(57)【要約】【課題】ホログラム記録媒体での信号光の集光スポットサイズに対して参照光の集光スポットサイズを容易に最適化することができる位相マスクの構成を提供すること。【解決手段】位相マスク１１は、透明なガラス基板１１０に複数の凸部を配列してフォトリソグラフなどで製造し、この位相マスク１１を参照光をスペックル状にする位相マスクとして用いる。その場合、凸部１１１の配列の仕方やそのサイズを任意に設計して位相マスク１１を作成することができ、それ故、信号光を強度変調する空間位相変調器の画素のサイズに対して凸部のサイズを必要なだけ小さくできるため、ホログラム記録媒体での信号光の集光スポットサイズに対して参照光の集光スポットサイズを容易に最適化することができる。【選択図】図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録する際に前記参照光をスペックル状にする位相マスクであって、
透明基板と、
前記透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部と、
を具備することを特徴とする位相マスク。
【請求項２】
前記透明基板と凸部又は凹部は一体に形成されることを特徴とする請求項１記載の位相マスク。
【請求項３】
前記複数の凸部又は凹部の上面形状は四角形で前記透明基板面にマトリックス状に配列され、所々凸部又は凹部が配置されない部分があることを特徴とする請求項１記載の位相マスク。
【請求項４】
前記複数の凸部又は凹部の上面形状は六角形で前記透明基板面にハニカム状に配列され、所々凸部又は凹部が配置されない部分があることを特徴とする請求項１記載の位相マスク。
【請求項５】
前記複数の凸部又は凹部の上面形状は菱形で前記透明基板面に菱形状に配列され、所々凸部又は凹部が配置されない部分があることを特徴とする請求項１記載の位相マスク。
【請求項６】
前記透明基板と凸部又は凹部は透明ガラス材であることを特徴とする請求項１記載の位相マスク。
【請求項７】
信号光と参照光をホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、
前記参照光をスペックル状にする位相マスクを具備し、
前記位相マスクは透明基板と、この透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部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】
前記位相マスクの凸部又は凹部のサイズは前記信号光を強度変調する空間光変調器の画素サイズよりも略等しいか、または小さい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】
前記信号光と前記参照光は一方向から前記ホログラム記録媒体に照射され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】
前記信号光と前記参照光は一方向から前記ホログラム記録媒体に照射され且つ、前記位相マスクは前記信号光の強度分布をフーリエ面で均一にする位相マスクと共有され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１１】
照明参照光をホログラム記録媒体に照射して記録データを再生するホログラム再生装置であって、
前記照明参照光をスペックル状にする位相マスクを具備し、
前記位相マスクは透明基板と、この透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部とを具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インライン方式のホログラム記録再生装置に係り、特に再生光をスペックル状にする位相マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージの候補として注目を集めているホログラフィックメモリの実用化へ向けて、急速に開発が進められており、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラム記録再生システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このようなホログラム記録再生装置では、記録データで強度変調された信号光と参照光を干渉させて生じる干渉縞がホログラム記録メディアに記録されるが、信号光と参照光が異なる方向からホログラム記録メディアに照射される２光束型ホログラムと、信号光と参照光が同一方向からホログラム記録媒体に照射されるインラインホログラムとがある。このインラインホログラムでは、シフト多重方式によるホログラムの多重を行う場合に２光束型ホログラムに比べてブラッグ選択性によりシフト選択性が悪いので、シフト選択性を向上させるために参照光に位相マスクを組み入れて記録媒体（フーリエ面）上で参照光をスペックル状にする技術が必須となっている。
【０００４】
このインラインホログラム方式の記録装置として例えば図６に示すような米国の国家プロジェクトＨＤＳＳが行った構成ものがあり、空間光変調器（液晶パネル）１の周りに位相マスク２を配置して瞳分割して行う方式がある。即ち、図示されないレーザ光源から出射されビームエキスパンダなどで平行光にされたレーザ光５０が、空間光変調器１とその空間光変調器１の上方と下方に配置された位相マスク２に入射する。
【０００５】
空間光変調器１は入射されたレーザ光を表示されているデータページパターンにより強度変調して信号光１００とし、この信号光１００がフーリエ変換レンズ３によりホログラム記録媒体（フォトポリマーなど）４の記録スポット（尚、ここで言うスポットとは３次元的な範囲を示すものとする）１０に集光される。これと同時に、レーザ光５０は位相マスク２に入力されてスペックル状の参照光２００となり、この参照光２００がフーリエ変換レンズ３によりホログラム記録媒体４のスポット２０に集光される。
【０００６】
これにより、信号光１００と参照光２００の干渉により生じる干渉縞がホログラム記録媒体４の記録スポット１０に記録されるが、その際、スポット２０を照射する参照光２００はスペックル状で、その波面が複雑なため、僅かにシフトしただけで、元の参照光と移動した参照光との間で波面の不一致が生じ、シフト選択性を鋭くすることができ、その分、ホログラム記録媒体４の記録密度を向上させることができる。
【非特許文献１】IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような構成では、参照光２００となる部分では位相マスク２を形成する図７の３６に示したすようなグレインサイズにより決まる回折角の回折が起こり、また空間光変調器１を通る信号光１００では液晶パネルのピッチによる回折が起こり、これら回折角によってそれぞれのフーリエ面でのスポットサイズが決まる。その際に、位相マスク２のピッチを最適化しない場合には参照光２００の集光スポット２０が信号光１００の集光スポット１０をカバーできず、ホログラム画像が劣化したり或いは、参照光２００の集光スポット２０のサイズが信号光１００の集光スポット１０のサイズに対して大きすぎ、参照光２００による再生に寄与しない無駄な露光が行われるため、フォトポリマーが無駄に消費され、その分、記録密度が落ちるという問題がある。しかし、従来の位相マスク２では、上記したグレインサイズをコントロールすることが難しく、参照光２００の集光スポット２０のサイズと信号光１００の集光スポット１０のサイズを最適化することが難しかった。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、ホログラム記録媒体（フーリエ面）での信号光の集光スポットサイズに対して参照光の集光スポットサイズを最適化することができる位相マスク及びこの位相マスクを用いたホログラム記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録する際に前記参照光をスペックル状にする位相マスクであって、透明基板と、前記透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、信号光と参照光をホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、前記参照光をスペックル状にする位相マスクを具備し、前記位相マスクは透明基板と、この透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、照明参照光をホログラム記録媒体に照射して記録データを再生するホログラム再生装置であって、前記照明参照光をスペックル状にする位相マスクを具備し、前記位相マスクは透明基板と、この透明基板の一面に複数個配列された透明な凸部又は凹部とを具備することを特徴とする。
【００１２】
このように本発明では、参照光をスペックル状にする位相マスクとして透明基板の一面に透明な凸部又は凹部を複数個配列した構成ものを用いる。このような位相マスクはフォトリソグラフなどで容易に作成でき且つ、その際に凸部又は凹部のサイズを容易にコントロールすることができる。それ故、信号光を強度変調する空間光変調器の画素サイズに対して、位相マスクの凸部又は凹部のサイズを略等しいか、または必要なだけ小さく設定することが容易にできるため、参照光の集光スポットサイズが信号光のスポットサイズをカバーし且つ、無駄にホログラム記録媒体を露光させる部分を最小限にすることができるような位相マスクを容易に作成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、透明基板の一面に透明な凸部又は凹部を複数個配列して成る位相マスクを例えばフォトリソグラフなどで作成し、この位相マスクを参照光をスペックル状にする位相マスクとして用いることにより、ホログラム記録媒体での信号光の集光スポットサイズに対して参照光の集光スポットサイズを最適化することができ、それ故、ホログラム記録媒体の記録密度を損なわず、劣化のない再生データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ホログラム記録媒体での信号光の集光スポットサイズに対して参照光の集光スポットサイズを最適化する目的を、透明基板の一面に透明な凸部又は凹部を複数個配列して成る位相マスクを用いて参照光をスペックル状にすることによって実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る位相マスクの構成を示した図で、図１（Ａ）は上面図、図１（Ｂ）は側面図である。位相マスク１１は、例えば長方形のガラス材の透明基板１１０の一方の面に立方体状の複数の透明な凸部１１１をマトリックス状に配列し、この凸部１１１が所々抜けている構造を有している。
【００１６】
図２は上記した位相マスク１１をインラインホログラム方式のホログラム記録再生装置に装備した場合の構成を示した斜視図である。空間光変調器１２の周囲に外形が長方形の位相マスク１１が配置されている。この位相マスク１１の構造は図１に示したものと同一で、ガラス材の透明基板１１０の一方の面に立方体状の複数の透明な凸部１１１がマトリックス状に配列されて構成されている。
【００１７】
ここで、この位相マスク１１を用いて参照光２００をスペックル状とした場合、凸部１１１のサイズにより決まる回折角の回折が起こり、この回折角によってフーリエ面での参照光２００のスポットサイズが決まる。そこで、信号光１００を強度変調する空間光変調器１２の画素サイズに対し、位相マスク１１の凸部１１１のサイズは略等しいか、または小さくなるように設定されているものとする。
【００１８】
図２にて、記録時、空間光変調器１２に記録すべきデータページが表示される。その後、図示されないレーザ光源から出射され、ビームエキスパンダなどで平行光になったレーザ光５０が空間光変調器１２と位相マスク１１の両方を同時に通過することによって、位相マスク１１によりスペックル状の参照光２００が生成され、空間光変調器１２に表示されたデータページパターンに応じて強度変調された信号光１００が生成される。
【００１９】
これら信号光１００と参照光２００は、フーリエ変換レンズ１３によりホログラム記録媒体１４に集光される。この場合、空間光変調器１２の画素サイズに対して位相マスク１１の凸部１１１のサイズは略等しいか、または小さいため、ホログラム記録媒体１４（フーリエ面）での信号光１００の集光スポットサイズに比べて参照光２００の集光スポットサイズの方が同じか、または大きくなり、信号光１００の集光スポットを参照光２００の集光スポットがカバーする。それ故、フーリエ面での信号光１００は全て参照光２００と干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１４に記録される。
【００２０】
また、再生時、参照光２００はホログラム記録媒体１４の信号記録スポットをカバーして照射されるため、信号記録スポットに記録されている全ての情報を含んだ回折光が発生し、この回折光は逆フーリエレンズを通って撮像素子１５に結像され、劣化のないデータが再生される。
【００２１】
本実施の形態によれば、位相マスク１１をガラス材の一方の面に立方体状の複数の透明な凸部１１１がマトリックス状に配列された構造とし、これをフォトリソグラフィなどにより製造することにより、その凸部１１１のサイズを容易にコントロール可能とすることができる。そのため、この位相マスク１１を用いて参照光２００をスペックル状にした場合、凸部１１１のサイズを空間光変調器１２の画素サイズに対して必要なだけ小さくすることができる。それ故、この位相マスク１１を用いて参照光２００をスペックル状にすれば、参照光２００のホログラム記録媒体１４上の集光スポットサイズが信号光１００の集光スポットサイズをカバーし且つ、無駄にホログラム記録媒体１４を露光させる部分を最小限にする最適な大きさに容易にすることができる。これにより、劣化のないホログラム再生データをホログラム記録媒体１４の記録密度を損なうことなく得ることができる。
【００２２】
また、本実施の形態の位相マスク１１はその凸部１１１の形状や大きさ及び凸部１１１を抜かすパターンなど、任意に設計して製造することができるため、同一の位相マスクを再現性良く容易に製造することができるので、これら位相マスク１１を装備した再生装置間の互換性を容易にとることができる。
【００２３】
また、位相マスク１１の材料は複屈折がない透明な材料であれば、ガラスに限ることはない。その理由は、複屈折がある材料であると、位相マスクを参照光が通過する際にその偏光面が変わって、信号光との干渉効率が悪化するからである。
【００２４】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、上記実施の形態の位相マスク１１の凸部１１１の形状は、矩形に限らず再現性良く作成できるものであれば、図３の側面図に示すように、先端が丸みを帯びているものでも良いし或いは、図示していないが錐状でも良い。
【００２５】
また、図４の上面図に示すように凸部１１１の配列の仕方はマトリックス状以外に、その形状を６角形にしてハニカム状の配列にしたり或いは、その形状を菱形にして、菱形形状に配列しても、同様の効果を得ることができ、凸部１１１の形状やその配列形態は各種のものがあり、凸部１１１のサイズをコントロールできるものであれば、上記の例に限ることはない。
【００２６】
更に、図２に示した例では、ホログラム記録媒体１４における信号光１００の集光スポットで、信号光１００の強度分布を均一化するための位相マスクを用いない構成であったが、この信号光用の位相マスクを空間光変調器１２に近接して配置する場合は、信号光用の位相マスクと上記した参照光をスペックル状とする位相マスクを共有にすることができる。その場合、凸部１１１の高さＬは０，πの変調を得るために以下の式で表わされる。用いる光源の波長をλ、ｎを位相マスク１１の屈折率、ｍを整数とすると、Ｌ＝５３２÷２（ｎ−１）×（２ｍ−１）（ｎｍ）となる。
【００２７】
また、図２に示した例では、図１に示した構造の位相マスク１１をインラインホログラム方式のホログラム記録再生装置に用いたが、２光束方式で、スペックル状の参照光２００によりスペックル多重を行うホログラム記録再生装置に用いることもでき、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
更に、上記実施の形態では位相マスクを透明基板１１０に複数の凸部１１１を配列して作成した例について説明したが、透明基板に複数の凹部を配列して形成することもでき、同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る位相マスクの構成を示した図である。
【図２】図１に示した位相マスクを装備したインライン方式のホログラム記録再生装置の構成を示した斜視図である。
【図３】本発明の位相マスクの他の実施の形態を示した側面図である。
【図４】本発明の位相マスクの他の実施の形態を示した上面図である。
【図５】本発明の位相マスクの他の実施の形態を示した上面図である。
【図６】従来のインライン方式のホログラム記録装置の構成を示した断面図である。
【図７】図６に示した位相マスクのグレインサイズを示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１……位相マスク、１２……空間光変調器、１３……フーリエ変換レンズ、１４……ホログラム記録媒体、１１０……透明基板、１１１……凸部。
【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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