JPWO2007105679A1 - ホログラム装置及び光偏向素子 - Google Patents

Abstract

ホログラム装置は、可干渉性光から、参照光と、記録情報に応じて可干渉性光を変調した信号光と、を生成する光生成手段と、参照光及び信号光の光路を互いに空間的に分離して、いずれか一方の光路に、他方の光路を交差させ、参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、参照光及び信号光の光路の交差点にホログラム記録担体を着脱自在に支持する支持部と、参照光がホログラム記録担体に照射された際にホログラム記録担体の回折格子から回折した光を受光する像検出手段と、を含む。ホログラム装置は、参照光の光束から部分光束を抽出して参照光の光束の横断面積よりも小なる面積範囲内に部分光束を選択的に偏向せしめる光偏向素子とこれに対して情報の記録又は再生の際に部分光束を選択する制御をなす光偏向駆動回路と、を含み。光偏向素子は、各々が電圧印加の状態に応じて部分光束の透過及び非透過を制御される複数の窓が並設されたマスク部と、各々が窓を透過する部分光束の光路に配置されかつ部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムが並設された光偏向部と、からなる。

Description

本発明は光ディスク、光カードなどの光束の照射により情報の記録又は再生可能なホログラム記録担体のためのホログラム装置に関し、さらに角度多重方式のホログラム装置などに用いられる光偏向素子に関する。

高密度情報記録のために、画像などの２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する信号光の波面を、参照光との光学干渉パターンを回折格子として、ホログラム記録担体へ記録することにある。すなわち、参照光及び信号光の光路を互いに空間的に分離して、両者をホログラム記録担体内で交差させ、干渉させ情報を記録する。

また、ホログラム記録担体に光学干渉パターンを多重記録を行うことによって記録容量を飛躍的に増大させることができる。例えば、角度多重方式では、記録時のホログラム記録担体内において、信号光に対する参照光の角度を僅かずつ変更することによって、同一エリアに角度ごとに異なる記録情報を多重記録できる。

一般に、角度多重方式のホログラム装置では、ホログラム記録担体へ照射する参照光の角度を変更する機構として、いわゆる４ｆ光学系及びガルバノミラーが用いられ、図１に示すように、４ｆ光学系光路に複数の４ｆレンズｆｃの焦点FPが一致するように並べられ、参照光RBが入射される一方端のレンズ焦点FPにガルバノミラーGMの回転軸が配置され他方端のレンズ焦点FPにホログラム記録担体２が配置されている（特許文献１、参照）。
特開2006-023445号公報

４ｆ光学系及びガルバノミラーの技術では機械的にガルバノミラーを回動することでホログラム記録担体内の信号光に対する参照光の角度（交差角度ともいう）を変えているので、機械的な駆動部品の部品点数が多くなり、装置全体の小型化に困難な点があった。また、変化される交差角度はすべてガルバノミラー回転軸に垂直な平面内に存在するので、角度多重記録の度合が当該平面内に制限されている。

そこで、本発明の解決しようとする課題には、小型化を可能にするホログラム装置及び光偏向素子を提供することが一例として挙げられる。

本発明のホログラム装置は、参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録担体へ情報を記録又は再生するホログラム装置であって、
可干渉性光から、参照光と、記録情報に応じて前記可干渉性光を変調した信号光と、を生成する光生成手段と、
前記参照光及び前記信号光の光路を互いに空間的に分離して、いずれか一方の光路に、他方の光路を交差させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
前記参照光及び信号光の光路の交差点にホログラム記録担体を着脱自在に支持する支持部と、
前記参照光が前記ホログラム記録担体に照射された際に前記ホログラム記録担体の回折格子から回折した光を受光する像検出手段と、を含み、
前記参照光の光束から部分光束を抽出して前記参照光の光束の横断面積よりも小なる面積範囲内に前記部分光束を選択的に偏向せしめる光偏向素子と、
前記光偏向素子に対して情報の記録又は再生の際に前記部分光束を選択する制御をなす光偏向駆動回路と、を含み、
前記光偏向素子は、各々が互いに並設されかつ前記部分光束に対する透過及び非透過が電気的に制御される複数の窓を有するマスク部と、各々が前記窓を透過する前記部分光束の光路に配置されかつ前記部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムが並設された光偏向部と、からなることを特徴とする。

本発明の光偏向素子は、入力された光束から部分光束を抽出して前記入力された光束の横断面積よりも小なる面積範囲内に前記部分光束を選択的に偏向せしめる光偏向素子であって、
各々が互いに並設されかつ前記部分光束に対する透過及び非透過が電気的に制御される複数の窓を有するマスク部と、
各々が前記窓を透過する前記部分光束の光路に配置されかつ前記部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムが並設された光偏向部と、からなることを特徴とする。

上記構成によれば、よって、参照光と信号光の交差角度を変更することでホログラム記録担体の同一箇所に複数のホログラムを多重記録する角度多重方式ホログラム装置において、装置全体の小型化が可能となり、参照光及び信号光による角度多重記録の度合が拡大する。さらに、上記光偏向素子において機械的な駆動部品が極めて少ないことにより信頼性が向上し、ホログラム記録又は再生時に透過及び非透過を電気的に制御される窓例えば液晶の透明電極を任意に選択することによって任意のホログラムを読み出すことができる。

従来の光の角度を変更する機構を説明する概略部分斜視図である。 本発明による実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による実施形態のホログラム装置の光偏向素子を示す概略斜視図である。 本発明による実施形態の光偏向素子を示す概略断面図である。 本発明による実施形態の光偏向素子のマスク部（液晶パネル）を示す光軸から見た正面図である。 本発明による実施形態の光偏向素子の光偏向部を示す光軸から見た正面図である。 図４の線ＡＡの断面図である。 本発明による実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態の光偏向素子を示す概略断面図である。 本発明による他の実施形態の光偏向素子を示す概略断面図である。 本発明による他の実施形態の光偏向素子のマスク部（液晶パネル）を示す光軸から見た正面図である。 本本発明による実施形態の光偏向素子のマスク部（液晶パネル）を示す光軸から見た正面図である。 本発明による実施形態の光偏向素子のマスク部（液晶パネル）を示す光軸から見た正面図である。 本発明による他の実施形態の光偏向素子の動作を説明する概略断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。 本発明による他の実施形態のホログラム装置の概略を示す構成図である。

符号の説明

２…ホログラム記録担体
ＬＣＰ…液晶パネル
１／４λ…１／４波長板
ＣＬ…コリメータレンズ
ＩＳ…像センサ
ＬＤ…レーザ光源
ＯＢ…対物レンズ
ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ
ＲＢ…参照光
ＳＢ…信号光
ＳＬＭ…空間光変調器

発明を実施するための形態

以下に本発明の第１の実施形態としてホログラム装置の一例を図面を参照しつつ説明する。

＜ホログラム装置＞
図２は、ホログラム記録担体２の記録又は再生用の光偏向素子１０を用いたホログラム装置の概略構成を示す。ホログラム記録担体２には、例えば、フォトポリマや、光異方性材料や、フォトリフラクティブ材料や、ホールバーニング材料、フォトクロミック材料など光学干渉パターンを保存できる透光性の光感応材料が用いられる。

ホログラム装置は、ホログラムの記録及び再生用のレーザ光源ＬＤ、コリメータレンズＣＬ、ハーフミラープリズムＨＰを有する。レーザ光源ＬＤの波長は、ホログラム記録担体２の光学干渉パターンを保存できる透光性の光感応材料が反応する波長である。コリメータレンズＣＬはレーザ光源ＬＤからの発散する可干渉光を平行光に変換する。ハーフミラープリズムＨＰは平行光からに方向に分離して、参照光及び信号光用の光束を生成する（光生成手段、干渉手段）。

ホログラム装置は、信号光用光学系として、ミラーＭＲ、反射型の空間光変調器ＳＬＭ、第１対物レンズＯＢＡを有する（光生成手段、干渉手段）。反射型の空間光変調器の例として複数の画素ミラーのマトリクスを有するＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（登録商標）を用いることもでき、ＤＭＤは画素ミラー毎に入射光の一部を平行に偏向する空間変調機能を有し、電気的制御により必要な空間変調された信号光のみ第１対物レンズＯＢＡへ供給する。すなわち、この反射型空間光変調器ＳＬＭはその駆動回路（図示せず）に接続され、これからの記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように平行光束を変調かつ反射して、信号光を生成する。

ホログラム装置は、参照光用光学系として、波面強度均一化素子２１（例えばアポダイゼーションフィルタ、ビームシェイパー（ニューポート製））、光偏向素子１０を有する（光生成手段、干渉手段）。波面強度均一化素子２１は参照光の光束における波面強度分布を均一化する。なお、参照光用光学系に第２の空間光変調器（図示せず）を挿入し、位相変調パターン表示をして参照光として、位相変調参照光を生成してもよい。光偏向素子１０は後述する。

ホログラム装置は、再生用光学系として、第１対物レンズＯＢＡと共軸にして焦点が一致した第２対物レンズＯＢＢ及び像センサＩＳを有する（像検出手段）。ミラーＭＲ及び反射型の空間光変調器ＳＬＭを用いることによって、信号光用光学系及び再生用光学系はレーザ光源ＬＤからの光束の光軸上に４ｆ光学系として配置されている。さらに、ホログラム装置は、参照光及び信号光の光路の交差点（第１及び第２対物レンズ間）にホログラム記録担体２を着脱自在に支持する支持部（図示せず）を備えている。像センサＩＳは、参照光がホログラム記録層に照射された際にホログラム記録担体２から第２対物レンズＯＢＢを介して通過する再生光を受光する像検出手段として機能する。像センサＩＳはＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体装置）などのアレイからなる光電変換素子である。

＜光偏向素子＞
図３は光偏向素子１０を示す。光偏向素子１０は、波面強度均一化素子から入力された平面波光束PWLBから部分光束を抽出してその横断面積よりも小なる面積範囲内に平面波の部分光束PLBを選択的に偏向せしめる。すなわち光偏向素子１０は部分光束の参照光RBをホログラム記録担体２（入力された平面波光束の光軸AXに配置されている）の信号光透過部分へ照射する。光偏向素子１０は、光の部分的な透過及び非透過を選択的に電気制御するマスク部ＭＳと透過光の光偏向部ＲＦＳとからなる。

図４に示すように、マスク部ＭＳは、一対のガラス基板１２の内面の対向する複数の透明電極１３に配向膜１４を介して挟まれたＴＮ液晶１１からなる透過型の液晶パネルＬＣＰと、これに積層された１／２波長板などの偏光フィルタＰＦとからなる。液晶パネルＬＣＰは、光偏向駆動回路ＬＣＰＤに接続され、交差角度をホログラム記録又は再生時にて切り替えるように、同回路により制御される。

図５に示すように、マスク部ＭＳ（液晶パネルＬＣＰ）の光軸に垂直な平面（直交ＸＹ方向）において均一な大きさで円形又は矩形の透明電極の複数が２次元的電極パターンとして並設されている。その各々の透明電極１３には独立して電圧を印加される。液晶パネルＬＣＰは、配向膜によりＴＮ(Twisted Nematic)配向された液晶１１と偏光フィルタＰＦと組み合わせて、電圧印加の状態に応じて電気的に部分光束の透過及び非透過を制御選択するマスク窓OPWを構成する。

また、図６に示すように、ガラス基板の出力側に形成されている光偏向部ＲＦＳは電極パターンの透明電極（窓）の各々とそれぞれが一致する複数のプリズムＰＭ（透明体）からなる。各プリズムＰＭは、入力された光束の光軸から傾いた部分光束を屈折する屈折面を有し、各プリズムＰＭを透過する光束がホログラム記録担体２中で信号光ＳＢと一点で交差するように光偏向部ＲＦＳは設定されている。すなわち、光偏向部ＲＦＳには、各々が窓を透過する部分光束の光路に配置されかつ部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムＰＭがプリズム配列として並設されている。

なお、空間光変調器に偏光性のもの（信号光において有意の成分のみの偏光方向を他の成分と角度たとえば９０度回転させた偏波を出力するもの）を用いる場合には、偏光フィルタを用いないで偏光特性のみを切り替えて記録することもできる。その場合は偏光フィルタが不要となる。

図７により光偏向素子１０の動作を説明する。液晶パネルＬＣＰは、透明な液晶１１が２枚のガラス基板１２ａ、１２ｂ間に挟持され、該基板周りが封止された構造を有している。両ガラス基板１２ａ、１２ｂの内面には、インジウムスズ酸化物などからなる液晶に電圧を印加する透明電極１３ａａ、１３ａ、１３ｂと、近接する液晶分子の軸の向き（配向）を規定する配向膜１４ａ、１４ｂと、が順に積層されている。透明電極１３ｂは共通電極であるが、対向する側ではそれぞれ別個の透明電極１３ａ、１３ａａが配置され、それらは光偏向駆動回路ＬＣＰＤにより独立して電圧が印加される。

たとえば、液晶を挟む対向透明電極１３ａａ、１３ｂ間に電圧を印加すると、液晶分子は配向膜に沿った方向からその分子軸が垂直方向に変化し電界に沿って並ぶ。液晶分子が配向膜から直立して液晶分子の配向が変化し、例えば直線偏光の透過光の偏光面（紙面垂直（中黒丸で示す））が回転せずにそのまま無偏光で透過（オン状態）するので、偏光フィルタＰＦを透過した参照光は光偏向部ＲＦＳのプリズム屈折面により偏向してホログラム記録担体へ向かう。一方、無電圧印加の対向透明電極１３ａ、１３ｂ間（オフ状態）では直線偏光の透過光の偏光面（紙面垂直）が回転し（紙面平行（短い双方向矢印で示す））、偏光フィルタＰＦで遮光される。

以上の動作により、角度多重方式ホログラム記録はホログラム記録担体２中において信号光ＳＢの角度と参照光ＲＢの角度の相対的交差角度を変化せしめることで同一領域に複数のホログラムを多重して記録する。

液晶パネルと光偏向部とからなる光偏向素子１０は、独立電圧印加される電極パターンの透明電極毎の参照光束のみを偏向し、それらをある一点で交差させる電気選択式窓を備えている。

図２及び図８によりホログラム装置の動作を説明する。

記録工程において、図２に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源ＬＤから放射された可干渉性光束はコリメータレンズＣＬで平行光となりハーフミラープリズムＨＰで参照光及び信号光用に分離される。信号光用光束はハーフミラープリズムＨＰ透過後、空間光変調器ＳＬＭに入射し空間的に変調され信号光となる。信号光ＳＢは第１対物レンズＯＢＡにより集光されホログラム記録担体２に入射する。

参照光用光束は波面強度均一化素子２１を透過し波面強度分布を均一化され、光偏向素子１０に入射する。光偏向素子１０で選択的に偏向された参照光ＲＢは、第１対物レンズＯＢＡにより集光された信号光ＳＢとホログラム記録担体２内のある一点で交差する。この操作によりホログラム記録担体２内に干渉を生じホログラムが記録される。

再生時には、図８に示すように、空間光変調器ＳＬＭを全てＯＦＦ（全黒）とし信号光がホログラム記録担体２に入射しないようにする。参照光ＲＢは記録時同様に光偏向素子１０に入射し任意の透明電極をＯＮすることで任意の偏向角度を選択しホログラム記録担体２に入射させる。参照光ＲＢにより参照光ＲＢの入射角度に対応したホログラムのみが再生される。再生されたホログラムからの再生信号光ReSBは、第２対物レンズＯＢＢにより像センサＩＳ上に結像する。この再生像を読み取ることで記録した信号が再生される。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、図９に示すように選択的に偏向された参照光ＲＢが光軸から変移するように光偏向部ＲＦＳのプリズムＰＭ形状を変更した以外は、第１の実施形態に同じである。第１の実施形態では同心円形状にプリズムを並設した光偏向部ＲＦＳ（図３に示す光軸周りに回転対称）であったが、第２の実施形態は各参照光ＲＢ光束の交差点が素子光軸上に無い場合である。また、他のプリズムＰＭ形状として、図１０に示すように光偏向素子１０のプリズム配列は多面体で屈折面が構成されたレンズ形状のものでもよい。光偏向部ＲＦＳの作用に関しては多面体プリズム配列でも第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態は、液晶パネルＬＣＰの透明電極を、直交ＸＹ方向において均一に並設するのではなく、図１１〜図１３に示すように透明電極を間引いて並設した以外は、第１の実施形態に同じである。液晶パネルの電極パターンが直交ＸＹ方向で均一配置でないが、光偏向部ＲＦＳは第１の実施形態同様に電極パターンの透明電極毎に透過する光束がある一点で交差するようにプリズムを並設して構成してある。

第１の例は、図１１に示すように液晶パネルＬＣＰのＸＹ方向のいずれかマスク部分Ｍ を設けて透明電極（窓）１３を間引いて並べることによって、角度多重度が光束の透過領域で異なるようにできる。

ホログラム記録担体２に角度多重記録する場合に参照光ＲＢと信号光ＳＢのホログラム記録担体２の相対交差角度によっては多重間隔（角度）が異なる場合がある。その場合には図１１のように直交ＸＹ方向で異なる電極間隔とすることで信号光ＳＢとの交差角度を光偏向素子１０の領域によって変更できる。

第２の例は、図１２に示すように液晶パネルＬＣＰのＸＹ方向のいずれかマスク部分Ｍ を設けて透明電極（窓）１３を間引いて並べ、さらに、透明電極の面積を非均一とすることによって、参照光ＲＢの光束の断面面積をホログラム記録担体の透過領域で異なるように、すなわち、参照光ＲＢの大きさを光偏向素子１０の領域によって変更することができる。これによって光偏向素子１０に入射する光束周辺部の光強度が低い場合（図１２に示す四隅）などに周辺部の参照光ＲＢの光量を大きくすることができる。

第３の例は、図１３に示すように液晶パネルＬＣＰのＸＹ方向のいずれかマスク部分Ｍ を設けて透明電極（窓）１３を間引いて並べ、さらに、透明電極の面積を順次変化させることによって、干渉領域の大きさを光束の透過領域で異なるように、すなわち、参照光ＲＢの大きさを光偏向素子１０の領域によって変更することができる。

図１３及び図１４に示すようにホログラム記録担体２中のホログラム記録領域を一定に保つためにはホログラム記録担体２への参照光ＲＢの入射角度によって参照光ＲＢの光束径を変更する必要がある。そのために液晶パネルの電極パターンの大きさを、垂直に近いほど大きい窓（図中の参照光ａ径Da）で、参照光ＲＢのホログラム記録担体２となす角度が浅ければ浅いほど小さな窓（図中の参照光ｂ径Db）となるように電極パターンを設定する。すなわち、図１４に示すように部分光束の参照光ＲＢがホログラム記録担体内の信号光ＳＢで照射される範囲を包含するような大きさの面積を有するように、光偏向素子１０の電極パターンを設定する。このように、光偏向素子１０の窓の大きさを設定することにより、参照光の様態を角度ごとに変更することが可能となり、参照光の光量を一定に保ち、参照光のホログラム記録担体内での大きさをコントロールできる。なお、図１４では信号光軸SBaxisの周りの範囲であるが説明のためであり、信号光の集光点が変化すればこの信号光照射範囲は変化する。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態のホログラム装置を図１５に示す。第４の実施形態は、第１の実施形態の図２に示す構成において信号光ＳＢの反射ミラーＭＲを省略し、ホログラム記録担体２が支持部SPPに可動自在に保持された以外は、動作も含め第１の実施形態に同一である。

＜第５の実施形態＞
第５の実施形態のホログラム装置を図１６に示す。第５の実施形態は、第１の実施形態の図２に示す構成において、参照光用光学系を共役光学系とし、第１及び第２対物レンズに代えて単一の対物レンズＯＢを用いて対物レンズＯＢ側に像センサＩＳを設けた以外は、第１の実施形態に同じである。

図１６及び図１７によりホログラム装置の動作を説明する。

記録工程において、図１６に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源ＬＤから放射された可干渉性光束はコリメータレンズＣＬにより平行光となりハーフミラープリズムＨＰにより参照光及び信号光用光束に分離される。信号光用光束はハーフミラープリズムＨＰ透過後、透過型の空間光変調器ＳＬＭに入射し空間的に変調され信号光となる。その後、信号光ＳＢは偏光ビームスプリッタＰＢＳ、４ｆレンズｆｃ及びミラーＭＲを経た後、対物レンズＯＢにより集光されホログラム記録担体２に入射する。透過型の空間光変調器は、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する検光子付きの液晶パネルなどで入射光の一部を画素毎に電気的に遮光する機能、又はすべて透過して無変調状態とする機能を有する。

参照光用光束は波面強度均一化素子２１を透過し波面強度分布を均一化され、光偏向素子１０に入射する。光偏向素子１０に関しては第１の実施形態と同様である。光偏向素子１０で選択的に偏向された参照光ＲＢは、集光された信号光ＳＢとホログラム記録担体２内のある一点で交差する。この操作によりホログラム記録担体２内に干渉を生じホログラムが記録される。

ホログラム記録担体２を透過した参照光ＲＢは光偏向素子１０と同じ第２光偏向部ＲＦＳ２（光偏向素子１０のものと同じ）を透過し１／４波長板１／４λを透過し、ミラーＭＲで反射され、再び１／４波長板１／４λ、第２光偏向部ＲＦＳ２を透過する。この場合、入射した光束の偏光方向（図では紙面平行）から９０度異なる（紙面垂直）偏光方向に変換され再びホログラム記録担体２に入射する。ホログラム記録担体２内では信号光ＳＢと反射して来た参照光ＲＢは偏光方向が異なるためホログラムは記録されず入射参照光ＲＢと信号光ＳＢのみでホログラムが記録される。

再生工程において、図１７に示すように、空間光変調器ＳＬＭを全てＯＦＦ（遮光）とし信号光ＳＢがホログラム記録担体２に入射しないようにする。参照光ＲＢは、記録時同様に光偏向素子１０に入射した光束から任意の液晶パネル電極をＯＮすることで任意の偏向角度を選択して生成され、ホログラム記録担体２に入射させる。参照光ＲＢにより参照光ＲＢの入射角度に対応したホログラムのみが再生される。この参照光ＲＢで再生される再生光はホログラム記録担体２の反対側（対物レンズＯＢの無い側）に発生する。一方、記録時同様に偏光方向を変更された参照光ＲＢは再びホログラム記録担体２に入射する。この参照光ＲＢにより再生される再生信号光ＳＢは、いわゆる位相共役再生信号で対物レンズＯＢ側に再生され４ｆレンズｆｃ及びミラーＭＲを経て偏光ビームスプリッタＰＢＳにいたる。この再生信号は紙面に垂直な偏光方向を有する参照光ＲＢで再生されているので偏光方向は紙面垂直となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳにより反射され像センサＩＳ側に偏向され、像センサＩＳ上に結像する。この像を読み取ることで記録した信号が再生される。

＜第６の実施形態＞
第６の実施形態のホログラム装置を図１８に示す。第６の実施形態は、第５の実施形態の構成における単一の対物レンズＯＢに代えて第１の実施形態の第１及び第２対物レンズを用いて第１対物レンズＯＢＡ側に像センサＩＳを設け信号光用光学系を共役光学系とした以外は、第５の実施形態に同じである。

図１８及び図１９によりホログラム装置の動作を説明する。

記録工程において、図１８に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源ＬＤから放射された可干渉性光束はコリメータレンズＣＬにより平行光となりハーフミラープリズムＨＰにより参照光及び信号光用光束に分離される。信号光用光束はハーフミラープリズムＨＰ透過後、透過型の空間光変調器ＳＬＭに入射し空間的に変調され信号光となる。その後、信号光ＳＢは偏光ビームスプリッタＰＢＳ、４ｆレンズｆｃ及びミラーＭＲを経た後、第１対物レンズＯＢＡにより集光されホログラム記録担体２に入射する。

ホログラム記録担体２をはさんで共役の位置に第２対物レンズＯＢＢが配置されており、その第２対物レンズＯＢＢで再び平行光に変換された信号光ＳＢは１／４波長板１／４λ、反射ミラーＭＲにより入射時の偏光方向から９０°異なった方向に変換されて反射され再びホログラム記録担体２に照射される。

参照光用光束は波面強度均一化素子２１を透過し波面強度分布を均一化され、光偏向素子１０に入射する。光偏向素子１０に関しては第１の実施形態と同様である。光偏向素子１０で選択的に偏向された参照光ＲＢは、集光された信号光ＳＢとホログラム記録担体２内のある一点で交差する。この操作によりホログラム記録担体２内に干渉を生じホログラムが記録される。ホログラム記録担体２内では参照光ＲＢと反射して来た信号光ＳＢは偏光方向が異なるためホログラムは記録されず入射信号光ＳＢと参照光ＲＢのみでホログラムが記録される。

再生工程において、図１９に示すように、空間光変調器ＳＬＭを全てＯＦＦ（遮光）とし信号光ＳＢがホログラム記録担体２に入射しないようにする。参照光ＲＢは、記録時同様に光偏向素子１０に入射した光束から任意の液晶パネル電極をＯＮすることで任意の偏向角度を選択して生成され、ホログラム記録担体２に入射させる。
参照光ＲＢにより参照光ＲＢの入射角度に対応したホログラムのみが再生される。この参照光ＲＢで再生されるホログラムはホログラム記録担体２の反対側（第２対物レンズＯＢＢ側）に再生光が発生し第２対物レンズＯＢＢに入射後、偏光方向が紙面水平から紙面垂直に変換され再びホログラム記録担体２に集光する。そして第１対物レンズＯＢＡに入射し、ミラーＭＲ及び４ｆレンズｆｃを経て偏光ビームスプリッタＰＢＳにいたる。この再生信号は紙面に垂直な偏光に変換されているので偏光ビームスプリッタＰＢＳにより反射され像センサＩＳ側に偏向され、像センサＩＳ上に結像する。この像を読み取ることで記録した信号が再生される。

参照光ＲＢまたは信号光ＳＢの光路に１／４波長板と反射ミラーＭＲを用いることで再生信号の偏光方向を記録信号光ＳＢと異ならしめることができるため偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いた光束の分離ができる。

＜第７の実施形態＞
第７の実施形態のホログラム装置を図２０に示す。第７の実施形態は、第６の実施形態の構成におけるハーフミラープリズムＨＰにより参照光及び信号光用光束に分離せずに、透過型の空間光変調器により光軸が一致するが光路が異なり参照光ＲＢと信号光ＳＢが空間的に分離される構成とした以外は、第６の実施形態に同じである。

図２０に示す透過型の空間光変調器ＳＬＭは光軸を含む領域に空間光変調器がありその周りは透明板又は開口となるように構成されている。よって、空間光変調器ＳＬＭは入力された可干渉光光束を、光軸を含む光束とそれを取り囲む環状断面光束とに分割して、光軸を含む光束を信号光ＳＢと環状断面光束を参照光用光束として生成する。

図２０に示すように、光軸上の第１対物レンズＯＢＡを取り囲む環状形状に光偏向素子１０が配置されている。そして、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢはそれぞれ同軸で互いに空間的に離れた状態で第１対物レンズＯＢＡ及び環状光偏向素子１０に導かれる。

図２０及び図２１によりホログラム装置の動作を説明する。

記録工程において、図２０に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源ＬＤから放射された可干渉性光束はコリメータレンズＣＬにより平行光となり透過型の空間光変調器ＳＬＭにより信号光と参照光用光束に分離される。その後、光は偏光ビームスプリッタＰＢＳを経た後、第１対物レンズＯＢＡにより集光されホログラム記録担体２に入射する。

ホログラム記録担体２をはさんで共役の位置に第２対物レンズＯＢＢが配置されており、その第２対物レンズＯＢＢで再び平行光に変換された信号光ＳＢは１／４波長板１／４λ、反射ミラーＭＲにより入射時の偏光方向から９０°異なった方向に変換されて反射され再びホログラム記録担体２に照射される。

参照光用光束は第１対物レンズＯＢＡ周囲の環状光偏向素子１０に入射する。光偏向素子１０に関しては第１の実施形態と同様である。光偏向素子１０で選択的に偏向された参照光ＲＢは、集光された信号光ＳＢとホログラム記録担体２内のある一点で交差する。この操作によりホログラム記録担体２内に干渉を生じホログラムが記録される。ホログラム記録担体２内では参照光ＲＢと反射して来た信号光ＳＢは偏光方向が異なるためホログラムは記録されず入射信号光ＳＢと参照光ＲＢのみでホログラムが記録される。

再生工程において、図２１に示すように、空間光変調器ＳＬＭを全てＯＦＦ（遮光）とし信号光ＳＢがホログラム記録担体２に入射しないようにする。参照光ＲＢは、記録時同様に光偏向素子１０に入射した光束から任意の液晶パネル電極をＯＮすることで任意の偏向角度を選択して生成され、ホログラム記録担体２に入射させる。
参照光ＲＢにより参照光ＲＢの入射角度に対応したホログラムのみが再生される。この参照光ＲＢで再生されるホログラムはホログラム記録担体２の反対側（第２対物レンズＯＢＢ側）に再生光が発生し第２対物レンズＯＢＢに入射後、偏光方向が紙面水平から紙面垂直に変換され再びホログラム記録担体２に集光する。そして第１対物レンズＯＢＡに入射し偏光ビームスプリッタＰＢＳにいたる。この再生信号は紙面に垂直な偏光に変換されているので偏光ビームスプリッタＰＢＳにより反射され像センサＩＳ側に偏向され、像センサＩＳ上に結像する。この像を読み取ることで記録した信号が再生される。

＜変形例＞
変形例としては、光軸を含む光束を信号光とし環状断面光束を参照光用光束とするのではなく、逆に参照光を光軸で信号光をその周囲で生成する構成も可能である。この場合、空間光変調器ＳＬＭ全体を透過型マトリクス液晶表示装置として、その制御回路により、記録すべきページデータの所定パターンを表示する環状領域とし、これに囲まれる中央領域を無変調の光透過領域となるように表示する。なお、空間光変調器ＳＬＭの無変調の光透過領域を貫通開口や透明材料から形成できる。また、光偏向素子１０は参照光が供給されるように光軸に配置する。さらに、第１及び第２対物レンズＯＢＡ、ＯＢＢの光軸にも貫通開口や平行平板部を設け、そこから参照光を通過させるように構成すればよい。

以上の参照光及び信号光の光軸を共軸とする実施形態及び変形例によれば、ホログラム記録時には、干渉する信号光及び参照光が制限されるため余分なホログラムが記録再生されることがない。また、参照光と信号光が互いに対向する方向に伝搬する球面波であるので、それらの交差角度を比較的大きくとれるため、シフト多重が可能となり、多重間隔を小さくすることができる。

Claims (11)

1. 参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録担体へ情報を記録又は再生するホログラム装置であって、
   可干渉性光から、参照光と、記録情報に応じて前記可干渉性光を変調した信号光と、を生成する光生成手段と、
   前記参照光及び前記信号光の光路を互いに空間的に分離して、いずれか一方の光路に、他方の光路を交差させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
   前記参照光及び信号光の光路の交差点にホログラム記録担体を着脱自在に支持する支持部と、
   前記参照光が前記ホログラム記録担体に照射された際に前記ホログラム記録担体の回折格子から回折した光を受光する像検出手段と、を含み、
   前記参照光の光束から部分光束を抽出して前記参照光の光束の横断面積よりも小なる面積範囲内に前記部分光束を選択的に偏向せしめる光偏向素子と、
   前記光偏向素子に対して情報の記録又は再生の際に前記部分光束を選択する制御をなす光偏向駆動回路と、を含み、
   前記光偏向素子は、各々が互いに並設されかつ前記部分光束に対する透過及び非透過が電気的に制御される複数の窓を有するマスク部と、各々が前記窓を透過する前記部分光束の光路に配置されかつ前記部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムが並設された光偏向部と、からなることを特徴とするホログラム装置。
2. 前記プリズムは前記窓とそれぞれ一致するように分割配置されていることを特徴とする請求項１記載のホログラム装置。
3. 前記部分光束が前記交差点の一箇所を透過することを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム装置。
4. 前記窓は、前記部分光束が前記ホログラム記録担体内の前記信号光で照射される範囲を包含するような大きさの面積を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム装置。
5. 前記マスク部は、前記窓に対応して互いに対向する透明電極間に設けられかつ前記透明電極への電圧の印加により透過する光に対して位相変化を生じせしめる液晶を含む液晶パネルを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のホログラム装置。
6. 前記光偏向部のプリズムは、前記入力された光束の光軸から傾いた前記部分光束を屈折する屈折面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム装置。
7. 前記干渉手段及び前記光生成手段は、前記参照光及び前記信号光のいずれか一方を光軸上に、他方を前記一方の周囲に環状に、互いに空間的に分離して同軸に同一方向に伝搬させる分離手段と、前記参照光及び前記信号光を互いに同一光軸上の異なる点に集光させ、前記参照光及び信号光を干渉させる対物レンズ光学系と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のホログラム装置。
8. 入力された光束から部分光束を抽出して前記入力された光束の横断面積よりも小なる面積範囲内に前記部分光束を選択的に偏向せしめる光偏向素子であって、
   各々が互いに並設されかつ前記部分光束に対する透過及び非透過が電気的に制御される複数の窓を有するマスク部と、
   各々が前記窓を透過する前記部分光束の光路に配置されかつ前記部分光束を偏向する複数の透明体のプリズムが並設された光偏向部と、からなることを特徴とする光偏向素子。
9. 前記部分光束が一箇所を透過することを特徴とする請求項８記載の光偏向素子。
10. 前記マスク部は、前記窓に対応して互いに対向する透明電極間に設けられ前記透明電極への電圧の印加により透過する光に対して位相変化を生じせしめる液晶を含む液晶パネルを有することを特徴とする請求項８又は９記載の光偏向素子。
11. 前記光偏向部のプリズムは、前記入力された光束の光軸から傾いた前記部分光束を屈折する屈折面を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の光偏向素子。

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