(57)【要約】  光偏向装置は、入力された光束を偏向する光偏向装置であって、光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有し、一方の共役点を通過して光学系へ入力された光束を、その進行方向を変化させつつ他方の共役点を通過しかつ光軸から偏向角度を有する出力光束として偏向する粗動光偏向装置と、光学系中に配置されかつ入力された光束へ偏向を与え、出力光束の偏向角度を、所定時間において偏向角度と異なる第２偏向角度へ変化させる微動光偏向装置と、からなる。
2008053546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光束を偏向する光偏向装置であって、
光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有し、一方の前記共役点を通過して前記光学系へ入力された光束を、その進行方向を変化させつつ他方の前記共役点を通過しかつ前記光軸からの偏向角度を有する出力光束として偏向する粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記入力された光束へ偏向を与え、前記出力光束の偏向角度を、所定時間において前記偏向角度と異なる第２偏向角度へ変化させる微動光偏向装置と、からなることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記微動光偏向装置は、前記出力光束の偏向角度の経時変化を相殺する偏向を与え所定時間において前記出力光束を静止させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記一方の前記共役点にはガルバノミラーが配置され、前記ガルバノミラーの回転軸上に前記共役点が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記微動光偏向装置が液晶偏向素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記液晶偏向素子が前記粗動光偏向装置の前記光学系の前記共役点に配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項６】
経時変化に対する前記偏向角度の変化が階段状の変化するように、前記粗動光偏向装置及び前記微動光偏向装置に対して制御をなす駆動回路を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項７】
前記粗動光偏向装置において前記微動光偏向装置を通過していない光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光入力側信号を算出する入力側光検出器と、
前記微動光偏向装置通過後の光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光出力側信号を算出する出力側光検出器と、を備え、
前記駆動回路は、前記入力側光検出器と前記出力側光検出器に接続された、前記入力側光検出器と前記出力側光検出器の光入力側信号及び光出力側信号を元に、前記微動光偏向装置に印加する電圧を制御し、経時変化に対する前記偏向角度を階段状に変化させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項８】
前記入力側光検出器は短冊状受光素子を有することを特徴とする請求項７に記載の光偏向装置。
【請求項９】
前記出力側光検出器は短冊状受光素子を有することを特徴とする請求項７〜８のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項１０】
前記微動光偏向装置への印加電圧は、前記光出力側信号が一定値となるように制御され、前記光入力側信号の符号の変化を検出した際には初期値にリセットされることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項１１】
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、
前記参照光の光束を偏向する光偏向装置と、を含み、
前記光偏向装置は、光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有し、入力側の前記共役点を通過して前記光学系へ入力された前記参照光の光束を、その進行方向を変化させつつ前記交差点に一致した出力側の前記共役点に向けて前記光軸からの互いに異なる偏向角度の角度方向から偏向せしめる粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記参照光の光束へ、その進行方向の変化を相殺する偏向を与え所定時間において前記参照光の光束を静止させる微動光偏向装置と、
前記粗動光偏向装置及び微動光偏向装置に対して情報の記録又は再生の際に前記参照光の光束の前記角度方向を選択する制御をなす駆動回路と、を含むことを特徴とするホログラム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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（交差角度ともいう）を僅かずつ変更して一定時間角度を維持することによって、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。【０００４】
図１に示すように、ホログラム記録担体２へ垂直入射する信号光ＳＢ１〜ＳＢｎに対して参照光ＲＢ１〜ＲＢｎの交差角度Ｑ１〜Ｑｎを変化させながら、ホログラム記録担体２の同じ箇所に複数のホログラムを記録する角度多重記録を行う時、参照光の入射角度は連続的に変化させるのではなく、交差角度Ｑ１で記録に要する時間だけ静止し、その後、交差角度Ｑ２まで変化させて静止し、交差角度Ｑ３まで移動して静止し、ホログラムＨＧ１〜ＨＧｎ（回折格子）を書き込むという動作を繰り返す必要がある。【０００５】
例えば、参照光用のミラーを回転並びに並進運動させることにより、ホログラムホログラム記録担体２に照射する参照光の角度を変化させる方法がある（特許文献１、参照）。【０００６】
また、ガルバノミラーとテレセントリック光学系を組み合わせて参照光の角度を変化させる方法がある（特許文献２、参照）。【０００７】
ホログラムの角度多重記録を行う際に、参照光の照射角度を、ホログラムの記録位置を中心として振るため、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ＧＭからなる光偏向装置が用いられる。例えば、図２に示すように、焦点距離の等しい（ｆ１＝ｆ２）第１レンズＬ１、第２レンズＬ２を一直線に光軸上に配置したテレセントリック光学系では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２の一端の焦点が一致するように並べられ、一方端のレンズ焦点（共役点）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（共役点）にホログラム記録担体２が配置されている。
【特許文献１】特開２００４−６９７２２
【特許文献２】特開２００５−３１０３０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２のようにミラーを動かして角度を変化させる場合、参照光の角度を一定に静止させるためには、静止状態にあるミラーを次の角度まで急激に（高速に）移動して静止、また移動して静止、という動作を延々と繰り返す必要があり、駆動機構に対しての負荷も大きく、高速な動作をさせるのも難しい。【０００９】
そこで、本発明の解決しようとする課題には、ミラー駆動機構の低負荷化を可能にする光偏向装置及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の光偏向装置は、入力された光束を偏向する光偏向装置であって、
光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有し、一方の前記共役点を通過して前記光学系へ入力された光束を、その進行方向を変化させつつ他方の前記共役点を通過しかつ前記光軸から偏向角度を有する出力光束として偏向する粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記入力された光束へ偏向を与え、前記出力光束の偏向角度を、所定時間において前記偏向角度と異なる第２偏向角度へ変化させる微動光偏向装置と、からなることを特徴とする。【００１１】
請求項１１記載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、前記参照光の光束を偏向する光偏向装置と、を含み、
前記光偏向装置は、光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有し、入力側の前記共役点を通過して前記光学系へ入力された前記参照光の光束を、その進行方向を変化させつつ前記交差点に一致した出力側の前記共役点に向けて前記光軸から互いに異なる偏向角度の角度方向から偏向せしめる粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記参照光の光束へ、その進行方向の変化を相殺する偏向を与え所定時間において前記参照光の光束を静止させる微動光偏向装置と、
前記粗動光偏向装置及び微動光偏向装置に対して情報の記録又は再生の際に前記参照光の光束の前記角度方向を選択する制御をなす駆動回路と、を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】角度多重記録を行う時の光の角度を変更する場合を説明する概略部分断面図である。
【図２】テレセントリック光学系を説明する概略斜視図である。
【図３】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。
【図４】本発明による実施形態の光偏向装置におけるホログラム記録担体に照射する参照光の時間に関する偏向角度の変化を示す特性のグラフである。
【図５】本発明による実施形態の光偏向装置を示す構成図である。
【図６】本発明による実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子を示す断面図である。
【図７】本発明による実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子における印加電圧に対する光束の偏向角度と関係を示すグラフである。
【図８】本発明による実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子における時間に対する印加電圧と関係を示すグラフである。
【図９】本発明による実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子における時間に対する光束の偏向角度のと関係を示すｃである。
【図１０】４ｆ光学系を示す概略構成図である。
【図１１】本発明による実施形態の光偏向装置のガルバノミラーからホログラム記録担体までの参照光の光路図を示す図である。
【図１２】本本発明による実施形態の光偏向装置のガルバノミラーによる偏向角度と経過した時間の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明による実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子による偏向角度と経過した時間の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明による実施形態の光偏向装置におけるホログラム記録担体に照射する参照光の時間に関する偏向角度の変化を示す特性のグラフである。
【図１５】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図１６】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図１７】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図１８】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図１９】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２０】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２１】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２２】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２３】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２４】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２５】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２６】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図２７】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の出力波形を示すグラフである。
【図２８】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の出力波形を示すグラフである。
【図２９】本発明による実施形態の光偏向装置におけるホログラム記録担体に照射する参照光の時間に関する偏向角度の変化を示す特性のグラフである。
【図３０】本発明による実施形態の光偏向装置における参照光ミラー駆動回路によるガルバノミラーと微動制御回路による液晶偏向素子とを組み合わせた参照光の動作処理を示すフローチャートである。
【図３１】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図３２】本発明による実施形態の光偏向装置における参照光ミラー駆動回路によるガルバノミラーと微動制御回路による液晶偏向素子とを組み合わせた参照光の動作処理を示すフローチャートである。
【図３３】本発明による他の実施形態の光偏向装置の参照光の光路図を示す図である。
【図３４】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図３５】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図３６】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図３７】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図３８】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図３９】本発明による他の実施形態の光偏向装置の光検出器の受光素子を示す正面図である。
【図４０】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子を示す断面図である。
【図４１】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子の電極における電圧印加側から接地側の電圧分布を示すグラフである。
【図４２】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子の電極における電圧印加側から接地側に対応する液晶層の屈折率分布を示すグラフである。
【図４３】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子を示す断面図である。
【図４４】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子の電極における電圧印加側から接地側の電圧分布を示すグラフである。
【図４５】本発明による他の実施形態の光偏向装置の液晶偏向素子の電極における電圧印加側から接地側に対応する液晶層の屈折率分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１３】
２…ホログラム記録担体
１０…光偏向装置
１００…ホログラム装置
ＣＬ…コリメータレンズ
ＦＡＤ…微動制御回路
ＧＭ…ガルバノミラー
ＨＰ…ハーフミラープリズム
ＩＳ…像センサ
ＬＣＤＥ…液晶偏向素子
ＬＤ…レーザ光源
ＭＤ…参照光ミラー駆動回路
ＯＢＡ…第１対物レンズ
ＯＢＢ…第２対物レンズ
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】
【００１４】
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。
【００１５】
＜ホログラム装置＞
図３は、ホログラム記録担体２の記録又は再生用の光偏向装置１０を用いたホログラム装置１００の概略構成を示す。
【００１６】
ホログラム記録担体２における記録媒体は、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。
【００１７】
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は平行光を直角方向に分離して、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）。
【００１８】
ホログラム装置は、参照光用光学系として、光偏向装置１０や、アパーチャーＡＰＰを有する（光生成手段、干渉手段）。光偏向装置１０はガルバノミラーＧＭ及び４ｆ光学系のレンズなどを含む粗動光偏向装置と、透過型の液晶偏向素子ＬＣＤＥなどの微動光偏向装置を含む。ガルバノミラーＧＭは、その回転軸を駆動するアクチュエータを制御する参照光ミラー駆動回路ＭＤによって、駆動される。液晶偏向素子ＬＣＤＥは、その透過する光束の進行方向を変化、すなわち偏向する作用を有し、微動制御回路ＦＡＤによって、駆動される。
【００１９】
図３に示すように、４ｆ光学系は、その光軸に第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４が一直線に配置され、隣り合うレンズの焦点が互いに一致（共焦点）するように並べられ、一方端のレンズ焦点（共役点）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（共役点）にホログラム記録担体２が配置されている。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の間の焦点（共役点）に液晶偏向素子ＬＣＤＥが配置されている。液晶偏向素子ＬＣＤＥについては後に詳述する。
【００２０】
ホログラム装置は、信号光用光学系として、空間光変調器ＳＬＭ、第１対物レンズＯＢＡ（フーリエ変換レンズ）を有する。空間光変調器はマトリクス状に分割された複数画素各々に入射光の透過又は遮光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して、信号光を生成する。
【００２１】
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（フーリエ変換レンズ）及び像センサＩＳを有する（像検出手段）。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。ここで、空間光変調器ＳＬＭ、第１対物レンズＯＢＡ、第２対物レンズＯＢＢ及び像センサＩＳ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。
【００２２】
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を備えている。
【００２３】
ホログラム装置の動作は次のとおりである。
【００２４】
レーザ光源ＬＤから出射された発散光はコリメータレンズＣＬで平行光束に変換されハーフミラープリズムＨＰにて２つの光路に分離される。
【００２５】
ホログラムの記録時においては、ハーフミラープリズムＨＰで分岐した光は空間変調器ＳＬＭに入射し、ここでページデータに応じて空間的に変調され信号光ＳＢとなる。信号光ＳＢは対物レンズＯＢＡに入射しホログラム記録担体２に入射する。
【００２６】
ホログラムの記録時及び再生時においても、参照光ＲＢはアパーチャーＡＰＰにて開口制限され、適度な光束径に変換されて、光偏向装置１０のガルバノミラーＧＭによりホログラム記録担体２へ反射される。ホログラムの記録時では、反射された参照光ＲＢは４ｆ光学系を経てホログラム記録担体２中の信号光ＳＢと一点で交差する。角度多重記録では、参照光の４ｆ光学系光軸からの偏向角度を持って参照光を該交差点を中心として振る。偏向角度は偏向された光束と該光学系光軸となす角度である。
【００２７】
ガルバノミラーＧＭにより参照光ＲＢを、該交差点を中心に回転せしめると同時に、光偏向装置１０の液晶偏向素子ＬＣＤＥより、出力光束の偏向角度の経時変化を相殺する偏向を与え所定時間において参照光ＲＢを静止、停止することでホログラム記録担体２中にホログラムが角度多重され複数のホログラム（ブック）が記録される。液晶偏向素子ＬＣＤＥは、その透過する光束へ偏向を与え、ガルバノミラーＧＭによる出力光束の第１偏向角度を、所定時間において第１偏向角度と異なる第２偏向角度θ２へ変化させる。すなわち、回転するガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥの組み合わせにより、ホログラム記録担体２に照射する参照光の時間に関する偏向角度θ２を、図４のようにステップ状に変化させる。
【００２８】
所定のブックを記録し終わった後にホログラム記録担体２を移動させて、別の領域に再びブックを記録する。
【００２９】
ホログラムの再生時においては、空間光変調器ＳＬＭを遮光状態とすることによって信号光ＳＢの照射を止め、参照光ＲＢのみを記録時とほぼ同じ角度でホログラム記録担体２へ入射して、参照光ＲＢの入射角度に対応したホログラムのみから信号光が再構築され、第２対物レンズＯＢＢにより像センサＩＳ上に結像する。像センサＩＳにて再生像を読み取ることでページデータへ光電変換され記録した信号が再生される。
【００３０】
＜光偏向装置＞
図５は光偏向装置１０を示す。光偏向装置１０は４ｆ光学系及びガルバノミラーＧＭからなる粗動光偏向装置と液晶偏向素子ＬＣＤＥの微動光偏向装置とからなる。
【００３１】
粗動光偏向装置は、光軸上に少なくとも２つの共役点を有する上述したような共焦点の例えば４ｆ光学系を有し、入力側の共役点を通過して光学系へ入力された参照光の光束を、その進行方向を変化させつつ交差点に一致した出力側の共役点に向けて光軸から互いに異なる偏向角度の角度方向から偏向せしめる。図５の第１〜４レンズＬ１〜Ｌ４は一例として焦点距離の等しい（ｆ１＝ｆ２＝ｆ３＝ｆ４）場合の４ｆ光学系を示したが、これには限定されず、他の共焦点光学系も用い得る。
【００３２】
液晶偏向素子ＬＣＤＥなどの微動光偏向装置は、光学系中に配置されかつ参照光の光束へ、その進行方向の変化を相殺する偏向を与え所定時間において参照光の光束を静止させる。
【００３３】
光偏向装置１０は、さらに、粗動光偏向装置及び微動光偏向装置に対して情報の記録又は再生の際に参照光の光束の角度方向を選択する制御をなす駆動回路、すなわち、ガルバノミラーＧＭを駆動する参照光ミラー駆動回路ＭＤと、透過する光束の進行方向を変化、すなわち偏向するように駆動する微動制御回路ＦＡＤを含む。
【００３４】
＜微動光偏向装置＞
まず、微動光偏向装置の液晶偏向素子ＬＣＤＥの構造、動作について詳細に説明する。
【００３５】
液晶偏向素子ＬＣＤＥは、図６に示すように、光軸に沿って入射した光（参照光ＲＢ）を、該光軸からの偏向角度θＬだけ偏向して出力するものである。
【００３６】
例えば液晶偏向素子ＬＣＤＥは、断面がくさび状の液晶層を透明電極を介してガラス基板でサンドイッチすることで実現できる。図６に示すように、液晶偏向素子ＬＣＤＥは、一対のガラス基板１２の内面の対向するインジウムスズ酸化物などからなる透明電極１３に配向膜１４を介して挟まれた液晶１１からなり、該基板周りが封止された透過型の液晶素子である。なお、近接する液晶分子の軸の向き（配向）を規定する配向膜１４を省略することもできる。一対のガラス基板１２の外面は平行平面であるが、液晶１１の断面においてくさび状（その膜厚が光軸に垂直な平面から所定角度で傾斜するように）の界面となるように液晶層が形成されている。液晶層の膜厚は、光軸から偏向光束（偏向角度）が表れる側が厚く反対側には薄くなるように液晶層が形成されている。微動制御回路ＦＡＤにより透明電極１３へ電圧が印加される。印加電圧を変化させると、内部の液晶の屈折率が変化するため、光の屈折角度が変わり、結果として、印加電圧Ｖに比例して光を偏向させる、すなわち光束の偏向の程度（偏向角度θＬ）を変えることが可能となる（図７、参照）。
【００３７】
因みに、ガルバノミラーＧＭの代わりに液晶偏向素子ＬＣＤＥ単独を用いることで、素子を物理的に動かすことなく参照光の角度を振ることができるが（例えば、特開２００３−１９５２７４参照）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの特性上大きな角度で光束を偏向させるには限界がある。偏向角度を大きくしようとすれば、液晶層膜厚を厚くする必要があるが、厚くすることで応答速度が著しく損なわれてしまうため、この液晶偏向素子ＬＣＤＥだけで、十分な偏向角度を満たすことはできない。角度多重により多くの情報を多重するために、ガルバノミラーＧＭによる粗動光偏向装置に加え液晶偏向素子ＬＣＤＥなどの微動光偏向装置を組み合わせることにより、ガルバノミラーＧＭを連続動作させたままで、ステップ状の角度変化を与える偏向装置が実現できる。
【００３８】
液晶偏向素子ＬＣＤＥは液晶分子以外の要素に物理的な動きを伴わずに、電気的に偏向角度を変化させることができる。
【００３９】
また、図８に示すような鋸歯状の印加電圧Ｖを経時的に液晶偏向素子ＬＣＤＥへ入力すれば、図９に示すように参照光ＲＢの偏向角度θＬも時間的に鋸歯状に変化させることができる。
【００４０】
＜粗動光偏向装置＞
次に、粗動光偏向装置のガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥを組み合わせた場合の参照光の動作について詳細に説明する。
【００４１】
一般に図１０に示すような共焦点のレンズＬａ、Ｌｂのレンズ構成で焦点面１と焦点面２が互いに物体と像の結像関係にある時、これを４ｆ光学系または４ｆ系と呼ぶが、上述のとおりである。ここでｆａ、ｆｂはそれぞれのレンズＬａ、Ｌｂの焦点距離を表す。
【００４２】
図１１はガルバノミラーＧＭからホログラム記録担体２までの参照光ＲＢの光路図を示したものである。
【００４３】
ガルバノミラーＧＭで反射した参照光ＲＢは、偏向角度θ１で焦点距離ｆ１の第１レンズＬ１に入射して、焦点距離ｆ２の第２レンズＬ２を経て、偏向角度θ１'で液晶偏向素子ＬＣＤＥに入射する。ここでガルバノミラーＧＭの位置と液晶偏向素子ＬＣＤＥの位置は互いに４ｆ系の結像関係を満たすように配置されており、ガルバノミラーＧＭから、どの方向に反射した光も、液晶偏向素子ＬＣＤＥ上の特定の点（光軸上の共役点）へと導かれる。
【００４４】
次に液晶偏向素子ＬＣＤＥを透過した光は、液晶偏向素子ＬＣＤＥで偏向角度θ１'に所定の偏向角度θＬが加えられて偏向角度θ２（第２偏向角度）に偏向された後、焦点距離ｆ３の第３レンズＬ３と焦点距離ｆ４の第４レンズＬ４を経て、偏向角度θ２'でホログラム記録担体２へと導かれる。ここで、液晶偏向素子ＬＣＤＥとホログラム記録担体２が互いに４ｆ系の結像関係にあるように配置されており、液晶偏向素子ＬＣＤＥからどの方向に出射した光も、ホログラム記録担体２上の特定の点（信号光との交差点）へと導かれる。つまりガルバノミラーＧＭで光線の角度を振った場合でも、常にホログラム記録担体２上のある点へと参照光を導くことが可能となる。
【００４５】
ここで、ガルバノミラーＧＭの回転角をφとし、φ＝０の時に反射光が光軸上を進むものとする。ガルバノミラーＧＭによる反射光が光軸となす偏向角度θ１はφの２倍となる。近軸領域では液晶偏向素子ＬＣＤＥへの入射光束の偏向角度θ１'は偏向角度θ１と線形な関係にあり、参照光ミラー駆動回路ＭＤによりガルバノミラーＧＭを一定速度で回転させた時、液晶偏向素子ＬＣＤＥへの入射角（偏向角度θ１'）と時間ｔの関係は線形な比例関係となる。図１２にガルバノミラーによる偏向角度θ１'と経過した時間ｔの関係を示す。
【００４６】
液晶偏向素子ＬＣＤＥの偏向角度θＬは、図１３に示す鋸歯波の経時変化になるように、電圧が印加されている。この状態鋸歯波の斜面の傾きは図１２に示す偏向角度θ１'の経時変化の傾きと大きさが同じで逆符号となるようにする。そうすることにより液晶偏向素子ＬＣＤＥを通過した参照光の偏向角度θ２は、図１４に示すようなステップ状の経時変化をすることとなる。このように、微動光偏向装置の液晶偏向素子ＬＣＤＥは参照光ＲＢへ本来の出力光束の偏向角度の経時変化を相殺する偏向を与え、所定時間において参照光ＲＢの出力光束を静止させることができる。かかる鋸歯波の波長（所定静止時間）を微動制御回路ＦＡＤのメモリに参照テーブルとして記憶させておけば、粗動光偏向装置のガルバノミラーＧＭの回転と同期して、参照光のステップ状の駆動が可能となる。
【００４７】
要するに、液晶偏向素子ＬＣＤＥとホログラム記録担体２が結像位置にあることから、ホログラム記録担体２に入射する光束の偏向角度θ２'と偏向角度θ２は線形な関係であり、ホログラム記録担体２に入射する光の角度も図１４に示すようなステップ状の特性を得ることができる。
【００４８】
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所定時間維持せしめることでホログラムを安定して記録することができる。
【００４９】
このように、２つの偏向装置、粗動光偏向装置と微動光偏向装置を用いることにより、ある目標点（ホログラム記録担体２）に入射する参照光の角度をステップ状に、大きな角度範囲で振ることができる。粗動光偏向装置において、微動光偏向装置と目標点の間はそれぞれ結像関係（共役）で結ばれている。実施形態によれば、粗動偏向装置（４ｆ系及びガルバノミラーなど）は偏向角度を線形に変化させることができ、その角度範囲が大きいことに加え、微動偏向装置（液晶偏向素子ＬＣＤＥなど）が液晶以外の物理的な動作を伴わずに電気的に偏向角度を鋸歯波状に変化させることができる。
【００５０】
＜他の実施形態＞
第２の実施形態は、図１５に示すように、上記の透過型の液晶偏向素子ＬＣＤＥを反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２へ代え、液晶偏向素子ＬＣＤＥ２の裏面の反射面で液晶層（電圧印加で屈折率が変化する）を参照光が往復するように第３レンズＬ３を省略して第３レンズＬ３の機能を第２レンズＬ２に担わせるように構成し、さらに、上記の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２の間の共役点に偏光ビームスプリッタＰＢＳを置き、偏光ビームスプリッタＰＢＳと第２レンズＬ２の間に四分の一波長板λ／４を配置して偏光ビームスプリッタＰＢＳにより参照光ＲＢを分岐して液晶偏向素子ＬＣＤＥ２からの反射光を第４レンズＬ４を介してホログラム記録担体２へ導くようにした以外、上記の第１の実施形態と同一である。この実施形態では、反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２における液晶をくさび形状断面とする必要な無く、装置構造が簡素になる利点がある。
【００５１】
第３の実施形態は、図１６に示すように、上記の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間の偏光ビームスプリッタＰＢＳをガルバノミラーＧＭと第１レンズＬ１の間に移し、第４レンズＬ４を省略して、反射して第１及び２レンズＬ１、Ｌ２から戻る参照光ＲＢを偏光ビームスプリッタＰＢＳにより分岐して直接、ホログラム記録担体２へ導くようにした以外、上記の第２の実施形態と同一である。この実施形態では、反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２における液晶をくさび形状断面とする必要な無く、装置構造が簡素になる利点がある。
【００５２】
第４の実施形態は、図１７に示すように、上記の第１の実施形態のガルバノミラーＧＭと透過型の液晶偏向素子ＬＣＤＥの位置を置換して、液晶偏向素子ＬＣＤＥを通った後にガルバノミラーＧＭに入射する構成とした以外、上記の第１の実施形態と同一である。この実施形態では、ガルバノミラーＧＭの回転軸を第２及び３レンズＬ２、Ｌ３の間の焦点（共役点）に配置しているので、レンズ群の直線上の配置以外に配置の自由が広がる利点がある。
【００５３】
第５の実施形態は、図１８に示すように、上記の第４の実施形態の透過型の液晶偏向素子ＬＣＤＥを反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２へ代え、液晶偏向素子ＬＣＤＥ２の裏面の反射面で液晶層（電圧印加で屈折率が変化する）を参照光が通過するように第３レンズＬ３を省略して第３レンズＬ３の機能を第２レンズＬ２に担わせるように構成し、さらに、上記の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間の共役点に偏光ビームスプリッタＰＢＳを置き、偏光ビームスプリッタＰＢＳと第２レンズＬ２の間に四分の一波長板λ／４を配置して偏光ビームスプリッタＰＢＳにより参照光ＲＢを分岐してガルバノミラーＧＭからの反射光を第４レンズＬ４を介してホログラム記録担体２へ導くようにした以外、上記の第４の実施形態と同一である。この実施形態では、反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２における液晶をくさび形状断面とする必要な無く、装置構造が簡素になる利点がある。
【００５４】
第６の実施形態は、図１９に示すように、上記の第５の実施形態の反射型の液晶偏向素子ＬＣＤＥ２を透過型の液晶偏向素子ＬＣＤＥへ代え、第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間の偏光ビームスプリッタＰＢＳをガルバノミラーＧＭと第１レンズＬ１の間に移し、第４レンズＬ４を省略して、反射して第１及び２レンズＬ１、Ｌ２から戻る参照光ＲＢを偏光ビームスプリッタＰＢＳにより分岐して直接、ホログラム記録担体２へ導くようにした以外、上記の第５の実施形態と同一である。
【００５５】
第７の実施形態は、図２０に示すように、上記の第１の実施形態のガルバノミラーＧＭの位置に、追加の４ｆ系レンズ群４ｆ１’が結像関係を維持するように加えた以外、上記の第１の実施形態と同一である。この実施形態では第１及び第２の４ｆ系レンズ群４ｆ１、４ｆ２に加えて追加の４ｆ系レンズ群４ｆ１’がガルバノミラーＧＭの側にあるが、第８の実施形態では、図２１に示すように、第１及び第２の４ｆ系レンズ群４ｆ１、４ｆ２の間に追加の４ｆ系レンズ群４ｆ１’を加えてもよい。すなわち、ガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥの間や、液晶偏向素子ＬＣＤＥとホログラム記録担体２の間などの４ｆ系のところを、結像関係で結ばれていれば、４ｆ系を２つ以上つなげたレンズ系などで構成することができる。
【００５６】
第９の実施形態は、図２２に示すように、上記の第８の実施形態の第１の４ｆ系レンズ群４ｆ１に代えて、２つの焦点で足りるレンズ系、例えば、フーリエ変換レンズ系ｆＬとした以外、上記の第８の実施形態と同一である。すなわち、さらに結像関係で結ばれていればレンズ系はとわない。
【００５７】
第１０の実施形態は、図２３に示すように、上記の第１の実施形態の液晶偏向素子ＬＣＤＥの位置にこれに代えてホログラム記録担体２を配置して、さらにガルバノミラーＧＭの位置にこれに代えて液晶偏向素子とガルバノミラーを一体としたガルバノミラー液晶偏向素子ＧＭＬＣを配置して、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４を省略した以外、上記の第１の実施形態と同一である。この実施形態では、液晶偏向素子ＬＣＤＥ２の裏面の反射面がガルバノミラーＧＭの回転軸を含んでおり焦点（共役点）に配置しているので、１つの結像関係だけで構成でき、装置構造が簡素になる利点がある。
【００５８】
第１１の実施形態では、図２４に示すように、上記の第１０の実施形態のガルバノミラー液晶偏向素子ＧＭＬＣに代えてガルバノミラーＧＭを配置して、このガルバノミラーＧＭ近傍に液晶偏向素子ＬＣＤＥを配置した以外、上記の第１０の実施形態と同一である。この実施形態では、通常はガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥは互いに結像関係の位置にあるように配置されるが、液晶偏向素子ＬＣＤＥを結像位置の近傍に置いても、１つの結像関係だけで構成でき、ある程度の効果を得ることができる。
【００５９】
＜第１の変形例＞
上記実施形態では、ガルバノミラーＧＭの偏向角度と液晶偏向素子ＬＣＤＥによる偏向角度とを同期させるために微動制御回路ＦＡＤのメモリにあらかじめ記憶したテーブルを利用しているが、変形例においては、実際の光の挙動を検出することにより、サーボループを構成できる。
【００６０】
図２５（側面図）に第１の変形例を示すが、これは、上記の第１の実施形態（図１１）の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間に入力側光検出器ＰＤ１と協働するハーフミラープリズムＨＰ１を配置して入力側の光の一部を検出し、かつ第３及び４レンズＬ３、Ｌ４間に出力側光検出器ＰＤ２と協働するハーフミラープリズムＨＰ２を配置して出力側の光の一部を検出し、それぞれの光検出器からの出力を元に、微動制御回路ＦＡＤによって液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を制御するようにした以外、上記の第１の実施形態と同一である。
【００６１】
図２５及び図２６（上面図）に示すように、ハーフミラープリズムＨＰ１はガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥの間の光の一部を光軸から垂直に分岐させ、入力側光検出器ＰＤ１の受光素子Ｄｅｔ１に導く。受光素子Ｄｅｔ１は光軸の垂直方向に伸長して光軸方向に並設された複数の等幅の長方形受光部を有し、長方形受光部は交互に異なる極性のオペアンプＡＰ１の入力へ接続されている。
【００６２】
ハーフミラープリズムＨＰ２は液晶偏向素子ＬＣＤＥとホログラム記録担体２の間の光の一部を光軸から垂直に分岐させ、出力側光検出器ＰＤ２の受光素子Ｄｅｔ２に導く。受光素子Ｄｅｔ２は、光軸の垂直方向に伸長して光軸方向に並設された複数の等幅の長方形受光部を有し、長方形受光部は交互に異なる極性のオペアンプＡＰ２の入力へ接続されている。
【００６３】
入出力側の２つの受光素子Ｄｅｔ１、Ｄｅｔ２はいずれも、受光するビーム光スポットが移動（光軸方向）すると、図２７に示すように両光検出器のオペアンプＡＰ１、ＡＰ２の出力波形Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２は正弦波となる。すなわち、いずれの光検出器の受光素子は図のように短冊状に分割されており、所定演算を行い正弦波出力信号を得るようになっている。
【００６４】
第１の変形例の動作説明をする。
【００６５】
最初に液晶偏向素子ＬＣＤＥが動作していないとする。
【００６６】
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間におかれたハーフミラープリズムＨＰ１によって、光の一部が入力側受光素子Ｄｅｔ１へと導かれる。
【００６７】
図２６に示すように、入力側受光素子Ｄｅｔ１は第１レンズＬ１による光の集光点付近に配置され、ガルバノミラーＧＭが初期位置にある時、入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットはａの位置にあるものとする。
【００６８】
ガルバノミラーＧＭが一定の速度で角度を変える時、偏向角度θ１も線形に増加していき、入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットの位置もｂからｃ、ｄと移動していく。また、ｆ１＝ｆ２であるので、偏向角度θ１＝偏向角度θ１'である。
【００６９】
このとき入力側光検出器ＰＤ１の光入力側信号Ｓｉｇ１の波形は図２８のような正弦波となり、波形上の点ａ〜ｄは入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットの位置ａ〜ｄと対応している。
【００７０】
第３レンズＬ３の後にも、ハーフミラープリズムＨＰ２により、光の一部が出力側受光素子Ｄｅｔ２へと導かれる。この場合、出力側受光素子Ｄｅｔ２は入力側受光素子Ｄｅｔ１と同じ形状となっており、同様の演算により同様の光出力側信号Ｓｉｇ２を得るようになっている。
【００７１】
液晶偏向素子ＬＣＤＥが動作していないので偏向角度θ２＝偏向角度θ１'であり、ガルバノミラーＧＭの動きにより入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットがａ，ｂ，ｃ，ｄと移動する時、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットもａ'，ｂ'，ｃ'，ｄ'と移動する。
【００７２】
次に、液晶偏向素子ＬＣＤＥを動作させる。
【００７３】
液晶偏向素子ＬＣＤＥが動作することで、液晶偏向素子ＬＣＤＥへの光の入射角に印加電圧に応じた偏向角度θＬが加えられたものが出射角度、偏向角度θ２となる。
【００７４】
出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットがａ'の位置にある時、光出力側信号Ｓｉｇ２の値は０である。
【００７５】
液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧は光出力側信号Ｓｉｇ２の値が０を維持するように制御される。
【００７６】
入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットがａからｂへと向かう間、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットはａ'の位置に固定され、偏向角度θ２の値も初期値（偏向角度θ２０）を維持している。
【００７７】
光入力側信号Ｓｉｇ１の信号の符号が負から正に変わると同時に、つまり光スポットの位置がｂの位置に来た時に、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を０にリセットする。そのとき、液晶偏向素子ＬＣＤＥは何も動作していないのと同じ状態となり、偏向角度θ１＝偏向角度θ２となる。
【００７８】
このとき出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットの位置はｂ'に移動する。
液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧がリセットされると、次の習慣には再び光出力側信号Ｓｉｇ２が０を維持するように電圧を制御される。
【００７９】
出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットがｂ'の位置にある時光出力側信号Ｓｉｇ２の値は０になっているので、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットがｂ'の位置を維持するように電圧が制御される。
【００８０】
偏向角度θ２の値も、偏向角度θ２０＋Δθという別の角度を維持する。
【００８１】
以下、同様の処理を繰り返すことで、液晶偏向素子ＬＣＤＥを出射する光の角度及びホログラム記録担体２に入射する角度は、図２９の特性のようにステップ状の変化をすることになる。このように、短冊状受光素子を有する入出力側の光検出器の２つを用いて、一方の出力側受光素子Ｄｅｔ２からの出力信号を用いて液晶偏向素子ＬＣＤＥを出射する光の角度を一定に保ち、他方、入力側受光素子Ｄｅｔ１の出力信号を用いて、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧をリセットすることに、重要な意義がある。
【００８２】
次に、第１の変形例の参照光ミラー駆動回路ＭＤによるガルバノミラーＧＭと微動制御回路ＦＡＤによる液晶偏向素子ＬＣＤＥとを組み合わせた参照光の動作処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。かかる動作処理は参照光ミラー駆動回路ＭＤ及び微動制御回路ＦＡＤを司る制御装置による。
【００８３】
図３０に示すように、動作処理を開始すると、ガルバノミラーＧＭの角度を初期値に設定する（ステップＳ１）。
【００８４】
次に、液晶偏向素子ＬＣＤＥの電圧を初期値に設定する（ステップＳ２）。初期電圧の時には液晶偏向素子ＬＣＤＥの偏向機能が働かないものとする。
【００８５】
次に、入力側受光素子Ｄｅｔ１の位置を調整して、光スポットの位置がａの位置に来るようにする（ステップＳ３）。光スポットａの位置はどこでもよいが、この例の場合は入力側受光素子Ｄｅｔ１の境界線上で光入力側信号Ｓｉｇ１の値は０となっている。
【００８６】
次に、出力側受光素子Ｄｅｔ２の位置を調整して、光スポットの位置がａ’の位置に来るようにする（ステップＳ４）。光スポットａ’の位置もどこでもよいが、この例の場合は光検出器の境界線上で光出力側信号Ｓｉｇ２の値は０となっている。
【００８７】
次に、ガルバノミラーＧＭを一定速度で回転させる（ステップＳ５）。ここで、光入力側信号Ｓｉｇ１は正弦波状の変化をし始め、光出力側信号Ｓｉｇ２も同様の変化をし始める。
【００８８】
次に、光入力側信号Ｓｉｇ１の符号が負から正に変化したか否か判別する（ステップＳ６）。
【００８９】
負から正に変化した場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を初期値にリセットして（ステップＳ７）、次のステップへ進む（ステップＳ８）。ここで、液晶偏向素子ＬＣＤＥによる偏向機能が一瞬働かなくなるため、ａ’の位置にあった光スポットは、ｂ’の位置に移動する。
【００９０】
ステップＳ６で負から正に変化しない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超えるか否か判別する（ステップＳ８）。
【００９１】
ステップＳ８で光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超える場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を微少量だけ小さくして（ステップＳ９）、次のステップへ進む（ステップＳ１０）。
【００９２】
ステップＳ８で光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超えない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、光出力側信号Ｓｉｇ２が０未満か否か判別する（ステップＳ１０）。
【００９３】
ステップＳ１０で光出力側信号Ｓｉｇ２が未満の場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を微少量だけ大きくして（ステップＳ１１）、次のステップへ進む（ステップＳ１２）。
【００９４】
ステップＳ１０で光出力側信号Ｓｉｇ２が未満でない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、ガルバノミラーＧＭの回転角が最大値未満か否か判別する（ステップＳ１２）。
【００９５】
ステップＳ１２でガルバノミラーＧＭの回転角が最大値が未満の場合（ｙｅｓ）、ステップＳ６へ戻り、ステップを繰り返す。
【００９６】
ステップＳ１２でガルバノミラーＧＭの回転角が最大値が未満でない場合（ｎｏ）、終了する。
【００９７】
以上の動作処理を実行することで、液晶偏向素子ＬＣＤＥを出射する光の角度及びホログラム記録担体２に入射する角度を、図２９の特製のようにステップ状変化にすることができる。
【００９８】
＜第２の変形例＞
図３１（側面図）に第２の変形例を示すが、これは参照光が液晶偏向素子ＬＣＤＥに先に入射する場合の構成例であり、上記の第４の実施形態（図１７）の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間に入力側光検出器ＰＤ１と協働するハーフミラープリズムＨＰ１を配置して入力側の光の一部を検出し、かつ第３及び４レンズＬ３、Ｌ４間に出力側光検出器ＰＤ２と協働するハーフミラープリズムＨＰ２を配置して出力側の光の一部を検出し、それぞれの光検出器からの出力を元に、微動制御回路ＦＡＤによって液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を制御するようにした以外、上記の第４の実施形態と同一である。
【００９９】
図３１に示すように、ハーフミラープリズムＨＰ１はガルバノミラーＧＭと液晶偏向素子ＬＣＤＥの間の光の一部を光軸から垂直に分岐させ、入力側光検出器ＰＤ１の受光素子Ｄｅｔ１に導く。受光素子Ｄｅｔ１は光軸の垂直方向に伸長して光軸方向に並設された２つの長方形受光部を有するが、第１の変形例と異なり受光素子が短冊状受光素子ではなく、２分割受光素子となっている。２つの長方形受光部はそれぞれ異なる極性のオペアンプＡＰ１の入力へ接続されている。２分割されている入力側受光素子Ｄｅｔ１は、おのおのの出力の差分からオペアンプＡＰ１の光入力側信号Ｓｉｇ１を得るようになっている。
【０１００】
ハーフミラープリズムＨＰ２は液晶偏向素子ＬＣＤＥとホログラム記録担体２の間の光の一部を光軸から垂直に分岐させ、出力側光検出器ＰＤ２の受光素子Ｄｅｔ２に導く。受光素子Ｄｅｔ２は、第１の変形例と同様に、光軸の垂直方向に伸長して光軸方向に並設された複数の等幅の長方形受光部を有し、長方形受光部は交互に異なる極性のオペアンプＡＰ２の入力へ接続されている。
【０１０１】
第２の変形例の動作説明をする。
【０１０２】
最初に液晶偏向素子ＬＣＤＥが動作していないとする。
【０１０３】
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間におかれたハーフミラープリズムＨＰ１によって、光の一部が入力側受光素子Ｄｅｔ１へと導かれる。
【０１０４】
入力側受光素子Ｄｅｔ１は第１レンズＬ１による光の集光点付近に配置され、（電圧の印加がない時には）入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットはｐの位置にあるものとする。
【０１０５】
また、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の間におかれたハーフミラープリズムＨＰ２により光の一部が出力側受光素子Ｄｅｔ２へと導かれる。
【０１０６】
出力側受光素子Ｄｅｔ２は出力側光検出器ＰＤ２の一部であり、第１の変形例と同様の光出力側信号Ｓｉｇ２を得るようになっている。
【０１０７】
ガルバノミラーＧＭが初期位置にある時、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットはａの位置にあるものとする。
【０１０８】
ガルバノミラーＧＭが一定の速度で角度を変える時、偏向角度θ２も線形に増加していき、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットの位置もｂからｃ、ｄと移動していく。
【０１０９】
このとき光出力側信号Ｓｉｇ２の波形は第１の変形例と同様な正弦波となる。
【０１１０】
次に、液晶偏向素子ＬＣＤＥを動作させる。
【０１１１】
液晶偏向素子ＬＣＤＥによる偏向角度をθＬ、ガルバノミラーＧＭの回転角度をφとすると、ガルバノミラーＧＭで反射した後の光の偏向角度θ２は偏向角度θ２＝２＊φ＋θＬとなる。微動制御回路ＦＡＤにより偏向角度θＬに適当な値を与えることで、偏向角度θ２の値を変化させることができる。
【０１１２】
出力側受光素子Ｄｅｔ２の出力は光スポットが初期位置のａにある状態では０であり、光出力側信号Ｓｉｇ２の値が０を維持し続けるように液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を微動制御回路ＦＡＤで制御することで偏向角度θ２の値を初期値（偏向角度θ２０）に維持することができる。
【０１１３】
偏向角度θ２が初期値に固定されている状態でも、ガルバノミラーＧＭは回転を続けており、偏向角度θＬも大きくなっていく。
【０１１４】
入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットは初期位置ｐからｑに向かって移動していく。ｑの位置ではちょうど分割線の中央にビームがあり、この状態で入力側光検出器ＰＤ１の光入力側信号Ｓｉｇ１の値は０になる。
【０１１５】
光入力側信号Ｓｉｇ１が０になった時に、微動制御回路ＦＡＤにより液晶偏向素子ＬＣＤＥへの印加電圧を０にリセットする。
【０１１６】
そのリセットしたとき、液晶偏向素子ＬＣＤＥは何も動作していないのと同じ状態となり、偏向角度θＬ＝０となる。
【０１１７】
このとき出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットの位置はｂに移動し、入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットはｐに戻る。
【０１１８】
液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧がリセットされると、再び光出力側信号Ｓｉｇ２が０を維持するように電圧を制御される。
【０１１９】
液晶偏向素子ＬＣＤＥのリセット後の出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットの位置について、第１の変形例ではａ'の位置からｂ'の位置にあるが、第２の変形例ではａの位置からｂの位置にジャンプしており、ジャンプしたと同時に光出力側信号Ｓｉｇ２の値が０となるようになっている。このように正確に境界線上にジャンプする必要はなく、任意の場所にジャンプすればよい。ジャンプ後直ちに光出力側信号Ｓｉｇ２を０にするような制御がかかるため、最寄りの境界線上に光スポットが引き込まれる。
【０１２０】
出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットがｂの位置にある時、光出力側信号Ｓｉｇ２の値は０になっているので、出力側受光素子Ｄｅｔ２上の光スポットがｂの位置を維持するように微動制御回路ＦＡＤにより電圧が制御される。
【０１２１】
偏向角度θ２の値も、偏向角度θ２０＋Δθという別の角度を維持する。
【０１２２】
以下、同様の処理を繰り返すことで、液晶偏向素子ＬＣＤＥを出射する光の角度及びホログラム記録担体２に入射する角度は、ステップ状の変化をすることになる。
【０１２３】
次に、第２の変形例の参照光ミラー駆動回路ＭＤによるガルバノミラーＧＭと微動制御回路ＦＡＤによる液晶偏向素子ＬＣＤＥとを組み合わせた参照光の動作処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。かかる動作処理は参照光ミラー駆動回路ＭＤ及び微動制御回路ＦＡＤを司る制御装置による。
【０１２４】
図３２に示すように、動作処理を開始すると、まず、ガルバノミラーＧＭの角度を初期値に設定する（ステップＳ１）。
【０１２５】
次に、液晶偏向素子ＬＣＤＥの電圧を初期値に設定する（ステップＳ２）。初期電圧の時には液晶偏向素子ＬＣＤＥの偏向機能が働かないものとする。
【０１２６】
次に、入力側受光素子Ｄｅｔ１の位置を調整して、光スポットの位置がｐの位置に来るようにする（ステップＳ３）。ｐの位置は２分割の入力側受光素子Ｄｅｔ１の右側（光入力側）ならどこでもよいが、この例の場合は入力側受光素子Ｄｅｔ１上のｐとｑの間の長さがステップの幅を決めるので、必要に応じて適当な位置に調整すればよい。
【０１２７】
次に、出力側受光素子Ｄｅｔ２の位置を調整して、光スポットの位置がａの位置に来るようにする（ステップＳ４）。光スポットａの位置もどこでもよいが、この例の場合は光検出器の境界線上で光出力側信号Ｓｉｇ２の値は０となっている。
【０１２８】
次に、ガルバノミラーＧＭを一定速度で回転させる（ステップＳ５）。ここで、光入力側信号Ｓｉｇ２は正弦波状の変化をし始める。
【０１２９】
次に、光入力側信号Ｓｉｇ１の符号が負から正に変化したか否か判別する（ステップＳ６）。すなわち、入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットがｑの位置に来たかどうか判別する。
【０１３０】
負から正に変化した場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を初期値にリセットして（ステップＳ７）、次のステップへ進む（ステップＳ８）。ここで、液晶偏向素子ＬＣＤＥによる偏向機能が一瞬働かなくなるため、ａの位置にあった光スポットは、ｂの位置に移動する。入力側受光素子Ｄｅｔ１上の光スポットは初期位置ｐに戻る。
【０１３１】
ステップＳ６で負から正に変化しない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超えるか否か判別する（ステップＳ８）。
【０１３２】
ステップＳ８で光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超える場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を微少量だけ小さくして（ステップＳ９）、次のステップへ進む（ステップＳ１０）。
【０１３３】
ステップＳ８で光出力側信号Ｓｉｇ２が０を超えない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、光出力側信号Ｓｉｇ２が０未満か否か判別する（ステップＳ１０）。
【０１３４】
ステップＳ１０で光出力側信号Ｓｉｇ２が未満の場合（ｙｅｓ）、液晶偏向素子ＬＣＤＥの印加電圧を微少量だけ大きくして（ステップＳ１１）、次のステップへ進む（ステップＳ１２）。
【０１３５】
ステップＳ１０で光出力側信号Ｓｉｇ２が未満でない場合（ｎｏ）、次のステップへ進み、ガルバノミラーＧＭの回転角が最大値未満か否か判別する（ステップＳ１２）。
【０１３６】
ステップＳ１２でガルバノミラーＧＭの回転角が最大値が未満の場合（ｙｅｓ）、ステップＳ６へ戻り、ステップを繰り返す。
【０１３７】
ステップＳ１２でガルバノミラーＧＭの回転角が最大値が未満でない場合（ｎｏ）、終了する。
【０１３８】
以上の動作処理を実行することで、液晶偏向素子ＬＣＤＥを出射する光の角度及びホログラム記録担体２に入射する角度を、図２９のようにステップ状変化にすることができる。
【０１３９】
＜他の変形例＞
入力側受光素子Ｄｅｔ１と出力側受光素子Ｄｅｔ２の位置について、光検出器の受光素子へ分岐させるプリズムの位置は、４ｆ系の２つのレンズの間である必要はない。
必要に応じてレンズを追加して、光検出器の受光素子上で集光させればよい。
【０１４０】
また、完全な集光位置に光検出器の受光素子を置く必要もなく、集光位置近傍で、ある程度光スポットが大きさを持つ位置でもよい。
【０１４１】
例えば、図３３のように、第１の変形例の第１及び２レンズＬ１、Ｌ２間に配置したハーフミラープリズムＨＰ１をガルバノミラーＧＭと第１レンズＬ１の間に変更して配置してハーフミラープリズムＨＰ１から拡大レンズＬＬを介して入力側受光素子Ｄｅｔ１へ光を導いた以外、第１の変形例と同様の構成も考えられる。
【０１４２】
＜光検出器の変形例＞
光検出器において入出力側受光素子は短冊状受光素子であるが、基本的に図３４のように、受光素子Ｄｅｔは光軸方向（ビームの移動方向）とそれに垂直な方向に伸長する複数の等幅の長方形受光部を有しており、奇数番目の受光素子の光検出器（３４ｂ）の出力和と偶数番目の受光素子の光検出器（３４ｃ）の出力和と差分を光検出器（３４ｄ）で得るように構成することもできる。
【０１４３】
また、図３５のように長方形受光部を櫛形状として光軸の入力側から奇数番目の光検出器と偶数番目の光検出器（３５ｂ）を一つの光検出器で構成しても同じ効果となる。
【０１４４】
入出力側受光素子の長方形受光部各々の幅は全て等幅でなくてもよく、図３６及び図３７のように場所によってランダムな幅であったり、徐々に幅が大きくなる構成であってもよい。長方形受光部の幅や間隔を変えることは、上述のグラフに示したようなステップ状の角度特性におけるステップの幅や高さを変えることに相当する。
【０１４５】
また、図３８のように受光素子Ｄｅｔ中に複数のパターンの長方形受光部を混在させることもできる。図のようにＡの領域とＢの領域とではパターン（幅が階段状に）が異なっており、状況によって受光素子Ｄｅｔを上下方向に移動させたり、光スポットの落ちる位置を変えて使うこともできる。
【０１４６】
さらにまた、図３９のように、上記の応用として、受光素子Ｄｅｔの長方形受光部パターンの幅を無段階に変化させてもよい。
【０１４７】
このように、短冊受光素子Ｄｅｔ各々の幅や間隔を変えることで、ステップ状に変化する角度特性の、ステップの幅や高さを変えることができる。
【０１４８】
＜液晶偏向素子の変形例＞
上記したような液晶偏向素子ＬＣＤＥは断面がくさび形状の液晶層を透明電極間に封入したものほかに、例えば、液晶層断面において屈折率分布を持たせるようにしてもよい。
【０１４９】
例えば、図４０のように、液晶偏向素子ＬＣＤＥにおいて、その液晶層は均一の厚さにしておき、それを挟む片側の電極を複数の独立短冊電極Ｓで構成し、それぞれが所定の抵抗器Ｒで直列接続されるように構成する。矩形の透明電極の複数が平行パターンとして並設されて、その一端の電極Ａ（電圧印加側）に電圧を印加される。Ａの位置に電圧を印加、他端の電極Ｂの位置（接地側）を接地（またはＡ点とは異なる電圧値を印加）することにより、電極Ａ−Ｂ間は図４１のような電圧分布Ｖとなり、液晶層Ｃ−Ｃ'間の屈折率分布ｎ１−ｎ２は図４２のようになる。この構成でも光線を偏向させる働きを持たせることができる。
【０１５０】
また、図４３のように、複数の電極を抵抗器で接続する代わりに、電極部分Ａ−Ｂ間に連続的に抵抗値が分布した電極１３ｂを用いることによっても同様の効果を得られる。すなわち、電極Ａ−Ｂ間は図４４のような電圧分布Ｖとなり、液晶層Ｃ−Ｃ'間の屈折率分布ｎ１−ｎ２は図４５のようになる。この構成でも光線を偏向させる働きを持たせることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月29日(2008.2.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光束を偏向する光偏向装置であって、
光学系を有し、一方の共役点を通過して前記光学系へ入力された光束を、その進行方向を変化させつつ他方の共役点を通過しかつ前記光軸からの偏向角度を有する出力光束として偏向する粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記入力された光束へ偏向を与え、前記出力光束の偏向角度を、所定時間において前記偏向角度と異なる第２偏向角度へ変化させる微動光偏向装置と、からなり、
前記粗動光偏向装置において前記微動光偏向装置を通過していない光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光入力側信号を算出する入力側光検出器と、
前記微動光偏向装置通過後の光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光出力側信号を算出する出力側光検出器と、を備え、
前記駆動回路は、光入力側信号及び光出力側信号を基に、前記微動光偏向装置に印加する電圧を制御し、経時変化に対する前記偏向角度を階段状に変化させることを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
前記微動光偏向装置は、前記出力光束の偏向角度の経時変化を相殺する偏向を与え所定時間において前記出力光束を静止させることを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記一方の前記共役点にはガルバノミラーが配置され、前記ガルバノミラーの回転軸上に前記共役点が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向装置。
【請求項４】
前記微動光偏向装置が液晶偏向素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項５】
前記液晶偏向素子が前記粗動光偏向装置の前記光学系の前記共役点に配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項６】
経時変化に対する前記偏向角度の変化が階段状の変化するように、前記粗動光偏向装置及び前記微動光偏向装置に対して制御をなす駆動回路を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項７】
前記入力側光検出器は短冊状受光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
【請求項８】
前記出力側光検出器は短冊状受光素子を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項９】
前記微動光偏向装置への印加電圧は、前記光出力側信号が一定値となるように制御され、前記光入力側信号の符号の変化を検出した際には初期値にリセットされることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項１０】
前記光軸上に少なくとも２つの共役点を有する光学系を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項１１】
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、
前記参照光の光束を偏向する光偏向装置と、を含み、
前記光偏向装置は、光学系を有し、入力側の共役点を通過して前記光学系へ入力された前記参照光の光束を、その進行方向を変化させつつ前記交差点に一致した出力側の共役点に向けて前記光軸からの互いに異なる偏向角度の角度方向から偏向せしめる粗動光偏向装置と、
前記光学系中に配置されかつ前記参照光の光束へ、その進行方向の変化を相殺する偏向を与え所定時間において前記参照光の光束を静止させる微動光偏向装置と、
前記粗動光偏向装置及び微動光偏向装置に対して情報の記録又は再生の際に前記参照光の光束の前記角度方向を選択する制御をなす駆動回路と、を含み、
前記粗動光偏向装置において前記微動光偏向装置を通過していない光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光入力側信号を算出する入力側光検出器と、前記微動光偏向装置通過後の光束の一部を導き、前記光軸に対する前記光束の角度に応じて変化する光出力側信号を算出する出力側光検出器と、を備え、前記駆動回路は、光入力側信号及び光出力側信号を基に、前記微動光偏向装置に印加する電圧を制御し、経時変化に対する前記偏向角度を階段状に変化させることを特徴とするホログラム装置。
【国際調査報告】
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