JP4228626B2 - ホログラム記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置が開発されている。
図１５に従来のホログラム記録装置５００を示す。レーザ光源１１０から出射したレーザ光Ｌのビーム径をビームエキスパンダ１２０で拡大し、ハーフミラー１３０で参照光Ｌ００と信号光Ｌ０１の２つに分割する。参照光Ｌ００はそのまま、信号光Ｌ０１は複数画素を有する液晶素子１４０を通過させた後にホログラム記録媒体Ｍに投射される。参照光Ｌ００と信号光Ｌ０１との干渉により形成された干渉縞がホログラム記録媒体Ｍに記録される。
ここで、液晶素子１４０の各画素の透過、遮蔽パターンを設定することで、ホログラム記録媒体Ｍに所望のデータを記録することができる。
図１６に示すように、データを記録したホログラム記録媒体Ｍに参照光Ｌ００のみを照射すると、参照光Ｌ００がホログラム記録媒体Ｍ中の干渉縞によって回折される。その結果、記録時に液晶素子１４０に表示されたパターンに対応する回折光が発生し、この回折光を例えば、ＣＣＤ等の撮像素子１８０で受光することで記録したデータの再生が行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、参照光と信号光とをホログラム記録媒体Ｍ上で精度良く重ね合わせるのは容易ではない。即ち、光学系の調節が困難であり、また調節した光学系に振動等が加わると調整にずれが生じ易い（光路が微妙にずれる）。
上記に鑑み、本発明は光学系の調節が容易なホログラム記録装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の第１，第２の次数の回折の少なくともいずれかを制御して出射させる回折制御素子と、前記回折制御素子から出射された前記第１、第２の次数の回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、を具備することを特徴とする。
回折制御素子から出射された第１，第２の次数の回折光をホログラム記録媒体に集光させることで、第１、第２の回折光同士が干渉して干渉縞が形成され、この干渉縞をホログラム記録媒体に記録することができる。この結果、いわゆる参照光を用いずに、回折制御素子での回折状態に対応した情報をホログラム記録媒体に記録させることができる。
ここで、ホログラム記録装置はホログラム記録媒体を内蔵しても良いし、あるいはホログラム記録媒体を交換可能としても良い。ホログラム記録媒体を交換可能とした場合には、ホログラム記録媒体を保持するためのステージを有することが好ましい。
「第１，第２の次数の回折光」として、０次、＋１次、−１次の回折光の任意の組み合わせ（例えば、０次と＋１次）が挙げられる。
【０００５】
（１）前記回折制御素子が、前記第１，第２の次数の回折光の少なくともいずれかの強度を変化させてもよい。
第１，第２の次数の回折光の少なくともいずれかの強度の変化に対応して、ホログラム記録媒体上の干渉縞の強度を変化できる。例えば、第１，第２の次数の回折光の強度が略等しいとき（干渉縞が明確に形成される条件）を１，第１，第２の次数の回折光いずれかの強度が略０のとき（干渉縞が基本的に形成されない条件）を０として、データの記録を行うことができる。
【０００６】
（２）前記回折制御素子が、前記入射したレーザ光の回折を互いに独立して制御する個別回折制御素子を複数有してもよい。
個別回折制御素子の個数に対応した情報をホログラム記録媒体に記録することが可能になり、より高密度の記録が可能となる。
このときの個別回折制御素子の配列として、一次元（線状）あるいは二次元（平面状）の配列が考えられる。
【０００７】
▲１▼前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相を相対的に制御する第１、第２の位相制御要素を有してもよい。
第１、第２の位相制御要素から出射される出射光の位相を相対的に制御することで、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第３以上の位相制御要素が追加されていても差し支えない。
ここで、「相対的」とは、第１、第２の位相制御要素からの出射光同士での位相差が変化すれば足り、必ずしも第１、第２の位相制御要素の双方で位相を変化させることを要しない意である（一方の位相制御要素は固定的であってもよい）。
【０００８】
１）前記第１、第２の位相制御要素それぞれを、略リボン形状とすることができる。
この形状は作成および駆動が容易である。例えば、このリボンを導電性、かつ弾力性のある材料（例えば、金属材料）で構成することで、リボンに印加した電圧に基づく静電力によって変位させ、リボンの弾力性により元の状態（形状）に復帰させることができる。
【０００９】
２）前記第１、第２の位相制御要素がそれぞれ、液晶素子を有してもよい。
液晶素子は電圧の印加により屈折率を変化することができるので、液晶素子を用いて第１、第２の位相制御要素間での位相を相対的に変化させることができる。
【００１０】
▲２▼前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の強度を相対的に制御する第１、第２の出射光量制御要素を有してもよい。
第１、第２の出射光量制御要素から出射される出射光の強度を相対的に制御することで、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第３以上の出射光量制御要素が追加されていても差し支えない。
ここで、「相対的」とは、第１、第２の出射光量制御要素からの出射光の強度の差が変化すれば足り、必ずしも第１、第２の出射光量制御要素の双方で強度を変化させることを要しない意である（一方の出射光量制御要素は固定的であってもよい）。
【００１１】
１）前記第１の出射光量制御要素が、第１の反射素子を有し、前記第２の出射光量制御要素が、反射方向を前記第１の反射素子からみて相対的に変化できる第２の反射素子と、該第２の反射素子を該第１の反射素子からみて相対的に変化した場合に、該第２の反射素子からの反射光を遮蔽する光遮蔽素子を有してもよい。
第２の反射素子を第１の反射素子に対して傾斜させることで第２の反射素子からの反射光が光遮蔽素子によって遮蔽される。即ち、第２の反射素子と遮蔽素子とを組み合わせることで、出射光量を変化することが可能となる（第２の反射素子が傾斜されていないときの第１の出射光量と第２の反射素子を傾斜させたときの第２の出射光量（遮蔽素子で遮蔽されるためほぼ０）に少なくとも変化可能）。
【００１２】
２）前記第１、第２の出射光量制御要素がそれぞれ、液晶素子を有してもよい。
液晶素子を用いて出射光量を変化できる。このときの液晶素子には、出射光量の変化のために偏光板等の偏光素子が必要に応じて取り付けられる。
【００１３】
（３）前記集光素子が、一対のテレセントリックレンズから構成されてもよい。
テレセントリックレンズを用いることで、この１対のレンズを通過する前後の光の主光線を光軸と平行にすることができる。このため、回折制御素子での出射位置とホログラム記録媒体での集光位置とをほぼ対称の位置にすることができる。この結果、回折制御素子で表示したデータとホログラム記録媒体での記録との対応性が向上する。
なお、一対のテレセントリックレンズは、例えば一対の凸レンズを双方の焦点距離を加えた距離だけ離間させ、これら凸レンズの共通する焦点の位置にピンホールを配置することで構成することができる。
【００１４】
（４）ホログラム記録装置が、前記回折制御素子と前記集光素子の間にあって、前記回折制御素子から出射した回折光から所定次数の回折光を除去する回折光除去素子をさらに具備してもよい。
回折制御素子が３つ以上の異なる次数の回折光を出射した場合に、余分な回折光を除去し、ホログラム記録媒体への干渉縞の形成が確実に行われるようにすることができる。
【００１５】
（５）ホログラム記録装置が、前記集光素子が前記ホログラム記録媒体上の前記第１、第２の回折光が集光される箇所から光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子が集光した光を受光する受光素子と、をさらに具備してもよい。
ホログラム記録装置をホログラム記録媒体へのデータの記録のみでなく、データの再生にも用いることが可能となる。
この受光素子は、元々の信号を発生した回折制御素子に対応していることが好ましい。例えば、回折制御素子が一次元または二次元に配列された個別回折制御素子から構成されるときには、これに対応して配列された個別受光素子から構成されることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置１００を表す模式図である。また、図２は図１のＸ軸方向からホログラム記録装置１００を見た状態を表す模式図である。
図１，２に示すように、ホログラム記録装置１００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，一次元型回折制御素子４０，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８３から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
【００１７】
（一次元型回折制御素子４０の内部構成）
まず、一次元型回折制御素子４０について説明する。
図３は、一次元型回折制御素子４０を上面から見た状態を表す上面図である。また、図４，５はそれぞれ、一次元型回折制御素子４０を側面、および正面からみた状態を表す側面図および正面図である。なお、図４，５の（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、個別回折制御素子４１の２つの状態（ＯＦＦ、ＯＮ）を表している。また、図５ではリボン４２の動作状態を模式的に表している。
一次元型回折制御素子４０は、個別回折制御素子４１がＹ方向に複数配列されて構成される。個別回折制御素子４１は、入射した光を回折して回折光として出射するものであり、互いに独立して回折状態を制御できる。
【００１８】
個別回折制御素子４１は、６本のリボン４２，リボン４２と対向する絶縁膜４３および対向電極４４を有し、基板４５上に構成される。６本のリボン４２は、１本おきに３本が上下に駆動される。リボン４２と対向電極４４との間に電圧を印加することで、この間に静電力が発生し、リボン４２が対向電極４４へと吸引される（ＯＮ状態：図４（Ｂ）、５（Ｂ）参照）。そして、リボン４２と対向電極４４との間に印加された電圧を除去すると、リボン４２の弾性力によりリボン４２は元の状態に復帰する（ＯＦＦ状態：図４（Ａ）、５（Ａ）参照）。
リボン４２は、例えば、幅が数μｍ、長さが１００μｍ程度、間隔ｄが数百ｎｍの金属製とすることができる。このとき、リボン４２の動作時間を1μs程度とすることができる。
【００１９】
一次元型回折制御素子４０（個別回折制御素子４１）に対して、レーザ光が垂直に入射した場合を考える。図５（Ａ）のように、個別回折制御素子４１の６本のリボン４２が同一平面にあれば（ＯＦＦ状態）、レーザ光はそのまま垂直に反射し、０次回折光のみが発生する。一方、図５（Ｂ）のように、リボン４２が１本おきに下がっていれば（ＯＮ状態）、垂直に反射する０次回折光の他に１次回折光も発生する。なお、２次以上の回折光の強度は小さいので、無視することとする。
このとき、０次回折光と１次回折光の比率は降下したリボン４２と降下していないリボン４２の間隔ｄで決まり、間隔ｄがλ/4（λ：レーザ光の波長）であれば１次回折光のみが出射する。即ち、降下したリボン４２からの０次回折光と降下していないリボン４２からの０次回折光が、互いに打ち消しあって強度が０となり、１次回折光のみが残存することになる（前述のように２次以上の成分は無視）。
本実施形態では、ＯＮ状態においてこのような１次回折光のみが出射される条件に設定する（正確には±１次の回折光が混合した状態）。１次回折光は一次元型回折制御素子４０に対して所定の出射角θで出射する。レーザ光の波長λを５３２ｎｍ、リボン４２の幅を４μｍとすると、この出射角θは約±４°となる（角度の正負は次数の正負と対応）。
【００２０】
以上、レーザ光が垂直入射した場合における一次元型回折制御素子４０（個別回折制御素子４１）の動作を説明したが、この動作原理は一次元型回折制御素子４０に斜めにレーザ光が入射した場合も基本的に同じである。但し、斜入射では直入射よりも光路長が長くなるため、間隔ｄがほぼ（λ/4）*ｃｏｓαのときに１次回折光のみを出射することになる（αは一次元型回折制御素子４０に対するレーザ光の入射角）。
【００２１】
（他の構成要素）
以下、一次元型回折制御素子４０以外の構成要素について説明する。
レーザ光源１０は、レーザ光を出射する光源である。
一次元型ビームエキスパンダ２０は、半楕円柱形状の凹みを有する平凹レンズ２１と楕円柱形状のシリンドリカルレンズ２２を組み合わせて構成され、入射した光のビーム径を一次元方向（Ｙ方向）に拡大する光学素子である。一次元型ビームエキスパンダ２０を通過することで、レーザ光源１０から出射したレーザ光のビーム形状は略円形から略楕円形へと変換される。この変換は、図２に示されるように、一次元型回折制御素子４０のＹ方向に配列された個別回折制御素子４１全体に光ビームを照射するために行われる。
シリンドリカルレンズ７１は、入射した光ビームをＸ方向に集光するための光学素子である。この集光は、一次元型回折制御素子４０のＸ方向での大きさにレーザ光を対応させるために行われる。
【００２２】
凸レンズ８１は、一次元型回折制御素子４０から出射した光を略平行光に変換するための光学素子である。
凸レンズ８２は、凸レンズ８２から出射した略平行光をホログラム記録媒体Ｍに集光するための光学素子である。
凸レンズ８１、８２は、焦点距離ｆが同一のレンズを用い、凸レンズ８１、８２の間の距離Ｌｅが焦点距離ｆの２倍となっている（Ｌｅ＝２＊ｆ）。また、凸レンズ８１、８２の中点Ａに対して凸レンズ８１、８２、および一次元型回折制御素子４０、ホログラム記録媒体Ｍが点対称になるように配置されている。
なお、本実施形態で凸レンズ８１、８２の焦点距離を同一としたのは、光学設計および説明を簡単化するためであり、本発明の本質ではない。２つの凸レンズの焦点距離が異なる場合は配置が点対称ではなくなり、受光素子での入射角が回折制御素子の出射角とは異なり、ホログラム媒体上での一次元型回折制御素子の像の大きさが２つの凸レンズの焦点距離の比となるが、本特許の効果は同様に得られる。
ここで、凸レンズ８１、８２は、共にテレセントリックレンズであることが好ましい。一次元型回折制御素子４０から出射した回折光をホログラム記録媒体Ｍ上の対称な位置に集光することが容易になる。
テレセントリックレンズは、凸レンズ８１では一次元型回折制御素子４０側において、凸レンズ８２ではホログラム記録媒体Ｍ側において、主光線が光軸と平行となるレンズをいう。テレセントリックレンズを実現するには、例えば、凸レンズ８１、８２の中点Ａ、即ち凸レンズ８１、８２の焦点位置にピンホールを配置すればよい。
【００２３】
図６，７はそれぞれ、個別回折制御素子４１がＯＮ状態、ＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御素子４０からホログラム記録媒体Ｍへと向かう回折光の状態を表した模式図である。
図６に示すように、個別回折制御素子４１がＯＮ状態の場合、個別回折制御素子４１から＋１次の回折光Ｌ＋１と−１次の回折光Ｌ−１が出射する。既述のようにこの回折光はそれぞれ、出射角θが例えば±４°である。これらの回折光は凸レンズ８１，８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。±１次の回折光が互いに干渉することでホログラム記録媒体Ｍ上に干渉縞が形成、記録される。
凸レンズ８１、８２がテレセントリックレンズの場合には、ホログラム記録媒体Ｍ上での回折光の集光位置は一次元型回折制御素子４０からの出射位置と対称な位置になる。即ち、一次元型回折制御素子４０の大きさに対応して、ホログラム記録媒体Ｍの領域上への記録が行われる。
一方、図７に示すように、個別回折制御素子４１がＯＦＦ状態の場合、個別回折制御素子４１から０次の回折光Ｌ０のみが出射する。この回折光は凸レンズ８１，８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。このときには集光されるのが単一の光なので、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成、記録は行われない。
【００２４】
ホログラム記録媒体Ｍは、凸レンズ８２からの出射光による干渉縞を屈折率の変化として記録する記録媒体である。ホログラム記録媒体Ｍの構成材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができるが、光の強度に応じて屈折率の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。
【００２５】
凸レンズ８３は、ホログラム記録媒体Ｍからの記録の再生を行った際の再生光を一次元型受光素子６０に集光させるための光学素子である。
一次元型受光素子６０は、Ｙ方向に複数の受光素子が配列され、凸レンズ８３から出射した再生光を受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する。一次元型受光素子６０は、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１に対応して、受光素子がＹ方向に一次元的に配列されている。
但し、一次元型受光素子６０に換えて、２次元（平面的）に複数の受光素子が配列されたものを用いることも可能である。
【００２６】
（ホログラム記録装置１００の動作）
Ａ．ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録（図１、２参照）
レーザ光源１０から出射したレーザ光は一次元型ビームエキスパンダ２０によってＹ方向にビーム径が拡大された後に、シリンドリカルレンズ７１によってＸ方向に収束され、一次元型回折制御素子４０に入射する。このとき、レーザ光源１０から出射したレーザ光はそれ自体が信号光として機能し、この信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録が行われ、別途の参照光を必要としない（レーザ光がハーフミラー等で参照光、信号光に分割する必要がない）。
一次元型回折制御素子４０を構成する個別回折制御素子４１それぞれが独立に２つの回折状態（ＯＦＦ：０次回折光のみ、ＯＮ：正負の一次回折光のみ）をとることで、画素数（個別回折制御素子４１の個数）分のビット数のデータを表現できる（例えば、ＯＮ：１，ＯＦＦ：０と設定する）。
【００２７】
一次元型回折制御素子４０で回折された回折光は、凸レンズ８１，８２を経由してホログラム記録媒体Ｍに集光される。このときの回折光は、個別回折制御素子４１のＯＮ、ＯＦＦの状態に対応して異なる。
ＯＮ状態では、回折光は正負の１次回折光成分を含み、この１次回折光同士がホログラム記録媒体Ｍ上で干渉し、ホログラム記録媒体Ｍに干渉縞が形成される。そして、形成された干渉縞に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率が変化する。
一方、ＯＦＦ状態では、回折光は０次回折光成分のみを含むことから、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成および干渉縞による屈折率の変化は生じない。
以上のように、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１それぞれの２つの状態（ＯＮ，ＯＦＦ）に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率分布の形成（または、非形成）が行われる（データの記録）。
【００２８】
Ｂ．ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生
図８は、ホログラム記録装置１００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
ホログラム記録媒体Ｍからデータの再生を行うには、記録時にホログラム記録媒体Ｍに入射した正負の１次回折光の内の一方のみをデータが記録されたホログラム記録媒体Ｍに入射させればよい。このためには、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１全てをＯＮ状態として、正負の一次回折光を生成し、その一方のみを抽出すればよい。
図８に示すように、凸レンズ８１，８２の間にピンホール素子５０を配置させている。ピンホール素子５０は、微少な略円形の開口部５１が形成された光学素子であるが、図９に示すように、この開口部５１の中心が光軸からＹ正方向に偏って配置されている。その結果、正の１次回折光Ｌ＋１は開口部を通過するが、負の１次回折光Ｌ−１はピンホール素子５０によって遮断される。このようにして、参照光たる正の１次回折光Ｌ＋１のみがホログラム記録媒体Ｍに到達する。
【００２９】
ホログラム記録媒体Ｍに入射した参照光はホログラム記録媒体Ｍ内に形成された屈折率分布によって回折され、信号光が発生する。発生した信号光は、ホログラム記録媒体Ｍへの記録の際に入射してきた負の一次回折光の進行方向延長上から出射する。この再生された信号光を凸レンズ８３で収束して一次元型受光素子６０に入射させる（凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約−４°方向に配置する）。
このようにして、一次元型受光素子６０それぞれの受光素子が受光した光の強度として、ホログラム記録媒体Ｍ内に記録されたデータを再生することができる。
【００３０】
ここで、ピンホール素子５０の開口部５１をＹ負方向に偏って配置して、負の１次回折光のみを通過させ、これを用いてホログラム記録媒体Ｍの再生を行うこともできる。このときには、ホログラム記録媒体Ｍからデータ再生用の正の１次回折光が生成され、凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約＋４°方向に配置することで、一次元型受光素子６０を用いてデータの再生を行うことができる。
以上のようにして、ホログラム記録装置１００にピンホール素子５０を付加し、個別回折制御素子４１全てをＯＮとすることで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。即ち、ホログラム記録装置１００を記録と再生の双方に用いることができる。
なお、レーザ光源１０からのレーザ光をホログラム記録媒体Ｍに＋４°または−４°で入射するだけで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。但し、このときには記録と再生を同一の装置では行い難くなる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図１０は本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置２００を表す模式図である。
図１０に示すように、ホログラム記録装置２００は、レーザ光源１０、二次元型ビームエキスパンダ２０Ａ，二次元型回折制御素子４０Ａ，二次元型受光素子６０Ａ、凸レンズ７１Ａ、凸レンズ８１〜８３から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
基本的には、ホログラム記録装置１００の一次元型回折制御素子４０に換えて、二次元型回折制御素子４０Ａを用いている。この二次元型回折制御素子４０Ａは、前述の個別回折制御素子４１を２方向に（平面的に）配列したものである。この結果、一度に記録できる情報量を増大できる。
【００３２】
二次元型回折制御素子４０Ａを用いたことに伴って、一次元型ビームエキスパンダ２０に換えて通常の凹レンズ２１Ａと凸レンズ２２Ａとを組み合わせた二次元型ビームエキスパンダ２０Ａが、シリンドリカルレンズ７１に換えて凸レンズ７１Ａが配置されている。また、一次元型受光素子６０に換えて、二次元型受光素子６０Ａが配置されている。
二次元型ビームエキスパンダ２０Ａ、および凸レンズ７１Ａは、二次元型受光素子６０Ａの全画素にレーザーが照射されるようにするためのものである。また、二次元型受光素子６０Ａは、二次元型回折制御素子４０Ａでの個別回折制御素子４１Ａの配列に対応させたものである。
ホログラム記録媒体Ｍからの情報の再生は、第１の実施形態と同様に、凸レンズ８１，８２の間にＹ正または負方向に中心が偏った開口部５１を有するピンホール素子５０を挿入すればよい。
ホログラム記録装置２００の基本的な動作は、ホログラム記録装置１００と本質的に異なる訳ではないので、説明を省略する。
【００３３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置３００につき説明する。ホログラム記録装置３００の全体的な構成は図１０のホログラム記録装置２００と本質的には同一なので、図示を省略する。
ホログラム記録装置３００は、二次元型回折制御素子４０Ａに換えて、二次元型回折制御素子４０Ｂを用いていることが、ホログラム記録装置２００と相違する。
この二次元型回折制御素子４０Ｂは、個別回折制御素子４１Ｂを２方向に（平面的に）配列したものである。図１１は、個別回折制御素子４１Ｂを側面（光軸に垂直な方向）からみた状態を表す模式図であり、図１１の（Ａ）、（Ｂ）それぞれが個別回折制御素子４１ＢのＯＦＦ、ＯＮ状態に対応する。
図１１に示すように、個別回折制御素子４１Ｂは６つの液晶セル４２Ｂから構成され、その裏面に反射板４４Ｂが配置されている。紙面上方から入射した入射光Ｌｉｎが液晶セル４２Ｂを通過して反射板４４Ｂに反射され、再び液晶セル４２Ｂを通過して出射光Ｌｏｕｔとして出射する。
この６つの液晶セル４２Ｂの内の３つが電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂを変化させることができる。
電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂが変化すると、液晶セル４２Ｂ中の液晶の屈折率が変化する。図１１では正の屈折率異方性を有する液晶を液晶セル４２Ｂの入射面（出射面）に沿って配列しており、電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂが電界（光軸）の向きに近づく。このため、液晶セル４２Ｂは電圧印加によって屈折率が減少する。
【００３４】
電圧を印可しないＯＦＦ状態では（図１１（Ａ）参照）、液晶セル４２Ｂから出射する光それぞれでの位相差がないため、個別回折制御素子４１Ｂからの出射光は全体としても０次回折光となる。
一方、３つの液晶セル４２Ｂで液晶の配列方向を変化させたＯＮ状態では（図１１（Ｂ）参照）、液晶の配列方向４３Ｂが変化した液晶セル４２Ｂと液晶の配列が変化しない液晶セル４２Ｂとで屈折率が異なるため、液晶セル４２Ｂを通過した光に位相差が生じる。そして、この位相差が１／４λのときに、液晶セル４２Ｂを出射した０次回折光が互いに打ち消し合い（液晶セル４２Ｂ内を往復することで、位相差が１／２λになる）個別回折制御素子４１Ｂからの出射光には０次回折光が含まれなくなる。即ち、この出射光には１次回折光のみが含まれる（２次以上の回折光は強度が弱いため無視する）。
以上のようにして、液晶セル４２Ｂ（一種の位相変調素子）を組み合わせることで、個別回折制御素子４１Ｂ、ひいては二次元型回折制御素子４０Ｂを構成できる。
ホログラム記録装置３００の基本的な動作は、ホログラム記録装置１００，２００と本質的に異なる訳ではないので、説明を省略する。
【００３５】
（第４の実施形態）
図１２は本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置４００を表す模式図である。
図１２に示すように、ホログラム記録装置４００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，一次元型回折制御素子４０Ｃ，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８３、ピンホール素子５０から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
基本的には、ホログラム記録装置１００の一次元型回折制御素子４０に換えて、一次元型回折制御素子４０Ｃを用い、０次回折光と正負いずれかの一次回折光との干渉を用いて、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録を行う。実施形態１〜３において、正負の一次回折光同士の干渉を用いていたのとは異なる。
【００３６】
ここで、一次元型回折制御素子４０Ｃは、ＯＮ状態で０次回折光と一次回折光（正負の双方）が混合した回折光を出射する個別回折制御素子４１ＣをＹ方向に（一次元的に）配列したものである。ピンホール素子５０を用いて正負の一次光のいずれかを抽出することで、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光と正負いずれかの一次回折光を照射することができる。
個別回折制御素子４１Ｃは、基本的には図３〜５に示した個別回折制御素子４１と同様の構成を用いることができる。個別回折制御素子４１Ｃでは、図４，５での間隔ｄを約０．１６λ（λ：レーザ光の波長）とすることで、個別回折制御素子４１ＣがＯＮ状態のときに０次回折光と１次回折光の強度が同一となり（正確には、０次、＋１次、−１次の回折光の強度が互いに等しくなる）、後述のようにホログラム記録媒体Ｍ上で干渉縞を効率よく形成できる。
【００３７】
ピンホール素子５０の開口部５１はＹ正または負方向にずらして配置されている。このため、図９で既述のように、ＯＮ状態の個別回折制御素子４１Ｃからの出射光から−１次または＋１次の回折光を除去できる（但し、１次回折光と共に０次回折光が通過されるように、開口部５１の形状が略楕円形等の細長い形状であるのが好ましい）。この結果、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光と正負いずれかの一次回折光を照射することができる。ホログラム記録媒体Ｍ上で、０次回折光と正負いずれかの１次回折光の強度がほぼ等しいことから干渉縞を効率よく形成できる。
【００３８】
図１３はホログラム記録装置４００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う状態を表す模式図である。このときには、個別回折制御素子４１Ｃの全てをＯＦＦ状態として、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光を照射する。
この０次回折光は、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う再生参照光として機能し、ホログラム記録媒体Ｍから１次回折光が生成される。１次回折光が一次元型受光素子６０に入射することで、データの再生を行える。
なお、図１３でピンホール素子５０は除外しても差し支えない。ピンホール素子５０は個別回折制御素子４１Ｃから出射された０次回折光がそのまま通過するだけで、特に積極的な働きを行っていないからである。
但し、ピンホール素子５０はあっても再生の障害には特にならないため、ホログラム記録装置４００の光学系を変更することなく用いることができる。即ち、個別回折制御素子４１ＣのＯＮ。ＯＦＦを制御するだけで、ホログラム記録装置４００を記録、再生の双方に利用することができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図１２の一次元型回折制御素子４０Ｃに換えて、他の一次元型回折制御素子を用いることができる。
Ａ．液晶セル
例えば、図１１に示した複数の液晶セルから構成された個別回折制御素子４１Ｃの基本構成として用い、ＯＮ状態において０次回折光と１次回折光の強度がほぼ等しくなるように、液晶セル４２Ｂ同士の位相差を調節すればよい。
なお、図１１に示した液晶セル４２Ｂの光の両面（入射面側および反射板４４Ｂとの境界側）に偏光板を取り付け、液晶の配列方向４３Ｂが変化しいない３つの液晶セル４２Ｂを明、他の３つの液晶セル４２Ｂを暗としてもよい。このようにすることで、個別回折制御素子４１Ｃ全体から出射される出射光を０次回折光と１次回折光が混合した状態とすることができる。
【００４０】
Ｂ．ディフォーマブルミラー
図３〜５では、一種のミラーであるリボン４２を上下させることで、回折状態を変化させているが、図１４のように傾斜可能なミラー４２Ｄで個別回折制御素子４１Ｄを構成することもできる。
図１４（Ａ）のＯＦＦ状態ではミラー４２Ｄは傾けられていないことから、個別回折制御素子４１Ｄからは０次回折光のみが出射される。
一方、図１４（Ｂ）のＯＮ状態では、６つのミラー４２Ｄの内３つが傾けられており、傾けられたミラー４２Ｄからの反射光は遮蔽板４３Ｄで遮られるため、ホログラム記録媒体Ｍには到達しない。この結果、ミラー４２Ｄからは０次回折光と１次回折光が混合した光が出射する。
【００４１】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、一次元型回折制御素子あるいは二次元型回折制御素子に換えて、回折状態を制御可能な回折格子一般を用いることができる。個別回折制御素子４１がそれぞれ有するリボンは６つに限らずもっと多数、あるいはより少ない個数でも差し支えない。また、回折格子として、リボンから回折される回折光それぞれに位相差を付与する位相差方式以外の種々の回折格子を用いることができる。
また、第３〜５の実施形態では、第１の実施形態に対応した一次元型回折制御素子を用いているが、これに換えて第２の実施形態と同様に二次元型回折制御素子を用いることも可能である。
【００４２】
（実施形態における特徴）
上記実施形態には以下のような特徴を有する。
参照光を用いずに、つまり信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録が行える。
通常のホログラフィでは参照光、信号光と２つの光をホログラム記録媒体Ｍの同位置に照射するため光学系の調節が困難となるが、上記実施形態では信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録を行うため光学調整が容易になる。
また、参照光、信号光と２つの光を用いた場合には、記録時に振動が加わると２つの光の照射位置が互いにずれるため、ホログラム記録媒体Ｍへの記録が行えなくなる。上記実施形態の場合は、振動により照射位置自体がずれても記録が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば光学系の調節が容易なホログラム記録装置ホログラム記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図２】 図１のＸ軸方向からホログラム記録装置を見た状態を表す模式図である。
【図３】 図１に示す一次元型回折制御素子を上面から見た状態を表す上面図である。
【図４】 図１に示す一次元型回折制御素子を側面から見た状態を表す上面図である。
【図５】 図１に示す一次元型回折制御素子を正面から見た状態を表す正面図である。
【図６】 個別回折制御素子がＯＮ状態のときに、一次元型回折制御素子からホログラム記録媒体へと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図７】 個別回折制御素子がＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御素子からホログラム記録媒体へと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図８】 第１の実施形態に係るホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体からのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
【図９】 第１の実施形態に係るホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体からのデータの再生を行っているときの光の状態を表す模式図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１１】 第３の実施形態のホログラム記録装置の個別回折制御素子を側面から表す側面図である。
【図１２】 本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１３】 本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う状態を表す模式図である。
【図１４】 傾斜可能なミラーで個別回折制御素子を構成した例を示す図である。
【図１５】 従来のホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１６】 ホログラム記録媒体からデータを再生している状態を表す模式図である。
【符号の説明】
１００ ホログラム記録装置
１０ レーザ光源
２０ 一次元型ビームエキスパンダ
２１ 平凹レンズ
２２ シリンドリカルレンズ
４０ 一次元型回折制御素子
４１ 個別回折制御素子
４２ リボン
４３ 絶縁膜
４４ 対向電極
４５ 基板
５０ ピンホール素子
５１ 開口部
６０ 一次元型受光素子
７１ シリンドリカルレンズ
８１〜８３ 凸レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置が開発されている。
図１５に従来のホログラム記録装置５００を示す。レーザ光源１１０から出射したレーザ光Ｌのビーム径をビームエキスパンダ１２０で拡大し、ハーフミラー１３０で参照光Ｌ００と信号光Ｌ０１の２つに分割する。参照光Ｌ００はそのまま、信号光Ｌ０１は複数画素を有する液晶素子１４０を通過させた後にホログラム記録媒体Ｍに投射される。参照光Ｌ００と信号光Ｌ０１との干渉により形成された干渉縞がホログラム記録媒体Ｍに記録される。
ここで、液晶素子１４０の各画素の透過、遮蔽パターンを設定することで、ホログラム記録媒体Ｍに所望のデータを記録することができる。
図１６に示すように、データを記録したホログラム記録媒体Ｍに参照光Ｌ００のみを照射すると、参照光Ｌ００がホログラム記録媒体Ｍ中の干渉縞によって回折される。その結果、記録時に液晶素子１４０に表示されたパターンに対応する回折光が発生し、この回折光を例えば、ＣＣＤ等の撮像素子１８０で受光することで記録したデータの再生が行える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、参照光と信号光とをホログラム記録媒体Ｍ上で精度良く重ね合わせるのは容易ではない。即ち、光学系の調節が困難であり、また調節した光学系に振動等が加わると調整にずれが生じ易い（光路が微妙にずれる）。
上記に鑑み、本発明は光学系の調節が容易なホログラム記録装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の第１，第２の次数の回折の少なくともいずれかを制御して出射させる回折制御素子と、前記回折制御素子から出射された前記第１、第２の次数の回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、を具備することを特徴とする。
回折制御素子から出射された第１，第２の次数の回折光をホログラム記録媒体に集光させることで、第１、第２の回折光同士が干渉して干渉縞が形成され、この干渉縞をホログラム記録媒体に記録することができる。この結果、いわゆる参照光を用いずに、回折制御素子での回折状態に対応した情報をホログラム記録媒体に記録させることができる。
ここで、ホログラム記録装置はホログラム記録媒体を内蔵しても良いし、あるいはホログラム記録媒体を交換可能としても良い。ホログラム記録媒体を交換可能とした場合には、ホログラム記録媒体を保持するためのステージを有することが好ましい。
「第１，第２の次数の回折光」として、０次、＋１次、−１次の回折光の任意の組み合わせ（例えば、０次と＋１次）が挙げられる。
【０００５】
（１）前記回折制御素子が、前記第１，第２の次数の回折光の少なくともいずれかの強度を変化させてもよい。
第１，第２の次数の回折光の少なくともいずれかの強度の変化に対応して、ホログラム記録媒体上の干渉縞の強度を変化できる。例えば、第１，第２の次数の回折光の強度が略等しいとき（干渉縞が明確に形成される条件）を１，第１，第２の次数の回折光いずれかの強度が略０のとき（干渉縞が基本的に形成されない条件）を０として、データの記録を行うことができる。
【０００６】
（２）前記回折制御素子が、前記入射したレーザ光の回折を互いに独立して制御する個別回折制御素子を複数有してもよい。
個別回折制御素子の個数に対応した情報をホログラム記録媒体に記録することが可能になり、より高密度の記録が可能となる。
このときの個別回折制御素子の配列として、一次元（線状）あるいは二次元（平面状）の配列が考えられる。
【０００７】
▲１▼前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相を相対的に制御する第１、第２の位相制御要素を有してもよい。
第１、第２の位相制御要素から出射される出射光の位相を相対的に制御することで、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第３以上の位相制御要素が追加されていても差し支えない。
ここで、「相対的」とは、第１、第２の位相制御要素からの出射光同士での位相差が変化すれば足り、必ずしも第１、第２の位相制御要素の双方で位相を変化させることを要しない意である（一方の位相制御要素は固定的であってもよい）。
【０００８】
１）前記第１、第２の位相制御要素それぞれを、略リボン形状とすることができる。
この形状は作成および駆動が容易である。例えば、このリボンを導電性、かつ弾力性のある材料（例えば、金属材料）で構成することで、リボンに印加した電圧に基づく静電力によって変位させ、リボンの弾力性により元の状態（形状）に復帰させることができる。
【０００９】
２）前記第１、第２の位相制御要素がそれぞれ、液晶素子を有してもよい。
液晶素子は電圧の印加により屈折率を変化することができるので、液晶素子を用いて第１、第２の位相制御要素間での位相を相対的に変化させることができる。
【００１０】
▲２▼前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の強度を相対的に制御する第１、第２の出射光量制御要素を有してもよい。
第１、第２の出射光量制御要素から出射される出射光の強度を相対的に制御することで、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第３以上の出射光量制御要素が追加されていても差し支えない。
ここで、「相対的」とは、第１、第２の出射光量制御要素からの出射光の強度の差が変化すれば足り、必ずしも第１、第２の出射光量制御要素の双方で強度を変化させることを要しない意である（一方の出射光量制御要素は固定的であってもよい）。
【００１１】
１）前記第１の出射光量制御要素が、第１の反射素子を有し、前記第２の出射光量制御要素が、反射方向を前記第１の反射素子からみて相対的に変化できる第２の反射素子と、該第２の反射素子を該第１の反射素子からみて相対的に変化した場合に、該第２の反射素子からの反射光を遮蔽する光遮蔽素子を有してもよい。
第２の反射素子を第１の反射素子に対して傾斜させることで第２の反射素子からの反射光が光遮蔽素子によって遮蔽される。即ち、第２の反射素子と遮蔽素子とを組み合わせることで、出射光量を変化することが可能となる（第２の反射素子が傾斜されていないときの第１の出射光量と第２の反射素子を傾斜させたときの第２の出射光量（遮蔽素子で遮蔽されるためほぼ０）に少なくとも変化可能）。
【００１２】
２）前記第１、第２の出射光量制御要素がそれぞれ、液晶素子を有してもよい。
液晶素子を用いて出射光量を変化できる。このときの液晶素子には、出射光量の変化のために偏光板等の偏光素子が必要に応じて取り付けられる。
【００１３】
（３）前記集光素子が、一対のテレセントリックレンズから構成されてもよい。
テレセントリックレンズを用いることで、この１対のレンズを通過する前後の光の主光線を光軸と平行にすることができる。このため、回折制御素子での出射位置とホログラム記録媒体での集光位置とをほぼ対称の位置にすることができる。この結果、回折制御素子で表示したデータとホログラム記録媒体での記録との対応性が向上する。
なお、一対のテレセントリックレンズは、例えば一対の凸レンズを双方の焦点距離を加えた距離だけ離間させ、これら凸レンズの共通する焦点の位置にピンホールを配置することで構成することができる。
【００１４】
（４）ホログラム記録装置が、前記回折制御素子と前記集光素子の間にあって、前記回折制御素子から出射した回折光から所定次数の回折光を除去する回折光除去素子をさらに具備してもよい。
回折制御素子が３つ以上の異なる次数の回折光を出射した場合に、余分な回折光を除去し、ホログラム記録媒体への干渉縞の形成が確実に行われるようにすることができる。
【００１５】
（５）ホログラム記録装置が、前記集光素子が前記ホログラム記録媒体上の前記第１、第２の回折光が集光される箇所から光を集光する第２の集光素子と、前記第２の集光素子が集光した光を受光する受光素子と、をさらに具備してもよい。
ホログラム記録装置をホログラム記録媒体へのデータの記録のみでなく、データの再生にも用いることが可能となる。
この受光素子は、元々の信号を発生した回折制御素子に対応していることが好ましい。例えば、回折制御素子が一次元または二次元に配列された個別回折制御素子から構成されるときには、これに対応して配列された個別受光素子から構成されることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置１００を表す模式図である。また、図２は図１のＸ軸方向からホログラム記録装置１００を見た状態を表す模式図である。
図１，２に示すように、ホログラム記録装置１００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，一次元型回折制御素子４０，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８３から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
【００１７】
（一次元型回折制御素子４０の内部構成）
まず、一次元型回折制御素子４０について説明する。
図３は、一次元型回折制御素子４０を上面から見た状態を表す上面図である。また、図４，５はそれぞれ、一次元型回折制御素子４０を側面、および正面からみた状態を表す側面図および正面図である。なお、図４，５の（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、個別回折制御素子４１の２つの状態（ＯＦＦ、ＯＮ）を表している。また、図５ではリボン４２の動作状態を模式的に表している。
一次元型回折制御素子４０は、個別回折制御素子４１がＹ方向に複数配列されて構成される。個別回折制御素子４１は、入射した光を回折して回折光として出射するものであり、互いに独立して回折状態を制御できる。
【００１８】
個別回折制御素子４１は、６本のリボン４２，リボン４２と対向する絶縁膜４３および対向電極４４を有し、基板４５上に構成される。６本のリボン４２は、１本おきに３本が上下に駆動される。リボン４２と対向電極４４との間に電圧を印加することで、この間に静電力が発生し、リボン４２が対向電極４４へと吸引される（ＯＮ状態：図４（Ｂ）、５（Ｂ）参照）。そして、リボン４２と対向電極４４との間に印加された電圧を除去すると、リボン４２の弾性力によりリボン４２は元の状態に復帰する（ＯＦＦ状態：図４（Ａ）、５（Ａ）参照）。
リボン４２は、例えば、幅が数μｍ、長さが１００μｍ程度、間隔ｄが数百ｎｍの金属製とすることができる。このとき、リボン４２の動作時間を1μs程度とすることができる。
【００１９】
一次元型回折制御素子４０（個別回折制御素子４１）に対して、レーザ光が垂直に入射した場合を考える。図５（Ａ）のように、個別回折制御素子４１の６本のリボン４２が同一平面にあれば（ＯＦＦ状態）、レーザ光はそのまま垂直に反射し、０次回折光のみが発生する。一方、図５（Ｂ）のように、リボン４２が１本おきに下がっていれば（ＯＮ状態）、垂直に反射する０次回折光の他に１次回折光も発生する。なお、２次以上の回折光の強度は小さいので、無視することとする。
このとき、０次回折光と１次回折光の比率は降下したリボン４２と降下していないリボン４２の間隔ｄで決まり、間隔ｄがλ/4（λ：レーザ光の波長）であれば１次回折光のみが出射する。即ち、降下したリボン４２からの０次回折光と降下していないリボン４２からの０次回折光が、互いに打ち消しあって強度が０となり、１次回折光のみが残存することになる（前述のように２次以上の成分は無視）。
本実施形態では、ＯＮ状態においてこのような１次回折光のみが出射される条件に設定する（正確には±１次の回折光が混合した状態）。１次回折光は一次元型回折制御素子４０に対して所定の出射角θで出射する。レーザ光の波長λを５３２ｎｍ、リボン４２の幅を４μｍとすると、この出射角θは約±４°となる（角度の正負は次数の正負と対応）。
【００２０】
以上、レーザ光が垂直入射した場合における一次元型回折制御素子４０（個別回折制御素子４１）の動作を説明したが、この動作原理は一次元型回折制御素子４０に斜めにレーザ光が入射した場合も基本的に同じである。但し、斜入射では直入射よりも光路長が長くなるため、間隔ｄがほぼ（λ/4）*ｃｏｓαのときに１次回折光のみを出射することになる（αは一次元型回折制御素子４０に対するレーザ光の入射角）。
【００２１】
（他の構成要素）
以下、一次元型回折制御素子４０以外の構成要素について説明する。
レーザ光源１０は、レーザ光を出射する光源である。
一次元型ビームエキスパンダ２０は、半楕円柱形状の凹みを有する平凹レンズ２１と楕円柱形状のシリンドリカルレンズ２２を組み合わせて構成され、入射した光のビーム径を一次元方向（Ｙ方向）に拡大する光学素子である。一次元型ビームエキスパンダ２０を通過することで、レーザ光源１０から出射したレーザ光のビーム形状は略円形から略楕円形へと変換される。この変換は、図２に示されるように、一次元型回折制御素子４０のＹ方向に配列された個別回折制御素子４１全体に光ビームを照射するために行われる。
シリンドリカルレンズ７１は、入射した光ビームをＸ方向に集光するための光学素子である。この集光は、一次元型回折制御素子４０のＸ方向での大きさにレーザ光を対応させるために行われる。
【００２２】
凸レンズ８１は、一次元型回折制御素子４０から出射した光を略平行光に変換するための光学素子である。
凸レンズ８２は、凸レンズ８２から出射した略平行光をホログラム記録媒体Ｍに集光するための光学素子である。
凸レンズ８１、８２は、焦点距離ｆが同一のレンズを用い、凸レンズ８１、８２の間の距離Ｌｅが焦点距離ｆの２倍となっている（Ｌｅ＝２＊ｆ）。また、凸レンズ８１、８２の中点Ａに対して凸レンズ８１、８２、および一次元型回折制御素子４０、ホログラム記録媒体Ｍが点対称になるように配置されている。
なお、本実施形態で凸レンズ８１、８２の焦点距離を同一としたのは、光学設計および説明を簡単化するためであり、本発明の本質ではない。２つの凸レンズの焦点距離が異なる場合は配置が点対称ではなくなり、受光素子での入射角が回折制御素子の出射角とは異なり、ホログラム媒体上での一次元型回折制御素子の像の大きさが２つの凸レンズの焦点距離の比となるが、本特許の効果は同様に得られる。
ここで、凸レンズ８１、８２は、共にテレセントリックレンズであることが好ましい。一次元型回折制御素子４０から出射した回折光をホログラム記録媒体Ｍ上の対称な位置に集光することが容易になる。
テレセントリックレンズは、凸レンズ８１では一次元型回折制御素子４０側において、凸レンズ８２ではホログラム記録媒体Ｍ側において、主光線が光軸と平行となるレンズをいう。テレセントリックレンズを実現するには、例えば、凸レンズ８１、８２の中点Ａ、即ち凸レンズ８１、８２の焦点位置にピンホールを配置すればよい。
【００２３】
図６，７はそれぞれ、個別回折制御素子４１がＯＮ状態、ＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御素子４０からホログラム記録媒体Ｍへと向かう回折光の状態を表した模式図である。
図６に示すように、個別回折制御素子４１がＯＮ状態の場合、個別回折制御素子４１から＋１次の回折光Ｌ＋１と−１次の回折光Ｌ−１が出射する。既述のようにこの回折光はそれぞれ、出射角θが例えば±４°である。これらの回折光は凸レンズ８１，８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。±１次の回折光が互いに干渉することでホログラム記録媒体Ｍ上に干渉縞が形成、記録される。
凸レンズ８１、８２がテレセントリックレンズの場合には、ホログラム記録媒体Ｍ上での回折光の集光位置は一次元型回折制御素子４０からの出射位置と対称な位置になる。即ち、一次元型回折制御素子４０の大きさに対応して、ホログラム記録媒体Ｍの領域上への記録が行われる。
一方、図７に示すように、個別回折制御素子４１がＯＦＦ状態の場合、個別回折制御素子４１から０次の回折光Ｌ０のみが出射する。この回折光は凸レンズ８１，８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。このときには集光されるのが単一の光なので、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成、記録は行われない。
【００２４】
ホログラム記録媒体Ｍは、凸レンズ８２からの出射光による干渉縞を屈折率の変化として記録する記録媒体である。ホログラム記録媒体Ｍの構成材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いることができるが、光の強度に応じて屈折率の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。
【００２５】
凸レンズ８３は、ホログラム記録媒体Ｍからの記録の再生を行った際の再生光を一次元型受光素子６０に集光させるための光学素子である。
一次元型受光素子６０は、Ｙ方向に複数の受光素子が配列され、凸レンズ８３から出射した再生光を受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する。一次元型受光素子６０は、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１に対応して、受光素子がＹ方向に一次元的に配列されている。
但し、一次元型受光素子６０に換えて、２次元（平面的）に複数の受光素子が配列されたものを用いることも可能である。
【００２６】
（ホログラム記録装置１００の動作）
Ａ．ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録（図１、２参照）
レーザ光源１０から出射したレーザ光は一次元型ビームエキスパンダ２０によってＹ方向にビーム径が拡大された後に、シリンドリカルレンズ７１によってＸ方向に収束され、一次元型回折制御素子４０に入射する。このとき、レーザ光源１０から出射したレーザ光はそれ自体が信号光として機能し、この信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録が行われ、別途の参照光を必要としない（レーザ光がハーフミラー等で参照光、信号光に分割する必要がない）。
一次元型回折制御素子４０を構成する個別回折制御素子４１それぞれが独立に２つの回折状態（ＯＦＦ：０次回折光のみ、ＯＮ：正負の一次回折光のみ）をとることで、画素数（個別回折制御素子４１の個数）分のビット数のデータを表現できる（例えば、ＯＮ：１，ＯＦＦ：０と設定する）。
【００２７】
一次元型回折制御素子４０で回折された回折光は、凸レンズ８１，８２を経由してホログラム記録媒体Ｍに集光される。このときの回折光は、個別回折制御素子４１のＯＮ、ＯＦＦの状態に対応して異なる。
ＯＮ状態では、回折光は正負の１次回折光成分を含み、この１次回折光同士がホログラム記録媒体Ｍ上で干渉し、ホログラム記録媒体Ｍに干渉縞が形成される。そして、形成された干渉縞に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率が変化する。
一方、ＯＦＦ状態では、回折光は０次回折光成分のみを含むことから、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成および干渉縞による屈折率の変化は生じない。
以上のように、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１それぞれの２つの状態（ＯＮ，ＯＦＦ）に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率分布の形成（または、非形成）が行われる（データの記録）。
【００２８】
Ｂ．ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生
図８は、ホログラム記録装置１００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
ホログラム記録媒体Ｍからデータの再生を行うには、記録時にホログラム記録媒体Ｍに入射した正負の１次回折光の内の一方のみをデータが記録されたホログラム記録媒体Ｍに入射させればよい。このためには、一次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１全てをＯＮ状態として、正負の一次回折光を生成し、その一方のみを抽出すればよい。
図８に示すように、凸レンズ８１，８２の間にピンホール素子５０を配置させている。ピンホール素子５０は、微少な略円形の開口部５１が形成された光学素子であるが、図９に示すように、この開口部５１の中心が光軸からＹ正方向に偏って配置されている。その結果、正の１次回折光Ｌ＋１は開口部を通過するが、負の１次回折光Ｌ−１はピンホール素子５０によって遮断される。このようにして、参照光たる正の１次回折光Ｌ＋１のみがホログラム記録媒体Ｍに到達する。
【００２９】
ホログラム記録媒体Ｍに入射した参照光はホログラム記録媒体Ｍ内に形成された屈折率分布によって回折され、信号光が発生する。発生した信号光は、ホログラム記録媒体Ｍへの記録の際に入射してきた負の一次回折光の進行方向延長上から出射する。この再生された信号光を凸レンズ８３で収束して一次元型受光素子６０に入射させる（凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約−４°方向に配置する）。
このようにして、一次元型受光素子６０それぞれの受光素子が受光した光の強度として、ホログラム記録媒体Ｍ内に記録されたデータを再生することができる。
【００３０】
ここで、ピンホール素子５０の開口部５１をＹ負方向に偏って配置して、負の１次回折光のみを通過させ、これを用いてホログラム記録媒体Ｍの再生を行うこともできる。このときには、ホログラム記録媒体Ｍからデータ再生用の正の１次回折光が生成され、凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約＋４°方向に配置することで、一次元型受光素子６０を用いてデータの再生を行うことができる。
以上のようにして、ホログラム記録装置１００にピンホール素子５０を付加し、個別回折制御素子４１全てをＯＮとすることで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。即ち、ホログラム記録装置１００を記録と再生の双方に用いることができる。
なお、レーザ光源１０からのレーザ光をホログラム記録媒体Ｍに＋４°または−４°で入射するだけで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。但し、このときには記録と再生を同一の装置では行い難くなる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図１０は本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置２００を表す模式図である。
図１０に示すように、ホログラム記録装置２００は、レーザ光源１０、二次元型ビームエキスパンダ２０Ａ，二次元型回折制御素子４０Ａ，二次元型受光素子６０Ａ、凸レンズ７１Ａ、凸レンズ８１〜８３から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
基本的には、ホログラム記録装置１００の一次元型回折制御素子４０に換えて、二次元型回折制御素子４０Ａを用いている。この二次元型回折制御素子４０Ａは、前述の個別回折制御素子４１を２方向に（平面的に）配列したものである。この結果、一度に記録できる情報量を増大できる。
【００３２】
二次元型回折制御素子４０Ａを用いたことに伴って、一次元型ビームエキスパンダ２０に換えて通常の凹レンズ２１Ａと凸レンズ２２Ａとを組み合わせた二次元型ビームエキスパンダ２０Ａが、シリンドリカルレンズ７１に換えて凸レンズ７１Ａが配置されている。また、一次元型受光素子６０に換えて、二次元型受光素子６０Ａが配置されている。
二次元型ビームエキスパンダ２０Ａ、および凸レンズ７１Ａは、二次元型受光素子６０Ａの全画素にレーザーが照射されるようにするためのものである。また、二次元型受光素子６０Ａは、二次元型回折制御素子４０Ａでの個別回折制御素子４１Ａの配列に対応させたものである。
ホログラム記録媒体Ｍからの情報の再生は、第１の実施形態と同様に、凸レンズ８１，８２の間にＹ正または負方向に中心が偏った開口部５１を有するピンホール素子５０を挿入すればよい。
ホログラム記録装置２００の基本的な動作は、ホログラム記録装置１００と本質的に異なる訳ではないので、説明を省略する。
【００３３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置３００につき説明する。ホログラム記録装置３００の全体的な構成は図１０のホログラム記録装置２００と本質的には同一なので、図示を省略する。
ホログラム記録装置３００は、二次元型回折制御素子４０Ａに換えて、二次元型回折制御素子４０Ｂを用いていることが、ホログラム記録装置２００と相違する。
この二次元型回折制御素子４０Ｂは、個別回折制御素子４１Ｂを２方向に（平面的に）配列したものである。図１１は、個別回折制御素子４１Ｂを側面（光軸に垂直な方向）からみた状態を表す模式図であり、図１１の（Ａ）、（Ｂ）それぞれが個別回折制御素子４１ＢのＯＦＦ、ＯＮ状態に対応する。
図１１に示すように、個別回折制御素子４１Ｂは６つの液晶セル４２Ｂから構成され、その裏面に反射板４４Ｂが配置されている。紙面上方から入射した入射光Ｌｉｎが液晶セル４２Ｂを通過して反射板４４Ｂに反射され、再び液晶セル４２Ｂを通過して出射光Ｌｏｕｔとして出射する。
この６つの液晶セル４２Ｂの内の３つが電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂを変化させることができる。
電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂが変化すると、液晶セル４２Ｂ中の液晶の屈折率が変化する。図１１では正の屈折率異方性を有する液晶を液晶セル４２Ｂの入射面（出射面）に沿って配列しており、電圧印加によって液晶の配列方向４３Ｂが電界（光軸）の向きに近づく。このため、液晶セル４２Ｂは電圧印加によって屈折率が減少する。
【００３４】
電圧を印可しないＯＦＦ状態では（図１１（Ａ）参照）、液晶セル４２Ｂから出射する光それぞれでの位相差がないため、個別回折制御素子４１Ｂからの出射光は全体としても０次回折光となる。
一方、３つの液晶セル４２Ｂで液晶の配列方向を変化させたＯＮ状態では（図１１（Ｂ）参照）、液晶の配列方向４３Ｂが変化した液晶セル４２Ｂと液晶の配列が変化しない液晶セル４２Ｂとで屈折率が異なるため、液晶セル４２Ｂを通過した光に位相差が生じる。そして、この位相差が１／４λのときに、液晶セル４２Ｂを出射した０次回折光が互いに打ち消し合い（液晶セル４２Ｂ内を往復することで、位相差が１／２λになる）個別回折制御素子４１Ｂからの出射光には０次回折光が含まれなくなる。即ち、この出射光には１次回折光のみが含まれる（２次以上の回折光は強度が弱いため無視する）。
以上のようにして、液晶セル４２Ｂ（一種の位相変調素子）を組み合わせることで、個別回折制御素子４１Ｂ、ひいては二次元型回折制御素子４０Ｂを構成できる。
ホログラム記録装置３００の基本的な動作は、ホログラム記録装置１００，２００と本質的に異なる訳ではないので、説明を省略する。
【００３５】
（第４の実施形態）
図１２は本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置４００を表す模式図である。
図１２に示すように、ホログラム記録装置４００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，一次元型回折制御素子４０Ｃ，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８３、ピンホール素子５０から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
基本的には、ホログラム記録装置１００の一次元型回折制御素子４０に換えて、一次元型回折制御素子４０Ｃを用い、０次回折光と正負いずれかの一次回折光との干渉を用いて、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録を行う。実施形態１〜３において、正負の一次回折光同士の干渉を用いていたのとは異なる。
【００３６】
ここで、一次元型回折制御素子４０Ｃは、ＯＮ状態で０次回折光と一次回折光（正負の双方）が混合した回折光を出射する個別回折制御素子４１ＣをＹ方向に（一次元的に）配列したものである。ピンホール素子５０を用いて正負の一次光のいずれかを抽出することで、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光と正負いずれかの一次回折光を照射することができる。
個別回折制御素子４１Ｃは、基本的には図３〜５に示した個別回折制御素子４１と同様の構成を用いることができる。個別回折制御素子４１Ｃでは、図４，５での間隔ｄを約０．１６λ（λ：レーザ光の波長）とすることで、個別回折制御素子４１ＣがＯＮ状態のときに０次回折光と１次回折光の強度が同一となり（正確には、０次、＋１次、−１次の回折光の強度が互いに等しくなる）、後述のようにホログラム記録媒体Ｍ上で干渉縞を効率よく形成できる。
【００３７】
ピンホール素子５０の開口部５１はＹ正または負方向にずらして配置されている。このため、図９で既述のように、ＯＮ状態の個別回折制御素子４１Ｃからの出射光から−１次または＋１次の回折光を除去できる（但し、１次回折光と共に０次回折光が通過されるように、開口部５１の形状が略楕円形等の細長い形状であるのが好ましい）。この結果、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光と正負いずれかの一次回折光を照射することができる。ホログラム記録媒体Ｍ上で、０次回折光と正負いずれかの１次回折光の強度がほぼ等しいことから干渉縞を効率よく形成できる。
【００３８】
図１３はホログラム記録装置４００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う状態を表す模式図である。このときには、個別回折制御素子４１Ｃの全てをＯＦＦ状態として、ホログラム記録媒体Ｍに０次回折光を照射する。
この０次回折光は、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う再生参照光として機能し、ホログラム記録媒体Ｍから１次回折光が生成される。１次回折光が一次元型受光素子６０に入射することで、データの再生を行える。
なお、図１３でピンホール素子５０は除外しても差し支えない。ピンホール素子５０は個別回折制御素子４１Ｃから出射された０次回折光がそのまま通過するだけで、特に積極的な働きを行っていないからである。
但し、ピンホール素子５０はあっても再生の障害には特にならないため、ホログラム記録装置４００の光学系を変更することなく用いることができる。即ち、個別回折制御素子４１ＣのＯＮ。ＯＦＦを制御するだけで、ホログラム記録装置４００を記録、再生の双方に利用することができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図１２の一次元型回折制御素子４０Ｃに換えて、他の一次元型回折制御素子を用いることができる。
Ａ．液晶セル
例えば、図１１に示した複数の液晶セルから構成された個別回折制御素子４１Ｃの基本構成として用い、ＯＮ状態において０次回折光と１次回折光の強度がほぼ等しくなるように、液晶セル４２Ｂ同士の位相差を調節すればよい。
なお、図１１に示した液晶セル４２Ｂの光の両面（入射面側および反射板４４Ｂとの境界側）に偏光板を取り付け、液晶の配列方向４３Ｂが変化しいない３つの液晶セル４２Ｂを明、他の３つの液晶セル４２Ｂを暗としてもよい。このようにすることで、個別回折制御素子４１Ｃ全体から出射される出射光を０次回折光と１次回折光が混合した状態とすることができる。
【００４０】
Ｂ．ディフォーマブルミラー
図３〜５では、一種のミラーであるリボン４２を上下させることで、回折状態を変化させているが、図１４のように傾斜可能なミラー４２Ｄで個別回折制御素子４１Ｄを構成することもできる。
図１４（Ａ）のＯＦＦ状態ではミラー４２Ｄは傾けられていないことから、個別回折制御素子４１Ｄからは０次回折光のみが出射される。
一方、図１４（Ｂ）のＯＮ状態では、６つのミラー４２Ｄの内３つが傾けられており、傾けられたミラー４２Ｄからの反射光は遮蔽板４３Ｄで遮られるため、ホログラム記録媒体Ｍには到達しない。この結果、ミラー４２Ｄからは０次回折光と１次回折光が混合した光が出射する。
【００４１】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、一次元型回折制御素子あるいは二次元型回折制御素子に換えて、回折状態を制御可能な回折格子一般を用いることができる。個別回折制御素子４１がそれぞれ有するリボンは６つに限らずもっと多数、あるいはより少ない個数でも差し支えない。また、回折格子として、リボンから回折される回折光それぞれに位相差を付与する位相差方式以外の種々の回折格子を用いることができる。
また、第３〜５の実施形態では、第１の実施形態に対応した一次元型回折制御素子を用いているが、これに換えて第２の実施形態と同様に二次元型回折制御素子を用いることも可能である。
【００４２】
（実施形態における特徴）
上記実施形態には以下のような特徴を有する。
参照光を用いずに、つまり信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録が行える。
通常のホログラフィでは参照光、信号光と２つの光をホログラム記録媒体Ｍの同位置に照射するため光学系の調節が困難となるが、上記実施形態では信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録を行うため光学調整が容易になる。
また、参照光、信号光と２つの光を用いた場合には、記録時に振動が加わると２つの光の照射位置が互いにずれるため、ホログラム記録媒体Ｍへの記録が行えなくなる。上記実施形態の場合は、振動により照射位置自体がずれても記録が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば光学系の調節が容易なホログラム記録装置ホログラム記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図２】 図１のＸ軸方向からホログラム記録装置を見た状態を表す模式図である。
【図３】 図１に示す一次元型回折制御素子を上面から見た状態を表す上面図である。
【図４】 図１に示す一次元型回折制御素子を側面から見た状態を表す上面図である。
【図５】 図１に示す一次元型回折制御素子を正面から見た状態を表す正面図である。
【図６】 個別回折制御素子がＯＮ状態のときに、一次元型回折制御素子からホログラム記録媒体へと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図７】 個別回折制御素子がＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御素子からホログラム記録媒体へと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図８】 第１の実施形態に係るホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体からのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
【図９】 第１の実施形態に係るホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体からのデータの再生を行っているときの光の状態を表す模式図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１１】 第３の実施形態のホログラム記録装置の個別回折制御素子を側面から表す側面図である。
【図１２】 本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１３】 本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行う状態を表す模式図である。
【図１４】 傾斜可能なミラーで個別回折制御素子を構成した例を示す図である。
【図１５】 従来のホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１６】 ホログラム記録媒体からデータを再生している状態を表す模式図である。
【符号の説明】
１００ ホログラム記録装置
１０ レーザ光源
２０ 一次元型ビームエキスパンダ
２１ 平凹レンズ
２２ シリンドリカルレンズ
４０ 一次元型回折制御素子
４１ 個別回折制御素子
４２ リボン
４３ 絶縁膜
４４ 対向電極
４５ 基板
５０ ピンホール素子
５１ 開口部
６０ 一次元型受光素子
７１ シリンドリカルレンズ
８１〜８３ 凸レンズ
Claims (11)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の第１，第２の次数の回折光の少なくともいずれかの強度を変化させるように制御して出射させる回折制御素子と、
前記回折制御素子から出射された前記第１，第２の次数の回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。 - 前記回折制御素子が、前記入射したレーザ光の回折を互いに独立して制御する個別回折制御素子を複数有する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。 - 前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相を相対的に制御する第１、第２の位相制御要素を有する
ことを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。 - 前記第１、第２の位相制御要素それぞれが、略リボン形状である
ことを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。 - 前記第１、第２の位相制御要素がそれぞれ、液晶素子を有する
ことを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。 - 前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の強度を相対的に制御する第１、第２の出射光量制御要素を有する
ことを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。 - 前記第１の出射光量制御要素が、第１の反射素子を有し、
前記第２の出射光量制御要素が、反射方向を前記第１の反射素子からみて相対的に変化できる第２の反射素子と、該第２の反射素子を該第１の反射素子からみて相対的に変化した場合に、該第２の反射素子からの反射光を遮蔽する光遮蔽素子を有する
ことを特徴とする請求項６記載のホログラム記録装置。 - 前記第１、第２の出射光量制御要素がそれぞれ、液晶素子を有する、
ことを特徴とする請求項６記載のホログラム記録装置。 - 前記集光素子が、一対のテレセントリックレンズから構成される
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。 - 前記回折制御素子と前記集光素子の間にあって、前記回折制御素子から出射した回折光から所定次数の回折光を除去する回折光除去素子
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。 - 前記集光素子が前記ホログラム記録媒体上の前記第１、第２の回折光が集光される箇所から光を集光する第２の集光素子と、
前記第２の集光素子が集光した光を受光する受光素子と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
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