(57)【要約】【課題】コヒーレントな光ビームを用いた光学系において、不均一な強度分布を所望の強度分布に、高い光利用効率で変換する。【解決手段】コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。これにより、高い光利用効率を保ったまま、強度分布を変換することが可能となる。さらに、強度分布が複雑な場合にも、低コストかつ容易に強度分布を変換することが可能となる。【選択図】図４
2016164816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、
前記光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、
前記強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、
前記強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と該位相変調部内に配置された回折素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系であって、
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
前記信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、
前記強度分布変換部は前記信号光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、
ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いることを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求項１に記載の光学系であって、
レーザ加工機に用いることを特徴とする光学系。
【請求項４】
請求項１に記載の光学系であって、
前記位相変調部は位相変調素子とリレーレンズで構成され、
前記回折素子は前記リレーレンズの集光点付近に配置されていることを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の光学系であって、
前記位相変調素子の位相分布を変換前の強度分布に応じて作製して前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項１に記載の光学系であって、
前記回折素子は体積型ホログラフィック光学素子であることを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求項１に記載の光学系であって、
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を略均一な強度分布へ変換することを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項１に記載の光学系であって、
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換することを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項１に記載の光学系であって、
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
前記信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、
前記強度分布変換部は前記参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、
ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、
光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、
信号光に情報を付加するための空間光変調部と、
前記光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部と、を備え、
前記強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と該位相変調部内に配置された回折素子を有することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記強度分布変換部は前記信号光の強度分布を変換する強度分布変換部であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記位相変調部は位相変調素子とリレーレンズで構成され、
前記回折素子は前記リレーレンズの集光点付近に配置されていることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記位相変調素子の位相分布を変換前の強度分布に応じて作製して前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記回折素子は体積型ホログラフィック光学素子であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を略均一な強度分布へ変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記強度分布変換部は前記光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１７】
請求項１０に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記強度分布変換部は前記参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
【請求項１８】
コヒーレントな光ビームの強度分布を変換する強度分布変換方法であって、
位相変調素子とリレーレンズと該リレーレンズの集光点付近に回折素子が配置された強度分布変換部を用いて、
前記位相変調素子の位相分布である位相変調パターンと前記回折素子のホログラムの組み合わせで前記光ビームの強度分布を変換することを特徴とする強度分布変換方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の強度分布変換方法であって、
前記位相変調素子の位相変調パターンまたは前記回折素子のホログラムのいずれかを変換前の強度分布に応じて作製することを特徴とする強度分布変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光の強度分布を変換する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１２−２４３３５５号公報（特許文献１）がある。特許文献１には課題として、「ホログラム記録媒体に情報を記録する、またはホログラム記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置において、光量の強度分布が均一でない光ビームを用いて記録再生を行った場合に、記録密度が低下するという課題があった。」と記載があり、解決手段として、「光検出器により信号光の強度分布を検出し、検出した情報を基に強度分布変換素子によりレーザ光の強度分布を制御し、強度分布を制御したレーザ光をホログラム記録媒体に照射することにより情報を記録または再生する。」と記載されている。
【０００３】
また、特開平８−９４８３９号公報（特許文献２）がある。特許文献２には、課題として、「光ビーム変換装置において、不均一なエネルギー分布を有する入射光ビームを出射面で略均一なエネルギー分布を有する光ビームに変換する。」と記載があり、解決手段として、「光ビーム変換装置（またはビームホモゲナイザー）１０はサブホログラムであるアレイ（マトリクス）状のファセット１２を有するホログラフィー素子である。不均一なエネルギー分布を有する光ビーム１４を当該ホログラフィー素子１０を通過させると低エネルギー分布のファセットを重ね合わせることにより、出射面またはターゲット領域１６で略均一なエネルギー分布の出射ビーム２２が得られる。」と記載されている。
【０００４】
また、Herwig Kogelnik, ” Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings”, Bell System Technical Journal Volume 48, Issue 9, pages 2909-2947, November 1969（非特許文献１）には、Ｋｏｇｅｌｎｉｋの結合波理論について記載されている。
【０００５】
また、Masanori Takabayashi and Atsushi Okamoto, “Self-referential holography and its applications to data storage and phase-to-intensity conversion”, Optics Express, Vol. 21, Issue 3, pp. 3669-3681 (2013)（非特許文献２）には、自己参照型ホログラフィについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２４３３５５号公報
【特許文献２】特開平８−９４８３９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Herwig Kogelnik, ” Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings”, Bell System Technical Journal Volume 48, Issue 9, pages 2909-2947, November 1969
【非特許文献２】Masanori Takabayashi and Atsushi Okamoto, “Self-referential holography and its applications to data storage and phase-to-intensity conversion”, Optics Express, Vol. 21, Issue 3, pp. 3669-3681 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光情報記録システムであるホログラフィックメモリでは、信号光と参照光とを干渉させ、その干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録するが、この信号光・参照光の強度が不均一な空間分布を持つ場合、記録・再生性能劣化の要因となる。この強度分布不均一は、例えば半導体レーザチップから出射したレーザー光が、中心部の強度が強い分布を持っていることに起因して発生する。また、光学部品に付着した埃や汚れ、傷や加工残り、開口での回折や迷光との干渉などに起因して発生する。この課題は、例えばレーザー加工機などのコヒーレントな光ビームを用いた光学系においても、加工精度低下、加工効率低下の要因となるため課題となる。
【０００９】
強度分布均一化の方法として、例えば特許文献１では、透過率分布を持つ強度分布補正素子を用いている。しかし、この方法では、光ビーム内の強度を弱い部分に合わせるため、光利用効率が低下する課題がある。
【００１０】
また、例えば特許文献２では、ホログラフィー素子によって強度分布を均一化しているが、このホログラフィー素子の作製は、入射する強度分布が複雑である場合、回折格子パターンの計算に時間がかかりコストが高くなる課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い光利用効率を保ったまま、強度分布を変換することが可能となる。さらに、強度分布が複雑な場合にも、低コストかつ容易に強度分布を変換することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１におけるホログラフィックメモリ装置を示すブロック図である。
【図２】実施例１におけるホログラフィックメモリ装置の記録時の光学系を示す概略図である。
【図３】実施例１におけるホログラフィックメモリ装置の再生時の光学系を示す概略図である。
【図４】実施例１における強度分布変換方法を示す概念図である。
【図５】実施例１における強度分布変換原理を示す概略図である。
【図６】実施例１における強度分布変換を行う動作フローである。
【図７】実施例１におけるホログラフィックメモリ装置の変換前の強度分布取得時の光学系を示す概略図である。
【図８】実施例１における強度分布変換素子を作製する光学系を示す概略図である。
【図９】実施例１における強度分布変換素子および位相変調素子作製に用いる位相分布を示す図である。
【図１０】実施例１における位相検出を行う光学系を示す概略図である。
【図１１】実施例１における強度分布変換素子および位相変調素子作製に用いる位相分布を示す図である。
【図１２】実施例２における強度分布変換方法を示す概念図である。
【図１３】実施例２における強度分布変換を行う動作フローである。
【図１４】実施例２におけるホログラフィックメモリ装置の変換前の強度分布での記録時の光学系を示す概略図である。
【図１５】実施例３におけるホログラフィックメモリ装置の記録時の光学系を示す概略図である。
【図１６】実施例３におけるホログラフィックメモリ装置の記録時の他の光学系を示す概略図である。
【図１７】実施例４における強度分布変換素子を作製する光学系を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
ホログラフィックメモリの信号光の強度分布は再生信号の品質を示す指標であるＳＮ（Signal to Noise ratio）に大きく影響を与える。特に、光強度が弱い部分は読み取りエラーが発生しやすい。このため強度分布が不均一であると、光強度の弱い部分が発生し、それに伴い読み取りエラー発生率が大きくなる。それに対し、強度分布が均一な場合には、読み取りエラー発生率を低減することができ、高いＳＮが得られる。本実施例は、強度分布変換光学系を用いることで、強度分布を均一化している。以下、強度分布変換光学系を搭載したホログラフィックメモリ装置について説明する。
【００１６】
図１はホログラムとして光情報記録媒体1にデジタル情報を記録／再生するホログラフィックメモリ装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、ホログラフィックメモリ装置１０は、入出力制御回路９０を介して外部制御装置９１と接続されている。記録する場合には、ホログラフィックメモリ装置１０は外部制御装置９１から記録する情報信号を入出力制御回路９０により受信する。再生する場合には、ホログラフィックメモリ装置１０は再生した情報信号を入出力制御回路９０により外部制御装置９１に送信する。
【００１８】
ホログラフィックメモリ装置１０は、光学系１１、再生用光学系１２、ディスクキュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４、及び回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。
光学系１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に照射し、ホログラムとしてデジタル情報を記録媒体に記録する役割を果たす。この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介して光学系１１内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。
【００１９】
光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、アクセス制御回路８１に接続された再生用光学系１２によって、光学系１１から出射された参照光を、記録時とは逆の向きに光情報記録媒体１に入射させるよう変換する。この再生用参照光によって再生される再生光を、光学系１１内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。
【００２０】
光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、光学系１１内のシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。
【００２１】
ディスクキュア光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュアおよびポストキュアに用いる光を生成する役割を果たす。プリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光を照射する前工程である。ポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光を照射する後工程である。
【００２２】
ディスク回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に設定する場合は、ディスク回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によってディスク回転モータ制御／アクセス制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御する事ができる。
【００２３】
光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流が光学系１１、キュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源からは所定の強度で光ビームを発光することができる。
【００２４】
また、回転モータ５０は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、ディスク回転モータ／アクセス制御回路８８を介して位置制御がおこなわれる。
【００２５】
ところで、ホログラムの角度多重の原理を利用した記録技術は、参照光角度のずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。従って、光学系１１内に、参照光角度のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構をホログラフィックメモリ装置１０内に備えることが必要となる。
【００２６】
なお、光学系１１、ディスクキュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。
【００２７】
図２は、ホログラフィックメモリ装置１０における光学系１１の基本的な光学系構成の一例における記録原理を示したものである。光源２０１を出射した光ビームはコリメートレンズ２０２を透過し、シャッタ２０３に入射する。シャッタ２０３が開いている時は、光ビームはシャッタ２０３を通過した後、例えば２分の１波長板などで構成される偏光方向変換素子２０４によってｐ偏光とｓ偏光の強度比が所望の比になるように偏光方向が制御される。その後、光ビームを信号光２０６と参照光２０７に分離する光学素子である偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビームは、信号光２０６として働き、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径が拡大された後、位相変調素子２０９、リレーレンズ２１０とリレーレンズ２１０の集光点付近に配置した強度分布変換素子２２９、偏光ビームスプリッタ２１１をそれぞれ透過して空間光変調器２１２に入射する。空間光変調器２１２は、空間的に光の強度を変調するデバイスであり、これを用いて信号光に２次元のデジタル情報を付加する。-
空間光変調器２１２によって情報が付加された信号光は、偏光ビームスプリッタ２１１を反射し、リレーレンズ２１３ならびに空間フィルタ２１４を透過する。その後、信号光は対物レンズ２１５によって光情報記録媒体１に照射され集光する。
【００２９】
一方、偏光ビームスプリッタ２０５を反射した光ビームは参照光２０７として働き、偏光方向変換素子２１６によって記録時または再生時に応じた所定の偏光方向に設定された後、ミラー２１７、参照光の光ビームの形状を規定するアイリス２２６、およびミラー２１８を経由してガルバノミラー２１９に入射する。ガルバノミラー２１９はアクチュエータ２２０によって角度を設定可能なため、レンズ２２１とレンズ２２２からなるスキャナーレンズ２２７を通過した後に光情報記録媒体１に入射する参照光の入射角度を、所望の角度に設定することができる。
【００３０】
信号光２０６と参照光２０７を光情報記録媒体１内で、互いに重なり合うように入射させることで、光情報記録媒体１内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを光情報記録媒体１に書き込むことで情報を記録する。また、ガルバノミラー２１９によって光情報記録媒体１に入射する参照光２０７の入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。
【００３１】
以降、同じ領域に参照光角度を変えて記録されたホログラムのうち、１つ１つの参照光角度に対応したホログラムをページと呼び、同領域に角度多重されたページの集合をブックと呼ぶことにする。
【００３２】
図３は、ホログラフィックメモリ装置１０における光学系１１の基本的な光学系構成の一例における再生原理を示したものである。記録した情報を再生する場合は、偏光方向変換素子２０４を用いて参照光２０７だけとし、さらに偏光方向変換素子２１６を用いて、記録時に対し偏光方向を９０度回転させる。この参照光は、ミラー２１７、アイリス２２６、およびミラー２１８を経由してガルバノミラー２１９に入射し、所望の参照光角度に設定した後、光情報記録媒体１に入射する。光情報記録媒体１を透過した光ビームは、角度設定可能なガルバノミラー２２４によって反射され再生用参照光となる。この再生用参照光によって回折された再生光２２８は、対物レンズ２１５、リレーレンズ２１３ならびに空間フィルタ２１４を透過する。その後、再生光は偏光ビームスプリッタ２１１を透過して光検出器２２５に入射し、記録した信号を再生することができる。光検出器２２５としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーなどの撮像素子を用いることができるが、ページデータを再生可能であれば、どのような素子であっても構わない。
【００３３】
以下、上述した本実施例の特徴について、更に詳細に説明する。
【００３４】
本実施例の特徴は、レーザー光の強度分布を略均一化するための強度分布変換素子２２９を配置している点である。強度分布不均一は、例えばチップから出射したレーザー光が、中心部の強度が強い分布を持っていることに起因して発生する。また、光学部品に付着した埃や汚れ、傷や加工残り、開口での回折や迷光との干渉などに起因して発生する。これに対し、本実施例では、位相変調素子２０９とリレーレンズ２１０および強度分布変換素子２２９を用いて強度分布を略均一化している。その原理と方法を以下説明する。
【００３５】
まず、強度分布変換原理を説明する。図４は、強度分布変換原理の考え方を説明するための概念図である。（Ａ）は変換前の強度分布、（Ｂ）は、強度分布均一化を特許文献１記載の透過率フィルタを用いて行った場合、（Ｃ）は、強度分布均一化を本実施例の強度分布変換方法を用いて行った場合のそれぞれ強度に関する概念図である。特許文献１の強度分布変換方法では、（Ａ）に示す不均一な強度分布を、（Ｂ）に示すように最低の強度値に合わせた変換後強度分布９０４になるように、強度分布に略反比例する透過率を持ったフィルタを用いて変換する。利用しない強度部分９０１が存在するため光利用効率が低下する。一方、本実施例の強度分布変換方法では、（Ｃ）に示すように、変換前の強度分布の平均値９０５が変換後の強度分布となるように、変換すべき強度部分９０２の強度分布の強い部分の光強度を弱い部分に移動させる。この方法により高い光利用効率を実現することができる。
【００３６】
図５は、強度分布変換原理を説明するために用いる光学系の概略図で、図２に示した光学系１１内の位相変調素子２０９、リレーレンズ２１０、強度分布変換素子２２９、空間光変調器２１２部分のみを示しており、位相変調素子２０９とリレーレンズ２１０内のフーリエレンズ１０３，１０４、および空間光変調器２１２は４ｆ系を構成している。また、説明を簡単にするため、位相変調素子２０９は素子上の任意の位置で任意の位相変調ができるものとする。また、強度分布変換部として、位相変調部と強度分布変換素子を有しており、位相変調部は位相変調素子２０９とフーリエレンズ１０３，１０４を含むリレーレンズ２１０からなり、リレーレンズ２１０の集光点付近に強度分布変換素子２２９が配置されているので、強度分布変換部は位相変調部と位相変調部内に配置された強度分布変換素子を有している。
【００３７】
図５（Ａ）に示すように、信号光２０６を位相変調素子２０９に入射する。位相変調素子２０９の任意の点から出射した光をホイヘンスの原理に従って球面波と考えると、ある点からの出射光がフーリエレンズ１０３により平行光となり、強度分布変換素子２２９に入射する。強度分布変換素子２２９は、体積型ホログラフィック光学素子であり、所定範囲内の任意のある角度から入射した平行光を所定の角度範囲の略すべての角度の平行光として出射するものである。したがって、位相変調素子２０９上の１点の光が、空間光変調器２１２上の全面に分散される。位相変調素子２０９の位相分布を調整することで、空間光変調器２１２上の強度分布を均一化することができる。以下、位相変調素子２０９の位相分布と空間光変調器２１２上の強度分布の関係を詳細に説明する。
【００３８】
まず、図５（Ｂ）に示すように、位相変調素子２０９上の２点Ａ１，Ａ２から出射した光の空間光変調器２１２上の２点Ｂ１，Ｂ２での強度について考える。強度分布変換素子２２９は、位相変調素子２０９上の略すべての点から出射した光による平行光同士のホログラムが存在している回折素子であるが、ここでは、Ａ１、Ａ２から出射した２つの光が作った平行光同士のホログラムに注目する。Ａ１、Ａ２の２点から出射した光がフーリエレンズ１０３により平行光となり、強度分布変換素子２２９に入射すると、それぞれホログラムのＢｒａｇｇ回折によって透過光と回折光が発生する。Ａ１から出射した光の透過光と回折光はそれぞれ空間光変調器２１２上の２点Ｂ１とＢ２に到達し（図５（Ｂ））、またＡ２から出射した光の透過光と回折光はそれぞれＢ２とＢ１に到達し（図５（Ｃ））、これら２つの光がＢ１とＢ２で干渉する。Ｂｒａｇｇの条件を満たすホログラムの回折光は、透過光に対して＋π／２または−π／２の位相差をもつ。これについては、例えば非特許文献１に記載の式から導出できる。上記からＢ１およびＢ２での光強度を、Ａ１およびＡ２からの透過光と回折光のそれぞれの干渉を考えて以下の式（１）により計算することができる。
2016164816.tif 000003
【００３９】
ここで、iは虚数単位√-1であり±の符号は回折素子が持つホログラムの記録条件により決定される。また、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２はそれぞれＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２での光の複素振幅であり、これらの位置での光強度は|ａ１|^2などとして計算できる。
【００４０】
Ａ１とＡ２に記録時と再生時の位相差（再生時の位相−記録時の位相）δ１、δ２を与えると、式（１）は、この位相差を明示して、以下の式（２）
2016164816.tif 000004
【００４１】
のように書け、光強度は、iの符号が“＋”となる記録条件のとき、以下の式（３）
2016164816.tif 000005
【００４２】
と書ける。この式から、δ１、δ２を適当に選べば、Ａ１、Ａ２に対してＢ１、Ｂ２の光強度を変化させることができることがわかる。
【００４３】
位相変調素子２０９上の２点Ａ１とＡ２での位相を記録時と同じにする、すなわちδ１＝δ２とすると、Ｂ１とＢ２での光強度も同じになる。また、δ１＝０、δ２＝π／２とすると、Ｂ１よりＢ２の方が、光強度が強くなり、Ａ１の光強度がＡ２に移動する。反対に、δ１＝π／２、δ２＝０とすると、Ｂ１よりＢ２の方が、光強度が弱くなり、Ａ２の光強度がＡ１に移動する。以上から、図５の構成により、位相変調素子２０９上の任意の２点間で光強度の移動が可能である。
【００４４】
また、光強度を対応する各点での記録時との位相差δ１,δ２で微分すると、以下の式（４）
2016164816.tif 000006
【００４５】
となり、｜ｂ１｜＾２、｜ｂ２｜＾２は、０〜π／２の範囲のδ１、δ２に対して単調増加することが分かる。よって、信号光２０６が不均一の場合、強度を増加させたい部分の位相を、強度を減少させたい部分の位相より大きい値とすることで、光強度の移動が行われ強度分布の均一化を行うことができる。
【００４６】
式（１）を位相変調素子２０９上のすべての点の複素振幅ａ１,…,ａｎと観測点２１２上のすべての点の複素振幅ｂ１,…,ｂｎに対して拡張すると、以下の式（５）
2016164816.tif 000007
【００４７】
のように書け、ａ１,…,ａｎの位相に応じて、任意の２点間で光強度の移動ができることがわかる。
【００４８】
以上から、位相変調素子２０９と強度分布変換素子２２９、フーリエレンズ１０３，１０４を用い、位相変調素子２０９の位相分布を予め決定することで、空間光変調器２１２上の光強度を均一に変換できることが示された。
【００４９】
続いて、動作フローにしたがって、ホログラフィックメモリ装置１０における強度分布変換方法を説明する。
【００５０】
図６は、強度分布変換を行う動作フローを示したものである。図６において、まず、ステップ４０１，４０２は、変換前の強度分布を取得する処理であり、そのための光学系構成である図７を用いて説明する。図７は、図２の光学構成と比較して、強度分布変換素子２２９を除いて、偏光方向変換素子２３０を追加した構成である。図７において、偏光方向変換素子２３０により信号光２０６の偏光を調整し（４０１）、直接光検出器２２５へ信号光２０６を入射させる。これにより、空間光変調器２１２上の強度分布を測定する（４０２）。
【００５１】
続いて、図６のステップ４０３で、取得した強度分布の評価を行う。所望の性能が達成されていない場合Ｒｅｊｅｃｔとして、後述する強度分布変換素子作製光学系６００を用いて強度分布変換素子２２９を作製する（４０６）。その後、後述する位相検出光学系６１８を用いて、位相変調素子２０９の位相パターンを求め、位相変調素子２０９を作製する（４０９）。
【００５２】
次に、作製した強度分布変換素子２２９と位相変調素子２０９を、図５の光学系１１内のリレーレンズ２１０集光点付近に設置する（４１０）。そして、位置・角度の調整を行い、所望の強度分布変換性能が出ているかを光検出器２２５で取得した強度分布を用いて評価する（４１１）。位置・角度を調整しても所望の性能が出ない場合Ｒｅｊｅｃｔとし、後で説明する、位相変調素子作製ステップ４０９の詳細ステップである、位相パターンに対して共役な位相パターンを持つ位相変調素子２０９を作製するステップ８０７に戻って、位相変調素子作製をやり直す。また、所望の性能が出た場合Ａｃｃｅｐｔとして、信号光の偏光を調整し元の状態に戻す（４１２）。
【００５３】
上記の手順により、ホログラフィックメモリ装置１０の信号光２０６の強度分布を低コストに変換することができ、エラー発生率を低減させて高いＳＮを得ることができる。また、特許文献２では、変換前の強度分布に応じて、回折格子パターンを反復計算する必要があるのに対して、本実施例の方法では、位相変調パターンを式（５）を用いて容易に計算することができるので、特許文献２の方法と比べて、容易に実現できる。
【００５４】
次に、図６のステップ４０６の強度分布変換素子２２９の作製方法を説明する。図８は、強度分布変換素子作製光学系を示す概略図である。この光学系はホログラフィックメモリ装置１０とは独立に構築しておく。
【００５５】
まず、強度分布変換素子作製光学系６００の構成を説明する。光源６０１を出射した光ビームはコリメートレンズ６０２を透過し、シャッタ６１０に入射する。シャッタ６１０が開いている時は、光ビームは、偏光方向変換素子６１１とリレーレンズ６０３および空間フィルタ６０４を透過して、偏光ビームスプリッタ６０６に入射する。偏光方向変換素子６１１によりｓ偏光としておくことで、光ビームは４分の１波長板６１２と位相変調器６０５に入射する。位相変調器６０５に入射する光ビームは、空間フィルタ６０４を用いて、略均一な強度・位相分布にしておく。位相変調器６０５に表示する位相変調パターン７０８は、参照位相分布とする。この分布は、意図的に０〜πのある程度高い空間周波数を持つ分布とする。その理由は、ホログラム記録の際に記録媒体のＭ＃が有限であることから、フーリエ面の強度分布を略均一にすることで効果的なホログラム記録が実現できるためである。また、位相変調器６０５は、反射型の空間光変調器で、入射光の２次元の空間的な位相分布を少なくとも０〜３π／２の範囲で多値変調させることができる。４分の１波長板６１２と位相変調器６０５でｐ偏光への変換および位相変調を行った後、光ビームはフーリエレンズ６０７を用いて集光点付近に配置されたホログラム記録媒体１０５へ入射する。ここで、位相変調器６０５とフーリエレンズ６０７，６０８、および光検出器６０９は、４ｆ系を構成している。
【００５６】
この光学系を用い、シャッタ６１０を所望の時間だけ開き、ホログラム記録媒体１０５を露光することで、ホログラム記録媒体１０５から強度分布変換素子２２９が作製される。ここで作製された強度分布変換素子２２９は、位相変調器６０５の各ピクセルからの光がホログラム記録媒体１０５内で干渉して各ピクセル間のホログラムを生成することによって作製されている。この方法は、非特許文献２に記載されている自己参照型ホログラフィの考え方を応用している。また、この強度分布変換素子２２９は、変換前の強度分布の情報を必要としないため、予め量産しておくことができる。
【００５７】
続いて、図６のステップ４０９の位相変調素子２０９を作製する方法を説明する。位相変調素子２０９の位相変調パターンは、強度分布変換素子２２９を作製したときに用いた任意の位相変調パターンである参照位相分布に合わせて作製する必要がある。このパターンは、計算機上で式（５）を用いて計算することができる。
【００５８】
また、計算で求めることが難しい、強度分布変換素子２２９や光学系計算モデルの理想状態からのずれを吸収するために、下記の方法を用いることもできる。すなわち、図８の光学系を用いて均一な強度分布の光を上記で作製した強度分布変換素子２２９に入射し、出射した光をフーリエレンズ６０８で略平行光にして光検出器６０９上の強度分布を取得する。そして、この強度分布が、図６のフロー４０２で測定した変換前の強度分布と略一致するように、位相変調器６０５の位相分布を選ぶ。このとき、強度分布変換素子２２９は、均一な強度分布を変換前の強度分布に変換している。つまり、これを反対に考えると、空間光変調器６０９上の位相分布を測定し、この位相分布の共役な位相分布を信号光に付加すれば、強度分布変換素子２２９を透過したあとの光の強度分布は均一になるはずである。以下、この考え方を用いた位相変調素子２０９の作製方法を示す。
【００５９】
図６における位相変調素子作製ステップ４０９の詳細フローにおいて、まず、変換前の強度分布の情報を用いて、位相変調器に表示する位相変調パターンを計算する（８０１）。そして、位相分布を調整して（８０２）、位相変調パターンを位相変調器に表示する（８０３）。ここで、図９を用いて、位相変調器６０５に表示する位相変調パターンの作製方法を説明する。図９は、強度分布変換素子作製時と位相変調素子作製時での位相変調素子６０５に表示する位相変調パターンの作製方法を示している。強度分布変換素子作製時は、参照位相分布７０５（φref（ｘ、ｙ）とする）をそのまま表示すればよい。一方、位相変調素子作製時は、図６のフロー４０２で取得した変換前の信号光２０６の強度分布７０１（Ｉ（ｘ，ｙ））を用いて位相分布を計算する必要がある。まず、変換前の強度分布７０１（Ｉ（ｘ，ｙ））とその略最大の値Imaxを用いて、以下の式（６）のように位相分布δ（ｘ、ｙ）を求める。
2016164816.tif 000008
【００６０】
次に、参照位相分布７０５（φref（ｘ、ｙ））をδ（ｘ、ｙ）に加算して、位相変調パターン７０９を作製する。したがって、位相変調パターン７０９は、φref（ｘ、ｙ）＋δ（ｘ、ｙ）である。
【００６１】
このようにして求めた位相変調パターン７０９を図１０に示す光学系内の位相変調器６０５に表示する（８０３）。ここで、図１０の光学系は位相変調素子を作製する際に用いる光学系であり、図８の光学系に後述する位相検出光学系６１８を追加したものである。次に、この光学系を用いて、強度分布変換素子の再生を行い（８０４）、光検出器６０９上の強度分布を取得し、変換前の信号光強度分布と略一致しているか確認する。
【００６２】
ここで、式（４）で示した位相と強度の単調増加の関係を比例関係と近似すると、光検出器６０９上の強度分布Iout（ｘ、ｙ）は、位相分布δ（ｘ、ｙ）に略比例するといえる。すなわち、参照位相との位相差δ（ｘ、ｙ）を持つ位相分布の光を入射した際の光検出器６０９上の強度分布Iout（ｘ、ｙ）は、定数Ｃを用いて、以下の式（７）
2016164816.tif 000009
【００６３】
と表せる。このことから、光検出器６０９上の強度分布Iout（ｘ、ｙ）は、変換前の信号光強度分布と略一致するはずである。
【００６４】
よって、ステップ８０５で強度分布の確認を行い、ＯＫであればＡｃｃｅｐｔとして、光検出器６０９上の位相分布を測定する（８０６）。ＮＧであれば、Ｒｅｊｅｃｔとして、８０１に戻って位相変調パターンを計算し、位相分布調整（８０２）を繰り返す。ここで、図１０の位相検出光学系６１８を用いた位相検出方法について説明する。図１０で、偏光方向変換素子６１１を調整することにより光ビームにｓ偏光とｐ偏光の両方の偏光成分を持たせ、偏光ビームスプリッタ６０６を透過したｐ偏光成分を位相検出光学系６１８およびハーフミラー６１９を用いて光検出器６０９上に導き、強度分布変換素子２２９からの出射光６２０と干渉させる。位相検出光学系６１８は、２枚のミラー６１５，６１６と、ミラー６１５を微小距離移動させるアクチュエータ６１４で構成され、ミラー６１５を微小距離移動させることで位相シフト法またはフリンジスキャン法と呼ばれる方法で位相分布を検出することができる。位相検出方法は、フーリエ変換法など他の方法を用いてもよい。
【００６５】
上記の方法で取得した位相パターンに対して共役な位相パターンを持つ位相変調素子２０９を作製する（８０７、８０８）。本実施例では、位相変調素子は透過型であり、ガラス基板などの材料に電子線描画装置などを用いて作製した、入射光に位相変調を与える素子とするが、透過型の空間光変調器を用いたりすることもできる。また、位相変調素子の位相パターンは、信号光２０６の位相分布を、図１０の強度分布変換素子２２９からの出射光６２０と共役な位相分布にする目的があるので、位相変調素子２０９前の信号光２０６の位相パターンが不均一の場合、これを補正する位相分布を付加することで、強度分布均一化の性能向上が見込める。
【００６６】
本実施例では、強度分布変換素子２２９が任意の強度分布を変換できる汎用なものであるのに対し、位相変調素子２０９は変換前の強度分布に応じて作製する必要がある。反対に、位相変調素子２０９を汎用のものとして、強度分布変換素子２２９を変換前の強度分布に応じて作製することも、同様の考え方を用いてできる。この場合、図１１に示すように、強度分布変換素子作製時の位相変調パターン７０６をφref（ｘ、ｙ）−δ（ｘ、ｙ）とすればよい。
【００６７】
また、この方法で、φref（ｘ、ｙ）を所望の位相分布とすれば、空間光変調器２１２上の位相分布がφref（ｘ、ｙ）となり、変換前の強度分布に依存しない。そのため、空間光変調器２１２上の位相分布を所望の位相分布とすることができ、例えば従来の位相マスクと兼用することが出来、エネルギーの局所集中を回避でき、ＳＮが最も高くなる位相分布となるように最適化することもできる。しかし、その場合、位相変調素子２０９と強度分布変換素子２２９は、変換前の強度分布の情報を用いて作製する必要がある。
【００６８】
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。
【００６９】
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有する構成とする。
【００７０】
また、コヒーレントな光ビームの強度分布を変換する強度分布変換方法であって、位相変調素子とリレーレンズとリレーレンズの集光点付近に回折素子が配置された強度分布変換部を用いて、位相変調素子の位相分布である位相変調パターンと回折素子のホログラムの組み合わせで光ビームの強度分布を変換する構成とする。
【００７１】
これにより、本実施例によれば、高い光利用効率を保ったまま、強度分布を変換することが可能となる。さらに、強度分布が複雑な場合にも、低コストかつ容易に強度分布を変換することが可能となる。よって、ＳＮ改善と光利用効率向上が低コストかつ容易に可能となる。
【実施例２】
【００７２】
実施例１では、ホログラフィックメモリ１０の光学系１１における信号光２０６の不均一な強度分布を略均一な強度分布に変換したが、本実施例では均一でない所望の強度分布に変換することで、更なるＳＮ改善を行っている。
【００７３】
図２の空間光変調器２１２直前の強度分布が均一であっても下記のような理由で再生時に光検出器２２５が検出する信号光が不均一な強度分布となる。例えば、空間光変調器２１２の面内反射率が不均一であることが原因でおこる。または、信号光２０６と参照光２０７の光情報記録媒体１でのオーバーラップずれがあることによる回折効率の不均一が原因となる。または、信号光２０６が集光していることに起因する参照光２０７との偏光方向の違いによる回折効率の不均一が原因となる。または、光検出器の感度の不均一が原因となる。本実施例では、再生時に光検出器２２５が検出する信号光が略均一となるように強度分布を予め変換しておくことでＳＮ改善を行っている。
【００７４】
また、本実施例では、光利用効率の向上のために、同様の強度分布変換方法により光ビーム形状の変形も行っている。光検出器２２５は通常矩形であるが、ホログラフィックメモリ１２の光学系１１で用いるレーザーからの入射光、レンズなどの光学素子は円形である。そこで、丸い強度分布を光検出器２２５上で矩形にすることによって、光利用効率を向上させることができる。
【００７５】
本実施例では、ホログラフィックメモリ装置の内容と強度分布変換原理は、実施例１と同様であるが、位相変調素子の位相分布が異なる。図１２は、所望の強度分布への変換の概略図である。本実施例では、図１２（Ａ）のような任意の強度分布を図１２（Ｂ）のような所望の強度分布９０７へ変換する。すなわち、変換すべき強度部分９０６を弱い部分に移動させ、所望の強度分布９０７の強度の平均値と変換前の平均値は略一致している。これにより、高い光利用効率で強度分布を所望の分布に変換することができる。
【００７６】
本実施例について、図１３に示す動作フローを用いて説明する。
【００７７】
実施例１では、変換前の強度分布を測定する際、偏光方向変換素子２０４を用いて図７に示すように、直接信号光２０６を光検出器２２５に入射していた（４０１）。一方、本実施例では、一度、強度分布変換素子２２９がない状態でホログラムの記録・再生を行い（５０１、５０２）、再生された信号光を光検出器２２５で取得し、強度分布の均一性を評価する（５０３）。この動作を図１４に示す。図１４において、実線が記録、点線が再生の場合の信号の流れを示している。そして、所望の性能が達成されていない場合、Ｒｅｊｅｃｔとして強度分布変換を行う。
【００７８】
このとき、空間光変調器２１２の画像は、すべてＯＮピクセルの画像とするか、ＯＮピクセルとＯＦＦピクセルの両方を含むデータページパターンとする。データページパターンの場合は、ＯＦＦピクセル部分の光強度が分からないため、反転したデータページも用意しておき、反転前と反転後の２つのデータページについてそれぞれ記録再生を行って、再生画像のＯＮピクセル部分のみ着目して同様の評価を行う。また、このときの位相変調素子２０９の位相変調パターンは、最高周波数が空間フィルタ２１４を通過する程度のランダムな位相分布を用いる。上記で測定した強度分布には、前記の強度分布不均一要因による影響がすべて含まれていると考える。上記で取得した変換前のすべてＯＮピクセルの強度分布をIread（ｘ、ｙ）とする。
【００７９】
強度分布変換は、まず、偏光方向変換素子２３０を調整して、光検出器２２５により、直接信号光２０６の強度分布Ｉ_SLM（ｘ、ｙ）を取得する（５０４、５０５）。
【００８０】
続いて、ホログラムの記録・再生を行って取得した強度分布Iread（ｘ、ｙ）と変換前の空間光変調器２１２上の強度分布Ｉ_SLM（ｘ、ｙ）を用いて、変換後の目標強度分布Itarget（ｘ、ｙ）を、以下の式（８）を用いて計算する。
2016164816.tif 000010
【００８１】
ここで、<>は空間平均を表す。また、Ireadが非常に小さい値の部分は、Itargetが非常に大きい値となってしまうため、所定の閾値を設けてIreadが閾値以下の部分は変換しないこととしてもよい。
【００８２】
実施例１と同様の手順により図９に示す位相変調パターン７０８を用いて、強度分布変換素子２２９を作製し（５０６）、変換後にItarget（ｘ、ｙ）となるよう位相変調素子２０９を作製する。所望の強度分布とするため、位相変調素子２０９作製時の位相変調パターン７１０（δ（ｘ、ｙ））は、
2016164816.tif 000011
【００８３】
ただし、ΔI（ｘ、ｙ）＝Itarget（ｘ、ｙ）−I_SLM（ｘ、ｙ）となるようにする。ここで、ｃはδ（ｘ、ｙ）が０〜π／２の範囲を超えないように設定する定数またはΔI（ｘ、ｙ）の関数である。
【００８４】
実施例１と同様に、位相変調パターン７０９（δ（ｘ、ｙ）＋φref（ｘ、ｙ））を、位相変調器６０５に表示して、図１０に示す光学系により、光検出器６０９上の位相分布を取得する。そして、この位相分布の共役位相をもつ位相変調素子を作製する（５０７）。
【００８５】
次に、強度分布変換素子２２９と位相変調素子２０９をホログラフィックメモリ装置１０の光学系１１に搭載し、位置・角度の調整を行う（５０８、５０９）。光検出器２２５により、所望の強度分布Itargetが得られているかどうかを確認し、得られている場合Ａｃｃｅｐｔとして信号光の偏光方向を調整して（５１０）処理を終了（５１１）し、得られていない場合Ｒｅｊｅｃｔとして、位相変調素子の作製からやり直す。なお、位相変調素子作製ステップ５０７の詳細ステップは、図６と同じであるので、その説明は省略する。
【００８６】
信号光の強度分布不均一の要因は上記以外にも、例えば記録時の振動、参照光の収差や強度分布、情報記録媒体１の透過率の入射角依存性などに起因する記録ホログラムの品質劣化が考えられる。本実施例の方法によれば、これらの要因による強度分布不均一の影響も改善することができる。
【００８７】
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換する構成とする。
【００８８】
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は光ビームの強度分布を所望の強度分布へ変換する構成とする。
【００８９】
よって、本実施例によれば、信号光の強度分布を所望の分布に変換することができ、実施例１と同様にＳＮ改善と光利用効率向上が低コストかつ容易に可能となる。
【実施例３】
【００９０】
実施例１、２は、信号光のみに対して強度分布変換を行ったが、本実施例では、参照光に対しても強度分布変換を行うことで、更なるＳＮ改善を行っている。
【００９１】
参照光の強度分布が不均一な場合、記録されるホログラムが不完全となり、Ｂｒａｇｇ選択性の劣化にともなうページ間クロストークの増加や、信号光と参照光のオーバーラップ不足による信号品質の劣化が発生する。参照光の強度分布を略均一にすることにより、上記の信号性能劣化要因を解消し、ＳＮ向上が見込める。
【００９２】
実施例１、２と同様の方法を用いて参照光の強度分布変換を行うと、参照光の位相分布が不均一となる。この場合、回折による強度分布変化を回避するため光情報記録媒体１までリレーレンズにより結像する構成にする必要があり光学素子数が増加し、さらに、再生時の参照光の波長と角度を調整して媒体収縮の影響を補正することが困難となる課題がある。
【００９３】
そこで、本実施例では、参照光の強度分布を変換した後、位相補正素子を配置して、位相分布を均一化する。これにより、参照光を平行光としたまま強度分布の変換を行うことができる。
【００９４】
図１５は、信号光２０６だけでなく参照光２０７の強度分布も変換する構成を示したものである。基本的な光学構成は実施例１と同様であるが、参照光路に強度分布変換素子２３５と位相変調素子２３１およびリレーレンズ２３３、位相補正素子２３２から成る強度分布変換部２３４を追加している。強度分布変換素子２３５と位相変調素子２３１は、実施例１，２と同様の手順で作製する。変換前の強度分布は位相変調素子２３１の位置に光検出器を配置して測定を行えばよい。また、位相補正素子２３２は、出射光の位相分布測定を位相補正素子２３２の位置で行い、測定された位相分布が略均一となるように作製すればよい。このとき、ガルバノミラー２２４の角度を調節して参照光２０７を所望の角度に反射し、この光の位相分布を測定・フィードバックすることで、位相補正素子２３２の位相分布および位置・角度の微調整を行うことができ、参照光２０７の位相分布を均一にすることができる。
【００９５】
図１６は、図１５の強度分布変換部２３４を偏光ビームスプリッタ２０５の前に配置することで、信号光と参照光の強度分布を同時に変換する構成を示したものである。これにより、強度分布変換部を共通化することができる。
【００９６】
以上のように、本実施例は、コヒーレントな光ビームを用いた光学系であって、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームの強度分布を変換する強度分布変換部と、強度分布変換部から出射された光ビームを所望の物体に照射する照射部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、さらに、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部とを有し、強度分布変換部は参照光の強度分布を変換する強度分布変換部であって、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置に用いること構成とする。
【００９７】
また、ホログラムを利用したホログラフィックメモリ装置であって、光を出射する光源と、光源から出射した光を信号光と参照光に分離する光学素子と、信号光に情報を付加するための空間光変調部と、光源部から出射した光の強度分布を変換する強度分布変換部とを備え、強度分布変換部は、光ビームの位相変調および集光を行う位相変調部と位相変調部内に配置された回折素子を有し、強度分布変換部は参照光の強度分布を変換する強度分布変換部である構成とする。
【００９８】
よって、本実施例によれば、参照光に対しても強度分布変換を行うことで、更なるＳＮ改善を図ることが可能となる。
【実施例４】
【００９９】
実施例１〜３の強度分布変換方法では、変換後の強度分布に位相パターンが付加されるため、平行光のまま強度分布のみを変換することができない。そこで、本実施例では、図１１の位相変調パターン７０７（φref（ｘ、ｙ））を均一な位相分布とすることで、出射光の位相分布を均一化している。しかしここで、位相変調パターン７０７（φref（ｘ、ｙ））が均一な位相分布となった場合、強度分布変換素子を作製する際の位相パターン７０６（φref（ｘ、ｙ）−δ（ｘ、ｙ））が、０〜π／２までの位相分布となり、集光点の強度差が実施例１、２の場合より大きくなる。よって、強度分布変換素子２２９の作製を行う際、ホログラム記録媒体のもつＭ＃が有限であるために、ホログラムの記録が効率的に行えない可能性がある。そこで、本実施例では、この課題を解決するために、デフォーカス記録を行っている。すなわち、図１７に示すように、ホログラム記録媒体を集光点位置からシフトして記録を行う。これにより、集光点付近の強度差の大きい部分を避けて記録でき、効率的なホログラム記録が可能となる。
光学系の経時変化や部品の消耗に伴い、光学系１１の部品を交換する場合、強度分布も変化する可能性がある。実施例１〜４では、光学系組み立て時に強度分布変換を行ったものであるが、部品交換時に強度分布を変換してもよい。
【０１００】
また、実施例１〜４はホログラフィックメモリ装置のみならず、コヒーレントな光ビームを用いた光学系において強度分布の均一化を行うことができ、例えばレーザー加工機における強度分布を均一化することで、加工精度や加工効率を向上させることもできる。
【０１０１】
実施例１〜４のホログラフィックメモリ装置では、光源の波長が変動しても、変動波長範囲±５ｎｍ程度の実用的な範囲であれば、強度分布変換素子２２９の性能が劣化することはない。また、実施例１〜４のホログラフィックメモリ装置で位相変調素子２０９と強度分布変換素子２２９の取り付け精度は、数〜数十μｍ程度であり、十分調整可能である。さらに、実施例１〜４のホログラフィックメモリ装置では、位相変調素子２０９、リレーレンズ２１０および強度分布変換素子２２９を個別の素子で構成しているが、回折素子などにして複数の機能を持たせた素子に置き換えることもできる。また、実施例１〜４のホログラフィックメモリ装置では、略平行光の強度分布を変換したが、例えばレーザーから出た発散光などの光を変換することも同様の考え方で実現できる。
【０１０２】
実施例１〜４のホログラフィックメモリ装置では、強度分布変換素子２２９は体積型ホログラフィック光学素子としたが、計算機合成ホログラム（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ：ＣＧＨ）技術を用いて作製した数枚の薄い位相型ホログラムに置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…光情報記録媒体、１０…ホログラフィックメモリ装置、 １１…光学系、１２…再生用光学系、 １３…ディスクキュア光学系、１４…ディスク回転角度検出用光学系、５０…回転モータ、８１…アクセス制御回路、８２…光源駆動回路、 ８３…サーボ信号生成回路、８４…サーボ制御回路、 ８５…信号処理回路、 ８６…信号生成回路、８７…シャッタ制御回路、８８…ディスク回転モータ／アクセス制御回路、８９…コントローラ、９０…入出力制御回路、９１…外部制御装置、°１０３…フーリエレンズ、１０４…フーリエレンズ、２０１…光源、２０２…コリメートレンズ、２０３…シャッタ、２０４…偏光方向変換素子、２０５…偏光ビームスプリッタ、 ２０６…信号光、２０７…参照光、２０８…ビームエキスパンダ、２０９…位相変調素子、２１０…リレーレンズ、２１１…偏光ビームスプリッタ、２１２…空間光変調器、２１３…リレーレンズ、 ２１４…空間フィルタ、２１５…対物レンズ、２１６…偏光方向変換素子、２１７…ミラー、２１８…ミラー、２１９…ガルバノミラー、２２０…アクチュエータ、２２１…レンズ、２２２…レンズ、２２３…アクチュエータ、２２４…ガルバノミラー、２２５…光検出器、２２６…アイリス、２２７…スキャナーレンズ、２２８…回折された信号光、２２９…強度分布変換素子、２３０…偏光方向変換素子、２３１…位相変調素子、２３２…位相補正素子、２３３…リレーレンズ、２３４…強度分布変換部、２３５…強度分布変換素子、６００…強度分布変換素子作製光学系、６０１…光源、６０２…コリメートレンズ、６０３…リレーレンズ、６０４…空間フィルタ、６０５…位相変調器、６０６…偏光ビームスプリッタ、６０７…フーリエレンズ、６０８…フーリエレンズ、６０９…光検出器、６１０…シャッタ、６１１…偏光方向変換素子、６１２…４分の１波長板、６１４…アクチュエータ、６１５…ミラー、６１６…ミラー、６１７…位相検出光、６１８…位相検出光学系、６１９…ハーフミラー、６２０…出射光、７０１…強度分布、７０２…位相変換、７０３…位相分布、７０４…位相変換、７０５…参照位相分布、７０６…位相変調パターン、７０７…位相変調パターン、７０８…位相変調パターン、７０９…位相変調パターン、７１０…位相分布、９０１…利用しない強度部分、９０２…変換すべき強度部分、９０４…変換後強度分布、９０５…変換後強度分布、９０６…変換すべき強度部分、９０７…変換後強度分布
【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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