JP4830989B2 - ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法に関する。

ホログラム記録再生方法は、二値のデジタルデータ「０，１」等を例えば「明，暗」としてデジタル画像化した信号光をホログラムとして記録再生することによりデジタルデータの記録再生を行うものである。フーリエ変換ホログラムの場合、信号光はレンズによりフーリエ変換され、フーリエ変換像が光記録媒体に照射される。また、信号光と干渉して干渉縞を生成する参照光も同時に光記録媒体に照射される。

信号光と参照光とを空間的に重ねて記録すると、信号光と参照光が広い範囲で干渉する。ただし、この場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、下記特許文献１には、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離する技術が開示されている。
特開２０００−２９８８３７号公報

本発明の目的は、入射光の偏光方向を記録できるような特殊な光記録媒体を使用せず、信号光と参照光とを空間的に重ねてホログラムを記録することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のホログラム記録装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、所定の画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを、前記信号光及び前記参照光の互いに近接し、または重なった集光位置の近傍で合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記合波手段が、前記参照光をフーリエ変換した光から前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分を抽出する空間周波数フィルタを含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記信号光の前記低次成分が、少なくともナイキスト領域を含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記信号光の前記低次成分が、少なくともフーリエ変換レンズの焦点を中心としてλｆ／ｄ以内の領域を含むことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項記載の発明において、前記参照光が位相変調されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記参照光が、位相差がπである二値で周期的に位相変調されていることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項記載の発明において、前記光記録媒体には参照光をその入射方向に反射する反射型が使用され、前記光記録媒体により反射された参照光がサーボ制御信号として使用されることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項記載の発明において、前記合波手段が、直方体形状の光透過性材料中に形成されていることを特徴とする。

請求項９記載のホログラム再生装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、所定の画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを、前記信号光及び前記参照光の互いに近接し、または重なった集光位置の近傍で合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光の高次成分と同一の読み出し光を生成する読み出し光生成手段と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する読み出し光照射光学系と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する信号光抽出手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記光記録媒体には参照光をその入射方向に反射する反射型が使用され、前記光記録媒体により反射された参照光がサーボ制御信号として使用されることを特徴とする。

請求項１１記載のホログラム記録方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、所定の画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを、前記信号光及び前記参照光の互いに近接し、または重なった集光位置の近傍で合波する工程と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１２記載のホログラム再生方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、所定の画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを、前記信号光及び前記参照光の互いに近接し、または重なった集光位置の近傍で合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光の高次成分と同一の読み出し光を生成する工程と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する工程と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換する工程と、前記回折光をフーリエ変換するフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、本構成を用いない同軸記録系に比べて、光記録媒体中で信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録することができる。

請求項２の発明によれば、合波手段と空間周波数フィルタとを同一の部材とすることができるので、本構成を有していない場合に比べて、部品数を減少させることができる。

請求項３の発明によれば、信号光のナイキスト周波数の範囲の空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報の欠落を防止して再生できる。

請求項４の発明によれば、信号光の再生に必要な全ての空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報をより正確に再現できる。

請求項５の発明によれば、参照光を強度変調する場合に比べて光の利用効率を高くすることができる。

請求項６の発明によれば、位相変調された参照光は、フーリエ変換面において０次光の輝点が存在せず、０次光を除去する必要がないので、本構成を有していない場合に比べて、光の利用効率を高くすることができる。

請求項７の発明によれば、参照光をサーボ制御信号として使用できるので、サーボ制御信号を別途準備する場合に比べて装置構成を簡略化することができる。

請求項８の発明によれば、合波手段を直方体形状の光透過性材料中に形成することにより、信号光を光路に斜めに配置されたガラス等の中に通過させることを回避できる。

請求項９の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができる。

請求項１０の発明によれば、参照光をサーボ制御信号として使用できるので、サーボ制御信号を別途準備する場合に比べて装置構成を簡略化することができる。

請求項１１の発明によれば、本構成を用いない同軸記録系に比べて、光記録媒体中で信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録することができるホログラム記録方法を提供できる。

請求項１２の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができるホログラム再生方法を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例が示される。図１において、信号光をホログラムとして記録する際には、光源１０からの直線偏光のコヒーレント光をλ／２板１２を介して偏光ビームスプリッタ１４に入射し、信号光Ｓ用の光と参照光Ｒ用の光に分離する。ここで、λ／２板１２は、光源１０からの直線偏光の偏光方向を、所定の偏光方向に回転させる。この所定の偏光方向により、偏光ビームスプリッタ１４を通過する信号光Ｓ用の光と、偏光ビームスプリッタ１４で反射する参照光Ｒ用の光の割合を調整する。なお、光源１０から出射される光が直線偏光でない場合は、λ／２板１２の替わりに偏光子を配し、光源１０からのコヒーレント光を所定の偏光方向の直線偏光に変換すればよい。

信号光Ｓ用の光は、適宜なミラー１６により必要に応じて光路の方向を変更し、レンズ１８，２０によって口径の広い平行光にし、偏光ビームスプリッタ２２を通過させて空間光変調器２４に入射させる。なお、λ／２板１２、偏光ビームスプリッタ２２及び空間光変調器２４等の配置によってはミラー１６はなくてもよい。また、信号光Ｓ用の光の光路には、信号光Ｓの直流成分を抑制するランダム位相マスク２６等を配置してもよい。この場合には、ランダム位相マスク２６と空間光変調器２４との間にリレーレンズ２８，３０を配置してもよい。

上記空間光変調器２４は、例えば液晶パネルにより構成され、例えばコンピュータ等により２値のデジタルデータ「０，１」を「明，暗」としたデジタル画像（２値画像）を表示する。これによって、空間光変調器２４を反射した光は、２値画像の各画素の値に応じて強度変調されて信号光Ｓとなる。図１の例では、空間光変調器２４で信号光Ｓが反射する際に、偏光方向が９０度回転し、参照光Ｒの偏光方向と一致する。これにより、信号光Ｓは偏光ビームスプリッタ２２で反射し、集光レンズ３２で合波手段３４の位置に集光される。この合波手段３４は、中央部分に光透過部３５が形成されたミラーであり、図１の例においては、信号光Ｓの一部あるいは全てが光透過部３５を通過する構成となっている。

なお、図１の例では、空間光変調器２４が光を反射する反射型として記載されているが、光を透過する透過型としてもよい。この場合には、信号光Ｓの偏光方向を９０度回転させる必要がある。具体的な手段としては、光路上にλ／２板を配置する等が考えられる。

図２には、空間光変調器２４に表示される２値画像の一部分の例が示される。上述したように、２値画像は、２値のデジタルデータ「０，１」が「明，暗」として表示されている。図２において、白及び黒の矩形のパターンが上記「明，暗」として表示された２値画像であり、各白及び黒の矩形領域は、例えばｄ×ｄ＝２×２画素により構成されている。本実施形態においては、この矩形領域を画素単位と呼び、その１辺の長さｄを「画素ピッチ」と記載する。

次に、参照光Ｒ用の光は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されて光路が変更され、レンズ３６，３８によって平行光にされ、参照光Ｒを変調する変調板４０に入射する。この変調板４０には、例えば白黒のパターンが形成され、白の部分のみ光を透過させる強度変調タイプと、上記白黒の変わりに表面に凹凸のパターンが形成され、凹部と凸部とで透過する光の位相を異ならせる位相変調タイプとがある。

図３には、上記変調板４０の構成例が示される。図３は、強度変調タイプの変調板４０の例である。図３において、変調板４０には、白及び黒の矩形領域が図のｘ方向及びｙ方向に交互に並んだチェッカーパターンが形成されている。本例では、黒のパターンの部分で光を遮り、白のパターンの部分で光を透過する。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっている。このＤの値は、変調板４０の全領域が白または黒になる値を除いて任意に決定することができるが、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。

図４（ａ），（ｂ）には、変調板４０の他の構成例が示される。図４（ａ），（ｂ）は、位相変調タイプの変調板４０の例である。図４（ａ）において、変調板４０は、ガラス等の光透過性材料で構成され、凹凸の矩形パターンが図のｘ方向及びｙ方向にランダムに並べられたランダムパターン、あるいは交互に周期的に形成されて、チェッカーパターンとなっている。このうち、位相差をπとする２種類のパターンを周期的に配置したチェッカーパターンが好ましい。これは、そのようなパターンで変調された光をフーリエ変換したときに０次成分がほぼなくなるため、合波手段３４で除去される光の量を低減することができ、光の利用効率が高くなるからである。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっている。このＤの値は、変調板４０の全領域が一様な厚さとなる値を除いて任意に決定することができるが、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）においてチェッカーパターンが周期的である一例のｂ−ｂ断面図であり、長さＤ毎に凸面αと凹面βとが交互に形成されている。なお、図４（ｂ）の断面図は、図４（ａ）のｘ方向の断面であるが、ｙ方向の断面図も図４（ｂ）と同様になる。光が本例の変調板４０を透過すると、凸面を透過した光と凹面を透過した光との間で位相が異なって出射される。凸面と凹面との厚さを適宜調整すれば、例えば光の位相を０とπの二値で周期的に変調することができる。

変調板４０を透過した参照光Ｒは、レンズ４２で合波手段３４の位置に集光される。上述したように、合波手段３４には、中央部分に光透過部３５が形成されており、レンズ４２で集光（フーリエ変換）された参照光Ｒのうち、レンズ４２の焦点及びその近傍に集光される低次成分（低空間周波数成分）が除去される。すなわち、合波手段３４は、参照光Ｒの空間周波数に関して低空間周波数成分を除去する空間周波数フィルタとして機能する。ここで、合波手段３４により除去される空間周波数成分は、フーリエ変換された場合に集光位置が信号光Ｓと重なる空間周波数成分である。この結果、合波手段３４で除去されずに残る参照光Ｒの空間周波数成分は、信号光Ｓの低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分（高空間周波数成分）となる。

参照光Ｒのうち、レンズ４２の焦点及びその近傍を除いた成分（高空間周波数成分）は、合波手段３４で反射され、光透過部３５を通過してきた信号光Ｓと合波される。ここで合波とは、互いに光軸を一致させた状態で、信号光Ｓと参照光Ｒとが空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。

以上のように、信号光Ｓ及び参照光Ｒは、それぞれ集光レンズ３２及びレンズ４２により合波手段３４の位置に集光されているので、それぞれの集光位置は、互いに近接し、または重なっている。また、参照光Ｒの高空間周波数成分と信号光Ｓとは、上記互いに近接し、または重なっている集光位置の近傍で合波される。ここで、集光位置の近傍とは、合波手段３４を通過し（信号光Ｓ）または反射し（参照光Ｒ）た後で、参照光Ｒの高空間周波数成分と信号光Ｓとが空間的に重なり合う位置をいう。

これまでホログラム記録を行う場合には、信号光と参照光とが空間的に分離した位置にあるため、実質的には信号光と参照光とが干渉するわずかな領域（実際上はレンズのフーリエ変換面付近のみであることが多い）でホログラムを形成していた。従って、光記録媒体を厚膜化しても膜厚方向に有効にホログラムを記録することができず、再生時のＳ／Ｎ比を高くすることができなかった。その結果、大容量化が困難であった。

また、一般的に同軸型ホログラムと呼んでいる記録法式においても、信号光と参照光の光軸を共通にしているのみであり、やはり信号光と参照光は空間的に分離されていた。

もし信号光と参照光とを空間的に重ねて記録したとすると、信号光と参照光が広い範囲で干渉するため、再生時のＳ／Ｎ比を高くしたり、光記録媒体の膜厚方向に有効にホログラムを記録したりすることができる。ただし、この場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、前述の特開２０００−２９８８３７号公報では、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離している。

しかし、本発明では、信号光と参照光とを空間的に重ねて記録した上で、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、再生時に信号光と参照光とを分離することが可能になる。その理由は、図５を用いて後述する。

図１に戻り、合波手段３４で信号光Ｓと参照光Ｒとが合波された光は、レンズ４４で平行光にされ、フーリエ変換レンズ４６で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体４８に照射される。この場合、光記録媒体４８は、フーリエ変換レンズ４６のフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置を含むように配置される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体４８に記録することができる。このとき、フーリエ変換レンズ４６のフーリエ変換面上に光記録媒体５４がなくてもよい。なお、レンズ４４とフーリエ変換レンズ４６との間にλ／４板５０を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）には、合波された信号光Ｓと参照光Ｒとの挙動の説明図が示される。図５（ａ）において、合波手段３４で合波された信号光Ｓと参照光Ｒは、上述したようにレンズ４４で平行光にされ、フーリエ変換レンズ４６で集光される。合波手段３４からフーリエ変換レンズ４６のフーリエ変換面の手前までの領域では、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により干渉縞が生じている。一方、上記フーリエ変換面では、フーリエ変換の結果、信号光Ｓと参照光Ｒとが分離される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の破線で囲まれたフーリエ変換面における信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置の説明図である。フーリエ変換面上での信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置が異なっている。

一般に、画素ピッチｄの光をフーリエ変換する場合、フーリエ変換レンズ４６の焦点距離をｆ、光の波長をλとすると、光のフーリエスペクトルがフーリエ変換レンズ４６の焦点を中心に上下左右にλｆ／ｄの広がりを持つようになる。従って、光のフーリエスペクトルは、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の範囲内に集光される。この様子が、図５（ｃ）に示される。図５（ｃ）において、フーリエ変換レンズ４６の焦点を中心として１辺が２λｆ／ｄの矩形領域が破線で示されており、この矩形領域が、画素ピッチｄの光が集光される領域である。

また、参照光Ｒについては、大きさがＤ×Ｄのチェッカーパターンが形成された変調板４０で変調されており、フーリエ変換レンズ４６でフーリエ変換すると、フーリエ変換面上で周期的な輝点に変換される。ここで、Ｄ＝ｄとすると、この輝点は１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。この輝点が、図５（ｃ）において白点として表される。また、Ｄ＝２ｄとした場合には、上記輝点は１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。

なお、参照光Ｒに０次光が含まれている場合には、フーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ４６の焦点位置（図５（ｃ）において破線で示された矩形領域の中心）に０次光が変換された輝点が存在する。しかし、本実施形態においては、合波手段３４の中央部分に形成された光透過部３５により参照光Ｒに含まれる０次光が除去されるので、信号光Ｓに合波される参照光Ｒには０次光が含まれない。従って、フーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ４６の焦点位置に、参照光Ｒの０次光が変換された輝点が存在しないことになる。なお、変調板４０として図４（ａ），（ｂ）に示された位相変調タイプであって、位相差がπの二値を周期的に配置した変調板を使用した場合には、フーリエ変換面上で０次光が打ち消しあうので、そもそも参照光Ｒには０次光が含まれない。このため、０次光の除去が不要となり、光の利用効率を高めることができる。

以上に述べたように、Ｄ＝ｄの場合には、信号光Ｓと参照光Ｒとは、フーリエ変換面上で重ならず、Ｄを大きくして（低空間周波数での変調となる）Ｄ＝２ｄとしても、フーリエ変換面上での重なりは十分とは言えない。また、参照光Ｒにさらに低い空間周波数成分が含まれていても、上述したように、合波手段３４で除去される。以上の結果、本実施形態では信号光Ｓと参照光Ｒとはフーリエ変換面上で十分に重なることができない。このため、光記録媒体４８にホログラムを記録するためには、光記録媒体４８をフーリエ変換面より光路上で手前（フーリエ変換レンズ４６側）のフレネル領域を含めるように配置する必要がある。フレネル領域では信号光Ｓと参照光Ｒとが重なって、干渉縞が発生しているからである。なお、光記録媒体４８は、フーリエ変換面より光路上で後ろ（フーリエ変換レンズ４６と反対側）の位置に配置してもよい。

次に、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、参照光Ｒのみを光記録媒体４８に照射する。図１の場合、λ／２板１２を調整することで、理想的には光源１０からのすべての光が偏光ビームスプリッタ１４で反射される光となるように調整できる。この参照光Ｒにも、上記同様に合波手段３４で０次光を含む低空間周波数成分が含まれない。本実施形態では、この参照光Ｒが、光記録媒体４８にホログラムとして記録された情報を読み出すための読み出し光として使用される。

上記参照光Ｒの照射により光記録媒体４８のホログラムから発生する回折光（信号光Ｓ）及び参照光Ｒを逆フーリエ変換レンズ５２で平行光とし、レンズ５４により集光する。レンズ５４の焦点位置（フーリエ変換面）には、ローパスフィルタ５６が設けられている。このローパスフィルタ５６は、レンズ５４の焦点及びその近傍に集光される光、すなわち低い空間周波数で変調された光を通過させるフィルタである。

上述したように、参照光Ｒを変調する変調板４０が、大きさＤ×Ｄの矩形領域が形成されたチェッカーパターンである場合に、合波手段３４が例えばＤ＝ｄの場合の空間周波数以上の空間周波数を有する参照光Ｒを通過させる構成とすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は、図５（ｃ）に示されるように、１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上またはその外側に位置する。そこで、上記ローパスフィルタ５６が通過させる光の範囲を、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち合波手段３４通過後の参照光Ｒの空間周波数より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、参照光Ｒと分離しつつ、信号光Ｓの周波数成分をすべて抽出することができる。

また、Ｄ＝２ｄの場合も同様にして、合波手段３４がＤ＝２ｄの場合の空間周波数以上の空間周波数を有する参照光Ｒを通過させる構成とすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上またはその外側に位置する。そこで、上記ローパスフィルタ５６が通過させる光の範囲を、１辺がλｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち合波手段３４通過後の参照光Ｒの空間周波数より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、信号光Ｓの周波数成分の一部を抽出することができる。ここで、１辺がλｆ／ｄの矩形領域に集光される信号光Ｓの周波数成分は、信号光Ｓのナイキスト周波数となる。信号理論によれば、ナイキスト周波数の範囲の空間周波数が再生されれば、再生画像は劣化するものの情報は欠落しないので、デジタルデータの再生が可能となる。

以上のように、合波手段３４により予め低周波成分を除去した参照光Ｒによりホログラムの記録及び再生を行うことにより、ホログラム再生時に、ホログラムから回折した信号光Ｓを参照光Ｒと容易に分離することができる。

参照光Ｒと分離された信号光Ｓは、レンズ５８により平行光とされ、光検出器６０により受光され、ホログラムに含まれていた情報が取得される。

図６には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例が示され、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図６において特徴的な点は、光記録媒体４８が反射型すなわち参照光Ｒを照射した場合に、ホログラムからの回折光（信号光Ｓ）及び参照光Ｒが、参照光Ｒの入射方向に反射される点にある。このため、光記録媒体４８の背面には、光を反射するための反射面４９が形成されている。

図６の例において、参照光Ｒの光路には、偏光ビームスプリッタ１４で反射された参照光Ｒを通過させる偏光ビームスプリッタ６２が配置されている。参照光Ｒは、この偏光ビームスプリッタ６２を通過した後、図１の例と同様の光路を経て光記録媒体４８に照射され、ホログラムの記録及び再生に使用される。図６の例では、λ／４板５０により円偏光とされた光によるホログラムが記録されているが、記録時には信号光Ｓ及び参照光Ｒが、再生時には回折光及び参照光Ｒが光記録媒体４８の反射面４９で反射される。この反射の際に円偏光の回転方向が反転される。この結果、反射された信号光Ｓ、参照光Ｒ及び回折光がλ／４板５０により直線偏光に変換される際に、元の偏光方向とはそれぞれ９０度回転した偏光方向の直線偏光となる。これにより、記録及び再生時に、上記反射光としての参照光Ｒは、合波手段３４で反射された後、偏光ビームスプリッタ６２でも反射されて、参照光Ｒの光路から外に取り出される。このように取り出された反射光としての参照光Ｒは、例えば光記録媒体４８への記録持または再生時における位置決め制御用のサーボ信号に使用することができる。また、再生時には、回折光が合波手段３４の光透過部３５を通過した後、偏光ビームスプリッタ２２も通過し、偏光ビームスプリッタ２２に対して光記録媒体４８の反対側の位置に配置された光検出器６０により受光される。

図７には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例が示され、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図７において特徴的な点は、偏光ビームスプリッタ１４で反射された光を信号光Ｓ用の光としている点にある。すなわち、信号光Ｓは、偏光ビームスプリッタ１４で反射された光を、レンズ１８，２０によって口径の広い平行光にし、ランダム位相マスク２６により直流成分を抑制した後に、リレーレンズ２８，３０を介して空間光変調器２４に入射させて強度変調する。本例では、空間光変調器２４が透過型となっており、空間光変調器２４を透過した光が信号光Ｓとなる。なお、本実施形態の場合、空間光変調器２４では、通過する光（直線偏光）の偏光方向が９０度回転する。空間変調器２４で偏光方向が回転されない場合は、偏光ビームスプリッタ１４と合波手段３４の間にλ／２板を追加すればよい。上記信号光Ｓは、集光レンズ３２で合波手段３４の位置に集光される。

また、参照光Ｒは、偏光ビームスプリッタ１４を通過した光を適宜なミラー１６により必要に応じてその光路の方向が変更され、レンズ３６，３８によって平行光にされ、必要に応じてミラー６８によりさらに光路の方向が変更された後、変調板４０で空間周波数が変調される。その後、レンズ４２で合波手段３４の位置に集光される。

図７の例では、合波手段３４は、レンズ４２で集光（フーリエ変換）された参照光Ｒのうち、信号光Ｓの空間周波数と重なる低次成分（低空間周波数成分）を除去するために、レンズ４２の焦点及びその近傍の光の通過を遮断する構成となっている。すなわち、合波手段３４より下流側の参照光Ｒは、合波手段３４の周囲を通過する光のみとなる。このために、例えばレンズ４２の焦点及びその近傍に集光される光を光記録媒体４８に向かう方向とは異なる方向に反射するミラーとしてもよい。また、合波手段３４は、集光レンズ３２で集光された信号光Ｓを光記録媒体４８方向に反射するミラーも備えている。このような構成により、信号光Ｓと、参照光Ｒの高次成分とが合波される。合波された光は、図１の場合と同様にして光記録媒体４８に照射され、ホログラムが記録される。

また、図７において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図１の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体４８に照射する。

図８には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例が示され、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図８において特徴的な点は、合波手段３４として、中央部に孔が開いたミラー７０を備える偏光ビームスプリッタが用いられている点にある。図１に示された合波手段３４は、光透過部３５を有するミラーで構成されていたが、通常はこの光透過部３５はガラス等の光透過性材料で形成される。このため、斜めに配置されたガラス中を信号光Ｓまたは参照光Ｒが透過することになり、ホログラム形成に対して外乱要因になる可能性がある。これに対して、図８における合波手段３４は、ガラス等の光透過性材料で直方体形状に形成された偏光ビームスプリッタで構成されるので、斜めに配置されたガラス中を信号光Ｓまたは参照光Ｒが透過することを回避している。

図８の例では、偏光ビームスプリッタ２２から出射された信号光Ｓは、λ／２板７２により、合波手段３４を構成する偏光ビームスプリッタを通過する偏光方向の光とされる。また、参照光Ｒも、λ／２板７４により合波手段３４を構成する偏光ビームスプリッタを通過する偏光方向の光とされる。この参照光Ｒのうち、信号光Ｓの空間周波数と重なる低次成分（低空間周波数成分）はミラー７０の中央部の孔を通過し、除去される。一方、参照光Ｒの高次成分は、ミラー７０で反射され、信号光Ｓと合波される。合波された光は、図１の場合と同様にして光記録媒体４８に照射され、ホログラムが記録される。

また、図８において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図１の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体４８に照射する。

図９には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例が示され、図７と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図９において特徴的な点は、合波手段３４として、中央部にミラーを備える偏光ビームスプリッタが用いられている点にある。合波手段３４として偏光ビームスプリッタを用いる理由は図８の場合と同じである。

信号光Ｓは合波手段３４のミラーにより光記録媒体４８方向に反射される。また、参照光Ｒは、合波手段３４のミラーにより信号光Ｓの空間周波数と重なる低次成分が光記録媒体４８方向に進行することを遮断され、高次成分のみが信号光Ｓと合波されて光記録媒体４８に照射される。

また、図９において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図１の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体４８に照射する。

以上、本発明の実施形態をいくつか紹介したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例を示す図である。 空間光変調器に表示される２値画像の一部分の例を示す図である。 変調板の構成例を示す図である。 変調板の他の構成例を示す図である。 合波された信号光と参照光との挙動の説明図である。 本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例を示す図である。 本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例を示す図である。 本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例を示す図である。 本発明にかかるホログラム記録・再生装置のさらに他の実施形態の構成例を示す図である。

符号の説明

１０ 光源、１２，７２，７４ λ／２板、１４ 偏光ビームスプリッタ、１６，６８，７０ ミラー、１８，２０，３６，３８，４２，４４，５４，５８ レンズ、２２，６２ 偏光ビームスプリッタ、２４ 空間光変調器、２６ ランダム位相マスク、２８，３０ リレーレンズ、３２ 集光レンズ、３４ 合波手段、３５ 光透過部、４０ 変調板、４６ フーリエ変換レンズ、４８ 光記録媒体、４９ 反射面、５０ λ／４板、５２ 逆フーリエ変換レンズ、５６ ローパスフィルタ、６０ 光検出器。

Claims (9)

1. デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、
   所定の画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、
   前記変調された信号光を集光し、フーリエ変換する信号光集光レンズと、
   前記変調された参照光を、前記信号光集光レンズが信号光を集光する位置に集光し、フーリエ変換する参照光集光レンズと、
   前記信号光及び参照光が集光される位置に配置され、前記参照光をフーリエ変換して得られる低次成分を前記参照光から除去し、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分より高い空間周波数領域に相当する前記参照光の高次成分と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分とを、互いに光軸を一致させた状態で空間的に重ね合わせる合波手段と、
   前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
   を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
2. 請求項１記載のホログラム記録装置において、前記合波手段は、前記参照光をフーリエ変換した光から前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分より高い空間周波数領域に相当する前記参照光の高次成分を抽出する空間周波数フィルタを含むことを特徴とするホログラム記録装置。
3. 請求項１または請求項２記載のホログラム記録装置において、前記信号光の前記低次成分は、少なくともナイキスト領域を含むことを特徴とするホログラム記録装置。
4. 請求項１または請求項２記載のホログラム記録装置において、前記信号光の前記低次成分は、少なくともフーリエ変換レンズの焦点を中心としてλｆ／ｄ以内の領域を含むことを特徴とするホログラム記録装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記参照光は位相変調されていることを特徴とするホログラム記録装置。
6. 請求項５記載のホログラム記録装置において、前記参照光は、位相差がπである二値で周期的に位相変調されていることを特徴とするホログラム記録装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記光記録媒体には参照光をその入射方向に反射する反射型が使用され、前記光記録媒体により反射された参照光がサーボ制御信号として使用されることを特徴とするホログラム記録装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記合波手段は、直方体形状の光透過性材料中に形成されていることを特徴とするホログラム記録装置。
9. デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、
   所定の画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、
   前記変調された信号光を集光し、フーリエ変換する工程と、
   前記変調された参照光を、前記信号光が集光される位置に集光し、フーリエ変換する工程と、
   前記信号光及び参照光が集光される位置において、前記参照光をフーリエ変換して得られる低次成分を前記参照光から除去し、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分より高い空間周波数領域に相当する前記参照光の高次成分と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分とを、互いに光軸を一致させた状態で空間的に重ね合わせる工程と、
   前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、
   を備えることを特徴とするホログラム記録方法。

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