JP2009104037A - ホログラム記録装置およびホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム記録装置において高解像度の再生像を得る。
【解決手段】ホログラム記録装置(1)は、記録すべき情報に応じて光を変調するための空間光変調器(50)を備え、光源(11)からのコヒーレントな光を空間光変調器を介して情報光と参照光とに分離し、情報光と参照光とをホログラム記録媒体(100)に重ねるように照射することによって、情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録する。空間光変調器は、複数の画素領域(50P)を有し、参照光を出射する１つの分割画素の面積が情報光を出射する１つの画素の面積よりも実質的に小さくなるように、出射面側に参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスク(52)を有する。ホログラム記録装置は、さらに、空間光変調器とホログラム記録媒体との間の光路に、参照光の回折光ピークを遮断するための開孔板(42)を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録媒体に情報光と参照光を重ねるように照射してホログラムを記録するホログラム記録装置に関する。

特開平７−２０７６５号公報にはホログラム記録装置が記載されている。そのホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体に対して位相コード多重方式でホログラムを記録する。そのホログラム記録装置において、光源から出射したレーザ光は、ビームスプリッタで信号光（信号ビーム）と参照光（基準ビーム）に分離され、信号光は、空間光変調器で記録情報に応じた画素パターンの光に変調されてホログラム記録媒体に照射される。参照光は、位相コード化マルチプレクサによって適当な位相パターンをなす光に変調され、位相コードが付与される。位相コード化マルチプレクサは、多数のセルをもつ透過型の液晶デバイスからなり、入射した参照光に対してセルごとに所定の位相差を付与し、参照光を所望の位相パターンの透過光に変調して出射する。位相変調を受けた参照光は、ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射され、その結果、信号光と参照光との干渉縞（ページ・パターン）からなるホログラムが記録される。このとき、ホログラム記録媒体の照射部位を変位させずに信号光および参照光の変調パターン（画素パターンまたは位相パターン）を変化させると、その照射部位には、変調パターンに応じた各種ページ・パターンのホログラムが多重記録される。
特開平７−２０７６５号公報

特開２００６−１０７６３３号公報には、位相相関多重記録方式によるホログラフィック記録再生装置が記載されている。そのホログラフィック記録再生装置において、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが１つの位相変調素子として平面的に配置される。
特開２００６−１０７６６３号公報

特開２００６−３３８８５１号公報には、ホログラム記録装置が記載されている。そのホログラム記録装置において、フィルタは、フーリエ変換像のｘ軸上の０次と１次との間の位置に対向してピンホールが形成された遮光体である。このフィルタを光記録媒体の上流側で且つフーリエ変換面に配置することによって、輝点と輝点の間にある特定の空間周波数成分だけがフィルタを透過し、直流成分を含む他の空間周波数成分は遮断される。その結果、直流成分による無駄な露光が防止されてＳ／Ｎが向上し、信号光の画像エッジ部分だけが効率よく記録される。
特開２００６−３３８８５１号公報

上述のホログラム記録装置では、参照光が透過する液晶デバイスの各セルに対して、複屈折を利用して駆動電圧に応じて位相差が生じる電気光学的特性が与えられる。複屈折を利用して任意の位相パターンを形成するには、セルごとに複雑な印加電圧の制御を行うので、位相変調のための構成が複雑である。

例えば、一般的なネマティック液晶分子を用いた透過型の液晶デバイスの場合、位相パターンを変化させる度に階調表示を行うよう各セルの印加電圧を微妙に可変制御しなければならない。また、液晶分子の応答速度はそれほど高速ではないので、ホログラムのページ単位の記録速度が遅い。

本発明の目的は、簡単な構成で高い記録速度のホログラム記録装置を実現することである。

本発明の別の目的は、ホログラム記録装置において高解像度の再生像が得られるようにすることである。

本発明の特徴によれば、情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置は、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、情報光と参照光とに分離する空間光変調器と、前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射部とを備えている。前記空間光変調器は、複数の画素領域を有し、前記参照光を出射する１つの分割画素の面積が前記情報光を出射する１つの画素の面積よりも実質的に小さくなるように、出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクを有する。ホログラム記録装置は、さらに、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路に、前記参照光の回折光ピークを遮断するための開孔板を備えている。

本発明の別の特徴によれば、情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置は、光学素子により構成された複数の画素領域を有し、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、前記情報光と前記参照光とに分離する空間光変調器と、前記空間光変調器の画素領域が、前記参照光を出射する１つの分割画素の面積が前記情報光を出射する１つの画素の面積よりも小さくなるように、前記参照光の出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクと、前記空間光変調器の画素毎に所定の位相差を生じさせる光位相変調手段と、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に、前記情報光の回折光を通過させ、前記参照光の少なくとも１つの回折光ピークを遮断するための開孔板と、前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射手段と、を備えている。

また、本発明は、上述のホログラム装置において用いられるホログラム記録方法に関する。

本発明によれば、簡単な構成で高い記録速度のホログラム記録装置を実現でき、ホログラム記録装置において高解像度の再生像が得られる。

本発明の非限定的な実施形態を、図面を参照して説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。

図１は、本発明の実施形態によるホログラム記録装置１を示している。

ホログラム記録装置１は、光源１１、コリメータレンズ１２、光源１１からのほぼ全てのコヒーレント光が入射される空間光変調器５０、空間光変調器５０の反射面側に配置されたメッシュ・マスクまたは格子マスク５２、第１のリレーレンズ４０，４１、第１のリレーレンズ４０と４１の間の焦点位置に配置されていて所定の直径（例えば、１ｍｍ）の開孔またはアパーチャを有する光選択プレート４２、記録再生用のビームスプリッタ１６および対物レンズ１７、第２のリレーレンズ８０，８１、再生光分離用のビームスプリッタ１８、再生用の受光センサ１９、集光レンズ２１および受光センサ２０、および空間光変調器（ＳＬＭ）５０を制御する変調制御部３００を具えている。

光源１１は、例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ーザ光またはコヒーレント光を出射する。光源１１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１２で平行光に変換され、コリメータレンズ１２から出射した平行光は、ほぼ全部が空間光変調器５０に入射する。空間光変調器５０は、例えば１０２４×１０２４のマトリックス状に配置された複数の可動反射素子を有するデフォーマブル・ミラー・デバイスからなる。空間光変調器５０は、部分的に光位相変調（ＤＰＭ）手段として機能する。

この場合、ホログラム記録媒体１００は、反射型であり、下から、支持基板層、反射層、ホログラム記録層および透明基板層をこの順に積層した構造を有し、ディスク形状を有する。ホログラム記録層には、情報光と参照光とが重なるように照射され、それによって干渉縞（ページ・パターン）からなるホログラムが記録される。反射層には、エンボス・ピットが形成されており、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２０が検知することによって、トラック制御およびフォーカス制御、さらにチルト制御といったサーボ制御が行われる。

図２は、本発明の別の実施形態によるホログラム記録装置３を示している。

ホログラム記録装置３は、第２のリレーレンズ８０，８１、再生用の受光センサ９が記録媒体Ｂの反対側に設けられている。この場合、ホログラム記録媒体１００は、透過型であり、支持基板層、ホログラム記録層および透明基板層をこの順に積層した構造を有し、ディスク形状を有する。その他の構成は、図１のホログラム記録装置１のものと同様である。

図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、格子状パターンのメッシュ・マスク５２を有する空間光変調器５０の正面図、および異なる２つの形態の空間光変調器５０の側面図をそれぞれ示している。図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、別の格子状パターンのメッシュ・マスク５２を有する空間光変調器５０の正面図、および異なる２つの形態の空間光変調器５０の側面図をそれぞれ示している。

空間光変調器５０は、反射型の空間光変調器であって、第１光変調領域５１Ａと、第２光変調領域５１Ｂとを有する。図３Ａおよび３Ｂの空間光変調器５０は、空間光変調器５０の光反射面の中央部分に第１光変調領域５１Ａを有し、その中央部分の外側にある光反射面の周辺部分に第２光変調領域５１Ｂを有する。空間光変調器５０は、その上に第２光変調領域５１Ｂにメッシュ・マスクまたは格子マスク５２が配置されている。図３Ｂに示されているように、空間光変調器５０の１つの形態では、メッシュ・マスク５２は第１光変調領域５１Ａに開孔を有する。図３Ｃに示されているように、空間光変調器５０の別の形態では、その上に第１光変調領域５１Ａの開孔に、散乱用の例えば磨りガラスを含めた位相素子５３が配置されていてもよい。

第１光変調領域５１Ａは、入射した中央の一部の光を記録情報に応じた画素パターンの光に変調し、これを情報光または信号光として出射する。第２光変調領域５１Ｂは、入射した周辺のその他の光を所望の位相パターンＰの光に位相変調し、これを参照光として出射する。情報光および参照光は、同じ同軸上の光路に沿って第１のリレーレンズ４０，４１へと導かれ、さらにビームスプリッタ１６および対物レンズ１７を経てホログラム記録媒体１００の所定部位において互いに重なるように照射される。

代替構成として、光反射面の中央部に参照光用の第２光変調領域を設け、中央部の外側の光反射面の周辺に情報光用の第１光変調領域を設けてもよい。さらに代替構成として、例えば光反射面の一方の片側半分を第１光変調領域とし、光反射面の他方の片側半分を第２光変調領域としてもよい。

第２光変調領域５１Ｂには、太い破線の枠で示された位相パターンＰが多数配置される。空間光変調器５０は、情報光および参照光を対物レンズ１７およびホログラム記録媒体１００に対して垂直に入射させるように、これらの光軸に対して所定角度傾けて配置される。また、再生用の受光センサ１９も、空間光変調器５０の傾き度合いに応じて正しい像を捕捉するように所定角度傾けて配置される。

変調制御部３００は、第１光変調領域５１Ａの画素５０ｐを所望の画素パターンの情報光を生成するよう制御し、第２光変調領域５１Ｂの画素５０ｐを所望の位相パターンの参照光を生成するよう制御する。

空間光変調器５０の光反射面５０Ａを第１光変調領域５１Ａと第２光変調領域５１Ｂとに分けて、第２光変調領域５１Ｂによって所望の位相パターンの参照光を生成するようにしても、画素５０ｐをオン／オフ状態（即ちオン／オフ・モード）とするだけで所望の位相パターンの参照光に変調することができ、各画素５０ｐのオン／オフ制御を容易に行える。従って、位相変調器５０を有するホログラム記録装置１または３によって、簡単な構成で位相コード多重方式による位相変調を実現でき、ホログラムの記録速度を高くすることができる。

１つの空間光変調器５０で所望の画素パターンの情報光と位相パターンの参照光の双方を生成するので、装置の構成が簡単になり、装置が小型化できコストを低減できる。

図５Ａおよび５Ｂは、位相変調器５０としてＤＭＤ（Deformable Mirror Device：デフォーマブル・ミラー・デバイス）を用いた場合の位相変調器５０の概略的な構成の正面図および側面図を示している。代替構成として、位相変調器５０としてＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon：リキッド・クリスタル（液晶）オン・シリコン）を用いてもよい。

位相変調器５０は、基準となる光反射面５０Ａの法線Ｌnに対して、それぞれ所定の傾き角±φに変化させられる複数の可動反射素子５０ｐを有し、その複数の可動反射素子５０ｐが格子状またはマトリックス状に配列される。可動反射素子５０ｐの縦横配列のピッチｄは、例えば１３．７μｍである。各可動反射素子５０ｐは、対角線Ｌｄに一致する回転軸を有し、その回転軸を中心にオン／オフ制御によって傾き角＋φ／−φに振られる。各可動反射素子５０ｐの傾き角φは、例えば約１２°である。

例えば、図５Ｂに実線で示すように可動反射素子５０ｐがオン状態とされ、この可動反射素子５０ｐに光反射面５０Ａに対する入射角θｉで参照光が入射すると、参照光が可動反射素子５０ｐの傾き角φに応じて反射し、光反射面５０Ａに対して出射角θｏとなる方向に参照光が出射する。一方、同図に破線で示すようにオフ状態の可動反射素子５０ｐでは、この可動反射素子５０ｐに入射した参照光が白抜きの矢印で示される方向（出射角θｏの方向とは異なる一定の方向）に出射する。可動反射素子５０ｐについても、例えば縦横１０×１０ずつまとめた単位区画がセルとされている。

このような可動反射素子５０ｐからなる位相変調器５０では、光反射面５０Ａに対する参照光の入射角θｉおよび素子間のピッチｄ等を適切に設計することによって位相差が付与され、セルを単位とした位相パターンが形成される。具体的に、位相差０の可動反射素子５０ｐと位相差πの可動反射素子５０ｐは、次の条件式を満たすことによって交互に列をなす。ここで、光源から出射する光の波長をλ、可動反射素子５０ｐ間のピッチをｄ、ｍを整数とする。

可動反射素子５０ｐの傾き角φ、入射角θｉおよび出射角θｏの間には、次の関係式が成立する。
θｉ＋θｏ＝２φ

例えば緑色光を発する光源を用い、λ＝０．５３２μｍ、ｄ＝１３．７μｍ、φ＝１２°とした場合、ｍ＝７となるように調整したときの入射角θｉは、１９．２７°程度であり、出射角θｏは、４．７３°程度である。即ち、光反射面５０Ａに対して入射角θｉで入射した参照光は、オン状態の可動反射素子５０ｐで反射して出射角がθｏとなる方向に出射し、図５Ａに一例として示すように対角線Ｌｄと直交する方向（図面では縦方向）に沿って見ると、位相差０の可動反射素子５０ｐと位相差πの可動反射素子５０ｐとが交互に列をなすように生じる。このような位相差０の可動反射素子５０ｐのみをオン状態とすることによって０タイプのセルが形成され、位相差πの可動反射素子５０ｐのみをオン状態とすることによってπタイプのセルが形成される。位相差０および位相差πの可動反射素子５０ｐを全てオフ状態にすると、遮光タイプのセルが形成される。

また、例えば青色光を発する光源を用い、λ＝０．４０５μｍとしてそれ以外は上記と同様な条件とした場合、一例として、ｍ＝９に調整したときの入射角θｉは、２８．９６°程度であり、出射角θｏは、概ね−４．９６°（光反射面５０Ａの法線Ｌｎを対称軸として入射角θｉとは反対側）となる。

位相変調器５０から出射角がθｏの反射光として出射した参照光は、ビームスプリッタ１６を通ってこれを透過し、ホログラム記録媒体１００に照射される。

可動反射素子５０ｐは、機械的に駆動されるが超小型なので、強誘電性液晶分子などと比べて応答速度が極めて速い。従って、位相パターンを高速に切り替えることができ、さらにホログラムのページ単位の記録速度をより高くすることができる。例えば、位相変調器５０を用いたホログラム記録装置のページ記録速度としては、およそ７０００頁／秒であり、位相コード多重方式の利点をより一層高めることができる。

従って、位相変調器５０を有するホログラム記録装置１または３によって、位相コード多重方式による位相変調のための構成を簡単にでき、さらにホログラムの記録速度を高くすることができる。

図６は、記録すべきデータをホログラム記録装置１または３に供給し、ホログラム記録装置１または３から再生されたデータを取り出すための記録再生制御部のブロック図を示している。

図６において、記録再生制御部は、外部とのインタフェースを形成するコントローラ・インタフェース（Ｉ／Ｆ）と、記録制御部または変調制御部３００として、記録データ保持部３０２、記録データ保持部３０２からデータを受け取ってそのデータをコード化して情報光（信号光）用のコード化データを空間光変調器５０に供給するデータ・エンコーダ３０４、および参照光用の参照データを生成して空間光変調器５０に供給する参照データ生成器３１２を具え、さらに、記録媒体１００を駆動する駆動装置３２０を具え、さらに、再生制御部３４０として、２次元撮像素子からなる受光センサ１９からデータを読み出してデコードするデータ・デコーダ３４４、およびデコードされたデータを再生データとして保持する再生データ保持部３４２を具えている。

参照データ・パターンは、記録ページ毎にランダムに変更されて生成される。再生時には、記録と同一の参照データ・パターンを空間光変調器５０に供給する。記録媒体１００は、ページの集合体であるブックを変更するときに移動させる。

空間光変調器５０上にメッシュ・マスク５２が配置されていない場合、ＤＰＭ（ディジタル位相マスク）方式または位相コード多重方式では、空間光変調器５０を反射または透過したレーザ光は、空間光変調器５０のマトリックス状または格子状の画素分割構造によって回折する。その回折光は、空間光変調器５０の構造によって生じ、画素のパターンには依存しない。従って、そのような回折光を記録に使用した場合には、再生光にクロストークが生じて十分な多重記録ができない。

図１および２の実施形態では、図３または４に示されているように、空間光変調器５０の第２光変調領域５１Ｂの反射面側に、メッシュ・マスク５２が配置されている。メッシュ・マスク５２上の格子状パターンは、透明プレート上に格子状の平行な所定ピッチの複数の遮光線（黒い線）で形成されている。メッシュ・マスク５２の中央部は第１光変調領域５１Ａ用の開口を有する。メッシュ・マスク５２の格子パターンのピッチｐ_ＭＧは、隣接の画素５０ｐの縦横のピッチｐ_ＲＥと等しいか（図４）またはそのピッチｐ_ＲＥの整数分の１（図３または４）である。隣接の画素５０ｐ間の距離または領域の面積は小さいことが望ましい。また、メッシュ・マスク５２の遮光線の面積も小さいことが望ましい。

メッシュ・マスク５２の格子の線は、図３Ａのように、空間光変調器５０の画素５０間の画素分割線と重なるように位置合わせされていることが望ましい。この場合、メッシュ・マスク５２の格子パターンは、マトリックス状の画素５０ｐの縦横のピッチｐ_ＲＥより小さい縦横のピッチｐ_ＭＧを有する。メッシュ・マスク５２のピッチｐ_ＭＧは、隣接の画素５０ｐの縦横のピッチｐ_ＲＥの整数分の１、好ましくは２分の１（例えば６．８５μｍ）または３分の１（例えば、４．５６μｍ）である。

格子パターンによって、第２光変調領域５１Ｂの元の各画素が、実質的に面積の等しい複数の分割画素に分割される効果を与える。メッシュ・マスク５２上の格子状パターンは、第２光変調領域５１Ｂにおける参照光を出射する元の非分割画素をＸ方向に整数分の１（例えば２分の１）、およびＹ方向に整数分の１（例えば２分の１）に、光学的に区切るまたは分割して、参照光を出射する１つの分割画素の面積が、情報光を出射する１つの画素の面積の実質的に整数分の１（例えば、２次元的に４分の１、または９分の１）になるように作用する。

メッシュ・マスク５２の格子の線が、図４Ａのように、空間光変調器５０の画素５０間の画素分割線と重ならないようにする場合は、メッシュ・マスク５２の格子パターンと画素分割線パターンとの合成格子パターンが、マトリックス状の画素５０ｐの縦横のピッチｐ_ＲＥより小さい縦横の合成ピッチｐ_ＭＧ’を有するようにする。メッシュ・マスク５２の格子パターンと画素分割線パターンとの合成格子パターンの合成ピッチｐ_ＭＧ’は、隣接の画素５０ｐの縦横のピッチｐ_ＲＥの整数分の１、好ましくは２分の１（例えば６．８５μｍ）または３分の１（例えば、４．５６μｍ）である。

その狭い格子ピッチｐ_ＭＧによって、光軸上で、参照光のｍ次回折光およびｍ＋１次回折光のピークの分布（ｍは整数または０．５の整数倍）を、可動反射素子５０ｐのｍ次回折光およびｍ＋１次回折光の光量分布より、参照光の外側へ大きく移動させることができ、例えば、メッシュ・マスク５２のピッチｐ_ＭＧが隣接画素のピッチｐ_ＲＥの２分の１の場合はｍ次回折光およびｍ＋１次回折光のピークの間隔を２倍に広げることができる。その参照光のｍ次回折光およびｍ＋１次回折光ピークを光選択プレート４２で遮断して回折光ピークの通過を阻止することによって、ホログラム記録媒体１００のダイナミックレンジを線形性を有する範囲内で均一に使用または消費することができ、それによって記録像の分解能が高くなり、それによって再生信号の品質が向上する。

空間光変調器５０の画素分割構造のｍ次回折光とｍ＋１次回折光の間にある回折光（例えば、ｍ＋０次回折光とｍ＋１次回折光の間の回折光、ｍ−１次回折光とｍ＋０次回折光の間の回折光、またはｍ＋０．５次回折光とｍ−０．５次回折光の間にある回折光）を参照光として使用する。その回折光は、空間光変調器５０に０、πの位相を交互に付与することによって生成される。

同軸光学系のホログラム記録装置１または３を用いる場合において、情報光では再生像がデータを識別できる程度の高い解像度を有する必要があるが、その解像度を得るためには、光選択プレート４２の開孔を最も小さく絞るとしても、光選択プレート４２の開孔では例えばｍ＋０次回折光とｍ±１次回折光といった複数の回折光ピークを通過させる必要がある。情報光に、磨りガラスおよび光拡散板を含めた位相素子または位相マスク５３を適用する場合は、その回折光ピークは位相不整合の結果として消滅するが、所要の解像度を得るのに必要な開孔の大きさは変わらない。従って、情報光と参照光を同軸的に照射する同軸光学系では、参照光については回折光ピークを除去する必要があるが、情報光については高解像化するために回折光ピークの部分の光量は必要である。

図７Ａおよび７Ｃは、ホログラム記録装置１または３における空間光変調器５０から記録媒体１００までの情報光（信号光）の光路と参照光の光路とをそれぞれ示している。図７Ｂおよび７Ｄは、光選択プレート４２の前の光軸付近における空間光変調器５０からの情報光および参照光の回折光の光量分布をそれぞれ示している。

図７Ａおよび７Ｂを参照すると、空間光変調器５０の第１光変調領域５１Ａからの情報光は、光軸上で、通常の所定距離だけ離れたｍ次回折光とｍ＋１次回折光のピークが中心の両側に存在する。この光を光選択プレート４２の開孔４２ａを通過させると、ｍ次回折光とｍ＋１次回折光のピークとその中心のｍ＋０．５次回折光を含む大部分の情報光を通過させることができる。

図７Ｃおよび７Ｄを参照すると、空間光変調器５０の第２光変調領域５１Ｂの上に配置されたメッシュ・マスク５２に形成された狭いピッチの格子によって、第２光変調領域５１Ｂからの参照光は、光軸上で、ｍ＋０次回折光とｍ＋１次回折光のピークが中心から遠くへ（例えば、情報光の場合より２倍遠くへ）移動する。この光を、ｍ＋０次回折光とｍ＋１次回折光のピーク間隔より狭い直径を有する光選択プレート４２の開孔４２ａを通過させることによって、ｍ＋０次回折光とｍ＋１次回折光のピークの周辺領域を遮蔽して、その中心の低いピークを有し幅広く分布するｍ＋０．５次回折光のみを通過させることができる。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃおよび８Ｄは、空間光変調器５０、メッシュ・マスク５２および光選択プレート４２を用いた場合における、空間光変調器５０から記録媒体１００までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の分布の拡大図とを示している。

図８Ｂは、光選択プレート４２の前の光軸付近における参照光の光量分布（ａ）、光選択プレート４２の後の光軸付近における参照光の光量分布（ｂ）、光選択プレート４２の前における参照光の２次元回折光分布パターンと光選択プレート４２の開孔４２ａの配置（ｃ）、および記録媒体１００中における参照光の光量分布（ｄ）を示している。

図８Ｂから、光選択プレート４２によって、参照光の光軸より外側にある（Ｘ，Ｙ）座標上の（ｍ，ｍ）次、（ｍ，ｍ＋１）次、（ｍ＋１，ｍ）次、（ｍ＋１，ｍ＋１）次の回折光ピークが除去され、参照光の中央のＸ軸方向のｍ＋０．５次回折光およびＹ軸方向のｍ＋０．５次回折光だけが選択されて記録媒体１００に照射されることが分かる。

図８Ｃは、光選択プレート４２の前の光軸付近における情報光の光量分布（ａ）、光選択プレート４２の後の光軸付近における情報光の光量分布（ｂ）、光選択プレート４２の前における情報光の２次元回折光分布パターンと光選択プレート４２の開孔４２ａの配置（ｃ）、および記録媒体１００における情報光の光量分布（ｄ）を示している。

図８Ｃから、光選択プレート４２によって、情報光の光軸より遠い外側にある（Ｘ，Ｙ）座標上の（ｍ，ｍ−１）次、（ｍ−１，ｍ）次、（ｍ，ｍ＋２）次、（ｍ＋２，ｍ）次、（ｍ＋１，ｍ−１）次、（ｍ−１，ｍ＋１）次、（ｍ＋１，ｍ＋２）次、（ｍ＋２，ｍ＋１）次の回折光ピークが除去され、情報光の光軸の中央付近にある（Ｘ，Ｙ）座標上の（ｍ＋０．５，ｍ＋０．５）次回折光、および（ｍ，ｍ）次、（ｍ，ｍ＋１）次、（ｍ＋１，ｍ）次および（ｍ＋１，ｍ＋１）次の回折光ピークが選択されて記録媒体１００に照射されることが分かる。記録媒体１００中における情報光と参照光の光量比または強度比は、１：１または１：１に近いことが望ましい。空間光変調器５０としてＤＭＤを用いた場合は、典型的にはｍ＝８である。空間光変調器５０としてＬＣｏＳを用いた場合は、典型的にはｍ＝０である。

図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｄは、空間光変調器５０、メッシュ・マスク５２、位相素子または位相マスク５３、および光選択プレート４２を用いた場合における、空間光変調器５０から記録媒体１００までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の光量分布の拡大図とを示している。この場合、位相素子または位相マスク５３は、空間光変調器５０の第１光変調領域５１Ａの反射面側に配置されて情報光を散乱させる。位相素子または位相マスク５３には、磨りガラスおよび光拡散板、等が含まれる。

参照光に関する図９Ｂは、図８Ｂと同様であり、再び説明することはしない。

図９Ｃは、光選択プレート４２の前の光軸付近における情報光の光量分布（ａ）、光選択プレート４２の後の光軸付近における情報光の光量分布（ｂ）、光選択プレート４２の前における情報光の２次元回折光分布パターンと光選択プレート４２の開孔４２ａの配置（ｃ）、および記録媒体１００における情報光の光量分布（ｄ）を示している。

この場合、空間光変調器５０の第１光変調領域５１Ａに配置した位相素子５３によって情報光が散乱される。従って、図９Ｃ（ａ）に示されているように、情報光は光軸上の中心付近の領域で明確なピークが消失して概ね均一な光量分布を有する。図９Ｃ（ｂ）に示されているように、情報光は光選択プレート４２の開孔４２ａで中心付近だけが選択され、概ね矩形状の光量分布が得られる。情報光は、（ｍ，ｍ）次、（ｍ，ｍ＋１）次、（ｍ＋１，ｍ）次および（ｍ＋１，ｍ＋１）次の回折光ピークはぼかされて、明確な回折光ピークは存在しない。従って、図９Ｃ（ｃ）に示されているように、情報光は、記録媒体１００において中心付近において均一な矩形状の光量分布が得られる。記録媒体１００中における情報光と参照光の光量比または強度比は、１：１または１：１に近いことが望ましい。空間光変調器５０としてＤＭＤを用いた場合は、典型的にはｍ＝８である。空間光変調器５０としてＬＣｏＳを用いた場合は、典型的にはｍ＝０である。

図９Ｄに示されているように、記録媒体１００において、中央にピークを有する概ね均一な参照光と、均一な情報光とが重ね合わされる。これによって、ホログラム記録媒体１００のダイナミックレンジを線形性を有する範囲内で均一に使用または消費することができ、それによって記録像の分解能が高くなり、それによって再生信号の品質が向上する。

ホログラム記録再生装置１または３によれば、空間光変調器にメッシュ・マスクを用い、さらに光散乱用の位相素子を用いることによって、同軸光学系のホログラム記録再生装置にディジタル位相変調（ＤＰＭ）方式を用いて、高解像の再生像を得られ、ホログラム記録光学系を簡素化できる。さらに、情報光と参照光の高精度の位置合わせ（アライメント）が不要になり、製造時の調整工数を大幅に削減することができる。

以上、本発明を反射型の空間光変調器を用いるホログラム記録装置について説明したが、本発明は、光源からの光を透過する透過型の空間光変調器（例えば複数の液晶素子からなる液晶デバイス）を用いるホログラム記録装置に適用してもよい。

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素を組み合わせること、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。

図１は、本発明の実施形態によるホログラム記録装置を示している。 図２は、本発明の別の実施形態によるホログラム記録装置を示している。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、格子状パターンのメッシュ・マスクを有する空間光変調器の正面図および異なる２つの側面図をそれぞれ示している。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、別の格子状パターンのメッシュ・マスクを有する空間光変調器の正面図および異なる２つの側面図をそれぞれ示している。 図５Ａおよび５Ｂは、位相変調器としてＤＭＤを用いた場合の位相変調器の概略的な構成の正面図および側面図を示している。 図６は、記録すべきデータをホログラム記録装置に供給し、ホログラム記録装置から再生されたデータを取り出すための記録再生制御部のブロック図を示している。 図７Ａおよび７Ｃは、ホログラム記録装置における空間光変調器から記録媒体までの情報光の光路と参照光の光路とをそれぞれ示している。図７Ｂおよび７Ｄは、光選択プレートの前の光軸付近における空間光変調器からの情報光および参照光の回折光の光量分布をそれぞれ示している。 図８Ａ、８Ｂ、８Ｃおよび８Ｄは、空間光変調器、メッシュ・マスクおよび光選択プレートを用いた場合における、空間光変調器から記録媒体までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の分布の拡大図とを示している。 図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｄは、空間光変調器、メッシュ・マスク、位相素子または位相マスク、および光選択プレートを用いた場合における、空間光変調器から記録媒体までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の光量分布の拡大図とを示している。

符号の説明

１ ホログラム記録装置
１１ 光源
１７ 対物レンズ
４０、４１ 第１のリレーレンズ
５０ 空間光変調器（ＳＬＭ）
５２ メッシュ・マスク
４２ 光選択プレート
１００ ホログラム記録媒体
１９ 受光センサ
８０、８１ 第２のリレーレンズ
３００ 変調制御部

Claims (9)

1. 情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置において、
   光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、情報光と参照光とに分離する空間光変調器と、
   前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射部とを備え、
   前記空間光変調器は、複数の画素領域を有し、前記参照光を出射する１つの分割画素の面積が前記情報光を出射する１つの画素の面積よりも実質的に小さくなるように、出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクを有し、
   さらに、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路に、前記参照光の回折光ピークを遮断するための開孔板を備えることを特徴とする、ホログラム記録装置。
2. 前記空間光変調器における参照光を出射する画素は、参照光を前記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に反射または透過するオン状態と、前記所定の方向外に導くまたは遮光するオフ状態とからなる２つの状態をとり、
   前記空間光変調器が、さらに、画素毎に所定の位相差を与える光位相変調手段を有することを特徴とする、請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 前記マスクは、前記参照光を出射する１つの前記画素を少なくとも２つ以上の同面積の分割画素に光学的に分割する形態で前記格子状パターンが形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のホログラム記録装置。
4. 前記複数の画素は、光学素子であり、上記所定の位相差として位相差０の画素と位相差πの画素とが交互に並ぶように配列されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のホログラム記録装置。
5. 前記空間光変調器は、さらに、前記情報光を出射する画素の出射面側に前記情報光を散乱させる位相素子を有するものであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のホログラム記録装置。
6. 情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置において、
   光学素子により構成された複数の画素領域を有し、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、前記情報光と前記参照光とに分離する空間光変調器と、
   前記空間光変調器の画素領域が、前記参照光を出射する１つの分割画素の面積が前記情報光を出射する１つの画素の面積よりも小さくなるように、前記参照光の出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクと、
   前記空間光変調器の画素毎に所定の位相差を生じさせる光位相変調手段と、
   前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に、前記情報光の回折光を通過させ、前記参照光の少なくとも１つの回折光ピークを遮断するための開孔板と、
   前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射手段と、
   を備えることを特徴とする、ホログラム記録装置。
7. 情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録方法であって、
   記録すべき情報に応じて光を変調するための空間光変調器を備え、光源からのコヒーレントな光を前記空間光変調器を介して情報光と参照光とに分離し、
   複数の画素領域を有する前記空間光変調器の前記参照光を出射する領域の出射面側に格子状パターンを有するマスクを設け、前記参照光を出射する１つの画素の面積を前記情報光を出射する１つの画素の面積よりも小さくし、
   前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に設けた開孔によって、前記参照光の回折光を遮断し、
   前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射することを特徴とする、ホログラム記録方法。
8. 前記空間光変調器の参照光を出射する画素は、参照光を前記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に反射または透過するオン状態と、前記所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフ状態といった２つの状態をとり、
   前記空間光変調器によって、画素毎に所定の位相差が生じるように位相変調を行うことを特徴とする、請求項７に記載のホログラム記録方法。
9. 前記マスクが、前記参照光を出射する１つの前記画素を少なくとも２つ以上の同面積の画素に光学的に分割することを特徴とする、請求項７または８に記載のホログラム記録方法。

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