ホログラムが形成可能であり、厚さが３μｍ以上４０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域と、多重ホログラフィック記録が可能であり、厚さが１００μｍ以上５ｍｍ以下であるフーリエホログラフィック記録層領域とを、略同一面に備えてホログラフィック記録媒体を構成することにより、同一の記録媒体に白色光再生ホログラムとフーリエホログラムとを記録するという目的を達成することができる。

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例に係るホログラフィック記録媒体１０について説明する。

このホログラフィック記録媒体１０は、１層の、ホログラム記録材料からなる記録層１２を、その両側から２枚の基板１４Ａ、１４Ｂにより挟み込んで一体的に形成したものである。

前記記録層１２は、白色光再生ホログラムが形成可能であり、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域１６と、多重ホログラフィック記録が可能であり、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録層領域１８とから構成されている。

前記１対の基板１４Ａ、１４Ｂは、例えば、記録再生波長光の無反射コーティング（ＡＲ−ｃｏａｔ）がなされたガラスや樹脂からなり、記録再生波長光を透過するようにされ、その厚みは、図１に示されるように、白色光再生ホログラフィック記録層領域１６及びフーリエホログラフィック記録層領域１８に対して、それぞれ厚さが異なり、全体の両外側面において面一となるようにされている。

前記記録層１２のホログラム記録材料としては、例えばフォトポリマーからなる材料が挙げられる。なお、白色光再生ホログラフィック記録層領域１６とフーリエホログラフィック記録層領域１８とは、同一のホログラム記録材料でもよく、又異なるホログラム記録材料であってもよい。

ここで、前記白色光再生ホログラフィック記録層領域１６は、その厚さが２μｍ以上とされているが、これは２μｍ未満の厚さの場合、ホログラムが見え難いからである。又、フーリエホログラフィック記録層領域１８の厚さは１００μｍ以上としているが、これは、データの多重記録用として最低限必要な厚さであり、２ｃｍを越えると、記録媒体の可換性、可搬性が損なわれるので、２ｃｍ以下が好ましい。

これらの値は、後述の実験による測定結果を示す表１及び表２から求めた。

表１から分るように、記録層の厚みを５ｍｍとすると３０万を越える十分な多重数が得られる。５ｍｍを越えると、ドライブ及び記録媒体の機械精度が厳しくなって、容量の増加が困難になるため、５ｍｍ以下が好ましい。

なお、白色光再生ホログラフィック記録層の厚さは、回折効率及び視野角から、厚さを３μｍ以上４０μｍ以下として、回折効率は１０％以上、視野角は２０ｄｅｇ以上とするのが好ましい。

次に、上記ホログラフィック記録媒体１０にホログラフィック記録をして白色光再生ホログラムおよびフーリエホログラムを形成する過程について説明する。

図２に示されるように、ホログラフィック記録媒体１０にホログラムを記録し、且つ再生するためのホログラフィック記録再生装置２０は、レーザ光源２２と、このレーザ光源２２から出射されたレーザビームを物体光及び参照光とに分岐するためのビームスプリッタ２４と、分岐された物体光を、記録すべきイメージ情報に応じて変調する空間光変調器２６を含む物体光学系２８と、前記ビームスプリッタ２４において分岐された参照光をホログラフィック記録媒体１０に導くための参照光学系３０とを備え、物体光学系２８からの物体光と参照光学系３０からの参照光とを、前記白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に照射して干渉させ、ここに白色光再生ホログラムを形成するものである。

ここで、前記物体光学系２８において、前記ビームスプリッタ２４と空間光変調器２６との間には光シャッター３２が設けられ、又、同物体光学系２８及び参照光学系３０には全反射ミラー３４が設けられている。

又、前記レーザ光源２２からビームスプリッタ２４までの間の光源光学系３６には、レーザ光源２２から出射されたレーザビームを拡大するためのビームエキスパンダ３８と、全反射ミラー４０と、が設けられている。前記ビームエキスパンダ３８は、コリメートレンズ３８Ａと、コリメートレンズ３８Ｃと、空間フィルターとなるピンホール３８Ｂとからなる。又、前記ピンホール３８Ｂとコリメートレンズ３８Ｃとの間には、光シャッター４２が配置されている。

図２の符号４３は、前記ホログラフィック記録媒体１０を透過した物体光の強度を測定するためのパワーメーターを示す。

このホログラフィック記録再生装置２０において、前記白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に白色光再生ホログラムを形成する場合は、図２に示されるように、光路上にフーリエレンズを介在させることなく記録を行なう。

又、ホログラフィック記録再生装置２０において、前記フーリエホログラフィック記録層領域１８にデータをフーリエホログラムとして多重記録する場合は、図３に示されるように、前記空間光変調器２６とホログラフィック記録媒体１０との間、及び、前記参照光学系３０における全反射ミラー３４とホログラフィック記録媒体１０との間にそれぞれフーリエレンズ４４を介在させて記録を行なう。

記録を終了したホログラフィック記録媒体５０（図４参照）には、その白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に白色光再生ホログラムが、又フーリエホログラフィック記録層領域１８にはフーリエホログラムがそれぞれ記録されている。

前記ホログラフィック記録媒体５０における白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に記録された白色光再生ホログラムは、図４に示されるように、白色光Ｗによって読み取り可能である。

又、前記フーリエホログラフィック記録層領域１８に記録されたフーリエホログラムは、例えば図２のホログラフィック記録再生装置２０を、図３に示されるようにフーリエレンズ４４をセットしておいて、光シャッター３２により物体光学系２８の光路を閉じて、参照光学系３０のみから、参照光をホログラフィック記録媒体５０に照射することによってフーリエホログラフィック記録層領域１８からの回折光を発生させ、これを逆フーリエレンズ４５を介してＣＣＤ４６に入射させ、読み取ることによってデータを再生することができる。

ここで、前記白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に形成するホログラムは、白色光下で目視できるようにするためには、特に反射型ホログラム（物体光と参照光の角度θが９０°≦θ≦１８０°）で記録することが好ましい。このように、反射型ホログラムとすることにより、白色光再生ホログラムのボケが低下すると共に、２次元パターン像の視野角が広くなり、装飾性が増大する。

なお、白色光下で目視できるホログラムを記録する場合、その記録層の厚さを８０μｍを超えた厚さとすると、物体光が回折されなくなる選択性が増大し、限定された角度及び限定された波長光でのみの再生が可能となり、様々な波長が存在する白色光下では目視することができない。従って、装飾性等のためには、様々な角度から像が目視できるようにすべく、白色光再生ホログラム記録材料としては厚さを８０μｍ以下とするのがよい。

なお、前記ホログラフィック記録媒体１０に白色光再生ホログラムやフーリエホログラムを記録する際に、図２及び図３に示されるように、異なる光学系によって記録しているが、これは、例えば、図３に示されるフーリエレンズ４４を物体光学系２８及び参照光学系３０から出し入れ自在とすれば、同一の空間光変調器２６を用いて、白色光再生ホログラフィック記録層領域１６に白色光再生ホログラムを、又フーリエホログラフィック記録層領域１８にフーリエホログラムをそれぞれ記録することができる。

白色光再生ホログラフィック記録層領域１６の厚さと回折効率及び視野角との関係は本発明者の実験により、次のような条件で測定した。

図１に示すような凹凸形状からなる基板１４Ａ、１４Ｂにホログラム記録材料を挟み込むことで記録媒体を作製し、基板には、ＡＲ−ｃｏａｔを施したガラス基板を用いた。このとき、基板の凹凸段差及び基板間のスペーサの厚みを変化させ、各記録層領域の厚みを変更し、記録材料には、フォトポリマーからなり最大屈折率変調が０．０２である材料を用いて、白色光再生ホログラム領域（白色光再生ホログラム記録層領域）の視認性と像の明るさの評価を行った。

白色光再生ホログラムの記録には、図２に示す反射型ホログラム記録光学系を用いた。

Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５３２ｎｍ）を用い、このレーザビームを空間フィルタで処理し、ビームエキスパンダーで広げ、ビームスプリッターで物体光と参照光に分割した。物体光は、空間光変調器によって、図４のような文字などのパターンの強度変調を与えた。物体光の明部の強度と参照光の強度が等しくなるように光学系を調整した。

物体光と参照光を照射して記録を行い、記録後、参照光のみを照射して回折効率を測定した。又、記録媒体を水平方向に回転させ物体光の像が観察できる範囲の角度を測定した。

その結果を前記表１に示す。

白色光下で像の再生を行うためには、高い回折効率と大きな視野角が必要となる。装飾性の高い像の再生には、５％以上の回折効率、１０ｄｅｇ以上の視野角が望ましく、記録層厚みとしては２μｍ以上８０μｍ以下の範囲がよい。又より質の高い像の再生には、３μｍ以上４０μｍ以下の範囲がよい。

多重可能数を図３のようなフーリエレンズを用いた光学系で見積もった。記録媒体の角度が水平方向に±３０ｄｅｇ、参照光角度が垂直方向に±１０ｄｅｇ、と稼動する角度多重記録を行った。

このときの結果を表２に示す。

記録層厚みを１００μｍ以上とすることで、大容量化に必要な多重数１００ｐａｇｅ以上が可能なことがわかる。又記録層厚みを数百μｍ以上とすることで、より多重化が可能になることがわかる。

記録層厚み１００μｍのフーリエホログラフィック記録領域をもつ記録媒体で多重化の確認を行ったが、１００ｐａｇｅ以上の多重化が可能であった。

このように、白色光再生ホログラム領域を２μｍ以上８０μｍ以下とし、データ記録を行うフーリエホログラフィック記録領域を１００μｍ以上とすることで、装飾性にとみ、大容量化が可能なホログラム記録媒体を得られる。

なお、本発明は、ホログラム形成前のホログラフィック記録媒体のみならず、白色光再生ホログラフィック記録層領域の少なくとも一部、あるいはフーリエホログラフィック記録層領域の少なくとも一部にホログラム形成済の場合にも当然適用されるものである。

本発明の実施例に係るホログラフィック記録媒体を模式的に拡大して示す断面図 同ホログラフィック記録媒体に白色光再生ホログラムを形成するためのホログラフィック記録再生装置を示す光学系統図 同ホログラフィック記録再生装置においてフーリエホログラフィック記録層領域にフーリエホログラムを形成する場合の要部の構成を示す光学系統図 ホログラフィック記録媒体の白色光再生ホログラムを読み取る状態を示す斜視図

符号の説明

１０、５０…ホログラフィック記録媒体
１２…記録層
１４Ａ、１４Ｂ…基板
１６…白色光再生ホログラフィック記録層領域
１８…フーリエホログラフィック記録層領域
２０…ホログラフィック記録再生装置
２２…レーザ光源
２４…ビームスプリッタ
２６…空間光変調器
２８…物体光学系
３０…参照光学系
４４…フーリエレンズ

Claims (7)

1. 白色光再生ホログラムが形成可能であり、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域と、多重ホログラフィック記録が可能であり、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録層領域とを、略同一面に備えたことを特徴とするホログラフィック記録媒体。
2. 請求項１において、前記白色光再生ホログラフィック記録層の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下、前記フーリエホログラフィック記録層の厚さは１００μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
3. 少なくとも一部に白色光再生ホログラムが形成された、厚さが２μｍ以上８０μｍ以下の白色光再生ホログラフィック記録層領域と、少なくとも一部に多重にフーリエホログラムが記録された、厚さが１００μｍ以上２ｃｍ以下のフーリエホログラフィック記録領域とを、略同一面に備えたことを特徴とするホログラフィック記録媒体。
4. 請求項３において、前記白色光再生ホログラフィック記録層の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下、前記フーリエホログラフィック記録層の厚さは１００μｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
5. 請求項３又は４において、前記白色光再生ホログラフィック記録層に形成されたホログラムは反射型ホログラムであることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
6. 請求項１又は２のホログラフィック記録媒体における前記白色光再生ホログラフィック記録層領域に対して、空間光変調器により作成された２次元パターン像を、物体光として照射することを特徴とするホログラフィック記録方法。
7. 請求項６において、前記空間光変調器により物体光を変調させ、前記２次元パターン像を照射する光路とは異なる光路に切換えて、フーリエ変換してから前記ホログラフィック記録媒体における前記フーリエホログラフィック記録層領域に対して、情報光として照射することを特徴とするホログラフィック記録方法。

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