JP2004139021A - Hologram recording apparatus and hologram recording method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置およびホログラム記録方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ホログラム記録媒体にデータを記録するホログラム記録装置が開発されている。
図15に従来のホログラム記録装置500を示す。レーザ光源110から出射したレーザ光Lのビーム径をビームエキスパンダ120で拡大し、ハーフミラー130で参照光L00と信号光L01の2つに分割する。参照光L00はそのまま、信号光L01は複数画素を有する液晶素子140を通過させた後にホログラム記録媒体Mに投射される。参照光L00と信号光L01とが干渉して形成された干渉縞がホログラム記録媒体Mに記録される。
ここで、液晶素子130の各画素の透過、遮蔽パターンを設定することで、ホログラム記録媒体Mに所望のデータを記録することができる。
データを記録したホログラム記録媒体Mに参照光L00のみを照射すると、参照光L00がホログラム記録媒体M中の干渉縞によって回折される。その結果、記録時に液晶素子に表示されたパターンに対応する回折光が発生し、この回折光を例えば、CCD等の撮像素子180で受光することで記録したデータの再生が行える(図16参照)。
なお、ページ内ムラが存在する体積多重ホログラムにおいて、ムラによる信号読み取りエラーを除去する技術が開示されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−197947号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶素子は反応速度が必ずしも速いとはいえず、表示の切り替えに数十m秒程度を要するのが通例である。このため、ホログラム記録媒体にデータを記録するときに時間がかかっていた。
上記に鑑み、本発明は液晶素子によらずに、ホログラム記録媒体へのデータの記録を行うホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
A.上記に鑑み本発明に係るホログラム記録装置は、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入射し、該入射したレーザ光の回折を制御して出射させる回折制御素子と、前記回折制御素子から出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、を具備することを特徴とする。
回折制御素子で回折状態が制御された光をホログラム記録媒体に集光させることで、回折制御素子での回折状態に対応した情報をホログラム記録媒体に記録させることができる。
ここで、ホログラム記録装置はホログラム記録媒体を内蔵しても良いし、あるいはホログラム記録媒体を交換可能としても良い。ホログラム記録媒体を交換可能とした場合には、ホログラム記録媒体を保持するためのステージを有することが好ましい。
【0006】
(1)ホログラム記録装置が、前記回折制御素子と前記集光素子の間にあって、前記回折制御素子から出射した回折光から所定次数の回折光成分を抽出する回折光成分抽出素子をさらに具備してもよい。
回折光成分抽出素子によって回折光から所定次数の回折光成分を抽出することで回折光の強度を変化させ、ホログラム記録媒体にデータを光の強弱として記録することができる。
なお、回折光成分抽出素子の一例として、凸レンズとスリットの組み合わせが考えられる。この組み合わせにより、1次以上の回折光成分を除去して0次回折光のみを抽出することが簡便に行える。
【0007】
(2)前記回折制御素子が、前記入射したレーザ光の回折を互いに独立して制御する個別回折制御素子を複数有してもよい。
個別回折制御素子の個数に対応した情報をホログラム記録媒体に記録することが可能になり、より高密度の記録が可能となる。
このときの個別回折制御素子の配列として、一次元(線状)あるいは二次元(平面状)の配列が考えられる。
【0008】
1)前記個別回折制御素子が、それぞれからの出射光の位相差を制御する第1、第2の位相制御要素を有してもよい。
第1、第2の位相制御要素から出射される出射光同士の位相差を制御することで、この出射光を合成した光の回折状態を制御することができる。この場合に、第3以上の位相制御要素が追加されていても差し支えない。
【0009】
ここで、前記第1、第2の位相制御要素はある程度小さい(光の波長程度かそれよりも小さい)場合が多いので、このそれぞれからの出射光は該第1、第2の位相制御要素によって回折された回折光であるのが通例となる。
前記第1、第2の位相制御要素それぞれは、種々の形状を採りうるが、一例として、略リボン形状とすることができる。
この形状は作成および駆動が容易である。例えば、このリボンを導電性、かつ弾力性のある材料(例えば、金属材料)で構成することで、リボンに印加した電圧に基づく静電力によって変位させ、リボンの弾力性により元の状態(形状)に復帰させることができる。このようにすることで、前記第1、第2の位相制御要素、ひいては個別回折制御素子を高速で(例えば、1μ秒程度)動作させることが可能となる。
【0010】
2)前記複数の個別回折制御素子が、それぞれの個別回折制御素子の配置に応じてレーザ光の回折を制御してもよい。
回折制御素子に入射するレーザ光に強度分布がある場合に、それぞれの個別回折制御素子の配置に応じてレーザ光の回折を制御することで、回折光の強度分布の均一化を図れる。
【0011】
ここで、前記ホログラム記録装置が、それぞれの個別回折制御素子の制御状態を算出する算出部と、前記算出部での算出結果に基づき、前記複数の個別回折制御素子を制御する制御部と、をさらに具備してもよい。
ホログラム記録装置の状態に応じて制御状態を算出して適宜に複数の個別回折制御素子を制御できる。
【0012】
また、前記ホログラム記録装置が、それぞれの個別回折制御素子と制御状態とを対応して表すテーブルを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されたテーブルに基づき、前記複数の個別回折制御素子を制御する制御部と、をさらに具備してもよい。
テーブルに基づき複数の個別回折制御素子を制御できる。
【0013】
前記複数の個別回折制御素子が第1、第2の回折状態をとり、第1の回折状態をそれぞれの個別回折制御素子の配置に応じて制御してもよい。
例えば、個別回折制御素子が「暗」状態のときには「明」状態のときよりレーザ光の強度分布の影響をあまり受けないので、計算量の低減を図れる。
【0014】
(3)前記集光素子が、複数のレンズによって構成されていてもよい。
例えば、回折制御素子から出射された出射光を2つのレンズを通過させることで、フーリエ変換を2回行い、ホログラム記録媒体への記録に回折制御素子の回折スペクトルを用いることが可能となる。
【0015】
(4)ホログラム記録装置が、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を第1、第2の光に分割し、該第1の光を前記回折制御素子に入射させる光分割素子と、前記光分割素子から出射された第2の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光された箇所に集光する第2の集光素子と、をさらに具備してもよい。
レーザ光源から出射されたレーザ光を回折制御素子を通過させない参照光と回折制御素子を通過させる信号光に分割し、ホログラム記録媒体上でその双方を集光することで、ホログラム記録媒体上に参照光と信号光の干渉縞を記録することができる。
なお、光分割素子の一例として、ハーフミラーが挙げられる。
【0016】
ここで、ホログラム記録装置が、前記光分割素子から出射された前記第1の光を遮蔽する光遮蔽素子と、前記第2の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に収束されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射した光を受光する受光素子と、をさらに具備してもよい。
光分割素子から出射された信号光がホログラム記録媒体に到達しないように遮断して、ホログラム記録媒体に参照光のみが到達するようにすることで、ホログラム記録媒体から記録されたデータに対応する信号光を発生させる。発生した信号光を受光素子で読み取ることで、記録されたデータを再生することができる。
この受光素子は、元々の信号を発生した回折制御素子に対応していることが好ましい。例えば、回折制御素子が一次元または二次元に配列された個別回折制御素子から構成されるときには、これに対応して配列された個別受光素子から構成されることが好ましい。
【0017】
B.本発明に係るホログラム記録方法は、回折制御素子によって、入射したレーザ光の回折を制御して出射させる回折制御ステップと、前記回折制御ステップで出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、を具備することを特徴とする。
回折制御素子で回折状態が制御された光をホログラム記録媒体に集光させることで、回折制御素子での回折状態に対応した情報をホログラム記録媒体に記録させることができる。
【0018】
(1)ホログラム記録方法が、前記回折制御ステップと前記集光ステップとの間に、前記回折制御ステップで出射した回折光から所定次数の回折光成分を抽出する回折光成分抽出ステップをさらに具備してもよい。
回折光から所定次数の回折光成分を抽出することで回折光の強度を変化させ、ホログラム記録媒体にデータを光の強弱として記録することができる。
【0019】
(2)前記回折制御素子が、前記入射したレーザ光の回折を互いに独立して制御する個別回折制御素子を複数有してもよい。
個別回折制御素子の個数に対応した情報をホログラム記録媒体に記録することが可能になり、より高密度の記録が可能となる。
このときの個別回折制御素子の配列として、一次元(線状)あるいは二次元(平面状)の配列が考えられる。
【0020】
ここで、前記回折制御ステップにおいて、前記複数の個別回折制御素子が、それぞれの個別回折制御素子の配置に応じてレーザ光の回折を制御してもよい。
回折制御素子に入射するレーザ光に強度分布がある場合に、それぞれの個別回折制御素子の配置に応じてレーザ光の回折を制御することで、回折光の強度分布の均一化を図れる。
【0021】
1)前記ホログラム記録方法が、それぞれの個別回折制御素子の制御状態を算出する算出ステップをさらに具備し、前記算出ステップでの算出結果に基づき、前記回折制御ステップでの前記複数の個別回折制御素子の制御が行われてもよい。
制御状態を適宜に算出して複数の個別回折制御素子を制御できる。
【0022】
2)それぞれの個別回折制御素子と制御状態とを対応して表すテーブルに基づき、前記回折制御ステップでの前記複数の個別回折制御素子の制御が行われてもよい。
テーブルに基づき複数の個別回折制御素子を制御できる。
【0023】
3)前記複数の個別回折制御素子が第1、第2の回折状態をとり、第1の回折状態をそれぞれの個別回折制御素子の配置に応じて制御してもよい。
例えば、個別回折制御素子が「暗」状態のときには「明」状態のときよりレーザ光の強度分布の影響をあまり受けないので、計算量の低減を図れる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係るホログラム記録装置100を表す模式図である。また、図2は図1のX軸方向からホログラム記録装置100を見た状態を表す模式図である。
図1,2に示すように、ホログラム記録装置100は、レーザ光源10、一次元型ビームエキスパンダ20,ハーフミラー30,一次元型回折制御素子40,スリット素子50,一次元型受光素子60、シリンドリカルレンズ71、凸レンズ81〜85から構成され、ホログラム記録媒体Mへの情報の記録および再生を行う。
【0025】
(一次元型回折制御素子40の内部構成)
まず、一次元型回折制御素子40について説明する。
図3は、一次元型回折制御素子40を上面から見た状態を表す上面図である。また、図4,5はそれぞれ、一次元型回折制御素子40を側面、および正面からみた状態を表す側面図および正面図である。なお、図4,5の(A),(B)はそれぞれ、個別回折制御素子41の2つの状態(OFF、ON)を表している。また、図5ではリボン42の動作状態を模式的に表している。
一次元型回折制御素子40は、個別回折制御素子41がY方向に複数配列されて構成される。個別回折制御素子41は、入射した光を回折して回折光として出射するものであり、互いに独立して回折状態を制御できる。
【0026】
個別回折制御素子41は、6本のリボン42,リボン42と対向する絶縁膜43および対向電極44を有し、基板45上に構成される。6本のリボン42は、1本おきに3本が上下に駆動される。リボン42と対向電極44との間に電圧を印加することで、この間に静電力が発生し、リボン42が対向電極44へと吸引される(ON状態:図4(B)、5(B)参照)。そして、リボン42と対向電極44との間に印加された電圧を除去すると、リボン42の弾性力によりリボン42は元の状態に復帰する(OFF状態:図4(A)、5(A)参照)。
リボン42は、例えば、幅が数μm、長さが100μm程度、距離dが数百nmとすることができる。このとき、リボン42の動作時間は1μs程度とすることができる。
【0027】
一次元型回折制御素子40(個別回折制御素子41)に対して、レーザ光が垂直に入射した場合を考える。図5(A)のように、個別回折制御素子41の6本のリボン42が同一平面にあれば(OFF状態)、レーザ光はそのまま垂直に反射し、0次回折光のみが発生する。一方、図5(B)のように、リボン42が1本おきに下がっていれば(ON状態)、垂直に反射する0次回折光の他に1次回折光も発生する。なお、2次以上の回折光の強度は小さいので、無視することとする。
このとき、一次元型回折制御素子40からの0次回折光と1次回折光の比率は降下したリボン42と降下していないリボン42の間隔dで決まり、間隔dがλ/4(λ:レーザ光の波長)であれば1次回折光のみが出射する。即ち、降下したリボン42からの0次回折光と降下していないリボン42からの0次回折光が、互いに打ち消しあって強度が0となり、1次回折光のみが残存することになる(前述のように2次以上の成分は無視)。
【0028】
個別回折制御素子41のON状態での回折光は、降下したリボン42および降下していないリボン42それぞれからの互いに半波長位相がずれた回折光が混合した光である。即ち、リボン42それぞれは、その変位によってそれぞれから回折される回折光の位相を可変できる、位相可変素子と考えることができる。
【0029】
以上のように、一次元型回折制御素子40を構成する個別回折制御素子41それぞれが独立に2つの回折状態(OFF:0次回折光のみ、ON:一次回折光のみ)をとることで、画素数(個別回折制御素子41の個数)分のビット数のデータを表現できる。例えば、1088個の個別回折制御素子41を配列することで、1088ビットのデータを表現できる。
【0030】
以上、レーザ光が直入射した場合における一次元型回折制御素子40(個別回折制御素子41)の動作を説明したが、この動作原理は一次元型回折制御素子40に斜めにレーザ光が入射した場合も基本的に同じである。但し、斜入射では直入射よりも光路長差が短くなるため、間隔dがほぼ(λ/4)/cosθのときに1次回折光のみを出射することになる(θは一次元型回折制御素子40に対するレーザ光の入射角)。
【0031】
(他の構成要素)
以下、一次元型回折制御素子40以外の構成要素について説明する。
レーザ光源10は、レーザ光を出射する光源である。
一次元型ビームエキスパンダ20は、半楕円柱形状の凹みを有する平凹レンズ21と楕円柱形状のシリンドリカルレンズ22を組み合わせて構成され、入射した光のビーム径を一次元方向(Y方向)に拡大する光学素子である。一次元型ビームエキスパンダ20を通過することで、レーザ光源10から出射したレーザ光のビーム形状は略円形から略楕円形へと変換される。この変換は、図2に示されるように、一次元型回折制御素子40のY方向に配列された個別回折制御素子41全体に光ビームを照射するために行われる。
ハーフミラー30は、入射した光を2つの光に分岐する光学素子である。
シリンドリカルレンズ71は、入射した光ビームをX方向に集光するための光学素子である。この集光は、一次元型回折制御素子40のX方向での大きさにレーザ光を対応させるために行われる。
【0032】
凸レンズ81は、一次元型回折制御素子40から出射した回折光の回折スペクトルを形成するための光学素子である。
スリット素子50は、凸レンズ81の焦点付近に配置され、一次元型回折制御素子40から出射した回折光の1次以上の回折光成分を除去(逆にいえば、0次の回折光成分を抽出)するための光学素子である。スリット素子50には、Y方向に沿ったスリット51(開口)が形成されている。スリット51がY方向に沿っているのは個別回折制御素子41の配列方向と対応したものである。スリット51は、図6に示すように0次回折光L0はスリット51を通過するが、一次回折光L1(正負の1次回折光L+1、L−1の双方を含む)はスリット51を通過できずスリット素子50によって遮蔽される。これは、1次回折光L1は0次回折光L1に対して角度±θ傾いて出射するからである(角度θの正負は1次回折光の正負(+1次か−1次か)に対応する)。
【0033】
凸レンズ82は、スリット素子50から出射した光を略平行光に変換するための光学素子である。
凸レンズ83は、凸レンズ82から出射した略平行光をホログラム記録媒体Mに集光するための光学素子である。
ここで、凸レンズ82、83とレンズを2つ用いているのは、スリット51で1次回折光を除去した回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Mに記録するためである。
もしも凸レンズ82、83の1つのみを用いた場合には、回折光が一度のみフーリエ変換されることになり、ホログラム記録媒体Mに記録されるのは一次元型回折制御素子40の実像になる。この実像は、スリット素子50により回折光から1次回折成分が除去されているので、リボン42の位置がそろっている画素(図5(A))は明、リボン42が1本おきに上下している画素(図5(B))は暗となったものである。本実施形態では、凸レンズ82、83を用いることで、回折光の回折スペクトル自体をホログラム記録媒体Mに記録している。
なお、ホログラム記録媒体Mへのデータの記録は、一次元型回折制御素子40からの回折スペクトル自体またはその実像のいずれによっても行うことが可能である。
【0034】
凸レンズ84は、ハーフミラー30からX負方向に出射した光をホログラム記録媒体Mに集光するための光学素子である。凸レンズ84から出射した光は凸レンズ83から出射した光とホログラム記録媒体Mの同一箇所に照射され干渉縞(光の明暗)を形成する。
【0035】
ホログラム記録媒体Mは、凸レンズ83,84からの出射光による干渉縞を屈折率の変化として記録する記録媒体である。ホログラム記録媒体Mの構成材料として、光の強度に応じて屈折率の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。
無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。
有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれてその部分の屈折率が変化する。
以上のように、ホログラム記録媒体Mの屈折率が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率の変化としてホログラム記録媒体Mに記録できる。
【0036】
凸レンズ85は、ホログラム記録媒体Mからの記録の再生を行った際の再生光を一次元型受光素子60に集光させるための光学素子である。
一次元型受光素子60は、Y方向に複数の受光素子が配列され、凸レンズ83から出射した再生光を受光し、受光した光の強度に応じた信号を出力する。一次元型受光素子60は、一次元型回折制御素子40の個別回折制御素子41に対応して、受光素子がY方向に一次元的に配列されている。
但し、一次元型受光素子60に換えて、2次元(平面的)に複数の受光素子が配列されたものを用いることも可能である。
【0037】
(ホログラム記録装置100の動作)
A.ホログラム記録媒体Mへのデータの記録(図1、2参照)
レーザ光源10から出射したレーザ光は一次元型ビームエキスパンダ20によってY方向にビーム径が拡大された後に、ハーフミラー30によって2つの光(参照光、信号光)に区分される。
参照光は、凸レンズ84を通過してホログラム記録媒体Mに集光される。
【0038】
信号光は、シリンドリカルレンズ71によってX方向に収束され、一次元型回折制御素子40に入射する。既述のように、個別回折制御素子41それぞれが独立に2つの回折状態(OFF:0次回折光のみ、ON:一次回折光のみ)をとることで、一次元型回折制御素子40全体で個別回折制御素子41の個数分のビット数(例えば、個別回折制御素子41が1088個の場合には、1088ビット)のデータを表現できる。
【0039】
一次元型回折制御素子40で回折された回折光は、凸レンズ81で収束されてスリット素子50を通過することで、2つの回折状態(OFF,ON)に対応した2つの強度(明、暗)をとる。即ち、個別回折制御素子41のON、OFFをビットの1,0に対応させることができる。
回折状態が強度に変換された回折光は、凸レンズ82,83を経由してホログラム記録媒体Mに集光される。このときに参照光と信号光がホログラム記録媒体Mの略同一箇所に集光されることから、ホログラム記録媒体Mに干渉縞が形成され、干渉縞に対応してホログラム記録媒体Mの屈折率が変化する。
【0040】
以上のように、一次元型回折制御素子40の個別回折制御素子41それぞれの2値状態に対応してホログラム記録媒体Mの屈折率分布が形成され、ホログラム記録媒体Mへのデータの記録が可能となる。例えば、個別回折制御素子41が1088個の場合には、一次元型回折制御素子40を用いてホログラム記録媒体Mを一回露光することで、1088ビットのデータが記録される。
参照光と信号光の集光箇所をずらしてホログラム記録媒体M上への露光を複数回行うことで、個別回折制御素子41の個数の複数倍のビット数のデータをホログラム記録媒体Mに記録できる。即ち、個別回折制御素子41のON、OFF個別回折制御素子41の個数をn、露光回数をmとすると、ホログラム記録媒体Mにn・mビットのデータを記録できる。
【0041】
上記において、凸レンズ81およびスリット素子50により、一次元型回折制御素子40で回折した回折光が光の明暗(強弱)へと変換される。これは、一般に一次元型受光素子60を構成する受光素子(例えば、CCD)は、光の強弱を検出できるが、光の位相を検出する能力はないことと対応している。
後述する記録の再生時に一次元型受光素子60に入射するのは、記録時にホログラム記録媒体Mに入射した信号光に対応する光である。信号光を凸レンズ81およびスリット素子50を通過させることで、光の明暗に変換してホログラム記録媒体Mに記録し、一次元型受光素子60の特性と対応させている。
但し、一次元型受光素子60を構成する受光素子に位相の違いを検知できるものを用いることで、凸レンズ81およびスリット素子50を不要とすることができる。
【0042】
一次元型回折制御素子40を用いてデータの記録を行う場合において、データの記録に要する時間を算定する。
既述のように、個別回折制御素子41の反応時間は、例えば、1μ秒である。画素数(個別回折制御素子41の数)が約1000として、1画素(個別回折制御素子41)で明暗1ビットを表すとすると、1ビット当たりで1n秒(=1μ秒/1000)となる。
これに対して、液晶素子では、その反応時間が一般的な数十m秒とした場合には、画素数が1000*1000としても、1ビット(1画素)当たりで数十n秒(=数十m秒/(1000×1000))となる。
以上のように、一次元型回折制御素子40は、二次元強度変調素子としての液晶素子より1桁速いことになる。
以上のように、一次元型回折制御素子40を用いることで、ホログラム記録媒体Mへの記録速度を向上させることができる。
なお、一次元型回折制御素子40に換えて、後述の二次元型回折制御素子40Aを用いることで、1ビット当たりでの記録時間は、1p秒(=1μ秒/(1000*1000)となり、液晶素子に比べて4桁速くなる。
【0043】
B.ホログラム記録媒体Mからのデータの再生
図7は、ホログラム記録装置100を用いてホログラム記録媒体Mからのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
ホログラム記録媒体Mからデータの再生を行うには、レーザ光源10から出射され、ハーフミラー30によって区分された2つの光(参照光、信号光)の内、遮蔽板90によって信号光を遮断し、参照光のみを凸レンズ85を通過してホログラム記録媒体Mに集光している。なお、遮蔽板90から反射された光が参照光に混入してノイズの原因になるのを防止するため、例えば、遮蔽板90を入射光に対して少し傾けるのが好ましい。また、ハーフミラー30に換えて、通常のミラーを用いれば遮蔽板90は不要となる。
ホログラム記録媒体Mに入射した参照光はホログラム記録媒体M内の屈折率分布によって回折され、信号光が発生する。発生した信号光は、ホログラム記録媒体Mへの記録の際に信号光が入射してきた記録用の信号光の進行方向延長上から出射する。この再生された信号光を凸レンズ85で収束して一次元型受光素子60に入射させる。一次元型受光素子60それぞれの受光素子が受光した光の強度として、ホログラム記録媒体M内に記録されたデータを再生することができる。
【0044】
(第2の実施形態)
図8は本発明の第二の実施形態に係るホログラム記録装置200を表す模式図である。
図8に示すように、ホログラム記録装置200は、レーザ光源10、二次元型ビームエキスパンダ20A,ハーフミラー30,二次元型回折制御素子40A,ピンホール素子50A,二次元型受光素子60A、凸レンズ71A、凸レンズ81〜85から構成され、ホログラム記録媒体Mへの情報の記録および再生を行う。
基本的には、ホログラム記録装置100の一次元型回折制御素子40に換えて、二次元型回折制御素子40Aを用いている。この二次元型回折制御素子40Aは、前述の個別回折制御素子41を2方向に(平面的に)配列したものである。この結果、一度に記録できる情報量が増大し、また前述のようにホログラム記録媒体Mへのビット当たりの記録速度をより向上させることができる。
【0045】
二次元型回折制御素子40Aを用いたことに伴って、一次元型ビームエキスパンダ20に換えて通常の凹レンズ21Aと凸レンズ22Aとを組み合わせた二次元型ビームエキスパンダ20Aが、スリット素子50に換えてピンホール素子50Aが、シリンドリカルレンズ71に換えて凸レンズ71Aが配置されている。ピンホール素子50Aには略円形のピンホール51A(微少な開口)が形成されている。また、一次元型受光素子60に換えて、二次元型受光素子60Aが配置されている。
【0046】
二次元型ビームエキスパンダ20A、および凸レンズ71Aへの変更は、二次元型受光素子60Aの全画素にレーザーが照射されるようにするためである。ピンホール素子50Aへの変更は、二次元型回折制御素子40Aからの回折光の回折方向が2次元的となることに対応している。また、二次元型受光素子60Aは二次元型回折制御素子40Aに対応させたものである。
ホログラム記録装置200の基本的な動作は、ホログラム記録装置100と本質的に異なる訳ではないので、説明を省略する。
【0047】
(第3の実施形態)
第1、第2の実施形態では、一次元型回折制御素子40または二次元型回折制御素子40Aを構成する個別回折制御素子41それぞれは、2値を識別できる2通りの状態に制御されれば十分だとしている。例えば、ホログラム記録媒体Mに到達する信号光量が大きい状態(以下、このときの個別回折制御素子41の状態を「明」状態という)と小さい状態(以下、このときの個別回折制御素子41の状態を「暗」状態という)の2通りを個別回折制御素子41がとればよい。
ところで、一次元型回折制御素子40または二次元型回折制御素子40Aに入射するレーザ光の光量にはある程度の分布を有する場合が多い。レーザ光のビームは、ビームの中心付近で光量が大きく、ビームの端の部分で光量が小さくなる例えば、ガウス分布をとる。この場合には、ホログラム記録媒体Mに到達するレーザ光の光量にも分布が生じ、到達光量の均一化を図ることが望ましい。
【0048】
到達光量の均一化は、個別回折制御素子41の状態が「明」状態のとき方が、「暗」状態のときよりも必要性が大きい。「暗」状態の個別回折制御素子41ではホログラム記録媒体Mへの到達光量自体が小さいためレーザ光の光量の分布はさほど問題とはならない。しかし、「明」状態の個別回折制御素子41ではホログラム記録媒体Mへの到達光量はレーザ光の光量の分布を反映したものとなる。ホログラム記録媒体Mへの到達光量は、回折制御素子40の中心付近に対応する箇所では大きく、回折制御素子40の端の部分では小さくなる。このため、回折制御素子40の端付近でホログラム記録媒体Mへの記録に必要な光量が出射されると、回折制御素子40の中心付近では大すぎる光量が出射される。
【0049】
ホログラム記録媒体Mはその同一箇所に多重で記録することによって記録密度を上げることができる。しかし、必要以上の照射量で記録された部分はホログラム記録媒体Mの記録物質を消費し、多重で記録できる回数が減少し、ひいては記録密度が低減することになる。
これを防止するため、本実施形態では個別回折制御素子41のリボン42の移動量をその位置に対応して変化させることで、0次回折光、±1次回折光の光量比率を調整する。
【0050】
図9は本発明の第3の実施形態に係るホログラム記録装置300を表す模式図である。本図に示されるように、ホログラム記録装置300は、データ記憶部91、制御量調節部92,回折制御素子駆動部93を有する制御部90によって一次元型回折制御素子40を制御する。なお、光学的な要素は、第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。
データ記憶部91はホログラム記録媒体Mに記録するデータを記憶する記憶部である。
制御量調節部92は、それぞれの個別回折制御素子41の位置に応じて個別回折制御素子41の制御量を調節する。この結果、ホログラム記録媒体Mに到達する信号光の光量の均一性の向上が図られる。
回折制御素子駆動部93は制御量調節部92で調節された制御量に基づき一次元型回折制御素子40を駆動する。
【0051】
以下、制御量調節部92による個別回折制御素子41の制御量の調節の詳細を説明する。この調節は以下の計算式に基づき、個別回折制御素子41に送るディジタル値のデータ”0”(「明」状態に相当),”1”(「暗」状態に相当)を多値(例えば、8ビットの256値)のディジタル電圧に変換することで行われる。
ここでは、判りやすさのために、個別回折制御素子41に対してレーザ光がほぼ垂直に入射しているとして説明する。個別回折制御素子41へのレーザ光の入射が垂直でない場合は、入射が垂直な場合と比べて、リボン42の降下量を調整する必要があるが、基本的な考えは同じである。具体的には、個別回折制御素子41に対するレーザ光の入射角をαとしたとき、後述の式(2)、(3)においてλをλ/COS(α)に置き換えれば良い。
【0052】
図10は、一次元型回折制御素子40上の個別回折制御素子41の位置yと対応して、個別回折制御素子41に入射するレーザ光の強度分布I(y)を表したグラフである。ここで、図10(A)が個別回折制御素子41の配置を、図10(B)がレーザ光の強度分布I(y)を表す。
一次元型回折制御素子40の長さ方向のY軸の中心を0とすると、光強度I(y)は次式のガウス関数で表せる。
I(y)= I0・exp[−2・(y/σ)2] …式(1)
ここで、I0:y=0での光強度I(0)、σ:標準偏差である。
y =σのときの光強度光強度I(σ)は中心y=0のときの光強度I0に対して1/e2に低下する。なお、標準偏差σの値は光学系によって異なる。
【0053】
一次元型回折制御素子40の両端をy =±ymaxとする。任意のyにおける光量を両端位置の光量にあわせるためには下の式(2)で表されるC(y)をかければいい。この式(2)は式(1)でy=ymaxの場合とy=yの場合との値の比である。
C(y)=exp[−2・(ymax /σ)2]/exp[−2・(y/σ)2] …式(2)
【0054】
次に、リボン42の変位量sと個別回折制御素子41からの0次回折光の反射率D(s)との関係につき説明する。
既述のように、個別回折制御素子41の6本のリボン42のうち3本が固定され、残りの3本が印加された電界に応じて降下する。固定されたリボン42から出射される0次回折光の振幅をsin(ωt)とする。するとsだけ降下したリボン42から出射される0次回折光の振幅をsin(ωt+4πs/λ)と表せる。個別回折制御素子41全体(1画素)としての0次回折光の振幅f(s)はこれらの和であり、次の式(3)のように表せる。
sin(ωt+2πs/λ)は入射光に対する位相の変化を表しており、光量変化には関係しない。光量変化はcos(2πs/λ)に依存しており、リボンがsだけ降下すると振幅はcos(2πs/λ)倍に減少する。
【0055】
光量は振幅の2乗だから、0次回折光の反射率D(s)は次の式(4)のように表される。
式(4)をグラフとして表したものが図11である。リボン42の変位s
が0のとき反射率D(0)は1で、変位sがλ/4のとき反射率D(λ/4)は0となる。
【0056】
リボン42の降下量sは印加電圧Vに比例し、s=λ/4のときに0次回折光量は0となる。このため、降下量s=0〜λ/4を8ビットのディジタル電圧Vd=0〜255と対応させると、ディジタル電圧Vdは式(5)のように表される。
Vd=255・(4/λ)・s …式(5)
【0057】
以下、ホログラム記録装置300の制御部90の動作を説明する。制御部90は次のように動作する。
A.データ記憶部91から記憶すべきデータが出力される。
【0058】
B.制御量調節部92により次のような処理が行われる。
(1)データ記憶部91から出力されたデータを回折制御素子40を構成する個別回折制御素子41の個数(画素数、例えば1088個)ごとに区切る。
(2)各データが回折制御素子40のどの個別回折制御素子41で表示されるかを求める。
(3)個別回折制御素子41の位置に対応する0次反射光量の補正値を式(2)により算出する。
(4)0次反射光量の補正値に対応するリボン42の変位量を式(4)により算出する。
(5)その個別回折制御素子41に印加する電圧(ディジタル値)を式(5)により算出する。
【0059】
ここで、それぞれの個別回折制御素子41に対応するデータが”0”、”1”のいずれであるか(「明」状態か、「暗」状態か)に応じて、(3)〜(5)の処理を行うか否かを決めることができる。
即ち、個別回折制御素子41が「明」状態のときには(3)〜(5)に従いディジタル電圧を補正する。これに対して、個別回折制御素子41が「暗」状態のときにはディジタル電圧を補正せず一律に所定の値(例えば、ディジタル電圧が8ビットのとき255)とする。個別回折制御素子41が「暗」状態のときには、レーザ光の強度分布がホログラム記録媒体Mへの入射光の強度に与える影響が小さいためである。このようにして、制御量調節部92による計算量を低減することができる。
【0060】
C.制御量調節部92により算出されたディジタル電圧に基づき、回折制御素子制御部93により回折制御素子40が駆動される。その結果、信号光が変調され、ホログラム記録媒体Mへのデータの記録が行われる。
なお、光学系の動作は第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0061】
図12は、個別回折制御素子41が補正制御されたときのリボン42の変位状態の一例を表す模式図である。Ya、Yb、Ycが図10に示した個別回折制御素子41の位置に対応し、0,1がデータの”0”、”1”に対応する。即ち、(Ya:0)はYaの位置の個別回折制御素子41がデータ”0”を表示した場合に対応する。
回折制御素子40の端から中央に向かうにつれ(Ya→Yb→Yc)、データ”0”の表示状態(「明」状態)が本来のリボン42の変位がない状態(ディジタル電圧:0)から変位がある状態に移り変わることが判る。この結果、回折制御素子40の端の光強度に対応するように回折制御素子40から出射される0次回折光の強度分布が均一化される。なお、データ”1”の表示状態は「暗」状態なので、ここではリボン42の変位量の調節を行わず、一律にディジタル電圧255で表される状態としている。
【0062】
(第3の実施形態の変形例1)
第3の実施形態における制御量調節部92の動作では、制御量調節部92により個別回折制御素子41毎の制御量を毎回算出している。これは、ホログラム記録媒体Mへの多重記録を行う場合に角度や位置によって補正量が異なる場合に有用である。
これに対して、補正量の算出を毎回行わないようにすることも可能である。
図13は制御部90の変形例たる制御部90Aを表すブロック図であり、補正量を記憶しておくことで、その算出を不要としている。これは補正量が決まっている場合に有用である。例えば、ホログラム記録媒体Mへの多重記録を行う場合に角度を変えても補正量を変える必要がない場合に用いることができる。
【0063】
制御部90Aは、データ記憶部91,補正量記憶部92A,回折制御素子駆動部93Aを有する。
補正量記憶部92Aは、各個別回折制御素子41に対応する補正量を記憶する。この補正量は,制御量調節部92の動作で説明した手法を用い予め算出しておけばよい。
回折制御素子駆動部93Aは、補正量記憶部92Aに記憶された各個別回折制御素子41毎の補正量と、データ記憶部91から出力されたデータの両者に基づき回折制御素子40を駆動する。この結果、回折制御素子40から出射される0次回折光の強度分布が均一化される。
【0064】
なお、補正量記憶部92Aに記憶される補正量の組み合わせは単一である必要はない。例えば、100 回の角度多重でホログラム記録媒体Mに記録を行う場合に角度ごとに最適補正量が異なるときにはその100 種類のパターンを記憶してもよい。
なお、ホログラム記録媒体Mへの記録位置を変えても角度に関する100 種類の補正量がそのまま使える場合には、角度に関する100 種類のパターンを補正量記憶部92Aに記憶しておけば良く、記録位置に対応する補正量を記憶する必要はない。
【0065】
(第3の実施形態の変形例2)
第3の実施形態では光量分布の補正値を計算する際にガウス関数を使用したが、他の関数を用いることもできる。光学系によっては光量分布がガウス分布からずれることもありえる。それぞれの光学系の光量分布に合わせた補正を行うことができる。他の関数の例として、中心が強く端が弱い類似の関数、たとえば2次関数を挙げることができる。
【0066】
(第3の実施形態の変形例3)
第3の実施形態は、信号光の制御に一次元型回折制御素子40を用いているが、これに換えて第2の実施形態で示した二次元型回折制御素子40Aを用いることも可能である。
その場合には二次元型回折制御素子40Aを構成する個別回折制御素子41は2つの座標で表すことができる。この座標を(y, u)とすると式(2)は次の式(12)で表すことができる。
C(y,u)={exp[−2・(ymax/σ)2]・ exp[−2・(umax/σ)2]}/{exp[−2・(y/σ)2] * exp[−2・(u/σ)2]} …式(12)
ここでは、uの最大値(二次元型回折制御素子40Aのu方向の端)をumaxとしている。
なお、式(3)〜(5)は二次元型回折制御素子40Aを用いた場合でもそのまま用いることができる。
この変形例3の光学系は図8に示した第2の実施形態と同様であり、二次元型回折制御素子40Aの制御は式(2)に換えて式(12)を用いることが異なるのみである。他の点では第2、第3の実施形態と本質的に変わるわけではないので詳細な説明を省略する。
【0067】
(第3の実施形態の変形例4)
第3の実施形態での光量均一化の考え方は、一次元型回折制御素子40に換えて液晶等の光変調素子として用いる場合にも適用できる。液晶の場合も画素に印加する電圧により透過光量または反射光量を調整できるからである。
図14は、第3の実施形態の変形例4に係るホログラム記録装置400を表す模式図である。
本図に示すようにホログラム記録装置400は、レーザ光源10、二次元型ビームエキスパンダ420,ハーフミラー30,空間変調素子440,ミラー450,二次元型受光素子460、凸レンズ83〜85、制御部490から構成され、ホログラム記録媒体Mへの情報の記録および再生を行う。
【0068】
二次元型ビームエキスパンダ420は、凹レンズ421と凸レンズ422を組み合わせて構成され、入射したレーザ光のビーム径を二次元方向に拡大する光学素子である。
空間変調素子440は、縦横2次元方向に画素を有し、入射したレーザ光を2次元的に変調する光学素子であり、例えば、液晶表示素子を用いることができる。
ミラー450は空間変調素子440を通過したレーザ光を反射しその方向を変える光学素子である。
【0069】
制御部490は、データ記憶部91,制御量調節部492,空間変調器駆動部493から構成される。
データ記憶部91はホログラム記録媒体Mに記録するデータを記憶する記憶部である。
制御量調節部492は、それぞれの個別回折制御素子41の位置に応じて空間変調素子440の画素の制御量を調節する。この結果、ホログラム記録媒体Mに到達する信号光の光量の均一性の向上が図られる。
空間変調素子駆動部493は制御量調節部492で調節された制御量に基づき空間変調素子440を駆動する。
制御量調節部492による画素の制御量の補正は既述の式(12)を利用することができる。制御対象が二次元型回折制御素子40Aと空間変調素子440とで異なるものの、ホログラム記録媒体Mに到達する信号光の光量の均一性の向上を図らんとすることは変わらない。このため、制御対象の相違によるものを除き制御内容の本質は変形例3と同様となる。
【0070】
ホログラム記録装置400では、レーザ光源20から出射されたレーザ光のビーム径が二次元型ビームエキスパンダ420で拡大されてハーフミラー30で信号光と参照光に分離される。参照光は凸レンズ84でホログラム記録媒体Mに集光される。信号光は空間変調素子440で変調されミラー450で反射され、凸レンズ83でホログラム記録媒体Mに集光される。ホログラム記録媒体Mでの信号光の強度分布が均一化されるように制御部490による制御が行われる。
【0071】
(第3の実施形態の特徴)
第3の実施形態には以下のような特徴がある。
(1)必要以上の強度の信号光をホログラム記録媒体Mに照射することが防止できる。このため、ホログラム記録媒体Mへの多重記録の際の他重度を理論値に近づけることができる。
【0072】
(2)”明”状態の個別回折制御素子41から出射される0次回折光がほぼ同一の強度となるので、再生時の”明”状態の明るさは受光素子60の各画素の位置によらず同一となる。このため、受光素子60の最適光量に再生光を設定できる。
本実施形態で示したような光量の調節を行わない場合には、再生光は受光素子60の中心付近の”明”状態で明るく、端付近の”暗”状態では暗い。このため、例えば、受光素子60の端付近で最適光量となる再生光を照射すると、受光素子60の中心付近では光量過多(オーバーパワー)となる可能性がある。
【0073】
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、一次元型回折制御素子あるいは二次元型回折制御素子に換えて、回折状態を制御可能な回折格子一般を用いることができる。個別回折制御素子41がそれぞれ有するリボンは6つに限らずもっと多数、あるいはより少ない個数でも差し支えない。但し、このリボンの個数は偶数とし、一本おきに上下に駆動されることが望ましい。
回折格子として、リボンから回折される回折光それぞれに位相差を付与する位相差方式以外の種々の回折格子を用いることができる。
また、既述のように、回折制御素子を構成するリボンそれぞれを位相可変素子(位相変調素子)と考えられることから、位相可変素子を組み合わせて回折格子を構成することができる。即ち、一次元型回折制御素子あるいは二次元型回折制御素子に換えて、一次元あるいは二次元の位相変調素子一般を用いてホログラム記録装置を構成できる。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば液晶素子を用いることなく、ホログラム記録媒体へのデータの記録を行うホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図2】図1のX軸方向からホログラム記録装置を見た状態を表す模式図である。
【図3】図1に示す一次元型回折制御素子を上面から見た状態を表す上面図である。
【図4】図1に示す一次元型回折制御素子を側面から見た状態を表す上面図である。
【図5】図1に示す一次元型回折制御素子を正面から見た状態を表す正面図である。
【図6】一次元型回折制御素子からの1次回折光がスリット素子により遮断されている状態を表した模式図である。
【図7】ホログラム記録装置を用いてホログラム記録媒体からのデータの再生を行っている状態を表す模式図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図9】本発明の第3の実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図10】個別回折制御素子に入射するレーザ光の強度分布を個別回折制御素子の位置と対応して表したグラフである。
【図11】リボンの変位と個別回折制御素子からの0次回折光の反射率の関係を表すグラフである。
【図12】個別回折制御素子が補正制御されたときのリボンの変位状態の一例を表す模式図である。
【図13】第3の実施形態の変形例1に係る制御部を表すブロック図である。
【図14】第3の実施形態の変形例4に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図15】従来のホログラム記録装置を表す模式図である。
【図16】ホログラム記録媒体からデータを再生している状態を表す模式図である。
【符号の説明】
100 ホログラム記録装置
10 レーザ光源
20 一次元型ビームエキスパンダ
21 平凹レンズ
22 シリンドリカルレンズ
30 ハーフミラー
40 一次元型回折制御素子
41 個別回折制御素子
42 リボン
43 絶縁膜
44 対向電極
45 基板
50 スリット素子
51 スリット
60 一次元型受光素子
71 シリンドリカルレンズ
81〜85 凸レンズ
M ホログラム記録媒体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hologram recording device and a hologram recording method for recording data on a hologram recording medium.
[0002]
[Prior art]
A hologram recording device for recording data on a hologram recording medium has been developed.
FIG. 15 shows a conventional
Here, desired data can be recorded on the hologram recording medium M by setting the transmission and shielding patterns of each pixel of the
When the hologram recording medium M on which data is recorded is irradiated only with the reference light L00, the reference light L00 is diffracted by interference fringes in the hologram recording medium M. As a result, diffracted light corresponding to the pattern displayed on the liquid crystal element is generated at the time of recording, and the recorded data can be reproduced by receiving the diffracted light by the
In addition, in a volume multiplexed hologram having unevenness in a page, a technique for removing a signal reading error due to unevenness is disclosed (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-197947
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reaction speed of the liquid crystal element is not always fast, and it usually takes about several tens of milliseconds to switch the display. Therefore, it takes time to record data on the hologram recording medium.
In view of the above, an object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method for recording data on a hologram recording medium without using a liquid crystal element.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A. In view of the above, a hologram recording apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits laser light, and a diffraction control element that receives laser light emitted from the laser light source, controls the diffraction of the incident laser light, and emits the laser light. And a condensing element that condenses the diffracted light emitted from the diffraction control element onto a hologram recording medium.
By condensing the light whose diffraction state is controlled by the diffraction control element on the hologram recording medium, information corresponding to the diffraction state of the diffraction control element can be recorded on the hologram recording medium.
Here, the hologram recording device may incorporate a hologram recording medium, or the hologram recording medium may be exchangeable. When the hologram recording medium is replaceable, it is preferable to have a stage for holding the hologram recording medium.
[0006]
(1) The hologram recording apparatus further includes a diffracted light component extraction element that is located between the diffraction control element and the light condensing element and that extracts a predetermined order diffracted light component from the diffracted light emitted from the diffraction control element. Is also good.
By extracting a diffracted light component of a predetermined order from the diffracted light by the diffracted light component extracting element, the intensity of the diffracted light can be changed, and the data can be recorded on the hologram recording medium as light intensity.
As an example of the diffracted light component extraction element, a combination of a convex lens and a slit can be considered. With this combination, it is possible to easily extract only the zero-order diffracted light by removing the first-order or higher-order diffracted light components.
[0007]
(2) The diffraction control element may include a plurality of individual diffraction control elements for controlling diffraction of the incident laser light independently of each other.
Information corresponding to the number of individual diffraction control elements can be recorded on the hologram recording medium, and higher-density recording can be performed.
At this time, a one-dimensional (linear) or two-dimensional (planar) array can be considered as an array of the individual diffraction control elements.
[0008]
1) The individual diffraction control element may include first and second phase control elements for controlling a phase difference between light beams emitted from the individual diffraction control elements.
By controlling the phase difference between the emitted lights emitted from the first and second phase control elements, the diffraction state of the light obtained by combining the emitted lights can be controlled. In this case, a third or more phase control element may be added.
[0009]
Here, since the first and second phase control elements are often small to some extent (about the wavelength of light or smaller than that), the light emitted from each of them is controlled by the first and second phase control elements. Usually, the diffracted light is diffracted.
Each of the first and second phase control elements can take various shapes, but can have, for example, a substantially ribbon shape.
This shape is easy to create and drive. For example, when the ribbon is made of a conductive and elastic material (for example, a metal material), the ribbon is displaced by an electrostatic force based on a voltage applied to the ribbon, and the original state (shape) is formed by the elasticity of the ribbon. Can be restored. This makes it possible to operate the first and second phase control elements, and hence the individual diffraction control element, at a high speed (for example, about 1 μsec).
[0010]
2) The plurality of individual diffraction control elements may control the diffraction of the laser beam according to the arrangement of each individual diffraction control element.
When the laser light incident on the diffraction control element has an intensity distribution, by controlling the diffraction of the laser light according to the arrangement of each individual diffraction control element, the intensity distribution of the diffracted light can be made uniform.
[0011]
Here, the hologram recording device, a calculation unit that calculates the control state of each individual diffraction control element, and a control unit that controls the plurality of individual diffraction control elements based on the calculation result in the calculation unit, It may be further provided.
The control state is calculated according to the state of the hologram recording device, and the plurality of individual diffraction control elements can be appropriately controlled.
[0012]
Further, the hologram recording device, a storage unit that stores a table representing each corresponding individual diffraction control element and control state, based on the table stored in the storage unit, the plurality of individual diffraction control elements, And a control unit for controlling.
A plurality of individual diffraction control elements can be controlled based on the table.
[0013]
The plurality of individual diffraction control elements may have first and second diffraction states, and the first diffraction state may be controlled according to the arrangement of each individual diffraction control element.
For example, when the individual diffraction control element is in the “dark” state, it is less affected by the intensity distribution of the laser beam than in the “bright” state, so that the calculation amount can be reduced.
[0014]
(3) The light-collecting element may be constituted by a plurality of lenses.
For example, by letting outgoing light emitted from the diffraction control element pass through two lenses, Fourier transform is performed twice, and the diffraction spectrum of the diffraction control element can be used for recording on the hologram recording medium.
[0015]
(4) a hologram recording device that divides the laser light emitted from the laser light source into first and second lights, and that splits the first light into the diffraction control element; A second condensing element for condensing the second light emitted from the element at a position on the hologram recording medium where the laser light emitted from the condensing element is condensed. Good.
The laser light emitted from the laser light source is divided into a reference light that does not pass through the diffraction control element and a signal light that passes through the diffraction control element, and both are condensed on the hologram recording medium, so that they are referred to on the hologram recording medium. Interference fringes between light and signal light can be recorded.
Note that a half mirror is an example of the light splitting element.
[0016]
Here, the hologram recording device is based on a light shielding element for shielding the first light emitted from the light splitting element, and a laser beam converged on the hologram recording medium by the second condensing element. A light receiving element for receiving light emitted from the hologram recording medium.
By blocking the signal light emitted from the light splitting element from reaching the hologram recording medium and allowing only the reference light to reach the hologram recording medium, a signal corresponding to the data recorded from the hologram recording medium is obtained. Generate light. The recorded data can be reproduced by reading the generated signal light with the light receiving element.
This light receiving element preferably corresponds to the diffraction control element that generated the original signal. For example, when the diffraction control element is formed of one-dimensional or two-dimensionally arranged individual diffraction control elements, it is preferable that the diffraction control element is formed of individual light-receiving elements arranged correspondingly.
[0017]
B. A hologram recording method according to the present invention includes a diffraction control step of controlling the diffraction of an incident laser beam by a diffraction control element to emit the laser beam, and a collecting step of condensing the diffracted light emitted in the diffraction control step onto a hologram recording medium. And a light step.
By condensing the light whose diffraction state is controlled by the diffraction control element on the hologram recording medium, information corresponding to the diffraction state of the diffraction control element can be recorded on the hologram recording medium.
[0018]
(1) The hologram recording method further includes a diffracted light component extraction step of extracting a diffracted light component of a predetermined order from the diffracted light emitted in the diffraction control step, between the diffraction control step and the focusing step. You may.
By extracting a diffracted light component of a predetermined order from the diffracted light, the intensity of the diffracted light is changed, and data can be recorded on the hologram recording medium as light intensity.
[0019]
(2) The diffraction control element may include a plurality of individual diffraction control elements for controlling diffraction of the incident laser light independently of each other.
Information corresponding to the number of individual diffraction control elements can be recorded on the hologram recording medium, and higher-density recording can be performed.
At this time, a one-dimensional (linear) or two-dimensional (planar) array can be considered as an array of the individual diffraction control elements.
[0020]
Here, in the diffraction control step, the plurality of individual diffraction control elements may control the diffraction of the laser beam according to the arrangement of each individual diffraction control element.
When the laser light incident on the diffraction control element has an intensity distribution, by controlling the diffraction of the laser light according to the arrangement of each individual diffraction control element, the intensity distribution of the diffracted light can be made uniform.
[0021]
1) The hologram recording method further includes a calculation step of calculating a control state of each individual diffraction control element, and the plurality of individual diffraction control elements in the diffraction control step based on a calculation result in the calculation step. May be performed.
A plurality of individual diffraction control elements can be controlled by appropriately calculating the control state.
[0022]
2) The plurality of individual diffraction control elements may be controlled in the diffraction control step on the basis of a table representing each individual diffraction control element and a control state in a corresponding manner.
A plurality of individual diffraction control elements can be controlled based on the table.
[0023]
3) The plurality of individual diffraction control elements may be in first and second diffraction states, and the first diffraction state may be controlled according to the arrangement of each individual diffraction control element.
For example, when the individual diffraction control element is in the “dark” state, it is less affected by the intensity distribution of the laser beam than in the “bright” state, so that the calculation amount can be reduced.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0025]
(Internal Configuration of One-Dimensional Diffraction Control Element 40)
First, the one-dimensional
FIG. 3 is a top view illustrating a state where the one-dimensional
The one-dimensional
[0026]
The individual
For example, the
[0027]
Consider a case where a laser beam is vertically incident on the one-dimensional diffraction control element 40 (individual diffraction control element 41). As shown in FIG. 5A, when the six
At this time, the ratio between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light from the one-dimensional
[0028]
The diffracted light in the ON state of the individual
[0029]
As described above, each of the individual
[0030]
The operation of the one-dimensional diffraction control element 40 (individual diffraction control element 41) when the laser light is directly incident has been described above. The principle of this operation is that the laser light is obliquely incident on the one-dimensional
[0031]
(Other components)
Hereinafter, components other than the one-dimensional
The
The one-
The
The
[0032]
The
The
[0033]
The
The
Here, the reason why the
If only one of the
The recording of data on the hologram recording medium M can be performed by using either the diffraction spectrum itself from the one-dimensional
[0034]
The
[0035]
The hologram recording medium M is a recording medium that records interference fringes caused by light emitted from the
As the inorganic material, for example, lithium niobate (LiNbO) 3 ), A photorefractive material whose refractive index changes according to the amount of exposure due to the electro-optic effect can be used.
As the organic material, for example, a photopolymerizable photopolymer can be used. In the photopolymerizable photopolymer, in its initial state, monomers are uniformly dispersed in the matrix polymer. When this is irradiated with light, the monomer polymerizes in the exposed area. Then, as the polymer is formed, the refractive index of the portion changes.
As described above, by changing the refractive index of the hologram recording medium M according to the amount of exposure, interference fringes generated by interference between the reference light and the signal light can be recorded on the hologram recording medium M as a change in the refractive index.
[0036]
The
The one-dimensional
However, instead of the one-dimensional
[0037]
(Operation of hologram recording apparatus 100)
A. Recording of data on the hologram recording medium M (see FIGS. 1 and 2)
The laser light emitted from the
The reference light passes through the
[0038]
The signal light is converged in the X direction by the
[0039]
The diffracted light diffracted by the one-dimensional
The diffracted light whose diffraction state has been converted into intensity is condensed on the hologram recording medium M via the
[0040]
As described above, the refractive index distribution of the hologram recording medium M is formed corresponding to the binary state of each individual
By exposing the hologram recording medium M a plurality of times while shifting the condensing positions of the reference light and the signal light, data having a bit number that is a multiple of the number of the individual
[0041]
In the above, by the
What is incident on the one-dimensional
However, the
[0042]
When data is recorded using the one-dimensional
As described above, the reaction time of the individual
On the other hand, in a liquid crystal element, when the reaction time is generally several tens of milliseconds, even if the number of pixels is 1000 * 1000, several tens of nsec (= several 10 ms / (1000 × 1000)).
As described above, the one-dimensional
As described above, by using the one-dimensional
By using a two-dimensional
[0043]
B. Reproduction of data from hologram recording medium M
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which data is reproduced from the hologram recording medium M using the
In order to reproduce data from the hologram recording medium M, of the two lights (reference light and signal light) emitted from the
The reference light incident on the hologram recording medium M is diffracted by the refractive index distribution in the hologram recording medium M to generate a signal light. The generated signal light is emitted from the extension of the traveling direction of the recording signal light, on which the signal light has entered during recording on the hologram recording medium M. The reproduced signal light is converged by the
[0044]
(Second embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a
As shown in FIG. 8, the
Basically, a two-dimensional
[0045]
With the use of the two-dimensional
[0046]
The change to the two-
The basic operation of the
[0047]
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, if each of the individual
Incidentally, the amount of laser light incident on the one-dimensional
[0048]
There is a greater need to equalize the amount of light reaching when the individual
[0049]
The recording density of the hologram recording medium M can be increased by multiplex recording at the same location. However, the portion recorded with the irradiation amount more than necessary consumes the recording material of the hologram recording medium M, and the number of times of multiplex recording can be reduced, and the recording density is reduced.
In order to prevent this, in the present embodiment, the amount of movement of the
[0050]
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a
The
The control
The diffraction control
[0051]
Hereinafter, details of adjustment of the control amount of the individual
Here, for the sake of simplicity, a description will be given assuming that the laser beam is incident on the individual
[0052]
FIG. 10 is a graph showing the intensity distribution I (y) of the laser beam incident on the individual
Assuming that the center of the Y-axis in the length direction of the one-dimensional
I (y) = I 0 Exp [-2 · (y / σ) 2 ] Equation (1)
Where I 0 : Light intensity I (0) at y = 0, σ: standard deviation.
The light intensity I (σ) when y = σ is the light intensity I when the center y = 0. 0 1 / e 2 To decline. Note that the value of the standard deviation σ differs depending on the optical system.
[0053]
Both ends of the one-dimensional
C (y) = exp [-2 · (ymax / σ) 2 ] / Exp [-2 · (y / σ) 2 ] Equation (2)
[0054]
Next, the relationship between the displacement s of the
As described above, three of the six
sin (ωt + 2πs / λ) indicates a change in the phase with respect to the incident light, and is not related to the change in the light amount. The light quantity change depends on cos (2πs / λ), and when the ribbon drops by s, the amplitude decreases by cos (2πs / λ).
[0055]
Since the amount of light is the square of the amplitude, the reflectance D (s) of the 0th-order diffracted light is represented by the following equation (4).
FIG. 11 shows Expression (4) as a graph. Displacement s of
Is 0, the reflectance D (0) is 1, and when the displacement s is λ / 4, the reflectance D (λ / 4) is 0.
[0056]
The amount of drop s of the
Vd = 255 · (4 / λ) · s Equation (5)
[0057]
Hereinafter, the operation of the
A. Data to be stored is output from the
[0058]
B. The following processing is performed by the control
(1) The data output from the
(2) Determine which individual
(3) The correction value of the 0th-order reflected light amount corresponding to the position of the individual
(4) The displacement amount of the
(5) The voltage (digital value) applied to the individual
[0059]
Here, depending on whether the data corresponding to each individual
That is, when the individual
[0060]
C. The
The operation of the optical system is the same as in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
[0061]
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a displacement state of the
As the
[0062]
(
In the operation of the control
On the other hand, it is also possible not to calculate the correction amount every time.
FIG. 13 is a block diagram showing a
[0063]
The
The correction
The diffraction control
[0064]
The combination of correction amounts stored in the correction
If 100 kinds of correction amounts relating to the angle can be used as they are even when the recording position on the hologram recording medium M is changed, 100 patterns relating to the angle may be stored in the correction
[0065]
(
In the third embodiment, the Gaussian function is used when calculating the correction value of the light amount distribution, but another function may be used. Depending on the optical system, the light quantity distribution may deviate from the Gaussian distribution. Correction according to the light amount distribution of each optical system can be performed. Examples of other functions include similar functions with strong centers and weak edges, such as quadratic functions.
[0066]
(
In the third embodiment, the one-dimensional
In that case, the individual
C (y, u) = {exp [−2 · (ymax / σ) 2 ] Exp [-2 · (ummax / σ) 2 ]} / {Exp [-2 · (y / σ) 2 ] * Exp [-2 · (u / σ) 2 ]}… Equation (12)
Here, the maximum value of u (the end in the u direction of the two-dimensional
Expressions (3) to (5) can be used as they are even when the two-dimensional
The optical system of
[0067]
(Modification 4 of Third Embodiment)
The concept of uniform light intensity in the third embodiment can be applied to a case where the light modulation element such as a liquid crystal is used instead of the one-dimensional
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a
As shown in the figure, the
[0068]
The two-
The
The
[0069]
The
The
The control
The spatial modulation
The correction of the pixel control amount by the control
[0070]
In the
[0071]
(Features of the third embodiment)
The third embodiment has the following features.
(1) Irradiation of the hologram recording medium M with signal light having an intensity higher than necessary can be prevented. For this reason, the other weight at the time of multiplex recording on the hologram recording medium M can be made closer to the theoretical value.
[0072]
(2) Since the 0th-order diffracted light emitted from the individual
When the light amount adjustment is not performed as shown in the present embodiment, the reproduction light is bright in the “bright” state near the center of the
[0073]
(Other embodiments)
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be extended and changed, and the expanded and changed embodiment is also included in the technical scope of the present invention.
For example, instead of a one-dimensional diffraction control element or a two-dimensional diffraction control element, a general diffraction grating capable of controlling a diffraction state can be used. The number of ribbons included in each of the individual
As the diffraction grating, various types of diffraction gratings other than the phase difference method for giving a phase difference to each of the diffracted lights diffracted from the ribbon can be used.
Further, as described above, since each ribbon constituting the diffraction control element is considered as a phase variable element (phase modulation element), a diffraction grating can be configured by combining the phase variable elements. That is, a hologram recording apparatus can be configured by using a general one-dimensional or two-dimensional phase modulation element instead of the one-dimensional diffraction control element or the two-dimensional diffraction control element.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method for recording data on a hologram recording medium without using a liquid crystal element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a hologram recording device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a state in which the hologram recording device is viewed from the X-axis direction in FIG.
FIG. 3 is a top view illustrating a state in which the one-dimensional diffraction control element illustrated in FIG. 1 is viewed from above.
FIG. 4 is a top view illustrating a state of the one-dimensional diffraction control element illustrated in FIG. 1 when viewed from a side.
FIG. 5 is a front view showing the one-dimensional diffraction control element shown in FIG. 1 as viewed from the front.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state where first-order diffracted light from a one-dimensional diffraction control element is blocked by a slit element.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which data is reproduced from a hologram recording medium using a hologram recording device.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a hologram recording device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a hologram recording device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing an intensity distribution of a laser beam incident on an individual diffraction control element in correspondence with a position of the individual diffraction control element.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the displacement of the ribbon and the reflectance of the zero-order diffracted light from the individual diffraction control element.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a displacement state of a ribbon when an individual diffraction control element is subjected to correction control.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a control unit according to a first modification of the third embodiment.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a hologram recording device according to Modification 4 of the third embodiment.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a conventional hologram recording device.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a state where data is being reproduced from a hologram recording medium.
[Explanation of symbols]
100 Hologram recording device
10 Laser light source
20 One-dimensional beam expander
21 Plano-concave lens
22 Cylindrical lens
30 half mirror
40 One-dimensional diffraction control element
41 Individual diffraction control element
42 Ribbon
43 insulating film
44 Counter electrode
45 substrate
50 slit element
51 slit
60 one-dimensional light receiving element
71 cylindrical lens
81-85 convex lens
M hologram recording medium
Claims (21)
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の回折を制御して出射させる回折制御素子と、
前記回折制御素子から出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光素子と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。A laser light source for emitting laser light,
A diffraction control element that receives laser light emitted from the laser light source, controls diffraction of the incident laser light, and emits the laser light.
A light-collecting element that focuses the diffracted light emitted from the diffraction control element on a hologram recording medium,
A hologram recording device comprising:
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のホログラム記録装置。2. The device according to claim 1, further comprising a diffracted light component extracting element between the diffractive control element and the light condensing element, for extracting a diffracted light component of a predetermined order from the diffracted light emitted from the diffraction control element. Hologram recording device.
ことを特徴とする請求項1記載のホログラム記録装置。2. The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the diffraction control element includes a plurality of individual diffraction control elements for controlling diffraction of the incident laser light independently of each other.
ことを特徴とする請求項3記載のホログラム記録装置。4. The hologram recording apparatus according to claim 3, wherein the individual diffraction control elements have first and second phase control elements for controlling a phase difference between light emitted from the individual diffraction control elements.
ことを特徴とする請求項4記載のホログラム記録装置。The hologram recording apparatus according to claim 4, wherein the light emitted from each of the first and second phase control elements is a diffracted light diffracted by the first and second phase control elements.
ことを特徴とする請求項5記載のホログラム記録装置。6. The hologram recording apparatus according to claim 5, wherein each of the first and second phase control elements has a substantially ribbon shape.
ことを特徴とする請求項6記載のホログラム記録装置。7. The hologram recording apparatus according to claim 6, wherein at least one of the first and second phase control elements is displaced by an electrostatic force.
ことを特徴とする請求項3記載のホログラム記録装置。4. The hologram recording apparatus according to claim 3, wherein the plurality of individual diffraction control elements control the diffraction of the laser beam according to the arrangement of each individual diffraction control element.
それぞれの個別回折制御素子の制御状態を算出する算出部と、
前記算出部での算出結果に基づき、前記複数の個別回折制御素子を制御する制御部と、
をさらに具備することを特徴とする請求項8記載のホログラム記録装置。The hologram recording device,
A calculating unit for calculating a control state of each individual diffraction control element,
A control unit that controls the plurality of individual diffraction control elements based on a calculation result in the calculation unit,
9. The hologram recording apparatus according to claim 8, further comprising:
それぞれの個別回折制御素子と制御状態とを対応して表すテーブルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されたテーブルに基づき、前記複数の個別回折制御素子を制御する制御部と、
をさらに具備することを特徴とする請求項8記載のホログラム記録装置。The hologram recording device,
A storage unit that stores a table that represents each individual diffraction control element and control state,
Based on the table stored in the storage unit, a control unit that controls the plurality of individual diffraction control elements,
9. The hologram recording apparatus according to claim 8, further comprising:
ことを特徴とする請求項8記載のホログラム記録装置。9. The hologram recording according to claim 8, wherein the plurality of individual diffraction control elements take first and second diffraction states, and control the first diffraction state according to the arrangement of each individual diffraction control element. apparatus.
ことを特徴とする請求項1記載のホログラム記録装置。2. The hologram recording device according to claim 1, wherein the light-collecting element includes a plurality of lenses.
前記光分割素子から出射された第2の光を前記ホログラム記録媒体上の前記集光素子から出射されたレーザ光が集光された箇所に集光する第2の集光素子と、
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のホログラム記録装置。A light splitting element that splits laser light emitted from the laser light source into first and second lights, and causes the first light to enter the diffraction control element;
A second light-collecting element that focuses the second light emitted from the light splitting element on a portion of the hologram recording medium where the laser light emitted from the light-collecting element is collected,
The hologram recording device according to claim 1, further comprising:
前記第2の集光素子によって前記ホログラム記録媒体上に収束されたレーザ光に基づいて、前記ホログラム記録媒体から出射した光を受光する受光素子と、
をさらに具備することを特徴とする請求項13記載のホログラム記録装置。A light shielding element for shielding the first light emitted from the light splitting element;
A light-receiving element that receives light emitted from the hologram recording medium based on the laser light converged on the hologram recording medium by the second light-collecting element;
14. The hologram recording apparatus according to claim 13, further comprising:
前記回折制御ステップで出射された回折光をホログラム記録媒体に集光させる集光ステップと、
を具備することを特徴とするホログラム記録方法。By a diffraction control element, a diffraction control step of controlling the diffraction of the incident laser light to emit the laser light,
A focusing step of focusing the diffracted light emitted in the diffraction control step on a hologram recording medium,
A hologram recording method, comprising:
をさらに具備することを特徴とする請求項15記載のホログラム記録方法。16. The method according to claim 15, further comprising a step of extracting a diffracted light component of a predetermined order from the diffracted light emitted in the diffraction control step, between the diffraction control step and the focusing step. The hologram recording method according to the above.
ことを特徴とする請求項15記載のホログラム記録方法。16. The hologram recording method according to claim 15, wherein the diffraction control element has a plurality of individual diffraction control elements for controlling diffraction of the incident laser light independently of each other.
ことを特徴とする請求項17記載のホログラム記録方法。18. The hologram recording method according to claim 17, wherein in the diffraction control step, the plurality of individual diffraction control elements control the diffraction of the laser beam according to the arrangement of each individual diffraction control element.
前記算出ステップでの算出結果に基づき、前記回折制御ステップでの前記複数の個別回折制御素子の制御が行われる、
ことを特徴とする請求項18記載のホログラム記録方法。The hologram recording method further includes a calculating step of calculating a control state of each individual diffraction control element,
Based on the calculation result in the calculation step, control of the plurality of individual diffraction control elements in the diffraction control step is performed.
The hologram recording method according to claim 18, wherein:
ことを特徴とする請求項18記載のホログラム記録法。Based on a table representing each of the individual diffraction control elements and the control state, control of the plurality of individual diffraction control elements in the diffraction control step is performed.
The hologram recording method according to claim 18, wherein:
ことを特徴とする請求項18記載のホログラム記録方法。19. The hologram recording according to claim 18, wherein the plurality of individual diffraction control elements take first and second diffraction states, and the first diffraction state is controlled according to the arrangement of each individual diffraction control element. Method.
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