JPWO2007049383A1 - ホログラム記録装置 - Google Patents

Abstract

光源から出射したコヒーレントな光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体に向けて上記信号光と重なるように照射することにより、ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、参照光をホログラム記録媒体に向かう所定の方向に透過もしくは反射するオンモードと、所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフモードといった２つの状態をとりうる複数の光学素子（２０ｐ，２０ｐ’）を有し、これらの光学素子（２０ｐ，２０ｐ’）ごとに所定の位相差０、πが生じる光位相変調手段と、光学素子（２０ｐ，２０ｐ’）ごとにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、参照光を所定の位相パターンをなす光に変調させる位相変調制御手段とを備えている。

Description

本発明は、ホログラム記録媒体に信号光と参照光と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。

従来のホログラム記録装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。同文献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によりホログラムを記録するように構成されたものである。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、一方の信号光は、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。他方の参照光は、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、この参照光を所望とする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（画素パターンや位相パターン）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。これにより、位相コード多重方式が実現されている。

特開平７−２０７６５号公報

しかしながら、上記従来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ついて、複屈折を利用することで駆動電圧に応じた位相差が生じる電気光学的特性がもたせられている。このような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わなければならないので、位相変調のための構成や仕組みが複雑になっている。

たとえば、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如く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がそれほど高速ではないため、ホログラムのページ単位の記録速度が遅く、このような記録速度の点でも改善する余地があった。

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、位相コード多重方式による位相変調のための構成や仕組みを簡単なものとし、ひいてはホログラムの記録速度を高め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。

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。

本発明の第１の側面により提供されるホログラム記録装置は、光源から出射したコヒーレントな光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体に向けて上記信号光と重なるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に透過もしくは反射するオンモードと、上記所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフモードといった２つの状態をとりうる複数の光学素子を有し、これらの光学素子ごとに所定の位相差が生じる光位相変調手段と、上記光学素子ごとにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記参照光を所定の位相パターンをなす光に変調させる位相変調制御手段とを備えていることを特徴としている。

本発明の第２の側面により提供されるホログラム記録装置は、光源から出射したコヒーレントな光の一部を信号光に変調し、この信号光をホログラム記録媒体に向けて出射する第１光変調領域と、上記光源から出射したその余の光を参照光に変調し、この参照光を上記信号光と同一の光路に沿うように出射する第２光変調領域とを有する空間光変調器を備え、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向けて上記信号光と重なるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、上記第２光変調領域は、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に透過もしくは反射するオンモードと、上記所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフモードといった２つの状態をとりうる複数の光学素子からなり、これらの光学素子ごとに所定の位相差が生じるように構成されており、かつ、上記光学素子ごとにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記参照光を所定の位相パターンをなす光に変調させる位相変調制御手段を備えていることを特徴としている。

好ましくは、上記複数の光学素子は、上記所定の位相差として位相差０になるものと位相差πになるものとが交互に並ぶように配列されている。

好ましくは、上記位相変調制御手段は、上記光学素子を所定数ずつまとめたセルごとに、位相差０および位相差πの光学素子の少なくともいずれか一方がオフモードとなるように制御している。

好ましくは、上記所定の位相パターンは、上記セルの所定数おきに位相差０またはπの光が生じたものである。

好ましくは、上記所定の位相パターンは、ウォルシュ・アダマール変換の行列パターンに対応している。

好ましくは、上記所定の位相パターンは、上記セルごとに位相差０またはπの光がランダムに生じたものである。

好ましくは、上記位相変調制御手段は、上記光学素子ごとにランダムにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記所定の位相パターンは、上記光学素子ごとに位相差０またはπの光がランダムに生じたものである。

好ましくは、上記複数の光学素子は、交互に厚みが異なる複数の液晶素子からなる。

好ましくは、上記複数の光学素子は、全体として光反射面を形成する一方、個々にオンモードあるいはオフモードになると、上記光反射面に対して所定の傾き角をなす複数の可動反射素子からなる。

好ましくは、上記複数の可動反射素子は、互いに隣り合うピッチをｄ、上記光反射面に対する所定の傾き角をφ、上記光反射面に対する光の入射角および反射角をθiおよびθo、光の波長をλ、ならびに整数をｍとすると、下記式の条件を満たすように構成されている。

本発明の第１実施形態に係るホログラム記録装置の構成図である。 図１に示すホログラム記録装置の要部となる位相変調器の平面図である。 図２の位相変調器の光学的特性を説明するための概念図である。 図２の位相変調器の光路を示す光路図である。 本発明の第２実施形態に係るホログラム記録装置の要部として、位相変調器の光学的特性を説明するための概念図である。 図５の位相変調器の光路についての一例を示す光路図である。 図５の位相変調器の光路についての他の例を示す光路図である。 本発明の第３実施形態に係るホログラム記録装置の構成図である。 本発明の第４実施形態に係るホログラム記録装置の構成図である。 図９に示すホログラム記録装置の要部となる空間光変調器の平面図である。 本発明の第５実施形態に係るホログラム記録装置の構成図である。 本発明の第６実施形態に係るホログラム記録装置についての説明図である。 参考例として光強度の違いを説明するための説明図である。 本発明の第７実施形態に係るホログラム記録装置についての説明図である。 本発明の第８実施形態に係るホログラム記録装置についての説明図である。 本発明の第９実施形態に係るホログラム記録装置についての説明図である。

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第１実施形態を示している。

図１に示すように、ホログラム記録装置Ａ１は、ホログラム記録媒体Ｂ（同図には一部を示す）に対して位相コード多重方式によりホログラムを多重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Ａ１は、光源１、コリメータレンズ２、信号光・参照光用の第１ビームスプリッタ３、ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂ、空間光変調器５、信号光・再生光用の第２ビームスプリッタ６および対物レンズ７、再生光分離用の第３ビームスプリッタ８、再生用の受光センサ９、サーボ用の集光レンズ１０Ａおよび受光センサ１０、参照光用の反射板１１Ａ，１１Ｂ、反射型の位相変調器（光位相変調手段）２０、参照光用の第４ビームスプリッタ２１、参照光用の対物レンズ２２、ならびに位相変調器２０を制御する駆動制御部（位相変調制御手段）３０を有して構成されている。

ホログラム記録媒体Ｂは、支持基板層１００、反射層１０１、ホログラム記録層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。ホログラム記録層１０２には、信号光と参照光とが重なるように照射されることで干渉縞（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１０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。

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ーザ光を出射する。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、第１ビームスプリッタ３によって信号光と参照光に分離される。信号光は、ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂ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。参照光は、反射板１１Ａ，１１Ｂおよび第４ビームスプリッタ２１を通って位相変調器２０に入射する。

空間光変調器５は、たとえば透過型の液晶デバイスからなる。この空間光変調器５では、入射した信号光が記録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から出射した信号光は、第２ビームスプリッタ６を透過し、さらに対物レンズ７で収束されてホログラム記録媒体Ｂの所定部位（照射部位）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２ビームスプリッタ６、および第３ビームスプリッタ８を通って再生用の受光センサ９に受光される。これにより、ホログラムとして記録された情報が光学的に読み出される。また、記録時ならびに再生時には、反射層１０１のエンボスピットで反射した光が対物レンズ７、第２ビームスプリッタ６、第３ビームスプリッタ８、および集光レンズ１０Ａを通ってサーボ用の受光センサ１０に受光される。これにより、ホログラム記録媒体Ｂの照射部位が適切に調整される。

位相変調器２０は、強誘電性液晶分子をもつ反射型の液晶デバイスからなる。この位相変調器２０は、図２に一部を示すように、最小構成単位となる多数の液晶素子２０ｐ，２０ｐ’が格子状の配列構造をなすことで全体として光反射面２０Ａを形成している。液晶素子２０ｐ，２０ｐ’が縦横に並ぶピッチｄは、たとえば１０〜２０μｍ程度であり、各液晶素子２０ｐ，２０ｐ’の厚み方向には、背面側の反射電極基板と入射面側の透明電極基板との間に強誘電性液晶分子が封入された構造をもつ（図示略）。図３によく示すように、一方の液晶素子２０ｐに対して他方の液晶素子２０ｐ’の入射面には、位相差πを生じさせるための位相膜２０ｍが形成されており、液晶素子２０ｐは、位相差０の反射光を出射するものに相当する一方、液晶素子２０ｐ’は、位相差πの反射光を出射するものに相当している。

たとえば、位相差０の液晶素子２０ｐに一定レベルの電圧を印加すると、この液晶素子２０ｐがオンモードとなって入射角θiに等しい反射角θoで位相差０の光が所定の方向に反射し、液晶素子２０ｐに電圧が印加されないと、当該液晶素子２０ｐがオフモードとなって遮光するために反射光が生じない。同様に、位相差πの液晶素子２０ｐ’に一定レベルの電圧を印加すると、この液晶素子２０ｐ’がオンモードとなって入射角θiに等しい反射角θoで位相差πの光が所定の方向に反射し、液晶素子２０ｐ’に電圧が印加されないと、当該液晶素子２０ｐ’がオフモードとなって遮光するために反射光が生じない。このような位相差０の液晶素子２０ｐと位相差πの液晶素子２０ｐ’とは、交互に列をなすように配列されている。

再び図２に示すように、上記画素２０ｐ，２０ｐ’をたとえば縦横１０×１０ずつまとめた単位区画がセル２０ｓとされ、駆動制御部３０は、セル２０ｓごとに位相差０の液晶素子２０ｐおよび位相差πの液晶素子２０ｐ’を制御している。具体的に位相変調を行う際には、位相差０および位相差πの液晶素子２０ｐ，２０ｐ’が全てオフモードで反射光が生じない遮光タイプのセル２０ｓ（ハッチングを付したセル２０ｓで示されるもの）、位相差０の画素２０ｐのみがオンモードで位相差０の反射光が生じる０タイプのセル２０ｓ（０を付したセル２０ｓで示されるもの）、位相差πの画素２０ｐ’のみがオンモードで位相差πの反射光が生じるπタイプのセル２０ｓ（πを付したセル２０ｓで示されるもの）といった３タイプが形成される。０タイプおよびπタイプのセル２０ｓは、縦横に遮光タイプのセル２０ｓを挟んで１つおきに形成される。このような３タイプのセル２０ｓによって位相パターンが形成され、たとえば０タイプおよびπタイプのセル２０ｓの配置を変更するだけで任意の位相パターンに変化させることができる。特に位相変調に適した位相パターンとしては、図２に一例として示すように、ウォルシュ・アダマール変換の行列式に対応するような位相パターンが形成される。

図３および図４に示すように、光反射面２０Ａに対する参照光の入射角は、第４ビームスプリッタ２１の光反射面２１Ａ（図４参照）を微妙に調整するなどしてθiとなっている。この入射角θiに対して参照光の反射角θoは、光反射面２０Ａの法線Ｌnを基準に対称的な角をなし、入射角θiと反射角θoとが等しくなっている。

位相変調器２０から反射光として出射した参照光は、再び第４ビームスプリッタ２１を通ってこれを透過し、さらに対物レンズ２２で収束されてホログラム記録媒体Ｂの照射部位で信号光と重なるように照射される。このとき、ホログラム記録媒体Ｂの照射部位を変位させることなく、信号光の画素パターンおよび参照光の位相パターンを変化させると、その照射部位には、画素パターンと位相パターンとの干渉具合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。これにより、機械的な駆動を伴わない位相コード多重方式が実現されている。また、参照光は、全体として遮光タイプのセル２０ｓによって間引かれた位相パターンをなすため、遮光タイプ以外のπタイプあるいは０タイプのセル２０ｓに対応する個々の光線としては、ブラッグ角より比較的大きな入射角をもってホログラム記録媒体Ｂに入射する。これにより、ページ単位に多重記録されるホログラムのクロストークを低減することができる。

このような反射型の位相変調器２０によれば、単純に液晶素子２０ｐ，２０ｐ’をオン／オフモードとするだけで参照光を所望とする位相パターンの光に変調することができ、各液晶素子２０ｐ，２０ｐ’についての印加電圧の制御を容易に行うことができる。

液晶素子２０ｐ，２０ｐ’を構成する強誘電性液晶分子は、一般的なネマティック液晶分子に比べて応答速度が相当速い。そのため、位相パターンをより高速に切り替えることができ、ひいてはホログラムのページ単位の記録速度をより高めることができる。たとえば、従来のようにネマティック液晶分子による液晶デバイスを用いた場合、ページ記録速度としては、１００pages／sec程度である。それに比べて本実施形態のように強誘電性液晶分子による液晶デバイスを用いた場合には、ページ記録速度が１０００pages／sec程度となり、機械的な駆動を伴わない位相コード多重方式の利点をより高めることができる。

したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａ１によれば、位相コード多重方式による位相変調のための構成や仕組みを簡単なものとし、ひいてはホログラムの記録速度を高めることができる。

図５および図６は、本発明に係るホログラム記録装置の第２実施形態を示している。なお、本実施形態のホログラム記録装置も、全体的には図１に示されるものと同様の構成からなる。以下に説明する実施形態につき、先述したものと同一または類似の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のホログラム記録装置では、位相変調器２００がデフォーマブルミラーデバイスからなる。この位相変調器２００は、基準となる光反射面２００Ａの法線Ｌnに対し、それぞれ所定の傾き角±φに変化させられる多数の可動反射素子２００ｐを有し、これらの可動反射素子２００ｐが格子状に配列されている。可動反射素子２００ｐが縦横に並ぶピッチｄは、たとえば１３．７μｍである。各可動反射素子２００ｐは、対角線Ｌdに一致する回転軸をもち、こ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２００ｐの傾き角φは、たとえば１２°程度である。

たとえば、図５に実線で示すように可動反射素子２００ｐがオンモードとされ、この可動反射素子２００ｐに光反射面２００Ａ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２００ｐの傾き角φに応じて反射し、光反射面２００Ａに対して出射角θoとなる方向に参照光が出射する。一方、同図に仮想線で示すようにオフモードの可動反射素子２００ｐでは、この可動反射素子２００ｐ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２００ｐについても、たとえば縦横１０×１０ずつまとめた単位区画がセルとされている（図示略）。

このような可動反射素子２００ｐからなる位相変調器２００では、光反射面２００Ａに対する参照光の入射角θiや素子間のピッチｄなどを適切に設計することで位相差が付けられるようになっており、位相パターンとしては、図２に示すものと同様にセルを単位とした位相パターンが形成されるようになっている。具体的に、位相差０の可動反射素子２００ｐと位相差πの可動反射素子２００ｐとは、下記の条件式を満たすことで交互に列をなすようになっている。なお、光源から出射する光の波長をλ、可動反射素子２００ｐ間のピッチをｄ、ｍを整数とする。

ここで、可動反射素子２００ｐの傾き角φならびに入射角θiおよび出射角θoとの間には、次の関係式が成立する。

たと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。すなわち、光反射面２００Ａに対して入射角θiで入射した参照光は、オンモードの可動反射素子２００ｐで反射して出射角がθoとなる方向に出射し、図５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２００ｐと位相差πの可動反射素子２００ｐ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２００ｐのみをオンモードとすることで０タイプのセルが形成され、位相差πの可動反射素子２００ｐのみをオンモードとすることで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２００ｐを全てオフモードにすると、遮光タイプのセルが形成される。

なお、たと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、図７に一例として示すように、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、−４．９６°（光反射面２００Ａの法線Ｌnを対称軸として入射角θiとは反対側）程度となる。

位相変調器２００から出射角がθoの反射光として出射した参照光は、再び第４ビームスプリッタ２１を通ってこれを透過し、先述した実施形態と同様にホログラム記録媒体に照射される。

このような可動反射素子２００ｐからなる位相変調器２００によっても、単純に可動反射素子２００ｐをオン／オフモードとするだけで参照光を所望とする位相パターンの光に変調することができ、各可動反射素子２００ｐについてオンオフさせる制御を容易に行うことができる。

可動反射素子２００ｐは、機械的に駆動されるものの超小型であるため、強誘電性液晶分子などと比べて応答速度が極めて速い。そのため、位相パターンを先述した実施形態によるものよりも高速に切り替えることができ、ひいてはホログラムのページ単位の記録速度をより高めることができる。たとえば、本実施形態の位相変調器２００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、７０００pages／sec程度であり、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。

したがって、本実施形態の位相変調器２００を備えたホログラム記録装置によっても、位相コード多重方式による位相変調のための構成や仕組みを簡単なものとし、ひいてはホログラムの記録速度を高めることができる。

図８は、本発明に係るホログラム記録装置の第３実施形態を示している。本実施形態のホログラム記録装置Ａ３は、位相変調器２０’として強誘電性液晶分子をもつ透過型の液晶デバイスを用いたものであり、基本的には図１に示される第１実施形態と同様の構成からなる。位相変調器２０’を透過した参照光は、反射板１１Ｃを介して対物レンズ２２へと導かれるように構成されている。特に図示しないが、このような透過型の液晶デバイスからなる位相変調器２０’も、位相差０の液晶素子と位相差πの液晶素子とが交互に配列されるように位相膜が設けられており、基本的な動作原理としては、参照光が透過する際に位相差が付与されるようになっている。それ以外の点では、先述した第１実施形態によるものと同様の動作原理で位相パターンが形成されるようになっている。したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａ３によっても、第１実施形態によるものと同様の効果を得ることができる。

図９および図１０は、本発明に係るホログラム記録装置の第４実施形態を示している。本実施形態のホログラム記録装置Ａ４は、光源１、コリメータレンズ２、光源１からのほぼ全ての光が入射される空間光変調器５０、第１のリレーレンズ４０，４１、記録再生用のビームスプリッタ６および対物レンズ７、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８、再生用の受光センサ９、サーボ用の集光レンズ１０Ａおよび受光センサ１０、ならびに空間光変調器５０を制御する駆動制御部３００を有して構成されている。

光源１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ２で平行光に変換され、コリメータレンズ２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、第２実施形態による位相変調器２００と同様の構成からなり、多数の可動反射素子５０ｐを備えたデフォーマブルミラーデバイスからなるものである。この空間光変調器５０は、部分的に光位相変調手段として機能するように構成されている。

図１０に示すように、空間光変調器５０においては、入射した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、これを信号光として出射する第１光変調領域５１Ａと、入射したその余の光を所望とする位相パターンＰの光に位相変調し、これを参照光として出射する第２光変調領域５１Ｂとが設けられている。信号光および参照光は、同一の光路に沿って第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６および対物レンズ７を経てホログラム記録媒体Ｂの所定部位において互いに重なるように照射される。

図１０に示す一例では、第１光変調領域５１Ａが光反射面５０Ａの中央部に設けられ、第２光変調領域５１Ｂが上記中央部の外方となる周部に設けられている。なお、他の例としては、上記とは逆に第２光変調領域を光反射面の中央部に設け、第１光変調領域を中央部の外方となる周部に設けてもよいし、あるいは例えば光反射面の片側半分を第１光変調領域とし、もう一方の片側半分を第２光変調領域としてもよい。このような第２光変調領域５１Ｂにおいては、先述した第２実施形態の位相変調器２００と同様の設計条件および動作原理によって太枠で示す位相パターンＰが形成されるようになっている。そのため、空間光変調器５０は、信号光および参照光を対物レンズ７やホログラム記録媒体Ｂに対して垂直に入射させるように、これらに対して所定角度傾けて設置されている。また、再生用の受光センサ９も、空間光変調器５０の傾き度合いに応じて正しい像を捉えるように所定角度傾けて設置されている。駆動制御部３００は、第１光変調領域５１Ａの可動反射素子５０ｐについては所望とする画素パターンの信号光を生成するように制御し、第２光変調領域５１Ｂの可動反射素子５０ｐについては所望とする位相パターンの参照光を生成するように制御している。

このように空間光変調器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、一方の第２光変調領域５１Ｂによって所望とする位相パターンの参照光を生成するようにしても、単純に可動反射素子５０ｐをオン／オフモードとするだけで所望とする位相パターンの参照光に変調することができ、各可動反射素子５０ｐについてオンオフさせる制御を容易に行うことができる。したがって、本実施形態の位相変調器５０を備えたホログラム記録装置Ａ４によっても、位相コード多重方式による位相変調のための構成や仕組みを簡単なものとし、ひいてはホログラムの記録速度を高めることができる。

特に、本実施形態によれば、１つの空間光変調器５０で所望とする画素パターンの信号光と位相パターンの参照光とを生成するようにしているので、光学系の簡素化により装置の小型化やコストダウンを容易に図ることができる。

なお、空間光変調器としては、第１光変調領域と第２光変調領域とに分けられた液晶デバイスでもよい。

図１１は、本発明に係るホログラム記録装置の第５実施形態を示している。本実施形態のホログラム記録装置Ａ５は、基本的には第４実施形態によるものと同様の構成からなり、この第４実施形態によるものと異なる構成としては、再生光分離用のビームスプリッタ８と再生用の受光センサ９との間に光路調整素子としてのプリズム９０が設けられている。このプリズム９０によれば、空間光変調器５０の傾き度合いに応じて正しい像を捉えるように再生光を所定角度屈折させながら受光センサ９に導くため、受光センサ９の受光面を信号光や参照光の光軸方向と垂直となるように設置することができる。このような第５実施形態のホログラム記録装置Ａ５によっても、第４実施形態によるものと同様の効果を得ることができる。

図１２は、本発明に係るホログラム記録装置の第６実施形態を示している。本実施形態のホログラム記録装置は、構成としては図５などに示されたものと同一の位相変調器２００を用いたものであるが、駆動制御部による位相パターンの作り方が図２に示すものとは異なる。

つまり、駆動制御部は、一例として符号２００ｐ，２００ｐ’で示す可動反射素子を最小単位の画素とし、これらの画素２００ｐ，２００ｐ’を縦横４×４ずつまとめたセル２００ｓ，２００ｓ’ごとに位相差０または位相差πの光がランダムに生じるように制御している。具体的には、位相差０の可動反射素子２００ｐのみがオンモードで位相差０の光が生じる０タイプのセル２００ｓ（０を付したセル２００ｓで示されるもの）と、位相差πの可動反射素子２００ｐ’のみがオンモードで位相差πの光が生じるπタイプのセル２００ｓ’（πを付したセル２００ｓ’で示されるもの）とがランダムに形成される。このようなランダムな位相パターンとした場合、いわゆるスペックル多重記録方式と同様の原理でスペックル状の位相分布をもつ参照光を用いてホログラムを多重記録することができる。したがって、本実施形態のホログラム記録装置によれば、ページ単位に相関性が極めて低い参照光に切り替えながらホログラムを多重記録することができるため、多重記録されたホログラムのクロストークをより低減することができる。

図１３（Ａ）および（Ｂ）には、参考例として、縦横４×４の画素２００ｐ，２００ｐ’によってセル２００ｓ，２００ｓ’を構成した場合の光強度の分布と、縦横２×２の画素２００ｐ，２００ｐ’によってセル２００ｓ，２００ｓ’を構成した場合の光強度の分布とを示す。一般的に、位相変調器２００の画素数は有限であるため、１つのセル２００ｓ，２００ｓ’を構成する画素２００ｐ，２００ｐ’の数が多くなるほど、位相パターンとしては粗くなるが、そうした方が急峻で強い光強度が得られる。そのため、光強度の点では、１つのセル２００ｓ，２００ｓ’を構成する画素数が多いほど好ましい。ただし、位相差０と位相差πによる画素全体の光強度分布を均一にしなければならないため、１つのセルを構成する画素としては、縦横に偶数個ずつ配置したものが好ましい。縦横に偶数個ずつ画素を配置したものを１つのセルとした場合には、位相差０と位相差πの画素数が必ず同数になるため、画素全体に概ね均一な光強度分布を形成することができる。

図１４は、本発明に係るホログラム記録装置の第７実施形態を示している。本実施形態のホログラム記録装置も、構成としては図５などに示されたものと同一の位相変調器２００を用いたものであるが、駆動制御部による位相パターンの作り方が図１２に示すものとは異なる。

つまり、駆動制御部は、画素２００ｐ，２００ｐ’ごとに位相差０または位相差πの光がランダムに生じるように制御している。画素２００ｐ，２００ｐ’自体は、互いに隣り合うピッチｄを適当な値に設定することにより、全ての画素２００ｐ，２００ｐ’がオンモードの場合には位相差０および位相差πの光が規則的に生じるようになっているが、図１４にハッチングで示すように所定数の画素２００ｐ，２００ｐ’をランダムにオフモードとすることで位相差０または位相差πの光が画素２００ｐ，２００ｐ’ごとにランダムに生じる。このような画素２００ｐ，２００ｐ’ごとにランダムな位相パターンとした場合においても、スペックル状の位相分布をもつ参照光を用いてホログラムを多重記録することができる。そのため、本実施形態のホログラム記録装置によっても、多重記録されたホログラムのクロストークをより低減することができる。

図１５は、本発明に係るホログラム記録装置の第８実施形態を示し、図１６は、本発明に係るホログラム記録装置の第９実施形態を示している。これらの実施形態のホログラム記録装置は、構成としては図９などに示されたものと同一の空間光変調器５０を用いたものであるが、信号光を出射する第１光変調領域５１Ａと参照光を出射する第２光変調領域５１Ｂとが図１０に示すものとは異なる。なお、図１５および図１６に示す多数の区画はセル５０ｓ，５０ｓ’を表している。セル５０ｓは、位相差０の光を生じるものであり、ハッチングが付されたセル５０ｓ’は、位相差πの光を生じるものである。したがって、図１５および図１６に示される位相パターンも、セル５０ｓ，５０ｓ’ごとに位相差０またはπの光がランダムに生じたものとなっている。

図１５に示すように、第１光変調領域５１Ａは、光反射面５０Ａの中央部に円状に設けられているとともに、第２光変調領域５１Ｂは、光反射面５０Ａの中央部の外方となる周部に円環状に設けられている。この第２光変調領域５１Ｂは、光反射面５０Ａを一部逸脱するように設けられるため、参照光は、部分的に四方の一部が欠けた状態でホログラム記録媒体へと導かれる。このような参照光を用いても、位相差０またはπの光がランダムに生じた位相パターンとすることにより、クロストークを低減しながらホログラムを多重記録することができる。

また、図１６に示すように、第１光変調領域５１Ａについては、光反射面５０Ａの中央部に矩形状に設け、第２光変調領域５１Ｂは、第１光変調領域５１Ａの外方でこれを囲むように矩形環状に設けてもよい。このような領域の分け方としても、クロストークを低減しながらホログラムを多重記録することができる。

Claims (11)

1. 光源から出射したコヒーレントな光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体に向けて上記信号光と重なるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
   上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に透過もしくは反射するオンモードと、上記所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフモードといった２つの状態をとりうる複数の光学素子を有し、これらの光学素子ごとに所定の位相差が生じる光位相変調手段と、
   上記光学素子ごとにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記参照光を所定の位相パターンをなす光に変調させる位相変調制御手段と、
   を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
2. 光源から出射したコヒーレントな光の一部を信号光に変調し、この信号光をホログラム記録媒体に向けて出射する第１光変調領域と、上記光源から出射したその余の光を参照光に変調し、この参照光を上記信号光と同一の光路に沿うように出射する第２光変調領域とを有する空間光変調器を備え、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向けて上記信号光と重なるように照射することにより、当該ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
   上記第２光変調領域は、上記参照光を上記ホログラム記録媒体に向かう所定の方向に透過もしくは反射するオンモードと、上記所定の方向外に導くか若しくは遮光するオフモードといった２つの状態をとりうる複数の光学素子からなり、これらの光学素子ごとに所定の位相差が生じるように構成されており、かつ、
   上記光学素子ごとにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記参照光を所定の位相パターンをなす光に変調させる位相変調制御手段を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
3. 上記複数の光学素子は、上記所定の位相差として位相差０になるものと位相差πになるものとが交互に並ぶように配列されている、請求項１または２に記載のホログラム記録装置。
4. 上記位相変調制御手段は、上記光学素子を所定数ずつまとめたセルごとに、位相差０および位相差πの光学素子の少なくともいずれか一方がオフモードとなるように制御している、請求項３に記載のホログラム記録装置。
5. 上記所定の位相パターンは、上記セルの所定数おきに位相差０またはπの光が生じたものである、請求項４に記載のホログラム記録装置。
6. 上記所定の位相パターンは、ウォルシュ・アダマール変換の行列パターンに対応している、請求項５に記載のホログラム記録装置。
7. 上記所定の位相パターンは、上記セルごとに位相差０またはπの光がランダムに生じたものである、請求項４に記載のホログラム記録装置。
8. 上記位相変調制御手段は、上記光学素子ごとにランダムにオンモードあるいはオフモードとなるように制御し、上記所定の位相パターンは、上記光学素子ごとに位相差０またはπの光がランダムに生じたものである、請求項３に記載のホログラム記録装置。
9. 上記複数の光学素子は、交互に厚みが異なる複数の液晶素子からなる、請求項１ないし８のいずれかに記載のホログラム記録装置。
10. 上記複数の光学素子は、全体として光反射面を形成する一方、個々にオンモードあるいはオフモードになると、上記光反射面に対して所定の傾き角をなす複数の可動反射素子からなる、請求項１ないし８のいずれかに記載のホログラム記録装置。
11. 上記複数の可動反射素子は、互いに隣り合うピッチをｄ、上記光反射面に対する所定の傾き角をφ、上記光反射面に対する光の入射角および反射角をθiおよびθo、光の波長をλ、ならびに整数をｍとすると、下記式の条件を満たすように構成されている、請求項１０に記載のホログラム記録装置。
    

    

    

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