JP2005234179A - ホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角度多重方式の記録多重度に影響を与えることなく、再生時に不要光が再生光光学系に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止して、再生画像の品質を向上させること。
【解決手段】ホログラム記録メディア１２を信号光光学系のレンズ１２１に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録メディア１２の回転軸６０を、前記信号光光学系１１の光軸５０に対して垂直でなく所定角度傾けた位置になるように当該ホログラム記録メディア１２を設置することにより、角度多重方式のデータ多重度に影響を与えることなく、再生時に不要光が再生光光学系１５に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止して、再生画像の品質を向上させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置および方法に係り、特に再生モード時に撮像装置に入射する不要光を排除するためのホログラム記録メディアの配置に関する。

近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージの候補として注目を集めているホログラフィックメモリの実用化へ向けて、急速に開発が進められており、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行なうホログラム記録再生システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

このようなホログラム記録再生システムでは、記録密度向上のために多重記録という方法が用いられている。これはホログラム記録メディアの同一の記録エリアに多数の独立なデータページを記録するものであり、代表的な多重記録方式としては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録などが知られている。

図７は角度多重記録方式のホログラム記録再生装置の一般的な構成を示した概略図である。レーザー光源１から出射された干渉性を持つレーザー光は、ＮＤフィルター２によりその強度が調整されてから半波長板３により偏光面を調整された後、ビームエクスパンダ４により平行光になる。この平行光となったレーザー光はシャッター５を介してミラー６に入射されて光路を変更され、ビームスプリッタ７に入射されて、信号光１００と参照光２００に分岐される。

信号光１００はシャッター８を介してミラー９に入射され、このミラー９により進路を変更されて空間光変調器１０に入射される。信号光１００はデータページを表示した空間光変調器１０で強度変調され、この変調された信号光１００が信号光光学系１１によりホログラム記録メディア１２に集光される。一方、参照光２００は反射面の角度が変更可能なミラー１３に入射され、ある角度で反射されて光路が変更された後、４ｆ系の参照光学系１４に入射され、この参照光学系１４によりホログラム記録メディア１２に集光される。これにより、ホログラム記録メディア１２内において、信号光１００と参照光２００が重ね合わされ、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１２に記録される。

その際に、空間光変調器１０に表示されるデータページが変更される度に、ミラー１３の反射面の角度を変えると、参照光２００のホログラム記録メディア１２に入射される角度が変わり、ホログラム記録メディア１２の同一記録エリアに複数枚のデータベージが多重記録される。

ホログラム記録メディア１２に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の照明参照光（ここではこれを参照光２００と称する）をホロクラム記録メディア１２に照射することより生じる回折光を再生光光学系１５に入射し、この回折光を再生光光学系１５によって撮像装置１６に結像されることにより行われる。

撮像装置１６は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は解析されて画像データとして再生される。この再生時に、記録時と同様に参照光２００のホログラム記録メディア１２に対する入射角度をミラー１３を回転させることによって変えることにより、ひとつの記録エリアに多重記録されている画像データを順次再生することができる。

ここで、上記のように２光束方式の記録再生装置では、再生時に図８に示すように参照光２００がホログラム記録メディア１２の記録エリアを照射するが、この時、ホログラム記録メディア１２を構成するガラス又はプラスチック板（図示せず）などで参照光２００の一部が反射し、その反射光２０１が記録光光学系１１に入射する。

反射光２０１は図８（Ｂ）に示すように記録光光学系１１の外側のレンズ１２１の縁に入射する。図８（Ｃ）はレンズ１２１とホログラム記録メディア１２の位置関係を示している。図に示すごとく、レンズ１２１の光軸５０に対してホログラム記録メディア１２の回転軸６０が直交した関係にあり、また、ホログラム記録メディア１２は回転軸６０を中心にして傾斜しており、この傾斜が図８（Ａ）に示した角度θである。

図８（Ａ）にて記録光光学系１１に入射した反射光２０１は記録光光学系１１を構成するレンズ群で折り返され、記録光光学系１１からホログラム記録メディア１２側に進行し、一部はホログラム記録メディア１２を透過して再生光光学系１５に入射される。これでは、ホログラム記録メディア１２より発生した回折光の他に参照光２００の反射光２０１が再生光光学系１５に入射されるため、撮像装置１６により撮像された再生画像に反射光２０１による画像がノイズとして載ってしまい、再生画像データのＳ／Ｎが悪化するという不具合が生じる。

そこで、この不具合を回避するために図９（Ｃ）に示すように、ホログラム記録メディア１２は回転軸６０（この場合も回転軸６０と光軸５０は直交関係にある。）を中心にしてその傾斜角を小さくする。これにより、図９（Ａ）に示すようにホログラム記録メディア１２のレンズ１２１に対する角度をθ１にする。これにより、参照光２００の反射光２０１は図９（Ｂ）に示すようにレンズ１２１の外側を通ることになり、参照光２００の反射光２０１が記録光光学系１１に入射され、更にそれが折り返されて再生光光学系１５に入射されるという問題を解決でき、再生画像データのＳ／Ｎの悪化を防止することができる。
IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」

しかしながら、図７に示したように角度多重方式を採るホログラム記録再生装置では、再生時に、参照光２００のホログラム記録メディア１２に対する入射角度を変化させて、多重記録した画像を再生するため、例えば図９（Ａ）に示した入射角であれば、反射光２０１は記録光光学系９に入射されないが、この入射角が小さくなると図９（Ｂ）に示した反射光２０１が右方向に移動し、記録光光学系１１に入射されてしまう。このため、参照光２００の入射角度変化の範囲が非常に狭くなる。これでは角度多重方式による記録多重度が小さくなり、記録密度が低くなってしまうという問題が生じる。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、角度多重方式の記録多重度に影響を与えることなく、再生時に不要光が再生光光学系に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止して、再生画像の品質を向上させることができるホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、信号光と参照光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体と、前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する信号光光学系と、前記参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体に照射することにより生じる回折光を受光して光電変換する撮像装置と、前記回折光を前記撮像装置に結像させる再生光光学系とを有するホログラム記録再生装置であって、前記ホログラム記録媒体を前記信号光光学系に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録媒体の回転軸を前記信号光光学系の光軸に対して直交することなく所定角度傾けた位置になるように当該ホログラム記録媒体を設置することを特徴とする。

また、本発明は、信号光と参照光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体と、前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する信号光光学系と、前記参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体に照射することにより生じる回折光を受光して光電変換する撮像装置と、前記回折光を前記撮像装置に結像させる再生光光学系とを有するホログラム記録再生装置であって、前記信号光光学系の前記ホログラム記録媒体に面するレンズの信号光透過部分を除いた残りの部分を遮光領域とする遮光手段を具備することを特徴とする。

また、本発明は、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録再生方法であって、前記ホログラム記録媒体を設置する際に互いに直交する２軸を回転軸とし、これら２本の回転軸を中心としてホログラム記録媒体をそれぞれ所定角度回転させて設置するステップを具備することを特徴とする。

このように本発明では、ホログラム記録媒体を前記信号光光学系に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録媒体の回転軸が前記信号光光学系の光軸に直交しない所定角度傾けた位置になるように当該ホログラム記録媒体を設置する（ホログラム記録媒体を設置する際に互いに直交する２軸を回転軸とし、これら２本の回転軸に対してホログラム記録媒体をそれぞれ所定角度回転させて設置するに同じ）ことにより、角度多重方式で再生時に参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を変化させた場合、それに応じて移動する前記参照光のホログラム記録媒体からの反射光の位置を、全て信号光光学系の外側に来るようにすることができるため、角度多重方式による記録多重度に影響を与えること無く、反射光が信号光光学系に入射して折り返され、それがホログラム記録媒体を透過して再生光光学系に入射することを防止でき、それ故、再生データのＳ／Ｎを向上させることができる。

また、参照光のホログラム記録媒体からの反射光が当初信号光光学系に入射されない位置にあり、その後、角度多重方式で参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度が変化して、反射光の位置が信号光光学系のレンズに侵入する位置に移動しても、信号光光学系のホログラム記録媒体に面するレンズの信号光透過部分を除いた残りの部分に例えば遮光材を塗布して遮光領域を形成すれば、レンズの外周部が遮光領域であるため、反射光が信号光光学系に入射されることを防止できる。これにより、反射光が遮光領域を移動する分の参照光の角度変化範囲を角度多重に用いることができ、その分、角度多重方式による記録多重度を稼ぐことができる。これにより、角度多重方式による記録多重度をそれ程減少させること無く、再生データのＳ／Ｎを向上させることができる。

本発明によれば、ホログラム記録媒体を信号光光学系に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録媒体の回転軸が前記信号光光学系の光軸に直交しない所定角度傾けた位置になるように当該ホログラム記録媒体を設置する（ホログラム記録媒体を設置する際に互いに直交する２軸を回転軸とし、これら２本の回転軸に対してホログラム記録媒体をそれぞれ所定角度回転させて設置するに同じ）ことにより、角度多重方式の記録多重度に影響を与えることなく、再生時に不要光が再生光光学系に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止して、再生画像の品質を向上させることができる。
また、信号光光学系のホログラム記録媒体に面するレンズの信号光透過部分を除いた残りの部分に例えば遮光材を塗布して遮光領域を形成することにより、角度多重方式の記録多重度をそれ程減少させること無く、再生時に不要光が再生光光学系に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止でき、それ故、再生画像の品質を向上させることができる。

角度多重方式の記録多重度に影響を与えることなく、再生時に不要光が再生光光学系に入射することにより生じる再生画像データのＳ／Ｎの劣化を防止して、再生画像の品質を向上させる目的を、ホログラム記録媒体を前記信号光光学系に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録媒体の回転軸を前記信号光光学系の光軸に対して直交しないように所定角度傾けた位置に当該ホログラム記録媒体を設置する或いは、ホログラム記録媒体の設置の際に互いに直交する２軸を回転軸とし、これら２本の回転軸に対してホログラム記録媒体をそれぞれ所定角度回転させて設置することにより実現される。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の要部の構成を示した側面図である。但し、従来例と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。ホログラム記録再生装置は、角度多重方式を採用し、その構成は図７に示した従来構成と同様であり、信号光光学系１１と再生光光学系１５の間にホログラム記録メディア１２が配置されている。また、１２１は信号光光学系１１の外側のレンズを示し、１３１は再生光光学系１５の外側のレンズを示している。

図２は図１に示したホログラム記録メディア１２の構造を示した断面図である。透明なガラス板（又は透明プラスチック板）１０１の間に記録材（フォトポリマーなど）１０２が挟持されたサンドイッチ構造になっている。

次に本実施の形態の動作について説明する。再生時、参照光（照明参照光）２００がホログラム記録メディア１２に入力されると、回折光が発生し、これが再生光光学系１５に入射される。回折光は再生光光学系１５により撮像装置１６に結像されて光電変換され、その後画像処理されて再生画像データが得られる。

ここで、本実施の形態のホログラム記録メディア１２は、図４に示すように、信号光光学系１１の光軸５０に対して、その回転軸６０が直交してなく傾斜しており、所定角度に設置されている。更に、ホログラム記録メディア１２は回転軸６０を中心にして図１の角度θが出るように設置されている。このようにホログラム記録メディア１２をセッティングすると、参照光２００がホログラム記録メディア１２に照射され、その一部がガラス板１０１で反射され、反射光２０１が信号光光学系１１方向に進行する。

図３は上記反射光２０１と信号光光学系１１の外側のレンズ１２１との関係を示した図である。図から明らかなように反射光２０１は、レンズ１２１の外側を通り、信号光光学系１１に入射されないことが分かる。ここで、仮に信号光光学系１１の光軸５０に対して、ホログラム記録メディア１２の回転軸６０が直交していると、従来の図８（Ｂ）で示したような位置を反射光２０１が通るため、反射光２０１が信号光光学系１１に入射してしまう。

しかし、本実施の形態では、光軸５０に対してホログラム記録メディア１２の回転軸６０が直交せず所定角度だけ傾斜させているため、図３に示すように反射光２０１がレンズ１２１の下側で且つ外側を通るようになる。

従って、図１で、ホログラム記録メディア１２に入射する参照光２００の入射角度を変えても、反射光２０１は信号光光学系１１のレンズ１２１の外側を移動するだけで、信号光光学系１１の内部に入射されることはない。具体的には、参照光２００の入射角度が（１）であった場合と（２）であった場合の反射光２０１の位置は図３で（１）と（２）であり、上記のように信号光光学系１１の内部に入射されることはない。

本実施の形態では、信号光光学系１１の光軸５０に対するホログラム記録メディア１２の回転軸６０の角度が直交するのではなく、傾斜させて所定角度に設置することによって、参照光２００のホログラム記録メディア１２からの反射光２０１を信号光光学系１１に入射されないようにしているので、参照光２００のホログラム記録メディア１２への入射角度を変化させても、反射光２０１は信号光光学系１１のレンズ１２１の外側を通るため、角度多重方式の記録多重度に応じた参照光２００のホログラム記録メディア１２への入射角度の変化範囲を必要なだけ確保することができる。従って、角度多重方式の記録密度を低下させることなく、参照光２００の反射光２０１が信号光光学系１１に入射されないようにすることができ、それ故、反射光２０１の折り返し光が再生光光学系１５に入射されることがなくなり、Ｓ／Ｎの良い高品質の再生画像データを得ることができる。

尚、上記した実施の形態のホログラム記録メディア１２の設置方法は、回転軸６０を中心として図１のθが出るようにホログラム記録メディア１２を回転させ、更にこの回転軸６０に直交しホログラム記録メディア１２の中央を通るもうひとつの回転軸を中心としてホログラム記録メディア１２を回転させれば、信号光光学系１２の光軸５０に対して回転軸６０が直交しない所定角度にホログラム記録メディア１２を設置することができるが、これはホログラム記録メディア１２の設置の仕方を別の表現で述べたに過ぎず、上記した実施の形態の設置方法と同一である。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の要部の構成を示した側面図である。但し、本例の構成は上記した第１の実施の形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部については、その構成動作の説明を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。

本実施の形態のホログラム記録再生装置における信号光光学系１１を構成する外側のレンズ１２１には、図５に示してあるように、レンズ１２１の信号光１００が通過する部分を残し、遮光材により覆われている遮光領域１２２が形成されている。このため、参照光２００のホログラム記録メディア１２からの反射光２０１は図６に示してあるように、レンズ１２１の遮光領域１２２に当たり、信号光光学系１１内に入射しない。

従って、ホログラム記録メディア１２の角度を従来の図８に示したようにθにした場合、参照光２００の入射角がホログラム記録メディア１２に対して増加して来る際に、反射光２０１はレンズ１２１の外側からレンズ１２１内に入ってくるが、遮光領域１２２があるため、その分、従来よりも参照光２００の入射角範囲を広げることができる。典型的な角度多重方式の角度選択性０．１度を考えた場合、仮に上記した遮光領域１２２を設けることにより使える角度が３度増えるとすれば、これにより記録できるホログラムの枚数が３０枚増え、記録密度の向上につながる。

本実施の形態によれば、レンズ１２１のうち、信号光１００が通過する部分だけを残し、残りの部分を遮光領域１２２とすることにより、参照光２００のホログラム記録メディア１２からの反射光２０１が遮光領域１２２に当たる範囲で、参照光２００の入射角範囲を広げることができるため、角度多重方式による記録多重度の減少を少なくすることができる。それ故、記録密度をそれ程落とさずに反射光２０１の折り返し光が再生光光学系１５に入射されることを防止して、Ｓ／Ｎの良い高品質の再生画像データを得ることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の要部の構成を示した側面図である。 図１に示したホログラム記録メディアの構造を示した断面図である。 図１に示した信号光光学系のレンズと反射光の位置関係を示した図である。 図１に示したホログラム記録メディアと信号光光学系レンズとの配置関係を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の要部の構成を示した側面図である。 図５に示した信号光光学系と反射光の位置関係を示した図である。 角度多重記録方式のホログラム記録再生装置の一般的な構成を示した概略図である。 従来の問題点を説明する図である。 従来の上記問題点を解決する方法を説明する図である。

符号の説明

１１……信号光光学系、１５……再生光光学系、１２……ホログラム記録メディア、１６……撮像装置、１０１……ガラス板、１０２……記録材、１２１、１３１……レンズ、１２２……遮光領域。

Claims (6)

1. 信号光と参照光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体と、
   前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する信号光光学系と、
   前記参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体に照射することにより生じる回折光を受光して光電変換する撮像装置と、
   前記回折光を前記撮像装置に結像させる再生光光学系とを有するホログラム記録再生装置であって、
   前記ホログラム記録媒体を前記信号光光学系に対して傾けて設置する際の当該ホログラム記録媒体の回転軸を前記信号光光学系の光軸に対して直交することなく所定角度傾けた位置になるように当該ホログラム記録媒体を設置することを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 信号光と参照光の干渉縞を記録するホログラム記録媒体と、
   前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する信号光光学系と、
   前記参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体に照射することにより生じる回折光を受光して光電変換する撮像装置と、
   前記回折光を前記撮像装置に結像させる再生光光学系とを有するホログラム記録再生装置であって、
   前記信号光光学系の前記ホログラム記録媒体に面するレンズの前記信号光透過部分を除いた残りの部分を遮光領域とする遮光手段を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
3. 前記信号光を強度変調するデータを角度多重方式により前記ホログラム記録媒体に多重記録することを特徴とする請求項１または２記載のホログラム記録再生装置。
4. 信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録再生方法であって、
   前記ホログラム記録媒体を設置する際に互いに直交する２軸を回転軸とし、これら２本の回転軸を中心としてホログラム記録媒体をそれぞれ所定角度回転させて設置するステップを具備することを特徴とするホログラム記録再生方法。
5. 前記所定角度は、再生時に前記参照光と同一の照明参照光を前記ホログラム記録媒体に照射した時に生じる反射光が前記信号光を前記ホログラム記録媒体に照射する信号光光学系に入射しないように、前記ホログラム記録媒体を設置する角度であることを特徴とする請求項４記載のホログラム記録再生方法。
6. 前記信号光を強度変調する複数のデータを角度多重方式により前記ホログラム記録媒体に多重記録することを特徴とする請求項４記載のホログラム記録再生方法。

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