JP2000331345A

JP2000331345A - ホログラム記録再生装置

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Publication number: JP2000331345A
Application number: JP11137671A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suganuma; 洋菅沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP4224891B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ホログラム記録媒体を用いて情報信号の記録
を行う場合において、不要な干渉ノイズを除去し、Ｓ／
Ｎ比の向上を図る。【解決手段】ホログラムとして記録される２次元デー
タを、ビーム走査手段８と変調手段９により構成し、同
時に記録されるビットの数を制限する。例えば液晶パネ
ル９に表示したデータを光スポットで走査しながら１ピ
クセル毎に記録する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムを用い
て情報信号の記録及び再生を行うホログラム記録再生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ホログラムを用いて情報信号の記
録及び再生を行うホログラム記録再生装置が提案されて
いる。

【０００３】ホログラムを用いた情報記録は、参照光と
情報信号に応じて変調した物体光との干渉縞をホログラ
ム記録媒体に記録するものである。情報信号の再生にあ
たっては、ホログラム記録媒体に参照光を照射すること
により、記録時に該ホログラム記録媒体に照射された物
体光に相当する回折光を得ることができ、この回折光か
ら物体光の変調が基づく情報信号を得ることができる。

【０００４】ホログラムを用いた情報記録は、並列的に
複数のビットを記録再生することができ、大容量化が可
能であるのみならず、転送レートの高速化が可能であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
ホログラム記録再生装置においては、２次元的にデータ
を記録するために、例えば液晶表示パネルなどの空間変
調器が必要であり、この空間変調器における欠陥ピクセ
ルや各ピクセルによる回折や液晶による散乱などのノイ
ズが、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を制限する大きな
要因となる。

【０００６】また、参照光による照明の不均一性が生じ
ると、バックグラウンドノイズとなるのみではなく、信
号再生時の閾値を空間的に変化させる必要が生じる。こ
れは、信号処理を甚だ複雑にする。

【０００７】また、空間変調器の各ピクセル間の干渉も
同時にホログラムとして記録されてしまう。このような
干渉は、本来、多重記録においては、再生時にはブラッ
グ条件を満たさないはずであるが、実際には、微かに再
生される。多重記録の枚数が増加すると、１枚のホログ
ラムの中のピクセル間の干渉のみならず、異なるホログ
ラムのピクセルからの誤再生ノイズも生ずることとな
り、これらのノイズが、総計としては無視できないノイ
ズ要因となることがある。

【０００８】また、現在の液晶パネルなどの空間変調器
の開口率は、各ピクセルの開口部周辺にトランジスタな
どの素子を配置する必要があるため、５０％程度であ
る。したがって、参照光のかなりの割合が空間変調器に
おけるロスとして失われしまう。

【０００９】さらに、ホログラムは、ホログラム記録媒
体中に干渉縞として記録されるため、干渉縞のコントラ
ストができるだけ高いことが望ましい。それには、ホロ
グラム記録媒体中での物体光及び参照光の光強度密度が
互いに等しいことが望ましい。しかし、情報信号の記録
再生を目的としたホログラム記録では、被記録物体のフ
ーリエ面近傍にホログラム記録媒体を置くことが多く、
物体光が光束としては集光されるために強度分布が生じ
て、ホログラム記録媒体中でのコントラストの不均一性
が生じることがある。また、ホログラム記録媒体中で屈
折率の変動が大きい部分と小さい部分があると、ダイナ
ミックレンジ活用という観点から見ると不具合が生ず
る。

【００１０】これに対して、光ディスクなどのように、
１ビット毎に記録再生を行う記録再生方式では、転送レ
ートや記録容量についての限界は高くないが、記録再生
のＳ／Ｎ比という観点からは、ホログラムのような並列
情報記録に比べて優れている。

【００１１】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、高い転送レートや大記録容量と
いったホログラム記録の利点を維持しつつ、信号処理を
困難化することなく、不要な干渉ノイズが除去されてＳ
／Ｎ比が良好であるホログラム記録再生装置を提供しよ
うとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るホログラム記録再生装置は、物体光を
偏向させて被記録物体の一部への物体光の照射を順次行
う光偏向手段と、被記録物体の一部を経た物体光が入射
されるとともに参照光が入射されこれら物体光及び参照
光の干渉により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録
媒体とを備えたことを特長とするものである。

【００１３】また、このホログラム記録再生装置におい
ては、空間変調器において記録データに応じて制御をな
される複数のピクセルの総体を被記録物体とし、物体光
を集光させる集光手段を設け、物体光の照射を、物体光
が集光手段により集光されて形成された光スポットとし
て各ピクセル毎に順次照射するものとすることができ
る。すなわち、この場合には、データを１ビットずつ三
次元的に記録することができる。

【００１４】さらに、このホログラム記録再生装置にお
いては、空間変調器において記録データに応じて制御を
なされる複数のピクセルの総体を被記録物体とし、物体
光を直線状に集光させる集光手段を設け、物体光の照射
を、物体光が集光手段により直線状に集光されて形成さ
れた光の線をこの線の方向に直交する方向に走査して各
ピクセルの列毎に順次照射するものとすることができ
る。

【００１５】そして、本発明に係るホログラム記録再生
装置は、物体光を偏向させる光偏向手段と、物体光の強
度を変調する強度変調手段と、物体光を集光させる集光
手段と、集光手段による集光点を経た物体光が入射され
るとともに参照光が入射されこれら物体光及び参照光の
干渉により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録媒体
とを備え、記録されるデータに基づいて強度変調手段に
より物体光の強度を変調しつつ、集光手段により形成さ
れる該物体光の光スポットを光偏向手段により一平面上
を走査させて、ホログラム記録媒体に対して１枚のホロ
グラムとして記録することを特長とするものである。

【００１６】これらホログラム記録再生装置において
は、ホログラム記録媒体に入射される参照光の状態を変
えることにより、該ホログラム記録媒体に、ホログラム
を多重的に記録することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１８】本発明に係るホログラム記録再生装置は、
図１に示すように、レーザ光源１を有している。このレ
ーザ光源１としては、ＹＡＧレーザの第二高調波、分布
帰還形レーザ、もしくは、その第二高調波、アルゴンイ
オンレーザなどのレーザを用いることができる。ブラッ
グ角選択性を高めるため、できるだけ線幅は狭いことが
望ましい。そして、このレーザ光源１からの出射光は、
ビームスプリッター２により、物体光と参照光とに分離
される。

【００１９】参照光は、第１のミラー３に反射されて参
照光偏向手段４に入射される。この参照光偏向手段４と
しては、ガルバノミラーや音響光学素子などを用いるこ
とができる。また、これらの幾つかを組み合わせて用い
てもよい。参照光は、参照光偏向手段４により進行方向
を制御され、第２のミラー５に反射されて、ホログラム
記録媒体６に入射する。この参照光のホログラム記録媒
体６への入射角度を１枚１枚のホログラム毎に変化させ
ることで、１つのホログラム記録媒体６に対する角度多
重記録が可能になる。

【００２０】ホログラム記録媒体６としては、Ｆｅ：Ｌ
ｉＮｂＯ₃、ＳＢＮ、Ｃｅ：ＢａＴｉＯ₃などのフォトリ
フラクティブ結晶、フォトポリマー、有機フォトリフラ
クティブ材料など、任意のホログラム記録材料を用いる
ことができる。

【００２１】一方、物体光は、ビームスプリッタ２を経
て、物体光強度変調手段７に入射される。物体光は、こ
の物体光強度変調手段７により、強度変調を受ける。物
体光光強度変調手段７としては、音響光学変調器、電気
光学変調器、液晶変調器などを用いることができる。な
お、レーザ光源１が半導体レーザ等のように自己変調が
できる場合は、これを用いて強度変調することとしても
よい。

【００２２】さらに、物体光は、物体光偏向手段８によ
り、進行方向を変化させられる。物体光偏向手段８とし
ては、音響光学偏向器、電気光学偏向器、ガルバノミラ
ーなどを用いることができる。また、これらの幾つかを
組み合わせて用いてもよい。この物体光偏向手段８によ
り偏向された物体光は、空間的変調手段９上に集光され
て光スポットを形成し、この空間的変調手段９上を走査
（スキャニング）する。空間的変調手段９としては、液
晶パネル、マイクロマシンを用いたマイクロミラーアレ
イなどの空間変調器を用いることができる。

【００２３】なお、物体光強度変調手段７を用いている
場合は、空間的変調手段９を用いる必要はなく、物体光
強度変調手段７により、スキャニングに同期した強度変
調を行えば良い。光スポットの位置精度や収差などの影
響を避け調整を容易にするために、スキャニング面にピ
ンホールアレイやスリットなどの空間的フィルタを置い
てもよい。

【００２４】空間的変調手段９、または、空間的フィル
タを透過した物体光は、ホログラム記録媒体６に入射
し、参照光と干渉する。これら参照光と物体光との干渉
縞がホログラムとしてホログラム記録媒体６中に記録さ
れる。

【００２５】再生時には、記録時と同一の参照光を用い
ることで、物体光が再生される。このようにして再生さ
れた物体光は、受光素子アレイ１０により受光される。
この受光素子アレイ１０としては、ＣＣＤ（固体撮像素
子）やＣＭＯＳセンサーなどの２次元的な情報を得るこ
とができる受光素子を用いることができる。

【００２６】以上の実施の形態では、ホログラム記録媒
体への参照光の入射角度を制御することで角度多重記録
を行う場合について述べた。本発明は、波長多重、位相
コード多重など、様々なホログラムの記録方法について
も適用することができる。

【００２７】また、本発明は、適宜、レンズなどの光学
素子を含んで構成される任意のホログラム記録装置につ
いても適用可能である。例えば、図２に示すように、強
度変調器１１により強度をコントロールされたレーザ光
を、ガルバノミラー１２でｘ及びｙ方向の２方向に偏向
させ、この光を集光レンズ１３で集光することで、焦点
面上の光スポットをスキャニングするように構成する。
ガルバノミラー１２は、ｘ方向用ガルバノミラー１２ｘ
とｙ方向用ガルバノミラー１２ｙとから構成されてい
る。

【００２８】そして、レーザ光の焦点面上には、フィー
ルドレンズ１４を介して空間的変調器１５を置く。この
空間変調器１５において、記録するデータは、ピクセル
の開閉により表示される。もしくは、焦点面上の光スポ
ットのスキャニングに同期して強度変調器１１によって
強度変調を行う。この強度変調により、記録データを２
次元的に表示することができる。

【００２９】空間的変調器１５、もしくは、物体光の集
光面では、図３に示すように、光スポットが変調され点
滅しながら、移動していく。したがって、同時に光って
いるのは、１点のみの光スポットである。この光スポッ
トからの光は、フーリエ変換レンズ１６によりフーリエ
変換されて略々平面波としてホログラム記録媒体６に入
射する。ホログラム記録媒体６には、別途参照光が入射
される。これら物体光と参照光とは干渉し、その干渉縞
がホログラム記録媒体６にホログラムとして記録され
る。

【００３０】この光スポットの走査方法としては、図４
に示すように、様々なものが考えられる。図４中の
（Ａ），（Ｂ）のように、１ラインずつの走査を行って
もよいし、可能であれば、図４中の（Ｃ）のように、離
散的な複数のスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３・・・による走
査を行ってもよい。また、図４中の（Ｄ）のように、１
次元の直線状集光領域Ｌを該直線に垂直な方向にスキャ
ンすることでも、２次元のうち１次元については同様の
機能を実現できる。

【００３１】このように、このホログラム記録再生装置
においては、１点ずつ（１ビットずつ）、いわばビット
バイビットで（または、１列ずつ）、ホログラムを記録
することで、空間変調器１５の全体に物体光を照射する
場合にピクセル間において生じたり、ピクセルの欠陥に
よって生じる不要な干渉ノイズを無くしている。また、
空間変調器１５を用いずにスキャニングを行う場合は、
空間変調器を用いる場合のように、欠陥ピクセルにより
特定のピクセルが使用できないという虞れはない。

【００３２】例えば、市販されている液晶表示パネルに
は、数十万ピクセルについて数個の欠陥ピクセルが許容
されているのが通常である。しかし、情報信号の記録の
ために、１ピクセルに１ビットを割り当てようとすれ
ば、このような欠陥は無視できない問題となる。しか
し、無欠陥の数十万ピクセルの空間変調器を用いようと
すれば、歩留まりが低くコストが高くなり実用的ではな
い。また、現在の空間変調器は、歩留まりや製造上の問
題から、ピクセル数の上限は数十万程度であるのに対
し、この空間変調器を用いずにスキャニングを行う方式
においては、スキャニングの分解能で表示点数が決まる
ので、空間変調器を用いる場合に比べて表示点数を増や
すことができる。

【００３３】また、空間変調器は、ピクセルの開口率が
２０％乃至３０％程度のものが多い。しかし、各ピクセ
ルよりも小さな光スポットで空間変調器をスキャニング
すれば、ピクセルの開口率が低いことによる物体光の損
失（ロス）が少なくなる。例えば、縦、横方向に５０
％、面積で２５％の開口率を持つ空間変調器を用いて、
各ピクセルの大きさ以下の大きさの光スポットで１次元
に（１直線状に）走査すれば、実効開口率は５０％とな
り、全体に一括して照射する場合（２５％）の２倍にな
る。また、強度変調を行いながら走査面を直接スキャニ
ングすれば、物体光の損失はなくなる。

【００３４】また、通常は、多数のピクセルを持つ空間
変調器に平行光を照射し、その後、フーリエ変換すれ
ば、図６に示すように、ホログラム記録媒体６中では、
光束としては収束光になるため、ホログラム記録媒体中
の位置によって光強度密度は大きく異なる。そして、角
度多重記録を行うときの参照光の強度分布は、ホログラ
ム記録媒体６中の位置によってさほど異ならない。した
がって、物体光と参照光の強度比は、ホログラム記録媒
体６中の位置によって大きく異なる。この場合、干渉縞
のコントラストは低くなり、記録されるホログラムの回
折効率は低下する。

【００３５】しかし、本発明に係るホログラム記録再生
装置では、図５に示すように、ホログラム記録媒体６中
で、物体光は、平面波である。そのため、このホログラ
ム記録再生装置では、ホログラム記録媒体６中の全体に
おいて、干渉縞のコントラストを高くすることができ
る。したがって、ホログラムが効率よく記録でき、回折
効率を向上させることができる。

【００３６】このように、このホログラム記録再生装置
においては、実効的開口率が高くできること、物体光と
参照光の干渉のコントラストが高く記録の効率が良いこ
と、及び、ホログラムの記録は光強度と露光時間の積で
決定されることを考えれば、１ピクセル毎にスキャニン
グすることで露光時間が長く必要になることはなく、む
しろ、記録速度が向上することを期待できる。

【００３７】また、通常、ホログラムを記録する時に
は、その記録時よりも前に既に記録されているホログラ
ムが破壊を受けるため、回折効率が低下する。そのた
め、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを最大限
に活用し、各ホログラム毎に等しい回折効率を得るため
には、レコーディングスケジュールを設定する必要があ
る。

【００３８】本発明に係るホログラム記録再生装置で
は、ピクセル毎に記録を行うため、ピクセル当たりの露
光量についてレコーディングスケジュールを設定すれば
よい。そして、計算が煩雑な場合は、各ピクセル当たり
の露光量がさほど大きくなければ、レコーディングスケ
ジュールをページ毎に設定し、全てのピクセルを同じ露
光量で露光してもよい。

【００３９】

【発明の効果】上述のように、本発明に係るホログラム
記録再生装置においては、被記録物体として空間変調器
を使用する場合において、空間変調器上の１点ずつにつ
いて、いわゆるビットバイビットで、ホログラムを記録
することで、空間変調器に一括して物体光を照射する場
合に生じるピクセル間やピクセルの欠陥により生じる不
要な干渉ノイズを無くすことができる。したがって、こ
のホログラム記録再生装置においては、空間変調器にお
ける歩留まりの障害や高コスト化の問題を回避できる。
また、空間変調器におけるピクセルの実効開口率を高く
することができ、空間変調器における物体光の損失を減
少させることができる。

【００４０】そして、本発明に係るホログラム記録再生
装置において、空間変調器を用いずに物体光を走査（ス
キャニング）させる場合には、走査の分解能で表示点数
が決まるため、空間変調器を用いた場合に比べて、容易
に表示点数を増やすことができる。

【００４１】また、本発明に係るホログラム記録再生装
置においては、ホログラム記録媒体の全体において、干
渉縞のコントラストを高くすることができる。したがっ
て、ホログラムが効率よく記録できるため、回折効率の
向上が期待できる。

【００４２】さらに、このホログラム記録再生装置にお
いては、空間変調器におけるピクセルの実効的開口率を
高くできること、物体光と参照光との干渉のコントラス
トが高く記録の効率が良いこと、及び、ホログラムの記
録は光強度と露光時間の積で決定されることから、記録
速度の向上が期待できる。

【００４３】すなわち、本発明は、高い転送レートや大
記録容量といったホログラム記録の利点を維持しつつ、
信号処理を困難化することなく、不要な干渉ノイズを除
去してＳ／Ｎ比を良好としたホログラム記録再生装置を
提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るホログラム記録再生装置の構成を
示す側面図である。

【図２】上記ホログラム記録再生装置の構成に光学素子
を含めた場合示す側面図である。

【図３】上記ホログラム記録再生装置の要部の構成を示
す斜視図である。

【図４】上記ホログラム記録再生装置における物体光の
走査の状態を示す正面図である。

【図５】上記ホログラム記録再生装置のホログラム記録
媒体中の物体光及び参照光の状態を示す側面図である。

【図６】従来のホログラム記録再生装置のホログラム記
録媒体中の物体光及び参照光の状態を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１レーザ光源、４参照光偏向手段、６ホログラム
記録媒体、７物体光強度変調手段、８物体光偏向手
段、９空間的変調手段、１０受光素子アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体光を偏向させて、被記録物体の一部
への物体光の照射を順次行う光偏向手段と、上記被記録物体の一部を経た物体光が入射されるととも
に、参照光が入射され、これら物体光及び参照光の干渉
により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録媒体とを
備えたことを特長とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】ホログラム記録媒体に入射される参照光
の状態を変えることにより、該ホログラム記録媒体に、
ホログラムを多重的に記録することを特長とする請求項
１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】空間変調器において記録データに応じて
制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体と
し、物体光を集光させる集光手段を備え、物体光の照射は、該物体光が上記集光手段により集光さ
れて形成された光スポットとして上記各ピクセル毎に順
次照射することを特長とする請求項１記載のホログラム
記録再生装置。
【請求項４】空間変調器において記録データに応じて
制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体と
し、物体光を直線状に集光させる集光手段を備え、物体光の照射は、該物体光が上記集光手段により直線状
に集光されて形成された光の線をこの線の方向に直交す
る方向に走査して上記各ピクセルの列毎に順次照射する
ことを特長とする請求項１記載のホログラム記録再生装
置。
【請求項５】物体光を偏向させる光偏向手段と、上記物体光の強度を変調する強度変調手段と、上記物体光を集光させる集光手段と、上記集光手段による集光点を経た物体光が入射されると
ともに、参照光が入射され、これら物体光及び参照光の
干渉により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録媒体
とを備え、記録されるデータに基づいて上記強度変調手段により上
記物体光の強度を変調しつつ、上記集光手段により形成
される該物体光の光スポットを上記光偏向手段により一
平面上を走査させて、上記ホログラム記録媒体に対して
１枚のホログラムとして記録することを特長とするホロ
グラム記録再生装置。
【請求項６】ホログラム記録媒体に入射される参照光
の状態を変えることにより、該ホログラム記録媒体に、
ホログラムを多重的に記録することを特長とする請求項
５記載のホログラム記録再生装置。