JP2008310258A - 光学ユニット、ホログラム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射レーザ光の波長に依存して生じてしまう回折型空間光変調器の回折角の振れの防止を図る。
【解決手段】回折型空間光変調器に対し、その前段に設けたプリズムを介してレーザ光を導く。このとき上記プリズムとしては、レーザ光の波長変化に伴う屈折透過光の出射角度の変化量が、同じ波長変化に伴って生じる上記空間光変調器の回折光の出射角度変化を相殺させるための当該空間光変調器への入射光の角度変化量と同等となるようなガラスの分散特性を有するものを選定する。このような構成により、空間光変調器の出射光に生じる角度変化がプリズムの出射光に生じる角度変化によって相殺されるようにすることができ、結果、レーザ光の波長が変化した場合にも、空間光変調器の出射光（回折光）の角度に変化が生じないようにすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光をプリズム、回折型の空間光変調器の順に介して出力するようにされた光学ユニットと、そのような光学ユニットを備えてホログラム記録媒体に対する記録及び／又は再生を行うホログラム装置に関する。

特開２００７−７９４３８号公報 特開平１０−２６８１１２号公報

例えば上記特許文献１にあるように、信号光と参照光との干渉縞によりデータ記録を行うホログラム記録再生方式が知られている。このホログラム記録再生方式において、記録時には、記録データに応じた空間光変調（例えば光強度変調）を与えた信号光と、この信号光とは別の参照光とをホログラム記録媒体に対して照射し、それらの干渉縞をホログラム記録媒体に形成することでデータ記録を行う。
また再生時には、ホログラム記録媒体に対して参照光を照射する。このように参照光が照射されることで、上記のようにしてホログラム記録媒体に形成された干渉縞に応じた回折光が得られる。すなわち、これによって記録データに応じた再生像（再生信号光）が得られる。このようにして得られた再生像を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサで検出することで、記録データを再生するようにされる。

ここで、上記説明からも理解されるように、ホログラム記録再生方式においては、データの記録／再生を行うにあたって、記録時には記録データに応じて空間光変調を与えた信号光と、さらに参照光を生成し、それらをホログラム記録媒体に照射する必要がある。また、再生時には、ホログラム記録媒体に干渉縞によって記録されたデータを読み出すために、上記参照光を生成する必要がある。
このような信号光、参照光の生成にあたり入射光に空間光変調を施す空間光変調器として、従来では、例えば回折素子として角度可変の微少ミラーを具備するＤＭＤ(Digital Micro mirror Device：登録商標)など、回折型の空間光変調器を用いるということが行われている。

図７は、このような回折型の空間光変調器（回折型空間光変調器１００）を用いたホログラム装置の光学系の構成を模式的に示している。
図７において、この場合の回折型空間光変調器１００には、図中色付き部分で示す複数の微少ミラーが形成されている。この回折型空間光変調器１００は、図示されない駆動回路から供給される駆動信号に応じ、各微少ミラーの角度を制御する。例えばこの場合は、駆動信号によりオンとされた微少ミラーについてはその角度を所定分変化させ、オフとされた微少ミラーについては角度を変化させないようにされる。

回折型空間光変調器１００を用いる場合、ホログラム装置においては、上記のようにオンとされた状態のミラーからの反射光がホログラム記録媒体１０３側に導かれるように光学系が設計されている（図７では説明の便宜上、全ミラーがオンとされた状態を示している）。つまり、オフとされたミラーからの反射光はホログラム記録媒体１０３側には導かれない。
この結果、回折型空間光変調器１００は、上記のようにして駆動信号に応じて各微少ミラーの角度制御を行うことで、入射レーザ光に対して画素単位で光強度の変調を施すことが可能とされる。すなわち、画素単位で光のオン／オフ制御を行うことが可能とされる。

このような空間光変調器１００に対して、記録時には、上記信号光と上記参照光とが生成されるようにするために、例えばその中心部の所定範囲（信号光エリアと呼ばれる）の画素は記録データに応じたオン／オフパターンとし、信号光エリアよりも外周の所定範囲（参照光エリアと呼ばれる）の画素は予め定められた所定のオン／オフパターンとするための駆動信号が供給される。つまり、このような駆動信号に応じて空間光変調器１００による空間光強度変調が行われることで、中心部には記録データに応じた空間光強度変調が施された信号光が、またその外側部分には所定のオン／オフパターンによる参照光が生成される。

空間光変調器１００からの反射光は、図示するようにしてビームスプリッタ１０１を透過し、対物レンズ１０２によって集光されてホログラム記録媒体１０３に対して照射される。これにより記録時には、信号光と参照光とがホログラム記録媒体１０３上にて干渉し、その干渉縞によってデータが記録される。

一方、再生時には、参照光のみが生成されるように、空間光変調器１００には上記参照光エリア内に記録時と同じ上記所定のオン／オフパターンを与えるための駆動信号が供給される。この駆動信号に基づき空間光変調器１００によって生成された参照光は、記録時と同様の経路（ビームスプリッタ１０１→対物レンズ１０２）を介してホログラム記録媒体１０３に照射される。このように参照光が照射されることに応じ、上述のようにしてホログラム記録媒体１０３に形成された干渉縞に応じた回折光が再生信号光として得られる。
ホログラム記録媒体１０３から得られた再生信号光は、対物レンズ１０２を介した後、ビームスプリッタ１０１で反射されることで、図示するようにしてイメージセンサ１０４に入射し、ここで上記再生信号光に応じた画像信号が検出される。これにより、記録データが読み出される。

上記のようにして空間光変調器として回折型の空間光変調器１００を用いる場合は、オンとされた回折素子からの光が所定方向に導かれるように調整が為されていることで、駆動信号に応じた光のオン／オフ制御を行うことが可能とされている。
しかしながら、一般に回折型の空間光変調器１００は、入射光の波長に依存してその回折角が変化する性質を有する。このため、入射するレーザ光の波長が基準波長からシフトした場合には、回折型空間光変調器１００からの出射光の出力方向も然るべき方向からシフトしてしまい、この結果、ホログラム記録媒体１０３に対し所定の角度でレーザ光を照射することができなくなってしまう。すなわち、媒体上におけるレーザ光の照射位置ずれを生じさせる。
このようなレーザ光の照射位置ずれが生じた場合、記録／再生性能の悪化を招く。

そこで、本発明では光学ユニットとして以下のように構成することとした。
つまり、本発明の光学ユニットは、駆動信号に基づき複数の回折素子を駆動することで入射光に対して画素単位の空間光変調を施す回折型の空間光変調器と、プリズムとを備えると共に、入射レーザ光を上記プリズムにより屈折透過させて上記空間光変調器に導くように構成された光学ユニットであって、
上記プリズムが、上記レーザ光の波長変化に伴う屈折出射光の角度変化量が、上記波長変化に伴って生じる上記空間光変調器の回折光の出射角度変化を相殺する当該空間光変調器への入射光の角度変化量と同等となるようにしてそのガラスの分散特性が与えられいるものである。

上述のように回折により空間光変調を施す回折型の空間光変調器は、入射光の波長変化に伴いその回折角が変化するものとなる。そこで本発明では、屈折率が同様に波長変化に依存して変化するものとして知られるプリズムを用いるものとし、当該プリズムを介してレーザ光を上記空間光変調器に対して導くように構成している。そして、このプリズムとしては、レーザ光の波長変化に伴う屈折出射光の角度変化量が、上記波長変化に伴って生じる上記空間光変調器の回折光の出射角度変化を相殺する当該空間光変調器への入射光の角度変化量と同等となるようなガラスの分散特性を有するものを選定している。
このような構成により、空間光変調器の出射光に生じる角度変化がプリズムの出射光に生じる角度変化によって相殺されるようにすることができる。

上記のようにして本発明によれば、レーザ光の波長変化に伴い生じる空間光変調器の出射光角度の変化を、その前段に設けたプリズムの出射光角度の変化によってキャンセルすることができる。つまりこれにより、レーザ光の波長が変化した場合にも、空間光変調器の出射光（回折光）の角度に変化が生じないようにすることができる。
この結果、従来では波長変化に伴って記録／再生性能が悪化していたものを、その改善を図ることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
[ホログラム装置の構成]
図１は、本発明に基づき構成することのできる実施の形態としてのホログラム装置の内部構成について示したブロック図である。なお、図１では主にホログラム装置の光学系の構成のみを抽出して示しており、他の部分については省略している。

先ず、本実施の形態では、ホログラム記録再生方式として、いわゆるコアキシャル方式が採用される場合を例示する。このコアキシャル方式は、信号光と参照光とを同一軸上に配置し、それらを共に所定位置にセットされたホログラム記録媒体ＨＭに照射して干渉縞によるデータ記録を行い、また再生時には参照光をホログラム記録媒体ＨＭに対して照射することで干渉縞により記録されたデータの再生を行うものである。

また、図中のホログラム記録媒体ＨＭとしては、ディスク状（円盤状）であるとする。この場合、ホログラム記録媒体ＨＭは、後述するようにして記録／再生用のレーザとは別のレーザ光の照射によって、トラッキングサーボなどの記録・再生位置制御を行うことが可能となるように、次の図２に示されるように信号光と参照光との干渉縞によって記録が行われる記録層（５２）と共に、位置制御用の情報が記録される情報記録層を有するようにされている。

ここで、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの従来の光ディスクについて記録再生を行うディスクドライブ装置では、記録再生用のレーザ光を利用してトラッキングサーボをかけるようにされている。すなわち、１種のレーザ光の照射により、記録／再生と各種サーボ制御を同時的に行うようにされている。光ディスクについて、このように１種のレーザ光の照射のみで記録／再生とサーボ制御を行うことが可能とされるのは、その記録層に記録パワーについての明確な閾値が存在するからである。

しかしながら、ホログラム記録媒体の場合は従来の光ディスクとは事情が異なる。すなわち、ホログラム記録媒体の記録材料としては、現状ではフォトポリマーが有力視されているが、このフォトポリマーには記録パワーについての明確な閾値は存在しないものとなってる。従って、従来の光ディスクのように低パワーによるレーザ光照射を行ったとしても、モノマーがポリマーに変化してしまいその部分の記録特性を悪化させてしまうといった問題が生じる。
このため、ホログラム記録再生方式において従来の光ディスクのようなトラッキングサーボなどの位置制御を行うにあたっては、ポリマーの反応を防止すべく、記録／再生用のレーザ光とは波長の異なる別途のレーザ光を用いるようにされている。

図２において、この場合のホログラム記録媒体ＨＭには、上層から順にカバーガラス５１、記録層５２、反射膜５３が形成されている。上記記録層５２は、その材料として例えば上述したフォトポリマーが選定され、この場合は例えば波長＝４１０nmの青紫色レーザ光による記録／再生が行われるものとなる。また、上記反射膜５３は、再生時において上記青紫色レーザ光による参照光が照射された際に上記記録層５２に記録されたデータに応じた再生像が得られた際に、これを反射光としてホログラム装置側に導くために設けられる。なお、上記カバーガラス５１は上記記録層５２の保護のために設けられる。

そして、このホログラム記録媒体ＨＭに対しては、記録／再生位置制御を可能とするために、基板５６と反射膜５５とが備えられる。基板５６には、例えばホログラム記録媒体ＨＭの内周側から外周側にかけてスパイラル状に案内溝が形成されている。この案内溝により、上記記録層５２におけるデータの記録／再生位置を規定することができる。なお、この案内溝を蛇行させて形成することで、例えばＣＤやＤＶＤにおける記録可能メディアの場合と同様にその蛇行の周期によってアドレス情報や回転制御のための情報などを記録するといったこともできる。或いはこのような案内溝に代えて、ピット列を形成し、このピット列によりアドレス情報などの各種の情報を記録することもできる。
そして、基板５６における上記案内溝（又はピット列）が形成された面（表面）に対しては、反射膜５５が、例えばスパッタリングや蒸着などによって成膜され、このように反射膜５５が成膜された基板５６が、図示する中間層５４としての例えばレジンなどの接着材料によって上述した反射膜５３の下層側に対して接着されることで、この図に示すホログラム記録媒体ＨＭが形成される。

また、このホログラム記録媒体ＨＭにおいて、上記反射膜５３としては、波長選択性を有するようにされる。ここで、図２のような反射型のホログラム記録媒体とされる場合、上述のようにして記録／再生用の青紫色レーザ光は当該反射膜５３にて反射されるべきものとなるが、位置制御用に別途に照射されるレーザ光は、上記案内溝（又はピット列）に応じた凹凸断面形状が与えられた反射膜５５まで到達してここで反射されるべきものとなる。このため、反射膜５３としては、記録／再生用のレーザ光は反射し、位置制御用に照射されるレーザ光は透過するという波長選択性を有するように構成される。

この場合、位置制御用のレーザ光としては、例えばＤＶＤなどと同様の波長＝６５０nm程度の赤色レーザ光が用いられる。上記のように反射膜５３が波長選択性を有するように構成されていることで、この場合の位置制御用のレーザ光は当該反射膜５３を透過し、基板５６上の反射膜５５に到達し、ここで反射される。この反射光が位置制御のための反射光として装置側へと導かれることになる。

このような構造によるホログラム記録媒体ＨＭとされることで、ホログラム装置側では、記録／再生用のレーザ（図１中のメインレーザ１）とは波長の異なる別途のレーザ（図１中のサブレーザ２２）からレーザ光を照射し、その反射光を利用してトラッキングサーボなどの記録／再生位置制御を行うことが可能とされる。

説明を図１に戻す。
ホログラム記録媒体ＨＭは、図示しないスピンドルモータなど回転駆動手段によって回転され、メインレーザ１を光源とするレーザ光の照射によって記録／再生が行われる。このメインレーザ１としては、例えば外部共振器付きレーザダイオードが採用され、レーザ光の基準波長は上述した４１０nmである。

上記メインレーザ１からの出射光はアナモプリズム２を介した後、シャッター３に入射する。このシャッター３は、図示されない制御部からの制御信号に基づき入射光を遮断／透過する。
上記シャッター３を介した光は空間フィルタ４に入射する。この空間フィルタ４内においては、光源側から順に集光レンズ４ａ、アパーチャー４ｂ、コリメータレンズ４ｃが備えられ、これらの構成によってレーザ光の中心部分（例えば光強度がピーク値（１００％）〜８０％程度となる２０％程度の範囲）の光を抽出して出力する。
空間フィルタ４からの出射光はミラー５で反射された後、１／２波長板６を介してミラー７で反射された後、図示するようにしてプリズム８を介して回折型空間光変調器９に入射する。

回折型空間光変調９は、複数の回折素子を備え、変調制御部２８から供給される駆動信号に基づき各回折素子の回折角を制御する。この場合、上記回折素子としては、ＤＭＤ(Digital Micro mirror Device：登録商標)のように角度変化が可能な微少ミラーを備え、上記駆動信号に応じて各微少ミラーの角度を変化させる。具体的にこの場合は、例えば上記駆動信号によりオンとされた微少ミラーについてはその角度を所定分変化させ、オフとされた微少ミラーについては角度を変化させないようにされる。
この場合も、上記のようにオンとされた状態のミラーからの反射光がホログラム記録媒体ＨＭ側に導かれるように光学系が設計されており、オフとされたミラーからの反射光はホログラム記録媒体ＨＭ側には導かれない。つまり、これによって回折型空間光変調器９は上記駆動信号に応じ、入射レーザ光に対して画素単位で光のオン／オフ制御（つまり空間光強度変調）を行うようにされている。

空間光変調器９は、このような空間光強度変調を行うことで、記録時には信号光と参照光、再生時には参照光のみを生成するようにされる。
ここで、記録時において、変調制御部２８は、例えば上記空間光変調器９の中心部分を含む所定範囲（信号光エリア）の画素は記録データに応じたオン／オフパターンとし、信号光エリアよりも外周側の所定範囲（参照光エリアと呼ばれる）の画素は予め定められた所定のオン／オフパターンとし、且つそれ以外の画素はすべてオフとするための駆動信号を生成し、これを空間光変調器９に供給する。この駆動信号に基づく空間光変調が行われることで、空間光変調器９によって上記信号光と上記参照光とが生成される。
また、再生時において上記変調制御部２８は、上記参照光エリア内の画素を上記所定のオン／オフパターンとし、それ以外の画素は全てオフとするための駆動信号により空間光変調器９を駆動制御することで、上記参照光のみを生成させる。

上記空間光変調器９にて空間光変調が施された光は、図示するようにして１／４波長板１０を介した後、リレーレンズ部１１に入射する。このリレーレンズ部１１には、図示するようにして上記１／４波長板１０からの入射光を集光するリレーレンズ１１ａと、このリレーレンズ１１ａからの光の径を制限するアパーチャー１１ｂと、アパーチャー１１ｂからの出射光を平行光に変換するためのリレーレンズ１１ｃとを備えている。

そして、上記リレーレンズ部１１を介した光は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、リレーレンズ部１３に入射する。このリレーレンズ部１３においても、先のリレーレンズ部１１と同様に、入射光を集光するリレーレンズ１３ａと、このリレーレンズ１３ａからの光の径を制限するアパーチャー１３ｂと、アパーチャー１３ｂからの出射光を平行光に変換するためのリレーレンズ１３ｃとが備えられている。リレーレンズ部１３を介した光はダイクロイックミラー１４に入射する。

ダイクロイックミラー１４は、上記リレーレンズ部１３を介して入射した光を透過する。このダイクロイックミラー１４による透過光は１／２波長板１５を介して４５°ミラーで反射された後、対物レンズ１７を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される。

ここで、上述した空間光変調器９による記録時の空間光変調によっては、メインレーザ１を光源とするレーザ光に基づき信号光と参照光とが生成される。すなわち、記録時において、上記の光路によってレーザ光の照射が行われることで、ホログラム記録媒体ＨＭに対して信号光と参照光とが照射される。このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることで、記録層５２にこれらの光の干渉縞によってデータを記録することができる。

また、再生時には、空間光変調器９によって参照光のみが生成され、これが上記の光路によってホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることになる。このようにホログラム記録媒体ＨＭに対して参照光が照射されることに応じては、上記干渉縞に応じた回折光（再生信号光）が得られる。このようにして得られた再生信号光は、ホログラム記録媒体ＨＭの反射膜５３からの反射光として装置側に戻るようにされる。
上記再生信号光は、対物レンズ１７を介して平行光となるようにされた後、４５°ミラーで反射され、さらに１／２波長板１５→ダイクロイックミラー１４→リレーレンズ部１３を介し、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
偏光ビームスプリッタ１２では、入射された上記再生信号光を反射するようにされる。偏光ビームスプリッタ１２による反射光は、図示するようにして集光レンズ１８を介してミラー１９で反射された後、コリメータレンズ２０を介してイメージセンサ２１に入射する。

イメージセンサ２１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどとされ、上記のようにして導かれるホログラム記録媒体ＨＭからの再生信号光を受光し、これを電気信号に変換して画像信号を得る。このようにして得られた画像信号は、記録時に信号光に対して与えた「０」「１」データパターン（つまり光のON/OFFパターン）を反映したものとなる。すなわち、このようにしてイメージセンサ２１で検出される画像信号が、ホログラム記録媒体ＨＭに対して記録されたデータの読み出し信号となる。

データ再生部２９は、上記イメージセンサ２１によって検出された画像信号中に含まれる空間光変調器９の画素単位の値ごとに「０」「１」のデータ識別を行って、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータを再生する。

また、図１に示すホログラム装置においては、メインレーザ１を光源とするレーザ光を用いて行われる記録／再生動作について、その記録／再生位置の制御を行うための光学系として、図示するサブレーザ２２、フォトディテクタ２３、コリメータレンズ２４、集光レンズ２５、ビームスプリッタ２６、ミラー２８が備えられている。

上記サブレーザ２２としては、先に説明した記録／再生用のメインレーザ１とは異なる波長によるレーザ光を照射するように構成される。具体的に、この場合はホログラム記録媒体ＨＭの記録層５２に対する感度がほぼ無いに等しいとされる、例えば６５０nmの波長によるレーザ光を出力するようにされる。

上記サブレーザ２２から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ２４を介してビームスプリッタ２６を透過した後、ミラー２７で反射されてダイクロイックミラー１４に入射する。
ダイクロイックミラー１４は、このようにして入射されるサブレーザ２２を光源とするレーザ光（サブレーザ光とする）を反射するようにされ、この反射されたサブレーザ光は１／２波長板１５側に導かれる。このようにしてダイクロイックミラー１４から１／２波長板１５側に導かれたサブレーザ光は、先のメインレーザ光（メインレーザ１を光源とするレーザ光）の場合と同様に１／２波長板１５→４５°ミラー１６→対物レンズ１７を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。
上記ダイクロイックミラー１４が設けられていることで、この場合のホログラム装置では、それぞれの光軸を一致させるようにしてメインレーザ光とサブレーザ光とをホログラム記録媒体ＨＭに対して照射するようにされている。

ここで、先の図２において説明したように、ホログラム記録媒体ＨＭでは、上記のようにして照射された波長６５０nmによるサブレーザ光が反射膜５３を透過し、その下層の反射膜５５で反射される。つまり、これによって基板５６上に形成された案内溝（又はピット列）に応じた反射光が得られる。
上記反射膜５５からの反射光についても、先のメインレーザ光の場合と同様に、対物レンズ１７→４５°ミラー１６→１／２波長板１５を介してダイクロイックミラー１４に入射する。

ダイクロイックミラー１４ではこのようなサブレーザ光の戻り光を反射するようにされ、この反射光は図示するようにしてミラー２７側に導かれる。このミラー２７の反射光は、図示するようにしてビームスプリッタ２６で反射され、集光レンズ２５を介してフォトディテクタ２３に入射される。

フォトディテクタ２３は、上記のようにして得られるサブレーザ光の戻り光に基づき、メインレーザ光についての記録／再生位置を制御するための検出信号を得る。このフォトディテクタ２３による検出信号に基づいては、例えばトラッキングサーボ制御を行うためのトラッキングエラー信号や、フォーカスサーボ制御を行うためのフォーカスエラー信号などが生成される。
なお、図１では、上記フォトディテクタ２３の検出信号に基づき行われる記録／再生位置制御のための構成については図示を省略しているが、サブレーザ光の照射に基づき行われるトラッキングサーボ制御などの記録／再生位置制御（及びフォーカスサーボなどの他のサーボ制御）を行うための構成は、例えばＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Blu-ray Disc：登録商標）など現状の光ディスクの分野で採用されるものと同様の構成が採用されればよい。このような記録／再生位置制御のための構成については、本発明と直接的に関係するものではなくここで特に限定されるべきものではない。
何れにしても、上述したようにしてメインレーザ光とサブレーザ光とが互いの光軸が一致するようにしてホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される下では、このようにサブレーザ光の反射光に応じたトラッキングサーボなどの記録／再生位置制御が行われることで、メインレーザ光についての適正な記録／再生位置制御を行うことができる。

[光学ユニットの構成]
図３は、図１において破線により囲って示した、実施の形態としての光学ユニット内のプリズム８と回折型空間光変調器９との関係を模式的に示している。なお、この図ではレーザ光の様子も併せて示している。
この図３に示されるようにして、実施の形態の光学ユニットでは、入射レーザ光を、プリズム８を介して回折型空間光変調器９に対して導くようにされている。

ここで、回折型空間光変調器９は、入射光の波長に依存してその回折光の出射角度が変化する性質を有する。同様に、プリズム８としても、入射光の波長に依存してその屈折出射光の角度が変化する性質を有する。このことを踏まえると、上記図３に示す構成において、レーザ光の波長変化に伴い生じるプリズム８の屈折出射光の角度変化量が、同じ波長変化に応じて生じる空間光変調器９の回折角の変化を相殺させるような変化量に設定できれば、空間光変調器９の回折角に変化を生じさせないようにできることがわかる。
そこで本実施の形態では、上記プリズム８の材質として、その屈折率についての波長依存特性が、レーザ光の波長変化によって空間光変調器９に生じる回折角の変化を相殺させるための屈折出射光変化量が得られるような特性を有するものを選定する。

ここで、次の図４を参照し回折型空間光変調器９の動作原理について考察した上で、上記のようなプリズム８の波長依存特性とするための条件を導出する。
先ず、この図４に示されるように、回折型空間光変調器９には、図中色付き部分によって示す複数の微少ミラーが形成され、これら微少ミラーの傾斜角度θmが駆動信号に応じて変化されることで、入射光の入射角θiに対する、回折光の出射角度（回折角）βの関係が変化する。
このとき、上記入射角θiと回折角βの関係は、上記入射光の波長をλ、各微少ミラー間のピッチをｄとおくと、

で表される。
なお、微少ミラーの傾斜角度θmとの関係は、

である。

ここで、回折角βは任意でよく、簡単のためにβ＝０として、光学ユニットに対する入射レーザ光の波長変化量をΔλ、このΔλによる波長変化に伴う入射角θiの変化量（つまりプリズム８の屈折出射光の角度変化量と同じ）をΔθiとすると、

が、空間光変調器９の出射光に生じる角度変化をプリズム８の出射光に生じる角度変化によって相殺するための条件式となる。つまり、プリズム８としては、入射レーザ光の波長変化Δλに対する屈折出射光の角度変化量として、上記条件式を満たすΔθiと同じ角度変化量が得られる分散特性を有するガラス材が選定されればよいものである。
なお、確認のために述べておくと、プリズム８の屈折出射光の角度変化量は、プリズム８を構成するガラス材の分散特性（換言すればガラス材の屈折率）で一意に決定されるものである。

このようにして選定されたプリズム８を用いることにより、光学ユニットとしては、入射レーザ光の波長変化に対し空間光変調器９の回折角βに変化を生じさせないようにすることができる。
その上で本実施の形態では、さらにプリズム８による反射ロスの防止及び、屈折透過光の拡大の防止を図るために、以下のような条件も加えるものとする。

先ず、条件１として、プリズム８に対してレーザ光がブリュースター角（Brewster's angle：tan^-1n）で入射されるように、プリズム８へのレーザ光の入射角θ1（図３）を設定する。また、これと共に上記レーザ光がプリズム８の入射面でＰ偏光（つまりレーザ光の振動面が入射面に平行）となるようにする。
この条件１が満たされることで、プリズム８の入射面における表面反射ロスをほぼ無くすことができ、当該入射面側にて略１００％の光を屈折透過することができる。

また、条件２として、プリズム８を二等辺三角形による断面形状を有する三角柱形状とした上で、この二等辺三角形の頂角α（つまりプリズムの入射平面と出射平面とのなす角度）の設定により、プリズム８内の透過光が当該プリズム８の出射平面に対しブリュースター角（tan^-1(1/n)）で入射されるようにする。なお、この条件２を満たすことは、上記ブリュースター角で入射したレーザ光のプリズム８内の透過光が、当該プリズム８の底辺と平行となるようにすることと同義となる。
この条件２を満たすにあたっては、上記頂角αを、プリズム８の出射平面側のブリュースター角（図３中α／２）の２倍に設定すればよい。
上記条件２が満たされることで、出射面側における内面反射ロスをほぼ無くすことができ、略１００％の光を屈折透過することができる。つまり上記条件１と併せれば、この場合のプリズム８においては入・出射側の双方で反射ロスを生じさせないようにすることができる。これによれば、この場合のプリズム８の入射面・出射面に対してはＡＲ(Anti Reflection)コートを施す必要がなくなり、その分プリズム８の製造コストを安価に抑えることができる。

また、上記条件２によれば、入射角θ1と屈折角（屈折出射角）θ2とが等しくなるので、プリズム８の屈折出射光が一次元方向に拡大してしまうことを防止することができる。
ここで、このように屈折出射光の一次元方向の拡大が防止できれば、入射レーザ光の円形性を保ったまま空間光変調器９にレーザ光を導くことができる。前提として、ホログラム装置においては記録／再生のための信号光及び参照光を円形とするようにされているので、このように空間光変調器９に対する入射光の円形性が保たれる、換言すれば空間光変調器９に対する入射光が楕円形状とされてしまうことが防止できることで、その分、記録／再生動作の安定性を確保することができる。

ここで、プリズム８のガラス材として、上記[数３]の条件式を満たすΔθiと同じ屈折出射光の角度変化量（Δθ2）が得られるガラス材が選定されれば、プリズム８の屈折率が一意に決まるものとなる。そして、このようにプリズム８の屈折率が決まれば、入射平面側のブリュースター角が一意に決まる。従って、プリズム８に対し当該ブリュースター角による入射角θ1でレーザ光を入射するという条件の下で、出射平面に対しプリズム８内の透過光がブリュースター角で入射するような二等辺三角形の頂角αを有するプリズム８の形状とすれば、レーザ光の波長変化に対しても空間光変調器９の回折角βに変化を生じさせず、且つ上記条件１と条件２とを満たすことの可能なプリズム８とすることができる。

なお、本実施の形態において、上記条件１におけるプリズム８に対するＰ偏光入射を実現するにあたっては、図１に示す１／２波長板６を用いるものとしている。すなわち、１／２波長板６は、その光学軸方向が、プリズム８の入射面におけるレーザ光の振動面が当該入射面と平行となるようにして自らを透過するレーザ光の偏光方向を変化させる方向となるように、その取付角度が調整されている。このような１／２波長板６を介したレーザ光がプリズム８に入射するようにされていることで、プリズム８の入射面にレーザ光をＰ偏光で入射させることができる。

ここで、次の図５を参照して、上記により説明した実施の形態としてのプリズム８の設計例について説明しておく。
先ず、前提として、この場合の回折型空間光変調器９の微少ミラーのピッチｄは例えばｄ＝19.37μmであるものとし、また微少ミラーの傾斜角度θmは例えばθm＝22.39度と設定したとする。この場合、回折次数ｍ＝１８となる。また、先にも述べたようにこの場合のレーザ光の基準波長はλ＝４１０nmである。

この条件の下で、先の[数３]に基づく条件を満たすプリズム８のガラス材として、ＳＦ４（屈折率ｎ＝1.80304）を選定する。このガラス材の屈折率によって決まるプリズム８への入射光のブリュースター角は、図５に示されるようにして60.0986度となる。また、この場合の出射平面に対するブリュースター角は図示するように29.0135度となるので、プリズム８の頂角αは、その２倍の58.027度となる。また、先の説明から理解されるようにこの場合は入射角θ1＝屈折出射角θ2となり、従ってθ2＝60.0986度である。

また、図６は、図５にて説明したプリズム８を用いて、レーザ光の波長変化と空間光変調器９の出射光軸の振れとの関係について計算によるシミュレーションを行った結果を示している。なおこの図では比較として、プリズム８を設けない場合の計算結果も示している。本例のプリズム８を設けた場合の計算結果は菱形のプロットと実線との組で示し、プリズム無しの場合の計算結果は丸形プロットと破線との組で示している。この図において、横軸はレーザ光の波長(nm)、縦軸は空間光変調器９の出射光軸ズレ量（mrad）である。

この図６では、基準波長＝４１０nmから±５nmの波長変化に対する光軸ズレ量を示しているが、従来のプリズム無しの場合には、この±５nmの波長変化に対して±４．５程度の光軸ズレが生じていることが確認できる。これに対し本例のプリズム８を設けた場合には、基準波長からの同変化に対して殆ど光軸ズレが生じていないことが確認できる。この結果より、本例のプリズム８を設けることによって、波長変化に伴う空間光変調器９の回折角の振れが従来より大幅に低減されることが理解できる。

このように空間光変調器９の回折角の振れが大幅に低減され、記録再生のためのレーザ光の光軸ズレの抑制が図られることで、先に説明したような記録／再生位置制御用のレーザ光との光軸ズレも大幅に低減でき、記録／再生位置制御の精度向上を図ることができる。そしてこれにより、記録／再生性能の向上が図られる。

[変形例]
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した例に限定されるべきものではない。
例えば、先に説明した条件１、条件２を満たすことは必須ではない。すなわち、例えば波長変化に伴う空間光変調器９の回折角の振れのみの防止を図るものとして、プリズムにおける反射ロスについて特に考慮する必要性がないとした場合などには、プリズムに対するレーザ光のＰ偏光入射及び、ブリュースター角による入射は必須ではない。同様に、空間光変調器９の回折角の振れの防止のみを図る観点から見れば、プリズム内の透過光の出射面側へのブリュースター角入射及び、プリズムの二等辺三角形による断面形状は必須ではない。

また、これまでの説明では、プリズムに対してレーザ光をＰ偏光入射させるにあたって、光学系中においてプリズムよりも前段となる位置に挿入した１／２波長板６の取付角度を調整する場合を例示したが、１／２波長板以外の他の光学部品によってレーザ光の偏光方向の調整を行うようにすることもできる。或いは、このように光学系中に調整のための光学部品を挿入せずに、プリズム自体の取付角度の調整によってＰ偏光入射が実現されるようにしてもよい。

また、プリズム８を空間光変調器９の直前に挿入するものとしたが、本発明の光学ユニットにおいて、プリズムは少なくともレーザ光源から回折型空間光変調器との間であれば任意位置に挿入することができる。
例えば、図１の構成とした場合には、１／２波長板６よりも後で且つ空間光変調器９よりも前となる位置であれば任意位置に挿入することができ、例えば１／２波長板６とミラー７との間に挿入するといったこともできる。

また、これまでの説明では、本発明が記録・再生の双方が可能な記録再生装置としてのホログラム装置に適用される場合を例示したが、本発明としては記録のみが可能な記録専用装置、または再生のみが可能な再生専用装置としてのホログラム装置に対しても好適に適用することができる。

或いは、ホログラム装置に限定されず、本発明としては、例えばレーザプロジェクションディスプレイにおける光学系など、回折型空間光変調器によって入射レーザ光について空間光変調を施すように構成される装置に対して広く好適に適用することができる。

本発明の実施の形態としてのホログラム装置の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態のホログラム記録媒体の断面構造を示した図である。 実施の形態としての光学ユニットについて説明するための図である。 回折型の空間光変調器の構造を模式的に示した図である。 実施の形態としてのプリズムの設計例について説明するための図である。 レーザ光の波長変化と空間光変調器の出射光軸の振れとの関係についてのシミュレーション結果を示した図である。 回折型の空間光変調器を用いたホログラム装置の光学系の構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１ メインレーザ、２ アナモプリズム、４ 空間フィルタ、６ １／２波長板、８ プリズム、９ 回折型空間光変調器、１２ 偏光ビームスプリッタ、１４ ダイクロイックミラー、１７ 対物レンズ、２１ イメージセンサ、２２ サブレーザ、２３ フォトディテクタ、２６ ビームスプリッタ、２８ 変調制御部、２９ データ再生部、ＨＭ ホログラム記録媒体

Claims (5)

1. 駆動信号に基づき複数の回折素子を駆動することで入射光に対して画素単位の空間光変調を施す回折型の空間光変調器と、プリズムとを備えると共に、入射レーザ光を上記プリズムにより屈折透過させて上記空間光変調器に導くように構成された光学ユニットであって、
   上記プリズムは、上記レーザ光の波長変化に伴う屈折出射光の角度変化量が、上記波長変化に伴って生じる上記空間光変調器の回折光の出射角度変化を相殺する当該空間光変調器への入射光の角度変化量と同等となるようにしてそのガラスの分散特性が与えられいる、
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 上記プリズムは、
   上記空間光変調器の回折次数をｍ、
   上記空間光変調器に形成される各回折素子間のピッチをｄ、
   上記レーザ光の基準波長をλ、
   上記基準波長からの波長変化量をΔλ
   上記基準波長λのときの上記プリズムから出射されたレーザ光の上記空間光変調器への入射角をθi、
   上記Δλによる波長変化に伴う上記空間光変調器への上記レーザ光の入射角の変化量をΔθiとしたとき、
   
   

   

   を満たす上記Δθiによる屈折出射角変化量が得られるガラス材が選定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 上記プリズムの入射平面において上記レーザ光がＰ偏光で入射するようにして上記レーザ光の偏光方向を調整する調整手段をさらに備えると共に、
   上記プリズムは、二等辺三角形による断面形状を有する三角柱形状とされ、且つ上記レーザ光がブリュースター角で入射されたときに、当該プリズム内の透過光が当該プリズムの出射面に対しブリュースター角で入射するようにしてその頂角が設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
4. 上記空間光変調器は、上記回折素子として角度可変のミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
5. 参照光と信号光との干渉縞によって情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して記録及び／又は再生を行うホログラム装置であって、
   所要の光源から出射されたレーザ光を上記ホログラム記録媒体に対して導くための光学系に対して挿入され、且つ駆動信号に基づき複数の回折素子を駆動することで入射光に対して画素単位の空間光変調を施す回折型の空間光変調器と、プリズムとを備えると共に、入射レーザ光を上記プリズムにより屈折透過させて上記空間光変調器に導くように構成された光学ユニットであって、上記プリズムが、上記レーザ光の波長変化に伴う屈折出射光の角度変化量が、上記波長変化に伴って生じる上記空間光変調器の回折光の出射角度変化を相殺する当該空間光変調器への入射光の角度変化量と同等となるようにしてそのガラスの分散特性が与えられいる光学ユニットと、
   上記空間光変調器に対し上記駆動信号を供給して、上記参照光及び／又は上記信号光を生成させる変調制御手段と、
   を備えることを特徴とするホログラム装置。

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