(57)【要約】【課題】高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる空間光変調器、ホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供する。【解決手段】ホログラム記録装置において、空間光変調器１６は、液晶パネルで構成される空間光変調部１７と、レンズアレイ１８とを有しており、明暗パターンを表す信号光が空間光変調部１７からレンズアレイ１８に入射されると、明暗パターンに含まれる「明」部分が集光され、面積を狭められて離散的になる。このような信号光がフーリエ変換レンズ２０によりフーリエ変換されて光記録媒体２４にホログラムとして記録されることにより、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる。【選択図】図１
2008210435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、
前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、
を備えることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の空間光変調器であって、
前記複数の集光光学系の各集光位置に、当該集光光学系により集光される光の径よりも開口の狭い絞光窓を含む個別絞光部を更に備える、
ことを特徴とする空間光変調器。
【請求項３】
空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、
前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、
前記複数の変調要素のそれぞれに対して前記入射される光の強度変調を指示し、デジタルデータに基づく明暗パターンを表す信号光を前記複数の変調要素から出射させるパターン指示部と、
前記個別集光部を通過した前記信号光をフーリエ変換し、参照光とともに光記録媒体に照射される前記信号光のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換光学系と、
を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項４】
空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、
前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、
を備える空間変調器を用い、
前記複数の変調要素のそれぞれに対して前記入射される光の強度変調を指示して、デジタルデータに基づく明暗パターンを表す信号光を前記複数の変調要素から出射させ、
前記個別集光部を通過した前記信号光をフーリエ変換させ、前記信号光のフーリエ変換像を参照光とともに光記録媒体に照射して、前記光記録媒体にホログラムを記録する、
ことを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調器、ホログラム記録装置およびホログラム記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録再生方法は、例えば液晶パネルで構成される空間光変調器により、二値のデジタルデータ「１，０」を例えば「明，暗」としてデジタル画像化した信号光を生成し、この信号光をホログラムとして記録再生することにより、デジタルデータの記録再生を行うものである。この場合、信号光はレンズによりフーリエ変換されて、フーリエ変換像が光記録媒体に照射される。
【特許文献１】特開２００６−１０７６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、信号光のフーリエ変換像は、０次にピーク強度の大きい直流成分を有することから、この直流成分によってホログラムが光記録媒体に不均一に記録されてしまい、Ｓ／Ｎ比（シグナル−ノイズ比）が低下してしまうという問題と、記録密度を向上できないという問題とがある。
【０００４】
上記特許文献１には、信号光を位相変調することにより、フーリエ変換面における直流成分のピーク強度を抑制して光記録媒体の高記録密度を図るホログラフィック記録再生装置が開示されている。しかしながら、信号光を位相変調させるとノイズを含むこととなり、Ｓ／Ｎ比が低下してしまうという問題を解決することができない。
【０００５】
本発明は、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる空間光変調器、ホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の空間光変調器は、空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の空間光変調器は、請求項１に記載の空間光変調器において、前記複数の集光光学系の各集光位置に、当該集光光学系により集光される光の径よりも開口の狭い絞光窓を含む個別絞光部を更に備える、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載のホログラム記録装置は、空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、前記複数の変調要素のそれぞれに対して前記入射される光の強度変調を指示し、デジタルデータに基づく明暗パターンを表す信号光を前記複数の変調要素から出射させるパターン指示部と、前記個別集光部を通過した前記信号光をフーリエ変換し、参照光とともに光記録媒体に照射される前記信号光のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換光学系と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載のホログラム記録方法は、空間的に広がって配置された複数の変調要素を含み、当該複数の変調要素が、入射される光をそれぞれ個別に強度変調して出射する空間光変調部と、前記複数の変調要素に対して出射側の各位置に複数の集光光学系を含み、当該複数の集光光学系が、前記複数の変調要素から出射されたそれぞれの光を、前記複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光する個別集光部と、を備える空間変調器を用い、前記複数の変調要素のそれぞれに対して前記入射される光の強度変調を指示して、デジタルデータに基づく明暗パターンを表す信号光を前記複数の変調要素から出射させ、前記個別集光部を通過した前記信号光をフーリエ変換させ、前記信号光のフーリエ変換像を参照光とともに光記録媒体に照射して、前記光記録媒体にホログラムを記録する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、複数の変調要素から出射されるそれぞれの光が、複数の変調要素の配置位置に対応する集光面上の各位置に向けて個別に集光されることから、光量を維持しつつ、集光面上に集光されるそれぞれの光の輝点を離散的にすることができる。また、このように個別に集光された光のフーリエ変換像では、個別に集光されていない光のフーリエ変換像と比して、直流成分のピーク強度に対する交流成分のピーク強度を高めることができるとともに、交流成分を高周波側（すなわち直流成分から離れる側）に位置させることができるので、ホログラム記録装置および方法に適用した場合、信号光のフーリエ変換像を均一化して光記録媒体にホログラムを記録することができ、その結果、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、個別集光部により個別に集光されるそれぞれの光の輝点をより微小化することができるとともに、その形状を成形することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、複数の変調要素から出射される信号光が表す明暗パターンの「明」部分が、個別集光部によって光量が維持されつつ離散的とされる。そのため、個別集光部を通過した信号光のフーリエ変換像では、個別集光部を通過していない光のフーリエ変換像と比して、直流成分のピーク強度に対する交流成分（データ成分）のピーク強度を高めることができるとともに、交流成分を高周波側（すなわち直流成分から離れる側）に位置させることができるので、信号光のフーリエ変換像を均一化して光記録媒体にホログラムを記録することができ、その結果、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、複数の変調要素から出射される信号光が表す明暗パターンの「明」部分が、個別集光部によって光量が維持されつつ離散的とされる。そのため、個別集光部を通過した信号光のフーリエ変換像では、個別集光部を通過していない光のフーリエ変換像と比して、直流成分のピーク強度に対する交流成分（データ成分）のピーク強度を高めることができるとともに、交流成分を高周波側（すなわち直流成分から離れる側）に位置させることができるので、信号光のフーリエ変換像を均一化して光記録媒体にホログラムを記録することができ、その結果、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に、本発明に係るホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例を示す。図１において、信号光をホログラムとして記録する際には、光源１０からのコヒーレント光をレンズ１２，１４によって口径の広い平行光にして、空間光変調器１６に入射させる。
【００１６】
空間光変調器１６は、例えば液晶パネルにより構成される空間光変調部１７と、この空間光変調部１７の出射側（光記録媒体２４の側）に位置するレンズアレイ（個別集光部）１８とを有する。空間光変調部１７は、パターン指示器１９からの指示によって、二値のデジタルデータを「明，暗」で表す明暗パターン（明暗画像）を中央領域に表示する。これによって、空間光変調部１７の中央領域を通過した光は、明暗パターンの各画素（各変調要素）の明暗に応じて強度変調されて信号光Ｓとなる。なお、空間光変調器１６の詳細については後述する。空間光変調器１６により生成された信号光Ｓは、フーリエ変換レンズ２０によってフーリエ変換され、光記録媒体２４に照射される。
【００１７】
また、参照光Ｒは、信号光Ｓと光軸を共通にして、例えば信号光の外周部分から光記録媒体２４に照射される。この参照光Ｒは、光源１０からのコヒーレント光をレンズ１２，１４によって平行光にして、空間光変調器１６の外周領域を透過させて得られる。空間光変調器１６の外周領域を透過した参照光Ｒは、信号光Ｓと同様にフーリエ変換レンズ２０によってフーリエ変換され、光記録媒体２４に照射される。
【００１８】
以上の工程により、光記録媒体２４中でフーリエ変換後の信号光Ｓと参照光Ｒとが干渉して、光記録媒体２４に信号光Ｓがホログラムとして記録される。
【００１９】
図２に、空間光変調部１７の表示パターンを示す。図２において、中央領域Ａには、信号光を生成するための明暗パターンが表示され、外周領域Ｂには参照光が透過する。ここで、中央領域Ａに表示される明暗パターンは、パターン指示器１９において、入力された二値のデジタルデータが符号化されることで生成される。
【００２０】
なお、図１の例は、参照光Ｒと信号光Ｓとが同軸光学系により光記録媒体２４に照射される、いわゆるコリニア方式であるが、光源１０からのコヒーレント光を図示しないビームスプリッタおよび適宜な反射鏡により信号光Ｓとは別の光路を通過する参照光Ｒ’として光記録媒体２４に照射する二光波方式としてもよい。
【００２１】
また、図１において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、光源１０からのコヒーレント光を、空間光変調器１６により参照光Ｒのみとし、フーリエ変換レンズ２０によってフーリエ変換し、光記録媒体２４に照射する。この場合、空間光変調器１６において、信号光Ｓが生成される中央領域を遮断し、参照光Ｒのみが外周領域を透過するように制御する。これにより発生するホログラムからの回折光を、逆フーリエ変換レンズ２６で平行光とし、光検出器２８により受光する。回折光を受光した光検出器２８の出力信号は、コンピュータ等の演算処理により実現される情報取得部３２に入力され、ホログラムに含まれていたデータが取得される。なお、再生時も同様に、記録方式に応じて二光波方式を採用することも可能である。
【００２２】
図３に、空間光変調器１６の構成例を示す。同図は、空間光変調器１６に含まれる空間光変調部１７およびレンズアレイ１８を、光が透過する方向に対して横から見た図を表す。
【００２３】
空間光変調部１７は、光源１０から入射される光の方向に対して空間的に広がって二次元的に配列された複数の画素（変調要素）４１を含む。これら複数の画素４１は、それぞれ矩形状を有し、格子状に配列している。各画素４１は、パターン指示器１９からの指示に応じて、入射される光を個別に強度変調する。各画素４１は、例えば、「明，暗」の何れかの指示を受けて、「明」の指示を受けた場合には、入射された光を強度変調せずに透過させ（出射させ）、「暗」の指示を受けた場合には、入射された光を強度変調して透過させないようにする（遮光する）ことで、「明，暗」を表すことができる。このような複数の画素４１が、入射される光を各画素４１の配置位置に応じて個別に強度変調することで、空間光変調部１７から出射される光は、全体として明暗パターンを表すことになる。
【００２４】
ここで、パターン指示器１９は、入力された二値のデジタルデータを符号化して、デジタルデータを二次元的に配列された各明暗要素の「明，暗」で表す明暗パターンを生成する。そして、この明暗パターンを構成する各明暗要素の「明，暗」に対応させて、空間光変調部１７の中央領域Ａに含まれる各画素４１の「明，暗」を指示することで、空間光変調部１７の中央領域Ａにデジタルデータに基づく明暗パターンを表示させる。これにより、空間光変調部１７の中央領域Ａから、デジタルデータに基づく明暗パターンを表す信号光が出射される。
【００２５】
レンズアレイ１８は、空間光変調部１７の出射側に設けられており、空間光変調部１７の各画素４１に対応して二次元的に配列された複数のレンズ（集光光学系）４３を含む。各レンズ４３は、各画素４１の出射側の位置に、各画素４１に合わせた形状および大きさで形成されている。これにより、空間光変調部１７の各画素４１から出射されたそれぞれの光は、レンズアレイ１８の各レンズ４３に入射される。ここで、各レンズ４３は、自身と対応する画素４１以外からの光が回折して入射されないように、各画素４１と隣接する位置に設けることが好適である。なお、レンズアレイ１８に含まれる複数のレンズ４３は、空間光変調部１７のうち少なくとも中央領域Ａに含まれる複数の画素４１に対して設けることができる。また、本実施形態では、レンズ４３を球面レンズとしたが、これに限らず、例えばフレネルレンズなどの他の集光光学系であってもよい。
【００２６】
また、レンズアレイ１８の各レンズ４３は、光軸が平行に揃えられている。空間光変調部１７の各画素４１から出射されたそれぞれの光は、各レンズ４３に対して光軸に沿って入射され、各レンズ４３から光軸に沿った方向に向けてそれぞれ集光される。すなわち、各レンズ４３は、光の入射方向に沿った方向を集光方向として、入射されるそれぞれの光を集光方向に向けてそれぞれ集光する。
【００２７】
このように各レンズ４３によりそれぞれの光が集光されると、集光面Ｐにおいて、空間光変調部１７の各画素４１を出射方向に投影した場合の各領域の中心に、集光された光の輝点Ｆがそれぞれ位置することになる。これらの輝点Ｆは、光量が維持されつつも、空間光変調部１７の各画素４１よりも面積が狭められている。また、各輝点Ｆは、空間光変調部１７の各画素４１と比して、中心間の距離が同じであるものの、輝点Ｆ同士の間隔（すなわち、一方の輝点Ｆの端から他方の輝点Ｆの端までの距離）が広がって離散的とされている。なお、集光面Ｐは、輝点Ｆの面積が最も小さくなる位置としてもよいし、この位置から光の進行方向に沿って前後の何れかにずれた位置としてもよい。この集光面Ｐには、図１に示したフーリエ変換レンズ２０が配置される。
【００２８】
このようなレンズアレイ１８に、空間光変調部１７から明暗パターンを表す信号光が入射されると、明暗パターンに含まれる「明」部分（すなわち「明」画素を透過した光）が、光量が維持されつつも、面積が狭められて、「明」部分同士の間隔が広がって離散的とされる。
【００２９】
図４に、空間光変調器１６の他の構成例を示す。同図において上記図３と異なる点は、ピンホールアレイ（個別絞光部）５０を備える点である。
【００３０】
ピンホールアレイ５０は、レンズアレイ１８の出射側に設けられており、レンズアレイ１８の各レンズ４３に対応して二次元的に配列された複数のピンホール（絞光窓）５１を含む。各ピンホール５１は、各レンズ４３の集光位置に、集光される光の輝点よりも開口が狭くなるように形成されており、各レンズ４３により集光されたそれぞれの光を絞光して透過させる。これにより、各ピンホール５１を透過するそれぞれの光は、面積が更に狭められるとともに間隔が更に広がって離散的とされ、また開口の形状に成形される。なお、各ピンホール５１の位置は、各レンズ４３により集光される光の輝点の面積が最も小さくなる位置としてもよいし、この位置から光の透過方向に沿って前後の何れかにずれた位置としてもよい。このピンホールアレイ５０の光の透過方向側には、図１に示したフーリエ変換レンズ２０が配置される。
【００３１】
また、各ピンホール５１は、矩形の開口を有している。この矩形の開口の交差する２つの辺は、例えば、空間光変調部１７に含まれる矩形の画素４１の交差する２つの辺に合わせて、それぞれ平行に設けることができる。このように開口が矩形とされた各ピンホール５１を光が透過することで、これらの光のフーリエ変換レンズ２０によるフーリエ変換像の順位が、矩形の開口の交差する２つの辺に対応する２つの軸に沿って現れることになる。
【００３２】
このようなピンホールアレイ５０に、レンズアレイ１８によって「明」部分が狭められた明暗パターンを表す信号光が入射されると、明暗パターンに含まれる「明」部分の面積が更に狭められて、また「明」部分同士の間隔が更に広がって離散的とされる。
【００３３】
図５に、信号光の明暗パターンの例を示す。同図（Ａ）は、空間光変調部１７から出射された直後の信号光の明暗パターンの例である。他方、同図（Ｂ）は、空間光変調部１７から出射された後にレンズアレイ１８を透過した信号光の明暗パターンの例である。
【００３４】
図５（Ａ）に示した、空間光変調部１７から出射された直後の信号光の明暗パターンでは、空間光変調部１７に含まれる各画素４１と同じ形状および大きさの各明暗要素が配列している。これに対し、図５（Ｂ）に示した、レンズアレイ１８を透過した信号光の明暗パターンでは、図５（Ａ）の明暗パターンと比して、「明」部分（「明」の明暗要素）の面積が狭められ、「明」部分の間隔が広がって離散的とされており、これによって、明暗パターンを構成する明暗要素の配列周期が狭小化されている。すなわち、「明」部分の面積が狭められて離散的とされた結果、この明暗パターンには、狭められた「明」部分と同じ大きさの明暗要素が配列して含まれていることと等価となり、図５（Ａ）の明暗パターンと比して明暗要素の配列周期が狭小化されることになる。なお、レンズアレイ１８の各レンズ４３により集光されて狭められた「明」部分は、集光前の「明」部分と同等の光量を有する。
【００３５】
図６に、信号光のフーリエ変換像の強度分布の例を示す。同図のグラフにおいて、縦軸は光の強度を表し、横軸は、フーリエ変換面の中心を０として、空間光変調部１７における矩形の画素４１の交差する２つの辺に対応する方向に沿った距離を表す。
【００３６】
図６（Ａ）は、参考として、空間光変調部１７から出射された信号光（図５（Ａ）の明暗パターンを表す）を、レンズアレイ１８を透過させることなく、フーリエ変換レンズ２０によりフーリエ変換した場合のフーリエ変換像の強度分布の例である。同図のフーリエ変換像の強度分布では、直流成分のピーク（０次光のピーク）が中心に含まれている。この直流成分のピークは、最も強度の高い急峻なピークとなっている。また、直流成分のピークの周囲には、直流成分と比して強度の低いデータ成分（交流成分）が含まれている。
【００３７】
他方、図６（Ｂ）は、空間光変調部１７から出射された後にレンズアレイ１８を透過させた信号光（図５（Ｂ）の明暗パターンを表す）を、フーリエ変換レンズ２０によりフーリエ変換したフーリエ変換像の強度分布の例である。同図のフーリエ変換像の強度分布では、図６（Ａ）の場合と比して、中心に含まれる直流成分のピーク（０次光のピーク）が抑制されて、直流成分のピーク強度に対するデータ成分のピーク強度が高められている。また、データ成分のピークが、高周波側（すなわち直流成分のピークから離れた側）にシフトしている。このように均一化された信号光のフーリエ変換像を、光記録媒体２４にホログラムとして記録することで、高Ｓ／Ｎ比および高記録密度を実現できる。
【００３８】
ここで、直流成分のピークが抑制されたのは、信号光の明暗パターンに含まれる「明」部分が、レンズアレイ１８によって個別に集光されて、面積が狭められたためである。また、データ成分のピークが高周波側にシフトしたのは、「明」部分の面積が狭められて離散的とされた結果、明暗パターンを構成する明暗要素の配列周期が狭小化されたためである。すなわち、フーリエ変換像においてデータ成分は、ｆをレンズの焦点距離、λを記録波長、ｄを明暗要素の配列周期としたとき、中心からプラス方向およびマイナス方向にそれぞれ広がるｆλ／ｄの範囲内に表れるため、明暗要素の配列周期が狭小化されることでデータ成分のピークが高周波側にシフトする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】空間光変調部の表示パターンを示す図である。
【図３】空間光変調器の構成例を示す図である。
【図４】空間光変調器の他の構成例を示す図である。
【図５】信号光の明暗パターンの例を示す図である。
【図６】信号光のフーリエ変換像の強度分布の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  光源、１２，１４  レンズ、１６  空間光変調器、１７  空間光変調部、１８  レンズアレイ（個別集光部）、１９  パターン指示器、２０  フーリエ変換レンズ、２４  光記録媒体、２６  逆フーリエ変換レンズ、２８  光検出器、３２  情報取得部、４１  画素（変調要素）、４３  レンズ（集光光学系）、５０  ピンホールアレイ（個別絞光部）、５１  ピンホール（絞光窓）。
【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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