"空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光と参照光とから生成される第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリの再生装置であって、第1の参照光を前記ホログラフィックメモリに照射して、前記第1のホログラムの回折光を生成するホログラム回折光生成部と、前記第1のホログラムの回折光と干渉しうる第2の参照光の位相を変化させるとともに、前記第1のホログラムの回折光と前記位相を変化させた第2の参照光とから第2のホログラムを生成するホログラム生成部と、前記第2のホログラムの強度分布を検出する検出部と、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する処理部と、を有する、ホログラフィックメモリ再生装置。レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記第1の参照光と前記第2の参照光に分離するレーザ光分離部と、をさらに有する、請求項1に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記ホログラム生成部は、前記第2の参照光の位相を変化させる可変位相シフタと、前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記可変位相シフタにより位相を変えられた第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタとを有する、請求項1に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し、前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第1の偏光ビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第2の偏光ビームスプリッタと、を有する、請求項2に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し、前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光がその第1の面に入射し、前記ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光がその第2の面に入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、を有する、請求項2に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し、前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射する第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第1のビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第1の偏光ビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第1のビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第2の偏光ビームスプリッタと、前記第1の偏光ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光、ならびに前記第1の偏光ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光がその第1の面に入射し、前記第2の偏光ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光、ならびに前記第2の偏光ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光がその第2の面に入射する第2のビームスプリッタと、を有する、請求項2に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し、前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、を有する、請求項2に記載のホログラフィックメモリ再生装置。レーザ光を空間直交振幅変調して空間直交振幅変調信号を含む信号光を生成する空間直交振幅変調信号光生成部と、前記信号光と参照光とから生成される第1のホログラムをホログラフィックメモリに記録する記録部と、をさらに有する、請求項1に記載のホログラフィックメモリ再生装置。前記空間直交振幅変調信号光生成部は、前記レーザ光が入射されるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記レーザ光の振幅を変調する反射型の第1の空間光変調器と、前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光の振幅を変調する反射型の第2の空間光変調器とを有し、前記ビームスプリッタと前記第1の空間光変調器との間の光路長LI、および前記ビームスプリッタと前記第2の空間光変調器との間の光路長LQは、以下の式1を満たす、請求項8に記載のホログラフィックメモリ再生装置。ここで、λは前記レーザ光の波長である。空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光と参照光とから生成される第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリの再生方法であって、第1の参照光を前記ホログラフィックメモリに照射して、前記第1のホログラムの回折光を生成するステップと、前記第1のホログラムの回折光と干渉しうる第2の参照光の位相を変化させるとともに、前記第1のホログラムの回折光と前記位相を変化させた第2の参照光とから第2のホログラムを生成するステップと、前記第2のホログラムの強度分布を検出するステップと、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調するステップと、を有するホログラフィックメモリの再生方法。レーザ光源から出射されたレーザ光を前記第1の参照光と前記第2の参照光に分離するステップをさらに有する、請求項10に記載のホログラフィックメモリの再生方法。空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光を受信する入力部と、前記信号光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記信号光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と、前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する処理部と、を有する、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調装置。空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光を受信するステップと、前記信号光と干渉しうるレーザ光を出射するステップと、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記信号光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するステップと、前記のホログラムの強度分布を検出するステップと、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調するステップと、を有する、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調方法。観測対象からの透過光または反射光を入力する入力部と、前記透過光または前記反射光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記透過光または前記反射光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と、前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と、前記強度分布に基づいて前記透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出する処理部と、を有する、光強度分布および光位相分布の観測装置。観測対象からの透過光または反射光を入力するステップと、前記透過光または前記反射光と干渉しうるレーザ光を出射するステップと、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記透過光または前記反射光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するステップと、前記のホログラムの強度分布を検出するステップと、前記強度分布に基づいて前記透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出するステップと、を有する、光強度分布および光位相分布の観測方法。以上のように、従来の強度変調型ホログラフィックメモリには、レーザ光の照射領域の中央部と周辺部との露光強度差が大きくなり、記録媒体のダイナミックレンジを大幅に消費してしまうため、多重記録の効率が悪いという問題がある。変調コードを用いる方式では、上記問題を回避することができるが、ブロックあたりのコードレートが低くなるため、記録容量が小さくなってしまうという問題がある。コードレートを高めるためには多値強度信号を用いる必要があるが、検出系の精度や雑音により、大きな多値数を有する強度変調型ホログラフィックメモリは実現していない。位相変調型ホログラフィックメモリは、これらの問題を解決することができる。しかしながら、位相変調型ホログラフィックメモリには、位相情報を検出するために、光検出を行う前に位相を強度に変換しなければならないという問題がある。また、変換後の強度信号を検出する際には、強度変調型ホログラフィックメモリと同様に検出系の精度や雑音の問題が存在する。結果として、大きな多値数を有する位相変調型ホログラフィックメモリは実現していない。本発明の目的は、雑音の影響を受けることなく、多値の位相情報を精密に再生することができるホログラフィックメモリの再生装置および再生方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、雑音の影響を受けることなく、多値の位相情報を精密に復調することができる空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調装置および復調方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、観測対象からの透過光または反射光における光強度分布および光位相分布をリアルタイムに観測することができる、光強度分布および光位相分布の観測装置および観測方法を提供することである。本発明者は、ホログラフィックメモリに記録されたホログラム第1のホログラムの回折光と、参照光とから第2のホログラムを生成することで、ホログラフィックメモリに記録された位相変調信号を高精度に復調できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下のホログラフィックメモリ再生装置に関する。[1]空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光と参照光とから生成される第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリの再生装置であって:第1の参照光を前記ホログラフィックメモリに照射して、前記第1のホログラムの回折光を生成するホログラム回折光生成部と;前記第1のホログラムの回折光と干渉しうる第2の参照光の位相を変化させるとともに、前記第1のホログラムの回折光と前記位相を変化させた第2の参照光とから第2のホログラムを生成するホログラム生成部と;前記第2のホログラムの強度分布を検出する検出部と;前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する処理部と;を有するホログラフィックメモリ再生装置。[2]レーザ光を出射するレーザ光源と;前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記第1の参照光と前記第2の参照光に分離するレーザ光分離部と;をさらに有する、[1]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[3]前記ホログラム生成部は、前記第2の参照光の位相を変化させる可変位相シフタと、前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記可変位相シフタにより位相を変えられた第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタとを有する、[1]または[2]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[4]前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し;前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第1の偏光ビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第2の偏光ビームスプリッタと、を有する;[2]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[5]前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し;前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光がその第1の面に入射し、前記ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記ビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光がその第2の面に入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、を有する;[2]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[6]前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し;前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射する第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第1のビームスプリッタを透過した前記第2の参照光の一部の光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第1の偏光ビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第1のビームスプリッタで反射した前記第2の参照光の一部の光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する第2の偏光ビームスプリッタと、前記第1の偏光ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光、ならびに前記第1の偏光ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光がその第1の面に入射し、前記第2の偏光ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光、ならびに前記第2の偏光ビームスプリッタを透過した前記第1のホログラムの回折光の一部の光および前記第2の参照光の一部の光がその第2の面に入射する第2のビームスプリッタと、を有する;[2]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[7]前記レーザ光源は、直線偏光のレーザ光を出射し;前記ホログラム生成部は、前記第1のホログラムの回折光の偏光角を45度回転する半波長板と、第2の参照光の偏光状態を円偏光に変換するλ/4波長板と、前記半波長板により偏光角を変えられた前記第1のホログラムの回折光がその第1の面に入射し、前記λ/4波長板により偏光状態を変えられた前記第2の参照光がその第2の面に入射するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記第1のホログラムの回折光および前記ビームスプリッタを透過した前記第2の参照光が入射し、入射した光の水平偏光成分および垂直偏光成分の一方を透過させ、他方を反射する偏光ビームスプリッタと、を有する;[2]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[8]レーザ光を空間直交振幅変調して空間直交振幅変調信号を含む信号光を生成する空間直交振幅変調信号光生成部と;前記信号光と参照光とから生成される第1のホログラムをホログラフィックメモリに記録する記録部と;をさらに有する、[1]~[7]のいずれか一項に記載のホログラフィックメモリ再生装置。[9]前記空間直交振幅変調信号光生成部は、前記レーザ光が入射されるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタで反射した前記レーザ光の振幅を変調する反射型の第1の空間光変調器と、前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光の振幅を変調する反射型の第2の空間光変調器とを有し;前記ビームスプリッタと前記第1の空間光変調器との間の光路長LI、および前記ビームスプリッタと前記第2の空間光変調器との間の光路長LQは、以下の式1を満たす;[8]に記載のホログラフィックメモリ再生装置。ここで、λは前記レーザ光の波長である。また、本発明は、以下のホログラフィックメモリの再生方法に関する。[10]空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光と参照光とから生成される第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリの再生方法であって:第1の参照光を前記ホログラフィックメモリに照射して、前記第1のホログラムの回折光を生成するステップと;前記第1のホログラムの回折光と干渉しうる第2の参照光の位相を変化させるとともに、前記第1のホログラムの回折光と前記位相を変化させた第2の参照光とから第2のホログラムを生成するステップと;前記第2のホログラムの強度分布を検出するステップと;前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調するステップと;を有するホログラフィックメモリの再生方法。[11]レーザ光源から出射されたレーザ光を前記第1の参照光と前記第2の参照光に分離するステップをさらに有する、[10]に記載のホログラフィックメモリの再生方法。また、本発明は、以下の復調装置に関する。[12]空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光を受信する入力部と;前記信号光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と;前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記信号光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と;前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と;前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する処理部と;を有する、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調装置。また、本発明は、以下の復調方法に関する。[13]空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光を受信するステップと;前記信号光と干渉しうるレーザ光を出射するステップと;前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記信号光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するステップと;前記のホログラムの強度分布を検出するステップと、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調するステップと;を有する、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調方法。また、本発明は、以下の観測装置に関する。[14]観測対象からの透過光または反射光を入力する入力部と;前記透過光または前記反射光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と;前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記透過光または前記反射光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と;前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と;前記強度分布に基づいて前記透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出する処理部と;を有する、光強度分布および光位相分布の観測装置。また、本発明は、以下の観測方法に関する。[15]観測対象からの透過光または反射光を入力するステップと;前記透過光または前記反射光と干渉しうるレーザ光を出射するステップと;前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記透過光または前記反射光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するステップと;前記のホログラムの強度分布を検出するステップと;前記強度分布に基づいて前記透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出するステップと;を有する、光強度分布および光位相分布の観測方法。本発明のホログラフィックメモリ再生装置および再生方法によれば、雑音の影響を受けることなく、多値の位相情報を精密に再生することができる。したがって、本発明のホログラフィックメモリ再生装置および再生方法によれば、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を記録されたホログラフィックメモリを高精度に再生することができる。また、本発明の復調装置および復調方法によれば、雑音の影響を受けることなく、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を高精度に復調することができる。また、本発明の観測装置および観測方法によれば、観測対象からの透過光または反射光における光強度分布および光位相分布をリアルタイムに観測することができる。本発明のホログラフィックメモリ再生装置は、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光と参照光とから生成される第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリの再生装置である。ここで、空間位相変調信号とは、空間位相変調SPMにより変調された信号をいう。また、空間直交振幅変調信号とは、空間直交振幅変調SQAMにより変調された信号をいう。位相変調PhaseModulation;以下PMと略記するは、無線通信や光通信などの通信技術の分野で使用される、位相変調、位相シフト変調PhaseShiftModulation;PSMまたは位相シフトキーイングPhaseShiftKeying;PSKによる変調方式である。PMは、搬送波の位相を変化させることで情報を伝達する。本発明のホログラフィックメモリでは、通信技術の分野で使用されるPMと同様に、位相を変化させた信号光を記録する。しかしながら、ホログラフィックメモリでは、時間軸方向に信号を変調する通信とは異なり、2次元の空間軸方向x,yに信号を変調し、データページとしてこれを記録および再生する。そこで、本願明細書では、本発明で使用する位相変調による変調方式を、通信技術の分野で使用される位相変調PMと区別するために空間位相変調SpatialPhaseModulation;SPMと呼ぶ。SPMは、光メモリ分野において用いられる位相変調および多値位相変調の概念を含む。直交振幅変調QuadratureAmplitudeModulation;以下QAMと略記するは、無線通信や光通信などの通信技術の分野で使用される、振幅変調AmplitudeModulation;AMと位相変調PhaseModulation;PMを組み合わせた変調方式である。QAMは、振幅および位相の両方の要素を変化させることで複数の情報を一度に伝達することができる。本発明のホログラフィックメモリでは、通信技術の分野で使用されるQAMと同様に、振幅および位相の両方の要素を変化させた信号を記録する。しかしながら、ホログラフィックメモリでは、時間軸方向に信号を変調する通信とは異なり、2次元の空間軸方向x,yに信号を変調し、データページとしてこれを記録および再生する。そこで、本願明細書では、本発明で使用する振幅変調と位相変調とを組み合わせた変調方式を、通信技術の分野で使用される直交振幅変調QAMと区別するために空間直交振幅変調SpatialQuadratureAmplitudeModulation;SQAMと呼ぶ。本発明のホログラフィックメモリ再生装置は、レーザ光源、ホログラム回折光生成部、ホログラム生成部と、検出部および処理部を有する。レーザ光源は、ホログラフィックメモリからデータページを再生する際に用いられる参照光第1の参照光および第2の参照光の光源である。第1の参照光は、第1のホログラムが記録されたホログラフィックメモリに照射される参照光である。第1の参照光は、第1のホログラムに対してブラッグの条件を満たすレーザ光であればよい。たとえば、第1のホログラムを記録する際に用いた参照光と同一波長の光を同一角度から照射すればブラッグの条件は満たされる。ただし、ブラッグの条件を満たせば、第1の参照光の波長および照射角度はこれに限定されるものではない。後述するように、ホログラム回折光生成部において第1の参照光をホログラフィックメモリに照射することで、第1のホログラムの回折光が生成される。第2の参照光は、この第1のホログラムの回折光と干渉しうるレーザ光である。すなわち、第2の参照光は、第1の参照光と同一の波長のレーザ光である。後述するように、ホログラム生成部において第1のホログラムの回折光と第2の参照光とを混合することで、第2のホログラムが生成される。通常、第2の参照光は、ホログラフィックメモリに照射されない。すなわち、第2の参照光は、ホログラフィックメモリを透過することなく、第1のホログラムの回折光と混合される。第1の参照光のレーザ光源と第2の参照光のレーザ光源とは、同一の光源であってもよいし、異なる光源であってもよい。第1の参照光および第2の参照光のレーザ光源が同一の場合は、レーザ光分離部を設けて、レーザ光源から出射されたレーザ光を第1の参照光と第2の参照光とに分離すればよい実施の形態1参照。ホログラム回折光生成部は、第1の参照光をホログラフィックメモリに照射して第1のホログラムの回折光を生成する。ホログラム生成部は、第2の参照光の位相を変化させる。たとえば、ホログラム生成部は、第2の参照光の位相を0,π/2,π,3π/4に変化させる。また、ホログラム生成部は、ホログラム回折光生成部で生成された第1のホログラムの回折光と、位相を変化させた第2の参照光のぞれぞれとから、第2のホログラムを生成する。たとえば、第2の参照光の位相を4回変化させた場合は、4枚の第2のホログラムを生成する。第2の参照光の位相を変化させる数第2のホログラムを生成する数は、位相変調の多値数と同数であってもよいが、同数である必要はない。後述する実施の形態1に示すように、位相変調の多値数に関係なく、第2の参照光の位相を少なくとも3回変化させることで、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を復調することができる。第2のホログラムを生成する数を増やすことで、測定誤差を減らすことができる。第2の参照光のビーム径は、第1のホログラムの回折光のビーム径以上であれば特に限定されない。第2の参照光のビーム径が第1のホログラムの回折光のビーム径未満の場合、第1のホログラムの回折光の周辺部に含まれる信号を復調することができない。また、復調の精度を高める観点からは、第2の参照光は平面波であることが好ましい。ホログラム生成部が第2の参照光の位相を変化させる手段は、特に限定されない。たとえば、可変位相シフタを使用して、第2の参照光の位相を変化させてもよい実施の形態1参照。また、ホログラム生成部の光学系を構成するビームスプリッタ間の間隔を調整して、第2の参照光の位相を変化させてもよい実施の形態2参照。また、半波長板、λ/4波長板および偏光ビームスプリッタを組み合わせて使用して、第2の参照光の位相を変化させてもよい実施の形態3~5参照。検出部は、ホログラム生成部で生成されたすべての第2のホログラムの強度分布を検出する。検出部は、例えばCCDやCMOSなどの光画像検出器撮像素子である。検出部が一度に検出しうるピクセル数は、第1のホログラムに記録されているデータページ2次元データのピクセル数以上であることが必要である。処理部は、検出部で検出された第2のホログラムの強度分布に基づいて、位相変調信号または空間直交振幅変調信号を復調する。たとえば、処理部は、検出部に接続されたコンピュータである。前述の通り、現存する光画像検出器撮像素子は、強度を検出することはできるが、位相を検出することはできない。そこで、本発明のホログラフィックメモリ再生装置では、第2の参照光の位相を変えることで得られる複数の第2のホログラムの強度のパターン組み合わせから、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号に含まれる位相情報を読み出す。たとえば、データページ内のある特定のピクセルについて、位相φの情報を記録した第1のホログラムの回折光と第2の参照光とから第2のホログラムを生成する場合に、第2の参照光の位相を0,π/2,π,3π/2として、第2のホログラムを4枚生成したとする。得られた第2のホログラムの強度は、例えば1枚目=大、2枚目=中、3枚目=小、4枚目=中となる。同様に、データページ内のある特定のピクセルについて、位相φ’位相φとは異なるの情報を記録した別の第1のホログラムの回折光と第2の参照光とから第2のホログラムを生成する場合に、第2の参照光の位相を0,π/2,π,3π/2として、第2のホログラムを4枚生成したとする。得られた第2のホログラムの強度は、例えば1枚目=中、2枚目=小、3枚目=中、4枚目=大となる。このようなパターンの違いから、第1のホログラムの回折光に含まれる位相情報を読み出すことができる。第2のホログラムの強度分布から空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を復調する手法については、後述する各実施の形態において詳細に説明する。上記の例では、4値の位相しか区別することができないが、第2の参照光の位相をより細かく変えたり、検出部において強度の検出段階をより細かくしたりすることで、より多くの位相値を区別することができる。後述する実施の形態1に示されるように、本発明のホログラフィックメモリ再生装置は、空間位相変調信号光生成部または空間直交振幅変調信号光生成部と、記録部とをさらに有するホログラフィックメモリ記録再生装置であってもよい。空間位相変調信号光生成部は、レーザ光を空間位相変調して位相変調信号を含む信号光を生成する。同様に、空間直交振幅変調信号光生成部は、レーザ光を空間直交振幅変調して空間直交振幅変調信号を含む信号光を生成する。たとえば、空間直交振幅変調信号光生成部は、振幅変調を行う空間光変調器および位相変調を行う空間光変調器を用いて空間直交振幅変調する。また、空間直交振幅変調信号光生成部は、振幅変調を行う空間光変調器のみを用いても空間直交振幅変調をすることができる。この場合、空間直交振幅変調信号光生成部は、レーザ光が入射されるビームスプリッタと、ビームスプリッタで反射したレーザ光の振幅を変調する反射型の第1の空間光変調器と、ビームスプリッタを透過したレーザ光の振幅を変調する反射型の第2の空間光変調器とを有し、ビームスプリッタと第1の空間光変調器との間の光路長LI、およびビームスプリッタと第2の空間光変調器との間の光路長LQが所定の条件を満たすように調整される実施の形態1参照。記録部は、空間位相変調信号光生成部または空間直交振幅変調信号光生成部により生成された信号光と、参照光とから生成される第1のホログラムをホログラフィックメモリに記録する。次に、本発明のホログラフィックメモリ再生装置が、ホログラフィックメモリを再生する手順について説明する。まず、レーザ光源が、レーザ光を出射する。第1の参照光と第2の参照光の光源が異なる場合、第1のレーザ光源が第1の参照光を出射し、第2のレーザ光源が第2の参照光を出射する。一方、第1の参照光と第2の参照光の光源が同一の場合、レーザ光源から出射されたレーザ光は、レーザ光分離部において第1の参照光と第2の参照光に分離される。第1の参照光は、ホログラム回折光生成部において、ホログラフィックメモリに照射される。これにより、ホログラフィックメモリから、第1のホログラムの回折光が生成する。ここまでの工程は、レーザ光分離部において第2の参照光を分離する点を除いては、従来のホログラフィックメモリの再生方法と同じである。第1のホログラムの回折光は、ホログラム生成部において第2の参照光と混合される。このとき、ホログラム生成部は、位相変調の多値数に応じて第2の参照光の位相を変化させる。これにより、位相変調の多値数に応じた数の第2のホログラムが生成される。検出部は、第2のホログラムの強度分布を検出し、処理部へ送信する。処理部は、検出部から送られてきた第2のホログラムの強度分布に基づいて前記位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する。以上のように、本発明のホログラフィックメモリ再生装置は、ホログラム生成部において、ホログラフィックメモリに記録されたホログラム第1のホログラムの回折光と、第2の参照光とから第2のホログラムを生成して、この第2のホログラムの強度分布を用いて位相変調信号を復調する。本発明のホログラフィックメモリ再生装置は、2値または多値の振幅変調信号、2値または多値の位相変調信号、振幅変調と位相変調とを組み合わせた空間直交振幅変調信号を復調することができる。なお、上記の説明では、ホログラム生成部において生成された第2のホログラムの強度分布を検出部においてすぐに検出する態様について説明した。しかしながら、本発明のホログラフィックメモリの再生装置および再生方法は、必ずしも第2のホログラムの強度分布をすぐに検出する必要はなく、第2のホログラムとして光学的なホログラムを一旦形成してもよい。この場合、光学的なホログラムである第2のホログラムを再生し、得られた回折光と第2の参照光とから生成されるホログラム第2のホログラムと同じものの強度分布を検出部が検出する。このように第2のホログラムとして光学的なホログラムを形成する場合、第1のホログラムには、大容量化に適切なホログラム記録方式を選択し、第2のホログラムには、大容量化には適さなくても、高精度な検出が可能なホログラム記録方式を選択すればよい。また、上記ホログラム生成部、検出部および処理部を用いれば、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を復調することができる。すなわち、ホログラム生成部、検出部および処理部を有する装置は、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号の復調装置として利用可能である実施例4参照。たとえば、本発明の復調装置は、空間位相変調信号または空間直交振幅変調信号を含む信号光を受信する入力部と、前記信号光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記信号光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と、前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と、前記強度分布に基づいて前記空間位相変調信号または前記空間直交振幅変調信号を復調する処理部とを有する。本発明の復調装置は、上記本発明のホログラフィックメモリ再生装置と同様の手順により、空間位相変調信号および空間直交振幅変調信号を復調することができる。また、上記ホログラム生成部、検出部および処理部を用いれば、観測対象からの透過光または反射光における強度および位相の2次元分布を観測することができる。すなわち、ホログラム生成部、検出部および処理部を有する装置は、観測対象からの透過光または反射光における光強度分布および光位相分布の観測装置として利用可能である実施例5,6参照。観測対象の種類は、特に限定されず、例えば生体サンプルである。たとえば、本発明の観測装置は、観測対象からの透過光または反射光を入力する入力部と、前記透過光または前記反射光と干渉しうるレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の位相を変化させるとともに、前記透過光または前記反射光と前記位相を変化させたレーザ光とからホログラムを生成するホログラム生成部と、前記ホログラムの強度分布を検出する検出部と、前記強度分布に基づいて前記透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出する処理部とを有する。本発明の観測装置は、第1のホログラムの回折光の代わりに観測対象からの透過光または反射光を入力する。すなわち、本発明の観測装置は、ホログラフィックメモリの代わりに観測対象に光第一の参照光に相当を照射し、観測対象からの透過光または反射光を前述の空間直交振幅変調信号として処理することにより、透過光または前記反射光における光強度分布および光位相分布を算出する。以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されない。実施の形態1実施の形態1では、振幅変調と位相変調とを併用して生成された信号光空間直交振幅変調信号光を用いてホログラフィックメモリにデータページ2次元データを記録し、かつこのホログラフィックメモリから記録されたデータページを再生することができるホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。図1は、実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置の構成を示す模式図である。図1に示されるように、実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置100は、レーザ光源105、第1のビームスプリッタ110、空間直交振幅変調信号光生成部115、第1のレンズ120、第1のミラー125、第2のビームスプリッタ130、光シャッタ135、第2のレンズ140、可変位相シフタ145、第2のミラー150、第3のビームスプリッタ155、CCD160および処理部図示せずを有する。このホログラフィックメモリ記録再生装置100は、第1のレンズ120と第2のレンズ140との間に配置されたホログラフィックメモリ記録媒体165にデータページ第1のホログラムを記録し、このホログラフィックメモリ165からデータページを再生する。ホログラフィックメモリ165は、ホログラフィックメモリ記録再生装置100から取り外すことが可能であり、CDやDVDなどのようにリムーバブルメモリとして使用されうる。レーザ光源105は、ホログラフィックメモリにデータページ第1のホログラムを記録する際に用いられる信号光および参照光第1の参照光と、ホログラフィックメモリからデータページを再生する際に用いられる参照光第1の参照光および第2の参照光の光源である。第1のビームスプリッタ110は、レーザ光源105から出射されたレーザ光を信号光と参照光第1の参照光および第2の参照光とに分離する。空間直交振幅変調信号光生成部115は、ホログラフィックメモリにデータページを記録する際に、第1のビームスプリッタ110により分離された信号光の振幅強度および位相を変化させて、空間直交振幅変調信号を生成する。すなわち、空間直交振幅変調信号光生成部115は、空間直交振幅変調SQAMにより信号光にデータページ2次元データを担持させる。空間直交振幅変調SQAMでは、変調する信号の同相成分をIとし、直交成分をQとするとき、これらの信号を以下のように表わすことができる。ここで、光波の周波数をω、時間t、波数k、空間変数rとすると、三角関数の加法定理よりと表わされる。すなわち、信号の同相成分Iと直交成分Qを変調することは、光波の振幅Aと位相φを変調することと等価である。たとえば、空間直交振幅変調信号光生成部115は、図2に示されるように振幅変調を行う空間光変調器SLM1と位相変調を行う空間光変調器SLM2とから構成される。空間光変調器は、2次元の光信号画像などの振幅Ax,yおよび位相exp{iφx,yの空間分布を電気的に制御することができる。空間光変調器の例には、LCD透過型液晶、LCOS透過型液晶、DMDデジタルミラーデバイスなどが含まれる。なお、振幅変調または位相変調のみを行う場合には、1台の空間光変調器SLMを用いればよい。また、空間直交振幅変調信号光生成部115は、図3に示されるようにマイケルソンの干渉計を利用して、I信号とQ信号を独立並列に強度変調してから混合する構成であってもよい。I信号およびQ信号は、式1で表わされる強度信号である。図3に示される2つの空間光変調器SLM1およびSLM2は、いずれも振幅変調を行う反射型の空間光変調器である。I信号は、第1の空間光変調器SLM1によって振幅変調される。Q信号は、第2の空間光変調器SLM2によって振幅変調される。図3に示される態様では、SLM1とビームスプリッタBSとの間の光路長LIおよびSLM2とBSとの間の光路長LQをLI-LQ=λ/4となるように設定するλ:光波の波長。このようにすることで、直交振幅変調信号光の生成位置SにおけるI信号とQ信号の位相差がπ/2となる。したがって、以下に示されるように、図2に示される態様と等価な信号を得ることができる。第1のレンズ120は、空間直交振幅変調信号光生成部115により変調された信号光空間直交振幅変調信号光をフーリエ変換するとともに、ホログラフィックメモリ165の所望の位置に集光照射するためのレンズである。第1のミラー125は、第1のビームスプリッタ110により分離された参照光第1の参照光および第2の参照光を第2のビームスプリッタ130に入射させるためのミラーである。第2のビームスプリッタ130は、第1のビームスプリッタ110により分離された参照光を第1の参照光と第2の参照光とに分離する。すなわち、第2のビームスプリッタ130は、レーザ光分離部として機能する。光シャッタ135は、第2のビームスプリッタ130により分離された第2の参照光を遮断する。第2のレンズ140は、第1のレンズ120と等価なレンズであり、ホログラフィックメモリ165に記録されたホログラム第1のホログラムの回折光を逆フーリエ変換する。可変位相シフタ145は、第2のビームスプリッタ110により分離された第2の参照光の位相を変化させる。可変位相シフタ145の例には、液晶素子やピエゾ素子などが含まれる。第2のミラー150は、可変位相シフタ145により位相を変化させられた第2の参照光を第3のビームスプリッタ155に入射させるためのミラーである。第3のビームスプリッタ155は、第2のレンズ140により逆フーリエ変換された第1のホログラムの回折光と、可変位相シフタ145により位相を変化させられた第2の参照光とから第2のホログラムを生成する。可変位相シフタ145、第2のミラー150および第3のビームスプリッタ155は、ホログラム生成部として機能する。CCD160は、第2のホログラムの強度分布を検出する。検出された強度分布は、光電変換されて処理部に送られる。CCD160は、検出部として機能する。処理部図示せずは、光電変換された第2のホログラムの強度分布の情報を処理して、空間直交振幅変調信号を復調する。次に、本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置100を用いてホログラフィックメモリ165にデータページ2次元データを記録する手順について説明する。図4は、ホログラフィックメモリ記録再生装置100を用いてホログラフィックメモリ165にデータページ第1のホログラムを記録する様子を示す模式図である。図4に示されるように、ホログラフィックメモリ165にデータページを記録する際には、光シャッタ135により第2の参照光230を遮断する。この状態で、空間直交振幅変調信号光生成部115によって生成された信号光210空間直交振幅変調信号光と、第2のビームスプリッタ110により分離された第1の参照光220とをホログラフィックメモリ165の所定の位置に集光照射して、ホログラム第1のホログラムを記録する。このとき、ホログラフィックメモリ165の同一の位置に複数のホログラムまたはデータページを多重記録することももちろん可能である。多重記録の方法には、第1の参照光220の入射角度を変化させて多重記録する角度多重記録や、第1の参照光220の位相を変化させて多重記録する位相コード多重記録などが含まれる。次に、本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置100を用いてホログラフィックメモリ165に記録された第1のホログラムからデータページを復元する手順について説明する。図5は、ホログラフィックメモリ記録再生装置100を用いてホログラフィックメモリ165からデータページを読み出す様子を示す模式図である。図5に示されるように、ホログラフィックメモリ165からデータページを読み出す際には、空間直交振幅変調信号光生成部115の空間光変調器SLMにより信号光210を遮断する。空間光変調器の代わりに、光シャッタを信号光210の光路上に設置して信号光210を遮断してもよい。一方、第2の参照光230の光路上の光シャッタ135は、開放する。この状態で、第1の参照光220をホログラフィックメモリ165の所定の位置に集光照射して、第1のホログラムの回折光240を発生させる。そして、この第1のホログラムの回折光240と第2の参照光230とを干渉させることによって、第2のホログラム250を生成する。そして、CCD160は、この第2のホログラム250の強度分布Ix,yを光電変換し、2次元情報を復元する。このとき、第2の参照光230の位相を可変位相シフタ145によって変化させて、複数の第2のホログラムを生成し、光電変換によって得られる複数の2次元信号データを電気的に処理することによって、ホログラフィックメモリに記録された空間直交振幅変調信号を高精度に復調することができる。ここで、CCD160で検出された強度分布から、第1のホログラムに記録された空間直交振幅変調信号Ax,yexp{iφx,yを復調する2つの方法第1の方法および第2の方法について説明する。ここでは、記録されたN値位相情報がφnn=1,2,...,Nのいずれかであると仮定する。1第1の方法第1の方法では、第2の参照光230の位相をφ1,φ2,...φNと変化させて、特性の異なる第2のホログラムをN回生成する。このとき、第2のホログラムの再生光の強度が最も高いときの第2の参照光の位相が第1のホログラムに記録された位相情報であるとする。振幅情報については、図5に示される光シャッタ135を閉じ、第2のホログラムを生成せず、第1のホログラムの回折光240のみをCCD160で観測することによって、光電変換によって位相成分が自動的に除去されるため振幅情報Ax,yを復調できる。この方法は、デジタル信号処理の負担は小さいものの、変調信号における多値数Nと復調に必要な第2のホログラムの生成回数が等しいため、多値数Nが大きくなると位相情報の復調に必要なホログラム生成回数も増加してしまう。2第2の方法空間直交振幅変調信号光Ax,yexp{iφx,yを第1のホログラムに記録する際の第1の参照光220の複素振幅をRとすると、第1のホログラム面上に生ずる強度分布は、となる。式3の強度分布を第1のホログラムに光学的に記録すると、その振幅透過率分布はという形で記録される。ここで、T0およびt1は、第1のホログラムを構成する感光材料の種類や記録方式によって決まる定数である。空間直交振幅変調信号の復調過程において、まず、第1のホログラムを第1の参照光220によって再生した時に得られる光波は、式3、4よりとなる。式5において、第1のホログラムの再生時に生ずる回折光の信号成分は、右辺第4項に含まれる。それ以外の成分の光は、伝搬方向が異なるため空間フィルタなどで容易に除去することが可能である。したがって、第1のホログラムを再生して得られる第2のホログラムの記録光Sは、に比例する。ここで、ηは第1のホログラムの回折効率であり、η=t1|R|2である。また、ANは、空間フィルタで除去できなかった不要な回折光成分および第2のホログラムの記録光に混入する雑音成分である。式6の第2のホログラムの記録光240第1のホログラムの回折光の信号成分と第2の参照光230複素振幅R’によって、最初に第1のホログラムに記録された空間直交振幅変調信号がCCD上に生成される第2のホログラムに転写される。その際、第2の参照光230は、可変位相シフタ145によって以下の位相シフトを加えられるものとする。ここで、R0は複素振幅R’の振幅であり、imΔΨは位相である。また、mは、整数m=1,2,...,Mである。Mは、第2の参照光230の位相をシフトする回数であり、第2のホログラムの生成数に相当する。すなわち、mを1からMまで、つまり第2の参照光230の位相を変化させてM個の異なる第2のホログラムを生成し、同時にその再生を行う。このとき、CCD160の面上に生ずるm個目の第2のホログラムの強度分布は、となる。雑音成分であるANに比例する項は、第2の参照光230と干渉性を有しないためホログラム分布に寄与しない。ただし、AN2の成分は雑音となり、IN=AN2とすると、式8はと書ける。ここで、I0=η2A2R02とおくととなる。CCD160の光電変換効率が光強度に対してほぼ一定であり、その変換効率をqとすると、m個目のホログラム強度分布に対してCCD160から出力される電気信号強度Vmx,y=qImはとなる。上式におけるVNは、光電変換において生ずる雑音成分である。ここで、3つのパラメータa,b,cをとおくと、と表わされる。第2のホログラムの強度分布を検出する際に、Vmの実際の測定値がVm’になったとすると、測定者が知り得る情報は、Vm’とmΔΨである。そこで、となるようにここでmin.は最小値を表わす、未知のパラメータa,b,cをコンピュータなどを用いて決定すればよい。このように算出されたパラメータa,b,cを用いると、式11より、が得られ、空間直交振幅信号光の位相情報を復調することができる。また、同じく式11より、が得られ、空間直交振幅信号光の振幅情報を復調することができ、となる。すべてM個の第2のホログラムにおいて参照光の強さR0が一定であればとなる。以上のプロセスにおいて特徴的なことは、位相および振幅の多値数Nに関わらず、未知のパラメータの数はa,b,cの3つであることから、第2のホログラムを最低3回生成することでM=3、直交振幅変調信号光を復調することができる。これは、大きな多値数Nを用いたホログラフィックメモリを再生する場合に、第2のホログラムの生成回数がM=Nとなる第1の方法と比べて優位性がある。また、第2のホログラムの生成において第2の参照光230の強さを一定に保つことで、パラメータbとcによる信号の復調が可能であり、検出において生ずる雑音成分の影響パラメータaに含まれる雑音成分INおよびVNを受けない利点がある。次に、パラメータa,b,cの算出手順を述べる。まず、式13においてα=mΔΨとおき、パラメータa,b,cの各々で偏微分して0とおくと、が得られる。ここで、第2の参照光230に与える位相シフトのステップをΔΨ=2π/Mと設定すると、となるので、計算が大幅に容易となり、各パラメータはと求まる。この結果を式14および式17に代入するととなり、空間直交振幅変調信号の位相情報が求まる。振幅情報についてはより求められる。以上のように、実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置は、位相変調と振幅変調とを併用して生成された信号光空間直交振幅変調信号光を用いてホログラフィックメモリにデータページ2次元データを記録し、かつこのホログラフィックメモリからデータページを高精度に再生することができる。実施の形態2実施の形態1では、M個の第2のホログラムを生成する際に可変位相シフタを用いて第2の参照光の位相を変化させた。実施の形態2では、特別な干渉計を利用することで、可変位相シフタを用いずにM個の第2のホログラムを同時に生成するホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。実施の形態2のホログラフィックメモリ記録再生装置は、ホログラム生成部および検出部以外の各構成要素については実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置と同じである。そこで、ホログラム生成部および検出部についてのみ説明する。ここでは、一例としてとしたときの、実施の形態2のホログラフィックメモリ記録再生装置のホログラム生成部および検出部の構成を図6に示す。図6に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、第1のビームスプリッタ305、第2のビームスプリッタ310、第3のビームスプリッタ315、第4のビームスプリッタ320、位相シフタ325、第1のCCD330、第2のCCD335、第3のCCD340、第4のCCD345を有する。第1のビームスプリッタ305、第2のビームスプリッタ310、第3のビームスプリッタ315、第4のビームスプリッタ320および位相シフタ325は、ホログラム生成部として機能する。また、第1のCCD330、第2のCCD335、第3のCCD340および第4のCCD345は、検出部として機能する。図6において、第1の参照光220および第2の参照光230は、同一のレーザ光源から生じた互いに干渉性のあるレーザ光である。第1のビームスプリッタ305、第2のビームスプリッタ310、第3のビームスプリッタ315および第4のビームスプリッタ320は、それぞれ入射した光束を2つの光束に分割する。第1のビームスプリッタ305、第2のビームスプリッタ310、第3のビームスプリッタ315および第4のビームスプリッタ320は、図6に示される位置関係で配置される。図6に示されるように、第1のビームスプリッタ305には、第1のホログラムの回折光240が入射する。入射した第1のホログラムの回折光の一部は透過して第3のビームスプリッタ315に向かい、残部は反射して第4のビームスプリッタ320に向かう。同様に、第2のビームスプリッタ310には、第2の参照光230が入射する。入射した第2の参照光230の一部は反射して第3のビームスプリッタ315に向かい、残部は透過して第4のビームスプリッタ320に向かう。第3のビームスプリッタ315の第1の面には、第1のビームスプリッタ305を透過した第1のホログラムの回折光240が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の一部は反射して第1のCCD330に向かい、残部は透過して第2のCCD335に向かう。一方、第3のビームスプリッタ315の第2の面には、第2のビームスプリッタ310で反射した第2の参照光230が入射する。入射した第2の参照光230の一部は透過して第1のCCD330に向かい、残部は反射して第2のCCD335に向かう。第4のビームスプリッタ320の第1の面には、第1のビームスプリッタ305で反射した第1のホログラムの回折光240が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の一部は反射して第3のCCD340に向かい、残部は透過して第4のCCD345に向かう。一方、第4のビームスプリッタ320の第2の面には、第2のビームスプリッタ310を透過した第2の参照光230が入射する。入射した第2の参照光230の一部は透過して第3のCCD340に向かい、残部は反射して第4のCCD345に向かう。位相シフタ325は、図6に示されるように、第2のビームスプリッタ310と第4のビームスプリッタ320との間に配置される。位相シフタ325は、第2のビームスプリッタ310により分離された第2の参照光の位相を変化させる。第1のCCD330、第2のCCD335、第3のCCD340および第4のCCD345は、図6に示される位置関係で配置される。第1のCCD330は、第3のビームスプリッタ315で反射した第1のホログラムの回折光240と第3のビームスプリッタ315を透過した第2の参照光230とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第2のCCD335は、第3のビームスプリッタ315を透過した第1のホログラムの回折光240と第3のビームスプリッタ315で反射した第2の参照光230とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第3のCCD340は、第4のビームスプリッタ320で反射した第1のホログラムの回折光240と第4のビームスプリッタ320を透過した第2の参照光230とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第4のCCD345は、第4のビームスプリッタ320を透過した第1のホログラムの回折光240と第4のビームスプリッタ320で反射した第2の参照光230とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。図6に示される光学系は、第1のビームスプリッタ305と第3のビームスプリッタ315との間の光路長L1と、第2のビームスプリッタ310と第3のビームスプリッタ315との間の光路長L2と、第1のビームスプリッタ305と第4のビームスプリッタ320との間の光路長L3と、第2のビームスプリッタ310と第4のビームスプリッタ320との間の光路長L4とが、以下の式24を満たすように調整される。光学系の調整は、基準となる信号光をホログラム回折光240の代わりに与え、そのときの第1のCCD330上での光強度が最大となるように、各ビームスプリッタ305~320の位置を調整すればよい。このようにすることで、第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムが第1のCCD330上に生成される。また、ストークスStokesの関係式およびエネルギー保存則により、特定の信号位置x,yにおいて第1のCCD上での光強度が最大となるとき、同じ信号位置x,yにおいて第2のCCD335上での光強度は最小となる。したがって、第2の参照光230の位相がα=πであるときの第2のホログラムが第2のCCD335上に生成される。図6に示される構成で第2のホログラムを同時に生成できる理由について、図7を用いて説明する。図7は、図6の第3のビームスプリッタ315の周辺部分の拡大模式図である。図7に示されるように、第1のホログラムの回折光Aexpiφは、図面の左側から第3のビームスプリッタ315に入射している。この方向図面の左側から右側に向かう方向からの光に対する第3のビームスプリッタ315の振幅透過率をt第2のCCD335へ向かう成分とし、振幅反射率をr第1のCCD330へ向かう成分とする。また、R0で表わされる第2の参照光230は、図面の下側から第3のビームスプリッタ315に入射している。この方向図面の下側から上側に向かう方向からの光に対する第3のビームスプリッタ315の振幅透過率をt’第1のCCD330へ向かう成分、振幅反射率をr’第2のCCD335へ向かう成分とする。この場合、一般的にストークスの関係式および、エネルギー保存則が成立する記号は複素共役を表わす。ここで、第1のCCD330上に生ずるホログラム振幅は、式26を用いると、式8とほぼ同様の手順でと書ける。ここで、γは、反射率と透過率の積rtの位相角でありである。同様に、第2のCCD335上に生ずるホログラム振幅は、と書ける。ここで、式25を用いると、であるから、式28はと書ける。式27において、基準となる信号光をホログラム回折光の代わりに与え、そのときの第1のCCD330上での光強度が最大となるように光学系を調整すればφγ=0においてICCD1が最大、これは式9において、光強度の変化を表わすcos関数の中が0となる場合に相当するから、m=0、すなわち第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムが得られる光学条件と等しい。また、式27と式29を比較すると、干渉縞の符号が反転、すなわち、右辺第3項における干渉縞の位相がπシフトしていることがわかる光強度の変化を表わすcos関数の中に-πが含まれる。したがって、式29は、式9において、m=2、すなわち第2の参照光230の位相がα=πに相当する第2のホログラムが得られる光学条件と等しい。ここで、式27と式29において右辺の第1項および第2項の値は異なるが、これらは、となる標準的な光強度分岐比1:1のビームスプリッタハーフミラーを用いることで等しい値にすることができる。以上より、第1のCCD330上に第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムが生成され、第2のCCD335上に第2の参照光230の位相がα=πであるときの第2のホログラムが生成されることがわかる。次に、基準となる信号光との位相差がπ/2となる信号光をホログラム回折光の代わりに与え、その時の第3のCCD340上での光強度が最大となるように位相シフタ325を調整する。なお、この調整は、実施の形態1のホログラフィックメモリ再生装置の可変位相シフタにおける動作とは異なり、最初に一度だけ行えばよい。ここで、第4のビームスプリッタ320は、第3のビームスプリッタ315と振幅透過率と振幅反射率が同じであるとすると、第3のCCD340および第4のCCD345上に生ずるホログラム振幅はと書ける。式30は、式9においてm=1、すなわち第2の参照光230の位相がα=π/2であるときの第2のホログラムが得られる光学条件と等しい。また、式31は、式8においてm=3、すなわち第2の参照光230の位相がα=3π/2であるときの第2のホログラムが得られる光学条件と等しい。以上のように光学系を調整した後、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光と第2の参照光230とをこの光学系に導入すると、第2の参照光230の位相を変化させることなく、第2の参照光230の位相をα=0,π/2,π,3π/2に変化させた場合に等しい第2のホログラムが第1のCCD330、第2のCCD335、第3のCCD340および第4のCCD345上で同時に生成される。このようにして同時に得られる4枚の第2のホログラムから、電子的な処理によって信号を復調する手順は、実施の形態1で説明した第2の方法と同様である式18~式22参照。以上のように、実施の形態2のホログラフィックメモリ記録再生装置は、特別な干渉計を利用することで、可変位相シフタを用いずにM個の第2のホログラムを同時に生成して、空間直交振幅変調信号光を復調することができる。実施の形態3実施の形態2では、各ビームスプリッタ間の光路長を調整する必要があった。実施の形態3では、各ビームスプリッタ間の光路長を調整せずにM個の第2のホログラムを同時に生成するホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。実施の形態3のホログラフィックメモリ記録再生装置は、ホログラム生成部および検出部以外の各構成要素については実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置と同じである。そこで、ホログラム生成部および検出部についてのみ説明する。図8は、実施の形態3のホログラフィックメモリ記録再生装置のホログラム生成部および検出部の構成を示す模式図である。図8に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、半波長板405、可変位相シフタ410、λ/4波長板415、ビームスプリッタ420、第1の偏光ビームスプリッタ425、第2の偏光ビームスプリッタ430、第1のCCD435、第2のCCD440、第3のCCD445、第4のCCD450を有する。半波長板405、可変位相シフタ410、λ/4波長板415、ビームスプリッタ420、第1の偏光ビームスプリッタ425および第2の偏光ビームスプリッタ430は、ホログラム生成部として機能する。また、第1のCCD435、第2のCCD440、第3のCCD445および第4のCCD450は、検出部として機能する。図8において、第1の参照光220および第2の参照光230は、同一のレーザ光源から生じた直線偏光水平偏光;図面の面内方向のレーザ光である。半波長板405は、第1のホログラムの回折光240の光路上に配置され、第1のホログラムの回折光240の偏光角を45度回転する。可変位相シフタ410は、第2の参照光230の光路上に配置される。なお、可変位相シフタ410は、式23で示されるM=4、すなわち第2のホログラムの数が4またはそれ以下の場合には不要である。λ/4波長板415は、第2の参照光230の光路上に配置され、第2の参照光230の偏光状態を円偏光に変換する。ここで、円偏光とは、水平偏光成分と垂直偏光成分の位相差がπ/2である偏光状態を意味する。ビームスプリッタ420は、偏光依存性を有さないビームスプリッタである。ビームスプリッタ420の第1の面には、半波長板405により偏光角を変えられた第1のホログラムの回折光240が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の一部は反射して第1の偏光ビームスプリッタ425に向かい、残部は透過して第2の偏光ビームスプリッタ430に向かう。また、ビームスプリッタ420の第2の面には、λ/4波長板415により偏光状態を変えられた第2の参照光230が入射する。入射した第2の参照光230の一部は透過して第1の偏光ビームスプリッタ425に向かい、残部は反射して第2の偏光ビームスプリッタ430に向かう。第1の偏光ビームスプリッタ425および第2の偏光ビームスプリッタ430は、偏光依存性を有するビームスプリッタである。すなわち、第1の偏光ビームスプリッタ425および第2の偏光ビームスプリッタ430は、水平偏光の光を透過させ、垂直偏光の光を反射させる。第1の偏光ビームスプリッタ425および第2の偏光ビームスプリッタ430は、図8に示される位置関係で配置される。図8に示されるように、第1の偏光ビームスプリッタ425には、ビームスプリッタ420で反射した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ420を透過した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ425を透過して第1のCCD435に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ425で反射して第3のCCD445に向かう。同様に、第2の偏光ビームスプリッタ430には、ビームスプリッタ420を透過した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ420で反射した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ430を透過して第2のCCD440に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ430で反射して第4のCCD450に向かう。第1のCCD435、第2のCCD440、第3のCCD445および第4のCCD450は、それぞれ異なる第2のホログラムの強度分布を検出する。第1のCCD435、第2のCCD440、第3のCCD445および第4のCCD450は、図8に示される位置関係で配置される。第1のCCD435は、第1の偏光ビームスプリッタ425を透過した第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分と第2の参照光230の水平偏光成分とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第2のCCD440は、第2の偏光ビームスプリッタ430を透過した第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分と第2の参照光230の水平偏光成分とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第3のCCD445は、第1の偏光ビームスプリッタ425で反射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分と第2の参照光230の垂直偏光成分とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。第4のCCD450は、第2の偏光ビームスプリッタ430で反射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分と第2の参照光230の垂直偏光成分とにより生成された第2のホログラムの強度分布を検出する。図8に示される構成で第2のホログラムを同時に生成できる理由について、図8を用いて説明する。図8に示されるように、半波長板405は、第1の参照光220によって生成される第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の偏光角を45度回転させる。したがって、半波長板405を透過した第1のホログラムの回折光240は、図のAの位置において互いに同位相の水平偏光成分図面の面内方向、図中矢印で示すと垂直偏光成分図面の垂直方向、図中二重丸で示すを半分ずつ有することになる。一方、λ/4波長板415は、第2の参照光230の偏光状態を円偏光に変換する。したがって、λ/4波長板415を透過した第2の参照光230は、図のBの位置においては円偏光となっている図中丸で示す。前述の通り、円偏光とは、水平偏光成分と垂直偏光成分の位相差がπ/2である偏光状態を意味する。このようにして得られた、45度直線偏光の第1のホログラムの回折光240と円偏光の第2の参照光230は、ビームスプリッタ420に入射する。このビームスプリッタ420によって、第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムと第2の参照光230の位相がα=πであるときの第2のホログラムを同時に生成可能であることは、実施の形態2で説明した通りである。したがって、図のC方向に進む光波と図のD方向に進む光波とでは、位相がπずれた第2のホログラムが生成される。まず、第1のホログラムの回折光240および第2の参照光230がビームスプリッタ420に入射した後、ビームスプリッタ420から第1の偏光ビームスプリッタ425の方向図中Cの方向に進行する2つの光について説明する。図8に示されるように、第1のホログラムの回折光Aexpiφは、図面の左側からビームスプリッタ420に入射している。この方向図面の左側から右側に向かう方向からの光に対するビームスプリッタ420の振幅透過率をt第2のCCD440および第4のCCD450へ向かう成分とし、振幅反射率をr第1のCCD435および第3のCCD445へ向かう成分とする。また、第2の参照光R0は、図面の下側からビームスプリッタ405に入射している。この方向図面の下側から上側に向かう方向からの光に対するビームスプリッタ420の振幅透過率をt’第1のCCD435および第3のCCD445へ向かう成分、振幅反射率をr’第2のCCD440および第4のCCD450へ向かう成分とする。まず、第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および円偏光の第2の参照光230の水平偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ425を直進透過する。式27と同様の考察により、式25および式26を用いるととなり、第1のCCD435上に、第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムが生成される。同時に、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および円偏光の第2の参照光230の垂直偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ425を反射し、第3のCCD445側に進行する。このとき、円偏光の第2の参照光230は、水平偏光成分と垂直偏光成分の位相差がπ/2であるため、第3のCCD445上に生ずるホログラムは、となり、第2の参照光230の位相がα=π/2であるときの第2のホログラムが生成される。次に、第1のホログラムの回折光240および第2の参照光230がビームスプリッタ420に入射した後、ビームスプリッタ420から第2の偏光ビームスプリッタ430の方向図中Dの方向に進行する2つの光について説明する。まず、第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および円偏光の第2の参照光230の水平偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ430を直進透過する。式29と同様の考察により、となり、第2のCCD440上に、第2の参照光230の位相がα=πであるときの第2のホログラムが生成される。同時に、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および円偏光の第2の参照光230の垂直偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ430を反射し、第4のCCD450側に進行する。このとき、円偏光の第2の参照光230は、水平偏光成分と垂直偏光成分の位相差がπ/2であるため、第4のCCD450上に生ずるホログラムは、となり、第2の参照光230の位相がα=3π/2であるときの第2のホログラムが生成される。このような動作原理により、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光と第2の参照光230を導入すると、光路長を調整することなく、第2の参照光230の位相をα=0,π/2,π,3π/2に変化させた場合に等しい第2のホログラムが第1のCCD435、第2のCCD440、第3のCCD445および第4のCCD450上に同時に生成される。このようにして同時に得られる4枚の第2のホログラムから、電子的な処理によって信号を復調する手順は、実施の形態1で説明した第2の方法と同様である式18~式22参照。また、信号の復調精度を高めるためにM=4より大きな数の第2のホログラムを生成する場合には、可変位相シフタ410を利用すればよい。まず、可変位相シフタ410の位相差を0にして、第2の参照光230の位相をα=0,π/2,π,3π/2に変化させた場合と等価な4枚の第2のホログラムを生成する。その後、可変位相シフタ410によってπ/4の位相差を第2の参照光230に与えることによって、第2の参照光230の位相をα=π/4,3π/4,5π/4,7π/4に変化させた場合と等価な4枚の第2のホログラムを生成する。このようにして生成された合計8枚の第2のホログラムから式18~式22を用いて空間直交振幅変調信号を精密に復調することが可能になる。実施の形態4実施の形態3の光学系では、第2のホログラムを一度に4枚検出するためには、4台のCCDが必要であった。実施の形態4では、2台のCCDで第2のホログラムを一度に4枚検出するホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。実施の形態4のホログラフィックメモリ記録再生装置は、ホログラム生成部および検出部以外の各構成要素については実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置と同じである。そこで、ホログラム生成部および検出部についてのみ説明する。図9は、実施の形態4のホログラフィックメモリ記録再生装置のホログラム生成部および検出部の構成を示す模式図である。図9に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、半波長板505、可変位相シフタ510、λ/4波長板515、ビームスプリッタ520、第1のミラー525、第2のミラー530、偏光ビームスプリッタ535、第1のCCD540、第2のCCD545を有する。半波長板505、可変位相シフタ510、λ/4波長板515、ビームスプリッタ520、第1のミラー525、第2のミラー530および偏光ビームスプリッタ535は、ホログラム生成部として機能する。また、第1のCCD540および第2のCCD545は、検出部として機能する。図9において、第1の参照光220および第2の参照光230は、同一のレーザ光源から生じた直線偏光水平偏光;図面の面内方向のレーザ光である。半波長板505、可変位相シフタ510およびλ/4波長板515は、実施の形態3のものと同じものである。ビームスプリッタ520は、偏光依存性を有さないビームスプリッタである。ビームスプリッタ520の第1の面には、半波長板505により偏光角を変えられた第1のホログラムの回折光240が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の一部は反射して第1のミラー525に向かい、残部は透過して第2のミラー530に向かう。また、ビームスプリッタ520の第2の面には、λ/4波長板515により偏光状態を変えられた第2の参照光230が入射する。入射した第2の参照光230の一部は透過して第1のミラー525に向かい、残部は反射して第2のミラー530に向かう。第1のミラー525は、ビームスプリッタ520で反射した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ520を透過した第2の参照光230を偏光ビームスプリッタ535の第1の面に入射させるためのミラーである。第2のミラー530は、ビームスプリッタ520を透過した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ520で反射した第2の参照光230を偏光ビームスプリッタ535の第2の面に入射させるためのミラーである。偏光ビームスプリッタ535は、偏光依存性を有するビームスプリッタである。すなわち、偏光ビームスプリッタ535は、水平偏光の光を透過させ、垂直偏光の光を反射させる。偏光ビームスプリッタ535は、図9に示される位置関係で配置される。図9に示されるように、偏光ビームスプリッタ535の第1の面には、ビームスプリッタ520で反射した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ520を透過した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、偏光ビームスプリッタ535で反射して第1のCCD540に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、偏光ビームスプリッタ535を透過して第2のCCD545に向かう。偏光ビームスプリッタ535の第2の面には、ビームスプリッタ520を透過した第1のホログラムの回折光240およびビームスプリッタ520で反射した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、偏光ビームスプリッタ535を透過して第1のCCD540に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、偏光ビームスプリッタ535で反射して第2のCCD545に向かう。偏光ビームスプリッタ535の第1の面には、第1のミラー525側からの光が入射し、第2の面には、第2のミラー530側からの光が入射する。すなわち、偏光ビームスプリッタ535の表面および裏面に同時に光が入射する。このとき、第1のミラー525側からの光の光軸と、第2のミラー530側からの光の光軸がずれるように、第1のミラー525および第2のミラー530は配置されている図9参照。第1のCCD540および第2のCCD545は、図9に示される位置関係で配置される。第1のCCD540および第2のCCD545は、それぞれ、第2のホログラムが2枚ずつ生成される。すなわち、第1のCCD540は、偏光ビームスプリッタ535の第1の面で反射した光第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布と、偏光ビームスプリッタ535の第2の面を透過した光第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布とを検出する。一方、第2のCCD545は、偏光ビームスプリッタ535の第1の面を透過した光第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布と、偏光ビームスプリッタ535の第2の面で反射した光第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布とを検出する。図9に示される構成で第2のホログラムを同時に生成できる理由について、図9を用いて説明する。図9に示されるように、半波長板505は、第1の参照光220によって生成される第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の偏光角を45度回転する。したがって、半波長板505を透過した第1のホログラムの回折光240は、図のAの位置において互いに同位相の水平偏光成分図面の面内方向、図中矢印で示すと垂直偏光成分図面の垂直方向、図中二重丸で示すを半分ずつ有することになる。一方、λ/4波長板515は、第2の参照光230の偏光状態を円偏光に変換する。したがって、λ/4波長板515を透過した第2の参照光230は、図のBの位置においては円偏光となっている図中丸で示す。このようにして得られた、45度直線偏光の第1のホログラムの回折光240と円偏光の第2の参照光230は、ビームスプリッタ520に入射する。このビームスプリッタ520によって、第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムと第2の参照光230の位相がα=πであるときの第2のホログラムを同時に生成可能であることは、実施の形態2で説明した通りである。したがって、図のC方向に進む光波と図のD方向に進む光波とでは、位相がπずれた第2のホログラムが生成される。第1のホログラムの回折光240および第2の参照光230がビームスプリッタ520に入射した後、ビームスプリッタ520から第1のミラー525の方向図中Cの方向に進行する2つの光は、図面の左側から偏光ビームスプリッタ535に入射する。一方、ビームスプリッタ520から第2のミラー530の方向図中Dの方向に進行する2つの光は、図面の下側から偏光ビームスプリッタ535に入射する。すなわち、図のC方向に進む光と図のD方向に進む光は、異なる方向から同一の偏光ビームスプリッタ535に入射する。このとき、第1のミラー525側から入射する光が偏光ビームスプリッタ535に入射する位置と、第2のミラー530側から入手する光が偏光ビームスプリッタ535に入射する位置とをわずかにずらす。このようにすることによって、第1のCCD540の左半面において、第2の参照光の位相がα=π/2であるときの第2のホログラムが生成されると同時に、第1のCCD540の右半面において第2の参照光の位相がα=πであるときの第2のホログラムが生成される。また、第2のCCD545の下半面において、第2の参照光の位相がα=0であるときの第2のホログラムが生成されると同時に、第2のCCD545の上半面において、第2の参照光の位相がα=3π/2であるときの第2のホログラムが生成される。本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置では、1つのCCDの撮像領域を二つに分けて用いる。現在では、数千万画素を有する撮像素子を容易に入手できるため、この点は技術上の制約にはならない。むしろ、CCDなどの撮像素子の数が少なくて済むため、安価なシステムを構築できる利点が大きい。図10は、ホログラム生成部および検出部の別の構成を示す模式図である。図10に示される構成は、半波長板505の前に一組の偏光ビームスプリッタ第2の偏光ビームスプリッタ550および第3の偏光ビームスプリッタ555が配置されている点、およびλ/4波長板515の前に第2のビームスプリッタ560および第3のミラー565が配置されている点で、図9に示される構成と異なる。このようにすることで、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の垂直偏光成分α成分に対する第2のホログラムと、水平偏光成分β成分に対する第2のホログラムの両方を同時に生成することが可能となる。図10に示されるように、第1の参照光220によって生成される第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光を、一組の偏光ビームスプリッタ第2の偏光ビームスプリッタ550および第3の偏光ビームスプリッタ555で2つに分ける。また、第2の参照光230を、第2のビームスプリッタ560および第3のミラー565で2つに分ける。これにより、第1のCCD540および第2のCCD545の検出面のそれぞれ異なる領域に、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の垂直偏光成分α成分に対する4枚の第2のホログラムと、水平偏光成分β成分に対する4枚の第2のホログラムとを含む、8枚の第2のホログラムを同時に生成することができる。ホログラフィックメモリ165に記録されているホログラムが、垂直偏光成分および水平偏光成分の両方が生成される偏光型ホログラムである場合、特に、垂直偏光成分および水平偏光成分のそれぞれに別々の値振幅および位相を記録する偏光型ホログラムである場合に、図10に示されるホログラム生成部および検出部は、第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および水平偏光成分について同時に復調することができる。また、図10に示されるホログラム生成部および検出部を観測装置として用いる場合、この観測装置は、結晶などの複屈折性を有するサンプルから発生する垂直偏光成分および水平偏光成分を同時に観測することができる。実施の形態5実施の形態4の光学系では、第2のホログラムを一度に4枚検出するためには、2台のCCDが必要であった。実施の形態5では、1台のCCDで第2のホログラムを一度に4枚検出するホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。実施の形態5のホログラフィックメモリ記録再生装置は、ホログラム生成部および検出部以外の各構成要素については実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置と同じである。そこで、ホログラム生成部および検出部についてのみ説明する。図11は、実施の形態5のホログラフィックメモリ記録再生装置のホログラム生成部および検出部の構成を示す模式図である。図11に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、半波長板605、可変位相シフタ610、λ/4波長板615、第1のビームスプリッタ620、第1のミラー625、第2のミラー630、第1の偏光ビームスプリッタ635、第2の偏光ビームスプリッタ640、第3の偏光ビームスプリッタ645、第4の偏光ビームスプリッタ650、第2のビームスプリッタ655、CCD660を有する。半波長板605、可変位相シフタ610、λ/4波長板615、第1のビームスプリッタ620、第1のミラー625、第2のミラー630、第1の偏光ビームスプリッタ635、第2の偏光ビームスプリッタ640、第3の偏光ビームスプリッタ645、第4の偏光ビームスプリッタ650および第2のビームスプリッタ655は、ホログラム生成部として機能する。また、CCD660は、検出部として機能する。図11において、第1の参照光220および第2の参照光230は、同一のレーザ光源から生じた直線偏光水平偏光;図面の面内方向のレーザ光である。半波長板605、可変位相シフタ610、λ/4波長板615、第1のビームスプリッタ620、第1のミラー625および第2のミラー630は、実施の形態4のものと同じものである。第1の偏光ビームスプリッタ635、第2の偏光ビームスプリッタ640、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650は、偏光依存性を有するビームスプリッタである。すなわち、第1の偏光ビームスプリッタ635、第2の偏光ビームスプリッタ640、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650は、水平偏光の光を透過させ、垂直偏光の光を反射させる。図11に示されるように、第1の偏光ビームスプリッタ635および第2の偏光ビームスプリッタ640は、組み合わせて配置される。同様に、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650も、組み合わせて配置される。図11に示されるように、第1の偏光ビームスプリッタ635には、第1のビームスプリッタ620で反射した第1のホログラムの回折光240および第1のビームスプリッタ620を透過した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ635で反射して第2の偏光ビームスプリッタ640に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、第1の偏光ビームスプリッタ635を透過して第2のビームスプリッタ655に向かう。第2の偏光ビームスプリッタ640には、第1の偏光ビームスプリッタ635で反射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第2の偏光ビームスプリッタ640で反射して第2のビームスプリッタ655に向かう。第3の偏光ビームスプリッタ645には、第1のビームスプリッタ620を透過した第1のホログラムの回折光240および第1のビームスプリッタ620で反射した第2の参照光230が入射する。第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第3の偏光ビームスプリッタ645で反射して第4の偏光ビームスプリッタ650に向かう。一方、第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分は、第3の偏光ビームスプリッタ645を透過して第2のビームスプリッタ655に向かう。第4の偏光ビームスプリッタ650には、第3の偏光ビームスプリッタ645で反射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分が入射する。入射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分は、第4の偏光ビームスプリッタ640で反射して第2のビームスプリッタ655に向かう。なお、第1の偏光ビームスプリッタ635および第2の偏光ビームスプリッタ640の組み合わせの代わりに、台形型偏光プリズムを使用してもよい。同様に、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650の組み合わせの代わりに、台形型偏光プリズムを使用してもよい。第2のビームスプリッタ655は、偏光依存性を有さないビームスプリッタである。第2のビームスプリッタ655の第1の面には、第1の偏光ビームスプリッタ635を透過した第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分と、第2の偏光ビームスプリッタ640で反射した第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分とが入射する。これらの水平偏光成分および垂直偏光成分の光軸が互いにずれるように、第1の偏光ビームスプリッタ635および第2の偏光ビームスプリッタ640は配置されている図11参照。これらの水平偏光成分および垂直偏光成分は、第2のビームスプリッタ655を透過してCCD660に向かう。第2のビームスプリッタ655の第2の面には、第3の偏光ビームスプリッタ645を透過した第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分と、第4の偏光ビームスプリッタ650で反射した第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分とが入射する。これらの水平偏光成分および垂直偏光成分の光軸が互いにずれるように、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650は配置されている図11参照。これらの水平偏光成分および垂直偏光成分は、第2のビームスプリッタ655で反射してCCD660に向かう。第2のビームスプリッタ655の第1の面には、第1の偏光ビームスプリッタ635および第2の偏光ビームスプリッタ640側からの光が入射し、第2の面には、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650側からの光が入射する。すなわち、第2のビームスプリッタ655の表面および裏面に同時に光が入射する。このとき、第1の偏光ビームスプリッタ635由来の光の光軸と、第2の偏光ビームスプリッタ640由来の光の光軸と、第3の偏光ビームスプリッタ645由来の光の光軸と、第4の偏光ビームスプリッタ650由来の光の光軸とが互いにずれるように、第1の偏光ビームスプリッタ635、第2の偏光ビームスプリッタ640、第3の偏光ビームスプリッタ645および第4の偏光ビームスプリッタ650は配置されている図11参照。CCD660は、4枚の第2のホログラムの強度分布を検出する。すなわち、CCD660は、第1の偏光ビームスプリッタ635を透過した光第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布と、第2の偏光ビームスプリッタ640で反射した光第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布と、第3の偏光ビームスプリッタ645を透過した光第1のホログラムの回折光240の水平偏光成分および第2の参照光230の水平偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布と、第4の偏光ビームスプリッタ650で反射した光第1のホログラムの回折光240の垂直偏光成分および第2の参照光230の垂直偏光成分により生成された第2のホログラムの強度分布とを検出する。図11に示される構成のホログラム生成部および検出部は、図9に示される構成のホログラム生成部および検出部と同じ理由で、4枚の第2のホログラムを同時に生成することができる。なお、図11に示される例では、2つの偏光ビームスプリッタを紙面に対して水平方向に配置しているが、2つの偏光ビームスプリッタを紙面に対して垂直方向に配置してもよい。このようにすることで、1つのCCDの検出面上に、4枚の第2のホログラムを2段×2列に配置することができる。図12は、ホログラム生成部および検出部の別の構成を示す模式図である。図12に示される構成は、半波長板605の前に一組のビームスプリッタ第3のビームスプリッタ665および第4のビームスプリッタ670が配置されている点で、図11に示される構成と異なる。図12に示されるように、第1の参照光220によって生成される第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光を、一組のビームスプリッタ第3のビームスプリッタ665および第4のビームスプリッタ670で2つに分ける。これにより、1つのCCDの検出面のそれぞれ異なる領域に、8枚の第2のホログラムを同時に生成することができる。8枚の第2のホログラムの強度分布をそれぞれV1、V2、...、V8とし、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の位相をφx,yとし、一組のビームスプリッタ第3のビームスプリッタ665および第4のビームスプリッタ670による位相差をΨx,yとすると、より、が得られる。このΨの値を用いることで、α1=0、α2=Ψ、α3=π/2、α4=π/2Ψ、α5=π、α6=πΨ、α7=3/2π、α8=3/2πΨの8つの異なる干渉強度を観測することができる。このとき、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光の位相φx,yは、により算出される。このように、第1のホログラムの回折光240空間直交振幅変調信号光を2つに分岐させることで、一度に検出できる第2のホログラムの数を増大させることができる。第1のホログラムの回折光240の分岐数をさらに増大させれば、一度に検出できる第2のホログラムの数もさらに増大させることができる。たとえば、第1のホログラムの回折光240を3つに分岐させれば、12枚の第2のホログラムの強度分布を一度に測定することができる。また、図13に示されるように、位相シフタ675によって、前述の位相差Ψを予め特定の値に設定することも可能である。たとえば、Ψ1=π/4とすると、α1=0、α2=π/4、α3=π/2、α4=3π/4、α5=π、α6=5π/4、α7=3/2π、α8=7π/4の8つの異なる干渉強度を観測することができる。実施の形態6上記各実施の形態の光学系では、4つの撮像領域α=0、α=π/4、α=π/2、α=3π/4を設ける必要があった。実施の形態6では、2つの撮像領域α=0、α=π/2のみで空間直交振幅変調信号を復調することができるホログラフィックメモリ記録再生装置について説明する。実施の形態6のホログラフィックメモリ記録再生装置は、ホログラム生成部および検出部以外の各構成要素については実施の形態1のホログラフィックメモリ記録再生装置と同じである。そこで、ホログラム生成部および検出部についてのみ説明する。図14は、実施の形態6のホログラフィックメモリ記録再生装置のホログラム生成部および検出部の構成を示す模式図である。図14に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、半波長板705、λ/4波長板710、ビームスプリッタ715、偏光ビームスプリッタ720、第1のCCD725および第2のCCD730を有する。半波長板705、λ/4波長板710、ビームスプリッタ715および偏光ビームスプリッタ725は、ホログラム生成部として機能する。また、第1のCCD725および第2のCCD730は、検出部として機能する。図14において、第1の参照光220および第2の参照光230は、同一のレーザ光源から生じた直線偏光水平偏光;図面の面内方向のレーザ光である。また、第2の参照光230の強度R02は、既知の値であるとする。図14に示される光学系は、図8に示される実施の形態3の光学系から光線Dに関連する構成部材第2の偏光ビームスプリッタ430、第2のCCD440および第4のCCD450を除去したものと同様の構成である。実施の形態3において説明したように、第1のCCD725上には、第2の参照光230の位相がα=0であるときの第2のホログラムが生成され、第2のCCD730上には、第2の参照光230の位相がα=π/2であるときの第2のホログラムが生成される。なお、図14に示される光学系において、ビームスプリッタ715を除去し、半波長板705により偏光角を変えられた第1のホログラムの回折光240を偏光ビームスプリッタ720に直接入射させてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタ720の第1の面には、半波長板705により偏光角を変えられた第1のホログラムの回折光240が入射し、偏光ビームスプリッタ720の第2の面には、λ/4波長板710により偏光状態を変えられた第2の参照光230が入射する。ここで、前述の式9において、雑音成分INおよびANが十分に小さいと仮定すると、となる。計算を簡単にするためη=q=1とおき、第1のCCD725および第2のCCD730で計測される光強度分布の測定値が、それぞれV0x,yおよびVπ/2x,yであったとする。このとき、と書ける。ここで、とおくと、式41および式42より、となる。三角関数の公式を用いると、を得られる。式47をI0について解き、式43~式45を満たす解を求めると、x,yの各点においてが成立する。この結果を式44および式45に代入することによって、光複素振幅Ax,yexp{φx,y}を以下の式49から求めることができる。以上のように、検出系の雑音が小さい場合には、図14に示される簡易な光学系によって、光複素振幅Ax,yexp{φx,y}を1回の測定により計測することができる。図15は、ホログラム生成部および検出部の別の構成を示す模式図である。図15に示される構成は、1つのCCD835上に2つの撮像領域を形成している点で、図14に示される構成と異なる。図15に示されるように、ホログラム生成部および検出部は、半波長板805、λ/4波長板810、偏光ビームスプリッタ815、第1のミラー820、第2のミラー825、ビームスプリッタ830およびCCD835を有する。図15に示される簡易な光学系によっても、光複素振幅Ax,yexp{φx,y}を1回の測定により計測することができる。実施の形態3~6の効果信号光の空間的な位相の計測光複素振幅の計測、空間直交振幅変調信号の計測を含むには、信号光と別の光とを干渉させることによって位相を強度に変換する必要がある。観測対象の位相を精密に測定するためには、位相の異なる干渉光を用いる位相シフト干渉計測法が知られている。位相シフト干渉計測法は、シーケンシャル方式と並列位相シフト方式とに大別される。シーケンシャル方式では、可変位相シフタによって干渉光の位相を変化させて複数回の計測を行うIchirouYamaguchiandTongZhangPhaseshiftingdigitalholographyOptLettVol22pp12681270。一方、並列位相シフト方式では、空間位相アレイを通した信号光を用いて1度の計測を行うYasuhiroAwatsujiAtsushiFujiiToshihiroKubotaandOsamuMatobaParallelthreestepphaseshiftingdigitalholographyApplOptVol45pp29953002。シーケンシャル方式では、複数回の計測を行うため、別々の時刻の信号に位相差を与えて位相を計測する。このため、シーケンシャル方式には、観測対象の時間的な変動例えば、観測対象である微生物の運動などに対して大きな計測誤差が生じてしまうという問題がある。一方、並列位相シフト方式では、一組の空間位相アレイを通過する3~4つの信号は、観測対象の異なる位置から生じた信号である。並列位相シフト方式では、この空間位相アレイを通過した一組の信号に基づいて元信号を計算する。このため、並列位相シフト方式には、観測対象の位相値の空間的な変動が大きい場合例えば、観測対象の形状が複雑な場合、大きな計測誤差が生じてしまうという問題がある。これに対し、実施の形態3~6の方式には、以下の利点がある。まず、シーケンシャル方式で必要な複数回の計測を1度に行うことができるため、時間的な誤差がなく、システムの安定性および高速性が保たれる。また、並列位相シフト方式で必要な位相アレイを用いることなく、同一位置の元信号を複数のCCDで観測するため、空間的な誤差も生じない。たとえば、図8における4つのCCDの同一位置のピクセルで受信される信号は、同一時刻かつ同一位置から生じた信号をハーフミラーまたはビームスプリッタおよび偏光ビームスプリッタで位相差を与えながら生成している図6および図9~図15でも同様。すなわち、実施の形態3~6の計測方式は、シーケンシャル方式および並列位相シフト方式のいずれの欠点も有しておらず、かつシーケンシャル方式および並列位相シフト方式の両方の利点を有している。また、シーケンシャル方式では、可変位相シフタとしてピエゾ素子を用いるため、精度や安定性を確保するためには複雑な装置光学系が必要である。これに対し、実施の形態3~6の計測方式では、可変位相シフタによる精密な位相調整が不要である。また、実施の形態3~6の計測方式では、並列位相シフト方式で必要とされる高精度な新規のデバイス例えば、微小空間位相アレイなどの開発も不要である。すなわち、実施の形態3~6の計測方式は、従来からある安価な偏光素子およびCCDカメラがあれば実現できるという、産業化、低価格化および普及に向けての大きな利点を有している。なお、図6および図8~図15に示されるホログラム生成部および検出部は、観測対象からの透過光または反射光における強度および位相の2次元分布を観測する観測装置としても使用されうる実施例5,6参照。この場合は、ホログラフィックメモリ165の代わりに観測対象例えば、生体サンプルを設置する。また、第1のホログラムの回折光240の代わりに観測対象からの透過光または反射光空間直交振幅変調信号光を用いて第2のホログラムを生成する。なお、上記各実施の形態では、2光束干渉方式により記録を行う例について説明したが、ホログラムの記録方式はこれに限定されない。たとえば、コリニア方式により記録を行うようにしてもよい実施例参照。ホログラムの記録方式としては、信号光と参照光とで異なる角度の光を用いる2光束干渉方式が広く知られている。しかしながら、この方式は、光ディスク技術との整合性に問題がある。この問題を解消した方式としては、図16に示すように、信号光と参照光とを同一光軸に配置して、空間光変調器SLMの中心部をホログラム信号光の生成に用い、外周部を参照光パターンの生成に用いるコリニアホログラフィ法があるHideyoshiHorimaiXiaodiTanandJunLiCollinearHolographyApplOptVol44pp25752579。なお、図16には、反射型ホログラムの光学配置を示しているが、実施例に示すように、透過型ホログラムの光学配置であってもよい。図17に、コリニアホログラフィ法で記録および再生をする際の空間光変調器SLMのパターンの一例を示す。記録時には、図17Aに示されるように、中心部と外周部に分離したページデータを用い、中心部を信号光の形成、外周部を参照光の形成に用いている。中心部から出射する光信号光および外周部から出射する光参照光を1つの対物レンズで記録媒体例えば、光ディスクに集光照射して、両者の干渉パターンを記録する。再生時には、図17Bに示されるように、外周部から出射する光参照光のみを記録媒体に集光照射して、記録媒体から記録データを回折光として取り出す。コリニアホログラフィ法では、光スポットの位置を空間的にわずかにずらすことで、多重記録を行うことができるシフト多重。以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。[実施例1]実施例1では、本発明のホログラフィックメモリ記録再生装置を用いて、8値空間位相変調信号8-SPMの記録および再生のシミュレーションを行った結果を示す。図18は、シミュレーションに用いた本発明のホログラフィックメモリ記録再生装置の構成を示す模式図である。このホログラフィックメモリ記録再生装置は、コリニアホログラフィ法により第1のホログラムの記録および再生を行う。図18に示されるように、ホログラフィックメモリ記録再生装置900は、レーザ光源波長λ=5320nm、第1のミラーM1、ビームエキスパンダBE、第1のビームスプリッタBS1、第2のビームスプリッタBS2、第1の空間光変調器SLM1、第1のレンズL1、第1のアイリスIris1、第2のレンズL2、第2の空間光変調器SLM2、第3の空間光変調器SLM3、第3のレンズL3、第4のレンズL4、可変位相シフタピエゾ素子、第3のビームスプリッタBS3、第5のレンズL5、第2のアイリスIris2、第6のレンズL6、第2のミラーM2、第3のミラーM3およびCCDカメラを有する。このホログラフィックメモリ記録再生装置900は、第3のレンズL3と第4のレンズL4との間に記録媒体Photopolymerを設置して、記録および再生を行う。図18に示されるように、レーザ光源から出射された光は、第1のビームスプリッタBS1によって2つに分岐する。図面の下方向に向かう光は、第1のホログラムを生成する信号光および第1の参照光となる。一方、図面の右方向に向かう光は、第2のホログラムを生成する第2の参照光となる。第1のビームスプリッタBS1から図面の下方向に向かう光は、空間直交振幅変調信号生成部910に入射する。空間直交振幅変調信号生成部910では、光ビームの中心部図17Aにおけるデータページ領域が、位相変調型の第1の空間光変調器SLM1により空間的な位相変調が加えられ、強度変調型の第2の空間光変調器SLM2により空間的な振幅変調が加えられる。また、コリニアホログラフィ法では、図17Bに示されるように、光ビームの外周部をコリニアリングパターンと呼ばれる参照光として用いる。そこで、空間直交振幅変調信号生成部910では、強度変調型の第3の空間光変調器SLM3が、光ビームの外周部に第1の参照光に相当するコリニアリングパターンを生成する。なお、第2の空間光変調器SLM2は、中心部のみを使用し、第3の空間光変調器SLM3は外周部のみを使用することから、これらを合わせて1つの空間光変調器に置き換えてもよい。また、第1の空間光変調器SLM1、第2の空間光変調器SLM2および第3の空間光変調器SLM3の順番は、任意に変えてもよい。また、図18では、第1の空間光変調器SLM1として反射型空間光変調器を使用し、第2の空間光変調器SLM2および第3の空間光変調器SLM3として透過型空間光変調器を使用しているが、第1の空間光変調器SLM1、第2の空間光変調器SLM2および第3の空間光変調器SLM3のいずれの空間光変調器についても、反射型および透過型の空間光変調器を使用してもよい。このようにして生成された空間直交振幅変調信号および第1の参照光は、1つのビームとなり、記録媒体フォトポリマーに第1のホログラムを記録する。記録媒体に複数の第1のホログラムを記録するためには、記録媒体を移動させればよい例えば、ディスク状の記録媒体を回転させる。記録されたデータを再生する際には、第2の空間光変調器SLM2により光ビームの中心部データページ領域を遮断し、第3の空間光変調器SLM3により光ビームの外周部に第1の参照光に相当するコリニアリングパターンを生成する。このようにして生成された第1の参照光を記録媒体内の第1のホログラムに照射すると、第1のホログラムの回折光が生じる。図18に示されるように、記録媒体から生じた第1のホログラムの回折光は、ホログラム生成部920に入射する。一方、第1のビームスプリッタBS1から図面の右方向に向かう光は、第2のホログラムを生成するための第2の参照光となる。この光は、可変位相シフタ例えば、反射型ピエゾ素子によって必要な位相差が加えられた後、ホログラム生成部720に入射する。ホログラム生成部920では、第3のビームスプリッタBS3において第1のホログラムの回折光と第2の参照光とが混合されることにより、CCDカメラの検出面上に第2のホログラムが生成される。ここで、8値空間位相変調信号8-SPMのダイアグラムを図19に示す。図の横軸は実軸またはI軸と呼ばれ、縦軸は虚軸またはQ軸と呼ばれる。これらは、式1の変数IおよびQに対応する。ダイアグラム上にプロットされている点は、信号点と呼ばれる。複数の信号点によって、1セットの変調符号が表される。また、このダイアグラムが表す複素平面は、両軸の0点を中心として信号の振幅および位相を示している。0点からの距離が振幅を表し、0点に対する角度が位相を表している。したがって、中心から等距離に位置するが、中心に対して異なる角度に位置する複数のシンボルは、信号波形の振幅は等しいが、位相は互いに異なっている。本実施例では、図18に示されるホログラフィックメモリ記録再生装置を用いて、8値空間位相変調信号8-SPM;図19参照を記録および再生した場合のシミュレーションを行った。数値解析ツールは、FFT-BPMフーリエ変換ビーム伝搬法を用いたJunyaTanakaAtsushiOkamotoandMotokiKitanoDevelopmentofImageBasedStimulationforHolographicDataStorageSystembyFastFourierTransformBeamPropagationMethodJapaneseJournalofAppliedPhysicsVol48No3pp03A028。数値解析に用いたパラメータを表1に示す。記録に用いた3枚のデータページ1,2,3を図20Aに示す。図20Aにおいて、各データページの大きさは32×32ピクセルである。また、各ピクセルは8つの異なる位相情報で変調されているが、可視化のためグレースケールで描かれている。今回のシミュレーションでは、記録媒体としてフォトポリマーを仮定し、これらの3枚のデータページ1,2,3をシフトピッチ176μmで多重記録した。記録された第1のホログラムに、第1の参照光を照射して、第1のホログラムの回折光を発生させた。この第1のホログラムの回折光と第2の参照光とを混合することで、α=0,π/2,π,3π/2の4枚の第2のホログラムを生成した。各データページ1,2,3について、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布を図21~23に示す。図21は、データページ1の第2のホログラムの信号強度分布であり、図22は、データページ2の第2のホログラムの信号強度分布であり、図23は、データページ3の第2のホログラムの信号強度分布である。また、第2のホログラムの信号強度分布から式21を用いて復調されたデータページを図20Bに示す。図20Aオリジナルデータと図20B再生データを比較しても、結果の一致度が分かりにくいので、データページ1について、再生されたデータがどの位相情報を有するかについて、ヒストグラムにしたものを図24に示す。図24より、8値の空間位相変調信号が明瞭に分離されていることが分かる。図24のデータにおいて、光検出器の検出精度を12ビットとしたときのシンボルエラーレートは13×10-2であり、現状のホログラフィックメモリにおけるエラー訂正能力を考慮すると、実用上十分な性能といえる。[実施例2]実施例2では、本発明のホログラフィックメモリ記録再生装置を用いて、8値空間直交振幅変調信号8-SQAMの記録および再生のシミュレーションを行った結果を示す。信号点を円上に並べるだけでは8つ程度の位相状態より多くを配列しようとすると互いの信号波形が類似してしまい、位相変調だけで余り多くの信号状態を詰め込むのは好ましくない。そこで、位相変調に振幅変調も加えることでより多くの信号状態を持たせた変調方式が空間直交振幅変調である。本実施例で用いた8値空間直交振幅変調信号8-SQAMのダイアグラムを図25に示す。各信号点は、振幅2値および位相4値のいずれかの値を取ることができ、1つの信号点で合計8つの値を表現することができる。本実施例では、実施例1と同様に、図18に示されるホログラフィックメモリ記録再生装置を用いて、8値空間直交振幅変調信号8-SQAMを記録および再生した場合のシミュレーションを行った。数値解析ツールとしては、実施例1と同一のFFT-BPMフーリエ変換ビーム伝搬法を用いた。数値解析に用いたパラメータを表2に示す。記録に用いたデータページ空間直交振幅変調信号を図26に示す。図26に示されるように、データページの大きさは8×8ピクセルである。データページの各ピクセルは、図26Aに示される振幅情報Ax,yおよび図26Bに示される位相情報φx,yの両方の値を有している。すなわち、図26Aに示される振幅情報Ax,yおよび図26Bに示される位相情報φx,yを合わせて1つのデータページが表現される。図26Aにおける明部と暗部の振幅比は2:1であるが、強度比では4:1となる。実際の記録光強度は、明部が137mWであり、暗部が034mWである。図26Bに示される位相情報は、可視化のためグレースケールで描かれている。4値の位相は、白色=π、薄灰色=π/2、濃灰色=0、黒色=-π/23π/2である。今回のシミュレーションでは、記録媒体として標準的なフォトポリマーを仮定し、表2に示す条件で記録した。このようにして得られた第1のホログラムに、第1の参照光を照射して、第1のホログラムの回折光を発生させた。この第1のホログラムの回折光と第2の参照光とを混合することで、α=0,π/2,π,3π/2の4枚の第2のホログラムを生成した。図27は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。CCDによる検出では、データページ内の1つのピクセルデータピクセルに対して、8×8のCCDピクセルで検出した。したがって、必要なCCDピクセル数は、64×64ピクセルとなる。ただし、これは必須の条件ではなく、データページの1つのピクセルに対して、1つのCCDピクセルで検出を行うことも可能である。また、第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点でのデータを復元したものを図28に示す。さらに、図28に示されるデータについて、各データピクセル内で平均化処理を行った結果を図29に示す。ここまでの処理で得られた結果は、アナログデータである。そこで、最後に、図29に示されるデータについて、閾値処理を行って、振幅2値、位相4値のデジタルデータに復調したものを図30に示す。図26に示されるオリジナルデータと図30に示される復調したデータを比較すると、位相面上に1カ所のデータエラーが発生しているが図中で示す、その他は振幅および位相共に完全に復調されており、良好な結果が得られた。[実施例3]実施例3では、本発明のホログラフィックメモリ記録再生装置実施の形態1参照を用いて、6値空間直交振幅変調信号6-SQAMの記録および再生を実際に行った結果を示す。本実施例では、図31に示されるホログラフィックメモリ記録再生装置を用いて、図32に示される強度2値および位相3値の6値空間直交振幅変調信号6-SQAMを記録および再生した。図31は、実験に用いた本発明のホログラフィックメモリ記録再生装置の構成を示す模式図である。このホログラフィックメモリ記録再生装置は、コリニアホログラフィ法により第1のホログラムの記録および再生を行う。図31に示されるように、ホログラフィックメモリ記録再生装置1000は、レーザ光源、ビームエキスパンダBE、第1のアイリスIris1、第1の半波長板HWP1、偏光ビームスプリッタPBS、第1のビームスプリッタBS1、第1の空間光変調器SLM1、第1のレンズL1、第2のアイリスIris2、第2の半波長板HWP2、第2のレンズL2、偏光子Pol.、第2の空間光変調器SLM2、検光子Ana.、第3のレンズL3、第3のアイリスIris3、第4のレンズL4、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第3の半波長板HWP3、第1のNDフィルタNDF1、第2のビームスプリッタBS2、可変位相シフタピエゾ素子、第3のビームスプリッタBS3、第4のアイリスIris4、第7のレンズL7、第2のNDフィルタNDF2およびCCDカメラを有する。このホログラフィックメモリ記録再生装置1000は、第5のレンズL5と第6のレンズL6との間に記録媒体Photopolymerを設置して、記録および再生を行う。図31に示されるように、レーザ光源から出射された光波長532nmは、偏光ビームスプリッタPBSによって2つに分岐する。図面の上方向第1のビームスプリッタBS1側に向かう光は、第1のホログラムを生成する信号光および第1の参照光となる。一方、図面の左方向第2のビームスプリッタBS2側に向かう光は、第2のホログラムを生成する第2の参照光となる。記録媒体にはフォトポリマーを使用し、レーザ光の照射時間は1分間とした。偏光ビームスプリッタPBSから図面の上方向第1のビームスプリッタBS1側に向かう光は、空間直交振幅変調信号生成部1010に入射する。空間直交振幅変調信号生成部1010では、光ビームの中心部が、位相変調型の第1の空間光変調器SLM1により空間的な位相変調が加えられ、強度変調型の第2の空間光変調器SLM2により空間的な振幅変調が加えられる。記録に用いたデータページ空間直交振幅変調信号の論理値を図33Aに示し、物理値を図33Bに示す。図33に示されるように、データページの大きさは3×5ピクセルである。データページの各ピクセルは、図33の左側に示される振幅情報Ax,yおよび図33の右側に示される位相情報φx,yの両方の値を有している。すなわち、図33の左側に示される振幅情報Ax,yおよび図33の右側に示される位相情報φx,yを合わせて1つのデータページが表現される。図33において明部と暗部の強度比は3:1程度とした。図33に示される位相情報は、可視化のためグレースケールで描かれている。3値の位相は、白色=π、灰色=π/2、黒色=0である。本実施例において、図32に示されるダイアグラムの下半面を用いなかったのは、実験で使用した第1の空間光変調器SLM1の位相可変範囲が0~πに制限されていたためである。図33Bにおいて、位相パターンの信号ピクセルは、強度パターンの信号ピクセルよりも小さく設定されている。位相パターンの信号ピクセルの周辺部は、0とπの細かなランダムパターンとした。この理由は2つある。1つ目の理由は、強度と位相のピクセルマッチングを行う際にマッチングのずれに対するマージンを確保するためである。2つ目の理由は、信号ピクセルの周辺にランダム位相パターンを入れることによって、空間周波数分布を広げて、再生光の品質を向上させるためである。また、コリニアホログラフィ法では、図34に示されるように、光ビームの外周部をコリニアリングパターンと呼ばれる参照光として用いる。そこで、空間直交振幅変調信号生成部1010では、強度変調型の第2の空間光変調器SLM2が、光ビームの外周部に第1の参照光に相当するコリニアリングパターンを生成する。このようにして生成された空間直交振幅変調信号および第1の参照光は、1つのビームとなり、フォトポリマー記録媒体に第1のホログラムを記録する。記録されたデータを再生する際には、第2の空間光変調器SLM2により光ビームの中心部データページ領域を遮断し、かつ光ビームの外周部に第1の参照光に相当するコリニアリングパターンを生成する。このようにして生成された第1の参照光を記録媒体内の第1のホログラムに照射すると、第1のホログラムの回折光が生じる。図31に示されるように、記録媒体から生じた第1のホログラムの回折光は、ホログラム生成部1020に入射する。一方、偏光ビームスプリッタPBSから図面の左方向第2のビームスプリッタBS2側に向かう光は、第2のホログラムを生成するための第2の参照光となる。この光は、可変位相シフタ反射型ピエゾ素子によって位相を0,π/2,π,3π/2と変化させられた後、ホログラム生成部820に入射する。ホログラム生成部820では、第3のビームスプリッタBS3において第1のホログラムの回折光と第2の参照光とが混合されることにより、CCDの検出面上に第2のホログラムが生成される。図35は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点でのデータを復元、平均化処理および閾値処理を行って、振幅2値、位相3値のデジタルデータに復調したものを図36に示す。図33Aに示されるオリジナルデータと図36に示される復調したデータを比較すると、振幅面上に2カ所のデータエラーが発生しているが図中で示す、その他は振幅および位相共に完全に復調されており、良好な結果が得られた。[実施例4]実施例4では、本発明の復調装置実施の形態4参照を用いて、6値空間直交振幅変調信号6-SQAMの復調を実際に行った結果を示す。本実施例では、図37に示される復調装置を用いて、図32に示される強度2値および位相3値の6値空間直交振幅変調信号6-SQAMを復調した。前述の通り、図32に示されるダイアグラムの下半面を用いなかったのは、実験で使用した第2の空間光変調器SLM2の位相可変範囲が0~πに制限されていたためである。図37は、実験に用いた本発明の復調装置の構成を示す模式図である。この復調装置1100では、空間直交振幅変調信号光生成部1110で6値空間直交振幅変調信号6-SQAMを生成し、ホログラム生成部1120で6値空間直交振幅変調信号6-SQAMを復調した。図37に示されるホログラム生成部1120の構成は、図9に示されるホログラム生成部および検出部の構成と同じである。図37に示されるように、復調装置1100は、レーザ光源、ビームエキスパンダBE、第1の半波長板HWP1、第1の偏光ビームスプリッタPBS1、偏光子Pol.、第1の空間光変調器SLM1、検光子Ana.、第1のレンズL1、第1のミラーM1、第1のアイリスIris1、第2のレンズL2、第1のビームスプリッタBS1、第2の空間光変調器SLM2、第3のレンズL3、第2のアイリスIris2、第4のレンズL4、絞りAperture、第2の半波長板HWP2、λ/4波長板QWP、第2のビームスプリッタBS2、第2のミラーM2、第3のミラーM3、第2の偏光ビームスプリッタPBS2、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7、第8のレンズL8、第1のCCDカメラCCD1および第2のCCDカメラCCD2を有する。図37に示されるように、レーザ光源から出射された光波長532nmは、第1の偏光ビームスプリッタPBS1によって2つに分岐する。図面の左方向第1の空間光変調器SLM1側に向かう光は、信号光となる。一方、図面の下方向第2のビームスプリッタBS2側に向かう光は、ホログラム第2のホログラムを生成するための参照光第2の参照光となる。第1の偏光ビームスプリッタPBS1から図面の左方向第1の空間光変調器SLM1側に向かう光は、空間直交振幅変調信号生成部1110に入射する。空間直交振幅変調信号生成部1110では、光ビームの中心部が、強度変調型の第1の空間光変調器SLM1により空間的な振幅変調が加えられ、位相変調型の第2の空間光変調器SLM2により空間的な位相変調が加えられる。変調に用いたデータページ空間直交振幅変調信号の論理値を図38に示す。図38に示されるように、データページの大きさは6×6ピクセルである。データページの各ピクセルは、図38の左側に示される振幅情報Ax,yおよび図38の右側に示される位相情報φx,yの両方の値を有している。すなわち、図38の左側に示される振幅情報Ax,yおよび図38の右側に示される位相情報φx,yを合わせて1つのデータページが表現される。図38において明部と暗部の強度比は3:1程度とした。図38に示される位相情報は、可視化のためグレースケールで描かれている。3値の位相は、白色=π、灰色=π/2、黒色=0である。変調されたデータを復調する際には、ホログラム生成部1120において信号光と参照光とを干渉させる。空間直交振幅変調信号光生成部1110で生成された信号光は、第2の半波長板HWP2を透過して45°の直線偏光に調整される。一方、第1の偏光ビームスプリッタPBS1から図面の下方向第2のビームスプリッタBS2側に向かう参照光は、λ/4波長板QWPを透過して円偏光に変換される。これらの信号光および参照光を第2のビームスプリッタBS2に入射させることで、互いに位相がπずれた干渉縞が生成される。さらに、第2のビームスプリッタBS2からの出射光を第2の偏光ビームスプリッタPBS2に入射させることで、位相がπ/2ずれた干渉縞が生成される。以上のプロセスにより、第1のCCDカメラCCD1の検出面のそれぞれ異なる領域に、α=π/2およびα=πの2枚の第2のホログラムが同時に生成される。また、第2のCCDカメラCCD2の検出面のそれぞれ異なる領域に、α=3π/2およびα=0の2枚の第2のホログラムが同時に生成される。これらの4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布から、6値空間直交振幅変調信号6-SQAMを復調した。図39は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点でのデータを復元したものを図40Aに示し、さらに平均化処理および閾値処理を行って、振幅2値、位相3値のデジタルデータに復調したものを図40Bに示す。図38に示されるオリジナルデータと図40Bに示される復調したデータを比較すると、振幅および位相共に完全に復調されており、良好な結果が得られた。なお、図37に示される構成において、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7および第8のレンズL8は、無くてもよい。これらのレンズが無い場合、空間直交振幅変調信号に含まれる強度情報および位相情報がフレネル回折の影響を受ける。この場合、第2のホログラムの信号強度分布を用いて信号を復調した後、フレネル回折の影響を数値計算によって差し引くことによって、空間直交振幅変調信号に含まれる元の強度情報および位相情報を求めることができる。[実施例5]実施例5では、本発明の観測装置実施の形態4参照を用いて、生体観測を行った結果を示す。本実施例では、図41に示される観測装置を用いて、ミジンコDaphniapulexおよびセイヨウミツバチApismelliferaの後肢を観測した。図41は、実験に用いた本発明の観測装置の構成を示す模式図である。図41に示されるホログラム生成部1210の構成は、図9に示されるホログラム生成部および検出部の構成と同じである。図41に示されるように、観測装置1200は、レーザ光源、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第1の半波長板HWP1、第1の偏光ビームスプリッタPBS1、第1のミラーM1、第2のミラーM2、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第2の半波長板HWP2、λ/4波長板QWP、ビームスプリッタBS、第3のミラーM3、第4のミラーM4、第2の偏光ビームスプリッタPBS2、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7、第8のレンズL8、第1のCCDカメラCCD1および第2のCCDカメラCCD2を有する。この観測装置1200は、第1のミラーM1と第2のミラーM2との間に生体サンプルObjectを設置して、観測を行う。図41に示されるように、レーザ光源から出射された光波長532nmは、第1の偏光ビームスプリッタPBS1によって2つに分岐する。図面の左方向第1のミラーM1側に向かう光は、信号光観測対象からの透過光または反射光となる。一方、図面の下方向λ/4波長板QWP側に向かう光は、ホログラム第2のホログラムを生成するための参照光第2の参照光となる。第1の偏光ビームスプリッタPBS1から図面の左方向第1のミラーM1側に向かう光は、生体サンプルObjectに入射する。生体サンプルObject内を光が透過することで、または生体サンプルObjectにおいて光が反射することで、生体サンプルObjectの振幅特性および位相特性に対応する空間直交振幅変調信号が生成される。以後のプロセスは、実施の形態4および実施例4で説明したプロセスと同一である。最終的に、空間直交振幅変調信号に含まれる強度分布および位相分布が復調される。これらは、それぞれ、生体サンプルObjectの透過光強度分布および透過光位相分布または反射光強度分布および反射光位相分布に相当する。図42および図43は、ミジンコの観測結果を示す。図42は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、図43は、図42に示される第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図44および図45は、セイヨウミツバチの後肢の観測結果を示す。図44は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、図45は、図44に示される第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図43および図45の結果から、本発明の観測装置により、生体サンプルの透過光強度分布および透過光位相分布または反射光強度分布および反射光位相分布を観測できることがわかる。なお、図41に示される構成において、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7および第8のレンズL8は、無くてもよい。これらのレンズが無い場合、生体サンプル由来の空間直交振幅変調信号に含まれる強度情報および位相情報がフレネル回折の影響を受ける。この場合、第2のホログラムの信号強度分布を用いて信号を復調した後、フレネル回折の影響を数値計算によって差し引くことによって、生体サンプル由来の空間直交振幅変調信号に含まれる元の強度情報および位相情報を求めることができる。[実施例6]実施例6では、本発明の観測装置実施の形態4参照を用いて、偏光観測を行った結果を示す。本実施例では、図46に示される観測装置を用いて、晶質石灰岩の薄片を観測した。図46は、実験に用いた本発明の観測装置の構成を示す模式図である。図46に示されるホログラム生成部1310の構成は、図9に示されるホログラム生成部および検出部の構成と同じである。図46に示されるように、観測装置1300は、レーザ光源、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第1の半波長板HWP1、第1の偏光ビームスプリッタPBS1、第2の半波長板HWP2、第1のミラーM1、偏光子Pol.、第2のミラーM2、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第3の半波長板HWP3、λ/4波長板QWP、ビームスプリッタBS、第3のミラーM3、第4のミラーM4、第2の偏光ビームスプリッタPBS2、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7、第8のレンズL8、第1のCCDカメラCCD1および第2のCCDカメラCCD2を有する。この観測装置1300は、第1のミラーM1と偏光子Pol.との間にサンプルObjectを設置して、観測を行う。図46に示されるように、レーザ光源から出射された光波長532nmは、第1の偏光ビームスプリッタPBS1によって2つに分岐する。図面の左方向第2の半波長板HWP2側に向かう光は、信号光観測光となる。一方、図面の下方向λ/4波長板QWP側に向かう光は、ホログラム第2のホログラムを生成するための参照光第2の参照光となる。第1の偏光ビームスプリッタPBS1から図面の左方向第2の半波長板HWP2側に向かう光は、水平偏光図面の面内方向に平行な偏光である。第2の半波長板HWP2は、この水平偏光の光の偏光角を45度回転する。45度直線偏光の光は、サンプルObjectに入射する。サンプルObject内を光が透過することで、またはサンプルObjectにおいて光が反射することで、サンプルObjectの偏光特性に依存した振幅変調および位相変調を受けた光が、空間直交振幅変調信号光複素振幅として生成される。空間直交振幅変調信号は、偏光子Pol.に入射する。このときの偏光子Pol.の角度によって、空間直交振幅変調信号のどちらの偏光成分水平偏光P偏光または垂直偏光S偏光について観測するかを選択することができる。偏光子Pol.の角度を調整することで、任意の偏光成分を観測することができる。以後のプロセスは、実施の形態4で説明したプロセスと同一である。最終的に、選択した偏光成分についての、空間直交振幅変調信号に含まれる強度分布および位相分布が復調される。これらは、それぞれ、選択した偏光成分についての、サンプルObjectの透過光強度分布および透過光位相分布または反射光強度分布および反射光位相分布に相当する。図47および図48は、水平偏光P偏光成分の観測結果を示す。図47は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、図48は、図47に示される第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図49および図50は、垂直偏光S偏光成分の観測結果を示す。図49は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、図50は、図49に示される第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図48および図50の結果から、偏光子の角度を変えることで、光透過特性が変化することがわかる。このように、本発明の観測装置により、結晶の複屈折性を確認することができる。なお、図46に示される構成において、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第5のレンズL5、第6のレンズL6、第7のレンズL7および第8のレンズL8は、無くてもよい。これらのレンズが無い場合、晶質石灰岩由来の空間直交振幅変調信号に含まれる強度情報および位相情報がフレネル回折の影響を受ける。この場合、第2のホログラムの信号強度分布を用いて信号を復調した後、フレネル回折の影響を数値計算によって差し引くことによって、晶質石灰岩由来の空間直交振幅変調信号に含まれる元の強度情報および位相情報を求めることができる。[実施例7]実施例7では、本発明の観測装置実施の形態4,6参照を用いて、偏光観測を行った結果を示す。本実施例では、図41に示される観測装置を用いて、ナメクジウオBranchiostomabelcheriの切片を観測した。図51および図52は、4枚の第2のホログラムα=0、α=π/4、α=π/2、α=3π/4を生成する実施の形態4の手順による観測結果を示す。図51は、4枚の第2のホログラムを光電変換して得られた信号強度分布である。また、図52は、図51に示される第2のホログラムの信号強度分布から式21および式22を用いて、各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図53は、2枚の第2のホログラムα=0、α=π/2を生成する実施の形態6の手順による観測結果を示す。図53は、2枚の第2のホログラムの信号強度分布から各CCDピクセル点での透過光強度および透過光位相を計算した結果である。図52および図53の結果から、簡易な装置を用いて光複素振幅を計測できることがわかる。本出願は、2010年10月19日出願の特願2010-234640に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。"