(57)【要約】【課題】均一な強度分布の回折光を得るためのホログラフィック光学素子及びこれを用いたホログラフィック記録／再生システムを提供する。【解決手段】ホログラフィック光学素子１０は、光源１４からのレーザー光から分岐された物体光をビームエキスパンダ２２によってビーム径を拡大し、且つ光路の中心近傍の光透過率が低い強度フィルター２４によって矩形関数に近い強度分布のコリメート光として、感光材料１１に入射させ、同時に、斜めに参照光を参照光学系３０から入射して、感光材料１１内に物体光と参照光との干渉縞を回折格子として記録する。完成したホログラフィック光学素子１０には光強度がガウス分布の入射光を、より矩形関数に近い強度分布の回折光として射出するように回折格子が形成される。【選択図】      図１
2005010585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光材料よりなり、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を、より矩形関数に近い強度分布の回折光として出射するように回折格子が形成されていることを特徴とするホログラフィック光学素子。
【請求項２】
レーザー光を参照光及び物体光に分岐し、該物体光を、ビームの中心近傍の光透過率が低いフィルターにより、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を矩形関数に近い強度分布に変調されたコリメート光として、感光材料に入射させ、同時に、前記参照光を、前記物体光に対して異なる角度から、前記感光材料に入射させて、該感光材料上に、前記物体光と参照光との干渉縞を回折格子として形成することを特徴とするホログラフィック光学素子の製造方法。
【請求項３】
光源からのレーザー光を、ビームスプリッタにより物体光と参照光とに分岐し、ホログラフィックを利用して、前記物体光が変調された情報光と前記参照光との干渉パターンによって、ホログラフィック記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録システムにおいて、
前記光源と前記ビームスプリッタの間に、入射したレーザー光を、前記ビームスプリッタに向けて回折光として出射するホログラフィック光学素子を設けてなり、このホログラフィック光学素子は、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を、より矩形関数に近い強度分布の回折光として出射するように回折格子が形成されていることを特徴とするホログラフィック記録システム。
【請求項４】
請求項３において、前記ビームスプリッタには、前記ホログラフィック光学素子からの回折光のうち、光軸を中心として光強度分布が略均一となる領域の回折光が入射するようにされたことを特徴とするホログラフィック記録システム。
【請求項５】
請求項４において、前記ホログラフィック光学素子とビームスプリッタの間の回折光、該ビームスプリッターから前記ホログラフィック記録媒体の間の前記物体光及びこれを変調した情報光並びに前記参照光は、光強度分布が略均一であることを特徴とするホログラフィック記録システム。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかにおいて、干渉パターンが記録されたホログラフィック記録媒体に対して、前記物体光又は参照光が照射可能とされ、且つ、該照射によりホログラフィック記録媒体から出射される再生光を読み出す再生装置を備えたことを特徴とするホログラフィック記録システム。
【請求項７】
予め干渉パターンによって情報が記録されたホログラフィック記録媒体に、光源からの、略ガウス関数の強度分布をもつレーザー光を参照光として照射し、前記干渉パターンによる回折光を形成させ、前記情報を再生するホログラフィック再生システムにおいて、
前記光源から前記ホログラフィック記録媒体に至る参照光の光路上に、前記光源から入射するレーザー光を、前記略ガウス関数の強度分布よりも矩形関数に近い強度分布の回折光とする回折格子が形成されているホログラフィック光学素子を配置したことを特徴とするホログラフィック再生システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホログラフィを利用して情報を記録／再生する際に用いるホログラフィック光学素子、その製造方法及びホログラフィック記録システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、例えばレーザーダイオードからのレーザー光を、ビームスプリッタにより物体光と参照光とに分岐し、前記物体光に基づく情報光と前記参照光との干渉パターンによってホログラフィック記録媒体に情報を記録するものである。
【０００３】
又、記録された情報の再生時には、ホログラフィック記録媒体に参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折により情報が再生される。
【０００４】
又、従来のホログラフィック記録／再生システムにおいて、その光学系に用いられるレーザー光のスポット径と光強度との関係は、図９に示されるようになっていて、中心光軸上の光強度が、光軸から離れた位置での光強度に比較してかなり大きく、強度分布（ガウス分布）があることが分かる。図９において、スポット径は、光強度が１／ｅ２となる円の直径を表し、積分値は、光軸からの距離がその値よりも内側に含まれる光量（規格化）を表している。
【０００５】
上記参照光及び物体光は、一様な光強度分布であることが望ましく、このため従来は、例えば非特許文献１に開示されるように、レンズにより構成したアポダイザー（ＡＰＯＤＩＺＥＲ）や強度変調フィルターを利用して、レーザー光の光強度分布を一様にしていた。
【０００６】
【非特許文献１】
ＩＢＭ  Ｊ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ．  ＶＯＬ．４４  ＮＯ．３ＭＡＹ  ２０００（Ｐ３４１〜Ｐ３６８）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズを利用したアポダイザーは、高コストであり、又特定の光強度分布にのみ対応でき、又、フィルターや虹彩絞りによる強度変調は、レーザー光源からの入射光の利用効率が著しく低いという問題点がある。
【０００８】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、入射光の利用効率を低くすることなく、又、レンズを利用したりすることなく、参照光及び物体光の一様な光強度分布を得ることができるようにしたホログラフィック記録システム及びこれに用いて好適なホログラフィック光学素子、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、入射光よりも矩形関数に近い強度分布の光を、回折光として出射することができるホログラフィック光学素子によって、光強度分布が均一なビームを形成し、これにより入射光の利用効率を低くすることなく、又レンズを利用したアポダイザーを用いることなく、ホログラフィック記録／再生が可能であることを見出した。
【００１０】
即ち、以下の本発明により上記目的を達成することができる。
【００１１】
（１）感光材料よりなり、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を、より矩形関数に近い強度分布の回折光として出射するように回折格子が形成されていることを特徴とするホログラフィック光学素子。
【００１２】
（２）レーザー光を参照光及び物体光に分岐し、該物体光を、ビームの中心近傍の光透過率が低いフィルターにより、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を矩形関数に近い強度分布に変調されたコリメート光として、感光材料に入射させ、同時に、前記参照光を、前記物体光に対して異なる角度から、前記感光材料に入射させて、該感光材料上に、前記物体光と参照光との干渉縞を回折格子として形成することを特徴とするホログラフィック光学素子の製造方法。
【００１３】
（３）光源からのレーザー光を、ビームスプリッタにより物体光と参照光とに分岐し、ホログラフィックを利用して、前記物体光が変調された情報光と前記参照光との干渉パターンによって、ホログラフィック記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録システムにおいて、前記光源と前記ビームスプリッタの間に、入射したレーザー光を、前記ビームスプリッタに向けて回折光として出射するホログラフィック光学素子を設けてなり、このホログラフィック光学素子は、略ガウス関数の強度分布をもつ入射光を、より矩形関数に近い強度分布の回折光として出射するように回折格子が形成されていることを特徴とするホログラフィック記録システム。
【００１４】
（４）前記ビームスプリッタには、前記ホログラフィック光学素子からの回折光のうち、光軸を中心として光強度分布が略均一となる領域の回折光が入射するようにされたことを特徴とする（３）に記載のホログラフィック記録システム。
【００１５】
（５）前記ホログラフィック光学素子とビームスプリッタの間の回折光、該ビームスプリッターから前記ホログラフィック記録媒体の間の前記物体光及びこれを変調した情報光並びに前記参照光は、光強度分布が略均一であることを特徴とする（４）に記載のホログラフィック記録システム。
【００１６】
（６）干渉パターンが記録されたホログラフィック記録媒体に対して、前記物体光又は参照光が照射可能とされ、且つ、該照射によりホログラフィック記録媒体から出射される再生光を読み出す再生装置を備えたことを特徴とする（３）乃至（５）のいずれかに記載のホログラフィック記録システム。
【００１７】
（７）予め干渉パターンによって情報が記録されたホログラフィック記録媒体に、光源からの、略ガウス関数の強度分布をもつレーザー光を参照光として照射し、前記干渉パターンによる回折光を形成させ、前記情報を再生するホログラフィック再生システムにおいて、前記光源から前記ホログラフィック記録媒体に至る参照光の光路上に、前記光源から入射するレーザー光を、前記略ガウス関数の強度分布よりも矩形関数に近い強度分布の回折光とする回折格子が形成されているホログラフィック光学素子を配置したことを特徴とするホログラフィック再生システム。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態の例に係るホログラフィック光学素子１０を、感光材料１１から製造する過程について説明する。
【００２０】
このホログラフィック光学素子１０の製造装置１２は、レーザーダイオード等のレーザー光源１４と、このレーザー光源１４からのレーザー光を参照光と物体光に分岐するための例えばハーフミラーからなるビームスプリッタ１６と、物体光学系２０と、参照光学系３０とを有している。
【００２１】
物体光学系２０は、前記ビームスプリッタ１６を透過した物体光のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダ２２と、このビームエキスパンダ２２からの略ガウス関数の強度分布をもつコリメート光を、より矩形関数に近い強度分布（詳細説明は後述）のコリメート光とするための強度フィルター２４と、この強度フィルター２４を透過したコリメート光のうち、光強度分布が一様な領域のみを透過し、外周部を遮断する虹彩絞り２６とから構成されている。
【００２２】
前記ビームエキスパンダ２２は、集光レンズ２２Ａと、ピンホール２２Ｂと、コリメータレンズ２２Ｃとからなり、集光レンズ２２Ａは、ビームスプリッタ１６を透過した物体光をピンホール２２Ｂ位置に集光し、コリメータレンズ２２Ｃはピンホール２２Ｂを通った発散光をコリメート光にして、強度フィルター２４に導くようにされている。
【００２３】
前記参照光のための参照光学系３０は、前記ビームスプリッタ１６からの反射光を反射するためのミラー３２と、このミラー３２によって反射された参照光のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダ３４と、このビームエキスパンダ３４を通ってコリメート光とされた参照光の、光軸を中心とした一定領域のみを透過し、他を遮断するための虹彩絞り３６と、を備えて構成されている。
【００２４】
前記ビームエキスパンダ３４は、前記ビームエキスパンダ２２におけると同様に、集光レンズ３４Ａ、ピンホール３４Ｂ、コリメータレンズ３４Ｃにより構成されている。
【００２５】
前記物体光学系２０からの物体光と参照光学系３０からの参照光とは、両者が交差する位置に設けられた感光材料１１内で干渉して、その干渉パターンにより感光材料１１内に回折格子を形成するようにされている。
【００２６】
ここで、感光材料１１は、例えば、ホトリフラクティブ結晶である鉄をドープしたニオブ酸リチウム（Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３）、フォトポリマーのようなホログラフィック記録媒体が用いられる。
【００２７】
又、前記物体光学系２０における強度フィルター２４は、中心光軸近傍の光透過率が低くされ、これにより、図２に示されるように、物体光を、より矩形関数に近い強度分布のコリメート光とするようにされている。
【００２８】
ここで、光強度分布が「矩形関数」であるとは、光軸からの距離が一定の値Ｒ以下の領域では光強度が一定の有限値をとり、光軸からの距離がｒより大きい領域では光強度が０となることを意味する。言い換えれば、光軸を対称軸とする図３に示されるような円柱座標（ｒ，θ，ｚ）を適用するとき、光強度分布がｒに対して矩形関数となり、θ及びｚに依存しない状況を表す。又、「矩形関数的」あるいは「矩形関数に近い」という表現は、略ガウス関数の光強度分布を持つ入射光に対して、入射光に比べて射出光が矩形関数に近いことを意味する。もう少し厳密に言えば、射出光強度分布のｒに対する傾きの絶対値が、ｒがＲに比べて十分小さい領域では入射光より小さく（傾きがゆるやかで）、ｒ＝Ｒの近傍で入射光より大きい状況を表す。
【００２９】
又、前記虹彩絞り２６は、前述のように、物体光の外周部を遮断して、中心近傍部のみを透過するようにされているので、図２において、符号Ａで示される範囲（図３の半径Ｒの範囲）のみが、前記感光材料１１に入射される。
【００３０】
他方、参照光学系３０においては、前記虹彩絞り３６を通った参照光は、特に強度変調等がなされていないので、図４に示されるように、その光強度がガウシアン分布となっている。
【００３１】
上記のような物体光と参照光とが、感光材料１１内において干渉すると、その干渉パターンとなる回折格子は、前記参照光と略同一のガウシアン分布の光強度の入射光を図２に示されるような、矩形関数に近い強度分布の回折光として射出するように形成される。この後、必要な処理を経てホログラフィック光学素子１０が完成する。
【００３２】
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態の例に係るホログラフィック記録／再生システム４０について説明する。
【００３３】
このホログラフィック記録／再生システム４０は、前記図１に示される製造装置１２によって製造されたホログラフィック光学素子１０を用いるものであり、レーザー光源４２からのレーザー光を、例えばハーフミラーからなるビームスプリッタ４４により、物体光と参照光とに分岐し、ホログラフィを利用して、前記物体光を変調した情報光と参照光との干渉パターンによって、ホログラフィック記録媒体４６に情報を記録するものである。
【００３４】
このホログラフィック記録／再生システム４０においては、前記レーザー光源４２と前記ビームスプリッタ４４との間に、入射したレーザー光を、前記ビームスプリッタ４４に向けて回折光として出射する前記ホログラフィック光学素子１０が設けられている。
【００３５】
前記ビームスプリッタ４４を透過したレーザー光は参照光として、ミラー４８により反射されて、前記ホログラフィック記録媒体４６に入射するようにされている。
【００３６】
又、前記ビームスプリッタ４４において反射されたレーザー光は、物体光として、ミラー５０において反射され、前記ホログラフィック記録媒体４６に入射するようにされている。
【００３７】
前記ミラー５０とホログラフィック記録媒体４６との間の物体光の光路上には、例えば、透過型液晶パネルからなる空間光変調器（ＳＬＭ）５２が配置され、ここに表示されるデータに応じて物体光が変調され、情報光となるようにされている。
【００３８】
前記ホログラフィック記録媒体４６は、前記ホログラフィック光学素子１０と同様に、例えば、ホトリフラクティブ結晶である鉄をドープしたニオブ酸リチウム（Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３）、フォトポリマーが用いられ、その内部には、前記参照光と情報光との干渉パターンによる回折格子が形成される。
【００３９】
ホログラフィック記録媒体４６に記録された情報を読み出すときは、例えば前記ＳＬＭ５２により、物体光（情報光）を遮断し、参照光のみがホログラフィック記録媒体４６に照射されるようにする。
【００４０】
これにより、ホログラフィック記録媒体４６において、前記参照光が記録されたデータに応じて回折され、これが回折光の光路上に配置されたＣＣＤ５４により読み取られる。なお、前記ＳＬＭ５２の全ピクセルをＯＦＦ状態（光を遮断する状態）として、物体光を遮断すれば参照光のみによって情報の再生ができる。
【００４１】
上記ホログラフィック記録／再生システム４０において、参照光及び物体光（情報光）は、レーザー光源４２とビームスプリッタ４４との間に配置された前記ホログラフィック光学素子１０によって、矩形関数に近い強度分布の回折光、即ち、均一な強度分布のコリメート光とされてビームスプリッタ４４に入射されるので、物体光の光学系及び参照光の光学系のいずれにおいても、常に、均一な光強度分布のビームとなり、ビームエキスパンダや虹彩絞り等を用いることなく、ホログラフィック記録媒体４６に情報を記録／再生することができる。
【００４２】
又、一般的に、従来のように、物体光と参照光に強度分布（ガウシアン分布）があるとき、両光束が重なり合う干渉領域内で干渉コントラスト（干渉縞の明暗）にムラが生じ（図６の実線参照）、前記のムラが感光材料の屈折率変化量の分布に転写されるので、干渉領域内の局所的な回折効率が分布を持ち、結果として干渉領域全体の回折効率が低下する。又、記録されたページ型データを再生する際に、ＯＮピクセルの光量がＣＣＤ上の位置によって異なるため、再生時のＢｉｔ  Ｅｒｒｏｒ  Ｒａｔｅ（ＢＥＲ）が増大してしまう。本発明の場合は、ホログラフィック記録の際に、記録ビームに強度分布がなく均一であるので、前記のような、回折格子の回折効率低下やＢＥＲの増大がない。従って、より精密なグレーティング設計、換言すれば、高密度の情報記録をすることができる。
【００４３】
透過型のホログラフィック光学素子に関するものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、反射型のホログラフィック光学素子についても適用されるものである。
【００４４】
反射型のホログラフィック光学素子６０を製造するための装置６２は図７に示され、又、ホログラフィック記録／再生システム６４は図８に示されるようになる。図７、８において、前記図１、５におけると同一部分には同一符号を付することにより説明を省略する。
【００４５】
又、上記実施の形態の例は、ホログラフィック記録と再生の両方が可能なホログラフィック記録／再生システムについてのものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、ホログラフィック記録のみ又はホログラフィック再生のみのシステムにも当然適用されるものである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、入射光をより矩形関数に近い強度分布の回折光として射出する回折格子を備えたホログラフィック光学素子を容易に製造することができると共に、このホログラフィック光学素子を用いることによって、レンズを用いたりすることなく均一な強度分布の参照光及び物体光を形成することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係るホログラフィック光学素子を製造するための装置を示す光学系統図
【図２】図１のＩＩ部分での光強度分布を示す線図
【図３】矩形関数を円柱座標で示す線図
【図４】図１のＩＶ部分での光強度分布を示す線図
【図５】本発明の実施の形態の例に係るホログラフィック記録／再生システムを示す光学系統図
【図６】ガウシアン分布の入射光の干渉コントラストを示す線図
【図７】本発明の実施の形態の他の例に係るホログラフィック光学素子を製造するための装置を示す光学系統図
【図８】本発明の実施の形態の他の例に係るホログラフィック記録／再生システムを示す光学系統図
【図９】一般的な物体光あるいは参照光の強度分布とスポット径との関係を示す線図
【符号の説明】
１０、６０…ホログラフィック光学素子
１２、６２…製造装置
１４…光源
１６、４４…ビームスプリッタ
２０…物体光学系
２２、３４…ビームエキスパンダ
２４…強度フィルター
２６、３６…虹彩絞り
３０…参照光学系
３２、４８、５０…ミラー
４０、６４…ホログラフィック記録／再生システム
４２…レーザー光源
４６…ホログラフィック記録媒体
５２…空間光変調器（ＳＬＭ）
５４…ＣＣＤ
【図１】
2005010585.tif 000003
【図２】
2005010585.tif 000004
【図３】
2005010585.tif 000005
【図４】
2005010585.tif 000006
【図５】
2005010585.tif 000007
【図６】
2005010585.tif 000008
【図７】
2005010585.tif 000009
【図８】
2005010585.tif 000010
【図９】
2005010585.tif 000011