(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
を備え、前記参照光生成手段は、参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去するフィルタ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２】
請求項１記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記信号光の画素ピッチの２倍以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項３】
請求項１記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記信号光の画素ピッチ以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記参照光を位相変調することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項５】
請求項４記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記参照光を位相差がπである二値で周期的に位相変調することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記参照光生成手段は、前記参照光をチェッカーパターンにより変調することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記光記録媒体は、前記照射光学系に含まれるフーリエ変換レンズのフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置に配置されることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項８】
コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源からの光を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段からの一方の光をデジタルデータに応じて変調し信号光を生成する信号光生成手段と、
前記分岐手段からの他方の光を、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調し参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換する信号光フーリエ変換光学系と、
前記参照光をフーリエ変換する参照光フーリエ変換光学系と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項９】
デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する読み出し光生成手段と、
前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する読み出し光照射光学系と、
前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する信号光抽出手段と、
を備えることを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１０】
請求項９記載のホログラム再生装置において、前記信号光抽出手段は、参照光の空間周波数より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１１】
請求項９記載のホログラム再生装置において、前記信号光抽出手段は、参照光の空間周波数の２倍より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１２】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成し、該参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去する工程と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射するする工程と、
を備えることを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項１３】
デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する工程と、
前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する工程と、
前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換する工程と、
前記フーリエ変換する工程におけるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する工程と、
を備えることを特徴とするホログラム再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録再生方法は、二値のデジタルデータ「０，１」を例えば「明，暗」としてデジタル画像化した信号光をホログラムとして記録再生することによりデジタルデータの記録再生を行うものである。フーリエ変換ホログラムの場合、信号光はレンズによりフーリエ変換され、フーリエ変換像が光記録媒体に照射される。また、信号光と干渉して干渉縞を生成する参照光も同時に光記録媒体に照射される。
【０００３】
信号光と参照光とを空間的に重ねて記録すると、信号光と参照光が広い範囲で干渉する。ただしこの場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、下記特許文献１には、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、入射光の偏光方向を記録できるような特殊な光記録媒体を使用せず、信号光と参照光とを空間的に重ねてホログラムを記録することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載のホログラム記録装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備え、前記参照光生成手段は、参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去するフィルタ手段を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記信号光の画素ピッチの２倍以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記信号光の画素ピッチ以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光を位相変調することを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光を位相差がπである二値で周期的に位相変調することを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光をチェッカーパターンにより変調することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項記載の発明において、前記光記録媒体が、前記照射光学系に含まれるフーリエ変換レンズのフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置に配置されることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載のホログラム記録装置の発明は、コヒーレント光を出射する光源と、前記光源からの光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段からの一方の光をデジタルデータに応じて変調し信号光を生成する信号光生成手段と、前記分岐手段からの他方の光を、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調し参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換する信号光フーリエ変換光学系と、前記参照光をフーリエ変換する参照光フーリエ変換光学系と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項９記載のホログラム再生装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する読み出し光生成手段と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する読み出し光照射光学系と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する信号光抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記信号光抽出手段が、参照光の空間周波数より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記信号光抽出手段が、参照光の空間周波数の２倍より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１２記載のホログラム記録方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成し、該参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去する工程と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射するする工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１３記載のホログラム再生方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する工程と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する工程と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換する工程と、前記フーリエ変換する工程におけるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録でき、再生時に信号光と参照光とを容易に分離できる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、信号光のナイキスト周波数の範囲の空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報の欠落を防止できる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、信号光の全ての空間周波数成分を再生に使用できるので、本構成を有していない場合に比べて、デジタル情報をより正確に再現できる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、参照光を強度変調する場合に比べて光の利用効率を高くすることができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、位相変調された参照光は、フーリエ変換面において理想的には０次光の輝点が存在せず０次光を除去する必要がないので、本構成を有していない場合に比べて、光の利用効率を高くすることができる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、フーリエ変換面での信号光と参照光との重なりを低減でき、再生時における信号光と参照光との分離を容易に行うことができる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体に記録されるホログラムの厚さを厚くすることができ、再生時のＳ／Ｎ比を向上することができる。
【００２７】
請求項８の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録できる。
【００２８】
請求項９の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができる。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、信号光の再生に必要な全ての空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報をより正確に再現できるホログラム再生装置を提供できる。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、信号光のナイキスト周波数の範囲の空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報の欠落を防止して再生できるホログラム再生装置を提供できる。
【００３１】
請求項１２の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録できるホログラム記録方法を提供できる。
【００３２】
請求項１３の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができるホログラム再生方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００３４】
図１には、本発明にかかるホログラム記録方法の一実施形態の概念図が示される。図１において、デジタルデータに応じて変調された信号光Ｓと、信号光の画素ピッチ（詳細は後述する）とは異なる画素ピッチで変調された参照光Ｒとが、合波手段１に入射して合波される。合波手段１としては、例えばビームスプリッタ等を使用することができる。図１の例では、信号光Ｓを透過し、参照光Ｒを信号光Ｓの透過方向に反射するビームスプリッタにより合波手段１が構成されている。ここで合波とは、信号光Ｓと参照光Ｒとが、互いに光軸を一致させた状態で、空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。
【００３５】
合波手段１により信号光Ｓと参照光Ｒとを合波した光は、フーリエ変換レンズ２によりフーリエ変換されて光記録媒体３に照射される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体３に記録することができる。
【００３６】
図１の例では、上記フーリエ変換レンズ２は、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波後、両者をまとめて同一のフーリエ変換レンズ２でフーリエ変換する構成となっている。ただし、これに限定されず、両者を別のレンズでそれぞれフーリエ変換してから合波手段１で合波してもよい。なお、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波した後にのみ、同一のフーリエ変換レンズ２でフーリエ変換して記録する場合には、後述するように、参照光Ｒを位相変調し、参照光Ｒに０次光（直流成分）を含まないようにする。これにより、再生時に信号光Ｓと参照光Ｒとを容易に分離することができる。それ以外の場合には、あらかじめ参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去しておく必要がある。
【００３７】
図２には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例が示される。図２において、信号光Ｓをホログラムとして記録する際には、光源１０からの直線偏光のコヒーレント光をλ／２板１２を介して偏光ビームスプリッタ１４に入射し、信号光Ｓ用の光と参照光Ｒ用の光に分離する。ここで、λ／２板１２は、光源１０からの直線偏光の偏光方向を、所定の偏光方向に回転させる。この所定の偏光方向により、偏光ビームスプリッタ１４を通過する信号光Ｓ用の光と、偏光ビームスプリッタ１４で反射する参照光Ｒ用の光の割合を調整する。なお、光源１０から出射される光が直線偏光でない場合は、λ／２板１２の替わりに偏光子を配し、光源１０からのコヒーレント光を所定の偏光方向の直線偏光に変換すればよい。
【００３８】
信号光Ｓ用の光は、適宜なミラー１６により必要に応じて光路の方向を変更し、レンズ１８，２０によって口径の広い平行光にし、偏光ビームスプリッタ２２を通過させて空間光変調器２４に入射させる。なお、λ／２板１２、偏光ビームスプリッタ２２及び空間光変調器２４等の配置によってはミラー１６はなくてもよい。また、信号光Ｓ用の光の光路には、信号光Ｓの直流成分を抑制するランダム位相マスク２６等を配置してもよい。この場合には、ランダム位相マスク２６と空間光変調器２４との間にリレーレンズ２８，３０を配置してもよい。
【００３９】
上記空間光変調器２４は、例えば液晶パネルにより構成され、例えばコンピュータ等により２値のデジタルデータ「０，１」を「明，暗」としたデジタル画像（２値画像）を表示する。これによって、空間光変調器２４を反射した光は、２値画像の各画素の値に応じて強度変調されて信号光Ｓとなる。図２の例では、空間光変調器２４で信号光Ｓが反射する際に、偏光方向が９０度回転し、参照光Ｒの偏光方向と一致する。これにより、信号光Ｓは偏光ビームスプリッタ２２で反射し、集光レンズ３２でビームスプリッタ３４の位置に集光される。
【００４０】
なお、図２の例では、空間光変調器２４が光を反射する反射型として記載されているが、光を透過する透過型としてもよい。この場合には、信号光Ｓの偏光方向を９０度回転させる必要がある。具体的な手段としては、光路上にλ／２板を配置する等が考えられる。
【００４１】
図３には、上記空間光変調器２４に表示される２値画像の一部分の例が示される。上述したように、２値画像は、２値のデジタルデータ「０，１」が「明，暗」として表示されている。図３において、白及び黒の矩形のパターンが上記「明，暗」として表示された２値画像であり、各白及び黒の矩形領域は、例えばｄ×ｄ＝２×２画素により構成されている。本実施形態においては、この矩形領域を画素単位と呼び、その１辺の長さｄを「画素ピッチ」と記載する。
【００４２】
次に、参照光Ｒ用の光は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されて光路が変更され、レンズ３６，３８によって平行光にされ、参照光Ｒを変調する変調板４０に入射する。この変調板４０には、例えば白黒のパターンが形成され、白の部分のみ光を透過させる強度変調タイプと、上記白黒の変わりに表面に凹凸のパターンが形成され、凹部と凸部とで透過する光の位相を異ならせる位相変調タイプとがある。
【００４３】
図４には、上記変調板４０の構成例が示される。図４は、強度変調タイプの変調板４０の例である。図４において、変調板４０には、白及び黒の矩形領域が図のｘ方向及びｙ方向に交互に並んだチェッカーパターンが形成されている。本例では、黒のパターンの部分で光を遮り、白のパターンの部分で光を透過する。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。
【００４４】
図５（ａ），（ｂ）には、変調板４０の他の構成例が示される。図５（ａ），（ｂ）は、位相変調タイプの変調板４０の例である。図５（ａ）において、変調板４０は、ガラス等の光透過性材料で構成され、凹凸の矩形パターンが図のｘ方向及びｙ方向にランダムに並べられたランダムパターン、あるいは交互に周期的に形成されて、チェッカーパターンとなっている。このうち、位相差をπとする２種類のパターンを周期的に配置したチェッカーパターンが好ましい。これは、そのようなパターンで変調された光をフーリエ変換したときに理想的には０次成分がほぼなくなるため、後述するハイパスフィルタ４４で除去される光の量を低減することができ、光の利用効率が高くなるからである。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。
【００４５】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ断面図であり、長さＤ毎に凸面αと凹面βとが交互に形成されている。なお、図５（ｂ）の断面図は、図５（ａ）のｘ方向の断面であるが、ｙ方向の断面図も図５（ｂ）と同様になる。光が本例の変調板４０を透過すると、凸面を透過した光と凹面を透過した光との間で位相が異なって出射される。凸面と凹面との厚さを適宜調整すれば、例えば光の位相を０とπの二値で周期的に変調することができる。
【００４６】
変調板４０を透過した参照光Ｒは、レンズ４２で集光され、ハイパスフィルタ４４で直流成分を除去された後、レンズ４６で平行光にされ、レンズ４８でビームスプリッタ３４の位置に集光される。ここで、上記ハイパスフィルタ４４は、レンズ４２の集光スポットにおいて、集光点の中心部及びその近傍の０次光（直流成分）を除去するフィルタである。なお、変調板４０として、位相差がπである二値を周期的に配置したチェッカーパターンで位相変調するタイプを使用した場合には、後述するようにハイパスフィルタ４４は用いなくても良い。
【００４７】
ビームスプリッタ３４では、レンズ３２で集光された信号光Ｓとレンズ４８で集光された参照光Ｒとが合波される。ここで合波とは、図１で説明したように、信号光Ｓと参照光Ｒとが、互いに光軸を一致させた状態で、空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。
【００４８】
これまで、ホログラム記録を行う場合には、信号光と参照光が空間的に分離した位置にあるため、実質的には信号光と参照光とが干渉するわずかな領域（実際上はレンズのフーリエ変換面付近のみであることが多い）でホログラムを形成していた。従って、光記録媒体を厚膜化しても膜厚方向に有効にホログラムを記録することができず、再生時のＳ／Ｎ比を高くすることができない。その結果、大容量化が困難であった。
【００４９】
また、一般的に同軸型ホログラムと呼んでいる記録法式においても、信号光と参照光の光軸を共通にしているのみであり、やはり信号光と参照光は空間的に分離されている。したがって、本発明で言う「合波」には該当しない。
【００５０】
もし信号光と参照光とを空間的に重ねて記録したとすると、信号光と参照光が広い範囲で干渉するため、再生時のＳ／Ｎ比を高くしたり、光記録媒体の膜厚方向に有効にホログラムを記録したりすることができる。ただしこの場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、前述の特開２０００−２９８８３７号公報では、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離している。
【００５１】
しかし、本発明では、信号光と参照光とを空間的に重ねて記録した上で、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、再生時に信号光と参照光とを分離することが可能になる。その理由は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて後述する。
【００５２】
図２に戻り、ビームスプリッタ３４で信号光Ｓと参照光Ｒとが合波された光は、レンズ５０で平行光にされ、フーリエ変換レンズ５２で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５４に照射される。この場合、光記録媒体５４は、フーリエ変換レンズ５２のフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置に配置される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体５４に記録することができる。なお、レンズ５０とフーリエ変換レンズ５２との間にλ／４板５６を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
【００５３】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）には、合波された信号光Ｓと参照光Ｒとの挙動の説明図が示される。図６（ａ）において、ビームスプリッタ３４で合波された信号光Ｓと参照光Ｒは、上述したようにレンズ５０で平行光にされ、フーリエ変換レンズ５２で集光される。ビームスプリッタ３４からフーリエ変換レンズ５２のフーリエ変換面の手前までの領域では、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により干渉縞が生じている。一方、上記フーリエ変換面では、フーリエ変換の結果、信号光Ｓと参照光Ｒとが分離される。
【００５４】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線で囲まれたフーリエ変換面における信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置の説明図である。フーリエ変換面上での信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置が異なっている。
【００５５】
一般に、画素ピッチｄの光をフーリエ変換する場合、フーリエ変換レンズ５２の焦点距離をｆ、光の波長をλとすると、光のフーリエスペクトルがフーリエ変換レンズ５２の焦点を中心に上下左右にλｆ／ｄの広がりを持つようになる。従って、光のフーリエスペクトルは、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の範囲内に集光される。この様子が、図６（ｃ）に示される。図６（ｃ）において、フーリエ変換レンズ５２の焦点を中心として１辺が２λｆ／ｄの矩形領域が破線で示されており、この矩形領域が、画素ピッチｄの光が集光される領域である。
【００５６】
また、参照光Ｒについては、大きさがＤ×Ｄのチェッカーパターンが形成された変調板４０で変調されており、フーリエ変換レンズ５２でフーリエ変換すると、フーリエ変換面上で周期的な輝点に変換される。ここで、Ｄ＝ｄとすると、この輝点は１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。この輝点が、図６（ｃ）において白点として表される。また、Ｄ＝２ｄとした場合には、上記輝点は１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。
【００５７】
なお、参照光Ｒに０次光が含まれている場合には、フーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ５２の焦点位置（図６（ｃ）において破線で示された矩形領域の中心）に０次光が変換された輝点が存在する。しかし、本実施形態においては、参照光Ｒを変調する変調板４０として強度変調タイプやランダムパターンで位相変調するタイプを使用した場合、ハイパスフィルタ４４で直流成分（０次光）を除去するので、参照光Ｒには０次光が含まれない。また、変調板４０として位相差がπである二値を周期的に配置したチェッカーパターンで位相変調するタイプを使用した場合には、フーリエ変換面上で０次光が打ち消しあうので、ハイパスフィルタ４４を使用しなくても参照光Ｒには０次光が含まれない。従って、いずれの場合においてもフーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ５２の焦点位置に、参照光Ｒの０次光が変換された輝点が存在しないことになる。
【００５８】
以上に述べたように、Ｄ＝ｄの場合には、信号光Ｓと参照光Ｒとは、フーリエ変換面上で重ならず、Ｄ＝２ｄの場合にも、フーリエ変換面上での重なりは十分とは言えない。このため、光記録媒体５４にホログラムを記録するためには、光記録媒体５４をフーリエ変換面より光路上で手前（フーリエ変換レンズ５２側）のフレネル領域を含めるように配置する必要がある。フレネル領域では信号光Ｓと参照光Ｒとが重なって、干渉縞が発生しているからである。なお、光記録媒体５４は、フーリエ変換面より光路上で後ろ（フーリエ変換レンズ５２と反対側）の位置に配置してもよい。
【００５９】
次に、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、参照光Ｒのみを光記録媒体５４に照射する。図２の場合、λ／２板１２を調整することで、理想的には光源１０からのすべての光が偏光ビームスプリッタ１４で反射される光となるように調整できる。この参照光Ｒにも、上記同様に０次光が含まれない。本実施形態では、この参照光Ｒが、光記録媒体５４にホログラムとして記録された情報を読み出すための読み出し光として使用される。
【００６０】
上記参照光Ｒの照射により光記録媒体５４のホログラムから発生する回折光（信号光Ｓ）及び参照光Ｒを逆フーリエ変換レンズ５８で平行光とし、レンズ６０により集光する。レンズ６０の焦点位置（フーリエ変換面）には、ローパスフィルタ６２が設けられている。このローパスフィルタ６２は、レンズ６０の焦点及びその近傍に集光される光、すなわち低い空間周波数で変調された光を通過させるフィルタである。
【００６１】
上述したように、参照光Ｒを変調する変調板４０が、大きさＤ×Ｄの矩形領域が形成されたチェッカーパターンである場合に、Ｄ＝ｄとすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は、図６（ｃ）に示されるように、１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置する。また、変調された参照光Ｒの空間周波数は、信号光Ｓの空間周波数と同じとなる。なお、Ｄがｄより小さくなると（参照光Ｒの空間周波数が信号光Ｓの空間周波数より高くなると）、輝点は２λｆ／ｄの矩形の外側方向にさらに広がって行く。そこで、上記ローパスフィルタ６２が通過させる光の範囲を、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち参照光Ｒの空間周波数より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、参照光Ｒと分離しつつ、信号光Ｓの周波数成分をすべて抽出することができる。
【００６２】
また、Ｄ＝２ｄとすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は、１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置する。また、変調された参照光Ｒの空間周波数は、信号光Ｓの空間周波数の１／２倍となる（信号光Ｓの空間周波数は参照光Ｒの空間周波数の２倍となる）。なお、Ｄが２ｄより小さくなると（参照光Ｒの空間周波数が信号光Ｓの空間周波数の１／２倍より高くなると）、輝点はλｆ／ｄの矩形の外側方向にさらに広がって行く。そこで、上記ローパスフィルタ６２が通過させる光の範囲を、１辺がλｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち参照光Ｒの空間周波数の２倍より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、信号光Ｓの周波数成分の一部を抽出することができる。ここで、１辺がλｆ／ｄの矩形領域に集光される信号光Ｓの周波数成分は、信号光Ｓのナイキスト周波数となる。信号理論によれば、ナイキスト周波数の範囲の空間周波数が再生されれば、再生画像は劣化するものの情報は欠落しないので、デジタルデータの再生が可能となる。
【００６３】
以上より、参照光Ｒを変調板４０により信号光Ｓの空間周波数の１／２倍以上の空間周波数（信号光Ｓの画素ピッチの２倍以下の画素ピッチ）または信号光Ｓの空間周波数以上の空間周波数（信号光Ｓの画素ピッチ以下の画素ピッチ）に変調することにより、ホログラムからの回折した信号光Ｓを参照光Ｒと分離することができる。なお、この場合の信号光Ｓの周波数成分は、ホログラムとして記録される低次成分である。低次成分とは、信号光Ｓのフーリエ変換成分のうち、少なくとも信号光Ｓのナイキスト領域（ナイキスト周波数の光が集光される領域）を含む成分であり、好ましくはナイキスト領域の２倍（面積は４倍）を含む領域の成分のことを意味する。また、参照光Ｒの周波数成分は、上記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分（高空間周波数成分）が使用される。
【００６４】
上述したようにして参照光Ｒと分離された信号光Ｓは、レンズ６４により平行光とされ、光検出器６６により受光され、ホログラムに含まれていた情報が取得される。
【００６５】
図７には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例が示され、図２と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図７において特徴的な点は、ビームスプリッタ３４にレンズを使用しないで、すなわち集光しないで信号光Ｓと参照光Ｒとを導入して合波する点にある。また、参照光Ｒの光路には、参照光Ｒから信号光Ｓの空間周波数と重なる空間周波数成分を除去するハイパスフィルタ４４が配置されている。このハイパスフィルタ４４は、レンズ４２により集光された参照光Ｒから、レンズ４２の集光スポットにおいて、集光点の中心部及びその近傍の０次光（直流成分）を除去するフィルタである。
【００６６】
ハイパスフィルタ４４を通過した参照光Ｒは、レンズ４６で平行光にされてビームスプリッタ３４に導入される。上述したように、ビームスプリッタ３４では、信号光Ｓを通過させ、参照光Ｒを信号光Ｓの光路方向に反射することにより、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波する。
【００６７】
ビームスプリッタ３４で合波された光は、フーリエ変換レンズ５２で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５４に照射される。なお、ビームスプリッタ３４とフーリエ変換レンズ５２との間にλ／４板５６を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
【００６８】
また、図７において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図２の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体５４に照射する。
【００６９】
以上、本発明の実施形態をいくつか紹介したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明にかかるホログラム記録方法の一実施形態の概念図である。
【図２】本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例を示す図である。
【図３】空間光変調器に表示される２値画像の一部分の例を示す図である。
【図４】変調板の構成例を示す図である。
【図５】変調板の他の構成例を示す図である。
【図６】合波された信号光と参照光との挙動の説明図である。
【図７】本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  光源、１２  λ／２板、１４  偏光ビームスプリッタ、１６  ミラー、１８，２０，３６，３８，４２，４６，４８，５０，６０，６４  レンズ、２２  偏光ビームスプリッタ、２４  空間光変調器、２６  ランダム位相マスク、２８，３０  リレーレンズ、３２  集光レンズ、３４  ビームスプリッタ、４０  変調板、４４  ハイパスフィルタ、５２  フーリエ変換レンズ、５４  光記録媒体、５６  λ／４板、５８  逆フーリエ変換レンズ、６２  ローパスフィルタ、６６  光検出器。
【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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