(57)【要約】【課題】個々の回折制御素子から出射される回折光の干渉を低減できる回折制御装置、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】回折制御装置を出射される１次回折光が互いに干渉しないように配置された複数の回折制御素子から構成する。回折制御素子から出射される回折光のうち０次の回折光は回折制御素子の正面に出射されるので、それぞれの回折制御素子からの０次回折光は干渉しにくい。１次回折光は回折制御素子から角度を持って出射させるので回折制御素子の配置によっては互いの１次回折光が交錯し干渉が生じる可能性がある。このため、１次回折光の出射方向を考慮して回折制御素子を配置することで、回折制御素子それぞれから出射された回折光同士の干渉を防止できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の回折を互いに独立して制御して出射させ、かつ出射される１次回折光が互いに干渉しないように配置された複数の回折制御素子、を具備することを特徴とする回折制御装置。
【請求項２】
前記複数の回折制御素子が、入射光に位相を付与する第１の位相素子と、入射光に前記第１の位相素子とは独立に位相を付与する第２の位相素子とを有する、ことを特徴とする請求項１記載の回折制御装置。
【請求項３】
前記第１、第２の位相素子が第１の軸に沿って交互に配置され、前記複数の回折制御素子が第２の軸に沿って配置され、かつ前記第１、第２の軸のなす角度の絶対値が４５°以上、１３５°以下である、ことを特徴とする請求項２記載の回折制御装置。
【請求項４】
前記第１、第２の位相素子それぞれが、略リボン形状であることを特徴とする請求項２記載の回折制御装置。
【請求項５】
前記第１、第２の位相素子の少なくともいずれかが、静電力によって変位することを特徴とする請求項４記載の回折制御装置。
【請求項６】
前記第１、第２の位相素子それぞれが、液晶を有することを特徴とする請求項２記載の回折制御装置。
【請求項７】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の回折を制御して出射させる請求項１記載の回折制御装置と、
前記回折制御装置から出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項８】
前記回折制御装置と前記集光素子の間にあって、前記回折制御装置から出射した回折光から所定次数の回折光成分を抽出する回折光成分抽出素子をさらに具備することを特徴とする請求項７記載のホログラム記録装置。
【請求項９】
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第１、第２の光に分割し、該第１の光を前記回折制御装置に入射させる光分割素子と、
前記光分割素子から出射された第２の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光される箇所に集光する第２の集光素子と、をさらに具備することを特徴とする請求項７記載のホログラム記録装置。
【請求項１０】
前記光分割素子から出射された前記第１の光を遮蔽する光遮蔽素子と、
前記第２の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に集光されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射した光を受光する受光素子と、をさらに具備することを特徴とする請求項９記載のホログラム記録装置。
【請求項１１】
光の回折を互いに独立して制御して出射させ、かつ出射される１次回折光が互いに干渉しないように配置された複数の回折制御素子を有する回折制御装置によって、レーザ光を回折させる回折ステップと、
前記回折ステップで回折された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の回折を制御する回折制御装置、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。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置が開発されている。ホログラム記録装置では複数の画素を有する空間変調器が用いられ、この複数の画素を独立して制御することでホログラム記録媒体へのデータの記録が行われる。
空間変調器には互いに独立して光の回折を制御できる回折制御素子を配列して構成される回折制御装置を用いることができる。個々の回折制御素子の状態に対応して０，１のビットを表すことで、回折制御素子の個数に対応するビット数のデータをホログラム記録媒体に記録できる。なお、このような回折制御装置はプリンタ等の画像形成装置にも用いられる（特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１７４９３３号公報
【特許文献２】
特開平９−２２０８２４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回折制御装置を構成する個々の回折制御素子から出射された回折光が互いに干渉すると、ホログラム記録媒体に記録されるデータにノイズが含まれることとなる。このようなノイズはホログラム記録媒体からのデータの再生の際のデータ読み取りの誤りを招く可能性がある。
上記に鑑み、本発明は個々の回折制御素子から出射される回折光の干渉を低減できる回折制御装置、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目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
Ａ．上記に鑑み本発明に係るホログラム回折制御装置は、入射した光の回折を互いに独立して制御して出射させ、かつ出射される１次回折光が互いに干渉しないように配置された複数の回折制御素子、を具備することを特徴とする。
回折制御素子から０次、１次の回折光が出射される。このうち０次の回折光は回折制御素子の正面に出射されるので、それぞれの回折制御素子からの０次回折光は互いに干渉しにくい。１次回折光は回折制御素子から角度を持って出射されるので、回折制御素子の配置によっては互いの１次回折光が交錯し干渉が生じる可能性がある。このため、１次回折光の出射方向を考慮して回折制御素子を配置することで、回折制御素子それぞれからの出射光の干渉を防止することができる。
【０００６】
ここで、前記複数の回折制御素子が、入射光に位相を付与する第１の位相素子と、入射光に前記第１の位相素子とは独立に位相を付与する第２の位相素子とを有してもよい。
第２の位相素子を第１の位相素子とは独立に制御することで、第１、第２の位相素子からの出射光に位相差を付与し、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第３以上の位相制御要素が追加されていても差し支えない。
【０００７】
（１）前記第１、第２の位相素子が第１の軸に沿って交互に配置され、前記複数の回折制御素子が第２の軸に沿って配置され、かつ前記第１、第２の軸のなす角度の絶対値が４５°以上、１３５°以下であってもよい。
このように配置することで、回折制御素子それぞれからの回折光が互いに干渉するのを防止できる。
【０００８】
（２）前記第１、第２の位相制御要素それぞれは、種々の形状を採りうるが、一例として、略リボン形状とすることができる。
この形状は作成および駆動が容易である。例えば、このリボンを導電性、かつ弾力性のある材料（例えば、金属材料）で構成することで、リボンに印加した電圧に基づく静電力によって変位させ、リボンの弾力性により元の状態（形状）に復帰させることができる。このようにすることで、前記第１、第２の位相素子、ひいては回折制御素子を高速で（例えば、１μ秒程度）動作させることが可能となる。
【０００９】
（３）前記第１、第２の位相素子それぞれが、液晶を有してもよい。
液晶を用いて第１、第２の位相素子同士での光の位相差を変化させることで光の回折状態を制御できる。
【００１０】
Ｂ．本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の回折を制御して出射させる上記Ａ．に記載の回折制御装置と、前記回折制御装置から出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、を具備することを特徴とする。
１次回折光の出射方向を考慮して配置された回折制御素子を有する回折制御装置を用いることで、ホログラム記録媒体へのデータ記録の際のノイズを低減することができる。
【００１１】
（１）ホログラム記録装置が、前記回折制御装置と前記集光素子の間にあって、前記回折制御素子から出射した回折光から所定次数の回折光成分を抽出する回折光成分抽出素子をさらに具備してもよい。
回折光成分抽出素子によって回折光から所定次数の回折光成分を抽出することで回折光の強度を変化させ、ホログラム記録媒体にデータを光の強弱として記録することができる。
なお、回折光成分抽出素子の一例として、凸レンズとスリットの組み合わせが考えられる。この組み合わせにより、例えば、１次以上の回折光成分を除去して０次回折光のみを抽出することが簡便に行える。
【００１２】
（２）ホログラム記録装置が、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第１、第２の光に分割し、該第１の光を前記回折制御装置に入射させる光分割素子と、前記光分割素子から出射された第２の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光される箇所に集光する第２の集光素子と、をさらに具備してもよい。
レーザ光源から出射されたレーザ光を回折制御装置を通過させない参照光と回折制御装置を通過させる信号光とに分割し、ホログラム記録媒体上でその双方を集光することで、ホログラム記録媒体上に参照光と信号光の干渉縞を記録することができる。
なお、光分割素子の一例として、ハーフミラーが挙げられる。
【００１３】
（３）ホログラム記録装置が、前記光分割素子から出射された前記第１の光を遮蔽する光遮蔽素子と、前記第２の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に集光されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射した光を受光する受光素子と、をさらに具備してもよい。
光分割素子から出射された信号光がホログラム記録媒体に到達しないように遮断して、ホログラム記録媒体に参照光のみが到達するようにすることで、ホログラム記録媒体から記録されたデータに対応する信号光を発生させる。発生した信号光を受光素子で読み取ることで、記録されたデータを再生することができる。
この受光素子は、元々の信号を発生した回折制御装置に対応していることが好ましい。例えば、回折制御装置が一次元に配列された回折制御素子から構成されるときには、これに対応して配列された個別受光素子から構成されることが好ましい。
【００１４】
Ｃ．本発明に係るホログラム記録方法は、光の回折を互いに独立して制御して出射させ、かつ出射される１次回折光が互いに干渉しないように配置された複数の回折制御素子を有する回折制御装置によって、レーザ光を回折させる回折ステップと、前記回折ステップで回折された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、を具備することを特徴とする。
１次回折光の出射方向を考慮して配置された回折制御素子を有する回折制御装置を用いてホログラム記録を行うことで、ホログラム記録媒体に記録されるノイズを低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置１００を表す模式図である。また、図２は図１のＸ軸方向からホログラム記録装置１００を見た状態を表す模式図である。
図１，２に示すように、ホログラム記録装置１００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，ハーフミラー３０，一次元型回折制御装置４０，スリット素子５０，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ８１〜８５から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
【００１６】
（一次元型回折制御装置４０の内部構成）
まず、一次元型回折制御装置４０について説明する。
図３は、一次元型回折制御装置４０を上面から見た状態を表す上面図である。
また、図４，５はそれぞれ、一次元型回折制御装置４０を側面、および正面からみた状態を表す側面図および正面図である。なお、図４，５の（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、回折制御素子４１の２つの状態（ＯＦＦ、ＯＮ）を表している。また、図５ではリボン４２の動作状態を模式的に表している。
一次元型回折制御装置４０は、回折制御素子４１がＹ方向に複数配列されて構成される。回折制御素子４１は、入射した光を回折して回折光として出射するものであり、互いに独立して回折状態を制御できる。
【００１７】
回折制御素子４１は、６本のリボン４２，リボン４２と対向する絶縁膜４３および対向電極４４を有し、基板４５上に構成される。６本のリボン４２は、１本おきに３本が上下に駆動される。リボン４２と対向電極４４との間に電圧を印加することで、この間に静電力が発生し、リボン４２が対向電極４４へと吸引される（ＯＮ状態：図４（Ｂ）、５（Ｂ）参照）。そして、リボン４２と対向電極４４との間に印加された電圧を除去すると、リボン４２の弾性力によりリボン４２は元の状態に復帰する（ＯＦＦ状態：図４（Ａ）、５（Ａ）参照）。
リボン４２は、例えば、幅が数μｍ、長さが１００μｍ程度、距離ｄが数百ｎｍとすることができる。このとき、リボン４２の動作時間は１μｓ程度とすることができる。
【００１８】
一次元型回折制御装置４０（回折制御素子４１）に対して、レーザ光が垂直に入射した場合を考える。図５（Ａ）のように、回折制御素子４１の６本のリボン４２が同一平面にあれば（ＯＦＦ状態）、レーザ光はそのまま垂直に反射し、０次回折光のみが発生する。一方、図５（Ｂ）のように、リボン４２が１本おきに下がっていれば（ＯＮ状態）、垂直に反射する０次回折光の他に１次回折光も発生する。なお、２次以上の回折光の強度は小さいので、無視することとする。
このとき、一次元型回折制御装置４０からの０次回折光と１次回折光の比率は降下したリボン４２と降下していないリボン４２の間隔ｄで決まり、間隔ｄがλ／４（λ：レーザ光の波長）であれば１次回折光のみが出射する。即ち、降下したリボン４２からの０次回折光と降下していないリボン４２からの０次回折光が、互いに打ち消しあって強度が０となり、１次回折光のみが残存することになる（前述のように２次以上の成分は無視）。
【００１９】
回折制御素子４１のＯＮ状態での回折光は、降下したリボン４２および降下していないリボン４２それぞれからの互いに半波長位相がずれた回折光が混合した光である。即ち、リボン４２それぞれは、その変位によってそれぞれから回折される回折光の位相を可変できる、位相素子と考えることができる。
【００２０】
以上のように、一次元型回折制御装置４０を構成する回折制御素子４１それぞれが独立に２つの回折状態（ＯＦＦ：０次回折光のみ、ＯＮ：一次回折光のみ）をとることで、画素数（回折制御素子４１の個数）分のビット数のデータを表現できる。例えば、１０８８個の回折制御素子４１を配列することで、１０８８ビットのデータを表現できる。
【００２１】
ここで、回折制御素子４１それぞれから出射される回折光を考える。
図６は、一次元型回折制御装置４０から出射される一次回折光の状態を表す模式図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、一次元型回折制御装置４０の端面、正面から見た一次回折光の出射状態を表す。ここで、リボン４２は方向Ｄ１に、回折制御素子４１は方向Ｄ２（Ｙ軸方向と一致）に配列され、方向Ｄ１，Ｄ２は直交している。
【００２２】
回折制御素子４１それぞれから一次回折光Ｌ＋１、Ｌ−１（Ｌ＋１：＋１次回折光、Ｌ−１：−１次回折光）が出射される。このとき一次回折光はリボン４２の配列方向Ｄ１に角度±θ（例えば、±４°）傾いた方向に出射されるが（角度θの正負は１次回折光の正負（＋１次か−１次か）に対応する）、リボン４２の配列方向Ｄ１が回折制御素子４１の配列方向Ｄ２と直交しているため、それぞれの回折制御素子４１から出射される一次回折光は互いに平行となり交わることがない。
また、０次回折光Ｌ０は回折制御素子４１の正面方向に出射されるため、互いに平行となり交わることがない。
この結果、それぞれの回折制御素子４１から出射される回折光が互いに干渉することはない。
【００２３】
次に本実施形態と対比させるための参考例を説明する。
図７は、一次元型回折制御装置４０の参考例たる一次元型回折制御装置４０ａから出射される一次回折光の状態を表す参考模式図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、一次元型回折制御装置４０ａの側面、正面から見た一次回折光の出射状態を表す。
この参考例では、リボン４２の配列方向Ｄ１と、回折制御素子４１の配列方向Ｄ２は一致している。このため、隣接する回折制御素子４１から出射される＋１次回折光Ｌ＋１と−１次回折光Ｌ−１とが互いに交差する方向に出射される。この結果、それぞれの回折制御素子４１から出射される一次回折光が互いに干渉する可能性が生じている。
【００２４】
次に本実施形態の変形例を説明する。
図８は、一次元型回折制御装置４０の変形例１たる一次元型回折制御装置４０ｂを表す模式図である。
ここで、リボン４２の配列方向Ｄ１と、回折制御素子４１の配列方向Ｄ２とのなす角度θを４５°としている。このため、それぞれの回折制御素子４１から出射される一次回折光（Ｌ＋１，Ｌ−１）は互いに平行となり、交わることがない。この結果、それぞれの回折制御素子４１から出射される一次回折光が互いに干渉することはない。
【００２５】
これは、角度θが４５°の場合に限らず、角度θの絶対値が４５°以上、１３５°以下の範囲であれば、それぞれの回折制御素子４１から出射される一次回折光同士の干渉を同様に防止できる。角度θを９０°とした場合が一次元型回折制御装置４０に相当するのであり、一次元型回折制御装置４０がさらに一般化されていることが判る。
【００２６】
図９は、一次元型回折制御装置４０の変形例２たる一次元型回折制御装置４０ｂを表す模式図である。ここでは、回折制御素子４１、ひいてはリボン４２に電気を供給するための電極４６を回折制御素子４１の両側面に配置している。このように、電極４６のような電気供給機構を回折制御素子４１と同一面上に形成しても良い。
【００２７】
以上、レーザ光が直入射した場合における一次元型回折制御装置４０（回折制御素子４１）の動作を説明したが、この動作原理は一次元型回折制御装置４０に斜めにレーザ光が入射した場合も基本的に同じである。但し、斜入射では直入射よりも光路長差が短くなるため、間隔ｄがほぼ（λ／４）／ｃｏｓθのときに１次回折光のみを出射することになる（θは一次元型回折制御装置４０に対するレーザ光の入射角）。
【００２８】
（他の構成要素）
以下、一次元型回折制御装置４０以外の構成要素について説明する。
レーザ光源１０は、レーザ光を出射する光源である。
一次元型ビームエキスパンダ２０は、半楕円柱形状の凹みを有する平凹レンズ２１と楕円柱形状のシリンドリカルレンズ２２を組み合わせて構成され、入射した光のビーム径を一次元方向（Ｙ方向）に拡大する光学素子である。一次元型ビームエキスパンダ２０を通過することで、レーザ光源１０から出射したレーザ光のビーム形状は略円形から略楕円形へと変換される。この変換は、図２に示されるように、一次元型回折制御装置４０のＹ方向に配列された回折制御素子４１全体に光ビームを照射するために行われる。
ハーフミラー３０は、入射した光を２つの光に分岐する光学素子である。
シリンドリカルレンズ７１は、入射した光ビームをＸ方向に集光するための光学素子である。この集光は、一次元型回折制御装置４０のＸ方向での大きさにレーザ光を対応させるために行われる。
【００２９】
凸レンズ８１は、一次元型回折制御装置４０から出射した回折光の回折スペクトルを形成するための光学素子である。
スリット素子５０は、凸レンズ８１の焦点付近に配置され、一次元型回折制御装置４０から出射した回折光の１次以上の回折光成分を除去（逆にいえば、０次の回折光成分を抽出）するための光学素子である。スリット素子５０には、Ｙ方向に沿ったスリット５１（開口）が形成されている。スリット５１がＹ方向に沿っているのは回折制御素子４１の配列方向と対応させたためである。スリット５１は、図１０に示すように０次回折光Ｌ０はスリット５１を通過するが、一次回折光Ｌ１（正負の１次回折光Ｌ＋１、Ｌ−１の双方を含む）はスリット５１を通過できずスリット素子５０によって遮蔽される。これは、既述のように、１次回折光Ｌ１は０次回折光Ｌ１に対して角度±θ傾いて出射するからである（角度θの正負は１次回折光の正負（＋１次か−１次か）に対応する）。
【００３０】
凸レンズ８２は、スリット素子５０から出射した光を略平行光に変換するための光学素子である。
凸レンズ８３は、凸レンズ８２から出射した略平行光をホログラム記録媒体Ｍに集光するための光学素子である。
ここで、凸レンズ８２、８３とレンズを２つ用いているのは、スリット５１で１次回折光を除去した回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Ｍに記録するためである。
【００３１】
凸レンズ８２、８３の１つのみを用いた場合には、回折光が一度のみフーリエ変換されることになり、ホログラム記録媒体Ｍに記録されるのは一次元型回折制御装置４０の実像になる。この実像は、スリット素子５０により回折光から１次回折成分が除去されているので、リボン４２の位置がそろっている画素（図５（Ａ））は明、リボン４２が１本おきに上下している画素（図５（Ｂ））は暗となっている。本実施形態では、凸レンズ８２、８３を用いることで、回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Ｍに記録している。
なお、ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録は、一次元型回折制御装置４０からの回折スペクトル自体またはその実像のいずれによっても行うことが可能である。
【００３２】
凸レンズ８４は、ハーフミラー３０からＸ負方向に出射した光をホログラム記録媒体Ｍに集光するための光学素子である。凸レンズ８４から出射した光は凸レンズ８３から出射した光とホログラム記録媒体Ｍの同一箇所に照射され干渉縞（光の明暗）を形成する。
【００３３】
ホログラム記録媒体Ｍは、凸レンズ８３，８４からの出射光による干渉縞を屈折率の変化として記録する記録媒体である。ホログラム記録媒体Ｍの構成材料として、光の強度に応じて屈折率の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。
【００３４】
無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。
有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれてその部分の屈折率が変化する。
以上のように、ホログラム記録媒体Ｍの屈折率が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率の変化としてホログラム記録媒体Ｍに記録できる。
【００３５】
凸レンズ８５は、ホログラム記録媒体Ｍからの記録の再生を行った際の再生光を一次元型受光素子６０に集光させるための光学素子である。
一次元型受光素子６０は、Ｙ方向に複数の受光素子が配列され、凸レンズ８３から出射した再生光を受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する。一次元型受光素子６０は、一次元型回折制御装置４０の回折制御素子４１に対応して、受光素子がＹ方向に一次元的に配列されている。
但し、一次元型受光素子６０に換えて、２次元（平面的）に複数の受光素子が配列されたものを用いることも可能である。
【００３６】
（ホログラム記録装置１００の動作）
Ａ．ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録（図１、２参照）
レーザ光源１０から出射したレーザ光は一次元型ビームエキスパンダ２０によってＹ方向にビーム径が拡大された後に、ハーフミラー３０によって２つの光（参照光、信号光）に区分される。
参照光は、凸レンズ８４を通過してホログラム記録媒体Ｍに集光される。
【００３７】
信号光は、シリンドリカルレンズ７１によってＸ方向に収束され、一次元型回折制御装置４０に入射する。既述のように、回折制御素子４１それぞれが独立に２つの回折状態（ＯＦＦ：０次回折光のみ、ＯＮ：一次回折光のみ）をとることで、一次元型回折制御装置４０全体で回折制御素子４１の個数分のビット数（例えば、回折制御素子４１が１０８８個の場合には、１０８８ビット）のデータを表現できる。ここで、回折制御素子４１それぞれから出射される回折光が互いに干渉することなく出射される。
【００３８】
一次元型回折制御装置４０で回折された回折光は、凸レンズ８１で収束されてスリット素子５０を通過することで、２つの回折状態（ＯＦＦ，ＯＮ）に対応した２つの強度（明、暗）をとる。即ち、回折制御素子４１のＯＮ、ＯＦＦをビットの１，０に対応させることができる。
回折状態が強度に変換された回折光は、凸レンズ８２，８３を経由してホログラム記録媒体Ｍに集光される。このときに参照光と信号光がホログラム記録媒体Ｍの略同一箇所に集光されることから、ホログラム記録媒体Ｍに干渉縞が形成され、干渉縞に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率が変化する。回折制御素子４１それぞれから出射される回折光が互いに干渉することがないことから、ホログラム記録媒体Ｍに記録されるデータへのノイズの混入が防止される。
【００３９】
以上のように、一次元型回折制御装置４０の回折制御素子４１それぞれの２値状態に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率分布が形成され、ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録が可能となる。例えば、回折制御素子４１が１０８８個の場合には、一次元型回折制御装置４０を用いてホログラム記録媒体Ｍを一回露光することで、１０８８ビットのデータが記録される。
【００４０】
参照光と信号光の集光箇所や入射角度をずらしてホログラム記録媒体Ｍ上への露光を複数回行うことで、回折制御素子４１の個数の複数倍のビット数のデータをホログラム記録媒体Ｍに記録できる。即ち、回折制御素子４１のＯＮ、ＯＦＦ回折制御素子４１の個数をｎ、露光回数をｍとすると、ホログラム記録媒体Ｍにｎ・ｍビットのデータを記録できる。回折制御素子４１それぞれから出射される回折光が互いに干渉することがないことから、ホログラム記録媒体Ｍに記録されるデータへのノイズの混入が防止される。
【００４１】
上記において、凸レンズ８１およびスリット素子５０により、一次元型回折制御装置４０で回折した回折光が光の明暗（強弱）へと変換される。これに対して、凸レンズ８１およびスリット素子５０を用いずにホログラム記録媒体Ｍへの記録を行うことも可能である。
この場合にも、回折制御素子４１それぞれから出射される回折光が互いに干渉することがないことから、ホログラム記録媒体Ｍに記録されるデータへのノイズの混入が防止される。１次回折光を遮ることなく、記録に直接利用していることから、回折制御素子４１それぞれから出射される回折光が互いに干渉することがないという利点をより享受することができる。
【００４２】
Ｂ．ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生
図１１は、ホログラム記録装置１００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
ホログラム記録媒体Ｍからデータの再生を行うには、レーザ光源１０から出射され、ハーフミラー３０によって区分された２つの光（参照光、信号光）の内、遮蔽板９０によって信号光を遮断し、参照光のみを凸レンズ８５を通過してホログラム記録媒体Ｍに集光している。なお、遮蔽板９０から反射された光が参照光に混入してノイズの原因になるのを防止するため、例えば、遮蔽板９０を入射光に対して少し傾けるのが好ましい。また、ハーフミラー３０に換えて、通常のミラーを用いれば遮蔽板９０は不要となる。
ホログラム記録媒体Ｍに入射した参照光はホログラム記録媒体Ｍ内の屈折率分布によって回折され、信号光が発生する。発生した信号光は、ホログラム記録媒体Ｍへの記録の際に信号光が入射してきた記録用の信号光の進行方向延長上から出射する。この再生された信号光を凸レンズ８５で収束して一次元型受光素子６０に入射させる。一次元型受光素子６０それぞれの受光素子が受光した光の強度として、ホログラム記録媒体Ｍ内に記録されたデータを再生することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係るホログラム記録装置２００を説明する。
ホログラム記録装置２００の構成は図１に示した一次元型回折制御装置４０を一次元型回折制御装置２４０に変更したものであり、全体の図示は省略する。
【００４４】
図１２は、一次元型回折制御装置２４０を正面からみた状態を表す正面図である。図１３は、一次元型回折制御装置２４０をその端面から見た状態を表す図である。図１３の（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、回折制御素子２４１のＯＦＦ／ＯＮに対応する。一次元型回折制御装置２４０は、回折制御素子２４１を配列して構成され、回折制御素子２４１は位相素子２４２を配列して構成される。位相素子２４２内には液晶２４３が封入され、電界によって液晶の分子の方向を変化させることで、位相素子２４２内を通過する光の位相を制御する。
反射板２４４は、回折制御素子２４１に入射された入射光を反射するための光学素子である。
【００４５】
図１２に示すように、回折制御素子２４１のＯＦＦ状態では、位相素子２４２でそれぞれ反射される光の位相は同一なので、回折制御素子２４１を通過する光Ｌｏｕｔ０は０次回折光となる（図１３（Ａ））。これに対して、回折制御素子２４１のＯＮ状態では、位相素子２４２で反射される光の位相はそれぞれ交互にλ／２相違する。このため、回折制御素子２４１を通過する光Ｌｏｕｔ１は１次回折光となる（図１３（Ｂ））。
具体的には、液晶２４３に電界が印加されない固定的な位相素子２４２ａと液晶２４３に電界が印加される可変的な位相素子２４２ｂが交互に配列され、回折制御素子２４１をＯＮとすることで、位相素子２４２ｂの液晶２４３の分子の向きが変化し、隣接する位相素子２４２ａとの位相差がλ／２となる。
【００４６】
一次元型回折制御装置２４０での回折制御素子２４１および位相素子２４２の配列は、図３に示した一次元型回折制御装置４０と本質的には同一である。一次元型回折制御装置４０ではリボン４２の上下移動で、一次元型回折制御装置２４０では液晶２４３分子の向きの変更で、位相を制御しているが、ともに位相を変化させることで回折光の状態を制御している点で共通する。このため、一次元型回折制御装置４０の場合と同様の理由で、一次元型回折制御装置２４０の回折制御素子２４１それぞれからの回折光の干渉は防止される。
なお、一次元型回折制御装置４０と同様に、一次元型回折制御装置２４０は図８のような配列を採用して、回折制御素子２４１それぞれからの回折光の干渉を防止することもできる。
ホログラム記録装置２００の基本的な動作はホログラム記録装置１００と本質的に相違する訳ではないので、説明を省略する。
【００４７】
（第３の実施形態）
図１４は本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置３００を表す模式図である。
図１４に示すように、ホログラム記録装置３００は、レーザ光源１０、一次元型ビームエキスパンダ２０，一次元型回折制御装置４０，一次元型受光素子６０、シリンドリカルレンズ７１、凸レンズ３８１、３８２，８３から構成され、ホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
ホログラム記録装置３００では、ハーフミラー３０が配置されない。即ち、参照光を用いることなく、一次元型回折制御装置４０の同一の回折制御素子４１から出射された回折光同士の干渉を利用してホログラム記録媒体Ｍへの情報の記録および再生を行う。
【００４８】
凸レンズ３８１は、一次元型回折制御装置４０から出射した光を略平行光に変換するための光学素子である。
凸レンズ３８２は、凸レンズ３８２から出射された略平行光をホログラム記録媒体Ｍに集光するための光学素子である。
凸レンズ３８１、３８２は、焦点距離ｆが同一のレンズを用い、凸レンズ３８１、３８２の間の距離Ｌｅが焦点距離ｆの２倍となっている（Ｌｅ＝２＊ｆ）。また、凸レンズ３８１、３８２の中点Ａに対して凸レンズ３８１、３８２、および一次元型回折制御装置４０、ホログラム記録媒体Ｍが点対称になるように配置されている。一次元型回折制御装置４０のから出射された干渉光をホログラム記録媒体Ｍ上の対象な位置に集光させるためである。
【００４９】
ここで、凸レンズ３８１、３８２は、共にテレセントリックレンズであることが好ましい。一次元型回折制御装置４０から出射した回折光をホログラム記録媒体Ｍ上の対称な位置に集光することが容易になる。
テレセントリックレンズは、凸レンズ３８１では一次元型回折制御装置４０側において、凸レンズ３８２ではホログラム記録媒体Ｍ側において、主光線が光軸と平行となるレンズをいう。テレセントリックレンズを実現するには、例えば、凸レンズ３８１、３８２の中点Ａ、即ち凸レンズ８１、８２の焦点位置にピンホールを配置すればよい。
【００５０】
図１５，１６はそれぞれ、回折制御素子４１がＯＮ状態、ＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御装置４０からホログラム記録媒体Ｍへと向かう回折光の状態を表した模式図である。
図１５に示すように、回折制御素子４１がＯＮ状態の場合、回折制御素子４１から＋１次の回折光Ｌ＋１と−１次の回折光Ｌ−１が出射する。既述のようにこの回折光はそれぞれ、出射角θが例えば±４°である。これらの回折光は凸レンズ３８１，３８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。±１次の回折光が互いに干渉することでホログラム記録媒体Ｍ上に干渉縞が形成、記録される。
【００５１】
凸レンズ３８１、３８２がテレセントリックレンズの場合には、ホログラム記録媒体Ｍ上での回折光の集光位置は一次元型回折制御装置４０からの出射位置と対称な位置になる。即ち、一次元型回折制御装置４０の大きさに対応して、ホログラム記録媒体Ｍの領域上への記録が行われる。
一方、図１６に示すように、回折制御素子４１がＯＦＦ状態の場合、回折制御素子４１から０次の回折光Ｌ０のみが出射する。この回折光は凸レンズ３８１，３８２を通過して、ホログラム記録媒体Ｍ上で集光される。このときには集光されるのが単一の光なので、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成、記録は行われない。
【００５２】
ホログラム記録装置３００において、一次元型回折制御装置４０の異なる回折制御素子４１同士での回折光の干渉が防止されるように回折制御素子４１が配列されていることは、ホログラム記録装置１００と同様である。
【００５３】
（ホログラム記録装置３００の動作）
Ａ．ホログラム記録媒体Ｍへのデータの記録（図１４参照）
レーザ光源１０から出射したレーザ光は一次元型ビームエキスパンダ２０によってＹ方向にビーム径が拡大された後に、シリンドリカルレンズ７１によってＸ方向に収束され、一次元型回折制御装置４０に入射する。このとき、レーザ光源１０から出射したレーザ光はそれ自体が信号光として機能し、この信号光のみでホログラム記録媒体Ｍへの記録が行われ、別途の参照光を必要としない（レーザ光がハーフミラー等で参照光、信号光に分割する必要がない）。
一次元型回折制御装置４０を構成する回折制御素子４１それぞれが独立に２つの回折状態（ＯＦＦ：０次回折光のみ、ＯＮ：正負の一次回折光のみ）をとることで、画素数（回折制御素子４１の個数）分のビット数のデータを表現できる（例えば、ＯＮ：１，ＯＦＦ：０と設定する）。
【００５４】
一次元型回折制御装置４０で回折された回折光は、凸レンズ３８１，３８２を経由してホログラム記録媒体Ｍに集光される。このときの回折光は、回折制御素子４１のＯＮ、ＯＦＦの状態に対応して異なる。
ＯＮ状態では、回折光は正負の１次回折光成分を含み、この１次回折光同士がホログラム記録媒体Ｍ上で干渉し、ホログラム記録媒体Ｍに干渉縞が形成される。そして、形成された干渉縞に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率が変化する。
一方、ＯＦＦ状態では、回折光は０次回折光成分のみを含むことから、ホログラム記録媒体Ｍ上への干渉縞の形成および干渉縞による屈折率の変化は生じない。
以上のように、一次元型回折制御装置４０の回折制御素子４１それぞれの２つの状態（ＯＮ，ＯＦＦ）に対応してホログラム記録媒体Ｍの屈折率分布の形成（または、非形成）が行われる（データの記録）。ここで、異なる回折制御素子４１から出射された干渉光が互いに干渉しないようになっていることから、ホログラム記録媒体Ｍに記録されたデータは低ノイズとなる。
【００５５】
Ｂ．ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生
図１７は、ホログラム記録装置３００を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
ホログラム記録媒体Ｍからデータの再生を行うには、記録時にホログラム記録媒体Ｍに入射した正負の１次回折光の内の一方のみをデータが記録されたホログラム記録媒体Ｍに入射させればよい。このためには、一次元型回折制御装置４０の回折制御素子４１全てをＯＮ状態として、正負の一次回折光を生成し、その一方のみを抽出すればよい。
【００５６】
図１７に示すように、凸レンズ３８１，３８２の間にスリット素子３５０を配置させている。スリット素子３５０には、Ｙ方向に沿ったスリット３５１（開口）が形成されている。スリット３５１がＸ方向に沿っているのは回折制御素子４１の配列方向と対応したものである。但し、図１８に示すように、このスリット３５１の中心軸が光軸からＸ正方向に偏って配置されている。その結果、正の１次回折光Ｌ＋１は開口部を通過するが、負の１次回折光Ｌ−１はスリット素子３５０によって遮断される。このようにして、参照光たる正の１次回折光Ｌ＋１のみがホログラム記録媒体Ｍに到達する。
【００５７】
ホログラム記録媒体Ｍに入射した参照光はホログラム記録媒体Ｍ内に形成された屈折率分布によって回折され、信号光が発生する。発生した信号光は、ホログラム記録媒体Ｍへの記録の際に入射してきた負の一次回折光の進行方向延長上から出射する。この再生された信号光を凸レンズ８３で収束して一次元型受光素子６０に入射させる（凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約−４°方向に配置する）。
このようにして、一次元型受光素子６０それぞれの受光素子が受光した光の強度として、ホログラム記録媒体Ｍ内に記録されたデータを再生することができる。
【００５８】
ここで、スリット素子３５０のスリット３５１をＹ負方向に偏って配置して、負の１次回折光のみを通過させ、これを用いてホログラム記録媒体Ｍの再生を行うこともできる。このときには、ホログラム記録媒体Ｍからデータ再生用の正の１次回折光が生成され、凸レンズ８３、一次元型受光素子６０をホログラム記録媒体Ｍの約＋４°方向に配置することで、一次元型受光素子６０を用いてデータの再生を行うことができる。
以上のようにして、ホログラム記録装置３００にスリット素子３５０を付加し、回折制御素子４１全てをＯＮとすることで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。即ち、ホログラム記録装置３００を記録と再生の双方に用いることができる。
なお、レーザ光源１０からのレーザ光をホログラム記録媒体Ｍに＋４°または−４°で入射するだけで、ホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行うことができる。但し、このときには記録と再生を同一の装置では行い難くなる。
【００５９】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、スリットの有無等に依らずに、本発明を適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば個々の回折制御素子から出射される回折光の干渉を低減できる回折制御装置、ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図２】図１のＸ軸方向からホログラム記録装置を見た状態を表す模式図である。
【図３】図１に示す一次元型回折制御装置を上面から見た状態を表す上面図である。
【図４】図１に示す一次元型回折制御装置を側面から見た状態を表す上面図である。
【図５】図１に示す一次元型回折制御装置を正面から見た状態を表す正面図である。
【図６】一次元型回折制御装置から出射される一次回折光の状態を表す模式図である。
【図７】第１の実施形態の参考例たる一次元型回折制御装置から出射される一次回折光の状態を表す参考模式図である。
【図８】第１の実施形態の変形例１たる一次元型回折制御装置を表す模式図である。
【図９】第１の実施形態の変形例２たる一次元型回折制御装置を表す模式図である。
【図１０】一次元型回折制御装置からの１次回折光がスリット素子により遮断されている状態を表した模式図である。
【図１１】ホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体からのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置の一次元型回折制御装置を正面からみた状態を表す正面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置の一次元型回折制御装置を端面から見た状態を表す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図１５】回折制御素子がＯＮ状態のときに、一次元型回折制御装置からホログラム記録媒体Ｍへと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図１６】回折制御素子がＯＦＦ状態のときに、一次元型回折制御装置からホログラム記録媒体Ｍへと向かう回折光の状態を表した模式図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体Ｍからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置でのスリットの配置を表す断面図である。
【符号の説明】
１００  ホログラム記録装置
１０      レーザ光源
２０      一次元型ビームエキスパンダ
２１      平凹レンズ
２２      シリンドリカルレンズ
３０      ハーフミラー
４０      一次元型回折制御装置
４１      回折制御素子
４２      リボン
４３      絶縁膜
４４      対向電極
４５      基板
４６      電極
５０      スリット素子
５１      スリット
６０      一次元型受光素子
７１      シリンドリカルレンズ
８１〜８５      凸レンズ
９０      遮蔽板
【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】
2005003829.tif 000014
【図１３】
2005003829.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005003829.tif 000017
【図１６】
2005003829.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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