(57)【要約】      （修正有）【課題】ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して、より簡易な構成で情報を記録又は再生することが可能な光情報記録装置を提供する。【解決手段】照射光生成系３は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を＋１次回折光又は−１次回折光として生成する一方、参照光を前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光として生成する。照射系４は、感光性を有する記録媒体２に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を３次元光学異方性分布として前記記録媒体２に記録する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成する照射光生成系と、
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を３次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備える光情報記録装置。
【請求項２】
前記照射系は、前記情報を再生するための参照光が前記記録媒体に照射された場合に前記記録媒体から再生される信号光と前記記録媒体を透過した前記情報の再生用の前記参照光とが、撮像素子において重なるように、前記＋１次回折光、前記−１次回折光又は前記プリズムによって分けられた光として生成された前記信号光と、前記０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成された前記参照光とを前記記録媒体に照射するように構成される請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項３】
前記照射光生成系は、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを単位領域内で形成することによって、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光を生成するように構成される請求項１又は２記載の光情報記録装置。
【請求項４】
前記照射系は、前記情報を再生するための参照光が前記記録媒体に照射された場合に前記記録媒体から再生される信号光と前記記録媒体を透過した前記情報の再生用の前記参照光とが、光学素子を経由せずに撮像素子において重なるように、前記＋１次回折光又は前記−１次回折光として生成された前記信号光及び前記０次光として生成された前記参照光を前記記録媒体に照射するように構成される請求項１又は３記載の光情報記録装置。
【請求項５】
前記照射光生成系は、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光の発生方向に対応する方向に画素値が規則的に変化する２次元的な複数の画素領域を単位とする画像情報に前記情報を変換し、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光の発生方向に対応する方向に入射する偏光の偏光状態を、前記画像情報の画素値に対応する変調量で空間変調することによって前記信号光及び前記参照光を生成するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項６】
前記照射光生成系は、２次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、かつ各可変回折格子の透過率が入射偏光に応じて特定の方向に変化する光学素子による前記入射偏光の空間変調によって前記信号光及び前記参照光を生成するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項７】
前記照射光生成系は、前記複数の可変回折格子を有する前記光学素子を少なくとも４つ備えた空間変調系によって、互いに直交する２つの偏光成分の各実部と各虚部を利用して４フレームの画像情報が記録された信号光を生成するように構成される請求項６記載の光情報記録装置。
【請求項８】
前記照射光生成系は、互いに直交する２つの偏光成分にそれぞれ情報が記録された信号光を生成するように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項９】
前記照射光生成系は、前記位相及び前記振幅の前記空間変調によって前記偏光成分の実部と虚部にそれぞれ情報が記録された信号光を生成するように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項１０】
前記照射光生成系は、前記情報を、コード化された２値の画像情報又は３値以上の多値の画像情報として前記偏光成分に記録するように構成される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項１１】
前記照射光生成系は、少なくとも２つの空間光変調器を用いて前記情報を前記偏光成分に記録するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項１２】
前記照射光生成系は、複数の画素に対応して２次元的に配列された複数の音響光学素子を用いて前記情報を前記偏光成分に記録するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項１３】
前記照射光生成系は、複数の画素に対応して２次元的に配列された複数の可変位相子を用いて前記情報を前記偏光成分に記録し、前記信号光を前記プリズムによって分けられた光として生成する一方、前記参照光を前記プリズムによって分けられた別の光として生成するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
【請求項１４】
前記照射光生成系は、空間光変調器に斜め方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって、前記参照光及び前記位相の前記空間変調によって前記情報が記録された前記偏光成分を有する前記信号光を生成するように構成される請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項１５】
参照光を生成する照射光生成系と、
感光性を有し、かつ３次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射する照射系と、
前記参照光の照射によって前記記録媒体から＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像する撮像系と、
撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生する情報再生系と、
を備える光情報再生装置。
【請求項１６】
位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成するステップと、
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を３次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録するステップと、
を有する光情報記録方法。
【請求項１７】
参照光を生成するステップと、
感光性を有し、かつ３次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射するステップと、
前記参照光の照射によって前記記録媒体から＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像するステップと、
撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生するステップと、
を有する光情報再生方法。
【請求項１８】
２次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、
各可変回折格子の透過率が入射偏光に応じて特定の方向に変化するように構成される光学素子。
【請求項１９】
第１の電極と、
２次元的に配列された複数の第２の電極と、
前記第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置され、かつ入射偏光に応じた特定の方向に、前記複数の第２の電極の各幅に応じた周期で厚さが周期的に変化する液晶層と、
を有する光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に情報を記録して再生する方法の１つとしてホログラムを利用したホログラフィック記録が提案されている。ホログラフィック記録は、光の干渉を利用して情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する技術である。このため、ホログラフィック記録によれば、情報を情報記録媒体中に３次元(3D: three dimensional)屈折率分布として三次元的に記録することができる。従って、ホログラフィック記録では、情報記録媒体の厚みを有効活用することによって、より大容量の情報を記録することができる。
【０００３】
より具体的には、ホログラフィック記録は、情報を持った信号光と参照光とを互いに干渉させて情報記録媒体に照射することによって情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する一方、参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって情報を持った再生光を再生させる光情報記録再生方式である。
【０００４】
更に、ホログラフィック記録の応用として偏光ホログラフィック記録が提案されている（例えば特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２参照）。偏光ホログラフィック記録は、偏光特性を有するホログラムを形成させる記録である。
【０００５】
より具体的には、偏光ホログラフィック記録では、任意の偏光状態をもつ信号光及び参照光が偏光感受性を有する情報記録媒体に照射される。この場合、偏光感受性を有する情報記録媒体内では、偏光に応じた光学異方性が誘起され、偏光ホログラムとして情報が記録される。また、記録された情報の再生は、通常のホログラフィック記録と同様に参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって行われる。つまり、偏光ホログラフィック記録は、偏光方位（電磁場の振動方位）という自由度を有する光のベクトル波としての性質を利用し、情報を情報記録媒体に3D複屈折分布として記録する光情報記録再生方式である。
【０００６】
偏光感受性のない情報記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録では、信号光と参照光の偏光状態が互いに同一であることが必要である。これに対し、偏光ホログラフィック記録では、偏光状態が同一でない信号光と参照光を用いて情報を記録することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−３７７５１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Takanori Ochiai et al., "Angular multiplex recording of data pages by dual-channel polarization holography", OPTICS LETTERS/Vol. 38, No. 5/March 1, 2013, p748-750
【非特許文献２】Daisuke Barada et al., "Dual-channel polarization holography: a technique for recording two complex amplitude components of a vector wave", Optics Letters, Vol. 37, Issue 21, pp. 4528-4530 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ホログラフィック記録方式及び偏光ホログラフィック方式の情報記録装置及び情報再生装置では、実用化に向けて、装置の簡略化及びサイズの縮小が課題となっている。
【００１０】
そこで、本発明は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して、より簡易な構成で情報を記録又は再生することが可能な光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態に係る光情報記録装置は、照射光生成系及び照射系を備える。照射光生成系は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成する。照射系は、感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を３次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する。
また、本発明の実施形態に係る光情報再生装置は、照射光生成系、照射系、撮像系及び情報再生系を備える。照射光生成系は、参照光を生成する。照射系は、感光性を有し、かつ３次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射する。撮像系は、前記参照光の照射によって前記記録媒体から＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像する。情報再生系は、撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生する。
また、本発明の実施形態に係る光情報記録方法は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成するステップと、感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を３次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る光情報再生方法は、参照光を生成するステップと、感光性を有し、かつ３次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射するステップと、前記参照光の照射によって前記記録媒体から＋１次回折光、−１次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記＋１次回折光及び前記−１次回折光に対応する０次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像するステップと、撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る光学素子は、２次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、各可変回折格子の透過率が入射偏光に応じて特定の方向に変化するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る光学素子は、第１の電極、複数の第２の電極及び液晶層を有する。複数の第２の電極は、２次元的に配列される。液晶層は、前記第１の電極と前記複数の第２の電極との間に配置され、入射偏光に応じた特定の方向に、前記複数の第２の電極の各幅に応じた周期で厚さが周期的に変化する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態に係る光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子によれば、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して、より簡易な構成で情報を記録又は再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成図。
【図２】図１に示す第２のSFを光の進行方向から見た図。
【図３】図１に示す第２のSFを光の進行方向から見た第２のSFの変形例を示す図。
【図４】図１に示す2Dコード化部においてコード化された2D画像情報の一例を示す図。
【図５】図１に示す2Dコード化部においてコード化された2D画像情報の別の一例を示す図。
【図６】図１に示す光情報記録再生装置により情報記録媒体に情報を記録する際に第１のSLMにおいて生成される参照光及び信号光を示す上面図。
【図７】図６に示す参照光及び信号光を第２のSLMの入射面に垂直な方向から見た正面図。
【図８】図７に示す第２のSFを光の進行方向から見た正面図。
【図９】図１に示す光情報記録再生装置により情報記録媒体に情報を記録する際に第２のSLMにおいて生成される参照光及び信号光を示す上面図。
【図１０】図９に示す参照光及び信号光を第２のSLMの入射面に垂直な方向から見た正面図。
【図１１】図１０に示す第２のSFを光の進行方向から見た正面図。
【図１２】図１に示す光情報記録再生装置により情報記録媒体に記録された情報を再生する際に第１のSLMにおいて生成される参照光及び再生される信号光を示す上面図。
【図１３】図１２に示す参照光及び再生信号光を第２のSLMの入射面に垂直な方向から見た正面図。
【図１４】図１３に示す第２のSFを光の進行方向から見た正面図。
【図１５】図１に示す光情報記録再生装置により情報記録媒体に情報に記録された情報を再生する際に第２のSLMにおいて生成される参照光及び再生される信号光を示す上面図。
【図１６】図１５に示す参照光及び再生される信号光を第２のSLMの入射面に垂直な方向から見た正面図。
【図１７】図１６に示す第２のSFを光の進行方向から見た正面図。
【図１８】図３に示す構造を有する第２のSFを用いた場合において、情報記録媒体に記録された情報を再生する際に光の進行方向から見た第２のSFの正面図。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る光情報記録再生装置の空間変調系に用いられる可変回折格子アレイの構造を示す正面図。
【図２０】図１９に示す可変回折格子アレイの断面図。
【図２１】図２０に示す第１の配向膜の斜視図。
【図２２】図１９に示すVGAの変形例を示す図。
【図２３】本発明の第３の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図。
【図２４】本発明の第４の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図。
【図２５】図２４に示す空間変調系の変形例を示す構成図。
【図２６】本発明の第５の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図。
【図２７】本発明の第６の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図。
【図２８】本発明の第７の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成図である。
【００１６】
光情報記録再生装置１は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体２に情報を記録し、記録された情報を再生する装置である。すなわち、光情報記録再生装置１は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体２に情報を記録する光情報記録装置と、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体２に記録された情報を再生する光情報再生装置を兼ねた装置である。
【００１７】
図１には、情報の記録及び再生の双方が可能な光情報記録再生装置１を示しているが、情報の記録のみを行う光情報記録装置をレコーダとして作製したり、逆に情報の再生のみを行う光情報再生装置をプレーヤとして作製することもできる。また、情報記録媒体２を光情報記録再生装置１、光情報記録装置又は光情報再生装置の構成要素として内蔵することが可能である一方、逆に情報記録媒体２を光情報記録再生装置１、光情報記録装置又は光情報再生装置の構成要素とせずに交換できるようにしてもよい
【００１８】
図１に示す光情報記録再生装置１は、照射光生成系３、照射系４、撮像系５及び情報再生系６を有する。
【００１９】
照射光生成系３は、情報が記録された偏光成分を有する信号光LS及び参照光LRを生成するための光学系である。特に、照射光生成系３は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調、すなわち複素振幅の空間変調によって光複素信号としての信号光LSの偏光成分に情報を記録し、かつ信号光LSを＋１次回折光又は−１次回折光として生成する一方、参照光LRを＋１次回折光及び−１次回折光に対応する０次光として生成するように構成されている。以降では、信号光LSが＋１次回折光として生成される場合を例に説明する。また、照射光生成系３は、情報記録媒体２に記録された情報を再生するために照射される参照光LRを生成するための光学系を兼ねている。
【００２０】
照射系４は、情報の記録時には、感光性を有する情報記録媒体２に信号光LS及び参照光LRを照射することによって情報を3D光学異方性分布として情報記録媒体２に記録する光学系として機能する。特に、照射系４は、情報を再生するための参照光LRが情報記録媒体２に照射された場合に、情報記録媒体２から＋１次回折光として再生される信号光LSと情報記録媒体２を透過した情報の再生用の参照光LRとが、光学素子を経由せずに撮像素子において重なるように、情報の記録用に＋１次回折光として生成された信号光LS及び０次光として生成された参照光LRを情報記録媒体２に照射するように構成されている。一方、情報の再生時には、照射系４は、感光性を有し、かつ3D光学異方性分布として情報が記録された情報記録媒体２に参照光を照射する光学系として機能する。
【００２１】
撮像系５は、参照光LRの照射によって情報記録媒体２から＋１次回折光として生じる信号光LSと、＋１次回折光に対応する０次光として生じる参照光LRとを重ね合わせた状態で撮像するシステムである。つまり、撮像系５は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として情報が記録された偏光成分を有する信号光LSと参照光LRとの干渉縞を２次元(2D: two dimensional)画像として撮影するように構成されている。従って、撮像系５に備えられる撮像素子と情報記録媒体２との間には、必ずしも光学素子を配置する必要はない。すなわち、情報記録媒体２から＋１次回折光として生じる信号光LSと、＋１次回折光に対応する０次光として生じる参照光LRは、光学素子を経由せずに、或いは必要な光学素子を経由して撮像系５に備えられる撮像素子により撮像される。
【００２２】
情報再生系６は、撮像系５において撮像された信号光LSに基づいて情報を再生するシステムである。信号光LSは参照光LRとの合成光として撮像されるため、情報再生系６において信号光LSが抽出される。そして、信号光LSに記録された情報が情報再生系６において再生される。
【００２３】
図１は、上述したような照射光生成系３、照射系４、撮像系５及び情報再生系６を構成するための光学素子等の構成要素の配置例を示している。尚、図１において、実線で示す光路は０次光の光路を、一点鎖線で示す光路は＋１次回折光の光路を、点線で示す光路は−１次回折光の光路を、それぞれ示す。
【００２４】
照射光生成系３は、レーザ光源７、1/2波長板(HWP: half-wave plate)８、第１のコリメータレンズ９、第１の空間フィルタ(SF: spatial filter)１０、第２のコリメータレンズ１１、第１のミラー１２、第２のミラー１３、偏光ビームスプリッタ(PBS: polarizing beam splitter)１４、第１の空間光変調器(SLM: spatial light modulator)１５、第２のSLM１６、第３のコリメータレンズ１７、第２のSF１８及び情報入力システム１９を図示されるように配置して構成することができる。尚、PBS１４と第１のSLM１５との間及びPBS１４と第２のSLM１６との間には、それぞれ偏光状態を調整する機能を有する補償板又はファラデー回転子等の光学素子を配置しても良い。
【００２５】
レーザ光源７は、直線偏光を出力する光源で構成される。従って、レーザ光源７から出力された直線偏光の偏光方位は1/2波長板８においてPBS１４の透過軸を0度として、0度方向又は90度方向以外の方向に回転する。換言すると、1/2波長板８において、電界成分の振動方向が入射面に垂直なs(senkrecht)偏光又は電界成分の振動方向が入射面に平行なp(parallel)偏光以外の４５度直線偏光等の任意の直線偏光が生成される。
【００２６】
そして、第１のコリメータレンズ９、第１のSF１０及び第２のコリメータレンズ１１によって形成されるビームエクスパンダ(BE: beam expander)によりビーム径が拡大した直線偏光は、第１のミラー１２及び第２のミラー１３に反射してPBS１４に３次元的に斜め方向に入射する。すなわち、図１の紙面を貫く方向にも傾斜した状態で0度方向及び90度方向以外の偏光方位を有する４５度直線偏光等の直線偏光がPBS１４に入射する。
【００２７】
尚、PBS１４に入射する偏光は、p偏光及びs偏光以外の偏光であれば、円偏光又は楕円偏光等の任意の偏光とすることができる。すなわち、PBS１４には、少なくともs偏光成分及びp偏光成分を含む任意の偏光を入射光LINとして入射させることができる。また、PBS１４に入射させる入射光LINに空間分布を付与してもよい。その場合には、円偏光又は楕円偏光等の入射光LINを生成してPBS１４に入射させるために必要な光学素子及びPBS１４への入射光LINに空間分布を付与するための光学素子が、照射光生成系３に配置される。
【００２８】
このため、PBS１４に入射したs偏光成分及びp偏光成分を含む偏光は、s偏光と、p偏光とに分離される。
【００２９】
PBS１４で反射したs偏光は、第１のSLM１５に斜め方向に入射する。第１のSLM１５では、2Dの画素位置に対応する2D空間位置ごとに、入力信号の強度に応じてs偏光の偏光状態が変化する。
【００３０】
例えば、第１のSLM１５が４５度方向に液晶が配向されたSLMであり、第１のSLM１５に入射する直線偏光の偏光方位を０度とすると、第１のSLM１５の各位置に印加される電圧が大きくなるにつれて、０度直線偏光から０度楕円偏光に、０度楕円偏光から円偏光に、円偏光から９０度楕円偏光に、９０度楕円偏光から９０度直線偏光に、対応する位置における入射偏光の偏光状態が変化する。
【００３１】
また、第１のSLM１５には、入射する直線偏光の反射光に、単位領域ごとに縞状の強度分布が生じるように、入力信号が入力される。従って、第１のSLM１５において単位領域ごとに回折が起こり、第１のSLM１５の各単位領域からは、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光が生じる。換言すれば、第１のSLM１５における回折によって、単位領域ごとに０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光が生じるように、第１のSLM１５が制御される。また、PBS１４に入射される偏光の傾斜角度についても、第１のSLM１５における回折によって、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光が生じるように決定される。
【００３２】
１つの単位領域から生じる＋１次回折光及び−１次回折光の振幅は、その単位領域における縞状の強度分布の高低差に応じて変化する。具体的には、縞状の強度分布の高低差が大きい程、回折光の強度が大きくなり、縞状の強度分布の高低差が小さい程、回折光の強度が小さくなる。また、１つの単位領域から生じる＋１次回折光及び−１次回折光の、０次回折光に対する位相は、縞状の強度分布の位置によって変化する。
【００３３】
従って、第１のSLM１５の各画素位置に印加する電圧の制御によって、０次光及び回折光の振幅と位相を変調することができる。すなわち、第１のSLM１５の単位領域内に印加される電圧の高低差によって、回折光の振幅を変調し、第１のSLM１５の単位領域内に印加される電圧のパターンによって、０次光及び回折光の位相を変調することができる。
【００３４】
従って、第１のSLM１５の各位置に印加される電圧の制御によって、第１のSLM１５において反射し、かつ偏光状態に応じたp偏光成分としてPBS１４を透過する０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光の振幅及び位相を変調することができる。つまり、PBS１４からは、第１のSLM１５への入力信号に応じて複素振幅が空間変調された０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光がp偏光として出力される。
【００３５】
一方、PBS１４を透過したp偏光は、第２のSLM１６に斜め方向に入射する。第２のSLM１６においても、2Dの画素位置に対応する2D空間位置ごとに、入力信号の強度に応じてp偏光の偏光状態が変化する。そして、第１のSLM１５と同様に、第２のSLM１６においても単位領域ごとに回折によって０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光が生じるように、第２のSLM１６への印加電圧が制御される。
【００３６】
そして、第２のSLM１６において反射し、かつ偏光状態に応じたp偏光成分としてPBS１４において反射する０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光の複素振幅が空間変調される。つまり、PBS１４からは、第２のSLM１６への入力信号に応じて複素振幅が空間変調された０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光がs偏光として出力される。
【００３７】
第１のSLM１５において複素振幅が空間変調されたp偏光の０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光と、第２のSLM１６において複素振幅が空間変調されたs偏光の０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光は、第３のコリメータレンズ１７によって絞られて第２のSF１８に入射する。
【００３８】
但し、第１のSLM１５において複素振幅が空間変調されたp偏光の＋１次回折光と、第２のSLM１６において複素振幅が空間変調されたs偏光の＋１次回折光とが互いに合成された状態で第２のSF１８に入射するように、照射光生成系３を構成する各光学素子が配置される。従って、第２のSF１８には、p偏光の＋１次回折光及びs偏光の＋１次回折光を成分として含むベクトル波が入射する。
【００３９】
図２は、図１に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た図である。
【００４０】
図２に示すように、第２のSF１８は、p偏光の０次回折光、s偏光の０次回折光及び＋１次回折光のベクトル波を通過させるための３つの矩形穴を設けて構成することができる。
【００４１】
図３は、図１に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た第２のSF１８の変形例を示す図である。
【００４２】
図１及び図２には、p偏光の＋１次回折光とs偏光の＋１次回折光とが互いに重なった状態で生成される例を示したが、p偏光の＋１次回折光とs偏光の＋１次回折光とを別々に生成するようにしてもよい。その場合には、p偏光の＋１次回折光とs偏光の＋１次回折光とが互いに異なる光路上を経由するように照射光生成系３の光学素子が配置される。
【００４３】
p偏光の＋１次回折光とs偏光の＋１次回折光とを別々に生成する場合には、図３に示すように、p偏光の０次回折光、s偏光の０次回折光、p偏光の＋１次回折光及びs偏光の＋１次回折光を通過させるための４つの矩形穴を設けて第２のSF１８を構成することができる。
【００４４】
もちろん、矩形穴に変えて円形等の任意の形状を有する穴を設けたり、共通の穴を設けることによって第２のSF１８を構成するようにしてもよい。
【００４５】
このような構造を有する第２のSF１８によって、p偏光の−１次回折光及びs偏光のび−１次回折光が遮断される。尚、偏光ホログラフィック記録を行うために偏光感受性を有する情報記録媒体２を用いる場合には、p偏光の０次回折光及びs偏光の０次回折光のうちいずれか一方のみが第２のSF１８を通過するようにても良い。
【００４６】
そして、第２のSF１８を通過した＋１次回折光のベクトル波が信号光LSとして用いられる。また、p偏光の０次回折光は、信号光LSに含まれるp偏光成分用の参照光LRとして用いられ、s偏光の０次回折光は、信号光LSに含まれるs偏光成分用の参照光LRとして用いられる。尚、偏光感受性を有する情報記録媒体２を用いる場合には、p偏光の０次回折光及びs偏光の０次回折光のうちいずれか一方が、信号光LSに含まれるp偏光成分及びs偏光成分の双方の参照光として用いられる。
【００４７】
ベクトル波である信号光LSに含まれるp偏光成分の複素振幅の空間変調と、s偏光成分の複素振幅の空間変調は、互いに独立して行うことができる。つまり、第１のSLM１５への入力信号と、第２のSLM１６への入力信号とは、互いに独立して生成することができる。従って、信号光LSには、２チャンネルの情報を記録することができる。
【００４８】
情報入力システム１９は、情報記録媒体２に記録すべき情報を２チャンネルの2D画像信号に変換し、変換した2D画像信号に対応する２チャンネルの入力信号を第１のSLM１５及び第２のSLM１６にそれぞれ入力するシステムである。そのために、情報入力システム１９は、第１の入力装置２０及び第１の表示装置２１を接続した情報処理装置２２で構成される。
【００４９】
情報処理装置２２は、プログラムを実行することにより、情報取得部２３及び2Dコード化部２４として機能させたコンピュータである。尚、情報入力システム１９を構成するために回路を用いてもよい。
【００５０】
情報取得部２３は、第１の入力装置２０からの指示情報に従って、ネットワークを介して、或いは所望のストレージから情報記録媒体２に記録すべき情報を取得する機能を有する。情報記録媒体２には、動画や静止画等の画像の他、音声やテキスト文書データ等のデジタル信号として出力可能なあらゆる情報を記録することが可能である。
【００５１】
2Dコード化部２４は、第１の入力装置２０からの指示情報に従って、情報取得部２３において取得された情報を第１のSLM１５及び第２のSLM１６の各2D空間位置に対応する画素を有する2Dのコード化された２つの画像情報に変換し、変換した２つの2D画像情報に従って第１のSLM１５及び第２のSLM１６を制御する機能を有する。具体的には、2Dコード化部２４は、2D画像情報を構成する各位置の画素値に応じた電圧分布を第１のSLM１５及び第２のSLM１６に個別に印加するように構成される。
【００５２】
図４は、図１に示す2Dコード化部２４においてコード化された2D画像情報の一例を示す図である。
【００５３】
情報記録媒体２への記録対象となる情報がデジタル情報であれば、情報の種類に依らず０と１の２進数のデータ例として表現することができる。２進数で表された情報は、図４(A)に示すような白と黒の２値の複数の画素を有する2D画像情報で表すことができる。尚、情報を図４(A)に示すような２値画像に変換する具体的な方法については、特開２０１３−３７７５１号公報に記載されている。
【００５４】
図４(A)に示す２値の画像情報は、更に図４(B)に示すような多値の画素値を有するグレースケールの画像情報に変換することができる。具体的には、白黒の画像情報を構成する２値の各画素を、更に画素値が３値以上の多値の間で周期的に変化する複数の画素領域で表現することができる。図示された例では、１６×１６画素の２値画像を構成する各画素が、更に３つの画素値を有する４×４画素で表現されている。すなわち、１６×１６画素の２値画像が、４×４画素を単位として０と１とを表す６４×６４画素の多値画像に変換されている。
【００５５】
図４(B)に示すような画素値が周期的に変化する複数の画素領域を単位領域としてコード化した2D画像情報を生成し、2D画像情報の画素値に応じた電圧を第１のSLM１５に印加すれば、第１のSLM１５において単位領域ごとに振幅が変調された回折光を発生させることができる。換言すれば、第１のSLM１５において単位領域ごとに振幅が変調された回折光が生じるように、2D画像情報の各単位領域を、規則的な縞状の強度分布を有する画素値で表現することができる。
【００５６】
尚、各単位領域内における画素値の変化方向が、回折方向、つまり０次光に対して＋１次回折光及び−１次回折光が生じる方向となる。従って、単位領域内における画素値の変化方向は、第１のSLM１５において＋１次回折光及び−１次回折光を発生させる方向に決定される。単位領域内における画素値の変化方向、つまり＋１次回折光及び−１次回折光を発生させる方向は任意に決定することができるが、画素の配列方向に対して±４５度方向に傾斜させることが効率的である。
【００５７】
図４(B)に示す例では、回折光を発生させる全ての単位領域内において縞状の強度分布のパターンが同一である。従って、図４(B)に示す2D画像情報に従って第１のSLM１５を制御すると、振幅が２値で空間変調された回折光が第１のSLM１５から生じる。
【００５８】
その結果、図４(A)に示すような２値の画像情報が振幅の空間変調として記録された信号光LSを＋１次回折光として生成することが可能となる。加えて、信号光LSを再生するための参照光LRを０次回折光として生成することも可能となる。すなわち、第１のSLM１５の４×４画素等の単位となる複数の画素領域からの空間変調された反射光の干渉及び偏光子であるPBS１４によって、複素振幅が空間変調された＋１次回折光及び０次回折光を生成することができる。
【００５９】
これは、第２のSLM１６についても同様である。但し、第２のSLM１６において発生させる回折光の方向は、第１のSLM１５において発生させる回折光の方向と直交する。従って、第２のSLM１６に印加される電圧の制御に用いられる2D画像情報の単位領域内における画素値の縞状の変化方向は、第１のSLM１５に対応する変化方向と直交することとなる。つまり、第１のSLM１５及び第２のSLM１６の制御情報として生成される2D画像情報において、単位領域内で画素値が規則的に変化する方向は、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に対応する方向とされる。
【００６０】
このように、情報記録媒体２に記録すべき情報を図４(A)に示すように一旦２値画像で表現し、２値画像を信号光LSに記録するために、図４(B)に示す多値画像に対応する入力信号を第１のSLM１５及び第２のSLM１６にそれぞれ出力することができる。このような情報の2D画像へのコード化によって情報の転送レートを向上させることができる。
【００６１】
図５は、図１に示す2Dコード化部２４においてコード化された2D画像情報の別の一例を示す図である。
【００６２】
情報記録媒体２への記録対象となる情報は、２値画像に限らず、多値画像で表現することもできる。図５(A)は、情報記録媒体２への記録対象となる情報を４フレームの多値画像に変換した例を示す。各多値画像は１６×１６画素で構成され、各画素は、相対的な画素値として１．５、０．５、−０．５、−１．５の４つの値をとることができる。
【００６３】
そして、４フレームの多値画像を、p偏光成分の実部、p偏光成分の虚部、s偏光成分の実部及びs偏光成分の虚部に、振幅及び位相の空間変調、つまり複素振幅の実部と虚部の空間変調として記録することができる。この場合、＋１次回折光としての信号光LSの偏光成分に図５(A)に示す2D画像情報を記録し、かつ０次回折光として参照光LRを生成するために第１のSLM１５及び第２のSLM１６に出力すべき制御信号は、図５(B)に示すような６４×６４画素の2D多値画像に対応する信号となる。
【００６４】
このような情報のコード化を行うと、信号光LSの１つの単位領域につき４フレーム×４振幅値＝１６通りの情報を記録することができる。このため、情報の高密度化が可能である。具体的には、白黒の２値画像を信号光LSに記録する場合に比べて、記録可能な情報量を４倍にすることができる。
【００６５】
第１のSLM１５及び第２のSLM１６の位置(x, y)における入射偏光の透過率T(x, y)は、式(1)で表すことができる。
【数１】
2014211935.tif 000003
但し、式(1)において、USは信号光LSの各偏光成分の複素振幅を、URは各偏光成分に対応する|US|≦|UR|の関係を満たす参照光LRの複素振幅を、*は共役複素数を、それぞれ示す。
【００６６】
また、式(1)における信号光LSの各偏光成分の複素振幅USは、振幅AS及び位相φSを用いて式(2)で表される。
US=ASexp(iφS)= Re(US)+Im(US)  (2)
【００６７】
更に、式(1)における参照光LRの複素振幅URは、振幅AR及び定数kx, kyを用いて式(3-1)で表すことができる。尚、φRは、参照光LRの位相である。また、定数kx, kyは、それぞれ任意の整数nx, ny及び任意の正の整数Nx, Nyを用いて式(3-2)及び式(3-3)の関係が成立するように決定される。
UR=ARexp(iφR)=ARexp{i(kxx+ kyy)}   (3-1)
kx=2nxπ/Nx  (3-2)
ky=2nyπ/Ny  (3-3)
【００６８】
従って、式(1)、式(2)及び式(3)により第１のSLM１５及び第２のSLM１６に出力すべき各制御信号及び各制御信号を生成するための各2D画像情報を決定することができる。
【００６９】
すなわち、式(2)から記録対象となる情報に応じて生成すべき、実部及び虚部が空間変調された信号光LSの各偏光成分の複素振幅USを求めることができる。一方、式(3-1)、式(3-2)及び式(3-3)における振幅AR及び定数kx, kyを決定することによって参照光LR決定することができる。そして、式(1)によって、第１のSLM１５及び第２のSLM１６の各位置(x, y)に印加すべき電圧を求めることができる。
【００７０】
但し、２つの定数kx, kyの絶対値を等しくすることが望ましい。その理由は、第１のSLM１５及び第２のSLM１６におけるx軸方向及びy軸方向の画素位置が正方形の格子状となっているためである。また、参照光LRの振幅ARは、|US|≦|UR|の関係が満足されるように、信号光LSの複素振幅USの絶対値|US|の最大値以上であれば、任意の値を設定することができる。
【００７１】
式(1)、式(2)及び式(3)により第１のSLM１５及び第２のSLM１６に出力すべき制御信号を決定すると、第１のSLM１５及び第２のSLM１６には、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを複数の画素で構成される単位領域内で形成することができる。従って、第１のSLM１５及び第２のSLM１６において、それぞれ＋１次回折光及び前記−１次回折光を生成することが可能となる。換言すれば、式(1)、式(2)及び式(3)は、第１のSLM１５及び第２のSLM１６により、それぞれ＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを単位領域内で形成するための条件を表す式である。
【００７２】
このような演算によって、目的とする複素振幅USを有する信号光LSを＋１次回折光として生成するために第１のSLM１５及び第２のSLM１６に入力すべき電圧分布を求めることができる。
【００７３】
すなわち、情報記録媒体２に記録すべき情報を、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に対応する方向に画素値が規則的に変化する２次元的な複数の画素領域を単位とする画像情報に変換することができる。そして、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に対応する方向に入射する偏光の偏光状態を、画像情報の画素値に対応する変調量で空間変調することができる。更に、これによって生じる位相及び振幅が空間変調された回折光が偏光子であるPBS１４を通過することによって、複素振幅が空間変調された信号光LS及び参照光LRを生成することができる。また、信号光LSの各偏光成分には、情報を、コード化された２値の画像情報又は３値以上の多値の画像情報として記録することができる。
【００７４】
つまり、照射光生成系３では、PBS１４、第１のSLM１５、第２のSLM１６及び情報入力システム１９によって、ベクトル波のp偏光成分とs偏光成分とに独立して複素振幅の空間変調を行う空間変調系が形成される。そして、レーザ光源７、HWP８、第１のコリメータレンズ９、第１のSF１０、第２のコリメータレンズ１１、第１のミラー１２及び第２のミラー１３によって、空間変調系に入射させる入射光LINを生成する入射光生成系が形成される。
【００７５】
このような構成を有する照射光生成系３において生成された参照光LR及び信号光LSは、照射系４に出力さされる。すなわち、p偏光成分とs偏光成分を含む＋１次回折光としての信号ベクトル波、p偏光成分用の０次回折光としての参照光LR並びにs偏光成分用の０次回折光としての参照光LRがそれぞれ分離した状態で照射系４に入射する。
【００７６】
照射系４は、第４のコリメータレンズ２５及び第５のコリメータレンズ２６を対向配置して構成することができる。また、撮像系５は、単一の撮像素子で構成することができる。図示された例では、単一の光検出器(PD: photo detector)２７によって撮像系５が構成されている。
【００７７】
感光性を有する情報記録媒体２は、照射系４と撮像系５であるPD２７との間に配置される。感光性を有する情報記録媒体２のうち、偏光感受性を有さないホログラフィック記録用の情報記録媒体２としては、光重合性高分子材料などが知られている。、一方、感光性を有する情報記録媒体２のうち、偏光感受性を有する偏光ホログラフィック記録用の情報記録媒体２の材料としては、アゾベンゼン系材料、軸選択的光反応性分子添加ポリマー、光架橋性高分子液晶などが知られている。実用的な具体例として、厚さ3mm程度のPQ-PMMA(phenanthrenequinone doped polymethylmethacrylate)の膜などを、偏光感受性を有する情報記録媒体２として用いることができる。
【００７８】
特に、偏光感受性を有する情報記録媒体２は、直線偏光又は楕円偏光を照射すると、照射した偏光の偏光方位に対応する主軸をもつ複屈折又は二色性等の光学異方性が誘起されるという性質を有する。このため、偏光感受性を有する情報記録媒体２を用いれば、原理的に偏光状態が互いに同一でない信号光LSと参照光LRを重ね合わせて照射してもホログラムとして情報を記録することが可能である。つまり、偏光ホログラフィック記録の場合には、情報記録媒体２に、3D複屈折分布又は3D二色性分布等の3D光学異方性分布として情報を記録することができる。一方、偏光感受性のない情報記録媒体２を用いるホログラフィック記録の場合には、3D屈折率分布として情報が記録される。
【００７９】
このような情報記録媒体２を移動機構でスライド又は回転させることによって、情報記録媒体２の異なる位置に順次情報を記録していくことが可能である。例えば、従来の記録媒体のように円盤状のディスクとして構成された情報記録媒体２を回転させながら情報を逐次記録することができる。
【００８０】
照射系４、情報記録媒体２及び撮像系５の配置関係は、図示されるように情報記録媒体２を透過したp偏光成分とs偏光成分を含む＋１次回折光としての信号ベクトル波、p偏光成分用の０次回折光としての参照光LR並びにs偏光成分用の０次回折光としての参照光LRがPD２７において重なるように決定される。すなわち、PD２７において信号光LS及び参照光LRの合成光が結像するように、照射系４、情報記録媒体２及び撮像系５の配置が決定される。従って、照射系４に参照光LR及び信号光LSを入射させる照射光生成系３の各光学素子の配置についても、PD２７において信号光LS及び参照光LRが重なるように決定されることとなる。
【００８１】
また、情報記録媒体２には、信号光LSと参照光LRとがオーバーラップする領域が存在し、かつPD２７において信号光LS及び参照光LRが重なるように信号光LS及び参照光LRが照射されることになる。
【００８２】
情報記録媒体２を透過した信号光LS及び参照光LRが他の光学素子を経由せずにPD２７において重なるように光情報記録再生装置１の光学系を構成すると、情報記録媒体２とPD２７との間に光学素子が不要となる。換言すれば、情報記録媒体２とPD２７との間に光学素子を設けずに、光情報記録再生装置１の光学系を構成することが可能となる。
【００８３】
但し、図１に示す例に限らず、情報記録媒体２とPD２７との間に光学素子を配置し、配置された光学素子を経由した信号光LS及び参照光LRがPD２７において重なるように光情報記録再生装置１の光学系を構成してもよい。その場合には、撮像系５が、信号光LS及び参照光LRをPD２７において重ね合わせるための光学素子とPD２７等の撮像素子によって構成されることとなる。また、照射系４は、情報を再生するための参照光LRが情報記録媒体２に照射された場合に、情報記録媒体２から＋１次回折光として再生される信号光LSと情報記録媒体２を透過した情報の再生用の参照光LRとが、光学素子を経由して撮像素子において重なるように、情報の記録用に＋１次回折光として生成された信号光LS及び０次光として生成された参照光LRを情報記録媒体２に照射するように構成されることとなる。
【００８４】
情報再生系６は、第２の入力装置２８及び第２の表示装置２９を接続した情報再生部３０で構成される。情報再生部３０はプログラムを読み込ませたコンピュータで構成することができる。但し、情報再生部３０を構成するために回路を用いてもよい。
【００８５】
情報再生部３０は、情報記録媒体２に記録された情報の再生時において、PD２７において信号光LSと参照光LRの干渉縞として結像した合成光の複素振幅をPD２７からの出力信号として取得する機能、信号光LSと参照光LRの合成光の複素振幅に基づいて信号光LSの複素振幅を抽出する機能、信号光LSの複素振幅に基づいて情報の再生信号を生成する機能、再生信号を第２の表示装置２９又は他の出力装置に出力する機能を有する。
【００８６】
PD２７上の位置(x, y)における合成光の強度パターンI(x, y)は、式(4)で表される。
I(x, y)=|US'+UR'|2=AS2+AR2+2ASARcos(φS-φR+φ0)   (4)
但し、式(4)においてUS'は式(2)で表される信号光LSの各偏光成分の複素振幅USに比例して再生される信号光LSの複素振幅、UR'は式(3-1)で表される参照光LRの複素振幅URに比例し、再生時に情報記録媒体２に照射される参照光LRの既知の複素振幅、ASは再生される信号光LSの振幅、φSは再生される信号光LSの位相、ARは照射される参照光LRの振幅、φRは照射される参照光LRの位相、φ0は情報記録媒体２の種類等の情報の記録条件及び再生条件で決まる定数である。定数φ0の値は固定ではない。このため、情報の記録及び再生に位相を用いる場合には、ある画素における位相値を基準として、基準となる位相値からの相対値を用いることができる。
【００８７】
従って、式(4)により、撮像された合成光の強度パターンI(x, y)と参照光LRの複素振幅URとから信号光LSの複素振幅USを求めることができる。
【００８８】
また、情報を2D画像情報にコード化する処理と逆の処理を信号光LSの複素振幅USに対応する2D画像情報に対して実行することにより、信号光LSに記録された情報を再生することができる。再生された情報は、再生信号として第２の表示装置２９等の出力装置に出力させることができる。
【００８９】
更に別の方法として、信号光LSと参照光LRとの間に生じる空間的な位相差分布を利用して信号光LSの複素振幅USを求めることもできる。すなわち、情報の記録時に第１のSLM１５及び第２のSLM１６において、信号光LSと参照光LRとの間に空間的な位相差分布が与えられる。この情報記録時における信号光LSと参照光LRとの間における空間的な位相差分布は、再生される信号光LSと参照光LRとの間においても維持される。
【００９０】
従って、信号光LSと参照光LRの合成光の強度パターンI(x, y)は、位置ごとに異なる変調量で位相変調されていることになる。従って、位相変調量の数の式が得られ、位相変調量の数の未知数を計算することが可能となる。このため、単位領域毎の離散的フーリエ変換(DFT: discrete Fourier transform)等の計算によって、各画素位置(x, y)における信号光LSの複素振幅USを求めることが可能となる。
【００９１】
合成光の観測位置となるPD２７の位置における信号光LSの複素振幅USが求められると、ディジタルホログラフィの技術によって計算機内で信号光LSの任意の観測位置における信号光LSの複素振幅を求めることが可能となる。このため、信号光LSの波面に歪が生じた場合に、波面を補正することも可能となる。そこで、これらの計算機能を、情報再生部３０に設けることもできる。尚、参照光LRに空間的な位相差分布を与えることによって、信号光LSの複素振幅USを計算する方法の具体例が、特願２０１２−２５５０９２号の明細書に記載されている。
【００９２】
（動作および作用）
次に光情報記録再生装置１の動作および作用について説明する。
【００９３】
図６は、図１に示す光情報記録再生装置１により情報記録媒体２に情報を記録する際に第１のSLM１５において生成される参照光LR及び信号光LSを示す上面図、図７は図６に示す参照光LR及び信号光LSを第２のSLM１６の入射面に垂直な方向から見た正面図、図８は図７に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た正面図である。
【００９４】
また、図９は、図１に示す光情報記録再生装置１により情報記録媒体２に情報を記録する際に第２のSLM１６において生成される参照光LR及び信号光LSを示す上面図、図１０は図９に示す参照光LR及び信号光LSを第２のSLM１６の入射面に垂直な方向から見た正面図、図１１は図１０に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た正面図である。
【００９５】
尚、図６から図１１では、第１のSLM１５及び第２のSLM１６によってそれぞれ振幅及び位相の少なくとも一方が空間変調されるp偏光とs偏光とが別々に図示されているが、実際には同時にp偏光とs偏光とが生成される。
【００９６】
レーザ光源７からHWP８、第１のコリメータレンズ９、第１のSF１０、第２のコリメータレンズ１１、第１のミラー１２及び第２のミラー１３を経て生成された４５度直線偏光が入射光LINとしてPBS１４に入射すると、図６及び図７に示すように、PBS１４において反射したs偏光が第１のSLM１５に斜め方向に入射する。
【００９７】
情報記録媒体２に情報を記録する場合には、情報入力システム１９から記録対象となる第１の情報に対応する制御信号が第１のSLM１５に出力される。このため、第１のSLM１５における回折によって生じた０次光、＋１次回折光及び−１次回折光のp偏光成分がPBS１４を透過する。これにより、記録すべき第１の情報に対応して複素振幅が空間変調されたp偏光の０次光、＋１次回折光及び−１次回折光が生成される。p偏光の０次光、＋１次回折光及び−１次回折光は、第３のコリメータレンズ１７によって絞られて第２のSF１８に入射する。
【００９８】
第２のSF１８では、図６、図７及び図８に示すように、−１次回折光が遮断され、０次光及び＋１次回折光のみが通過する。そして、第２のSF１８を通過したp偏光の＋１次回折光が信号光LSとされ、０次光が参照光LRとされる。第１の情報が複素振幅の空間変調として記録されたp偏光で構成される信号光LSは、参照光LRとともに、第４のコリメータレンズ２５及び第５のコリメータレンズ２６で構成される照射系４によってスポット状に情報記録媒体２に照射される。
【００９９】
このとき、情報記録媒体２を透過したp偏光の参照光LR及び信号光LSが撮像系５のPD２７において合成光として結像する位置関係となるように、参照光LR及び信号光LSが情報記録媒体２に照射される。これにより、情報記録媒体２には、3D複屈折分布等の3D光学異方性分布として第１の情報が記録される。
【０１００】
一方、図９及び図１０に示すように、入射光LINがPBS１４に入射するとPBS１４を透過したp偏光が第２のSLM１６に斜め方向に入射する。
【０１０１】
情報記録媒体２に情報を記録する場合には、情報入力システム１９から記録対象となる第２の情報に対応する制御信号が第２のSLM１６に出力される。このため、第２のSLM１６における回折によって生じた０次光、＋１次回折光及び−１次回折光のs偏光成分がPBS１４で反射する。これにより、記録すべき第２の情報に対応して複素振幅が空間変調されたs偏光の０次光、＋１次回折光及び−１次回折光が生成される。s偏光の０次光、＋１次回折光及び−１次回折光は、第３のコリメータレンズ１７によって絞られて第２のSF１８に入射する。
【０１０２】
第２のSF１８では、図９、図１０及び図１１に示すように、−１次回折光が遮断され、０次光及び＋１次回折光のみが通過する。そして、第２のSF１８を通過したs偏光の＋１次回折光が信号光LSとされ、０次光が参照光LRとされる。第２の情報が複素振幅の空間変調として記録されたs偏光で構成される信号光LSは、参照光LRとともに、第４のコリメータレンズ２５及び第５のコリメータレンズ２６で構成される照射系４によってスポット状に情報記録媒体２に照射される。
【０１０３】
このとき、情報記録媒体２を透過したs偏光の参照光LR及び信号光LSが撮像系５のPD２７において合成光として結像する位置関係となるように、参照光LR及び信号光LSが情報記録媒体２に照射される。これにより、情報記録媒体２には、3D複屈折分布等の3D光学異方性分布として第２の情報が記録される。
【０１０４】
上述のように、第１の情報が空間変調として記録されたp偏光の生成及び第２の情報が空間変調として記録されたs偏光の生成は同時に行われる。また、第１の情報が記録されたp偏光の光路は、第２の情報が記録されたs偏光の光路と一致している。従って、第１の情報がp偏光成分に記録され、第２の情報がs偏光成分に記録されたベクトル波が、信号光LSとして情報記録媒体２にスポット照射される。この結果、情報記録媒体２には、第１の情報及び第２の情報が、3D光学異方性分布として同時に記録される。一方、p偏光成分用の参照光LRと、s偏光成分用の参照光LRは、それぞれ別々の光路を通って情報記録媒体２にスポット照射される。
【０１０５】
図１２は、図１に示す光情報記録再生装置１により情報記録媒体２に記録された情報を再生する際に第１のSLM１５において生成される参照光LR及び再生される信号光LSを示す上面図、図１３は図１２に示す参照光LR及び再生信号光LSを第２のSLM１６の入射面に垂直な方向から見た正面図、図１４は図１３に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た正面図である。
【０１０６】
また、図１５は、図１に示す光情報記録再生装置１により情報記録媒体２に情報に記録された情報を再生する際に第２のSLM１６において生成される参照光LR及び再生される信号光LSを示す上面図、図１６は図１５に示す参照光LR及び再生される信号光LSを第２のSLM１６の入射面に垂直な方向から見た正面図、図１７は図１６に示す第２のSF１８を光の進行方向から見た正面図である。
【０１０７】
尚、図１２から図１７では、第１のSLM１５及び第２のSLM１６によって生成される参照光LR及び再生される信号光LSが別々に図示されているが、実際には同時に参照光LR及び再生信号光LSが生成される。
【０１０８】
情報記録媒体２に記録された情報を再生する場合には、情報入力システム１９から情報に対応する制御信号が第１のSLM１５及び第２のSLM１６に出力されない。従って、第１のSLM１５及び第２のSLM１６では、情報を記録するための空間変調が実行されない。そして、第１のSLM１５及び第２のSLM１６において回折光が発生しないように第１のSLM１５及び第２のSLM１６が制御される。
【０１０９】
このため、図１２及び図１３に示すように、p偏光成分およびs偏光成分で構成される入射光LINがPBS１４に入射して反射し、s偏光が第１のSLM１５に斜め方向に入射すると、第１のSLM１５からは印加電圧に応じて偏光状態が一様に変化した０次光のみが反射する。第１のSLM１５からの０次反射光は、PBS１４を透過して参照光LR用のp偏光となる。従って、第１のSLM１５では、s偏光の偏光方位を一様に９０度回転させ、第１のSLM１５からp偏光を反射させることが好適である。
【０１１０】
但し、再生時にPBS１４に入射させる入射光LINに記録時と同じ空間分布を付与してもよい。その場合、参照光LRが非平面波として生成される。
【０１１１】
PBS１４を透過したp偏光は、図１２、図１３及び図１４に示すように、第３のコリメータレンズ１７、第２のSF１８及び照射系４を経由して参照光LRとして情報記録媒体２にスポット照射される。この結果、情報記録媒体２から撮像系５のPD２７に向かって、参照光LRの透過光とともに、＋１次回折光としてp偏光の信号光LSが発生する。すなわち、＋１次回折光としてp偏光の信号光LSが再生される。
【０１１２】
ホログラフィの性質から、再生される＋１次回折光の複素振幅は、情報記録媒体２に記録された＋１次回折光の複素振幅と同等となる。従って、再生されたp偏光の信号光LSは、PD２７において参照光LRの透過光と重なる。これにより、PD２７では、情報記録媒体２への情報の記録時と同等なp偏光の干渉縞の強度パターンが撮像される。
【０１１３】
同様に、図１５及び図１６に示すように、入射光LINがPBS１４に入射して透過し、p偏光が第２のSLM１６に斜め方向に入射すると、第２のSLM１６からは印加電圧に応じて偏光状態が一様に変化した０次光のみが反射する。第２のSLM１６からの０次反射光は、PBS１４で反射して参照光LR用のs偏光となる。従って、第２のSLM１６でも、p偏光の偏光方位を一様に９０度回転させ、第２のSLM１６からs偏光を反射させることが好適である。
【０１１４】
PBS１４で反射したs偏光は、図１５、図１６及び図１７に示すように、第３のコリメータレンズ１７、第２のSF１８及び照射系４を経由して参照光LRとして情報記録媒体２にスポット照射される。この結果、情報記録媒体２から撮像系５のPD２７に向かって、参照光LRの透過光とともに、＋１次回折光としてs偏光の信号光LSが発生する。すなわち、＋１次回折光としてs偏光の信号光LSが再生される。
【０１１５】
このため、p偏光の再生信号光と同様に、s偏光の再生信号光がPD２７において参照光LRの透過光と重なる。これにより、PD２７では、情報記録媒体２への情報の記録時と同等なs偏光の干渉縞の強度パターンが撮像される。
【０１１６】
上述のように、p偏光の信号光LSの再生及びs偏光の信号光LSの再生は、同時に行われる。また、p偏光の再生信号光、p偏光の参照光LRの透過光、s偏光の再生信号光、s偏光の参照光LRの透過光は、PD２７において重なる。従って、情報記録媒体２に3D光学異方性分布として記録された第１の情報及び第２の情報が、それぞれp偏光成分及びs偏光成分に複素振幅の空間変調として記録されたベクトル波が参照光LRと合成された状態でPD２７に入射する。
【０１１７】
そして、情報再生系６において、PD２７により撮像された合成光の強度パターンのコントラストと位相に基づいて、信号光LSの振幅及び位相を求めることができる。信号光LSは、２つの直交する偏光成分を有するため、各偏光成分の振幅と位相とから、第１の情報及び第２の情報を独立して取得することができる。そして、取得した第１の情報及び第２の情報は、第２の表示装置２９等の出力装置に出力させることができる。
【０１１８】
尚、再生時にPBS１４に入射させた入射光LINの偏光方位に空間分布が付与された場合には、PD２７により撮像された合成光の強度パターンを、記録時に入射させた入射光LINの偏光方位の空間分布で除算すればよい。
【０１１９】
図１８は、図３に示す構造を有する第２のSF１８を用いた場合において、情報記録媒体２に記録された情報を再生する際に光の進行方向から見た第２のSF１８の正面図である。
【０１２０】
図３に示すように４つの矩形穴を有する第２のSF１８を用いて情報が記録された場合には、図１８に示すように別々に生成された参照光LR用のp偏光及びs偏光のみが第２のSF１８を通過することによって情報が再生される。その他については、３つの矩形孔を有する第２のSF１８を用いて情報を再生する場合と同様である。
【０１２１】
つまり以上のような光情報記録再生装置１は、情報の記録時には＋１次回折光として生成した信号光LSを、０次回折光として生成した参照光LRとともに情報記録媒体２に照射する一方、情報の再生時には、＋１次回折光として再生される信号光LSを０次回折光として照射した参照光LRと完全に重ねて撮像素子で撮像するようにしたものである。
【０１２２】
尚、上述した例では、主として信号光LSの光路が、第２のSF１８を含む光学素子の中心となるように光情報記録再生装置１の光学系を構成する場合について説明したが、信号光LSの光路が光学素子の中心軸に対して傾斜するように光学系を構成してもよい。すなわち、PBS１４に入射する入射光LINの向き、第１のSLM１５及び第２のSLM１６に形成する縞状のパターンの傾斜並びに信号光LSの光路の向きは、＋１次回折光として生成される信号光LSと０次回折光として生成された参照光LRとが、互いに重なった状態でPD２７に入射する条件となるように変えることができる。
【０１２３】
（効果）
上述のような光情報記録再生装置１によれば、構成を非常に簡易にすることができる。従って、実用化に向けた装置の小型化が可能となる。
【０１２４】
従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録では、信号光が参照光と重ならないように情報記録媒体と撮像素子との間に光学素子を配置することが必要である。つまり、従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録では、撮像素子において信号光を結像するための結像光学系が必要である。
【０１２５】
これに対して、光情報記録再生装置１によれば、単一の撮像素子を用いて再生信号光LSのベクトル波に含まれる情報を再生することができる。すなわち、情報記録媒体２と撮像素子との間に光学素子を配置しなくても、情報記録媒体２の微小領域に記録された情報を拡大して再生することが可能となる。
【０１２６】
また、光情報記録再生装置１によれば、参照光LR及び信号光LSを、共通の光学素子を用いて生成することができる。従って、参照光LRを生成するための光学系及び参照光LRの光路を特別に設ける必要がない。
【０１２７】
更に、光情報記録再生装置１によれば、撮像素子で撮像された合成光の強度パターンから、変調された２つの偏光成分の複素振幅を同時に求めることができる。すなわち、ベクトル波である再生信号光LSの複素振幅を取得することができる。従って、信号光LSの波面に歪みが生じた場合であっても、ディジタルホログラフィの技術によって計算機内で信号光LSの波面を補正することが可能となる。この結果、結像されていない像が撮影された場合であっても、計算機上で結像させることができる。
【０１２８】
一方、従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録装置では、撮像素子で撮像される画像に歪みが生じないように光学系を調整することが必要である。これに対して、光情報記録再生装置１では、撮像素子で撮像される画像の歪みを低減させるための光学系が不要である。
【０１２９】
このように、光情報記録再生装置１では、従来必要であった様々な光学系を不要にすることができる。
【０１３０】
加えて、光情報記録再生装置１によれば、再生すべき信号に対する感度を向上させることができる。従来のように、信号光のみを撮影する場合には、信号光の振幅の２乗に強度が比例する信号が取得される。これに対して、信号光LSを参照光LRと重ね合わせて撮影すると、信号光LSの振幅に参照光LRの振幅及び２を乗じた値に比例する振幅を有する信号が取得される。従って、再生すべき信号に対する感度を向上させることができる。
【０１３１】
その結果、必要な再生信号光LSの強度を低減させることができる。従って、情報を記録するために情報記録媒体２に照射すべき信号光LSのエネルギも低減させることができる。
【０１３２】
具体例として、信号光の振幅の最大値が65535である場合において振幅が１の信号光のみを検出する場合には、振幅の２乗も１であるから撮像素子のノイズレベルとなる。従って、振幅１の信号光を検出することは困難である。
【０１３３】
これに対して、振幅255の参照光LRと振幅１の信号光LSを合成して撮影すると、参照光LRの振幅255と２を乗じた信号光LSの振幅は510となる。従って、振幅１の信号光LSを検出することが可能となる。つまり、光情報記録再生装置１では、同一の感度を有する撮像素子を用いた場合に、従来よりも振幅が小さい信号光LSを再生することができる。
【０１３４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態における光情報記録再生装置では、空間変調系に用いられる２つのSLMを、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子にそれぞれ置換した点が第１の実施形態における光情報記録再生装置１と相違する。第２の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１の実施形態における光情報記録再生装置１と実質的に同等である。
【０１３５】
このため、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子のみ図示し、第１の実施形態における光情報記録再生装置１と同様な内容については説明を省略する。以下、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子を可変回折格子アレイと称する。
【０１３６】
図１９は本発明の第２の実施形態に係る光情報記録再生装置の空間変調系に用いられる可変回折格子アレイの構造を示す正面図、図２０は図１９に示す可変回折格子アレイの断面図、図２１は図２０に示す第１の配向膜の斜視図である。
【０１３７】
可変回折格子アレイ(VGA: variable grating array)３１は、平板状の第１の電極３２上に、基板を形成する第１の配向膜３３、液晶層３４、第２の配向膜３５及び画素に対応して２次元的に配列された複数の第２の電極３６を積層して構成される。従って、複数の第２の電極３６にそれぞれ所望の電圧を独立して負荷することによって偏光成分の振幅の空間変調を画素ごとに行うことができる。
【０１３８】
但し、基板を形成する第１の配向膜３３が、第２の電極３６の配列方向に対して斜め方向に周期的に凹凸を繰返す波型の形状を有する。一方、第２の配向膜３５は、凹凸のない平坦な形状とされる。従って、第１の配向膜３３と第２の配向膜３５との間に形成される液晶層３４の形状は、第１の配向膜３３の形状にフィットする形状となる。
【０１３９】
すなわち、液晶層３４の第１の配向膜３３側における形状も、第２の電極３６の配列方向に対して斜め方向に周期的に凹凸を繰返す波型の形状を有する。従って、複数の第２の電極３６がx軸方向及びy軸方向の２方向に配列されている場合には、x軸方向及びy軸方向の２つの配列方向に液晶層３４の厚さが周期的に変化することとなる。図示された例では、基板及び液晶層３４の凹凸がサインカーブとなっている。
【０１４０】
このように、第１の電極３２と、画素数に対応する数の第２の電極３６とによって、滑らかな凹凸が周期的に変化する液晶層３４を挟持した構造を有するVGA３１では、１画素内において透過率が連続的に変化する。従って、透過率が変化する方向に、画素ごとに回折光を発生させることができる。つまり、１つの第２の電極３６に単一の電圧を印加するのみで、縞状の明暗のパターンを作り出すことができる。これは、１つの画素内において画素値が連続的に変化する2D画像情報でSLMを制御することに相当する。
【０１４１】
つまり、境界が明瞭とはならないが、図４(B)に示すような複数の画素領域で構成される単位領域と等価な単一の画素を用いた2D画像情報へのコード化によって情報を記録することが可能となる。換言すれば、１つの第２の電極３６を制御することによって実質的に複数の画素領域と等価な多値の単位領域を作り出すことができる。このため、１６×１６個の第２の電極３６を用いて図４(A)に示すような１６×１６画素の2D画像データを信号光に記録することが可能となる。
【０１４２】
図２２は、図１９に示すVGA３１の変形例を示す図である。
【０１４３】
図２２に示すように、液晶層３４の凹凸形状は様々な形状とすることができる。図２２に示すVGA３１では、液晶層３４の厚さが直線的に変化している。つまり、液晶層３４が平面で囲まれた領域となっている。
【０１４４】
もちろん、第２の配向膜３５側に凹凸を設けるようにしてもよい。但し、VGA３１において反射する０次光及び＋１次回折光にエネルギを集中させる観点から、図２０及び図２１に示すように、液晶層３４の厚さの変化がサインカーブに沿って変化するように液晶層３４の形状を決定することが好適である。
【０１４５】
以上のようにVGA３１は、２次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、かつ各可変回折格子の透過率が複数の可変回折格子の配列方向に対して傾斜する方向に変化する光学素子である。具体的には、VGA３１は、第１の電極３２と複数の第２の電極３６との間に配置される液晶層３４の厚さを、第２の電極３６の配列方向に対して傾斜する方向に、複数の第２の電極３６の各幅に応じた周期で周期的に変化させた光学素子である。
【０１４６】
このため、VGA３１によれば、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを第２の電極３６に対応する単位領域内で形成することができる。
【０１４７】
そして、第２の実施形態は、VGA３１による入射偏光の空間変調によって信号光及び参照光を生成するようにしたものである。
【０１４８】
このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における効果と同等な効果に加え、空間変調系において画素数に対応して必要となる電極の数を低減させることができる。すなわち、信号光に対して振幅の空間変調を行う場合において、図４(B)に示すような複数の画素で構成される単位領域を１つの画素として扱うことが可能となる。
【０１４９】
尚、VGA３１では、各画素位置において生成される縞状のパターンの位置をシフトさせることができない。但し、VGA３１の位置を機械的にシフトさせれば、入射する偏光の位相を変調することも可能である。また、液晶可変回折格子を配列してVGA３１を構成する例を示したが、他の可変回折格子を配列することによってVGA３１を構成することもできる。
【０１５０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態における光情報記録再生装置では、第２の実施形態において例示したVGA３１を２つ用いて、単一の偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第１及び第２の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第３の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１及び第２の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第１及び第２の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
【０１５１】
図２３は本発明の第３の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。
【０１５２】
図２３に示すように、空間変調系４０を、第１のVGA４１、第２のVGA４２、第１の1/4波長板(QWP: quarter-wave plate)４３、第２のQWP４４及びPBS４５を図示されるように配置して構成することができる。２つのVGA、すなわち第１のVGA４１及び第２のVGA４２の凹凸の周期に相当する透過率の変化を互いに1/4周期シフトさせると、単一の偏光成分の振幅に加えて位相も空間変調することが可能となる。これは、sinカーブとcosカーブとを加算すると、三角関数の加法定理によって全ての位相を表現できるためである。
【０１５３】
図２３に示す空間変調系４０のPBS４５に傾斜させて入射光LINを入射させると、第１のVGA４１及び第２のVGA４２によって位相及び振幅が空間変調されたp偏光の＋１次回折光を信号光として生成することができる。また、０次回折光として、p編光に対応する参照光を生成することができる。
【０１５４】
尚、第１の1/4QWP４３は、PBS４５及び第１のVGA４１において反射した反射光を、PBS４５を透過させるために設けられている。同様に、第２のQWP４４は、PBS４５を透過し、第２のVGA４２において反射した反射光を、PBS４５で反射させるために設けられている。
【０１５５】
このような第３の実施形態によれば、第２の実施形態における効果と同等な効果に加え、２つのVGAを組合わせることによって信号光の位相を空間変調することが可能となる。
【０１５６】
（第４の実施形態）
第４の実施形態における光情報記録再生装置では、第３の実施形態において例示した２つのVGAで構成される空間変調系４０を更に２組用いることによって、２つの偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第１、第２及び第３の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第４の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１、第２及び第３の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第１、第２及び第３の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
【０１５７】
図２４は本発明の第４の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。
【０１５８】
図２４に示すように、空間変調系５０を、第１のVGA５１、第２のVGA５２、第３のVGA５３、第４のVGA５４、第１のPBS５５、第２のPBS５６、第３のPBS５７、第１のQWP５８、第２のQWP５９を図示されるように配置して構成することができる。空間変調系５０は、図１に示す第１のSLM１５を、第１のVGA５１及び第２のVGA５２を含む光学系で構成し、第２のSLM１６を、第３のVGA５３及び第４のVGA５４を含む光学系で構成したものに相当する。つまり、空間変調系５０は、p偏光成分の位相変調用、p偏光成分の振幅変調用、s偏光成分の位相変調用及びs偏光成分の振幅変調用の４つのVGAを用いて構成されている。
【０１５９】
従って、４つのVGAを用いてp偏光成分及びs偏光成分の振幅及び位相の空間変調を行うことができる。例えば、１６×１６画素の４つのVGAを用いれば、図５に示すような４フレームの2D多値画像情報を信号光に記録することができる。
【０１６０】
図２５は図２４に示す空間変調系５０の変形例を示す構成図である。
【０１６１】
図２５に示すように、空間変調系５０は様々な光学素子の組合せ及び配置によって構成することができる。
【０１６２】
以上のような第４の実施形態は、VGAを少なくとも４つ備えた空間変調系５０によって、互いに直交する２つの偏光成分の各実部と各虚部を利用して４フレームの画像情報が記録された信号光を生成するようにしたものである。このため、第１及び第２の実施形態と同様に、２チャンネルで情報の記録及び情報の再生を行うことが可能となる。
【０１６３】
（第５の実施形態）
第５の実施形態における光情報記録再生装置では、複数の音響光学(AO: acousto-optic)素子を配列したAO素子アレイを用いて単一の偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第１から第４の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第５の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１から第４の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第１から第４の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
【０１６４】
図２６は本発明の第５の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。
【０１６５】
図２６に示すように、空間変調系６０を、x軸方向及びy軸方向に2D的にAO素子を配列したAO素子アレイ６１を用いて構成することができる。例えば、６４×６４の複数のAO素子を配列すれば、図４(B)のような６４×６４画素の２値画像或いは図５(B)のいずれかに示すような６４×６４画素の多値画像を単一の偏光成分に記録することができる。
【０１６６】
具体的には、各AO素子に印加される電圧の独立した制御によって偏光成分の振幅を空間変調することができる。また、複数のAO素子が配列される面に平行な方向に各AO素子を独立して機械的にシフトさせることによって、偏光成分の位相を空間変調することができる。AO素子の機械的な移動は、例えばピエゾ素子に電圧を印加することによって行うことができる。
【０１６７】
従って、p偏光成分用とs偏光成分用の２つの空間変調系６０を光情報記録再生装置に設ければ、p偏光成分及びs偏光成分を利用して２チャンネルの情報を信号光に記録することが可能となる、
【０１６８】
以上のような第５の実施形態は、複数の画素に対応して２次元的に配列された複数のAO素子を用いて情報を信号光の偏光成分に記録するようにしたものである。このため、第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、AO素子の応答は、SLMの応答に比べて速いため、信号光への情報の記録をより高速に行うことができる。
【０１６９】
（第６の実施形態）
第６の実施形態における光情報記録再生装置では、SLMに斜方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって単一の偏光成分の位相のみを空間変調するように空間変調系を構成した点が第１から第５の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第６の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１から第５の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第１から第５の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
【０１７０】
図２７は本発明の第６の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。
【０１７１】
図２７に示すように、空間変調系７０を、例えば４５度直線偏光として入射する入射光LINに対して傾斜させて配置されたSLM７１によって構成することができる。SLM７１において液晶を紙面に平行な０度方向に配向すれば、４５度直線偏光のうちの０度直線偏光成分のみの位相を空間変調することができる。
【０１７２】
従って、紙面に垂直な９０度方向の振幅を有する０次光の偏光を参照光LRとして生成することができる。同時に、紙面に平行な０度方向の振幅を有し、かつSLM７１によって位相が空間変調された＋１次回折光の偏光を信号光LSとして生成することができる。従って、単一の偏光成分を利用して１チャンネルの情報を信号光LSに記録することができる。
【０１７３】
この場合、参照光LRの偏光方位と信号光LSの偏光方位は互いに直交する。従って、図示されるように、PD２７の前段に偏光子７２が配置される。すなわち、撮像系５が偏光子７２と撮像素子としてのPD２７によって構成される。
【０１７４】
一方、SLM７１の液晶を紙面に垂直な９０度方向に配向すれば、紙面に平行な０度方向の振幅を有する０次光の偏光を参照光LRとして生成することができる。同時に、紙面に垂直な９０度方向の振幅を有し、かつSLM７１によって位相が空間変調された＋１次回折光の偏光を信号光LSとして生成することができる。従って、偏光方位が直交する２つの偏光成分用に２つの空間変調系７０を光情報記録再生装置に設ければ、２つの偏光成分を利用して２チャンネルの情報を信号光LSに記録することが可能となる。
【０１７５】
以上のような第６の実施形態は、SLM７１に斜め方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって、参照光LR及び位相の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光LSを生成するようにしたものである。このため、第６の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１７６】
また、第６の実施形態では、SLM７１に入射する入射光LINが一様でなく、ビームアレイとなっている。その結果、原理的に、＋１次回折光及び−１次回折光の発生方向に形成される縞状の光のパターンの強度変化が整数周期とならなくても、ノイズを十分に低減することができる。従って、単位領域内において整数周期又は整数周期でない周期で強度が変化する縞状の光のパターンをSLM７１に形成することによって、参照光LR及び再生可能な信号光LSを生成することができる。
【０１７７】
（第７の実施形態）
第７の実施形態における光情報記録再生装置では、複数の可変位相子 (VR: variable retarder)を配列して構成されるVRアレイ用いて、p偏光成分とs偏光成分の振幅比及び位相差の少なくとも一方を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第１から第６の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。
【０１７８】
また、第７の実施形態における光情報記録再生装置では、第６の実施形態と同様に、直交した偏光成分を信号光及び参照光としている。但し、第７の実施形態における光情報記録再生装置では、信号光及び参照光を分離するために、複数のウォラストンプリズム(WP: Wollaston prism)を配列して構成されるWRアレイが用いられる。
【０１７９】
第７の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第１から第６の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第１から第６の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
【０１８０】
図２８は本発明の第７の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。
【０１８１】
図２８に示すように、空間変調系８０を、x軸方向及びy軸方向に2D的にVRを配列して構成される第１及び第２の２つのVRアレイ８１、８２と、x軸方向及びy軸方向に2D的にWPを配列して構成される１つのWPアレイ８３とを用いて構成することができる。VRは電気光学素子又は液晶素子で構成される。
【０１８２】
第１のVRアレイ８１は、空間変調系８０への入射光LINに含まれるp偏光成分とs偏光成分の振幅比の変調を行うための光学素子である。一方、第２のVRアレイ８２は、第１のVRアレイ８１を透過した偏光に含まれるp偏光成分とs偏光成分の位相差の変調を行うための光学素子である。具体的には、第１及び第２のVRアレイ８１、８２を構成する各VRに印加される電圧の独立した制御によって、p偏光成分とs偏光成分の振幅比及び位相差の一方又は双方を空間変調することができる。従って、振幅比及び位相差の双方を変調する場合には、第１のVRアレイ８１と第２のVRアレイ８２のペアを用いて空間変調系８０が構成される。
【０１８３】
例えば、６４×６４のVRを配列した第１及び第２のVRアレイ８１、８２を空間変調系８０に設ければ、図４(B)に示すような６４×６４画素の画像データ或いは図５(B)に示すような６４×６４画素の多値画像データのいずれかを単一の偏光成分に記録することができる。
【０１８４】
第１及び第２のVRアレイ８１、８２において情報が記録された偏光は、WPアレイ８３に入射する。WPアレイ８３を構成する各WPは、方解石や水晶等で構成される２つのプリズムを、互いの結晶軸が直交するように組み合わせた複屈折性を有する光学素子である。WPを用いると、入射光をある開き角を成す直交する２つの偏光成分に分離することができる。従って、WPアレイ８３に入射した偏光は、信号光LS及び参照光LRに分離される。
【０１８５】
そして、WPアレイ８３から出射する信号光LS及び参照光LRは、コリメータレンズ８４によって絞られてSF８５に入射する。そして、SF８５を通過した信号光LS及び参照光LRが照射光生成系の出力光とされる。
【０１８６】
以上のような第７の実施形態は、複数の画素に対応して２次元的に配列された複数のVRを用いて、信号光となる偏光成分に情報を記録するようにしたものである。加えて、２つの偏光成分として直交する信号光LS及び参照光LRを、プリズムによって常光線(ordinary ray：O光線)及び異常光線（extraordinary ray：E光線）として分離するようにしたものである。
【０１８７】
つまり、第７の実施形態では、信号光LSが＋１次回折光としてではなく、複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成される。一方、参照光LRが０次光としてではなく、プリズムによって分けられた別の光として生成される。従って、情報の再生時には、プリズムによって分けられた光に対応する光として生じる再生信号光と、プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる参照光とが重ね合わさった状態で撮像される。
【０１８８】
このため、第７の実施形態においても、他の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、電気光学素子の応答は、SLMの応答に比べて速いため、信号光への情報の記録をより高速に行うことができる。
【０１８９】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【０１９０】
例えば、上述した第１、第２及び第４の実施形態では、ベクトル波としての信号光のp偏光成分及びs偏光成分の２つの偏光成分に第１の情報及び第２の情報を記録する例について述べたが、p偏光成分及びs偏光成分以外の２つの偏光成分に第１の情報及び第２の情報を記録するようにしてもよい。例えば、信号光の光路上にQWPを配置すれば、右回り円偏光及び左回り円偏光の２つの偏光成分に第１の情報及び第２の情報を記録することができる。このように、任意の光学素子を信号光の光路上に配置することによって、右回り楕円偏光及び左回り楕円偏光の２つの偏光成分に第１の情報及び第２の情報を記録することができる。
【０１９１】
つまり、少なくとも２つのSLM又は必要な数の可変回折格子アレイを用いて互いに直交する任意の２つの偏光成分にそれぞれ情報が記録された信号光を生成することができる。また、位相及び振幅の空間変調によって偏光成分の実部と虚部にそれぞれ情報が記録された信号光を生成することもできる。
【０１９２】
換言すれば、信号光の光路上に光学素子を配置することによって、第１の情報が記録されるp偏光成分及び第２の情報が記録されるs偏光成分を、それぞれ他の偏光成分に変えることができる。或いは、第１の情報が記録された偏光成分及び第２の情報が記録された偏光成分を、p偏光成分及びs偏光成分以外の２つの偏光成分として空間変調系において生成することができる。その場合においても、p偏光成分及びs偏光成分に情報を記録する場合と同様な方法で、情報記録媒体２への情報の記録及び情報記録媒体２に記録された情報の再生を行うことができる。
【０１９３】
また、単一の偏光成分に情報を記録する第３、第５及び第６の実施形態においても、所望の光学素子の配置によって、p偏光やs偏光等の直線偏光、右回り円偏光や左回り円偏光等の円偏光、右回り楕円偏光や左回り楕円偏光等の楕円偏光に情報を記録することができる。
【０１９４】
尚、第２の実施形態に示されたVGA３１は、p偏光又はs偏光を入射させる場合の例である。このため、各可変回折格子において透過率が変化する方向が、可変回折格子の配列方向に対して４５傾斜している。但し、VGA３１に円偏光や楕円偏光を入射させる場合には、各可変回折格子の透過率が変化する方向を任意の方向に決定することができる。つまり、入射させる偏光に応じて複数の可変回折格子の透過率が特定の方向に変化する光学素子としてVGA３１を構成することができる。また、透過率が変化する方向は、図１９に示す例であれば、液晶の傾斜方向によって決定することができる。
【符号の説明】
【０１９５】
１...光情報記録再生装置、２...情報記録媒体、３...照射光生成系、４...照射系、５...撮像系、６...情報再生系、７...レーザ光源、８...1/2波長板(HWP)、９...第１のコリメータレンズ、１０...第１の空間フィルタ(SF)、１１...第２のコリメータレンズ、１２...第１のミラー、１３...第２のミラー、１４...偏光ビームスプリッタ(PBS)、１５...第１の空間光変調器(SLM)、１６...第２のSLM、１７...第３のコリメータレンズ、１８...第２のSF、１９...情報入力システム、２０...第１の入力装置、２１...第１の表示装置、２２...情報処理装置、２３...情報取得部、２４...2Dコード化部、２５...第４のコリメータレンズ、２６...第５のコリメータレンズ、２７...光検出器(PD)、２８...第２の入力装置、２９...第２の表示装置、３０...情報再生部、３１...可変回折格子アレイ(VGA)、３２...第１の電極、３３...第１の配向膜、３４...液晶層、３５...第２の配向膜、３６...第２の電極、４０...空間変調系、４１...第１のVGA、４２...第２のVGA、４３...第１の1/4波長板(QWP)、４４...第２のQWP、４５...PBS、５０...空間変調系、５１...第１のVGA、５２...第２のVGA、５３...第３のVGA、５４...第４のVGA、５５...第１のPBS、５６...第２のPBS、５７...第３のPBS、５８...第１のQWP、５９...第２のQWP、６０...空間変調系、６１...音響光学(AO)素子アレイ、７０...空間変調系、７１...SLM、７２...偏光子、８０...空間変調系、８１...第１の可変位相子(VR)アレイ、８２...第２のVRアレイ、８３...ウォラストンプリズム(WP)アレイ、８４...コリメータレンズ、８５...SF、LS...信号光、LR...参照光、LIN...入射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図５】
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