JP2004069722A

JP2004069722A - ホログラム記録再生システム

Info

Publication number: JP2004069722A
Application number: JP2002224363A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Ito; 伊藤　善尚; Satoru Tanaka; 田中　覚; Akihiro Tachibana; 橘　昭弘; Yoshihisa Kubota; 窪田　義久; Kazuo Kuroda; 黒田　和男; Satoshi Sugiura; 杉浦　聡
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04
Also published as: AU2003244094A1; US7079469B2; US20050169094A1; EP1526414A1; WO2004013705A1; EP1526414A4

Abstract

【課題】互換性あるホログラム記録再生システムを提供する。
【解決手段】光感応材料からなる記録媒体を装着自在に支持する支持部と、所定データに応じて変調された可干渉性光ビームを記録媒体に入射しその内部にて３次元的な光干渉パターンを設けて回折格子を生成する信号光生成部と、回折格子からの回折光を検出し光電気変換する検出部と、検出部の出力から所定データを復調する復調部と、を有するホログラム記録再生システムにおいて、検出部は中間データを生成する中間データ生成部を備え、復調部は、中間データと所定データとを一意に関連付けた変換テーブルを保持し、変換テーブルの対応関係に基づいて演算して、所定データを復調する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィック記録媒体及びこれを利用する記録再生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムとして、ホログラム記録システムが知られている。このシステムの特徴は、情報信号を記録媒体に屈折率の変化として記録することである。記録媒体には、ニオブ酸リチウム単結晶などのフォトリフラクティブ材料が使用される。ホログラム記録媒体においては、２次元の平面ページ単位でデータを記録、再生することができ、かつ複数のページを利用して多重記録が可能である。以下に、記録媒体システムの概要を説明する。
【０００３】
記録時には、図１に示すように、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置において、レーザ光源１１から発せられたレーザ光ビーム１２は、ビームスプリッタ１３において光１２ａ、１２ｂとに分割される。光１２ａは、ビームエキスパンダＢＸでビーム径を拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶表示装置（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）（以下、ＬＣＤともいう）のパネルなどの空間光変換器ＳＬＭに照射される。エンコーダ２５は、記録媒体１０に記録すべきデジタルデータを平面上に明暗のドットパターン画像として変換し、例えば縦４８０ビット×横６４０ビットのデータ配列に並べ替えて単位ページ系列データを生成し、これを空間光変換器ＳＬＭに送出する。
【０００４】
光１２ａは、空間光変換器ＳＬＭを透過すると、光変調されて、データ信号成分を含む信号光となる。ドットパターン信号成分を含んだ信号光１２ａは、その焦点距離ｆだけ離しておいたフーリエ変換レンズ１６を通過してドットパターン信号成分がフーリエ変換されて、記録媒体１０内に集光される。
一方、ビームスプリッタ１３において分割された光ビーム１２ｂは、参照光としてミラー１８、１９によって記録媒体１０内に導かれて、信号光１２ａの光路と記録媒体１０の内部で交差して光干渉パターンを形成し、光干渉パターン全体を屈折率の変化（屈折率格子）として記録する。また、参照光１２ｂの記録媒体１０への入射角を変えて複数の２次元平面データを角度多重記録することが可能となる。
【０００５】
再生時には、逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。図１に示すように、例えば、空間光変換器ＳＬＭによって信号光１２ａの光路を遮断して、参照光１２ｂのみを記録媒体１０へ照射する。参照光１２ｂは、再生するページを記録した時の参照光と同じ入射角度になるように、ミラーの位置と角度をミラーの回動と直線移動を組み合わせで制御される。参照光１２ｂの照射された記録媒体１０の反対側には、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れる。この再生光を逆フーリエ変換レンズ１６ａに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン像を再現することができる。さらに、このドットパターン像を焦点距離位置の電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）などの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のページデータが再生される。
【０００６】
図１に示す記録再生システムではフーリエ変換と逆フーリエ変換の規則に従って、図２（ａ）に示すように、空間光変換器ＳＬＭに表示される例えば画像データＡの部分を透過光がフーリエ変換されて記録媒体にフーリエ変換パターンの干渉縞として記録され、参照光で照射された記録媒体から図２（ｂ）に示すように、逆フーリエ変換された画像データＡの像がＣＣＤ２０上に再生される。したがって、従来の記録再生システムでは、縦４８０ビット×横６４０ビットの空間光変換器ＳＬＭに相似で同一解像度のＣＣＤ２０が必要である。一定の記録系と再生系の変換規則による記録再生システムで記録再生することを前提としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の記録再生システムではフーリエ変換用光学系及び逆フーリエ変換用光学系やその他の光学系で発生する光学歪や信号像のずれ等を所定の規定値内に収めておかなければならず、光学系に高精度のレンズ等の部品を要求する上に高精度の相対位置調整が必要であった。又、ピクセルデータの転送を行っているため高速のデータ転送を行うためには高価なＣＣＤなどの検出器が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明の解決しようとする課題には、逆フーリエレンズの必要のないホログラム記録再生システムを提供することが一例として挙げられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のホログラム記録再生システムは、フォトリフラクティブポリマーやホールバーニング材料、フォトクロミック材料等の光感応材料からなる記録媒体を装着自在に支持する支持部と、所定データに応じて変調された可干渉性光ビームを前記記録媒体に入射しその内部にて３次元的な光干渉パターンを設けて屈折率格子を生成する信号光生成部と、前記屈折率格子からの回折光を検出し光電気変換する検出部と、前記検出部の出力から所定データを復調する復調部と、を有するホログラム記録再生システムであって、前記検出部は中間データを生成する中間データ生成部を備え、前記復調部は、中間データと所定データとを一意に関連付けた変換テーブルを保持し、前記変換テーブルの対応関係に基づいて演算して、所定データを復調することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態のホログラム記録再生システムにおいて、記録系と再生系の変換規則が異なる場合、中間データを予め再生し、再生された中間データを予め格納されている所定の変換テーブルの対応関係に基づいて演算し、元データを復調する。記録系と再生系の変換規則が異なる場合とは、記録系においてはフーリエ変換レンズ光学系によるフーリエ変換記録をするが、再生系では逆フーリエ変換レンズの光学系だけでなく例えば、これに加えて光学系を用いてさらに変換を行い中間データを得て復調を行うことや、逆フーリエ変換レンズの代わりに検出した中間データを計算機により逆フーリエ変換し所定のデータを復調する場合が含まれる。
【００１１】
本実施形態のホログラム記録再生システムにおいては、変換テーブルを定義しておく。変換テーブルは、例えば、逆フーリエ演算機やフーリエ面近傍のフーリエ変換パターンとフーリエ変換前のデータとを一意に関連付けたもの、所定位置センサから出力される位置データと基準データ保持ホログラムに記録されている各データとを一意に関連付けたもの、などである。その他の記録媒体フォーマット毎の様々な変換テーブルを定義しておき、出荷時に記録再生システムの不揮発メモリに変換テーブルを記録しておく。また、書き換えメモリに変換テーブルを記録してもよい。
【００１２】
図３は本発明による記録再生システムの第１の実施形態の一例を示す。
この実施形態においては、図３に示すように、逆フーリエ変換レンズを用いることなく、２次元光センサなどの光検出器２００の受光面がフーリエ面ＦＦ近傍に配置され、記録媒体１０が光検出器２００の上流すなわち、光検出器２００及びフーリエ変換レンズ１６間に配置される。さらに、記録再生システムは、逆フーリエ演算機やフーリエ面近傍のフーリエ変換パターンとフーリエ変換前のデータを関連付けた変換テーブルが格納されかつコントローラ３０に接続された不揮発メモリＲＯＭを備えている以外、従来のものと同様の構成を有している。そしてコントローラ３０は、再生時、逆フーリエ演算機に応じて、再生されたフーリエ変換パターンから元の所定データを演算する。なお、光検出器２００は中間データとしてのフーリエ変換パターンを得られればよく、光検出器２００の位置はフーリエ面近傍前後のいずれでもよい。
【００１３】
まず、記録時においては、レーザ光源１１から出射された光ビームをビームスプリッタ１３で直進する信号用光ビームと上方へ偏向する参照用光ビームの２つに分け、それぞれは信号及び参照光ビーム光学系の光路に導かれる。
ビームスプリッタ１３を通過した信号用光ビーム１２ａは、シャッタ６ａ、光ビームエキスパンダＢＸ、空間光変換器ＳＬＭ及びフーリエ変換レンズ１６を通して記録媒体１０へ入射する。信号光ビーム１２ａはコントローラ３０に制御される自動シャッタ６ａにより記録媒体への照射時間を制御され、ビームエキスパンダＢＸにより所定径の平行光に拡大される。空間光変換器ＳＬＭは、例えば縦４８０×横６４０ピクセルの２次元平面の透過ＬＣＤであり、エンコーダ２５から供給されるディジタル記録データに応じて、ビームエキスパンダＢＸからの光ビームを信号光に変換する。例えば、空間光変換器ＳＬＭに表示されるデータが図２（ａ）に示す画像データＡであって、この部分を光が透過して信号光となるとき、画像データＡはフーリエ変換されて、図４に示すようなフーリエ面ＦＦ近傍ではフーリエ変換パターンが生成される。よって、記録媒体１０にはフーリエ変換パターンに至る前の信号光と参照光の干渉縞として記録される。一般に、空間光変換器ＳＬＭにより記録ページデータに応じて各画素毎の透過／非透過となる２次元ドットパターンにより空間変調された後、フーリエ変換レンズ１６によりフーリエ変換され、記録媒体１０に集光され、フーリエ面ＦＦで光強度の高い点像として結像される。よって、フーリエ面ＦＦ近傍に記録媒体１０を配置することが好ましい。
【００１４】
記録媒体１０は、例えば、フォトリフラクティブポリマーからなる円板形状あるいは薄板状の形状を有する。円板記録媒体の場合、記録媒体１０は回転テーブル（図示せず）に載置され、回転テーブルは、回転対称軸を中心として回転させる駆動部により駆動される。駆動部は、コントローラ３０によりテーブルの回転等を制御される。コントローラ３０は、光検出器からの位置決めデータに対応する信号に応じて、回転テーブルをステップモータなどで駆動して回転位置を、記録媒体１０あるいは信号生成部及び検出部を図示せぬ機構により移動し記録媒体１０と信号生成部及び検出部の相対位置を制御している。
【００１５】
一方、参照光ビーム光学系では参照光ビーム１２ｂがミラー１８及び１９により反射され、記録媒体１０へ入射させ、媒体内部の位置でレンズ１６からの信号光ビーム１２ａと交差させて干渉せしめ３次元の干渉縞を作る。このように、従来と同様に、データを記録するときには信号光と参照光を同時に記録媒体１０内の所定部位に照射し干渉パターンを屈折率が変化した屈折率格子として記録する。ホログラムの形成時間は自動シャッタ６ａの開放で制御される。
【００１６】
このように、フーリエ変換途中の情報を記録媒体１０へ記録する。実施形態における再生時には、光学系による逆フーリエ変換を行わず、２次元光検出器２００をフーリエ面近傍に配置するとホログラムからの再生されたデータは２次元光検出器２００上にフーリエ変換パターンとして再生されるので、不揮発メモリＲＯＭによる変換テーブルに基づきコントローラ３０によって２次元光検出器２００の出力を逆フーリエ変換の演算し元のデータを得る。この構成では、逆フーリエ変換レンズの光学系が不要であり、記録再生システムの構成を小型にできる。かかる変換テーブルにおいては、データ変換のアルゴリズムなどをも包含することもできる。
【００１７】
図５は本発明による記録再生システムの第２の実施形態の一例を示す。
この実施形態においては、図５に示すように、第１の実施形態とは異なり、逆フーリエ変換レンズ１６ａを用い、その焦点位置に光検出器ではなく基準データ保持ホログラム２９９を配置する。基準データ保持ホログラム２９９は、これから所定距離離れた位置に配置された位置センサ３００へ基準データホログラムを記録した参照光ビームに対応した回折光を発生する。この記録再生システムは、基準データ保持ホログラム２９９及び位置センサ３００を備え、図６に示すように、さらに位置センサ３００上の参照光ビームのスポットに対応して位置センサ３００から出力された位置データ（ｘｙデータ）と基準データ保持ホログラムに記録されている各データとを一意に関連付けた変換テーブルのデータが格納されかつコントローラ３０に接続された不揮発メモリＲＯＭを備えている以外、従来の４ｆ系ホログラム記録システムと同様の構成を有している。そしてコントローラ３０は、再生時、変換テーブルに従って、再生された位置データから元の所定データを演算する。
【００１８】
第２の実施形態の４ｆ系ホログラム記録システムの動作を示す。
まず、基準データ保持ホログラム２９９には、空間光変換器ＳＬＭが作るドットパターンのすべてあるいは記録に用いるページ数分を角度多重して、プリフォーマットとして基準データホログラムを図示せぬ装置で予め形成しておく。そして、図５に示すように、基準データホログラム２９９を逆フーリエ変換レンズ１６ａの焦点位置に配置する。また、基準データ保持ホログラム２９９形成時の角度多重における各々の参照光の角度の値とすべてのドットパターンとを対応させた変換テーブルを、記録再生システムの不揮発メモリＲＯＭに記録しておく。
【００１９】
次に、記録時は、通常どおり信号光と参照光によって、記録媒体１０に空間光変換器ＳＬＭのドットパターンに対応する屈折率格子を記録する。
次に、再生時は、記録媒体１０を所定の参照光にて再生すると通常どおり信号光が再生され、信号光が基準データ保持ホログラム２９９に入射する。すると、基準データ保持ホログラム２９９からは、プリフォーマット時に記録した角度の参照光に対応した回折光が中間データとして発生し、それを位置センサにて検出し、記録再生システムの不揮発メモリＲＯＭに予め保存されている変換テーブルと対比し、所望のドットパターンデータを復元する。
【００２０】
よって、従来のようにＣＣＤのような高価な２次元検出器を用いなくとも、安価な位置センサ３００で構成可能である。また、画素毎に電荷（データ）の転送を行っているＣＣＤは情報の転送が高速に行えないが、本実施形態の位置センサ３００では情報の高速の検出、転送が行える。
なお、上記例では円板の記録媒体１０を用いているが、円柱などの回転体記録媒体や、カードなどの記録媒体を用い、かかる記録再生システムにて再生することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の記録媒体システムの構成を示す線図。
【図２】空間光変換器及びＣＣＤ上に現れた画像データを説明する図。
【図３】本発明による実施形態の記録媒体システムの構成を示す線図。
【図４】フーリエ面近傍の光検出器の受光面上に現れたフーリエ変換パターンを説明する図。
【図５】本発明による他の実施形態の記録媒体システムの構成を示す線図。
【図６】位置センサ上に現れた参照光ビームのスポットを説明する図。
【符号の説明】
１０　記録媒
１１　レーザ光源
１６　フーリエ変換レンズ
１６ａ　逆フーリエ変換レンズ
１３　ビームスプリッタ
１８，１９　ミラー
２０　ＣＣＤ
２５　エンコーダ
２６　デコーダ
３０　コントローラ
２９９　基準データ保持ホログラム
３００　位置センサ
ＢＸ　ビームエキスパンダ
ＲＯＭ　不揮発メモリ
ＳＬＭ　空間光変換器

Claims

光感応材料からなる記録媒体を装着自在に支持する支持部と、所定データに応じて変調された可干渉性光ビームを前記記録媒体に入射しその内部にて３次元的な光干渉パターンを設けて回折格子を生成する信号光生成部と、前記回折格子からの回折光を検出し光電気変換する検出部と、前記検出部の出力から所定データを復調する復調部と、を有するホログラム記録再生システムであって、前記検出部は中間データを生成する中間データ生成部を備え、前記復調部は、中間データと所定データとを一意に関連付けた変換テーブルを保持し、前記変換テーブルの対応関係に基づいて演算して、所定データを復調することを特徴とするホログラム記録再生システム。
前記信号光生成部は、前記可干渉性光ビームとしての第１波長の可干渉性参照光ビームを前記記録媒体に入射する参照光生成部を含み、前記可干渉性光ビームとしての第１波長の可干渉性信号光ビームを前記所定データに応じて変調して前記記録媒体に入射し、その内部にて前記参照光ビームと交差せしめかつ前記参照光との３次元的な光干渉パターンを生成することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生システム。
前記信号光生成部は空間光変換器を備え、前記検出部は受光面がフーリエ面近傍に配置され前記中間データを生成する、中間データ生成部である光検出器を備え、前記記録媒体が前記光検出器の上流に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム記録再生システム。
前記信号光生成部は空間光変換器を備え、前記検出部は逆フーリエ変換レンズ、前記逆フーリエ変換レンズの焦点位置に配置された基準データ保持ホログラム、及び前記基準データ保持ホログラムからの回折光を受光し前記基準データ保持ホログラムから所定距離離れた位置に配置され前記中間データを生成する中間データ生成部である位置センサを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム記録再生システム。