(57)【要約】【課題】ホログラム記録を行う際に、記録媒体のダイナミックレンジをより有効に用いる。【解決手段】物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、その２次元フーリエ変換像は、光を反射する材料、あるいは吸収する材料を２次元面内に分布させた形状を有するマスク１０上に投影される。物体光５１は、マスク１０によって元の物体光の特定の空間周波数成分を含まない新しい物体光５２に変換される。記録媒体８には、新しい物体光５２と参照光４とが照射され、記録媒体８上に両者の干渉縞が形成され、ホログラム（干渉縞）として記録されることになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録方法であって、
前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成し、前記新物体光と前記参照光とを記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録することを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項２】
前記新物体光は、前記物体光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部を除去して生成されることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録方法。
【請求項３】
前記新物体光は、前記物体光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部を除去して生成されることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録方法。
【請求項４】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録方法であって、
前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部もしくは全部を除去して新物体光を生成し、除去された成分を新参照光として、前記新物体光とともに記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録することを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項５】
前記新参照光は、前記物体光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分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方法。
【請求項６】
前記新参照光は、前記物体光の光学フーリエ変換像の高周波数成分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方法。
【請求項７】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録装置であって、
少なくとも１つの平行光を出射する光源と、
前記光源からの平行光を参照光と物体光とに分離する分離手段と、
前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成するマスク手段と、
前記新物体光と前記参照光とが同時に照射され、双方の干渉によって生じる光強度分布が干渉縞として記録される記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項８】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射した平行光から得られる参照光より作られた平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって生成された物体光と前記光源から出射した平行光から得られる参照光とが同一光軸上で干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項９】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射された平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器によって生成された物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、
前記空間光変調器によって生成された物体光と前記参照光生成手段によって生成された参照光とが同一光軸上で干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１０】
前記参照光生成手段は、前記空間光変調器によって生成された物体光から空間周波数の低い成分を前記参照光として取り出す反射体であることを生成することを特徴とする請求項９記載のホログラム記録装置。
【請求項１１】
前記参照光生成手段は、前記空間光変調器により生成された物体光から空間周波数の低い成分を透過するスリットと、前記スリットからの透過光を参照光として前記記録媒体に照射する反射体とからなることを生成することを特徴とする請求項９記載のホログラム記録装置。
【請求項１２】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射した平行光から得られる参照光を異なる光路上に導く第１の光学手段と、
前記第１の光学手段からの参照光を反射して平行光とする反射体と、
前記反射体からの平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの物体光を異なる光路上に導く第２の光学手段と、
前記第１の光学手段からの参照光と前記第２の光学手段からの物体光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１３】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射された平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器から出射した物体光を異なる光路上に導く第１の光学手段と、
前記第１の光学手段からの物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、
前記参照光生成手段からの参照光を反射して光路を変える反射体と、
前記反射体からの参照光を異なる光路上に導く第２の光学手段と、
前記第１の光学手段からの物体光と前記第２の光学手段からの参照光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１４】
前記参照光生成手段は、前記空間光変調器により生成された物体光から空間周波数の低い成分を透過するスリットと、前記スリットからの透過光を参照光として前記記録媒体に照射する反射体とからなることを生成することを特徴とする請求項１３記載のホログラム記録装置。
【請求項１５】
前記参照光生成手段は、前記空間光変調器によって生成された物体光から空間周波数の低い成分を前記参照光として取り出す反射体であることを生成することを特徴とする請求項１３記載のホログラム記録装置。
【請求項１６】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射した平行光の一部を遮蔽する遮蔽板と、
前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光から得られる参照光を反射して光路を変える反射体と、
前記反射体からの参照光から得られる平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの物体光を、前記参照光とは異なる光路上に導く光学手段と、
前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光から得られる参照光と前記光学手段からの物体光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１７】
物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、
平行光を出射する光源と、
前記光源から出射した平行光の一部を遮蔽する遮蔽板と、
前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって生成された物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、
前記参照光を反射して光路を変える反射体と、
前記空間光変調器によって生成された物体光と前記反射体からの参照光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１８】
前記遮蔽手段は、前記光源から出射した平行光の中央部を遮蔽することを生成することを特徴とする請求項１７記載のホログラム記録装置。
【請求項１９】
前記遮蔽手段は、前記光源から出射した平行光の周辺部を遮蔽することを特徴とする請求項１７記載のホログラム記録装置。
【請求項２０】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、
少なくとも１つの平行光を出射する光源と、
前記光源からの平行光を参照光として前記記録媒体に照射する光学手段と、
前記光学手段によって前記参照光が前記記録媒体に照射されることにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段と
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項２１】
前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする請求項２０記載のホログラム再生装置。
【請求項２２】
前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする請求項２０記載のホログラム再生装置。
【請求項２３】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、
少なくとも１つの平行光を出射する光源と、
前記光源から出射される平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段と、
前記参照光と前記再生光との波面を同一光軸上で調整する光学手段と
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項２４】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、
少なくとも１つの平行光を出射する光源と、
前記光源から出射される平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段と、
前記参照光と前記再生光との波面を異なる光路上で調整する光学手段と
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項２５】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、
光源から出射される少なくとも１つの平行光を参照光として前記記録媒体に照射し、前記参照光が前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項２６】
前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする請求項２５記載のホログラム再生方法。
【請求項２７】
前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする請求項２５記載のホログラム再生方法。
【請求項２８】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、
光源から出射される少なくとも１つの平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する際、前記参照光と前記再生光との波面を同一光軸上で調整することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項２９】
光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、
光源から出射される少なくとも１つの平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する際に、前記参照光と前記記再生光との波面を異なる光路上で調整することを特徴とするホログラム再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録媒体に記録する一方、該記録媒体に参照光を照射して、該記録媒体に記録された干渉縞により回折された再生光を取り出すホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置およびホログラム再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録媒体に記録する一方、該記録媒体に参照光を照射して、該記録媒体に記録された干渉縞により回折された再生光を取り出すホログラム記録再生方法がある（例えば、非特許文献１参照）。以下に従来技術によるホログラム記録再生方法を説明する。図５１は、従来技術によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、２００１はレーザ光源、２００２はレーザ光を平行光にするコリメータ、２００３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、２００５は凸レンズ、２００６は波面を記録する媒体、２００７は凸レンズ、２００８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、２００９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、２０１１はミラー、２０１８は凸レンズである。
【０００３】
次に、図５２は、上記従来技術によるホログラム記録再生装置の記録時の動作を説明するための模式図である。レーザ光源２００１から出射したレーザ光は、コリメータ２００２で平行光に整えられ、ＰＢＳ２００３に対してＰ方位の光はＰＢＳ２００３を通過し、ＳＬＭ２００８へ入射する。光はＳＬＭ２００８を透過するとともに変調される。この時、ＳＬＭ２００８の出射側に設けられている偏光子の偏光方位に従って、ＳＬＭ２００８から出射する光は、ＰＢＳ２００３に対してＳ方位の偏光面を持つ。ＳＬＭ２００８から出射した光は、レンズ２００５に入射する。レンズ２００５を通った光は集光され、物体光として２００６媒体に至る。
【０００４】
一方、コリメータ２００２から出射した平行光で、ＰＢＳ２００３に対してＳ方位の光は、ＰＢＳ２００３でミラー方向２０１１に反射される。この反射された光は、ミラー２０１１でさらに反射されてレンズ２０１８に入射する。レンズ２０１８を通った光は、集光され、参照光として媒体２００６に至る。媒体２００６内では、レンズ２００５から来た物体光とレンズ２０１８から来た参照光とが干渉し、その強度分布が媒体に記録される。
【０００５】
次に、図５３は、上記従来技術によるホログラム記録再生装置の再生時の動作を説明するための模式図である。レーザ光源２００１から出射したレーザ光は、コリメータ２００２で平行光に整えられ、ＰＢＳ２００３に対してＳ方位の光は、ＰＢＳ２００３でミラー２０１１の方向に反射される。この反射された光は、ミラー２０１１でさらに反射されてレンズ２０１８に入射する。レンズ２０１８を通った光は、集光され、参照光として媒体２００６に至る。
【０００６】
媒体２００６では、記録された強度分布に従って光が散乱し、その一部はレンズ２００７を通って光検出器２００９に至り、受光面上に、記録時にＳＬＭ２００８で変調されたものと同一の像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器２００９から取り出す。
【０００７】
【非特許文献１】
辻内順平著、「物理学選書２２  ホログラフィー」、裳華房、１９９７年、ｐ．２６−２７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、記録媒体に光が照射されたとき、光に反応することのできる総量（以下、ダイナミックレンジ）は、一般的に限られている。そのため、ホログラム記録において、記録媒体により多くの情報を記録すること、即ち多重度（記録容量）を向上させるためには、限られたダイナミックレンジを可能な限り有効に活用することが望ましい。具体的には、記録媒体に情報を記録するために必要な１回分の露光量（１回の物体光および参照光の光照射光景）をなるべく小さく抑えることが要求される。
【０００９】
２次元空間光変調器を用いてフーリエ変換ホログラムを記録する際、２次元空間光変調器によって光学的に変調され、レンズによってフーリエ変換された物体光のフーリエ変換像については、その強度分布は高周波数成分よりもＤＣ（直流）成分の方が２桁以上強いことが多い。
【００１０】
そのため、従来技術のように、物体光のフーリエ変換像の空間周波数成分（スペクトル成分）を全て記録媒体に露光し、干渉縞として記録しておく方法では、参照光の照射光強度を物体光のフーリエ変換像のＤＣ成分の光強度に応じて強める必要がある。しかし、実際にはフーリエ変換像のＤＣ成分および低周波数成分の分布範囲は、光軸上の中心近傍に強く分布するため、物体光のＤＣ成分および低周波数成分が存在しない範囲、即ち高周波数成分のみが分布する範囲においては、必要以上の光を記録媒体上に照射していることになり、結果的に記録媒体のダイナミックレンジを多めに消費してしまうという問題がある。
【００１１】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ホログラム記録を行う際に、記録媒体のダイナミックレンジをより有効に用いることができるホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置およびホログラム再生方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録方法であって、前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成し、前記新物体光と前記参照光とを記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載のホログラム記録方法において、前記新物体光は、前記物体光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部を除去して生成されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３記載の発明では、請求項１記載のホログラム記録方法において、前記新物体光は、前記物体光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部を除去して生成されることを特徴とする。
【００１５】
また、上述した問題点を解決するために、請求項４記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録方法であって、前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部もしくは全部を除去して新物体光を生成し、除去された成分を新参照光として、前記新物体光とともに記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項５記載の発明では、請求項４記載のホログラム記録方法において、前記新参照光は、前記物体光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項６記載の発明では、請求項４記載のホログラム記録方法において、前記新参照光は、前記物体光の光学フーリエ変換像の高周波数成分であることを特徴とする。
【００１８】
また、上述した問題点を解決するために、請求項７記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録装置であって、少なくとも１つの平行光を出射する光源と、前記光源からの平行光を参照光と物体光とに分離する分離手段と、前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成するマスク手段と、前記新物体光と前記参照光とが同時に照射され、双方の干渉によって生じる光強度分布が干渉縞として記録される記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００１９】
また、上述した問題点を解決するために、請求項８記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射した平行光から得られる参照光より作られた平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器によって生成された物体光と前記光源から出射した平行光から得られる参照光とが同一光軸上で干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２０】
また、上述した問題点を解決するために、請求項９記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射された平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器によって生成された物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、前記空間光変調器によって生成された物体光と前記参照光生成手段によって生成された参照光とが同一光軸上で干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０記載の発明では、請求項９記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記空間光変調器によって生成された物体光から空間周波数の低い成分を前記参照光として取り出す反射体であることを生成することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１１記載の発明では、請求項９記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記空間光変調器により生成された物体光から空間周波数の低い成分を透過するスリットと、前記スリットからの透過光を参照光として前記記録媒体に照射する反射体とからなることを生成することを特徴とする。
【００２３】
また、上述した問題点を解決するために、請求項１２記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射した平行光から得られる参照光を異なる光路上に導く第１の光学手段と、前記第１の光学手段からの参照光を反射して平行光とする反射体と、前記反射体からの平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器からの物体光を異なる光路上に導く第２の光学手段と、前記第１の光学手段からの参照光と前記第２の光学手段からの物体光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２４】
また、上述した問題点を解決するために、請求項１３記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射された平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器から出射した物体光を異なる光路上に導く第１の光学手段と、前記第１の光学手段からの物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、前記参照光生成手段からの参照光を反射して光路を変える反射体と、前記反射体からの参照光を異なる光路上に導く第２の光学手段と、前記第１の光学手段からの物体光と前記第２の光学手段からの参照光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４記載の発明では、請求項１３記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記空間光変調器により生成された物体光から空間周波数の低い成分を透過するスリットと、前記スリットからの透過光を参照光として前記記録媒体に照射する反射体とからなることを生成することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１５記載の発明では、請求項１３記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記空間光変調器によって生成された物体光から空間周波数の低い成分を前記参照光として取り出す反射体であることを生成することを特徴とする。
【００２７】
また、上述した問題点を解決するために、請求項１６記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射した平行光の一部を遮蔽する遮蔽板と、前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光から得られる参照光を反射して光路を変える反射体と、前記反射体からの参照光から得られる平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器からの物体光を、前記参照光とは異なる光路上に導く光学手段と、前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光から得られる参照光と前記光学手段からの物体光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２８】
また、上述した問題点を解決するために、請求項１７記載の発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を記録するホログラム記録装置であって、平行光を出射する光源と、前記光源から出射した平行光の一部を遮蔽する遮蔽板と、前記遮蔽板に遮蔽されずに進行してくる平行光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器によって生成された物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を参照光とする参照光生成手段と、前記参照光を反射して光路を変える反射体と、前記空間光変調器によって生成された物体光と前記反射体からの参照光とが干渉することによって生じる光強度分布を干渉縞として記録する記録媒体とを具備することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８記載の発明では、請求項１７記載のホログラム記録装置において、前記遮蔽手段は、前記光源から出射した平行光の中央部を遮蔽することを生成することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１９記載の発明では、請求項１７記載のホログラム記録装置において、前記遮蔽手段は、前記光源から出射した平行光の周辺部を遮蔽することを特徴とする。
【００３１】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２０記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、少なくとも１つの平行光を出射する光源と、前記光源からの平行光を参照光として前記記録媒体に照射する光学手段と、前記光学手段によって前記参照光が前記記録媒体に照射されることにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段とを具備することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２１記載の発明では、請求項２０記載のホログラム記録方法において、前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２２記載の発明では、請求項２０記載のホログラム記録方法において、前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする。
【００３４】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２３記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、少なくとも１つの平行光を出射する光源と、前記光源から出射される平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段と、前記参照光と前記再生光との波面を同一光軸上で調整する光学手段とを具備することを特徴とする。
【００３５】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２４記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生装置であって、少なくとも１つの平行光を出射する光源と、前記光源から出射される平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する光検出手段と、前記参照光と前記再生光との波面を異なる光路上で調整する光学手段とを具備することを特徴とする。
【００３６】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２５記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、光源から出射される少なくとも１つの平行光を参照光として前記記録媒体に照射し、前記参照光が前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出することを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２６記載の発明では、請求項２５記載のホログラム再生方法において、前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２７記載の発明では、請求項２５記載のホログラム再生方法において、前記参照光は、前記光源から出射された平行光の光学フーリエ変換像の高周波数成分の一部もしくは全部からなることを特徴とする。
【００３９】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２８記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、光源から出射される少なくとも１つの平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する際、前記参照光と前記再生光との波面を同一光軸上で調整することを特徴とする。
【００４０】
また、上述した問題点を解決するために、請求項２９記載の発明では、光の強度分布が干渉縞として記録された記録媒体に参照光を照射することにより、前記記録媒体に記録された情報を再生するホログラム再生方法であって、光源から出射される少なくとも１つの平行光から得られる参照光を前記記録媒体に照射することにより、前記記録媒体に記録されている干渉縞によって回折されて出射される再生光を検出する際に、前記参照光と前記記再生光との波面を異なる光路上で調整することを特徴とする。
【００４１】
この発明では、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録する際に、前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成し、前記新物体光と前記参照光とを記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録する。したがって、記録媒体に情報の記録に寄与しない光が照射されることを防ぐことが可能になり、記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用するホログラム記録が可能になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、マスク１０およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。記録媒体８は、マスク１０の直後に配置されている。本第１実施形態では、マスク１０を保持するためにガラス板１１を用いた例を説明するが、この材質は特にガラスに限定されものではなく、光を透過させるものならばよい。また、本第１実施形態では、説明のためマスク１０の２次元パターンの断面形状を３角形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、この他にも長方形、台形の形状であっても、その効果に代わりはない。
【００４４】
２次元光空間変調器６としては、透過型もしくは反射型の液晶素子、あるいはＭＥＭＳ等のシリコンプロセスによって作製される微小な反射鏡の集合体であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いる方法がある。
【００４５】
マスク１０については、ガラス基板１１上に反射率の高い金属薄膜を特定の２次元パターン状に分布させた構造をしている。その製法としては、スパッタ装置などを用いて、クローム、アルミニウム、銀、金、ニッケル等の反射率の高い金属をガラス基板上に一様に蒸着させてから、これをエッチングなどの手法により、光を透過させる２次元パターン状に形成する方法が安価であり、かつ簡便である。あるいは、反射率の高い金属薄膜の代わりに、炭素薄膜などの光学吸収材料あるいは光学散乱材料を用いることで、実効的に物体光の一部を光学的に切り出すことも可能である。
【００４６】
次に、本第１実施形態によるホログラム記録動作を、図１を参照して説明する。記録情報に対応して、２次元光空間変調器６を構成する個々のピクセルの透過率、もしくは反射率、あるいはその偏光方向が制御されるため、物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。
【００４７】
この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、その２次元フーリエ変換像は、レンズ７の後焦点近傍に配置されたマスク１０上に投影される。マスク１０は、前述したように、予め光を反射する材料、あるいは吸収する材料を２次元面内に分布させた形状としている。このため、物体光５１の２次元フーリエ変換成分のうち、マスクの存在する領域に投影されたものについては、反射もしくは吸収されてしまう。
【００４８】
ゆえに、新物体光５２は、物体光５１のフーリエ変換像の成分のうち、マスク１０を透過してくる成分だけで構成される。即ち、マスク１０に特定の２次元パターンを用いることで、物体光５１のフーリエ変換成分のうち、一部の特定の空間周波数成分だけを透過させることが可能になる。即ち、マスク１０によって物体光５１は、元の物体光の特定の空間周波数成分を含まない新しい物体光５２に変換される。新しい物体光５２は、マスクの直後に配置してある記録媒体８に照射される。
【００４９】
一方、記録媒体８には、同時に参照光４も照射されるため、記録媒体上に両者の干渉縞が形成されことになり、記録媒体中に情報がホログラム（干渉縞）として記録されることになる。
【００５０】
参照光４と新物体光５２とが同時に露光した領域のみが、記録媒体８に情報をホログラムとして記録するのに有効であるため、マスク１０の２次元パターンとしては、新物体光５２の投影パターンと参照光４の投影パターンとを、ほぼ合致するような形状にすることが望ましい。
【００５１】
上述したように、本第１実施形態では、マスク１０を挿入することで、物体光５１の一部を切り出し、新たな物体光５２を生成し、これと参照光４とを同時に記録媒体８に照射し、両者の干渉によって生じる光強度分布を記録媒体８に記録することで、記録媒体８に情報の記録に寄与しない光が照射されることを防ぐことが可能になり、記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用するホログラム記録が可能になる。
【００５２】
本発明においては、物体光の一部を切り出すことを特徴とするため、参照光４には何ら制限を設けていない。よって、本発明の第１実施形態では、参照光４として球面波もしくは位相変調参照波などを用いることが可能である。このため、本発明は、角度多重方式、シフト多重方式、位相多重方式、波長多重方式の各多重記録方式に適用することができる。
【００５３】
次に、図２は、本第１実施形態によるホログラム記録方法の全体構成の一例を示すブロック図である。図において、光源からきた平行光１は、ビームスプリッタ３によって、参照光４と物体光５とに分離される。物体光５は、２次元光空間変調器６によって、記録したい２次元情報に対応した２次元変調光に変換される。そして、レンズ７によって後焦面の位置に前述した物体光５１の２次元変調光のフーリエ変換像が形成される。
【００５４】
次に、図３は、本第１実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。ホログラム再生では、参照光４のみを入射させることで行う。記録媒体８の後方にはレンズ７および２次元光検出器を配置してあり、参照光４が記録媒体８に照射されると、参照光４は、記録媒体８上に記録されたフーリエ変換ホログラムによって回折され、レンズ７を介して、２次元光検出器の上に２次元変調光として投影される。この２次元変調光を変換して記録情報の再生を行う。
【００５５】
〔第２実施形態〕
次に、図４は、本発明の第２実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、マスク１０およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。記録媒体８は、マスク１０の直後に配置されている。本第２実施形態では、マスク１０を保持するために、ガラス板１１を用いた例を説明するが、この材質は特にガラスに限定されものではなく、光を透過させるものならばよい。また、本第２実施形態では、説明のため、マスク１０の２次元パターンの断面形状を長方形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、この他にも、３角形、台形の形状であっても、その効果に代わりはない。
【００５６】
マスク１０は、ガラス基板１１上に反射率の高い金属薄膜を特定の２次元パターン状に分布させた構造をしている。その製法としては、スパッタ装置などを用いて、クローム、アルミニウム、銀、金、ニッケル等の反射率の高い金属をガラス基板上に一様に蒸着させてから、これをエッチングなどの手法により、光を透過させる２次元パターン状に形成する方法が安価であり、かつ簡便である。あるいは、反射率の高い金属薄膜の代わりに、炭素薄膜などの光学吸収材料あるいは光学散乱材料を用いることで実効的に物体光の一部を光学的に切り出すことも可能である。
【００５７】
次に、本第２実施形態によるホログラム記録動作を、図４を参照して説明する。２次元光空間変調器６によって、記録情報に応じて光学的に２次元変調された物体光５１は、レンズ７によりフーリエ変換され、そのフーリエ変換像がレンズ７の後焦点近傍の位置に投影される。今、２次元光空間変調器６によって表せることのできる最低空間周波数成分のうち、主要成分をＤＣ成分とすると、レンズ７の光軸中心近くの後焦点近傍に、２次元光空間変調器６のフーリエ変換像のＤＣ成分が投影されることになる。
【００５８】
マスク１０は、レンズ７による物体光５１のフーリエ変換像に含まれているＤＣ成分の２次元分布パターンが投影される位置にあり、マスク１０を構成する遮光材料（反射材料、吸収材料、もしくは散乱材料）が上記ＤＣ成分と同じ２次元分布をもつ構造としている。
【００５９】
例えば、２次元光空間変調器６は、Ｎ×Ｎ個の正方形のピクセルにより構成され、個々のピクセルの一辺の長さがｄの場合、２次元光空間変調器６によって生成される２次元光変調信号のフーリエ変換像のＤＣ成分の２次元分布範囲ＨＤＣの大きさは、ＨＤＣ＝λｆ／ｄＮによって求められる。ここで、λはホログロラム記録に用いる光の波長であり、ｆはレンズ７の焦点距離である。前式に、λ＝５３２ｎｍ、ｆ＝１ｃｍ，ｄ＝５μｍ、Ｎ＝１０００個をいれると、２次元光空間変調器６によって作り出されるフーリエ変換像のＤＣ成分の２次元分布範囲の大きさは約１μｍと見積もられる。
【００６０】
よって、２次元変調された物体光５１のフーリエ変換像のＤＣ成分４０が投影される後焦点面上の２次元分布範囲と一致するように、大きさ約１μｍの光学遮光材料（反射、吸収もしくは散乱材料）をマスク１０として２次元面内に分布させると、物体光５１のフーリエ変換像から主要なＤＣ成分のみを光学的に分離（遮光）することができる。このため、マスク１０を透過することで物体光５１は、元の物体光の主要なＤＣ成分を含まない新しい物体光５２に変換される。なお、マスク１０の位置を物体光５１のＤＣ成分の投影位置に一致させる必要があるが、これはマスク１０を保持しているガラス板１１の設置位置を調整すること、あるいは物体光５がレンズ７に入射する方向もしくは角度を調整することで制御可能である。
【００６１】
なお、このような微小な大きさのマスクを作製する精度、および遮光された領域の周縁部からの回折光による影響を考慮して、マスク１０の大きさは、波長の数倍オーダまであることが望ましい。また、同マスク１０の位置出し精度については、サブミクロン（０．１μｍ）オーダの精度が要求されることになる。
【００６２】
さらに、２次元光空間変調器６に入力する信号に、バイポーラ方式あるいはダイコード方式などの３値の変調符号方式を用いれば、物体光５１に含まれている主要なＤＣ成分および低空間周波数成分を少なくすることが可能であり、結果的に後焦点面に投影される主要なＤＣ成分および低空間周波数成分の光強度を低くすることができ、マスク１０の遮光効果の向上、およびマスク１０の加工精度および位置出し精度の緩和に有効である。
【００６３】
図５は、本第２実施形態のマスク１０を上から見た上面拡大図である。ここでは、物体光の光軸中心にマスク１０を容易にアライメントできるように、マスク１０の外側に目視確認が可能なアライメント用マーカ１１０を設けてある。アライメント用マーカ１１０としては、マスク１０を中心に、フーリエ変換像の高周波数成分が分布する範囲の十分外側に、顕微鏡等で目視確認可能な十文字形状、四角形状、あるいは円形形状のパターン等を用いることが実用上有効である。これにより、主要ＤＣ成分のカット、および光軸に対して正確な位置出し制御を同時に行うことが可能になる。
【００６４】
次に、図６は、本第２実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。ホログラム再生では、参照光４のみを入射させることで行う。記録媒体８の後方にはレンズ７および２次元光検出器を配置してあり、参照光４が記録媒体８に照射されると、参照光４は、記録媒体８上に記録されたフーリエ変換ホログラムによって回折され、レンズ７を介して２次元光検出器の上に２次元変調光として投影される。この２次元変調光を変換して記録情報の再生を行う。
【００６５】
上述したように、本第２実施形態では、２次元光空間変調器６によって表せることのできる最低空間周波数成分のうちの主要成分（ＤＣ成分）の分布範囲に光を反射、吸収もしくは散乱させる材料を分布したマスク１０を配置することで、記録媒体８に照射される物体光５の光強度を低減抑制させた新しい物体光５２を作り出すことができる。この新しい物体光５２と参照光４とを同時に記録媒体８に照射し、両者の干渉によって生じる光強度分布を記録媒体８に記録することで、記録媒体８のダイナミックレンジをより効率的に使用するホログラム記録が可能になる。
【００６６】
〔第３実施形態〕
次に、図７は、本発明の第３実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、マスク１０およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。記録媒体８は、マスク１０の直後に配置されている。本第３実施形態では、マスク１０を保持するために、ガラス板１１を用いた例を説明するが、この材質は特にガラスに限定されものではなく、光を透過せるものならばよい。また、本第３実施形態では、説明のため、マスク１０の２次元パターンの断面形状を長方形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、その他にも、３角形、台形の形状をしていてもその効果に代わりはない。
【００６７】
２次元光空間変調器６によって、記録情報に応じて光学的に変調された物体光５１は、レンズ７によりフーリエ変換され、そのフーリエ変換像がレンズ７の後焦点近傍に投影される。このフーリエ変換像には、２次元光空間変調器６によって表すことのできる高空間周波数成分、および２次元光空間変調器６の構造（ピクセルおよびそれを取り巻く領域の素子の形状と配置）を反映した高空間周波数成分６０が含まれている。
【００６８】
マスク１０は、上記レンズ７による物体光５１のフーリエ変換像に含まれている特定の高空間周波数成分が投影される位置に、遮光材料を２次元的に分布した構造としている。
【００６９】
例えば、マスク１０の遮光材料の２次元分布パターンと、２次元光空間変調器６の構造を反映した高空間周波数成分が投影される２次元分布パターンとが一致している場合、２次元光空間変調器６の構造を反映した高空間周波数成分は、マスク１０により遮光されるため、記録媒体８に到達することができない。これにより、記録媒体８に照射される新しい物体光５２からは、記録情報とは関係のない２次元光空間変調器６の構造に由来する高空間周波数成分６０が除去されることになる。
【００７０】
この新しい物体光５２と参照光４との干渉によって生じる光強度分布を記録媒体８に記録することで、記録情報に直接関係のない光を物体光５１から除去することできる。即ち、１回の露光で照射される光量を削減することが可能になり、結果的に記録媒体のダイナミックレンジをより効率的に使用するホログラム記録が可能になる。
【００７１】
〔第４実施形態〕
次に、図８は、本発明の第４実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、反射マスク１００およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。また、２次元変調された物体光５１を遮らないところに反射体２０が設けてある。記録媒体８は、反射マスク１００の直後に配置されている。本第４実施形態では、マスク１０を保持するため、ガラス板１１を用いた例を説明するが、この材質は特にガラスに限定されものではなく、光を透過させるものならばよい。また、本第４実施形態では、説明のため反射マスク１００および反射体２０の２次元パターンの断面形状を３角形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、この他にも長方形、台形の形状をしていてもその効果に代わりはない。
【００７２】
２次元光空間変調器６としては、透過型もしくは反射型の液晶素子、あるいはＭＥＭＳ等のシリコンプロセスによって作製される微小な反射鏡の集合体であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いる方法がある。
【００７３】
また、反射マスク１００は、ガラス基板１１上に反射率の高い金属薄膜を特定の２次元パターン状に分布させた構造をしている。その製法としては、スパッタ装置などを用いて、クローム、アルミニウム、銀、金、ニッケル等の反射率の高い金属をガラス基板上に一様に蒸着させてから、これをエッチングなどの手法により、光を透過させる２次元パターン状に形成する方法が安価であり、かつ簡便である。反射体２０についても、反射マスク１００と同様の素材および製造方法を用いるとよい。
【００７４】
次に、本第４実施形態によるホログラム記録動作を、図８を参照して説明する。記録情報に対応して、２次元光空間変調餌６を構成する個々のピクセルの透過率、もしくは反射率、あるいはその偏光方向が制御されるため、物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。
【００７５】
この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、その２次元フーリエ変換像は、レンズ７の後焦点面近傍に配置された反射マスク１００上に投影される。しかし、前述したように、反射マスク１００は、予め光を反射する材料を２次元面内に分布させた形状をしているため、物体光５１の２次元フーリエ変換成分のうち、反射材料の存在する領域に投影された光は、反射されてしまう。このため、新たな物体光５２は、物体光５１のフーリエ変換像の成分のうち、反射マスク１００を透過してくる成分だけで構成される。
【００７６】
これより、反射マスク１００に特定の２次元パターンを用いることで、物体光５１のフーリエ変換成分のうち、一部の特定の空間周波数成分だけを透過させることが可能になる。つまり、反射マスク１００によって物体光５１は、元の物体光の特定の空間周波数成分を含まない新しい物体光５２に変換される。物体光５２は、反射マスク１００の直後に配置してある記録媒体８に照射される。
【００７７】
一方、反射マスク１００により反射された光の一部あるいは全部は、反射体２０にあたって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に照射される。即ち、元の物体光５１から除去された成分の一部、あるいは全部が、参照光としての役割を果たすことになる。記録媒体８上には、新しい物体光５２と、元の物体光５１から一部除去された光４１とが同時に照射され、両者の干渉縞が形成され、情報がホログラム（干渉縞）として記録される。
【００７８】
上述したようにして、本第４実施形態では、反射マスク１００によって反射された物体光の一部あるいは全部が反射体２０によって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に参照光４１として照射されため、参照光と物体光を分離するためのバルクなビームスプリッタ等を必要としない。また、参照光４１を記録媒体８の直前で物体光５１から分離するので、参照光用光学系の簡素化が可能になる。さらには、物体光５１の一部を参照光４１として用いるため、記録装置の小型・省エネ化にも有効である。
【００７９】
本発明においては、物体光の一部を切り出し、これが反射体２０にあたって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に参照光４１として照射されるため、記録媒体８を移動させるシフト多重方式に適用できる。
【００８０】
〔第５実施形態〕
図９は、本発明の第５実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、反射マスク１００およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。また、２次元変調された物体光５１を遮らないところに反射体２０が設けてある。記録媒体８は、レンズ７の後焦点近傍の位置に配置した反射マスク１００の直後に配置されている。また、本第５実施形態では、説明のためマスク１０の２次元パターンの断面形状を３角形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、この他にも長方形、台形の形状をしていてもその効果に代わりはない。
【００８１】
反射マスク１００は、ＤＣ成分の２次元分布パターンと同じ２次元分布パターンとなるように反射率の高い金属薄膜等を反射材料として分布させた構造を有している。その製法としては、スパック装置などを用いて、クローム、アルミニウム、銀、金、ニッケル等の反射率の高い金属をガラス基板上に一様に蒸着させてから、これをエッチングなどの手法により、光を反射させる２次元パターン状に形成する方法が安価であり、かつ簡便である。反射体２０についても、反射マスク１００と同様の素材および製造方法を用いるとよい。
【００８２】
次に、本第５実施形態によるホログラム記録動作を、図９を参照して説明する。２次元光空間変調器６によって、記録情報に応じて光学的に変調された物体光５１は、レンズ７によりフーリエ変換され、そのフーリエ変換像がレンズ７の後焦点近傍の位置に投影される。今、２次元光空間変調器６によって表せることのできる最低空間周波数成分のうち、主要成分をＤＣ成分とすると、レンズ７の光軸中心近くの後焦点近傍に、２次元光空間変調器６のフーリエ変換像のＤＣ成分が投影されることになる。
【００８３】
記録情報に対応して、２次元光空間変調器６を構成する個々のピクセルの透過率、もしくは反射率、あるいはその偏光方向が制御されるため、物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、その２次元フーリエ変換像は、レンズ７の後焦点面近傍に配置された反射マスク１００上に投影される。
【００８４】
このとき、前述したように、反射マスク１００は、予め光を反射する材料を２次元光空間変調器６のフーリエ変換像のＤＣ成分の２次元分布パターンと同じ２次元分布パターンとなるように分布させた形状としているため、物体光５１の２次元フーリエ変換成分のうち、反射材料の存在する領域に投影された光については、反射されてしまう。このため、新しい物体光５２は、物体光５１のフーリエ変換像の成分のうち、反射マスク１００を透過してくる成分だけで構成される。即ち、反射マスク１００に上記物体光５１のＤＣ成分の２次元分布パターンを用いることで、物体光５１のフーリエ変換成分の中のＤＣ成分を除いた成分を透過させることが可能になる。つまり、反射マスク１００によって物体光５１は、もとの物体光のＤＣ成分を含まない新しい物体光５２に変換される。新しい物体光５２は、反射マスク１００の直後に配置してある記録媒体８に照射される。
【００８５】
一方、反射マスク１００により反射された光の一部あるいは全部は、反射体２０にあたって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に照射される。即ち、もとの物体光５１から除去された成分の一部、あるいは全部が、参照光４１としての役割を果たすことになる。記録媒体８上には、新しい物体光５２と、元の物体光５１から一部除去された参照光４１とが同時に照射され、両者の干渉縞が形成され、情報がホログラム（干渉縞）として記録される。
【００８６】
次に、図１０は、本第５実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。なお、ＤＣ成分を参照光に変換する方式では、２次元光空間変調器６を透過させても、透過させなくてもよい。この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、そのＤＣ光成分がレンズ７の後焦点面近傍に配置された反射マスク１００上に投影される。そして、該ＤＣ光成分が参照光として、反射マスク１００の直後に配置してある記録媒体８に照射される。参照光は、記録媒体８上に記録されたフーリエ変換ホログラムによって回折され、レンズ７を介して２次元光検出器の上に２次元変調光として投影される。この２次元変調光を変換して記録情報の再生を行う。
【００８７】
以上のようにして、本第５実施形態では、反射マスク１００によって反射された物体光のＤＣ成分の一部あるいは全部が反射体２０によって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に参照光４１として照射されため、参照光と物体光を分離するためのバルクなビームスプリッタ等を必要としない。また、参照光４１を記録媒体８の直前で物体光５１から分離するので、参照光用光学系の簡素化が可能になる。さらには、物体光５１の一部を参照光４１として用いるため、記録装置の小型・省エネ化にも有効である。
【００８８】
〔第６実施形態〕
次に、図１１は、本発明の第６実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。図において、焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が設けられており、後焦点近傍には、反射マスク１００およびこれを保持し、光を透過させるガラス板１１が設けられている。また、２次元変調された物体光５１を遮らないところに反射体２０が設けてある。記録媒体８は、レンズ７の後焦点近傍の位置に配置した反射マスク１００の直後に配置されている。また、本第６実施形態では、説明のためマスク１０の２次元パターンの断面形状を３角形で記してあるが、２次元パターンの断面形状は、この他にも長方形、台形の形状をしていてもその効果に代わりはない。
【００８９】
２次元光空間変調器６によって、記録情報に応じて光学的に変調された物体光５１は、レンズ７によりフーリエ変換され、そのフーリエ変換像がレンズ７の後焦点近傍に投影される。このフーリエ変換像には、２次元光空間変調器６によって表すことのできる高空間周波数成分、および２次元光空間変調器６の構造（ピクセルおよびそれを取り巻く領域の素子の形状と配置）を反映した高空間周波数成分が含まれている。
【００９０】
反射マスク１００は、上記レンズ７による物体光５１のフーリエ変換像に含まれている特定の高空間周波数成分が投影される位置にあり、マスクを構成する反射材料が上記特定の高空間周波数成分と同じ２次元分布をもつ構造をしている。
【００９１】
次に、本第６実施形態によるホログラム記録動作を、図１１を参照して説明する。記録情報に対応して、２次元光空間変調器６を構成する個々のピクセルの透過率、もしくは反射率、あるいはその偏光方向が制御されるため、物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調された物体光５１に変換される。この２次元変調された物体光５１は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、その２次元フーリエ変換像は、レンズ７の後焦点画近傍に配置された反射マスク１００上に投影される。
【００９２】
したがって、反射マスク１００の反射材料の２次元分布パターンと、２次元光空間変調器６の構造を反映した高空間周波数成分が投影される２次元分布パターンとが、一致している場合、２次元光空間変調器６の構造を反映した高空間周波数成分は、反射マスク１００により遮光されるため、記録媒体８に到達することができない。これにより、記録媒体８に照射される新しい物体光５２には、記録情報とは関係のない２次元光空間変調器６の構造に由来する高空間周波数成分が除去されることになる。
【００９３】
一方、反射マスク１００により反射された光の一部あるいは全部は、反射体２０に当たって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に照射される。即ち、元の物体光５１から除去された成分の一部、あるいは全部が、参照光４１としての役割を果たすことになる。記録媒体８上には、新しい物体光５２と、元の物体光５１から一部除去された参照光４１とが同時に照射され、両者の干渉縞が形成され、情報がホログラム（干渉縞）として記録される。
【００９４】
次に、図１２は、本第６実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。物体光５が２次元光空間変調器６に入射すると、記録情報に対応して光学的に２次元変調され、参照光に変換される。この参照光は、レンズ７によって光学的にフーリエ変換され、レンズ７の後焦点面近傍に配置された反射マスク１００上に投影される。そして、該高周波数成分が参照光として、反射マスク１００の直後に配置してある記録媒体８に照射される。参照光は、記録媒体８上に記録されたフーリエ変換ホログラムによって回折され、レンズ７を介して２次元光検出器の上に２次元変調光として投影される。この２次元変調光を変換して記録情報の再生を行う。
【００９５】
上述したように、本第６実施形態では、反射マスク１００によって反射された物体光の特定の高空間周波数成分の一部あるいは全部が反射体２０によって再び反射され、別な角度から記録媒体８上に参照光４１として照射されため、参照光と物体光を分離するためのバルクなビームスプリッタ等を必要としない。また、参照光４１を記録媒体８の直前で物体光５１から分離するので、参照光用光学系の簡素化が可能になる。さらには、物体光５１の一部を参照光４１として用いるため、記録装置の小型・省エネ化にも有効である。
【００９６】
〔第７実施形態〕
図１３は、本発明の第７実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。以下では、本第７実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成について、前述した第１実施形態のホログラム記録方法を適用した場合を例に説明する。焦点距離ｆのレンズ７の前焦点近傍には、２次元光空間変調器６が配置され、後焦点近傍には、反射マスク１００が配置されている。また、記録媒体８は、反射マスク１００のすぐ直後にある。さらに、反射マスク１００にて反射された光を、再度反射し、記録媒体８上で物体光と交差するように反射体２０を設けてある。また、物体光を記録媒体８に照射する露光時間を制御するために、記録媒体８の前にシャッタ９が配置されている。
【００９７】
記録容量を高めるに、記録面積が大きい記録媒体を用いるには、光学系もしくは記録媒体のどちらかを２次元面内で移動させる方法が効果的である。本第７実施形態では、記録媒体８を動かす方法を基に説明を行う。記録媒体８は、光軸に対して２次元方向に、駆動系２００を用いて移動できる。これは、直交するｘｙ座標系で動くステージを用いても、あるいは記録媒体８の回転角度をθとし、記録媒体８の回転中心からの距離を半径ｒとするｒθ座標系で動くステージでも構わない。
【００９８】
ホログラムの記録動作原理については、前述した通りであるので説明を省略する。
【００９９】
図１４は、本第７実施形態の動作原理を説明するための模式図である。ホログラムの再生動作に際しては、図１４に示すように、物体光５を遮断し、参照光４のみを入射させることで行う。記録媒体８の後方にはレンズ７および２次元光検出器を配置してあり、参照光４が記録媒体８に照射されると、参照光４は、記録媒体８上に記録されたフーリエ変換ホログラムによって回折され、レンズ７を介して、２次元光検出器の上に２次元変調光として投影される。この２次元変調光を変換して記録情報の再生を行う。
【０１００】
〔第８実施形態〕
図１５は、本発明の第８実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、１０１はレーザ光源、１０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、１０３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、１０４はある方向の偏光の時間位相を２π／４ラジアンだけ遅らせるλ／４板、１０５は凸レンズ、１０６は波面を記録する記録媒体、１０７は凸レンズ、１０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、１０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器である。
【０１０１】
ＰＢＳ１０３、レンズ１０５、記録媒体１０６、レンズ１０７、ＳＬＭ１０８、光検出器１０９の位置は、記録媒体１０６の付近で光が集光するとともに、ＳＬＭ１０８から反射された光の強度分布が、光検出器１０９の受光面上で像として結ぶような位置となるように調整する。
【０１０２】
この調整を行うために、例えば、レンズ１０５とレンズ１０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ１０５とレンズ１０７との距離は、ｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ１０５とレンズ１０７とを用いた光学系をアフォーカル系とする。このとき、光検出器１０９がレンズ１０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけレンズ１０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ１０８の位置をレンズ１０７の焦点位置よりも、光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけレンズ１０７に近付けることで、上述したようなＳＬＭ１０８からの反射光の強度分布を光検出器１０９の受光面上で像として結ぶようにできる。
【０１０３】
コリメータ１０２からＰＢＳ１０３へ入射する平行光は直線偏光であり、その偏光面はＰＢＳ１０３に対してＰ方位になるように、レーザ光源１０１とＰＢＳ１０３とを調整する。
【０１０４】
ＰＢＳ１０３を通ってきた直線偏光された光をλ／４板１０４で円偏光とするため、λ／４板１０４の高速軸方向と低速軸方向に偏光された光が同じ強度でλ／４板１０４から出射するように、λ／４板１０４を調整する。この調整方法としては、例えば、λ／４板１０４の高速軸方向に対して、４５゜の角度の偏光面を持つ直線偏光された光をλ／４板１０４に入射するようにする方法がある。
【０１０５】
次に、本第８実施形態によるホログラム記録動作を、図１６を参照して説明する。レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、コリメータ１０２で平行光に整えられ、ＰＢＳ１０３を通過し、レンズ１０５に入射する。レンズ１０５を通った光は一旦集光され、記録媒体１０６を通り抜けてレンズ１０７に到達する。レンズ１０７の出射側では、再び、光は平行光となり、ＳＬＭ１０８へ入射する。光はＳＬＭ１０８で反射されるとともに変調され、再び、レンズ１０７を通って記録媒体１０６に至る。記録媒体１０６内では、レンズ１０５から来た光とレンズ１０７から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体１０６に記録される。
【０１０６】
次に、本第８実施形態によるホログラム再生動作を、図１７を参照して説明する。レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、コリメータ１０２で平行光に整えられ、ＰＢＳ１０３を通過し、λ／４板１０４に入射する。λ／４板１０４を通過した光は直線偏光から円偏光に変換され、レンズ１０５を通って集光され、記録媒体１０６に至る。記録媒体１０６では、記録された強度分布に従って光が散乱し、その一部はレンズ１０５を通ってλ／４板１０４に入射する。λ／４板１０４を通過した光は円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板１０４から出射した光の偏光面は、コリメータ１０２から入射した光の偏光面に対して垂直となり、ＰＢＳ１０３に対してＳ方位になる。λ／４板１０４から出射した光は、ＰＢＳ１０３へ入射し、ＰＢＳ１０３の内部で反射して光検出器１０９に至り、受光面上にＳＬＭ１０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器１０９から取り出す。
【０１０７】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光とが、それらの波面調整のために、１つのレンズ１０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ１０７とＳＬＭ１０８とを外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、レンズ１０５を通って記録媒体１０６に入射する参照光とＳＬＭ１０８で反射した後、レンズ１０７を通って記録媒体１０６に入射する物体光とが同一光軸上となるため、光学設計の簡素化および装置のアセンブリの簡素化が可能となる。その効果として、製造コストが低減できる。また、ＳＬＭ１０８が記録媒体１０６の下方に配置されるため、さらに、第１ないし第７実施形態と同様に、ＤＣカット、または高ｆカット記録を適用すれば、１ビーム化され、かつ高記録密度化が可能となる。
【０１０８】
〔第９実施形態〕
次に、図１８は、本発明の第９実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、２０１はレーザ光源、２０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、２０３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、２０４はある方向の偏光の時間位相を２π／４ラジアンだけ遅らせるλ／４板、２０５は凸レンズ、２０６は波面を記録する媒体、２０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、２０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、２１０は光の空間周波数の低域のみを反射または散乱するミラー（または散乱体）である。
【０１０９】
ＰＢＳ２０３、レンズ２０５、記録媒体２０６、ＳＬＭ２０８、光検出器２０９、ミラー（または散乱体）２１０の位置は、記録媒体２０６付近に光が集光するとともに、ミラー（または散乱体）２１０がレンズ２０５のフーリエ変換面上に位置し、さらに、記録媒体２０６に記録されたＳＬＭ２０８の強度分布が光検出器２０９の受光面上で像を結ぶような位置となるように調整する。
【０１１０】
この調整を行うために、例えば、レンズ２０５の焦点距離をｆとする場合、レンズ２０５とミラー（または散乱体）２１０とが光路長にしてｆだけ離れるようにする。このとき、光検出器２０９がレンズ２０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけレンズ２０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ２０８の位置をレンズ２０５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけレンズ２０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ２０８からの透過光の強度分布を光検出器２０９の受光面上で像を結ぶようにできる。
【０１１１】
コリメータ２０２からＰＢＳ２０３へ入射する平行光は直線偏光であり、その偏光面がＰＢＳ２０３に対してＰ方位になるように、レーザ光源２０１とＰＢＳ２０３とを調整する。
【０１１２】
ＰＢＳ２０３を通ってきた直線偏光された光をλ／４板２０４で円偏光とするため、λ／４板２０４の高速軸方向と低速軸方向に偏光された光が、同じ強度でλ／４板２０４から出射するように、λ／４板２０４を調整する。この調整方法としては、例えば、λ／４板２０４の高速軸方向に対して、４５°の角度の偏光面を持つ直線偏光された光をλ／４板２０４に入射するようにする方法がある。
【０１１３】
ミラー（または散乱体）２１０の大きさは、少なくともＳＬＭ２０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを反射または散乱するものとする。例えば、ＳＬＭ２０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）２１０の大きさは、２νｌｏｗλｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源２０１から出射する光の波長、ｆはレンズ２０５の焦点距離である。
【０１１４】
ミラー（または散乱体）２１０の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ２０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ２０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ２０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は、０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、ミラー（または散乱体）２１０の大きさは、０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０１１５】
もし、ＳＬＭ２０８の１軸に対するＳＬＭ２０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、ミラー（または散乱体）２１０の大きさをλ／Ｌとすることで、さらに強度の強い反射光または散乱光を得ることができる。
【０１１６】
ＳＬＭ２０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上記と同様の方法で、ミラー（または散乱体）２１０の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ２０８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ２０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）２１０の大きさは、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、ｙ軸方向に対して２  νｙｌｏｗ  λ  ｆ  となるような方形にすればよい。
【０１１７】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ２０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ２０８で表示される信号信号の最低空間周波数をν  ｒｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）２１０の大きさは、ｒ軸に対して、２．４４  ν  ｒｌｏｗ  λ  ｆとなるような円形にすればよい。
【０１１８】
ミラー（または散乱体）２１０は、記録媒体２０６と一体化してもよい。図２１（ａ）〜（ｃ）にこの例を示す。図２１（ａ）〜（ｃ）は、記録媒体２０６の厚さ方向を縦軸にとった場合の模式図であり、レンズ２０５を通った光は上部から伝播してくる。記録媒体２０６は、基盤上に形成されており、図２１（ａ）は、ミラー（または散乱体）２１０を基盤に埋め込んだ例であり、図２１（ｂ）は、記録媒体２０６と基盤との中間に埋め込んだ例であり、図２１（ｃ）は、記録媒体２０６に埋め込んだ例である。
【０１１９】
図２２（ａ），（ｂ）は、ミラー（または散乱体）２１０の形状の例を示す概念図である。図２２（ａ），（ｂ）は、記録媒体２０６を上方からみた図であり、レンズ２０５を通った光は、紙面の上から下へ向かって伝播する。図２２（ａ）は、ミラー（または散乱体）２１０を円形状とした例であり、一方向に記録媒体２０６を移動させながら記録または再生する場合には、移動方向の軸上に並ぶようにミラー（または散乱体）２１０を配置する。
【０１２０】
図２２（ａ）に示す記録媒体２０６で記録および再生する場合には、ミラー（または散乱体）２１０から返ってくる光の強度を測定しながら、最も明るくなる位置において記録再生を行うことにより、ミラー（または散乱体）２１０の位置で記録および再生する。
【０１２１】
その方法として、記録媒体２０６の進行方向とトランスバースな方向の位置合わせについては、例えば、記録媒体２０６の移動方向とトランスバースな方向に、光ディテクタをアレイ状に少なくとも２つ並べ、アレイの中心から受光強度が左右対称になるようにアレイを移動することで、アレイの中心とミラー（または散乱体）２１０との位置を一致させる。
【０１２２】
また、記録媒体２０６の進行方向の位置あわせについては、例えば、上述した光ディテクタアレイの中心の光ディテクタの光強度を、記録媒体２０６を移動させながら測定することにより、その光強度が最も強くなるように記録媒体２０６を移動させることにより、アレイの中心とミラー（または散乱体）２１０との位置を一致させる。
【０１２３】
上述した２種類の位置あわせの説明で、移動対象をそれぞれ光ディテクタアレイと記録媒体２０６とした場合について記述したが、これらはそれぞれ記録媒体２０６と光ディテクタとしてもよい。
【０１２４】
図２２（ｂ）は、ミラー（または散乱体）２１０を線形状とした例であり、進行方向の軸と平行に線形状のミラー（または散乱体）２１０が形成されている。図２２（ｂ）の記録媒体２０６で記録および再生する場合には、ミラー（または散乱体）２１０から返ってくる光の強度を測定しながら、最も明るくなる位置において記録再生を行うことにより、ミラー（または散乱体）２１０の位置で記録および再生する。その方法として、記録媒体２０６の進行方向とトランスバースな方向の位置合わせについては、例えば、記録媒体２０６の移動方向とトランスバースな方向に、光ディテクタをアレイ状に少なくとも２つ並べ、アレイの中心から受光強度が左右対称になるようにアレイを移動することで、アレイの中心とミラー（または散乱体）２１０との位置を一致させる。
【０１２５】
上述した位置あわせの説明で、移動対象を光ディテクタアレイとした場合について記述したが、これらはそれぞれ記録媒体２０６としてもよい。
【０１２６】
次に、図２３（ａ），（ｂ）は、記録媒体の形状とミラー（または散乱体）の形成の例を示す模式図である。ここでは、図２２（ｂ）の線状のミラー（または散乱体）２１０について示しているが、図２２（ａ）に示した円状のミラー（または散乱体）２１０についても同様である。
【０１２７】
図２３（ａ）は、カード型の記録媒体２０６の例であり、ミラー（または散乱体）２１０は直線上に形成されている。記録媒体２０６の一辺と線状のミラー（または散乱体）２１０とは平行である。記録および再生時には、線の伸びる方向と同方向に記録媒体２０６を移動させる。各線は通常の記録媒体２０６に形成されているトラックとして使用する。
【０１２８】
図２３（ｂ）は、ディスク型の記録媒体２０６の例であり、ミラー（または散乱体）２１０は同心円状に形成されている。記録媒体２０６の中心とミラー（または散乱体）２１０の中心は同一位置である。記録および再生時には、ディスクを回転させる。各円は通常の記録媒体２０６に形成されているトラックとして使用する。
【０１２９】
次に、本第９実施形態によるホログラム記録時の動作を、図１９を参照して説明する。レーザ光源２０１から出射したレーザ光は、コリメータ２０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ２０８へ入射する。光はＳＬＭ２０８を通過するとともに変調され、ＰＢＳ２０３を通過し、レンズ２０５に入射する。
【０１３０】
レンズ２０５を通った光は、記録媒体２０６を通り抜けてレンズ２０５のフーリエ変換面に到達する。レンズ２０５のフーリエ変換面では、ミラー（または散乱体）２１０によりＳＬＭ２０８で表示される低周波成分が反射または散乱され、記録媒体２０６に至る。記録媒体２０６内では、レンズ２０５から来た光とミラー（または散乱体）２１０から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体２０６に記録される。
【０１３１】
次に、本第９実施形態によるホログラム再生時の動作を、図２０を参照して説明する。レーザ光源２０１から出射したレーザ光は、コリメータ２０２で平行光に整えられ、ＰＢＳ２０３を通過し、λ／４板２０４に入射する。λ／４板２０４を通過した光は、直線偏光から円偏光に変換され、レンズ２０５を通って集光され、記録媒体２０６に至る。記録媒体２０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ２０５を通って記録媒体２０６を透過する光は、記録時にミラー（または散乱体）２１０から反射または散乱して記録媒体２０６を透過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ２０８およびレンズ２０５を通った光が再生され、記録媒体２０６からレンズ２０５の方向へ放射される。再生された光は、レンズ２０５を通ってλ／４板２０４に入射する。λ／４板２０４を通過した光は、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板２０４から出射した光の偏光面は、コリメータ２０２から入射した光の偏光画に対して垂直となり、ＰＢＳ２０３に対してＳ方位になる。λ／４板２０４から出射した光は、ＰＢＳ２０３へ入射し、ＰＢＳ２０３の内部で反射して光検出器２０９に至り、受光面上にＳＬＭ２０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器２０９から取り出す。
【０１３２】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、ミラー（または散乱体）２１０が、記録媒体２０６と別の部品となっている場合には、ミラー（または散乱体）２１０を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光とが、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ２０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。
【０１３３】
また、このような構造となっているので、記録系の光学系では、ミラー（または散乱体）２１０が一体化している場合には、記録系にミラー（または散乱体）２１０を記録器に取り付けることが不必要となる。その効果として、記録器が小型化できる。また、このような構造となっているので、ミラー（または散乱体）２１０から反射または散乱して記録媒体２０６に入射する参照光と、ＳＬＭ２０８を透過した後、レンズ２０５を通って記録媒体２０６に入射する物体光とが同一光軸上となるため、光学設計の簡素化および装置のアセンブリの簡素化が可能となる。その効果として、製造コストが低減できる。
【０１３４】
〔第１０実施形態〕
図２４は、本発明の第１０実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、３０１はレーザ光源、３０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、３０３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、３０４はある方向の偏光の時間位相を２π／４ラジアンだけ遅らせるλ／４板、３０５は凸レンズ、３０６は波面を記録する記録媒体、３０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、３０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、３１３は光の空間周波数の低域のみを透過するスリット、３１６は球面の凹面鏡である。
【０１３５】
ＰＢＳ３０３、レンズ３０５、記録媒体３０６、ＳＬＭ３０８、光検出器３０９、ミラー３１１、スリット３１３、凹面鏡３１６の位置は、記録媒体３０６付近で光が集光するとともに、スリット３１３がレンズ３０５のフーリエ変換面上に位置し、さらに、記録媒体３０６に記録されたＳＬＭ３０８の強度分布が光検出器３０９の受光面上で像を結ぶような位置となるように調整する。
【０１３６】
この方法としては、例えば、レンズ３０５の焦点距離をｆとする場合、レンズ３０５とスリット３１３との距離をｆとする。また、球面凹面鏡３１６の曲率中心にスリット３１３の開口部が一致するようにする。このとき、光検出器３０９がレンズ３０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ３０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ３０８の位置をレンズ３０５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１＋ｆ２）＾２だけ、レンズ３０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ３０８からの透過光の強度分布を光検出器３０９の受光面上で決像させることができる。
【０１３７】
コリメータ３０２からＰＢＳ３０３へ入射する平行光は直線偏光であり、その偏光面はＰＢＳ３０３に対してＰ方位になるように、レーザ光源３０１とＰＢＳ３０３とを調整する。
【０１３８】
ＰＢＳ３０３を通ってきた直線偏光された光をλ／４板３０４で円偏光とするため、λ／４板３０４の高速軸方向と低速軸方向に偏向された光が、λ／４板３０４から同じ強度で出射するようにλ／４板３０４を調整する。この調整方法としては、例えば、λ／４板３０４の高速軸方向に対して、４５゜の角度の偏光面を持つ直線偏光された光をλ／４板３０４に入射するようにする方法がある。
【０１３９】
スリット３１３の開口部の大きさは、少なくともＳＬＭ３０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを透過させるものとする。例えば、ＳＬＭ３０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、スリット３１３の開口部の大きさは、２  νｌｏｗ  λｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源３０１から出射する光の波長、ｆはレンズ３０５と凹面鏡３１６との焦点距離である。
【０１４０】
スリット３１３の開口部の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ３０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ３０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ３０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は、０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、スリット３１３の開口部の大きさは、０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０１４１】
もし、ＳＬＭ３０８の１軸に対するＳＬＭ３０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、スリット３１３の開口部の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。
【０１４２】
ＳＬＭ３０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でスリット３１３の開口部の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ３０８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ３０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、スリット３１３の開口部は、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、ｙ軸方向に対して２νｙｌｏｗ  λ  ｆとなるような方形にすればよい。
【０１４３】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ３０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ３０８で表示される信号信号の最低空間周波数をν  ｒｌｏｗとすると、スリット３１３の開口部は、ｒ軸に対して、２．４４ν  ｒｌｏｗ
λ  ｆとなるような円形にすればよい。
【０１４４】
次に、本第１０実施形態によるホログラム記録時の動作を、図２５を参照して説明する。レーザ光源３０１から出射したレーザ光は、コリメータ３０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ３０８へ入射する。光はＳＬＭ３０８を通過するとともに変調され、ＰＢＳ３０３を通過し、レンズ３０５に入射する。
【０１４５】
レンズ３０５を通った光は一旦集光され、記録媒体３０６を通り抜けてレンズ３０５のフーリエ変換面に到達する。レンズ３０５のフーリエ変換面では、スリット３１３によりＳＬＭ３０８で表示される低周波数成分のみが通過し、凹面鏡３１６で反射し、再び、スリット３１３を通過して記録媒体３０６に至る。記録媒体３０６内では、レンズ３０５から来た光とスリット３１３から来た光とが干渉し、その強度分布が媒体に記録される。
【０１４６】
次に、本第１０実施形態によるホログラム再生時の動作を、図２６を参照して説明する。レーザ光源３０１から出射したレーザ光は、コリメータ３０２で平行光に整えられ、ＰＢＳ３０３を通過し、λ／４板３０４に入射する。λ／４板３０４を通過した光は、直線偏光から円偏光に変換され、レンズ３０５を通って集光され、記録媒体３０６に至る。記録媒体３０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ３０５を通って記録媒体３０６を透過する光は、記録時にスリット３１３を通って記録媒体３０６を通過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ３０８およびレンズ３０５を通った光が再生され、記録媒体３０６からレンズ３０５の方向へ放射される。
【０１４７】
再生された光は、レンズ３０５を通ってλ／４板３０４に入射する。λ／４板３０４を通過した光は、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板３０４から出射した光の偏光面は、コリメータ３０２から入射した光の偏光面に対して垂直となり、ＰＢＳ３０３に対してＳ方位になる。λ／４板３０４から出射した光は、ＰＢＳ３０３へ入射し、ＰＢＳ３０３の内部で反射して光検出器３０９に至り、受光面上にＳＬＭ３０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器３０９から取り出す。
【０１４８】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ３０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、スリット３１３から記録媒体３０６に入射する参照光とＳＬＭ３０８を通過した後、レンズ３０５を通って記録媒体３０６に入射する物体光とが同一光軸上となるため、光学設計の簡素化および装置のアセンブリの簡素化が可能となる。その効果として、製造コストが低減できる。
【０１４９】
〔第１１実施形態〕
次に、図２７は、本発明の第１１実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、４０１はレーザ光源、４０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、４０５は凸レンズ、４０６は波面を記録する記録媒体、４０７は凸レンズ、４０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、４０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、４１１はミラーである。
【０１５０】
レンズ４０５、記録媒体４０６、レンズ４０７、ＳＬＭ４０８、光検出器４０９の位置は、記録媒体４０６の付近で光が集光するとともに、ＳＬＭ４０８を透過した光の強度分布が、光検出器４０９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。
【０１５１】
この調整を行うために、例えば、レンズ４０５とレンズ４０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ４０５とレンズ４０７の距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ４０５とレンズ４０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。この時、光検出器４０９がレンズ４０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ４０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ４０８の位置をレンズ４０７の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけレンズ４０７に近付けることで、上述したようなＳＬＭ４０８からの透過光の強度分布を光検出器４０９の受光面上で像として結ぶようにできる。
【０１５２】
次に、図３０（ａ），（ｂ）は、ミラー４１１の形状の例を示す斜視図である。図３０（ａ）は、２つの長方形の１辺を張り合わせた形状とした場合の例であり、上の面に反射膜がコーティングされている。光は上方から入射し、上方へ反射される。図３０（ｂ）は、円錐型の形状とした場合の例であり、底面に当たる部分が開口しており、側面の内側に反射膜がコーティングされている。光は上方から入射し、上方へ反射される。
【０１５３】
次に、本第１１実施形態によるホログラム記録時の動作を、図２８を参照して説明する。レーザ光源４０１から出射したレーザ光は、コリメータ４０２で平行光に整えられ、レンズ４０５に入射する。レンズ４０５を通った光は一旦集光され、記録媒体４０６を通り抜けてレンズ４０７に到達する。レンズ４０７の出射側では、再び、光は平行光となり、ミラー４１１で反射され、ＳＬＭ４０８に入射する。光はＳＬＭ４０８を透過するとともに変調され、再び、レンズ４０７を通って記録媒体４０６に至る。記録媒体４０６内では、レンズ４０５から来た光とレンズ４０７から来た光とが干渉し、その強度分布が媒体に記録される。
【０１５４】
次に、本第１１実施形態によるホログラム再生時の動作を、図２９を参照して説明する。レーザ光源４０１から出射したレーザ光は、４０２のコリメータ４０２で平行光に整えられ、レンズ４０５に入射する。レンズ４０５を通った光は一旦集光され、記録媒体４０６に至る。記録媒体４０６では、記録された強度分布に従って光が散乱し、その一部はレンズ４０５を通って光検出器４０９に至り、その受光面上にＳＬＭ４０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器４０９から取り出す。
【０１５５】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光とが、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ４０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ４０７とＳＬＭ４０８とミラー４１１とを外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体４０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。また、ＳＬＭ１０８が記録媒体１０６の下方に配置されるため、さらに、第１ないし第７実施形態と同様に、ＤＣカット、または高ｆカット記録を適用すれば、１ビーム化され、かつ高記録密度化が可能となる。
【０１５６】
〔第１２実施形態〕
図３１は、本発明の第１２実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、５０１はレーザ光源、５０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、５０５は凸レンズ、５０６は波面を記録する記録媒体、５０７は凸レンズ、５０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、５０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、５１１はミラー、５１２は半円形をした半円凸レンズ、５１３は光の空間周波数の低域のみを透過するスリット、５１４は半円形をした半円凸レンズである。
【０１５７】
レンズ５０５、記録媒体５０６、レンズ５０７、ＳＬＭ５０８、光検出器５０９の位置は、記録媒体５０６付近で光が集光するとともに、スリット５１３がレンズ５１２とレンズ５１４のフーリエ変換面上に位置し、さらに、記録媒体５０６に記録されたＳＬＭ５０８の強度分布が光検出器５０９の受光面上で像を結ぶような位置となるように調整する。
【０１５８】
この調整を行うために、例えば、レンズ５０５とレンズ５０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ５０５とレンズ５０７との距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ５０５とレンズ５０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。このとき、光検出器５０９がレンズ５０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ５０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ５０８の位置をレンズ５０５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ５０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ５０８からの透過光の強度分布を光検出器５０９の受光面上で結像させることができる。
【０１５９】
次に、図３４は、本第１２実施形態による半円凸レンズ５１２と５１４の形状の例を示す概念図である。半円凸レンズ５１２と５１４の外形は、実線で示すように、半円形である。図中の黒丸が最も厚みのある部分を示し、ここは、レンズの上下線対称軸上であって、その線対称軸上の外形で区切られる線分の中点である。破線は、レンズの厚みについての線であり、等しい厚みを表す線を示す。黒丸の部分が最も厚く、レンズの周辺にいくに従い、薄くなっていく様子を示している。
【０１６０】
半円凸レンズ５１２とスリット５１３と半円凸レンズ５１４の位置は、レンズ５０５から半円凸レンズ５１２ヘ入射した光に含まれる空間周波数の低域の成分を、半円凸レンズ５１４の外に取り出すように調整する。
【０１６１】
この調整を行うために、例えば、半円凸レンズ５１２と５１４の焦点距離をｆとする場合、半円凸レンズ５１２と５１４の距離を２ｆとすることにより、半円凸レンズ５１２と５１４を用いた光学系をアフォーカル系とする。そして、それら半円凸レンズ５１２と５１４との間に、半円凸レンズ５１２からはｆ、半円凸レンズ５１４からはｆだけ離した位置、つまり、２つの半円凸レンズ５１２と５１４のフーリエ変換面が重なる位置にスリット５１３を置く。
【０１６２】
また、スリット５１３の開口部の大きさは、少なくともＳＬＭ５０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを通過させるものとする。例えば、ＳＬＭ５０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、スリット５１３の開口部の大きさは、２νｌｏｗλ  ｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源５０１から出射する光の波長、ｆは半円凸レンズ５１２と５１４の焦点距離である。
【０１６３】
スリット５１３の開口部の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ５０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ５０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ５０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は、０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、スリット５１３の開口部の大きさは、０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０１６４】
もし、ＳＬＭ５０８の１軸に対するＳＬＭ５０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、スリット５１３の開口部の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。
【０１６５】
ＳＬＭ５０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でスリット５１３の開口部の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ５０８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ５０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、スリット５１３の開口部は、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、ｙ軸方向に対して２νｙｌｏｗ  λ  ｆとなるような方形にすればよい。
【０１６６】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ５０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めたときに、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ５０８で表示される信号信号の最低空間周波数をνｒｌｏｗとすると、スリット５１３の開口部は、ｒ軸に対して、２．４４  νｒｌｏｗ
λ  ｆとなるような円形にすればよい。
【０１６７】
次に、本第１２実施形態によるホログラム記録時の動作を、図３２を参照して説明する。レーザ光源５０１から出射したレーザ光は、コリメータ５０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ５０８へ入射する。光はＳＬＭ５０８を通過するとともに変調され、レンズ５０５に入射する。レンズ５０５を通った光は一旦集光され、記録媒体５０６を通り抜けてレンズ５０７に到達する。レンズ５０７の出射側では、再び光は平行光となり、半円凸レンズ５１２を通り、レンズ５１２のフーリエ変換面に到達する。半円凸レンズ５１２のフーリエ変換面では、スリット５１３によりＳＬＭ５０８で表示される低周波数成分のみが通過し、レンズ５１４に到達する。レンズ５１４の出射側では、再び光は平行光となり、ミラー５１１で反射し、再び、レンズ５０７を通って記録媒体５０６に至る。記録媒体５０６内では、レンズ５０５から来た光とレンズ５０７から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体５０６に記録される。
【０１６８】
次に、本第１２実施形態によるホログラム再生時の動作を、図３３を参照して説明する。まず、レーザ光を照射する前に、記録媒体５０６をレンズ５０５の光軸を中心にして１８０゜回転させておく。レーザ光源５０１から出射したレーザ光は、コリメータ５０２で平行光に整えられ、レンズ５０５に入射する。レンズ５０５を通った光は一旦集光され、記録媒体５０６に至る。記録媒体５０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ５０５を通って記録媒体５０６を透過する光は、記録時にレンズ５０７のを通って記録媒体５０６を通過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ５０８およびレンズ５０５を通ってきた光が再生され、記録媒体５０６からレンズ５０５の方向に放射される。再生された光は、レンズ５０５を通って光検出器５０９に至り、受光面上にＳＬＭ５０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器５０９から取り出す。
【０１６９】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ５０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ５０７とミラー５１１と半円凸レンズ５１２とスリット５１３と半円凸レンズ５１４を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体５０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。
【０１７０】
〔第１３実施形態〕
図３５は、本発明の第１３実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、６０１はレーザ光源、６０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、６０５は凸レンズ、６０６は波面を記録する媒体、６０７は凸レンズ、６０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、６０９は光検出器、６１０はミラー（または散乱体）、６１２は凸レンズである。
【０１７１】
レンズ６０５、媒体６０６、レンズ６０７、ＳＬＭ６０８、光検出器６０９、ミラー（または散乱体）６１０、凸レンズ６１２の位置は、記録媒体６０６の付近で光が集光するとともに、ミラー（または散乱体）６１０がレンズ６１２のフーリエ変換面上に位置し、さらに、ＳＬＭ６０８を通過した光の強度分布が、光検出器６０９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。この調整を行うために、例えば、レンズ６０５と６０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とした場合、レンズ６０５と６０７との距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ６０５と６０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。また、レンズ６１２の焦点距離をｆ３とした場合、レンズ６１２とミラー（または散乱体）６１０との距離はｆ３となるようにする。このとき、光検出器６０９がレンズ６０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ６０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ６０８の位置をレンズ６０５の焦点位置よりも、光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ６０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ６０８からの透過光の強度分布を光検出器６０９の受光面上で結象させることができる。
【０１７２】
ミラー（または散乱体）６１０の大きさは、少なくともＳＬＭ６０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを反射または散乱するものとする。例えば、ＳＬＭ６０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）６１０の大きさは、２νｌｏｗλｆ３よりも小さくする。ここで、λはレーザ光源６０１から出射する光の波長、ｆ３はレンズ６１２の焦点距離である。
【０１７３】
ミラー（または散乱体）６１０の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ６０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ６０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ６０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、ミラー（または散乱体）６１０の大きさは０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０１７４】
もし、ＳＬＭ６０８の１軸に対するＳＬＭ６０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、ミラー（または散乱体）６１０の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。
【０１７５】
ＳＬＭ６０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でミラー（または散乱体）６１０の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ６０８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ６０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）６１０は、ｘ軸方向に対して２  νｘｌｏｗ  λｆ、ｙ軸方向に対して２  νｙｌｏｗ  λｆとなるような方形にすればよい。
【０１７６】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ６０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ６０８で表示される信号信号の最低空間周波数をνｒｌｏｗとすると、ミラー（または散乱体）６１０は、ｒ軸に対して、２．４４  νｒｌｏｗ  λ  ｆとなるような円形にすればよい。
【０１７７】
次に、本第１３実施形態によるホログラム記録時の動作を、図３６を参照して説明する。レーザ光源６０１から出射したレーザ光は、コリメータ６０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ６０８へ入射する。光はＳＬＭ６０８を通過するとともに変調され、レンズ６０５に入射する。レンズ６０５を通った光は一旦集光され、記録媒体６０６を通り抜けてレンズ６０７に到達する。レンズ６０７の出射側では、再び、光は平行光となり、レンズ６１２を通り、レンズ６１２のフーリエ変換面に到達する。レンズ６１２のフーリエ変換面では、ミラー（または散乱体）６１０によりＳＬＭ６０８で表示される最低周波数成分が反射または散乱され、再び、レンズ６１２に到達する。レンズ６１２の出射側では、再び、光は平行光となり、再び、レンズ６０７を通って記録媒体６０６に至る。記録媒体６０６内では、レンズ６０５から来た光とレンズ６０７から来た光が干渉し、その強度分布が記録媒体に記録される。
【０１７８】
次に、本第１３実施形態によるホログラム再生時の動作を、図３７を参照して説明する。まず、レーザ光を照射する前に、記録媒体６０６をレンズ６０５の光軸を中心にして１８０゜回転させておく。レーザ光源６０１から出射したレーザ光は、コリメータ６０２で平行光に整えられ、レンズ６０５に入射する。レンズ６０５を通った光は一旦集光され、記録媒体６０６に至る。記録媒体６０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ６０５を通って記録媒体６０６を透過する光は、記録時にレンズ６０７を通って記録媒体６０６を通過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ６０８およびレンズ６０５を通ってきた光が再生され、記録媒体６０６からレンズ６０５の方向へ放射される。再生された光は、レンズ６０５を通って光検出器６０９に至り、受光面上にＳＬＭ６０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器６０９から取り出す。
【０１７９】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ６０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ６０７とミラー（または散乱体）６１０とレンズ６１２を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体６０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。
【０１８０】
〔第１４実施形態〕
図３８は、本発明の第１４実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、７０１はレーザ光源、７０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、７０５は凸レンズ、７０６は波面を記録する記録媒体、７０７は凸レンズ、７０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、７０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、７１５はミラー、７１６は遮光板である。
【０１８１】
レンズ７０５、記録媒体７０６、レンズ７０７、ＳＬＭ７０８、光検出器７０９の位置は、記録媒体７０６付近で光が集光するとともに、ＳＬＭ７０８を透過した光の強度分布が、光検出器７０９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。
【０１８２】
この調整を行うために、例えば、レンズ７０５と７０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ７０５と７０７との距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ７０５と７０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。このとき、光検出器７０９がレンズ７０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ７０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ７０８の位置をレンズ７０７の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ７０７に近付けることで、上述したようなＳＬＭ７０８からの透過光の強度分布を光検出器７０９の受光面上で像として結ぶようにできる。
【０１８３】
図４１（ａ），（ｂ）は、ミラー７１５の形状の例を示す斜視図である。図４１（ａ）は、４つの長方形の辺を張り合わせた屏風型の形状とした例であり、上の面に反射膜がコーティングされている。光は上方から入射し、上方へ反射される。図４１（ｂ）は、２つの円錐を組み合わせたメキシカンハット型の形状とした例であり、上の面に反射膜がコーティングされている。光は上方から入射し、上方へ反射される。
【０１８４】
次に、本第１４実施形態によるホログラム記録時の動作を、図３９を参照して説明する。レーザ光源７０１から出射したレーザ光は、コリメータ７０２で平行光に整えられ、遮光板７１６で遮光されなかった光がレンズ７０５に入射する。レンズ７０５を通った光は一旦集光され、記録媒体７０６を通り抜けてレンズ７０７に到達する。レンズ７０７の出射側では、再び、平行光となり、ミラー７１５で反射し、ＳＬＭ７０８へ入射する。光はＳＬＭ７０８を通過するとともに変調され、再び、レンズ７０７を通って記録媒体７０６に至る。記録媒体７０６内では、レンズ７０５から来た光とレンズ７０７から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体に記録される。
【０１８５】
次に、本第１４実施形態によるホログラム再生時の動作を、図４０を参照して説明する。レーザ光源７０１から出射したレーザ光は、コリメータ７０２で平行光に整えられ、遮光板７１６で遮光されなかった光がレンズ７０５に入射する。レンズ７０５を通った光は一旦集光され、記録媒体７０６に至る。記録媒体７０６では、記録された強度分布に従って光が散乱し、その一部はレンズ７０５を通って光検出器７０９に至り、受光面上にＳＬＭ７０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器７０９から取り出す。
【０１８６】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ７０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ７０７とＳＬＭ７０８とミラー７１５を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体７０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。また、ＳＬＭ１０８が記録媒体１０６の下方に配置されるため、さらに、第１ないし第７実施形態と同様に、ＤＣカット、または高ｆカット記録を適用すれば、１ビーム化され、かつ高記録密度化が可能となる。
【０１８７】
〔第１５実施形態〕
図４２は、本発明の第１５実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。８０１はレーザ光源、８０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、８０３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、８０４はある方向の偏光の時間位相を２π／４ラジアンだけ遅らせるλ／４板、８０５は凸レンズ、８０６は波面を記録する記録媒体、８０７は凸レンズ、８０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、８０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、８１２は凸レンズ、８１３は光の空間周波数の低減のみを透過するスリット、８１４は凸レンズ、８１５はミラー、８１６は遮光版、８１７は遮光版である。
【０１８８】
ＰＢＳ８０３、レンズ８０５、記録媒体８０６、レンズ８０７、ＳＬＭ８０８、光検出器８０９の位置は、記録媒体８０６付近で光が集光するとともに、スリット８１３がレンズ８１２と８１４のフーリエ変換面上に位置し、さらに、ＳＬＭ８０６を通過した光の強度分布が、光検出器８０９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。
【０１８９】
この調整を行うために、例えば、レンズ８０５と８０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ８０５と８０７との距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ８０５と８０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。このとき、光検出器８０９がレンズ８０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ８０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ８０８の位置をレンズ８０５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ８０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ８０８からの透過光の強度分布を光検出器８０９の受光面上で結像させることができる。
【０１９０】
コリメータ８０２からＰＢＳ８０３へ入射する平行光は直線偏光であり、その偏光画はＰＢＳ８０３に対してＰ方位になるように、レーザ光源８０１とＰＢＳ８０３を調整する。
【０１９１】
ＰＢＳ８０３を通ってきた直線偏光された光をλ／４板８０４で円偏光とするため、λ／４板８０４の高速軸方向と低速軸方向に偏向された光が、λ／４板８０４から同じ強度で出射するように、λ／４板８０４を調整する。この調整方法としては、例えば、λ／４板８０４の高速軸方向に対して、４５゜の角度の偏光面を持つ直線偏光された光をλ／４板８０４に入射するようにする方法がある。
【０１９２】
レンズ８１２とスリット８１３とレンズ８１４の位置は、レンズ８０７からレンズ８１２ヘ入射した光に含まれる空間周波数の低域の成分を、レンズ８１４のから外に取り出すように調整する。この調整を行うために、例えば、レンズ８１２と８１４の焦点距離をｆとする場合、レンズ８１２と８１４との距離を２ｆとすることにより、レンズ８１２と８１４を用いた光学系をアフォーカル系とする。そして、それらレンズ８１２と８１４の間に、レンズ８１２からはｆ、レンズ８１４からはｆだけ離した位置に、つまり、２つのレンズ８１２と８１４のフーリエ変換面が重なる位置に、スリット８１３を置く。
【０１９３】
また、スリット８１３の開口部の大きさは、少なくともＳＬＭ８０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを通過させるものとする。例えば、ＳＬＭ８０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、スリット８１３の開口部の大きさは、２νｌｏｗλ  ｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源８０１から出射する光の波長、ｆはレンズ８１２と８１４の焦点距離である。
【０１９４】
スリット８１３の開口部の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ８０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ８０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ８０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、スリット８１３の開口部の大きさは０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０１９５】
もし、ＳＬＭ８０８の１軸に対するＳＬＭ８０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、スリット８１３の開口部の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。
【０１９６】
ＳＬＭ８０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でスリット８１３の開口部の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭの表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ８０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、スリット８１３の開口部は、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、ｙ軸方向に対して２νｙｌｏｗ  λ  ｆとなるような方形にすればよい。
【０１９７】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ８０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合は、ｒ軸におけるＳＬＭで表示される信号信号の最低空間周波数をν  ｒ１ｏｗとすると、スリット８１３の開口部は、ｒ軸に対して、２．４４  ν  ｒｌｏｗ  λ  ｆとなるような円形にすればよい。ミラー８１５の形状は、第１４実施形態に示すものと同じである。
【０１９８】
次に、本第１５実施形態によるホログラム記録時の動作を、図４３を参照して説明する。レーザ光源８０１から出射したレーザ光は、コリメータ８０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ８０８へ入射する。それと同時に、遮光板８１６により、ＳＬＭ８０８へ入射する光以外は遮光する。光はＳＬＭ８０８を通過するとともに変調され、ＰＢＳ８０３を通過し、レンズ８０５に入射する。レンズ８０５を通った光は一旦集光され、記録媒体８０６を通り抜けてレンズ８０７に到達する。レンズ８０７の出射側では、再び、光は平行光となり、レンズ８１２を通り、レンズ８１２のフーリエ変換面に到達する。レンズ８１２のフーリエ変換面では、スリット８１３によりＳＬＭ８０８で表示される低周波成分のみが通過し、レンズ８１４に到達する。レンズ８１４の出射側では、再び、光りは平行光となり、ミラー８１５で反射し、再び、レンズ８０７を通って記録媒体８０６に至る。記録媒体８０６内では、レンズ８０５から来た光とレンズ８０７から来た光が干渉し、その強度分布が記録媒体に記録される。
【０１９９】
次に、本第１５実施形態によるホログラム再生時の動作を、図４４を参照して説明する。レーザ光源８０１から出射したレーザ光は、コリメータ８０２で平行光に整えられ、光検出器８１７で遮光されなかった光がλ／４板８０４に入射する。λ／４板８０４を通過した光は直線偏光から円偏光に変換され、レンズ８０５を通って集光され、記録媒体８０６に至る。記録媒体８０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ８０５を通って記録媒体８０６を透過する光は、記録時にレンズ８０７を通って記録媒体８０６を透過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ８０８、ＰＢＳ８０３およびレンズ８０５を通った光が再生され、記録媒体８０６からレンズ８０５の方向へ放射される。再生された光は、レンズ８０５を通ってλ／４８０４に入射する。λ／４板８０４を通過した光は、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板８０４から出射した光の偏光面は、コリメータ８０２から入射した光の偏光面に対して垂直となり、ＰＢＳ８０３に対してＳ方位になる。λ／４板８０４から出射した光は、ＰＢＳ８０３へ入射し、ＰＢＳ８０３内部で反射して光検出器８０９に至り、受光面上にＳＬＭ８０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器８０９から取り出す。
【０２００】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ８０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系ではレンズ８０７とレンズ８１２とスリット８１３とレンズ８１４とミラー８１５を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体８０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。
【０２０１】
〔第１６実施形態〕
図４５は、本発明の第１６実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。図において、９０１はレーザ光源、９０２はレーザ光を平行光にするコリメータ、９０３は偏光の方向により光を分離する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）、９０４はある方向の偏光の時間位相を２π／４ラジアンだけ遅らせるλ／４板、９０５は凸レンズ、９０６は波面を記録する記録媒体、９０７は凸レンズ、９０８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、９０９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、９１２は凸レンズ、９１３は光の空間周波数の低減のみを透過するスリット、９１４は凸レンズ、９１５はミラー、９１６は遮光板、９１７は遮光板である。
【０２０２】
ＰＢＳ９０３、レンズ９０５、記録媒体９０６、レンズ９０７、ＳＬＭ９０８、光検出器９０９の位置は、記録媒体８０６付近で光が集光するとともに、スリット９１３がレンズ９１２と９１４のフーリエ変換面上に位置し、さらに、ＳＬＭ９０６を通過した光の強度分布が、光検出器９０９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。
【０２０３】
この調整を行うために、例えば、レンズ９０５と９０７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ９０５と９０７との距離をｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ９０５と９０７を用いた光学系をアフォーカル系とする。このとき、光検出器９０９がレンズ９０５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ９０５から離れていたとした場合、ＳＬＭ９０８の位置をレンズ９０５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ９０５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ９０８からの透過光の強度分布を光検出器９０９の受光面上で像として結ぶようにできる。
【０２０４】
コリメータ９０２からＰＢＳ９０３へ入射する平行光は直線偏光であり、その偏光面は、ＰＢＳ９０３に対してＰ方位になるように、レーザ光源９０１とＰＢＳ９０３を調整する。ＰＢＳ９０３を通ってきた直線偏光の光をλ／４板９０４で円偏光とするため、λ／４板９０４の高速軸方向と低速軸方向に偏向された光が、λ／４板９０４から同じ強度で出射するように、λ／４板９０４を調整する。この調整方法としては、例えば、λ／４板９０４の高速軸方向に対して、４５°の角度の偏光画を持つ直線偏光の光をλ／４板９０４に入射するようにする方法がある。
【０２０５】
レンズ９１２とスリット９１３とレンズ９１４の位置は、レンズ９０７からレンズ９１２ヘ入射した光に含まれる空間周波数の低域の成分を、レンズ９１４から外に取り出すように調整する。この調整を行うために、例えば、レンズ９１２と９１４の焦点距離をｆとする場合、レンズ９１２と９１４との距離を２ｆとすることにより、レンズ９１２と９１４を用いた光学系をアフォーカル系とする。そして、それらレンズ９１２と９１４との間に、レンズ９１２からはｆ、レンズ９１４からはｆだけ離した位置に、つまり、２つのレンズ９１２と９１４のフーリエ変換面が重なる位置に、スリット９１３を置く。
【０２０６】
また、スリット９１３の開口部の大きさは、少なくともＳＬＭ９０８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを通過させるものとする。例えば、ＳＬＭ９０８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、スリット９１３の開口部の大きさは、２νｌｏｗ  λ  ｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源９０１から出射する光の波長、ｆはレンズ９１２と９１４の焦点距離である。
【０２０７】
スリット９１３の開口部の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ９０８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ９０８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ９０８の大きさがＬであった場合、その主要成分は０．６λｆ／Ｌ内に収まるので、スリット９１３の開口部の大きさは０．６λｆ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０２０８】
もし、ＳＬＭ９０８の１軸に対するＳＬＭ９０８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、スリット９１３の開口部の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。ＳＬＭ９０８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でスリット９１３の開口部の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ９０８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ９０８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、スリット９１３の穴は、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、  ｙ軸方向に対して２  νｙｌｏｗ  λ  ｆとなるような方形にすればよい。
【０２０９】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ９０８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ９０８で表示される信号信号の最低空間周波数をνｒｌｏｗとすると、スリット９１３の開口部は、ｒ軸に対して、２．４４  νｒｌｏｗ  λ  ｆとなるような円形にすればよい。
【０２１０】
次に、本第１６実施形態によるホログラム記録時の動作を、図４６を参照して説明する。レーザ光源９０１から出射したレーザ光は、コリメータ９０２で平行光に整えられ、ＳＬＭ９０８へ入射する。それと同時に、遮光板９１６により、ＳＬＭ９０８へ入射する光以外は遮光する。光はＳＬＭ９０８を通過するとともに変調され、ＰＢＳ９０３を通過し、レンズ９０５に入射する。レンズ９０５を通った光は一旦集光され、記録媒体９０６を通り抜けてレンズ９０７に到達する。レンズ９０７の出射側では、再び、光は平行光となり、レンズ９１２を通り、レンズ９１２のフーリエ変換面に到達する。レンズ９１２のフーリエ変換面では、スリット９１３によりＳＬＭ９０８で表示される低周波成分のみが通過し、レンズ９１４に到達する。レンズ９１４の出射側では、再び、光りは平行光となり、ミラー９１５で反射し、再び、レンズ９０７を通って記録媒体９０６に至る。記録媒体９０６内では、レンズ９０５から来た光とレンズ９０７から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体に記録される。
【０２１１】
次に、本第１６実施形態によるホログラム再生時の動作を、図４７を参照して説明する。レーザ光源９０１から出射したレーザ光は、コリメータ９０２で平行光に整えられ、光検出器９１７で遮光されなかった光がλ／４板９０４に入射する。λ／４板９０４を通過した光は、直線偏光から円偏光に変換され、レンズ９０５を通って集光され、記録媒体９０６に至る。記録媒体９０６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ９０５を通って記録媒体９０６を透過する光は、記録時にレンズ９０７を通って記録媒体９０６を透過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ９０８、ＰＢＳ９０３およびレンズ９０５を通った光が再生され、記録媒体９０６からレンズ９０５の方向へ放射される。再生された光は、レンズ９０５を通ってλ／４板９０４に入射する。λ／４板９０４を通過した光は、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板９０４から出射した光の偏光画は、コリメータ９０２から入射した光の偏光面に対して垂直となり、ＰＢＳ９０３に対してＳ方位になる。λ／４板９０４から出射した光は、ＰＢＳ９０３へ入射し、ＰＢＳ９０３内部で反射して光検出器９０９に至り、受光面上にＳＬＭ９０８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器９０９から取り出す。
【０２１２】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ９０５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系ではレンズ９０７とレンズ９１２とスリット９１３とレンズ９１４とミラー９１５を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体９０６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。
その効果として、記録密度の向上が容易となる。
【０２１３】
〔第１７実施形態〕
図４８は、本発明の第１７実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す図である。図において、１００１はレーザ光源、１００２はレーザ光を平行光にするコリメータ、１００５は凸レンズ、１００６は波画を記録する記録媒体、１００７は凸レンズ、１００８は光を変調する空間光変調器（以下、ＳＬＭ）、１００９は最終的に光学系から出てきた信号をとらえる光検出器、１０１２は凸レンズ、１０１３は光の空間周波数の低域のみを透過するスリット、１０１４は凸レンズ、１０１５はミラー、１０１６は遮光板、１０１７は遮光板である。
【０２１４】
ＰＢＳ１００３、レンズ１００５、記録媒体１００６、レンズ１００７、ＳＬＭ１００８、光検出器１００９の位置は、記録媒体１００６の付近で光が集光するとともに、スリット１０１３がレンズ１０１２と１０１４のフーリエ変換面上に位置し、さらに、ＳＬＭ１００６を通過した光の強度分布が、光検出器１００９の受光面上で像を結ぶような位置に調整する。
【０２１５】
この調整を行うために、例えば、レンズ１００５と１００７のそれぞれの焦点距離をｆ１とｆ２とする場合、レンズ１００５と１００７との距離はｆ１＋ｆ２とすることにより、レンズ１００５と１００７を用いた光学系をアフォーカル系とする。この時、光検出器１００９がレンズ１００５の焦点位置から光路長にしてｚ１だけ、レンズ１００５から離れていたとした場合、ＳＬＭ１００８の位置をレンズ１００５の焦点位置よりも光路長にしてｚ１／（−ｆ１／ｆ２）＾２だけ、レンズ１００５に近付けることで、上述したようなＳＬＭ１００８からの透過光の強度分布を光検出器１００９の受光面上で結像させることができる。
【０２１６】
レンズ１０１２とスリット１０１３とレンズ１０１４の位置は、レンズ１００７からレンズ１０１２ヘ入射した光に含まれる空間周波数の低域の成分を、レンズ１０１４の外に取り出すように調整する。この調整を行うために、例えば、レンズ１０１２と１０１４の焦点距離をｆとする場合、レンズ１０１２と１０１４との距離を２ｆとすることにより、レンズ１０１２と１０１４を用いた光学系をアフォーカル系とする。そして、それらレンズ１０１２と１０１４との間に、レンズ１０１２からはｆ、レンズ１０１４からはｆだけ離した位置に、つまり、２つのレンズ１０１２と１０１４のフーリエ変換面が重なる位置に、スリット１０１３を置く。
【０２１７】
また、スリット１０１３の開口部の大きさは、少なくともＳＬＭ１００８で表示される信号の最低空間周波数よりも低い周波数のみを通過させるものとする。例えば、ＳＬＭ１００８で表示される信号のある１軸の最低空間周波数をνｌｏｗとすると、スリット１０１３の開口部の大きさは、２νｌｏｗλｆよりも小さくする。ここで、λはレーザ光源１００１から出射する光の波長、ｆはレンズ１０１２と１０１４の焦点距離である。
【０２１８】
スリット１０１３の開口部の大きさについては、以下のようにすると、記録できる信号量を最大化できる。つまり、ＳＬＭ１００８で表示される信号の中で、最も低域の空間周波数、つまり、周波数０に集中する信号は、ＳＬＭ１００８の全面が一様の強度となる信号であるが、この場合、１軸に対するＳＬＭ１００８の大きさがＬであった場合、その主要成分は０．６λ／Ｌ内に収まるので、スリット１０１３の開口部の大きさは０．６λ／Ｌとする。この場合、周期Ｌ以上の正弦波および余弦波を信号として用いることが可能となる。
【０２１９】
もし、ＳＬＭ１００８の１軸に対するＳＬＭ１００８の大きさがＬで、周期Ｌの正弦波および余弦波を信号として用いないのであれば、スリット１０１３の開口部の大きさをλｆ／Ｌとすることで、さらに強度の強い透過光を得ることができる。
【０２２０】
ＳＬＭ１００８が２次元で表示できるものであれば、信号の軸はもう１つあり、上述した方法と同様の方法でスリット１０１３の開口部の大きさを求めることができる。つまり、２次元表示できるＳＬＭ１００８の表示面上において、デカルト座標の座標軸をｘ軸とｙ軸と定めた時に、ｘ軸とｙ軸のそれぞれにおけるＳＬＭ１００８で表示される信号の最低空間周波数をνｘｌｏｗ、νｙｌｏｗとすると、スリット１０１３の開口部は、ｘ軸方向に対して２νｘｌｏｗ  λ  ｆ、ｙ軸方向に対して２νｙｌｏｗ  λ  ｆとなるような方形にすればよい。
【０２２１】
特殊な場合として、２次元表示できるＳＬＭ１００８の表示面上において、局座標の座標軸をｒ軸とθ軸と定めた時に、信号θ軸に対して一様である場合には、ｒ軸におけるＳＬＭ１００８で表示される信号信号の最低空間周波数をνｒｌｏｗとすると、スリット１０１３の開口部は、ｒ軸に対して、２．４４  νｒｌｏｗ  λｆとなるような円形にすればよい。ミラー１０１５の形状は、第１４実施形態に示すものと同じである。
【０２２２】
次に、本第１７実施形態によるホログラム記録時の動作を、図４９を参照して説明する。レーザ光源１００１から出射したレーザ光は、コリメータ１００２で平行光に整えられ、ＳＬＭ１００８へ入射する。それと同時に、遮光板１０１６により、ＳＬＭ１００８へ入射する光以外は遮光する。光はＳＬＭ１００８を通過するとともに変調され、レンズ１００５に入射する。レンズ１００５を通った光は一旦集光され、記録媒体１００６を通り抜けてレンズ１００７に到達する。レンズ１００７の出射側では、再び、光は平行光となり、レンズ１０１２を通り、レンズ１０１２のフーリエ変換面に到達する。レンズ１０１２のフーリエ変換面では、スリット１０１３によりＳＬＭ１００８で表示される低周波成分のみが通過し、レンズ１０１４に到達する。レンズ１０１４の出射側では、再び、光りは平行光となり、ミラー１０１５で反射し、再び、レンズ１００７を通って記録媒体１００６に至る。記録媒体内１００６では、レンズ１００５から来た光とレンズ１００７から来た光とが干渉し、その強度分布が記録媒体に記録される。
【０２２３】
次に、本第１７実施形態によるホログラム再生時の動作を、図５０を参照して説明する。レーザ光源１００１から出射したレーザ光は、コリメータ１００２で平行光に整えられ、遮光板１０１７で遮光されなかった光がレンズ１００５に入射する。レンズ１００５を通った光は一旦集光され、記録媒体１００６に至る。記録媒体１００６では、記録された強度分布に従って光が散乱する。このとき、レンズ１００５を通って記録媒体１００６を透過する光は、記録時にレンズ１００７を通って記録媒体１００６を透過する光に対して位相共役な関係にあるので、ここでは、記録時にＳＬＭ１００８およびレンズ１００５を通った光が再生され、記録媒体１００６からレンズ１００５の方向へ放射される。再生された光は、レンズ１００５を通って光検出器１００９に至り、受光面上にＳＬＭ１００８で変調された像が結像する。この結像した像の強度分布を信号として光検出器１００９から取り出す。
【０２２４】
このような構造となっているので、再生時の光学系では、再生用の入射光と再生光が、それらの光の波面調整のために、１つのレンズ１００５を共用することが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、再生時の光学系では、レンズ１００７とレンズ１０１２とスリット１０１３とレンズ１０１４とミラー１０１５を外すことが可能となる。その効果として、再生器が小型化できる。また、このような構造となっているので、記録媒体１００６への記録はｏｆｆ−ａｘｉｓ型とすることが可能となる。その効果として、記録密度の向上が容易となる。
【０２２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物体光と参照光との干渉によって生じる光強度分布を干渉縞として記録する際に、前記物体光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去して新物体光を生成し、前記新物体光と前記参照光とを記録媒体に照射し、双方の干渉によって生じる光強度分布を前記記録媒体中に記録するようにしたので、記録媒体に情報の記録に寄与しない光が照射されることを防ぐことができ、記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用することができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図２】本第１実施形態によるホログラム記録方法の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図５】本第２実施形態によるホログラム記録方法で用いるＤＣカット用のマスク１０を上から見た上面拡大図である。
【図６】本第２実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第４実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第５実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図１０】本第５実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の第６実施形態によるホログラム記録方法を説明するための模式図である。
【図１２】本第６実施形態によるホログラム再生方法を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の第７実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図１４】本第７実施形態の動作原理を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の第８実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図１６】本第８実施形態によるホログラム記録動作を説明するための模式図である。
【図１７】本第８実施形態によるホログラム再生動作を説明するための模式図である。
【図１８】本発明の第９実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図１９】本第９実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図２０】本第９実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図２１】本第９実施形態によるホログラム記録再生装置に用いる記録媒体の厚さ方向を縦軸にとった場合の模式図である。
【図２２】本第９実施形態によるホログラム記録再生装置に用いるミラー（または散乱体）の形状の例を示す概念図である。
【図２３】本第９実施形態によるホログラム記録再生装置に用いる記録媒体の形状とミラー（または散乱体）の形成の例を示す模式図である。
【図２４】本発明の第１０実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図２５】本第１０実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図２６】本第１０実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図２７】本発明の第１１実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図２８】本第１１実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図２９】本第１１実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図３０】本第１１実施形態によるホログラム記録再生装置に用いるミラーの形状の例を示す斜視図である。
【図３１】本発明の第１２実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図３２】本第１２実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図３３】本第１２実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図３４】本第１２実施形態による半円凸レンズの形状の例を示す概念図である。
【図３５】本発明の第１３実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図３６】本第１３実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図３７】本第１３実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図３８】本発明の第１４実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図３９】本第１４実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図４０】本第１４実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図４１】本第１４実施形態によるホログラム記録再生装置に用いるミラーの形状の例を示す斜視図である。
【図４２】本発明の第１５実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図４３】本第１５実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図４４】本第１５実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図４５】本発明の第１６実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図４６】本第１６実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図４７】本第１６実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図４８】本発明の第１７実施形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す図である。
【図４９】本第１７実施形態によるホログラム記録時の動作を説明するための模式図である。
【図５０】本第１７実施形態によるホログラム再生時の動作を説明するための模式図である。
【図５１】従来技術によるホログラム記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図５２】従来技術によるホログラム記録再生装置の記録時の動作を説明するための模式図である。
【図５３】従来技術によるホログラム記録再生装置の再生時の動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  平行光
２  ミラー
３  ビームスプリッタ
４  参照光
５  物体光
６  ２次元光変調器
７  レンズ
８  記録媒体
９  シャッタ
１０  マスク
１１  ガラス板
２０  反射体
４１  高空間周波数成分光
５１  ２次元変調された物体光
５２  新しい物体光
１００  ガラス板
１１０  アライメント用マーカ
２００  駆動系
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１  レーザ光源
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２，１００２  コリメータ
１０３，２０３，３０３，８０３，９０３  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０４，２０４，３０４，８０４，９０４  λ／４板
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５，７０５，８０５，９０５，１００５  凸レンズ
１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６，８０６，９０６，１００６  記録媒体
１０７，４０５，４０７，５０７，６０７，７０７，８０７，９０７，１００７  凸レンズ
１０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８，７０８，８０８，９０８，１００８  空間光変調器（ＳＬＭ）
１０９，２０９，３０９，４０９，５０９，６０９，７０９，８０９，９０９，１００９  光検出器
２１０，６１０  ミラー（または散乱体）
３１３，５１３，８１３，９１３，１０１３  スリット
３１６  凹面鏡
４１１，５１１  ミラー
５１２  半円凸レンズ
５１４  半円凸レンズ
６１２，９１２  凸レンズ
７１５，８１５，９１５，１０１５  ミラー
７１７，８１６，９１６，１０１６  遮光板
８１２，１０１２  凸レンズ
８１４，９１４，１０１４  凸レンズ
８１７，９１７，１０１７  遮光版
【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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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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