(57)【要約】【課題】  フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録再生することが可能なホログラム記録方法及び装置を提供する。【解決手段】  ホログラム記録方法においては、参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有し、参照光及びフーリエ変換された信号光を干渉させてフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する。ホログラム記録装置においては、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有する。【選択図】  図６
2005352097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射して前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法において、
前記参照光は、前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有し、
前記参照光及び前記フーリエ変換された信号光を干渉させて前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減することを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項２】
前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分は、前記フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録方法。
【請求項３】
フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体に、前記参照光を照射して、前記ホログラムを再生することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項４】
参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射して前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置において、
前記参照光の強度分布を、前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項５】
前記参照光が、光ビームである場合であって、
前記光強度変換手段に入射する前記光ビームの径を拡大するビームエキスパンダーをさらに有することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記光強度変換手段は、透明な基板及び前記透明な基板に設けられた金属の膜を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
前記光強度変換手段は、透明な基板及び前記透明な基板に設けられた誘電体多層膜を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のホログラム記録装置。
【請求項８】
外部共振器を備えたレーザー光源を有することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項９】
半導体レーザー光源を有することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
【請求項１０】
フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体から前記ホログラムを再生するホログラム再生装置において、
前記参照光を前記ホログラム記録媒体へ照射する参照光照射手段を有することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１１】
フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたことを特徴とするホログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録方法、ホログラム再生方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、及びホログラム記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ等において、画像及び音声などの様々な大容量の情報を高速に記録再生できる手段として、ホログラム光メモリが注目されてきている。ホログラム光メモリは、情報を記録再生するための光記録材料で形成されたホログラム記録媒体を有し、ホログラム記録媒体に三次元的に情報を記録再生することができる。
【０００３】
すなわち、光ディスク等の記録媒体が、記録媒体内のある特定の面にのみ情報を順次記録し、その特定の面に記録された二次元のデータの配列を順次再生するのに対して、ホログラム光メモリにおいては、ホログラム記録媒体に光を照射することで、ホログラム記録媒体内に複数の二次元のデータ配列が積層した多重のデータ構造を形成することができる。その結果、ホログラム記録媒体の三次元の方向に大量の情報を記録することができ、大容量のホログラム光メモリを実現することが可能となる。例えば、ホログラム光メモリにおけるホログラム記録媒体内の特定の面に限らず、ホログラム記録媒体の厚さ方向にも情報を記録することができるため、ホログラム記録媒体の厚さを増加させることで、ホログラム光メモリの容量を増加させることができる。
【０００４】
また、このようなホログラム光メモリにおいては、ホログラム記録媒体内の三次元的な位置に光を照射することで、ホログラム記録媒体の三次元的な位置に記録された情報にアクセスすることができる。このため、ホログラム記録媒体内のある特定の面に光を照射して、その特定の面に、二次元のデータ配列として一度に情報を記録することができる。一方、ホログラム記録媒体内に三次元的に積層して記録された各々の二次元のデータ配列に対して光を照射することで、各々の二次元データの配列からなる情報を一度に読み取り再生することができる。その結果、ホログラム光メモリを用いれば、ホログラム記録媒体に情報を高速に記録再生することができる。
【０００５】
このようにして、ホログラム光メモリによれば、大容量の情報を高速に記録再生することができる。
【０００６】
ホログラム記録媒体に対する情報の記録及び再生は、周知のホログラム記録再生方法を使用して実行することができる。すなわち、レーザー等の光源から発生した光を分割し、一方の光ビームを参照光として光記録材料からなるホログラム記録媒体に照射し、他方の光ビームを空間光変調素子などの物体に照射することで変調し、情報を有する信号光を得て、その信号光をホログラム記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録媒体において参照光と信号光を干渉させて、ホログラム記録媒体に参照光及び信号光の干渉縞を記録する。このようして、信号光の情報（強度及び位相）をホログラム記録媒体に記録し、信号光の情報が記録されたホログラム記録媒体に参照光を照射することで、信号光の情報を再生することができる。
【０００７】
例えば、ホログラム記録方法の一例として、デジタルホログラムの記録について具体的に説明する。図１は、従来のデジタルホログラム記録装置及び記録方法を説明する図である。図１に示すように、従来のデジタルホログラム記録装置は、レーザー光源１０１、ハーフミラー１０２、ミラー１０３及び１０４、ビームエキスパンダー１０５、空間光変調素子１０６、及びレンズ系１０７を有する。従来のデジタルホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体１１０に情報を記録する場合には、まず、デジタルホログラム記録装置に、ホログラムが記録されていないホログラム記録媒体１１０を設置する。次に、レーザー光源１０１から一本の光ビームを発生させ、この光ビームは、ハーフミラー１０２によって二つの光ビームに分割される。二つの光ビームの一方は、ハーフミラー１０２によってレーザー光源から入射する光ビームに対して垂直な方向へ、ミラー１０３へ向かって反射される。ミラー１０３で反射された光ビームは、ミラー１０４でさらに反射されて、参照光としてホログラム記録媒体１１０に照射される。ハーフミラー１０２によって分割された他方の光ビームは、ハーフミラー１０２を透過し、ビームエキスパンダー１０５に入射する。ビームエキスパンダー１０５に入射した光ビームの直径は、ビームエキスパンダー１０５によって拡大され、拡大されたビーム径を有する光ビームは、空間光変調素子１０６に照射される。空間光変調素子１０６に照射された光ビームは、空間光変調素子１０６で変調されて、信号光としてレンズ系１０７に平行に入射する。デジタルホログラム記録装置において、空間光変調素子１０６は、光ビームを変調して、“１”及び“０”が二次元に配列した二次元のデータ配列に対応する信号光を形成する。よって、二次元のデータ配列の情報を有する光ビームが、レンズ系１０７に平行光として入射することとなる。なお、レンズ系１０７は、二次元のデータ配列の情報を有する光ビームがフランホーファー回折により回折するような光学系である。空間光変調素子１０６で変調された二次元のデータ配列の情報を有する信号光がレンズ系１０７を通過すると、信号光はフーリエ変換されて、フーリエ変換された信号光が、ホログラム記録媒体１１０に照射される。そして、ホログラム記録媒体１１０に照射された参照光とフーリエ変換された信号光とが、互いに干渉し、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞が、ホログラム記録媒体１１０に記録される。
【０００８】
図２は、従来のデジタルホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体に照射される参照光の強度分布を示す図である。図２において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。一般に、参照光は、空間的な位置に対して、そのビームの中心で最も高い強度を有し、そのビームの中心からそのビームの周辺に向かって徐々に減少する強度分布を有する。
【０００９】
図３は、空間光変調素子によって形成される二次元のデータ配列の例を示す図である。図３に示すように、空間光変調素子１０６によって、白色の四角で表した“１”のデータと黒色の四角で表した“０”のデータとからなる様々な二次元のデータ配列が形成され、空間光変調素子１０６に入射した光が、空間光変調素子１０６によって形成されたこのような二次元のデータ配列に対応して変調される。そして、空間光変調素子１０６によって形成される二次元のデータ配列に対応した光が、信号光としてレンズ系１０７に入射し、空間光変調素子１０６によって形成された二次元のデータ配列が、レンズ系１０７によってフーリエ変換される。
【００１０】
図４は、ホログラム記録媒体の記録位置におけるレンズ系によってフーリエ変換された信号光の強度分布を示す図である。図４において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。一般に、フーリエ変換された信号光は、空間的な位置に対して、そのビームの中心で最も高い強度を有するピークを有し、最大強度を有するピークの周辺に対称的に、複数のピークを有する。フーリエ変換された信号光の複数のピークは、ビームの中心から離れるにつれて、ピークの強度は、減少する。ここで、ビームの中心で最も高い強度を有するピークは、空間光変調素子によって形成された二次元のデータ配列のパターンにおける（ＤＣ成分と呼ばれる）低周波成分に起因し、ビームの中心で最も高い強度を有するピークの周辺に現れる複数のピークは、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分に起因する。そして、ビームの中心から離れたピークほど、二次元のデータ配列のより高い周波数成分に対応している。すなわち、フーリエ変換された信号光においては、一般に、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に対応するＤＣ成分のピーク強度が、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分のピーク強度に比べて大きい。次に、図４に示すような複数のピークからなる強度分布を有するフーリエ変換された信号光は、ビームの中心から周辺に向かって徐々に減少する強度分布を有する図２における参照光と、ホログラム記録媒体１１０の記録位置で干渉する。
【００１１】
図５は、従来のデジタルホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して形成される干渉縞の強度分布を示す図である。図５において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。ホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して形成される干渉縞の強度分布は、フーリエ変換された信号光が、複数のピークからなる強度分布を有し、参照光が、ビームの中心から周辺に向かって徐々に減少する強度分布を有するため、ビームの中心付近で非常に高い強度分布を有し、ビームの中心付近における非常に高い強度分布を有するピークの周辺に、相対的に低い強度分布を有する複数のピークを有する。ここで、干渉縞の強度分布におけるビームの中心付近におけるピークの強度とビームの周辺付近におけるピークの強度との差は、フーリエ変換された信号光におけるビームの中心付近におけるピークの強度とビームの周辺付近におけるピークの強度との差よりも大きくなる。
【００１２】
このように、複数のピークからなる強度分布を有するフーリエ変換された信号光と、ビームの中心から周辺に向かって徐々に減少する強度分布を有する参照光との干渉縞を記録すると、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に相当する光の強度が非常に大きく、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分に相当する光の強度は、相対的に非常に小さくなる。ここで、ホログラム記録媒体に参照光と信号光との干渉縞を記録する際に、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分及び必要な高周波成分の全てを記録することができればよいが、実際には、ホログラム記録媒体を形成する光記録材料は、記録する光の強度に関して制限されたダイナミックレンジを有する。その結果、現状では、ホログラム記録媒体に二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分及び必要な高周波成分の全てを記録することができない。すなわち、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分を十分なＳＮ比でホログラム記録媒体に記録しようとすると、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に該当する光の強度は、露出が過剰となって、飽和してしまい、低周波成分に該当する光の情報を記録することができない。逆に、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に相当する光を飽和させることなく、ホログラム記録媒体に記録しようとすると、ホログラム記録媒体の光記録材料のダイナミックレンジは、ほとんど、低周波成分に相当する光にさかれてしまう。その結果、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分に相当する光の強度は弱くなり、高周波成分に相当する光の強度分布は、十分に記録されず、高周波成分に相当する光の強度に関するＳＮ比が低下してしまう。よって、ホログラム記録媒体に参照光を照射して、信号光の情報を再生すると、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分のＳＮ比も低下してしまい、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分の情報の再現性が低下してしまう。
【００１３】
そこで、図１に示すような従来のデジタルホログラム記録装置において、レンズ系１０７及びホログラム記録媒体１１０の間の間隔をわずかに増加又は減少させて、フーリエ変換された信号光の焦点を、ホログラム記録媒体１１０における記録位置からわずかにデフォーカスさせる方法がある。フーリエ変換された信号光の焦点を、ホログラム記録媒体１１０における記録位置からデフォーカスさせると、ホログラム記録媒体１１０における記録位置における信号光の強度を低下させることができ、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に相当する光の強度を減少させて、低周波成分に相当する光の強度が、ホログラム記録媒体１１０のダイナミックレンジの範囲内で飽和することを防止することが可能となる。しかしながら、フーリエ変換された信号光の焦点を、ホログラム記録媒体１１０における記録位置からデフォーカスさせるため、フーリエ変換された信号光の強度分布は、広がってしまい、ホログラム記録媒体１１０における信号光の情報の記録密度は低下してしまう。また、フーリエ変換された信号光の強度分布において、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に相当する光の強度及び高周波成分に相当する光の強度の両方に関するＳＮ比も低下してしまう。
【００１４】
また、特許文献１には、二値の二次元デジタルデータ画像の信号光をレンズによってフーリエ変換した後の光と参照光とを、光記録媒体の前方に配置した遮光体の一部に形成した、信号光のフーリエ変換像に対応した所定の形状及び大きさの光透過部を透過させて、光記録媒体に照射して、光記録媒体中に所定の形状及びホログラムを記録する光記録方法が開示されている。この方法によれば、フーリエ変換した信号光を、光透過部を有する遮光体に通過させるため、フーリエ変換した信号光における低周波成分の強度を減少させることができ、フーリエ変換した信号光における低周波成分及び高周波成分の強度の両方を、光記録材料のダイナミックレンジの範囲に含めることができる。しかしながら、フーリエ変換した信号光における低周波成分の強度だけでなく高周波成分の強度も同等に低下させてしまうため、フーリエ変換した信号光における低周波成分の強度と高周波成分の強度との比は、遮光体の有無に関わらず一定であり、高周波成分の強度に関するＳＮ比は不十分のままである。よって、特許文献１に開示される光記録方法を用いても、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分の情報の再現性を向上させることは困難である。
【００１５】
特に、信号光を通過させるレンズ系１０７や信号光を記録するホログラム記録媒体１１０には、二次元のデータ配列のパターンにおける周波数に対して特有の周波数応答性があり、二次元のデータ配列のパターンにおける周波数も無限大ではないため、二次元のデータ配列のパターンにおける周波数成分によって、ホログラム記録媒体に記録される光の強度分布が影響を受けることになる。このため、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波数成分から高周波成分まで、可能な限り多くの周波数成分にわたって、フーリエ変換された信号光の強度分布を記録することが、二次元のデータ配列のパターンを正確に記録再生するためには望ましい。しかしながら、特許文献１に開示される方法などのように、フーリエ変換した信号光における低周波成分の強度と高周波成分の強度との差が大きい場合には、フーリエ変換した信号光における低周波成分を光記録材料のダイナミックレンジに含めると共にフーリエ変換した信号光における高周波成分に関するＳＮ比は高めることは困難であり、二次元のデータ配列のパターンを正確に記録再生することは困難である場合もある。
【００１６】
よって、フーリエ変換された信号光における低周波成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における必要な高周波成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録することが可能なホログラム記録方法及びホログラム記録装置、フーリエ変換された信号光における低周波成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における必要な高周波成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを再生することが可能なホログラム再生方法及びホログラム再生装置、並びにフーリエ変換された信号光における低周波成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における必要な高周波成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムが記録されたホログラム記録媒体が要求されている。
【特許文献１】特開２０００−６６５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録することが可能なホログラム記録方法及びホログラム記録装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを再生することが可能なホログラム再生方法及びホログラム再生装置を提供することを目的とする。
【００１９】
さらに、本発明は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムが記録されたホログラム記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に記載の発明は、参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射して前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法において、前記参照光は、前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有し、前記参照光及び前記フーリエ変換された信号光を干渉させて前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減することを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のホログラム記録方法において、前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分は、前記フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分であることを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、ホログラム再生方法において、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体に、前記参照光を照射して、前記ホログラムを再生することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射して前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置において、前記参照光の強度分布を、前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のホログラム記録装置において、前記参照光が、光ビームである場合であって、前記光強度変換手段に入射する前記光ビームの径を拡大するビームエキスパンダーをさらに有することを特徴とする。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のホログラム記録装置において、前記光強度変換手段は、透明な基板及び前記透明な基板に設けられた金属の膜を有することを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項４又は５に記載のホログラム記録装置において、前記光強度変換手段は、透明な基板及び前記透明な基板に設けられた誘電体多層膜を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項４乃至７のいずれか一項に記載のホログラム記録装置において、外部共振器を備えたレーザー光源を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項４乃至７のいずれか一項に記載のホログラム記録装置において、半導体レーザー光源を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体から前記ホログラムを再生するホログラム再生装置において、前記参照光を前記ホログラム記録媒体へ照射する参照光照射手段を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１１に記載の発明は、ホログラム記録媒体において、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光と前記フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録することが可能なホログラム記録方法及びホログラム記録装置を提供することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを再生することが可能なホログラム再生方法及びホログラム再生装置を提供することができる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムが記録されたホログラム記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【００３５】
まず、本発明によるホログラム記録方法を説明する。
【００３６】
本発明によるホログラム記録方法は、参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射してホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有し、その参照光及びフーリエ変換された信号光を干渉させてフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する。
【００３７】
本発明によるホログラム記録方法においては、光源から発生する光ビームを二つの光ビームに分割し、二つの光ビームの一方を参照光として用いる。二つの光ビームの他方は、空間光変調素子及び液晶デバイスなどの物体に照射され、物体から反射された又は物体を透過した光は、物体の情報を有する信号光として、フーリエ変換光学系に平行光として入射する。なお、ホログラムが、デジタルホログラムである場合には、上記の物体として、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）又は液晶デバイスなどの空間光変調素子を使用し、空間光変調素子を駆動することで、空間光変調素子に“１”及び“０”の二値に対応する二次元のデータ配列を形成する。そして、空間光変調素子を通過する光は、空間光変調素子によって変調され、二値の二次元データを有する信号光が形成される。また、物体として空間光変調素子を用いる場合、空間光変調素子に入射する光ビームの直径が、空間光変調素子の光変調部分（ＤＭＤのミラー面や液晶デバイスの液晶画面）の大きさよりも小さい場合には、ビームエキスパンダーなどで、空間光変調素子に入射する光ビームの直径を拡大してもよい。
【００３８】
次に、フーリエ変換光学系に平行に入射した信号光は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換される。フーリエ変換光学系は、入射する信号光がフランホーファー回折により回折するようなレンズ光学系である。デジタルホログラムにおいては、“１”及び“０”の二値に対応する二次元のデータ配列をフーリエ変換することになり、“１”及び“０”の二値に対応する二次元のデータ配列のパターンに含まれる周波数成分に対応した強度分布を有する信号光に変換される。
【００３９】
参照光及びフーリエ変換された信号光の両方は、光記録材料を含むホログラム記録媒体に照射される。なお、参照光として、光源から発生した光ビームを直接使用してもよく、光源から発生した光ビームを適当なレンズ系で集光して、ホログラム記録媒体に照射してもよい。また、フーリエ変換光学系は、平行光を集光するレンズ系であるため、フーリエ変換された信号光もフーリエ変換光学系の焦点に集光される。ホログラム記録媒体の記録位置は、フーリエ変換光学系の焦点の位置に配置される。特に、物体として空間光変調素子を用いる場合には、空間光変調素子に形成される二次元のデータ配列の範囲は、ホログラム記録媒体の光記録範囲よりも大きいため、ホログラム記録媒体の記録位置において、空間光変調素子に形成された二次元のデータ配列の像を縮小する必要がある。すなわち、ホログラム記録媒体における情報の記録密度を向上させるためにも、信号光をフーリエ変換光学系によってホログラム記録媒体の記録位置に集光させる。そして、参照光及びフーリエ変換された信号光が、ホログラム記録媒体において、互いに干渉し、参照光及びフーリエ変換された信号光の干渉縞が、ホログラム記録媒体に記録される。
【００４０】
ここで、空間的な位置に対するフーリエ変換された信号光の強度分布は、物体から来る信号光の情報によって変動するが、通常、最大強度の周波数成分と複数のより強度の小さい周波数成分を有する。
【００４１】
本発明によるホログラム記録方法においては、参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する。これにより、最大強度の周波数成分の強度を有するフーリエ変換された信号光と、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを、互いに干渉させることで、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度は、信号光によって低減される。すなわち、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における最大強度の周波数成分の強度が、ホログラム記録媒体に含まれる光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和しないように、低減することができる。
【００４２】
また、参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも強度の小さい複数の周波数成分の強度を低減するような強度分布を持たないので、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも強度の小さい周波数成分の強度は、フーリエ変換された信号光と参照光とを互いに干渉させても、低減されない。これにより、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における最大強度の周波数成分の強度と最大強度の周波数成分よりも強度の小さい周波数成分の強度との比を調整することができる。よって、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における最大強度の周波数成分よりも強度の小さい周波数成分のＳＮ比は、低減されない。このように、ホログラムの記録に関して、ホログラム記録媒体の光記録材料のダイナミックレンジを有効に利用することができる。
【００４３】
光源から発生する光ビームから、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光を生成するためには、光源から発生する光ビームの一部を遮光するマスクなどを用いることができる。より詳しくは、光源から発生する光ビームの一部を遮光するマスクは、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するように、光源から発生する光ビームにおける、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分に相当する部分の強度を減少させる機能を有する。このようなマスクを参照光の光路中に挿入すればよい。
【００４４】
本発明によるホログラム記録方法によれば、参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有し、その参照光及びフーリエ変換された信号光を干渉させてフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減することで、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録することが可能なホログラム記録方法を提供することができる。
【００４５】
また、本発明によるホログラム記録方法によれば、フーリエ変換された信号光の像点が、ホログラム記録媒体の記録位置からデフォーカスする必要がないため、参照光及びフーリエ変換された信号光の干渉縞が、広がることもなく、参照光及びフーリエ変換された信号光の干渉縞の記録密度を低減させることもない。
【００４６】
さらに、本発明によるホログラム記録方法においては、フーリエ変換された信号光の一部を遮光して、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するのではなく、参照光とフーリエ変換された信号光とが干渉したときに、参照光がフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有するように、光源から発生する光ビームの一部を遮光している。このため、フーリエ変換された信号光において遮光による乱れが生じない。一方、参照光には、遮光による乱れ（例えば、マスクによる光の回折）が発生する場合もあるが、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞の記録及び再生の際に同じ参照光を用いれば（同じマスクによる回折を発生させれば）、フーリエ変換された信号光は、ホログラム記録媒体に記録された参照光の強度分布に遮光による乱れがあっても、ホログラム記録媒体に記録された干渉縞における参照光の寄与が、同じ参照光を用いることで相殺されるため、正確に再生される。
【００４７】
なお、本発明によるホログラム記録方法においては、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するため、所定の時間の間にホログラム記録媒体に記録されるフーリエ変換された信号光の強度は、減少する。よって、所定の時間の間にホログラム記録媒体に記録されるフーリエ変換された信号光の強度が不足する場合には、光源の光ビームの強度を増加させるか、又は参照光及びフーリエ変換された信号光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録する（露光する）時間を延長すればよい。
【００４８】
本発明によるホログラム記録方法においては、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減することは、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を０にすることとしてもよい。なお、本願の特許請求の範囲及び明細書において、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を０にするとは、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を、フーリエ変換された信号光における強度０の規準に対して、完全に０である場合も実質的に０であるとみなせる場合の両方を含む。もちろん、本発明によるホログラム記録方法においては、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を０にするのではなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を適度に減少させるような参照光を、ホログラム記録媒体に照射してもよい。
【００４９】
本発明によるホログラム記録方法において、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を０にすることで、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分と異なる周波数成分に由来する周波数成分の強度分布を、ホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲内で高いＳＮ比で、ホログラム記録媒体の記録位置に記録することができる。すなわち、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分と異なる周波数成分に由来する周波数成分の強度分布を記録するために、ホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲を有効に用いることができる。
【００５０】
本発明によるホログラム記録方法においては、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分は、好ましくは、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分である。
【００５１】
本発明によるホログラム記録方法において、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分が、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分であるときには、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分の必要性が高くないため、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分に由来する周波数成分の強度を低減してもよい。これにより、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分と異なる周波数成分に由来する周波数成分の強度分布を、ホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲内で高いＳＮ比で、ホログラム記録媒体の記録位置に記録することができる。すなわち、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分と異なる周波数成分に由来する周波数成分の強度分布を記録するために、ホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲を有効に用いることができる。
【００５２】
例えば、デジタルホログラムにおいて、“１”及び“０”の二次元のデータ配列に関して、“１”及び“０”の二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分は、二次元のデータ配列の情報を有する干渉縞をホログラム記録媒体に記録するためには、比較的重要性は低い。このため、二次元のデータ配列の情報を有するフーリエ変換された信号光の低周波成分の強度を、フーリエ変換された信号光の低周波成分の強度を低減する強度分布を有する参照光によって低減してもよい。これにより、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光の低周波成分に由来する周波数成分の強度を低減することができる。よって、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光の低周波成分と異なる周波数成分に由来する周波数成分の強度分布をホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲内で記録することができる。
【００５３】
また、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分が不要である場合には、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分の強度を、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分の強度を０にするような強度分布を有する参照光を用いて、０としてもよい。ここで、フーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分の強度を０にするとは、フーリエ変換された信号光における強度０の規準に対して、完全に０である場合も実質的に０であるとみなせる場合の両方を含む。
【００５４】
例えば、デジタルホログラムにおいて、“１”及び“０”の二次元のデータ配列に関してデータの配列におけるデータの信号反転を“１”とし、データの配列におけるデータの境界の間におけるデータの信号の非反転を“０”に割り当てる二次元のデータ配列の変調方式（ＮＲＺＩ方式：ノンリターン・トゥ・ゼロ・インバーテド）を採用する場合には、データの配列におけるデータの境界の間におけるデータの信号の非反転に対応するフーリエ変換された信号光における最低周波数の周波数成分は、不要となる。このような変調方式で二次元のデータ配列を変調する場合には、フーリエ変換された信号光における最大強度及び最低周波数の周波数成分の強度を低減するような参照光を、フーリエ変換された信号光と干渉させて、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における、フーリエ変換された信号光の最大強度及び最低周波数の周波数成分に該当する不要な最大強度及び最低周波数の周波数成分の強度を低減することができる。よって、参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞における必要なより高周波の周波数成分の強度分布を、ホログラム記録媒体における光記録材料のダイナミックレンジの範囲内で記録することができる。
【００５５】
また、フーリエ変換光学系が、円形開口を有するレンズ系である場合には、信号光が、円形開口を通じてフランホーファー回折によって回折されると共にフーリエ変換される。フーリエ変換された信号光は、フーリエ変換光学系の焦点位置に置かれたホログラム記録媒体の記録位置で信号光の周波数成分応じた強度分布を有する。ここで、信号光に含まれる最低周波数の周波数成分は、円形開口による回折像と同様の強度分布を有し、いわゆるエアリーディスクの範囲に分布する。よって、信号光に含まれる最低周波数の周波数成分のエアリーディスクの直径に相当する部分の強度が低減された参照光を用いることで、信号光に含まれる最低周波数の周波数成分の強度を、参照光によって有効に低減することができる。なお、信号光に含まれる最低周波数の周波数成分のエアリーディスクの直径は、信号光の波長及びフーリエ変換光学系の開口の大きさによって異なる。
【００５６】
次に、本発明によるホログラム記録装置を説明する。
【００５７】
本発明によるホログラム記録装置は、参照光及びフーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体に照射してホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有する。
【００５８】
本発明によるホログラム記録装置によれば、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有するので、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録することが可能なホログラム記録装置を提供することができる。
【００５９】
本発明によるホログラム記録装置は、より詳しくは、光ビームを発生する光源、光源から射出される光ビームを二つの光ビームに分割する分割光学系、二つの光ビームの一方を参照光としてホログラム記録媒体に照射する光学系、二つの光ビームの他方を物体に照射して、平行光の信号光を得る光学系、物体からの信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系、ホログラム記録媒体における記録位置をフーリエ変換光学系の焦点位置に設定する設定機構を有する。
【００６０】
光ビームを発生する光源は、好ましくは、光ビームがコヒーレント光であるために、レーザー光源である。
【００６１】
特に、本発明によるホログラム記録装置においては、好ましくは、外部共振器を備えたレーザー光源を有する。外部共振器を備えたレーザー光源については、外部共振器内で光を共振させて、レーザー光を射出し、レーザー光のコヒーレント長（干渉距離）は、外部共振器の長さに依存する。よって、公知の固体レーザーなどの長さが大きい外部共振器を用いる場合には、コヒーレント長が大きく干渉性の高いレーザー光を得ることができ、参照光と信号光の光路差を正確にあわせなくても、参照光と信号光との干渉縞が得られる。このため、ホログラム記録装置を構成することが容易となる。
【００６２】
また一方で、本発明によるホログラム記録装置においては、好ましくは、半導体レーザー光源を有する。光ビームを発生する光源として半導体レーザーを用いた場合には、半導体レーザーが小型のレーザー光源であるため、ホログラム記録装置を小型化することができる。
【００６３】
光源から射出される光ビームを二つの光ビームに分割する分割光学系としては、ハーフミラーを用いることができる。また、二つの光ビームの一方を参照光としてホログラム記録媒体に照射する光学系としては、単数又は複数のミラーを適宜用いることができる。二つの光ビームの他方を物体に照射して、平行光の信号光を得る光学系としては、物体から来る光を平行光にするコリメータレンズ又はアフォーカル光学系を用いることができる。ここで、物体における光を照射する部分の大きさが、物体に照射される光ビームの直径よりも大きい場合には、光ビームの直径を、物体における光を照射する部分の大きさ以上にする必要があり、好ましくは、物体における光を照射する部分の大きさと同じ大きさにする。光ビームの直径を広げるためには、アフォーカル光学系で構成されるビームエキスパンダーを使用することができる。
【００６４】
ここで、物体は、特に限定されないが、デジタルホログラムにおいては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）又は液晶デバイスのような空間光変調素子が用いられる。すなわち、空間光変調素子の画像表示面に、それぞれ、“１”及び“０”に相当する白色及び黒色の二次元のパターンを形成する。この白色及び黒色の二次元のパターンが、“１”及び“０”からなる二次元のデータ配列となる。空間光変調素子を含む物体を透過した光又は物体から反射した光は、光軸に対して平行な平行光である信号光として、フーリエ変換光学系に入射する。すなわち、“１”及び“０”からなる二次元のデータ配列の情報を有する信号光が、フーリエ変換光学系によって、フーリエ変換される。なお、物体として空間光変調素子を用いる場合には、空間光変調素子を制御する制御機構が必要である。
【００６５】
物体からの信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系は、平行光を集束する光学系であれば、特に限定されないが、通常は、単数又は複数のレンズを含む集束光学系である。フーリエ変換光学系は、レンズが通常円形開口を有するので、平行光の信号光をフランホーファー回折によって回折させて、信号光をフーリエ変換する。また、フーリエ変換光学系は、信号光の不要な部分を除去するための開口を有してもよい。
【００６６】
本発明によるホログラム記録装置の設定機構で、ホログラム記録媒体における記録位置をフーリエ変換光学系の焦点位置に設定する。
【００６７】
本発明によるホログラム記録装置は、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に変換する、光強度変換手段を有する。光強度変換手段は、参照光が通過する光路中に挿入される。光強度変換手段は、光源から発生する光ビームの所定の部分を透過させ、光源から発生する光ビームの別の部分を反射又は部分的に透過させる（減光する）部分を有する。例えば、光強度変換手段は、透明な基板及び透明な基板に設けられた透明な基板よりも参照光の透過率が低い又は透明な基板に設けられた参照光を反射する所定の部分を有する。この所定の部分は、光源から発生する光の波長及び信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口の形状及び大きさによって変動する。
【００６８】
本発明によるホログラム記録装置においては、光強度変換手段は、好ましくは、透明な基板及び透明な基板に設けられた金属の膜を有する。光強度変換手段は、光源から発生した光ビームの一部を、透明な基板に設けられた金属の膜で反射するか、又は透明な基板に設けられた金属の膜を通じて透過させる。すなわち、透明な基板に設けられた金属の膜の厚さが厚い場合には、光源から発生した光ビームの一部を、金属の膜によって、反射させることができ、透明な基板に設けられた金属の膜の厚さが薄い場合には、光源から発生した光ビームの一部を、金属の膜を通じて、透過させることができる。金属の膜を通じて透過した参照光の強度は、金属の膜によって低減される。また、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布にするために、光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、透明な基板に設けられる金属の膜の大きさによって決定される。光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、光源から発生する光の波長及び信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口によって変動する。例えば、光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口が円形開口であれば、フーリエ変換された信号光のエアリーディスクの直径を有する円盤型としてもよい。ここで、金属の膜の材料としては、反射率の高いアルミニウム及び銀などの金属材料を用いることが好ましい。このような、反射率の高い金属材料を用いることで、光源から発生した光ビームの一部の強度を有効に低減させることができる。また、光源から発生した光ビームの残りの部分を、透明な基板に通過させる。光源から発生した光ビームの残りの部分における強度を、ほとんど低下させない。透明な基板としては、光源から発生した光ビームを透過させるガラス基板及びプラスチック基板などが挙げられる。よって、光源から発生した光ビームにおける金属の膜に入射する部分の強度と透明な基板に入射する部分の強度との差を大きくすることができる。このように、光強度変換手段が、透明な基板及び透明な基板に設けられた金属の膜を有することで、参照光の強度分布を、金属の膜の大きさ及び厚さを設定することで、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に簡便に変換することができる。なお、金属の膜は、透明な基板上に金属をスパッタリングすることで作製することができる。
【００６９】
本発明によるホログラム記録装置においては、光強度変換手段は、好ましくは、透明な基板及び前記透明な基板に設けられた誘電体多層膜を有する。光強度変換手段は、光源から発生した光ビームの一部を、透明な基板に設けられた誘電体多層膜を通じて透過させる。誘電体多層膜を構成する各膜の材料（屈折率又は誘電率）及び厚さを設計することで、誘電体多層膜を通じて透過した参照光の透過率を適宜設定することができる。これにより、参照光が、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布を有するように、光源から発生した光ビームの一部を、誘電体多層膜を通じて低減させることができる。また、参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布にするために、光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、透明な基板に設けられる誘電体多層膜の大きさによって決定される。光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、光源から発生する光の波長及び信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口によって変動する。例えば、光源から発生した光ビームにおける強度を低減させる部分の範囲は、信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口が円形開口であれば、フーリエ変換された信号光のエアリーディスクの直径を有する円盤型としてもよい。また、参照光の残りの部分を、透明な基板に通過させる。透明な基板は、参照光の残りの部分の強度を、ほとんど低下させない。透明な基板としては、光源から発生した光ビームを透過させるガラス基板及びプラスチック基板などが挙げられる。よって、光源から発生した光ビームにおける誘電体多層膜に入射する部分の強度と透明な基板に入射する部分の強度との差を大きくすることができる。このように、光強度変換手段が、透明な基板及び透明な基板に設けられた誘電体多層膜を有するので、参照光の強度分布を、誘電体多層膜の形状及び厚さを設定することで、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するような強度分布に簡便に変換することができる。なお、誘電体多層膜は、透明な基板上に誘電体多層膜を構成する誘電体をスパッタリングすることで作製することができる。
【００７０】
また、本発明によるホログラム記録装置においては、参照光が、光ビームである場合に、光強度変換手段に入射する光ビームの径を拡大するビームエキスパンダーをさらに有してもよい。強度変換手段に入射する光ビームの径を拡大するビームエキスパンダーとしては、強度変換手段に入射する光ビームを、より大きい径を有する平行光の光ビームに変換するアフォーカル光学系を用いることができる。光強度変換手段に入射する光ビームの径を拡大するビームエキスパンダーを有することで、光強度変換手段の大きさを大きくすることができ、光強度変換手段を作製することが容易となる。すなわち、透明な基板上に設けられた金属の膜及び誘電体多層膜のような参照光の一部を反射又は部分的に透過させる（減光する）部分の大きさを、参照光のビーム径の大きさよりも大きくすることができ、光強度変換手段を製作することが容易となる。なお、ビームエキスパンダーでビーム径を拡大した参照光を光強度変換手段に通過させ、光強度変換手段を通過した参照光は、ビーム径を縮小するレンズ系によって、光源から発生する光ビームと同じ径のビーム径を有する参照光に再度変換され、ホログラム記録媒体に照射される。
【００７１】
次に、本発明によるホログラム記録媒体を説明する。
【００７２】
本発明によるホログラム記録媒体は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光とフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体である。
【００７３】
本発明によるホログラム記録媒体は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光とフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体であるので、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムが記録されたホログラム記録媒体を提供することができる。
【００７４】
なお、ホログラム記録媒体は、ケイ酸ビスマス及びニオブ酸リチウムのような露光による誘電率の変化が大きい結晶、露光により屈折率差を生じるフォトポリマーなどの光記録材料で製作される。
【００７５】
次に、本発明によるホログラム再生装置を説明する。
【００７６】
本発明によるホログラム再生装置は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光とフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体からホログラムを再生するホログラム再生装置であって、上記の参照光をホログラム記録媒体へ照射する参照光照射手段を有する。この参照光照射手段は、本発明によるホログラム記録装置に含まれる光強度変換手段を含み、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光を、本発明によるホログラム記録媒体に照射する。これにより、本発明によるホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生することができる。なお、ホログラム再生装置においては、例えばＣＣＤのような、上記の参照光によって再生したホログラムを検出する検出手段を設けてもよい。
【００７７】
本発明によるホログラム再生装置によれば、上記の参照光をホログラム記録媒体へ照射する参照光照射手段を有するので、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを再生することが可能なホログラム再生装置を提供することができる。
【００７８】
次に、本発明によるホログラム再生方法を説明する。
【００７９】
本発明によるホログラム再生方法は、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光とフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体に、上記の参照光を照射して、ホログラムを再生するホログラム再生方法である。
【００８０】
本発明によるホログラム再生方法によれば、フーリエ変換光学系を通じてフーリエ変換された信号光とフーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とを照射することによってホログラムが記録されたホログラム記録媒体に、上記の参照光を照射して、ホログラムを再生するので、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを再生することが可能なホログラム再生方法を提供することができる。
【００８１】
本発明によるホログラム記録装置及びホログラム再生装置を組み合わせて、すなわち、ホログラム記録装置をホログラム再生装置として用いて、ホログラム記録再生装置としてもよい。このようなホログラム記録再生装置においては、本発明によるホログラム記録方法及びホログラム再生方法を実施することができる。具体的には、本発明によるホログラム記録装置において、本発明によるホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するときには、物体として、物体に入射する光を遮断するものを用いるか、信号光の光路中に光を遮断する遮蔽体を挿入すればよい。このようにして、本発明によるホログラム記録媒体に参照光のみが照射され、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムが再生される。なお、本発明によるホログラム記録装置に、再生されるホログラムを検出する検出手段を設けてもよい。
【００８２】
本発明によるホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生方法、ホログラム再生装置、及びホログラム記録媒体は、例えば、大容量の情報を高速で記録再生することが可能なホログラム光メモリに用いることができる。
【００８３】
図６は、本発明によるホログラム記録装置及び記録方法の具体例を説明する図である。図６に示す本発明によるホログラム記録装置は、デジタルホログラム記録装置の例であって、レーザー光源１、ハーフミラー２、ミラー３及び４、信号光の光路上に設けられる図６において実線で表されたビームエキスパンダー５、空間光変調素子６、信号光の光路上に設けられる図６において実線で表されたレンズ系７、並びに、ガラス基板８及びアルミニウム膜９からなるマスクを有する。なお、レンズ系７は、空間光変調素子から入射する信号光の不要な部分を除去するために、収束レンズ、ピンホール、コリメータレンズを有してもよい。すなわち、収束レンズ及びコリメータレンズの焦点をピンホールの位置に設定し、収束レンズは、平行光である信号光を収束光としてピンホールに収束させ、コリメータレンズは、ピンホールを通過する発散光を平行光として、その平行光をホログラム記録媒体に集束させるレンズ（系）に入射させる。
【００８４】
また、必要に応じて参照光の光路上に設けられる図６において点線で表されたビームエキスパンダー５及び参照光の光路上に設けられる図６において点線で表されたビーム径を縮小するレンズ系を備えていてもよい。本発明によるホログラム記録装置が、参照光の光路上に設けられる図６において点線で表されたビームエキスパンダー５及びレンズ系７を含む場合には、参照光のビーム径を拡大することができるため、アルミニウム膜９の大きさを大きくすることができ、マスクの製作が容易となる。ビームエキスパンダー５で拡大された光ビームは、マスクを通過し、レンズ系７によって光ビームの径が元に戻される。
【００８５】
本発明によるホログラム記録装置を用いて、ホログラム記録媒体１０に情報を記録する場合には、まず、ホログラム記録装置に、ホログラムが記録されていないホログラム記録媒体１０を設置する。次に、レーザー光源１から一本の光ビームを発生させ、この光ビームは、ハーフミラー２によって二つの光ビームに分割される。二つの光ビームの一方は、ハーフミラー２によってレーザー光源から入射する光ビームに対して垂直な方向へ、ミラー３へ向かって反射される。ミラー３で反射された光ビームは、ガラス基板８及びアルミニウム膜９からなるマスクを通過し、ミラー４でさらに反射されて、参照光としてホログラム記録媒体１０に照射される。ここで、ミラー３で反射された光ビームは、ガラス基板８及びアルミニウム膜９からなるマスクを通過する際に変調される。
【００８６】
ハーフミラー２によって分割された他方の光ビームは、ハーフミラー２を透過し、ビームエキスパンダー５に入射する。ビームエキスパンダー５に入射した光ビームの直径は、ビームエキスパンダー５によって拡大され、拡大されたビーム径を有する光ビームは、平行光として空間光変調素子６に照射される。空間光変調素子６に照射された光ビームは、空間光変調素子６で変調されて、信号光としてレンズ系７に平行に入射する。デジタルホログラム記録装置において、空間光変調素子６は、光ビームを変調して、“１”及び“０”が二次元に配列した二次元のデータ配列に対応する信号光を形成する。図３は、空間光変調素子によって形成される二次元のデータ配列の例を示す図である。図３に示すように、空間光変調素子６によって、白色の四角で表した“１”のデータと黒色の四角で表した“０”のデータとからなる様々な二次元のデータ配列が形成され、空間光変調素子６に入射した光が、空間光変調素子６によって形成されたこのような二次元のデータ配列に対応して変調される。このようにして、二次元のデータ配列の情報を有する光ビームが、レンズ系７に平行光として入射することとなる。
【００８７】
次に、空間光変調素子６によって形成される二次元のデータ配列に対応した光が、信号光としてレンズ系７に入射し、空間光変調素子６によって形成された二次元のデータ配列が、レンズ系７によってフーリエ変換される。なお、レンズ系７は、二次元のデータ配列の情報を有する光ビームがフランホーファー回折により回折するような光学系である。  図４は、ホログラム記録媒体の記録位置におけるレンズ系によってフーリエ変換された信号光の強度分布を示す図である。図４において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。一般に、フーリエ変換された信号光は、空間的な位置に対して、そのビームの中心で最も高い強度を有するピークを有し、最大強度を有するピークの周辺に対称的に、複数のピークを有する。フーリエ変換された信号光の複数のピークは、ビームの中心から離れるにつれて、ピークの強度は、減少する。ここで、ビームの中心で最も高い強度を有するピークは、空間光変調素子６によって形成された二次元のデータ配列のパターンにおける（ＤＣ成分と呼ばれる）低周波成分に起因し、ビームの中心で最も高い強度を有するピークの周辺に現れる複数のピークは、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分に起因する。そして、ビームの中心から離れたピークほど、二次元のデータ配列のより高い周波数成分に対応している。すなわち、フーリエ変換された信号光においては、一般に、二次元のデータ配列のパターンにおける低周波成分に対応するＤＣ成分のピーク強度が、二次元のデータ配列のパターンにおける高周波成分のピーク強度に比べて大きい。フーリエ変換された信号光は、ホログラム記録媒体１０に照射される。
【００８８】
図６に示すような本発明によるホログラム記録装置においては、ミラー３で反射された光ビームが、ガラス基板８及びアルミニウム膜９からなるマスクを通過する際に変調される。図７は、本発明によるホログラム記録装置におけるガラス基板及びアルミニウム膜からなるマスクの平面図である。マスクは、正方形の形状のガラス基板８及びガラス基板８上に設けられた円盤型のアルミニウム膜９を有する。なお、図７においては、マスクに入射する光ビームの径を点線で表してある。マスクを通過する光ビームの所定の部分は、正方形の形状のガラス基板８を透過するため、ガラス基板８を通過する光ビームの強度は、ほとんど変化しない。一方、マスクを通過する光ビームにおける別の所定の部分は、円盤型のアルミニウム膜９で反射されるか、又はアルミニウム膜９を通過する。マスクを通過する光ビームの所定の部分が、アルミニウム膜９を通過する場合には、その光ビームの所定の部分における強度は、顕著に減少させられる。円盤型のアルミニウム膜９の厚さ及び直径は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度のみを減少させるような厚さ及び直径である。信号光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系の開口が、円形である場合には、円盤型のアルミニウム膜９の直径は、フーリエ変換された信号光におけるエアリーディスクの直径であってもよい。
【００８９】
そして、ガラス基板８及びアルミニウム膜９からなるマスクによって変調された光ビームは、参照光としてホログラム記録媒体１０に照射される。図８は、本発明によるホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体に照射される参照光の強度分布を示す図である。図８において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。図８に示すように、ホログラム記録媒体１０に照射される参照光は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する。すなわち、参照光は、空間的な位置に対して、そのビームの中心で、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減するように、比較的減少した強度を有し、その減少した強度を有するビームの中心の周辺では、そのビームの中心付近からそのビームの周辺に向かって徐々に減少する強度分布を有する。
【００９０】
次に、図４に示すような複数のピークからなる強度分布を有するフーリエ変換された信号光と、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光とが、ホログラム記録媒体１０の記録位置で干渉する。そして、ホログラム記録媒体１０に照射された参照光とフーリエ変換された信号光との干渉縞が、ホログラム記録媒体１０に記録される。図９は、本発明によるホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して得られる干渉縞の強度分布を示す図である。図８において、横軸は、任意単位で表された空間的な位置を示し、縦軸は、任意単位で表された光ビームの強度を示す。本発明によるホログラム記録装置においては、フーリエ変換された信号光を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分の強度を低減する強度分布を有する参照光と干渉させることによって、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を低減することができる。よって、ホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して形成される干渉縞の強度分布において、フーリエ変換された信号光における低周波成分に関する中心付近の強度が著しく高くなることを抑制することができ、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジの範囲内でフーリエ変換された信号光における低周波成分の強度に由来する干渉縞の強度の飽和を回避することができる。また、フーリエ変換された信号光における高周波成分に関する周辺付近の強度は、参照光によって低減されないので、フーリエ変換された信号光における高周波成分の強度に由来する干渉縞の強度は、マスクの有無に関わらずほとんど変動せず、フーリエ変換された信号光における高周波成分の強度に由来する干渉縞の強度のＳＮ比は、ほとんど低下しない。よって、マスクを用いて参照光の強度分布を、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を低減する強度分布とすることにより、参照光と信号光との干渉縞の強度分布において、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジの範囲内でフーリエ変換された信号光における低周波成分の強度に由来する干渉縞の強度の飽和を回避すると共にフーリエ変換された信号光における高周波成分の強度に由来する干渉縞の強度のＳＮ比の低下を抑制することができる。
【００９１】
このようにして参照光と信号光との干渉縞をホログラムとして記録したホログラム記録媒体を、図６に示すホログラム記録装置の所定の位置に設置し、空間光変調素子６を制御して、レンズ系７に入射する信号光を遮断することで、又は信号光の光路に遮蔽板を挿入することで、ホログラム記録媒体に、マスクを通過した参照光を照射することができる。これにより、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生することができる。
【実施例１】
【００９２】
図６の実線に示す本発明によるホログラム記録装置において、本発明によるホログラム記録方法に従って、ホログラムの記録を行った。レーザー光源としては、ＹＡＧレーザーの第二高調波（ＳＨＧ）（波長５３２ｎｍ）を用いた。また、空間光変調素子としてＤＭＤを使用し、図３に示すような“１”（白色で示した反射面）及び“０”（黒色で示した非反射面）の二次元のランダムパターンを作成した。ホログラム記録媒体としては、フォトポリマーで形成されたホログラム記録媒体を用いた。また、マスクとして、図７に示すようなスライドガラスの基板の中央に円盤型のアルミニウム膜をスパッタリンクで形成したマスクを用いた。上述したように、ホログラム記録媒体に記録したホログラムを再生すると、参照光と信号光との干渉縞における低周波成分は、飽和しておらず、高周波成分のＳＮ比も低下しないことを確認することができた。
【００９３】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施の形態及び実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムを記録／再生することが可能なホログラム記録／再生方法及びホログラム記録／再生装置に適用することができる。
【００９５】
また、本発明は、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分を光記録材料のダイナミックレンジの範囲で飽和させることなく、フーリエ変換された信号光における最大強度の周波数成分よりも小さい強度を有する必要な周波数成分のＳＮ比の低下を抑制してホログラムが記録されたホログラム記録媒体に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】従来のデジタルホログラム記録装置及び記録方法を説明する図である。
【図２】従来のデジタルホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体に照射される参照光の強度分布を示す図である。
【図３】空間光変調素子によって形成される二次元のデータ配列の例を示す図である。
【図４】ホログラム記録媒体の記録位置におけるレンズ系によってフーリエ変換された信号光の強度分布を示す図である。
【図５】従来のデジタルホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して形成される干渉縞の強度分布を示す図である。
【図６】本発明によるホログラム記録装置及び記録方法の具体例を説明する図である。
【図７】本発明によるホログラム記録装置に使用するガラス基板及びアルミニウム膜からなるマスクの平面図である。
【図８】本発明によるホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体に照射される参照光の強度分布を示す図である。
【図９】本発明によるホログラム記録装置におけるホログラム記録媒体の記録位置で参照光と信号光とが干渉して得られる干渉縞の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１、１０１    レーザー光源
２、１０２    ハーフミラー
３、４、１０３、１０４    ミラー
５、１０５    ビームエキスパンダー
６、１０６    空間光変調素子
７、１０７    レンズ系
８    ガラス基板
９    アルミニウム膜
１０、１１０    ホログラム記録媒体
【図１】
2005352097.tif 000003
【図２】
2005352097.tif 000004
【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】
2005352097.tif 000009
【図８】
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【図９】
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