JP2004139023A - ホログラム記録装置、ホログラム記録方法、およびホログラム記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変調型の空間光変調器から生じるノイズ成分を低減し、データの信頼性を向上できるホログラム記録装置、ホログラム記録方法、およびホログラム記録媒体を提供する。
【解決手段】回折制御素子で回折状態が制御された光をホログラム記録媒体に集光させることで、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際に、回折制御素子から出射された回折光から所定の回折光成分を遮断する。この結果、情報の記録の際のノイズ成分を低減できる。
【選択図】　図１

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、ホログラム記録方法、およびホログラム記録媒体に関する。
【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。
ホログラム記録装置では空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）によって変調された信号光と、変調されていない参照光とをホログラム記録媒体上で重ね合わせ、その干渉パターンを記録する。
この空間光変調器での変調方式には明暗型と位相変調型の２つがある。明暗型の空間光変調器では、光の透過量、あるいは反射量を制御することで変調を行うものであり、例えば液晶表示素子を利用できる。
一方、位相変調型の空間光変調器では、光の位相を部分的に変化させ、干渉を起こすことにより光の強弱分布を生成するものであり、例えばＳｉｌｉｃｏｎ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅ社製のＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ）を利用できる。位相変調型では、例えば、空間光変調器から０次回折光のみが発生する状態と、０次回折光は発生せず、±１次の回折光のみが発生する状態とをそれぞれ”１”と”０”に対応させて、ホログラム記録媒体にディジタルデータを記録できる。
なお、ＧＬＶの技術は特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５３１１３６０公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、我々の研究の結果、位相変調型の空間光変調器から発生するのは０次回折光、±１次の回折光のみではなく、多様な回折光が含まれていることが判った。このような多様な回折光はホログラム記録媒体にデータを記録する際のノイズとなり、データをデコードする際の誤りの原因となる可能性がある。
上記に鑑み、本発明は位相変調型の空間光変調器から生じるノイズ成分を低減し、データの信頼性を向上できるホログラム記録装置、ホログラム記録方法、およびホログラム記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
Ａ．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回折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回折光から所定の回折光成分を遮断する回折光成分遮断素子と、前記回折光成分遮断素子で遮断されない回折光成分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。
回折制御素子で回折状態が制御された光をホログラム記録媒体に集光させることで、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、回折光成分遮断素子によって回折制御素子から出射された回折光から所定の回折光成分を遮断することで、情報の記録の際のノイズ成分を低減することができる。
回折光成分遮断素子の一例として、開口部を有する部材が挙げられる。所定の回折光成分を簡便に遮断できる。
なお、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。
【０００６】
（１）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、１次元（線状）あるいは２次元（平面状）の配列が考えられる。回折光成分遮断素子として開口部を有する部材を用いるときには、この配列に対応して開口部の形状をスリット、あるいはピンホールとすることが好ましい。
１）前記回折光成分遮断素子が、前記個別回折制御素子による絶対値で３次以上の回折光を遮断してもよい。
このようにすることで、情報の記録の際のノイズ成分を低減し、データの再現性を良好な状態に保つことができる。
【０００７】
２）前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相差を制御する第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同士の位相差を制御することで、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。例えば、第１、第２の位相制御要素同士の相対的な変位量を調節することで、光の回折状態を制御できる。但し、第１、第２の位相制御要素の一方を固定、他方を可動とし、可動側の変位量によって光の回折状態を制御してもよい。
なお、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。
【０００８】
ここで、前記第１、第２の位相制御要素はある程度小さい（光の波長程度かそれよりも小さい）場合が多いので、このそれぞれからの出射光は該第１、第２の位相制御要素によって回折された回折光であるのが通例となる。
このとき、回折光成分遮断素子が、第１、第２の位相制御要素それぞれによる絶対値で１次以上の回折光を遮断することが好ましい。
このようにすることで、情報の記録の際のノイズ成分を低減し、データの再現性を良好な状態に保つことができる。
【０００９】
前記第１、第２の位相制御要素それぞれは、種々の形状を採りうるが、一例として、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。このようにすることで、前記第１、第２の位相制御要素、ひいては個別回折制御素子を高速で（例えば、１μ秒程度）動作させることが可能となる。
【００１０】
（２）前記集光素子が、複数のレンズによって構成されていてもよい。
例えば、回折制御素子から出射された出射光を２つのレンズを通過させることで、フーリエ変換を２回行い、ホログラム記録媒体への記録に回折制御素子の回折スペクトルを用いることが可能となる。
【００１１】
（３）ホログラム記録装置が、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第１、第２の光に分割し、該第１の光を前記回折制御素子に入射させる光分割素子と、前記光分割素子から出射された第２の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光された箇所に集光する第２の集光素子と、をさらに具備してもよい。
レーザ光源から出射されたレーザ光を回折制御素子を通過させない参照光と回折制御素子を通過させる信号光に分割し、ホログラム記録媒体上でその双方を集光することで、ホログラム記録媒体上に参照光と信号光の干渉縞を記録することができる。
なお、光分割素子の一例として、ハーフミラーが挙げられる。
【００１２】
ここで、ホログラム記録装置が、前記光分割素子から出射された前記第１の光を遮蔽する光遮蔽素子と、前記第２の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に収束されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射した光を受光する受光素子と、をさらに具備してもよい。
光分割素子から出射された信号光がホログラム記録媒体に到達しないように遮断して、ホログラム記録媒体に参照光のみが到達するようにすることで、ホログラム記録媒体から記録されたデータに対応する信号光を発生させる。発生した信号光を受光素子で読み取ることで、記録されたデータを再生することができる。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１次元または２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。
【００１３】
Ｂ．本発明に係るホログラム記録方法は、回折制御素子によって、レーザ光の回折を制御して出射させる回折制御ステップと、前記回折制御ステップで出射された回折光から所定の回折光成分を遮断する回折光成分遮断ステップと、前記回折光成分遮断ステップで遮断されない回折光成分をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、を具備することを特徴とする。
回折制御素子で回折状態が制御された光をホログラム記録媒体に集光させることで、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、回折光成分遮断素子によって回折制御素子から出射された回折光から所定の回折光成分を遮断することで、情報の記録の際のノイズ成分を低減することができる。
【００１４】
ここで、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、１次元（線状）あるいは２次元（平面状）の配列が考えられる。
【００１５】
１）前記回折光成分遮断素子が、前記個別回折制御素子による絶対値で３次以上の回折光を遮断してもよい。
このようにすることで、情報の記録の際のノイズ成分を低減し、データの再現性を良好な状態に保つことができる。なお、遮断する回折光の例として、個別回折制御素子が順に０１０１…と最短周期の繰り返しを表す場合における３次の回折光が挙げられる。
【００１６】
２）前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相差を制御する第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同士の位相差を制御することで、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。
【００１７】
ここで、前記第１、第２の位相制御要素はある程度小さい（光の波長程度かそれよりも小さい）場合が多いので、このそれぞれからの出射光は該第１、第２の位相制御要素によって回折された回折光であるのが通例となる。
このとき、回折光成分遮断素子が、第１、第２の位相制御要素それぞれによる絶対値で１次以上の回折光を遮断することが好ましい。
このようにすることで、情報の記録の際のノイズ成分を低減し、データの再現性を良好な状態に保つことができる。
【００１８】
Ｃ．本発明に係るホログラム記録媒体は、レーザ光の回折を制御して出射させる回折制御素子より出射された回折光中の所定の回折光成分を遮断した回折光を用いてデータが記録されることを特徴とする。
回折制御素子から出射された回折光から所定の回折光成分を遮断することで、ホログラム記録媒体への情報の記録の際のノイズ成分を低減することができる。
【００１９】
【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、１次元型ビームエキスパンダ２０，ハーフミラー３０，１次元型回折制御素子４０，スリット素子５０，１次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８５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。
【００２０】
（１次元型回折制御素子４０の内部構成）
まず、１次元型回折制御素子４０について説明する。
図３は、１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、１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。
１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。
【００２１】
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、距離ｄが数百ｎｍとすることができる。このとき、リボン４２の動作時間は１μｓ程度とすることができる。
【００２２】
以下に、１次元型回折制御素子４０の個別回折制御素子４１から発生する回折光についての基本的な考え方を説明する。この考え方は回折光のうちリボン４２からの０次、１次の回折光以外は強度が弱く無視できるとの考え方を基本としている。
後述のように、１次元型回折制御素子４０からは多様な回折光が生じ、これらの存在を必ずしも無視できないが、以下が１次元型回折制御素子４０によるホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録の基本であることには変わりがない。１次元型回折制御素子４０から生じる回折光の詳細は後に説明する。
【００２３】
１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。
このとき、１次元型回折制御素子４０からの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。
【００２４】
個別回折制御素子４１のＯＮ状態での回折光は、降下したリボン４２および降下していないリボン４２それぞれからの互いに半波長位相がずれた回折光が混合した光である。即ち、リボン４２それぞれは、その変位によってそれぞれから回折される回折光の位相を可変できる、位相可変素子と考えることができる。
【００２５】
以上のように、１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：１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、１０８８個の個別回折制御素子４１を配列することで、１０８８ビットのデータを表現できる。
【００２６】
レーザ光が直入射した場合における１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１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差が短くなるため、間隔ｄがほぼ（λ／４）／ｃｏｓθのときに１次回折光のみを出射することになる（θは１次元型回折制御素子４０に対するレーザ光の入射角）。
【００２７】
（他の構成要素）
以下、１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。
１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１次元方向（Ｙ方向）に拡大する光学素子である。１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、１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。
ハーフミラー３０は、入射した光を２つの光に分岐する光学素子である。
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、１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。
凸レンズ８１は、１次元型回折制御素子４０から出射した回折光の回折スペクトルを形成するための光学素子である。
【００２８】
スリット素子５０は、凸レンズ８１の焦点付近に配置され、１次元型回折制御素子４０から出射した回折光から所定の回折光成分を除去するための光学素子であり、回折光成分遮断素子として機能する。スリット素子５０には、スリット５１（開口）が形成され、所定の回折光成分がこのスリット５１を通過しないようにしている。
例えば、図６に示すように、０次回折光Ｌ０はスリット５１を通過するが、１次回折光Ｌ１（正負の１次回折光Ｌ＋１、Ｌ−１の双方を含む）はスリット５１を通過できずスリット素子５０によって遮蔽される。これは、１次回折光Ｌ１は０次回折光Ｌ１に対して角度±α傾いて出射するからである（角度αの正負は１次回折光の正負（＋１次か−１次か）に対応する）。
【００２９】
以上では、１次元型回折制御素子４０からの出射光をリボン４２からの０次、１次の回折光に限られるとして説明している。
しかし、前述のように、１次元型回折制御素子４０からは０次、１次の回折光に限らず、多様な回折光が出射される。このため、スリット素子５０によって遮断されるのは、リボン４２からの１次の回折光のみではなく、ホログラム記録媒体Ｍへの記録時にノイズの原因となる回折光全般である。なお、この詳細は後述する。
【００３０】
凸レンズ８２は、スリット素子５０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８３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。
ここで、凸レンズ８２、８３とレンズを２つ用いているのは、スリット５１で１次回折光を除去した回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Ｍに記録するためである。
もしも凸レンズ８２、８３の１つのみを用いた場合には、回折光が一度のみフーリエ変換されることになり、ホログラム記録媒体Ｍに記録されるのは１次元型回折制御素子４０の実像になる。この実像は、スリット素子５０により回折光から１次回折成分が除去されているので、リボン４２の位置がそろっている画素（図５（Ａ））は明、リボン４２が１本おきに上下している画素（図５（Ｂ））は暗となったものである。本実施形態では、凸レンズ８２、８３を用いることで、回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Ｍに記録している。
なお、ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録は、１次元型回折制御素子４０からの回折スペクトル自体またはその実像のいずれによっても行うことが可能である。
【００３１】
凸レンズ８４は、ハーフミラー３０からＸ負方向に出射した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８４から出射した光は凸レンズ８３から出射した光とホログラム記録媒体Ｍの同一箇所に照射され干渉縞（光の明暗）を形成する。
【００３２】
ホログラム記録媒体Ｍは、凸レンズ８３，８４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の屈折率が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率の変化としてホログラム記録媒体Ｍに記録できる。
ホログラム記録媒体Ｍの構成材料として、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。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。
有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれ、その場所の屈折率が変化する。
【００３３】
凸レンズ８５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１次元型受光素子６０に集光させるための光学素子である。
１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８５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。１次元型受光素子６０は、１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１次元的に配列されている。
ここで、１次元型回折制御素子４０の受光素子の個数は、１次元型回折制御素子４０の回折制御素子４１の個数より多くし、１つの個別回折制御素子４１に複数の受光素子を対応させるのが好ましい。
なお、１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。
【００３４】
（１次元型回折制御素子４０から出射する回折光の詳細）
ここで、１次元型回折制御装置４０から出射される回折光の詳細を考える。
今までは１次元型回折制御素子４０から出射されるのはリボン４２からの０次、１次の回折光のみで、他の成分の回折光は無視できるとして説明していた。
しかし、我々の研究の結果、１次元型回折制御素子４０からは多様な回折光が生じ、これらの存在を必ずしも無視できないことが判った。即ち、１次元型回折制御素子４０から発生する多様な回折光がホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録の際のノイズ要因となる可能性がある。
【００３５】
図７，図８は、個別回折制御素子４１を一つ置きにＯＮ状態（ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しパターン）とした１次元型回折制御素子４０から発生する回折光を模式的に表した模式図である。図７は、１次元型回折制御素子４０から発生する回折光を１次元型回折制御素子４０の側面から見た状態を表す。また、図８は、１次元型回折制御素子４０から発生する回折光を凸レンズを通してスクリーンに投影した状態（回折パターンのＦｏｕｒｉｅｒ像）を表し、いわば回折光を１次元型回折制御素子４０の正面から見た状態に対応する。
【００３６】
図７，図８に示されるように、ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しパターンの１次元型回折制御素子４０からの回折光には、リボン４２からの回折光（Ｌ００、Ｌ±０１、Ｌ±０２、Ｌ±０３、…）に加えて、個別回折制御素子４１からの回折光（Ｌ±１１、Ｌ±１２、…、Ｌ±１５、Ｌ±２１、…、Ｌ±２５、Ｌ±３１、…）が含まれる。
リボン４２からの回折光は、０次回折光Ｌ００、１次回折光Ｌ±０１、２次回折光Ｌ±０２、３次回折光Ｌ±０３、…に区分される。このリボン４２からの回折光（Ｌ００、Ｌ±０１、Ｌ±０２、Ｌ±０３、…）には、リボン４２からの回折光以外に、個別回折制御素子４１からの回折光が加わっている。
また、個別回折制御素子４１からの回折光は、第１の１次回折光Ｌ±１１、第１の２次回折光Ｌ±１２、第１の３次回折光Ｌ±１３、…、第２の１次回折光Ｌ±２１、第２の２次回折光Ｌ±２２、第２の３次回折光Ｌ±２３、に区分される。なお、リボン４２からの回折光（Ｌ±０１、Ｌ±０２、Ｌ±０３、…）と一致する個別回折制御素子４１からの回折光は、第１、第２、第３の６次回折光Ｌ±１６、Ｌ±２６、Ｌ±３６と称してもよい。
これらの回折光のうち、既述の０次回折光Ｌ０、１次回折光Ｌ±１に対応するのはそれぞれ、リボン４２による０次回折光Ｌ００、１次回折光Ｌ±０１である。
【００３７】
以上から判るように、個別回折制御素子４１からの回折光の間隔は、リボン４２からの回折光の間隔より小さい。また、個別回折制御素子４１からの回折光は６つ目毎にリボン４２からの回折光と一致している。
これは、回折光の間隔（出射角度の間隔）が回折格子の格子間隔と対応していることから生じている。即ち、回折格子の格子間隔が大きくなるほど、回折光の間隔が小さくなる。リボン４２の幅は個別回折制御素子４１の幅より小さいことから、リボン４２による回折光の間隔は個別回折制御素子４１による回折光の間隔より大きい。さらに、６つのリボン４２が１つの個別回折制御素子４１に対応することから、個別回折制御素子４１からの回折光の６番目がリボン４２からの回折光と重なっている。
【００３８】
上述のように、個別回折制御素子４１を交互にＯＮ、ＯＦＦとする繰り返しパターンを１次元型回折制御素子４０が表示することによって、個別回折制御素子４１を回折格子とする回折光（個別回折制御素子４１からの回折光）が生じている。これに対して、個別回折制御素子４１を全てＯＮにした場合に観測される回折光はリボン４２からの回折光のみ（Ｌ００、Ｌ±０１、Ｌ±０２、Ｌ±０３、…）であり、個別回折制御素子４１からの回折光は事実上無視できる。
【００３９】
個別回折制御素子４１を２個おきにＯＮ／ＯＦＦとした場合（（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）を繰り返すパターンを表示する場合）には、（ＯＮ、ＯＦＦ）の繰り返しを表示した場合に比べて格子間隔が２倍になる。このため、回折光の間隔は半分になり、個別回折制御素子４１からの回折光の１２番目（１２次の回折光）がリボン４２からの回折光と重なる。
以上は、個別回折制御素子４１を３個おき、４個おきにＯＮ／ＯＦＦとした場合（それぞれ（ＯＮ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）、（ＯＮ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）を繰り返すパターンを表示する場合）も同様であり、パターンの繰り返し周期に応じて個別回折制御素子４１からの回折光が出現する。
【００４０】
図９は、スリット素子５０を通過させない場合における１次元型回折制御素子４０からの回折光の光強度分布を表すグラフである。横軸が相対的な距離（位置）を表し、縦軸が各位置での光強度（Ｗｈｉｔｅ　Ｌｅｖｅｌ）を表す。１次元型受光素子６０と同様の１次元型受光素子によって信号光のみを受光することで光強度の分布を測定している。図９のグラフは、図８に示したＦｏｕｒｉｅｒ像を実像に変換したものに対応する。なお、図９の１次元型回折制御素子４０では、個別回折制御素子４１が”１、０”を繰り返す（”ＯＮ、ＯＦＦ”を繰り返す）パターンを表している。
図９に示すように、スリット素子５０が無い場合には１次元型回折制御素子４０から発生する回折光には、ノイズ（特に高周波ノイズ）が多く含まれることが判る。
【００４１】
スリット素子５０は、１次元型受光素子６０から発生する回折光のうちノイズとなる回折光を遮蔽する。即ち、このスリット素子５０のスリット５１には、ノイズとなる回折光を遮蔽するように、０次回折光Ｌ００を中心にＹ方向に適当な幅を持たせている。
【００４２】
図１０は、絶対値で１次以上のリボン４２からの回折光（Ｌ±０１，Ｌ±０２、…）を遮蔽する場合のスリット素子５０と回折光との対応関係を表す模式図である。ここでは、スリット５１が回折光Ｌ００、Ｌ±１１〜Ｌ±１５を通過させ、他の回折光Ｌ±０１、Ｌ±２１〜Ｌ±２５，Ｌ±０３等を遮蔽している。
また、図１１は、絶対値で３次以上の個別回折制御素子４１からの回折光（Ｌ±１３，Ｌ±１４、…）を遮蔽する場合のスリット素子５０と回折光との対応関係を表す模式図である。ここでは、スリット５１が回折光Ｌ００、Ｌ±１１〜Ｌ±１２を通過させ、他の回折光Ｌ±１３〜Ｌ±１５、Ｌ±０１、Ｌ±２１〜Ｌ±２５，Ｌ±０３等を遮蔽している。
【００４３】
図１２は、図１１に示したスリット素子５０を通過させた場合における１次元型回折制御素子４０からの回折光の光強度分布を表すグラフである。１次元型受光素子６０と同様の１次元型受光素子によって信号光のみを受光することで光強度の分布を測定している。なお、図１１の１次元型個別回折制御素子４０では、図９と同様に、個別回折制御素子４１が”１、０”を繰り返す（”ＯＮ、ＯＦＦ”を繰り返す）パターンを表している。
図１１に示した波形は、図９と比較して、再生すべき所望の信号に近いことが判る。
【００４４】
スリット５１の幅を狭くすればするほどスリット５１を通過する回折光が限られ、回折光Ｌ００のみを通過するようになる。一見すると、このようにスリット５１の幅を狭くすればするほどノイズとなる回折光が低減して、ホログラム記録媒体Ｍへの記録の信号雑音比が向上するようにも思える。
しかしながら、我々の実験の結果、スリット５１の幅を狭くし過ぎると信号の再現性が却って低下する場合もあることが判った。
【００４５】
我々は、１次元型個別回折制御素子４０の個別回折制御素子４１が”１１０”、”００１”のいずれかを繰り返す（”ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ”、”ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ”のいずれかを繰り返す）パターンを表す場合に、スリット５１の幅が信号の再現性に与える影響を検証した。これは”１”と”０”の出現比率が１対１ではない繰り返しパターンの中では最短のものであり、回折光Ｌ±１９が回折光Ｌ０±１と重なる。
このときのスリット５１の幅として、（１）全ての回折光を通過する（幅が無限大：スリット素子５０がない）場合、（２）回折光Ｌ００、Ｌ±１１，Ｌ±１２のみを通過する場合、（３）回折光Ｌ００、Ｌ±１１のみを通過する場合の３通りを設定し、信号の再現性を比較した。
【００４６】
図１３〜図１５はそれぞれ、設定（１）〜（３）の場合における１次元型回折制御素子４０からの回折光の光強度分布を表すグラフである。図９，図１２と同様に、１次元型受光素子６０と同様の１次元型受光素子によって信号光のみを受光することで光強度の分布を測定している。
図１３から、図９と同様に、スリット素子５０を通さない場合（設定（１））には１次元型回折制御素子４０から発生する回折光に、ノイズが多く含まれることが判る。
これに対して、図１４に示した波形は、図１３と比較して、再生すべき所望の信号に近いことが判る（１と０の比率が２対１であり、原信号が保存されている）。
ところが、図１５に示した波形では、図１４と比較して、１と０の比率が１対１となり、原信号が失われていることが判る。
【００４７】
上述のように、スリット５１の幅を狭くし過ぎると信号の再現性が却って低下する場合がある。
連続する３つの個別回折素子４１（画素）が”１１０”、または”００１”の繰り返しのときには、１次元型回折素子４０から出射される回折光のパターンにもこの繰り返しが反映される。これは、この繰り返しが行われる間隔（周期）が、回折格子の間隔に対応するためである。この結果、信号としての回折光が個別回折素子４１からの２次の回折光Ｌ±１２を成分として含むこととなる。このパターンは記録、再生のためのデータに出現しうるから、スリット５１がこの２次の回折光Ｌ±１２を通過させることが好ましい。
【００４８】
なお、このパターン（”１１０”、”００１”のいずれかを繰り返すパターン）における２次回折光Ｌ±１２は、図１０で示した回折光Ｌ±１２と同一ではない。パターンの繰り返し周期（回折格子の格子間隔）によって回折光の間隔が変化するためである。このパターンでの回折光Ｌ±１２の位置は、図１０に示した”１０”の繰り返しパターンでの回折光Ｌ±１１とＬ±１２の間に位置する。この位置を形式的に小数点で表せばＬ±１、１．３３（第１の１．３３次の回折光）となる。
【００４９】
（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１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、ハーフミラー３０によって２つの光（参照光、信号光）に区分される。
参照光は、凸レンズ８４を通過してホログラム記録媒体Ｍに集光される。
【００５０】
信号光は、シリンドリカルレンズ７１によってＸ方向に収束され、１次元型回折制御素子４０に入射する。既述のように、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：”１”、ＯＮ：”０”）をとることで、１次元型回折制御素子４０全体で個別回折制御素子４１の個数分のビット数（例えば、個別回折制御素子４１が１０８８個の場合には、１０８８ビット）のデータを表現できる。
【００５１】
１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で収束されてスリット素子５０を通過することで、余分な回折光が遮蔽されてノイズが低減される。その結果、個別回折制御素子４１の２つの回折状態（ＯＦＦ，ＯＮ）が互いに分離され、１次元型回折制御素子４０の表示パターンが信号光に正確に反映されることとなる（信号雑音比の向上）。
回折状態が強度に変換された回折光は、凸レンズ８２，８３を経由してホログラム記録媒体Ｍに集光される。このときに参照光と信号光がホログラム記録媒体Ｍの略同一箇所に集光されることから、ホログラム記録媒体Ｍに干渉縞が形成され、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。このとき、信号光の信号雑音比が向上されていることから、ホログラム記録媒体Ｍに記録された信号も信号雑音比が向上する。
【００５２】
以上のように、１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値状態に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率分布が形成され、ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録が可能となる。例えば、個別回折制御素子４１が１０８８個の場合には、１次元型回折制御素子４０を用いてホログラム記録媒体Ｍを一回露光することで、１０８８ビットのデータが記録される。
参照光と信号光の集光箇所をずらしてホログラム記録媒体Ｍ上への露光を複数回行うことで、個別回折制御素子４１の個数の複数倍のビット数のデータをホログラム記録媒体Ｍに記録できる。
【００５３】
Ｂ．ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生
図１６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、レーザ光源１０から出射され、ハーフミラー３０によって区分された２つの光（参照光、信号光）の内、遮蔽板９０によって信号光を遮断し、参照光のみを凸レンズ８４を通過してホログラム記録媒体Ｍに集光している。なお、遮蔽板９０から反射された光が参照光に混入してノイズの原因になるのを防止するため、例えば、遮蔽板９０を入射光に対して少し傾けるのが好ましい。また、ハーフミラー３０に換えて、通常のミラーを用いれば遮蔽板９０は不要となる。
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内の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への記録の際に信号光が入射してきた記録用の信号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８５で収束して１次元型受光素子６０に入射させる。１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。このとき、ホログラム記録媒体Ｍ内への記録が良好な信号雑音比で行われていることから、生成された信号の信号雑音比も良好となり、データの再現性が向上する。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１７は本発明の第二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１７に示すように、ホログラム記録装置２００は、レーザ光源１０、２次元型ビームエキスパンダ２０Ａ，ハーフミラー３０，２次元型回折制御素子４０Ａ，ピンホール素子５０Ａ，２次元型受光素子６０Ａ、凸レンズ７１Ａ、凸レンズ８１〜８５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１次元型回折制御素子４０に換えて、２次元型回折制御素子４０Ａを用いている。この２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が増大し、また前述のようにホログラム記録媒体Ｍへのビット当たりの記録速度をより向上させることができる。
【００５５】
２次元型回折制御素子４０Ａを用いたことに伴って、１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２次元型ビームエキスパンダ２０Ａが、スリット素子５０に換えてピンホール素子５０Ａ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。ピンホール素子５０Ａには略円形のスリット５１Ａ（微少な開口）が形成されている。また、１次元型受光素子６０に換えて、２次元型受光素子６０Ａが配置されている。
【００５６】
２次元型ビームエキスパンダ２０Ａ、および凸レンズ７１Ａへの変更は、２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である。ピンホール素子５０Ａへの変更は、２次元型回折制御素子４０Ａからの回折光の回折方向が２次元的となることに対応している。また、２次元型受光素子６０Ａは２次元型回折制御素子４０Ａに対応させたものである。
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。
【００５７】
（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、１次元型回折制御素子あるいは２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。このとき、個別回折制御素子４１による回折光がリボン４２による回折光と一致するのは、個別回折制御素子４１をひとつおきにＯＮとする場合であっても６番目毎ではなくなる。
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、既述のように、回折制御素子を構成するリボンそれぞれを位相可変素子（位相変調素子）と考えられることから、位相可変素子を組み合わせて回折格子を構成することができる。即ち、１次元型回折制御素子あるいは２次元型回折制御素子に換えて、１次元あるいは２次元の位相変調素子一般を用いてホログラム記録装置を構成できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば位相変調型の空間光変調器から生じるノイズ成分を低減し、データの信頼性を向上できるホログラム記録装置、ホログラム記録方法、およびホログラム記録媒体を提供できる。
【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１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１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１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】１次元型回折制御素子からの１次回折光がスリット素子により遮断されている状態を表した模式図である。
【図７】１次元型回折制御素子からの回折光を１次元型回折制御素子の側面から見た状態を表す模式図である。
【図８】１次元型回折制御素子からの回折光を１次元型回折制御素子の正面から見た状態を表す模式図である。
【図９】スリット素子を通過させない場合における１次元型回折制御素子からの回折光の光強度分布の一例を表すグラフである。
【図１０】絶対値で１次以上のリボンからの回折光を遮蔽する場合のスリット素子と回折光との対応関係を表す模式図である。
【図１１】絶対値で３次以上の個別回折制御素子からの回折光を遮蔽する場合のスリット素子と回折光との対応関係を表す模式図である。
【図１２】図１１に示したスリット素子を通過させた場合における１次元型回折制御素子からの回折光の光強度分布の一例を表すグラフである。
【図１３】スリット素子を通過させない場合における１次元型回折制御素子からの回折光の光強度分布の一例を表すグラフである。
【図１４】図１２に示したスリット素子を通過させた場合における１次元型回折制御素子からの回折光の光強度分布の一例を表すグラフである。
【図１５】図１２に示したスリット素子よりスリット幅の狭いスリット素子を通過させた場合における１次元型回折制御素子からの回折光の光強度分布の一例を表すグラフである。
【図１６】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１７】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。
【符号の説明】
１００　ホログラム記録装置
１０　レーザ光源
２０　１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
３０　ハーフミラー
４０　１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　スリット素子
５１　スリット
６０　１次元型受光素子
７１　シリンドリカルレンズ
８１〜８５　凸レンズ
Ｍ　ホログラム記録媒体

Claims (18)

1. 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回折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回折光から所定の回折光成分を遮断する回折光成分遮断素子と、
   前記回折光成分遮断素子で遮断されない回折光成分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。
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。
3. 前記回折光成分遮断素子が、前記個別回折制御素子による絶対値で３次以上の回折光を遮断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。
4. 前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相差を制御する第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。
5. 前記第１、第２の位相制御要素それぞれからの出射光が該第１、第２の位相制御要素によって回折された回折光である
   ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
6. 前記回折光成分遮断素子が、第１、第２の位相制御要素それぞれによる絶対値で１次以上の回折光を遮断する
   ことを特徴とする請求項５記載のホログラム記録装置。
7. 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５記載のホログラム記録装置。
8. 前記第１、第２の位相制御要素の少なくともいずれかが、静電力によって変位する
   ことを特徴とする請求項７記載のホログラム記録装置。
9. 前記集光素子が、複数のレンズによって構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
10. 前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第１、第２の光に分割し、該第１の光を前記回折制御素子に入射させる光分割素子と、
    前記光分割素子から出射された第２の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光された箇所に集光する第２の集光素子と、
    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。
11. 前記光分割素子から出射された前記第１の光を遮蔽する光遮蔽素子と、
    前記第２の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に収束されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射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１０記載のホログラム記録装置。
12. 回折制御素子によって、レーザ光の回折を制御して出射させる回折制御ステップと、
    前記回折制御ステップで出射された回折光から所定の回折光成分を遮断する回折光成分遮断ステップと、
    前記回折光成分遮断ステップで遮断されない回折光成分をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
13. 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１２記載のホログラム記録方法。
14. 前記回折光成分遮断素子が、前記個別回折制御素子による絶対値で３次以上の回折光を遮断する
    ことを特徴とする請求項１３記載のホログラム記録方法。
15. 前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相差を制御する第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１３記載のホログラム記録方法。
16. 前記第１、第２の位相制御要素それぞれからの出射光が該第１、第２の位相制御要素によって回折された回折光である
    ことを特徴とする請求項１５記載のホログラム記録方法。
17. 前記回折光成分遮断素子が、第１、第２の位相制御要素それぞれによる絶対値で１次以上の回折光を遮断する
    ことを特徴とする請求項１６記載のホログラム記録装置。
18. レーザ光の回折を制御して出射させる回折制御素子より出射された回折光中の所定の回折光成分を遮断した回折光を用いてデータが記録される
    ことを特徴とするホログラム記録媒体。

Images