(57)【要約】【課題】透過型の同軸記録方式で参照光により信号光を再生する再生時に、光記録媒体で回折されずに透過した不要な参照光を、実空間で遮断する従来の装置と比べて簡単な装置構成で、光検出器に入射する前に遮断することができ、高いＳＮＲで信号光を再生できる光再生装置を提供する。【解決手段】レンズ４６の結像面に配置された選択回折素子４８の表面には、再生信号光と透過参照光とが結像する。選択回折素子４８を通過した信号光は、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の信号光成分は、遮光板５２のナイキスト領域に集光されてアパーチャ５２Ａを通過する。一方、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで回折された透過参照光も、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の透過参照光成分は、遮光板５２のナイキスト領域の外側に集光されて、遮光板５２により遮断される。【選択図】図１
2009211762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を射出する光源と、２次元状に配列された複数の画素部で構成され且つ光源から入射した光を表示パターンに応じて画素毎に変調して出力する空間光変調器と、空間光変調器で変調された光を光記録媒体に導く導光手段と、を含み、透過型の光記録媒体に対し信号光と参照光とを同軸で照射して記録されたホログラムに、空間光変調器で生成された参照光を読出し光として照射して、光記録媒体から信号光を再生する再生手段と、
前記再生手段の光出射側に配置され、前記再生手段で再生された信号光と光記録媒体を透過した透過参照光とを結像させる結像手段と、
前記結像手段の光出射側に配置され、前記結像手段で結像された信号光の光路の周囲に回折格子が設けられて、実空間において信号光を通過させると共に前記回折格子で透過参照光を回折して透過する選択回折素子と、
前記選択回折素子の光出射側に配置され、前記選択回折素子を透過した信号光と前記選択回折素子で回折された透過参照光とをフーリエ変換する第１レンズと、
前記第１レンズの光出射側に配置され、周波数空間における信号光成分の光路の周囲に遮蔽部が設けられて、該遮蔽部により高周波成分を遮断して、前記第１レンズによりフーリエ変換された光から透過参照光成分を除去するフィルタと、
前記フィルタの光出射側に配置され、前記フィルタを通過した信号光成分を逆フーリエ変換する第２レンズと、
前記第２レンズの光出射側に配置され、前記第２レンズで信号光成分を逆フーリエ変換して得られた信号光を検出する光検出器と、
を備えることを特徴とする光再生装置。
【請求項２】
前記選択回折素子の前記回折格子は、周波数空間における高周波成分の光路が、周波数空間における信号光成分の光路から離れるように、前記回折格子で透過参照光を回折して透過することを特徴とする請求項１に記載の光再生装置。
【請求項３】
前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／２以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光再生装置。
【請求項４】
前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／４以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光再生装置。
【請求項５】
前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／８以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光再生装置。
【請求項６】
前記フィルタは、光軸と交差する点を中心点とし且つナイキスト半径の整数倍の半径を有する開口が設けられた遮蔽板であり、前記周波数空間における信号光成分は前記開口を通過することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、ホログラフィックメモリの記録再生方式として、従来の二光束干渉方式と比較して光学系を大幅に簡素化でき、振動などの外乱に強い、サーボ機構の導入が容易等の利点を有する同軸記録方式（コリニア方式）が提案されている。このコリニア方式では、空間光変調器により変調されて生成された信号光と参照光とを、共通の光軸として同一のレンズにより集光し、信号光と参照光との干渉により形成される干渉縞（回折格子）を、光記録媒体にホログラムとして記録する。デジタルデータを二次元符号化した信号光パターンを空間光変調器に表示することで、信号光にはデジタルデータが重畳される。
【０００３】
ホログラムが記録された光記録媒体に、参照光を読出し光として照射することで、記録されたホログラムから信号光が再生される。この再生信号光を光検出器で検出して、重畳されたデジタルデータを復号することができる。コリニア方式では、再生時に参照光を読出し光として照射すると、照射された参照光の一部が再生された信号光と共に光記録媒体から射出される。この参照光が光検出器に入射するとノイズとなる。このため、従来は、再生された信号光と参照光をレンズにより結像し、実像空間に信号光だけ通過させるアパーチャを設けた遮蔽板を配置して、参照光を遮断していた。しかしながら、アパーチャを設けた遮蔽板では、不要な参照光を完全に遮断することはできない。
【０００４】
特許文献１に記載の同軸反射型のホログラム記録再生装置では、再生された信号光と参照光とをレンズにより結像し、実空間に偏光選択吸収素子を配置している。偏光選択吸収素子は、開口を有する偏光板である。この偏光選択吸収素子により、再生された信号光を通過させ、不要な参照光を吸収して遮断している。
【０００５】
また、特許文献２に記載の同軸反射型のホログラム記録再生装置では、再生された信号光と参照光とをレンズにより結像し、実空間に偏光回折型開口制限素子を配置している。この偏光回折型開口制限素子は、３枚の透光性基板、隣接する透光性基板間に挿入された２層の複屈折層、及び１／４波長板が積層されて構成されている。一方の複屈折層には偏光性回折格子が形成され、他方の複屈折層には別の偏光性回折格子が形成されている。この複雑な構造の偏光回折型開口制限素子により、再生された信号光を透過させ、不要な参照光を回折させて遮断している。
【０００６】
また、特許文献３に記載の同軸反射型のホログラム記録再生装置では、再生された信号光と参照光とをレンズにより結像し、実空間に偏光依存性回折素子を配置している。偏光依存性回折素子は、特定の偏光成分に対してだけ回折現象を生じる回折格子部が、参照光領域に形成された透明板である。この偏光依存性回折素子により、再生された信号光を透過させ、不要な参照光を回折させて遮断している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１２１２号公報
【特許文献２】特開２００７−７９４３４号公報
【特許文献３】特開２００７−１０１６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、透過型の同軸記録方式で参照光（読出し参照光）により信号光を再生する再生時に、光記録媒体で回折されずに透過した不要な参照光を、実空間で遮断する従来の装置と比べて簡単な装置構成で、光検出器に入射する前に遮断することができ、高いＳＮＲで信号光を再生できる、光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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の光再生装置は、コヒーレント光を射出する光源と、２次元状に配列された複数の画素部で構成され且つ光源から入射した光を表示パターンに応じて画素毎に変調して出力する空間光変調器と、空間光変調器で変調された光を光記録媒体に導く導光手段と、を含み、透過型の光記録媒体に対し信号光と参照光とを同軸で照射して記録されたホログラムに、空間光変調器で生成された参照光を読出し光として照射して、光記録媒体から信号光を再生する再生手段と、前記再生手段の光出射側に配置され、前記再生手段で再生された信号光と光記録媒体を透過した透過参照光とを結像させる結像手段と、前記結像手段の光出射側に配置され、前記結像手段で結像された信号光の光路の周囲に回折格子が設けられて、実空間において信号光を通過させると共に前記回折格子で透過参照光を回折して透過する選択回折素子と、前記選択回折素子の光出射側に配置され、前記選択回折素子を透過した信号光と前記選択回折素子で回折された透過参照光とをフーリエ変換する第１レンズと、前記第１レンズの光出射側に配置され、周波数空間における信号光成分の光路の周囲に遮蔽部が設けられて、該遮蔽部により高周波成分を遮断して、前記第１レンズによりフーリエ変換された光から透過参照光成分を除去するフィルタと、前記フィルタの光出射側に配置され、前記フィルタを通過した信号光成分を逆フーリエ変換する第２レンズと、前記第２レンズの光出射側に配置され、前記第２レンズで信号光成分を逆フーリエ変換して得られた信号光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光再生装置において、前記選択回折素子の前記回折格子は、周波数空間における高周波成分の光路が、周波数空間における信号光成分の光路から離れるように、前記回折格子で透過参照光を回折して透過することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の光再生装置において、前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／２以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２記載の光再生装置において、前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／４以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２記載の光再生装置において、前記選択回折素子の前記回折格子は、前記選択回折素子の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さの１／８以下の格子定数を有し、入射した光に位相差πを与えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の光再生装置において、前記フィルタは、光軸と交差する点を中心点とし且つナイキスト半径の整数倍の半径を有する開口が設けられた遮蔽板であり、前記周波数空間における信号光成分は前記開口を通過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、透過型の同軸記録方式で参照光（読出し参照光）により信号光を再生する再生時に、光記録媒体で回折されずに透過した不要な参照光を、実空間で遮断する従来の装置と比べて簡単な装置構成で、光検出器に入射する前に遮断することができ、高いＳＮＲで信号光を再生できる、という効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、不要な参照光を遮断する遮断性能が向上する、という効果がある。
【００１７】
請求項３、４、５記載の発明によれば、不要な参照光を遮断する遮断性能は、回折格子の格子定数が大きくなるほど向上し、不要な参照光をより確実に遮断することができる、という効果がある。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、周波数空間における信号光成分を遮断することなく選択的に通過させることができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２０】
（ホログラム記録再生装置）
図１は本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。このホログラム記録再生装置は、光軸を共通とする信号光と参照光とを、同じ方向から１光束の記録光として光記録媒体に照射する「同軸記録方式（コリニア方式）」のホログラム記録再生装置である。本実施の形態では、反射型の空間光変調器（ＳＬＭ：spatial light modulator）と透過型の光記録媒体とを用いる「同軸透過型」のホログラム記録再生装置について説明する。
【００２１】
ホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源１０が設けられている。光源１０としては、例えば、発振波長が４０５ｎｍの青色レーザ光を発振するレーザ光源が用いられる。光源１０の光出射側には、光路に対し挿入又は退避（開閉）が可能なシャッター１２、直交する直線偏光成分間に１／２波長の光路差を与える１／２波長板１４、所定の偏光方向の光を通過させる偏光板１６、拡大・コリメート光学系であるビームエキスパンダ１８、及び反射ミラー２０が、光源１０の側から光路に沿ってこの順に配置されている。シャッター１２は、パーソナルコンピュータ等の制御装置（図示せず）に接続された駆動装置（図示せず）により駆動されて開閉する。
【００２２】
反射ミラー２０の光反射側には、所定の偏光方向の光を反射し且つこれと直交する偏光方向の光を透過する偏光ビームスプリッタ２２が配置されている。反射ミラー２０側から見て、偏光ビームスプリッタ２２の光反射側には、画素毎に入射光を偏光変調する反射型の空間光変調器２４が配置されている。反射型の空間光変調器２４としては、ＤＭＤ（digital micro-mirror device）、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）等を用いることができる。空間光変調器２４は、パターン発生器（図示せず）を介して制御装置（図示せず）に接続されている。
【００２３】
パターン発生器は、制御装置から供給されたデジタルデータを二次元符号化して、空間光変調器２４に表示する信号光パターンを生成する。信号光パターンは、例えば、二値のデジタルデータ「０，１」が「暗（黒画素）、明（白画素）」で表現されたデジタルパターン等である。空間光変調器２４には、信号光パターンの外に、参照光パターンも表示される。参照光パターンは、例えば、ランダムパターン等である。空間光変調器２４は、表示された信号光パターンや参照光パターンに応じて入射したレーザ光を変調して、信号光や参照光を生成する。空間光変調器２４は、生成した信号光や参照光を、偏光ビームスプリッタ２２側に反射する。
【００２４】
図２は記録時に空間光変調器２４に表示する記録用パターンの一例を示す図である。図２に示すように、記録用パターン５８は、信号光を生成する信号光パターン６０と、参照光を生成するリング状の参照光パターン６２と、を含んで構成されている。信号光パターン６０は、空間光変調器２４の中央部分に表示される。参照光パターン６２は、この信号光パターン６０を取り囲むように、空間光変調器２４の周辺部分に表示される。信号光パターンを表示する領域が信号光領域であり、参照光パターンを表示する領域が参照光領域である。信号光領域の形状及び参照光領域の形状は、記録用パターンに応じて適宜変更することができる。
【００２５】
偏光ビームスプリッタ２２には、空間光変調器２４で生成された信号光や参照光が入射する。空間光変調器２４から見て、偏光ビームスプリッタ２２の光透過側には、一対のレンズ２６、２８、入射した光にランダム位相を付与する位相マスク３０、一対のレンズ３２、３６、及び入射した光をフーリエ変換して光記録媒体４０に集光するフーリエ変換レンズ３８が、偏光ビームスプリッタ２２側から、光路に沿ってこの順に配置されている。また、レンズ３２とレンズ３６との間には、ビームウエスト近傍に、開口部（アパーチャ）３４Ａを備えた遮光板３４が配置されている。なお、遮光板３４や位相マスク３０は必須ではなく、適宜省略することができる。
【００２６】
フーリエ変換レンズ３８の光出射側には、光記録媒体４０を保持する保持ステージ（図示せず）が設けられている。保持ステージは、制御装置（図示せず）に接続された駆動装置（図示せず）により駆動されて、光軸方向又は光軸と垂直な面方向に移動する。保持ステージは、例えば、光記録媒体４０の膜厚方向の中心位置がフーリエ変換レンズ３８の焦点位置となる基準位置で、光記録媒体４０を保持する。
【００２７】
光記録媒体４０は、光照射による屈折率変化によりホログラムを記録可能な光記録媒体である。このような光記録媒体４０としては、例えば、フォトポリマー材料、フォトリフラクティブ材料、銀塩感光材料等の記録材料を用いた光記録媒体が挙げられる。
【００２８】
光記録媒体４０の光透過側には、フーリエ変換レンズ４２、一対のレンズ４４、４６、透過参照光を選択的に回折する選択回折素子４８、一対のレンズ５０、５４、及びセンサアレイ５６が、光記録媒体４０側から、光路に沿ってこの順に配置されている。選択回折素子４８は、レンズ４６の結像面に配置されている。また、レンズ５０とレンズ５４との間には、開口部（アパーチャ）５２Ａを備えた遮光板５２が配置されている。
【００２９】
レンズ５０は、入射した光をフーリエ変換して遮光板５２に集光するフーリエ変換レンズである。遮光板５２は、レンズ５０の焦点面に配置されている。この遮光板５２が、透過参照光成分を除去するフィルタとして機能する。レンズ５４は、入射した光を逆フーリエ変換してセンサアレイ５６に結像するフーリエ変換レンズである。センサアレイ５６は、ＣＣＤやＣＭＯＳアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する。また、センサアレイ５６は、制御装置（図示せず）に接続されている。センサアレイ５６は、受光面に結像された再生像を撮像し、画像データを制御装置（図示せず）に出力する。
【００３０】
（選択回折素子とフィルタ）
次に、選択回折素子４８の構造について説明する。図３（Ａ）は再生時に空間光変調器２４に表示される参照光パターンの一例を示す図である。図３（Ｂ）〜（Ｄ）は選択回折素子４８の平面図である。図４は図３（Ｂ）に示す選択回折素子４８をＡ-Ａ線に沿って切断したときの部分断面図である。
【００３１】
図３（Ｂ）に示すように、選択回折素子４８は、平面視が矩形状の透明基板４８Ｔを備えている。透明基板４８Ｔは、石英ガラス（波長４０５ｎｍでの屈折率１．４７）等の透明な材料で平板状に構成されている。この透明基板４８Ｔの一方の表面には、部分的に凹凸が形成されている。この凹凸が回折格子４８Ｐである。この凹凸は、エッチング等によって透明基板４８Ｔの表面に形成される。この例では、回折格子４８Ｐは、所定幅の複数の直線状の凸部が一定間隔で互いに平行に配置された、直線格子状のパターン（以下、「直線格子パターン」という。）で形成されている。
【００３２】
図４に示すように、図３（Ｂ）に示す例では、透明基板４８Ｔの表面には、隣接する直線状の凸部間の間隔（格子ピッチ）をａとして、幅1/2ａ（ハーフピッチ）の直線状の凸部４８ＰＵ１〜４８ＰＵ５が、互いに平行に配列されるように形成されている。なお、格子ピッチａは、格子定数ａと同義である。また、回折格子４８Ｐの凹凸は、透明基板４８Ｔ中を透過した光の位相と空気中を伝播した光の位相差がπとなり、凸部と凸部との間に在る凹部の深さがΔとなるように加工されている。
【００３３】
使用波長λ、透明基板４８Ｔの屈折率ｎとした時、透明基板４８Ｔを透過する光の位相は、(２π／λ)・ｎ・Δであり、空気中を伝播した光の位相は、(２π／λ)・Δである。従って、下記式（１）を満たすように、深さΔを決める。例えば、λ＝４０５ｎｍ、ｎ＝１．４７の時は、Δ＝４３１ｎｍとなる。
【００３４】
(２π／λ)・ｎ・Δ−(２π／λ)・Δ＝π      式（１）
【００３５】
また、図３（Ｃ）に示す例では、回折格子４８Ｐは、明色が凸部と暗色が凹部に相当する正方形のマスが交互に碁盤目状に配置された、チェスボードパターン（以下、「チェスパターン」という。）で形成されている。チェスパターンでは、１マスの一辺の長さの２倍の長さが、格子ピッチａである。また、図３（Ｄ）に示す例では、回折格子４８Ｐは、各々所定幅の曲線からなり半径の異なる複数の同心円状の凸部が一定間隔で配置された、同心円パターンで形成されている。同心円パターンでは、隣接する曲線状の凸部間の間隔が、格子ピッチａである。
【００３６】
レンズ４６とレンズ５０との間の実空間では、図２示す記録用パターンの信号光パターンが結像されると共に、透過参照光により図３（Ａ）示す参照光パターンが結像される。選択回折素子４８は、回折格子４８Ｐが形成された面をレンズ４６側に向けて、上述した通り、レンズ４６の結像面に配置されている。即ち、選択回折素子４８は、レンズ４６とレンズ５０との間にある実空間に配置されている。従って、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐを、透明基板４８Ｔ上において、空間光変調器２４に表示する参照光パターンと同じ位置に配置することで、即ち、実空間の参照光光路上に配置することで、透過参照光だけが選択的に回折される。
【００３７】
図５は遮光板５２の平面図である。遮光板５２は、平面視が矩形状の遮光板であり、その中央部分にはアパーチャ５２Ａが形成されている。遮光板５２は、上述した通り、レンズ５０の焦点面に配置されている。アパーチャ５２Ａは、レンズ５０により形成されるフーリエ変換像のナイキスト領域に設けられている。選択回折素子４８の透明部分（凹凸が形成されていない部分）を通過した信号光は、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の信号光成分は、遮光板５２のナイキスト領域に集光されて、アパーチャ５２Ａを通過する。
【００３８】
一方、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐ（凹凸が形成された部分）で回折された透過参照光も、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の透過参照光成分は、回折格子４８Ｐで回折されて高周波成分となっているため、遮光板５２のナイキスト領域の外側に集光されて、遮光板５２により遮断される。この通り、遮光板５２が、周波数空間で透過参照光成分（高周波成分）を除去するローパスフィルタとして機能する。
【００３９】
ここで、ナイキスト領域とは、フーリエ変換面において、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆs、記録波長をλ、信号光を生成した空間光変調器の画素ピッチをｄ／２とした場合に、光軸を中心点とする面積が（２ｆsλ／ｄ）2の領域をいう。信号光のフーリエ変換像は信号光の周期性に起因した回折パターンとなり、０次〜ｎ次の成分を有している。なお、次数とは、フーリエ変換面で０次（中心）からζ＝ｆsλ／ｄの距離ごとに現れる輝点の順位のことである。
【００４０】
信号光のフーリエ変換像のうち、ナイキスト領域に含まれるフーリエ変換成分があれば、信号光を欠落なく再生できる。上記の距離ζをナイキスト半径とすると、アパーチャ５２Ａの直径は、ナイキスト半径の２倍の整数倍「２ｎζ」となる。回折格子４８Ｐの格子ピッチが信号光画素ピッチの１／２ｍ(ｍは整数)の時、整数ｎは、ｎ≦ｍの範囲が好ましい。例えば、１／２ピッチ（ｍ＝１）の時は、ｎ≦１が好ましい。１／４ピッチ（ｍ＝２）の時は、ｎ≦２が好ましい。１／８ピッチ（ｍ＝４）の時は、ｎ≦４が好ましい。本実施の形態では、ナイキスト領域に、直径２ζ（ｎ＝１）のアパーチャ５２Ａが設けられている。
【００４１】
回折格子４８Ｐのパターンとしては、フーリエ変換面において、透過参照光成分が高周波成分として、ナイキスト領域から離れた位置に集光されるパターンがより好ましい。上述したパターンの中では、同じ格子ピッチで比較すると、同心円パターンより直線格子パターンの方がより好ましく、直線格子パターンよりチェスパターンの方がより好ましい。
【００４２】
また、同様に、フーリエ変換面において、透過参照光成分が高周波成分として、ナイキスト領域から離れた位置に集光されるように、格子ピッチａは狭い方が好ましい。例えば、格子ピッチａを、選択回折素子４８の入射面に結像された信号光パターンを構成する各画素の一辺の長さ（以下、「信号光画素ピッチ」という。）の１／２以下の長さとすることが好ましく、信号光画素ピッチの１／４以下の長さがより好ましく、信号光画素ピッチの１／８以下の長さが更に好ましい。
【００４３】
（ホログラムの記録動作）
次に、図１に示すホログラム記録再生装置の記録動作について簡単に説明する。
ホログラムを記録する場合には、シャッター１２を開いて、光源１０からレーザ光を照射する。同時に、制御装置からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器２４に記録用パターン（図２参照）を表示する。光源１０から発振されたレーザ光は、シャッター１２を通過し、１／２波長板１４と偏光板１６とにより光強度や偏光方向が調整される。偏光板１６を通過した光は、ビームエキスパンダ１８により大径の平行光に変換され、反射ミラー２０に照射される。
【００４４】
反射ミラー２０で反射された光は、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。入射された光は、偏光ビームスプリッタ２２で空間光変調器２４の方向に反射される。空間光変調器２４では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器２４で偏光変調された記録光は、偏光ビームスプリッタ２２に照射され、偏光ビームスプリッタ２２を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、レンズ２６、２８でリレーされ、位相マスク３０を通過して位相変調される。この位相変調によって、信号光と参照光との重なりを改善すると共に、記録光の光強度分布が均一化される。
【００４５】
位相マスク３０を通過した記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ３２で集光され、遮光板３４に照射される。レンズ３２で集光された記録光は、不要な周波数成分が遮光板３４でカットされ、残部がアパーチャ３４Ａを通過する。アパーチャを通過した記録光は、レンズ３６により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ３８によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体４０に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体４０にホログラムとして記録される。
【００４６】
（ホログラムの再生動作）
光記録媒体４０に記録されたホログラムから信号光を再生する場合には、シャッター１２を開いて、光源１０からレーザ光を照射する。同時に、制御装置からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、参照光だけが光記録媒体４０に照射されるように、空間光変調器２４に参照光パターン（図３（Ａ）参照）を表示する。光源１０から発振されたレーザ光は、記録の場合と同様にして、空間光変調器２４に入射する。空間光変調器２４では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、参照光が生成される。生成された参照光は、記録の場合と同様にして、光記録媒体４０のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体４０には、参照光だけが読出し光として照射される。
【００４７】
照射された参照光は、光記録媒体４０を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光（再生信号光）がフーリエ変換レンズ４２側に射出される。一部の参照光は回折されずに光記録媒体４０を透過する（透過参照光）。光記録媒体４０から射出された再生信号光と透過参照光とは、フーリエ変換レンズ４２により逆フーリエ変換され、レンズ４４、４６でリレーされて平行光に変換されて、選択回折素子４８に照射される。レンズ４６の結像面に配置された選択回折素子４８の表面には、再生信号光と透過参照光とが結像する。
【００４８】
レンズ４６により結像された再生信号光は、選択回折素子４８の透明部分を通過する。レンズ４６により結像された透過参照光は、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折されて射出される。選択回折素子４８を通過した信号光は、レンズ５０に照射され、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の信号光成分は、遮光板５２のナイキスト領域に集光されて、アパーチャ５２Ａを通過する。一方、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで回折された透過参照光も、レンズ５０に照射され、レンズ５０によりフーリエ変換される。フーリエ変換像の透過参照光成分は、遮光板５２のナイキスト領域の外側に集光されて、遮光板５２により遮断される。
【００４９】
アパーチャ５２Ａを通過した信号光成分は、レンズ５４により逆フーリエ変換されて、センサアレイ５６に入射する。センサアレイ５６は、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する。即ち、センサアレイ５６は、受光面に結像された再生像を撮像し、撮像された再生像の画像データを制御装置（図示せず）に出力する。この画像データに基づいて信号光に重畳されたデータが復号される。なお、センサアレイ５６では、信号光データの１画素を複数の受光素子により受光する、オーバーサンプリングを実施することが好ましい。例えば、１ビットのデータを４個（２×２）の受光素子により受光する。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例における形態に限定されるものではない。
【００５１】
（実施例１）
図１に示すホログラム記録再生装置と同じ構成の装置を用いて、主要な光学部品のパラメータを下記表１に示すように設定し、図６（Ａ）に示す参照光パターンを空間光変調器２４に表示して、信号光再生シミュレーションを行った。参照光パターンは、明暗の画素サイズが空間光変調器２４の画素ピッチに等しい１×１のランダムパターンである。
【００５２】
シミュレーションにより、遮光板５２の表面に結像される透過参照光のフーリエ変換像と、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布（三次元表示）と、を得た。シミュレーションの結果を、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示す。選択回折素子４８に結像する信号光の画素ピッチは、レンズ３２、３６により、１５０／９０倍された２２．８μｍである。従って、回折格子４８Ｐのハーフピッチは２．８５μｍ（格子ピッチは５．７μｍ）であり、このチェスパターンを「１／４ピッチ・チェス」という。
【００５３】
【表１】
2009211762.tif 000003
【００５４】
図９（Ａ）から分かるように、選択回折素子４８を表１に示すように構成し、回折格子４８Ｐのパターンを、ハーフピッチが２．８５μｍのチェスパターンとした場合には、遮光板５２の表面において、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域（アパーチャ５２Ａ）の外側に結像する。詳しくは、透過参照光のフーリエ変換像は４つの成分に分かれ、各成分は遮光板５２の対角線上にあるナイキスト領域から離れた位置に結像する。即ち、光軸に対し２軸方向に分散しており、光軸に対し１軸方向だけに分散する場合と比べると、透過参照光成分の除去がより容易であることが分かる。一方、信号光成分はアパーチャ５２Ａを通過する。
【００５５】
また、図９（Ｂ）から分かるように、センサアレイ５６の表面に結像される透過参照光の振幅分布は、信号光が結像される中央部分で顕著に減少している。最大振幅も０.１８と低い。この結果から、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折された透過参照光が、レンズ５０でフーリエ変換され、その大半が周波数領域で高周波成分として除去されていることが分かる。
【００５６】
（比較例１）
選択回折素子４８の代わりに従来の遮光板を配置した以外は、図１に示すホログラム記録再生装置と同じ構成の装置を用いて、実施例１と同様にパラメータを設定し、図６（Ａ）に示す参照光パターンを空間光変調器２４に表示して、信号光再生シミュレーションを行った。従来の遮光板とは、実空間での信号光領域にアパーチャを設けて、信号光を通過させ、透過参照光を遮断する遮光板である。シミュレーションにより、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布を得た。シミュレーションの結果を図６（Ｂ）に示す。
【００５７】
図６（Ｂ）から分かるように、従来の遮光板を用いた場合には、透過参照光は、レンズ５０、５４でリレーされ平行光とされて、センサアレイ５６の表面で結像する。センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布は、中央部分でも増加している。最大振幅も０.５３と高い。この結果から、従来の遮光板だけでは透過参照光が除去されずに、透過参照光が信号光と共にアパーチャを通過し、センサアレイ５６の信号光領域に入射して、ノイズを発生させていることが分かる。
【００５８】
（実施例２）
選択回折素子４８の回折格子４８Ｐのパターンを直線格子パターンに変更した以外は、実施例１と同様にして、信号光再生シミュレーションを行った。シミュレーションの結果を、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す。回折格子４８Ｐのパターンは、直線格子パターン（図３（Ｂ）参照）である。回折格子４８Ｐの格子ピッチは５．７μｍであり、信号光の画素ピッチは２２．８μｍである。この直線格子パターンを「１／４ピッチ格子」という。
【００５９】
図７（Ａ）から分かるように、回折格子４８Ｐのパターンを、１／４ピッチ格子とした場合には、遮光板５２の表面において、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域（アパーチャ５２Ａ）の外側に結像する。詳しくは、透過参照光のフーリエ変換像は２つの成分に分かれ、各成分はナイキスト領域を挟んでその両側に近接して結像する。即ち、光軸に対し１軸方向に分散する。一方、信号光成分はアパーチャ５２Ａを通過する。
【００６０】
また、図７（Ｂ）から分かるように、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布は、比較例１と比べると中央部分で減少している。最大振幅も０.２８と低い。この結果から、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折された透過参照光が、レンズ５０でフーリエ変換され、その大半が周波数領域で高周波成分として除去されていることが分かる。
【００６１】
（実施例３）
選択回折素子４８の回折格子４８Ｐのパターンを別の直線格子パターンに変更した以外は、実施例１と同様にして、信号光再生シミュレーションを行った。シミュレーションの結果を、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す。回折格子４８Ｐのパターンは、直線格子パターン（図３（Ｂ）参照）である。回折格子４８Ｐの格子ピッチは２．８５μｍであり、信号光の画素ピッチは２２．８μｍである。この直線格子パターンを「１／８ピッチ格子」という。
【００６２】
図８（Ａ）から分かるように、回折格子４８Ｐのパターンを、１／８ピッチ格子とした場合には、遮光板５２の表面において、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域（アパーチャ５２Ａ）の外側に結像する。詳しくは、透過参照光のフーリエ変換像は２つの成分に分かれ、各成分はナイキスト領域を挟んでその両側に離間して結像する。実施例２と比べると、透過参照光成分の除去がより容易であることが分かる。一方、信号光成分はアパーチャ５２Ａを通過する。
【００６３】
また、図８（Ｂ）から分かるように、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布は、実施例２と比べると中央部分で更に減少している。最大振幅も０.１８と低い。この結果から、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折された透過参照光が、レンズ５０でフーリエ変換され、その大半が周波数領域で高周波成分として除去されていることが分かる。
【００６４】
（実施例４）
選択回折素子４８の回折格子４８Ｐのパターンを同心円パターンに変更した以外は、実施例１と同様にして、信号光再生シミュレーションを行った。シミュレーションの結果を、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す。回折格子４８Ｐのパターンは、同心円パターン（図３（Ｄ）参照）である。回折格子４８Ｐの格子ピッチは５．７μｍであり、信号光の画素ピッチは２２．８μｍである。この直線格子パターンを「１／４ピッチ同心円」という。
【００６５】
図１０（Ａ）から分かるように、回折格子４８Ｐのパターンを、１／４ピッチ同心円とした場合には、遮光板５２の表面において、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域（アパーチャ５２Ａ）の外側に結像する。詳しくは、透過参照光のフーリエ変換像は、遮光板５２のナイキスト領域の周囲にリング状に結像する。一方、信号光成分はアパーチャ５２Ａを通過する。
【００６６】
また、図１０（Ｂ）から分かるように、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布は、比較例１と比べると中央部分で減少している。最大振幅も０.２１と低い。この結果から、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折された透過参照光が、レンズ５０でフーリエ変換され、その大半が周波数領域で高周波成分として除去されていることが分かる。
【００６７】
（実施例５）
選択回折素子４８の回折格子４８Ｐのパターンを別の同心円パターンに変更した以外は、実施例１と同様にして、信号光再生シミュレーションを行った。シミュレーションの結果を、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示す。回折格子４８Ｐのパターンは、同心円パターン（図３（Ｄ）参照）である。回折格子４８Ｐの格子ピッチは２．８５μｍであり、信号光の画素ピッチは２２．８μｍである。この直線格子パターンを「１／８ピッチ同心円」という。
【００６８】
図１１（Ａ）から分かるように、回折格子４８Ｐのパターンを、１／８ピッチ同心円とした場合には、遮光板５２の表面において、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域（アパーチャ５２Ａ）の外側に結像する。詳しくは、透過参照光のフーリエ変換像は、ナイキスト領域から離間した位置にリング状に結像する。一方、信号光成分はアパーチャ５２Ａを通過する。
【００６９】
また、図１１（Ｂ）から分かるように、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の振幅分布は、比較例１と比べると中央部分で減少している。最大振幅も０.２１と低い。この結果から、選択回折素子４８の回折格子４８Ｐで選択的に回折された透過参照光が、レンズ５０でフーリエ変換され、その大半が周波数領域で高周波成分として除去されていることが分かる。
【００７０】
以上得られた結果から、従来の遮光板を用いた場合には、透過参照光が十分に除去されない（比較例１）。これに対し、選択回折素子４８と遮光板５２とを組み合わせて使用する場合には、周波数空間での透過参照光成分を十分に除去することができる（実施例１〜５）。即ち、センサアレイ５６に入射する前に透過参照光を遮断し、再生時にノイズを低減して、高いＳＮＲを得ることができる。
【００７１】
格子ピッチが１／４ピッチの場合で比較すると、同心円パターン（実施例４）より直線格子パターン（実施例２）の方が、透過参照光のフーリエ変換像が２成分に分かれており、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の最大振幅の値も小さい。また、直線格子パターン（実施例２）よりチェスパターン（実施例１）の方が、透過参照光のフーリエ変換像は４成分に分かれており、各成分がナイキスト領域から離間していて、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の最大振幅の値もより小さい。
【００７２】
また、格子ピッチが１／４ピッチの場合と１／８ピッチの場合とを比較すると、１／４ピッチ格子（実施例２）より１／８ピッチ格子（実施例３）の方が、透過参照光のフーリエ変換像の各成分が離間しており、センサアレイ５６の信号光領域に結像される透過参照光の最大振幅の値も小さい。また、１／４ピッチ同心円（実施例４）より１／８ピッチ同心円（実施例５）の方が、透過参照光のフーリエ変換像（リング状）がナイキスト領域から離間している。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。
【図２】記録時に空間光変調器に表示する記録用パターンの一例を示す図である。
【図３】（Ａ）は再生時に空間光変調器に表示する参照光パターンの一例を示す図である。（Ｂ）〜（Ｄ）は選択回折素子の平面図である。
【図４】図３（Ｂ）に示す選択回折素子をＡ-Ａ線に沿って切断したときの部分断面図である。
【図５】遮光板の平面図である。
【図６】（Ａ）は信号光再生シミュレーションに用いる参照光パターンの一例を示す図である。（Ｂ）は比較例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例３のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例１のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例４のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は実施例５のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０   光源
１２   シャッター
１４   波長板
１６   偏光板
１８   ビームエキスパンダ
２０   反射ミラー
２２   偏光ビームスプリッタ
２４   空間光変調器
２６   レンズ
２８   レンズ
３０   位相マスク
３２   フーリエ変換レンズ
３４   遮光板
３４Ａ アパーチャ
３６   レンズ
３８   フーリエ変換レンズ
４０   光記録媒体
４２   フーリエ変換レンズ
４４   レンズ
４６   レンズ
４８   選択回折素子
４８Ｔ 透明基板
４８Ｐ 回折格子
５０   レンズ
５２   遮光板
５２Ａ アパーチャ
５４   レンズ
５６   センサアレイ
５８   記録用パターン
６０   信号光パターン
６２   参照光パターン
【図１】
2009211762.tif 000004
【図４】
2009211762.tif 000005
【図５】
2009211762.tif 000006
【図２】
2009211762.tif 000007
【図３】
2009211762.tif 000008
【図６】
2009211762.tif 000009
【図７】
2009211762.tif 000010
【図８】
2009211762.tif 000011
【図９】
2009211762.tif 000012
【図１０】
2009211762.tif 000013
【図１１】
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