JP2005241674A - ホログラム記録再生装置及びホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックル状の参照光を用いて安定したデータの記録及び再生を行うこと及び多重記録を安定に行うこと。
【解決手段】空間光変調器３１のデータ表示領域３１１の周囲にディフューザとして機能するランダムパターン表示領域３１２を設け、このランダムパターン表示領域３１２によりスペックル状の参照光２００を生成し、この参照光２００とデータ表示領域３１１により強度変調された信号光１００の干渉縞をホログラム記録媒体３３に記録する。その時に、ディフューザ機能を空間光変調器の一部に持たせているため、信号光１００に対するディフューザ機能の機械的なずれをなくすことができ、安定したデータの記録再生を行うことができる。また、異なるスペックルパターンを有する複数の参照光２００を容易に生成できるため多重記録を安定に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インライン方式のホログラム記録再生装置に係り、特にディフューザによりスペックル状の参照光を用いるホログラム記録方法に関する。

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装置では、記録データで強度変調された信号光と参照光を干渉させて生じる干渉縞がホログラム記録メディアに記録されるが、信号光と参照光が異なる方向からホログラム記録メディアに照射される２光束型ホログラムと、信号光と参照光が同一方向からホログラム記録媒体に照射されるインラインホログラムとがある。このインラインホログラムでは、シフト多重方式によるホログラムの多重を行う場合に２光束型ホログラムに比べてブラック選択性によりシフト選択性が悪化するので、そのシフト選択性をシャープにするため、参照光をディフューザ（例えば掏り硝子のようなもの）によりスペックル状として、上記シフト選択性を向上させる技術が用いられる。

このインラインホログラム方式の記録装置として例えば図７に示すような構成ものがあり、空間光変調器（液晶パネル）１の周りにディフューザ２を配置してスペックル状の参照光２００を生成するようにしている。即ち、図示されないレーザ光源から出射されビームエキスパンダなどで平行にされたレーザ光５０が、空間光変調器１とその空間光変調器１の上方と下方に配置されたディフューザ２に入射する。

空間光変調器１は入射されたレーザ光を表示されているデータページパターンにより強度変調して信号光１００とし、この信号光１００がフーリエ変換レンズ３によりホログラム記録媒体４の記録エリア１０に集光される。これと同時に、レーザ光５０はディフューザ２によりスペックル状の参照光２００となり、この参照光２００がフーリエ変換レンズ３によりホログラム記録媒体４のエリア２０に集光される。これにより、信号光１００と参照光２００の干渉により生じる干渉縞がホログラム記録媒体４の記録エリア１０に記録されるが、スペックル状の参照光２００は波面が非常に複雑であるため、参照光２００を僅かにシフトしただけで、元の参照光２００と移動した参照光との間で波面の不一致が生じ、シフト選択性を鋭くすることができる。それ故、ホログラムの重ね描きが可能となり、記録密度を非常に大きくすることができる。

IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」

しかしながら、上記のような従来のインラインホログラム方式のホログラム記録再生装置ではディフューザ２の位置が少しでもずれると、参照光２００の波面の乱れ方が異なってしまうため、記録時と同一の参照光（照明参照光）を生成できなくなり、再生が不安定になりがちであった。また、ディフューザ２の位置合わせが厳密なため、記録データページ毎にディフューザを交換し、スペックルパターンが異なる参照光によって多重記録を行っても、再生時に記録時と同一の参照光を生成することが難しいので、ディフューザ交換による多重記録を行うことは事実上不可能であった。

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、スペックル状の参照光を用いて常に安定したデータの記録及び再生を行うことができ、また、スペックルパターンが異なる複数の参照光を用いてデータの多重記録を安定に行うことができるインライン方式のホログラム記録再生装置及びホログラム記録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、信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる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装置であって、表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段と、前記空間光変調手段の前記表示部の一部分に設けられてランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域に、前記レーザ光を通してスペックル状の参照光を生成するディフューズ手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、記録時の参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体の干渉縞に照射することにより生じる回折光を撮像素子に結像してデータを再生するホログラム再生装置であって、記録時に信号光を強度変調する空間光変調手段の表示部の一部分にランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域を設け、レーザ光を前記ランダムパターン表示領域に通してスペックル状の参照光を生成し、この参照光を前記再生時の参照光として用いることを特徴とする。

また、本発明は、信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録すると共に、記録時の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して記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段と、前記空間光変調手段の前記表示部の一部分に設けられてランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域に、前記レーザ光を通してスペックル状の参照光を生成するディフューズ手段と、再生時、前記レーザ光を前記空間光変調手段のランダムパターン表示領域のみを通して照明参照光のみを生成する表示制御手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる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方法であって、表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段の前記表示部の一部分を用いてスペックル状の参照光を生成するステップを有することを特徴とする。

このように本発明では、記録時に信号光を強度変調する空間光変調手段（空間光変調器）の表示部の一部分にディフューザとしての機能を有するランダムパターンを表示し、このランダムパターンにレーザ光を通してスペックル状の参照光を生成して用いるため、空間光変調手段により強度変調された信号光に対するディフューザ機能部の機械的なずれをなくすことができる。それ故、振動等でディフューザ機能部がずれて参照光のスペックルパターンが変化してその波面形状が変化することがなくなるため、再生時に記録時と同一のランダムに乱れた波面パターンを有するスペックル状の参照光を再現性良く生成してホログラム記録媒体に照射することができ、ホログラム記録媒体から常に安定にデータを再生することができる。

また、空間光変調手段のランダムパターン表示領域に表示するランダムパターンを変化させるだけで、異なるスペックルパターンを有する参照光を機械的な位置合わせなく容易に生成できるため、これら複数の参照光を用いてデータページの多重記録を行うことができる。また、再生時に、記録時と同一のランダムパターンを順次切り替えて表示するだけで、記録時と同一の複数のスペックル状の照明参照光を再現性良く生成でき、これら複数の参照光を多重記録されたホログラム記録媒体に順次照射することにより多重記録されたデータを安定に再生することができる。

また、空間光変調手段に設けられたランダムパターン表示領域にランダムパターンを表示するだけでディフューザとしての機能が実現できるため、同一の複数のディフューザを再現性良く容易に作れるため、複数の再生装置間の互換性を向上させることもできる。

本発明によれば、記録時に信号光を強度変調する空間光変調手段（空間光変調器）の表示部の一部分にディフューザとして機能するランダムパターンを表示し、このランダムパターンにレーザ光を通してスペックル状の参照光を生成して用いることにより、安定したデータの記録及び再生を行うことができ、また、異なるスヘックルパターンを有する複数の参照光を容易に生成して多重記録を安定に行うことができる。

波面がランダムに乱れた参照光を用いて安定したデータの記録及び再生を行う目的と、波面の乱れ方が異なるパターンを有する複数の参照光を用いて多重記録を安定に行う目的を、インラインホログラム方式の記録再生装置において、記録時に信号光を強度変調する空間光変調器の表示部の一部分にディフューザとしての機能を有するランダムパターンを表示し、このランダムパターンにレーザ光を通してスペックル状の参照光を生成することにより実現した。

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斜視図である。本実施の形態のホログラム記録再生装置はインラインホログラムで、液晶表示装置を備えた空間光変調器３１と、フーリエ変換レンズ３２と、ホログラム記録媒体３３を有して成る記録光光学系を有し、更に、空間光変調器３１にデータページパターンやランダムパターンを表示する表示制御装置３４を備えている。尚、この図ではホログラム記録媒体３３の背後に配置される再生光光学系（図４参照）の図示は省略してある。

図２は図１に示した空間光変調器３１の正面図である。空間光変調器３１は中央部を含むデータ表示領域３１１とその周囲にあるランダムパターン表示領域３１２に区画されている。データ表示領域３１１はデータページパターンを表示し、ランダムパターン表示領域３１２はランダムパターンを表示し、この表示領域３１２を平行なレーザ光５０（図では楕円で示してある）が通過すると、スペックル状の参照光２００が生成され、ディフューザとして機能する。レーザ光がデータ表示領域３１１を通過するとデータページで変調された信号光１００となる。

次に本実施の形態の動作について説明する。記録時、表示制御装置３４は空間光変調器３１のデータ表示領域３１１に記録すべきデータページを表示し、ランダムパターン表示領域３１２にランダムパターンを表示する。その後、図示されないレーザ光源から出射され、ビームエキスパンダなどで平行光になったレーザ光５０が、空間光変調器３１に入射される。１と、レーザ光５０は空間光変調器３１のデータ表示領域３１１とランダムパターン表示領域３１２を同時に通過する。レーザ光５０がデータ表示領域３１１を通過すると、表示されているデータページパターンにより強度変調されて信号光となり、この信号光がフーリエ変換レンズ３２によりホログラム記録媒体３３に集光される。

一方、レーザ光５０がランダムパターン表示領域３１２を通過すると、スペックル状の参照光２００になり、この参照光２００がフーリエ変換レンズ３２によりホログラム記録媒体３３に集光される。これにより、信号光１００と参照光２００の干渉により生じる干渉縞がホログラム記録媒体３３に記録される。

図３は空間光変調器３１のデータ表示領域３１１に表示するデータページの例であり、この表示制御装置３４はこのデータページを図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように変更することにより、異なるデータページをホログラム記録媒体３３に記録することができる。

その際に、ランダムパターン表示領域３１２に表示するランダムパターンを変更せずに同一にした場合は、データページを記録する度に、ホログラム記録媒体３３の記録エリアを移動させて、それぞれのデータページを各エリアに記録する。

しかし、データページを記録する毎に、ランダムパターン表示領域３１２に表示するランダムパターンを変更すれば、参照光２００のスペックルパターンを変えることができるため、ホログラム記録媒体３３の同一エリアに異なる複数枚のデータページを多重記録することができる。

次に、再生時、図４に示すように、表示制御装置３４は空間光変調器３１のデータ表示領域３１１を黒くしてレーザ光５０の透過を無くすようにし、ランダムパターン表示領域３１２には記録時と同一のランダムパターンを表示する。これにより、レーザ光５０はランダムパターン表示領域３１２のみを通過して、スペックル状の参照光（この場合は照明参照光）２００がホログラム記録媒体３３に照射される。これにより、ホログラム記録媒体３３に記録されている干渉縞に参照光２００が照射されることにより発生する回折光が逆フーリエレンズ３５によりＣＣＤなどの撮像素子３６に結像して、画像信号に変換されデータの再生が行われる。

本実施の形態によれば、空間光変調器３１の表示部の一部にランダムパターンを表示してディフューザとしての機能を持たせることにより、信号光１００に対するディフューザの機械的なずれをなくすことができるので、参照光２００のスペックルパターンが振動等により変化することがなくなるため、再生時に記録時と同一のスペックルパターンを有する参照光（照明参照光）２００をホログラム記録媒体３３に再現性良く照射することができ、ホログラム記録媒体３３から常に安定にデータを再生することができる。

また、ランダムパターン表示領域３１２に表示するランダムパターンを変化させるだけで、データページの多重記録を容易に行うことができ、再生時に、機械的な位置合わせをすることなく、記録時と同一のランダムパターンを順次切り替えて表示するだけで、多重記録されたデータページを安定に再生することができる。

また、空間光変調器３１のランダムパターン表示領域３１２にランダムパターンを表示するだけで、ディフューザとしての機能を得ているため、同一のディフューザを容易に作成でき、更に信号光１００に対するディフューザ機能の機械的なずれがないため、複数の再生装置間の互換再生を容易に行うことができる。

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斜視図である。但し、第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明し、適宜その説明を省略する。本実施の形態のホログラム記録再生装置は、空間光変調器３１のデータ表示領域３１１に近接して位相マスク３７が配置され、レーザ光５０はこの位相マスク３７を通してデータ表示領域３１１に入射されるようになっている。他の構成は第１の実施の形態と同様であり、ランダムパターン表示領域３１２にはレーザ光５０が直接入射される。

本実施の形態によれば、レーザ光５０は位相マスク３７とデータ表示領域３１１の両方を通過するため、信号光１００のホログラム記録媒体３３での強度分布は均一にすることができる。それ故、ホログラム記録媒体３３の記録スポットでのフォトポリマーの消費を均一化でき、データの記録密度を向上させることができる。他の効果は第１の実施の形態と同一である。

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。例えば、上記実施の形態では、空間光変調器３１の中央部がデータページ表示領域３１１で、その周囲にランダムパターン表示領域３１２が形成された構成であったが、図６（Ａ）に示すようにその逆でも良い。また、図６（Ｂ）に示すように、空間光変調器３１の中央部がランダムパターン表示領域３１２でその周囲にデータ表示領域３１１が形成され、更にその周囲にランダムパターン表示領域３１２が形成される構成でも良い。或いは、図６（Ｃ）に示すように、互いに独立した４個のデータ表示領域３１１を形成し、これらデータ表示領域３１１の周囲及び間にランダムパターン表示領域３１２を形成しても良く、各種のパターンが考えられるが、要するに空間光変調器３１の表示部の一部にランダムパターンを表示する領域が少なくとも一個以上設けられていれば良い。

また、上記第２の実施の形態では、信号光のホログラム記録媒体での強度分布を均一化するために位相マスク３７を用いたが、アキシコンを用いても同様の効果がある。また、ホログラム記録媒体３３の位置を調整してデフォーカスにより前記強度分布を均一化することもできる。

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斜視図である。 図１に示した空間光変調器の正面図である。 図１に示した空間光変調器の表示部の表示例を示した図である。 図１に示したホログラム記録再生装置の再生動作を説明する斜視図である。 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斜視図である。 空間光変調器の表示部をデータ表示領域とランダムパターン表示領域に分割する際の分割例を示した図である。 従来のインラインホログラム方式のホログラム記録装置の構成を示した図である。

符号の説明

３１……空間光変調器、３２……フーリエ変換レンズ、３３……ホログラム記録媒体、３４……表示制御装置、３５……逆フーリエレンズ、３６……撮像素子、３７……位相マスク、３１１……データ表示領域、３１２……ランダムパターン表示領域。

Claims (10)

1. 信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる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装置であって、
   表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段と、
   前記空間光変調手段の前記表示部の一部分に設けられてランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域に、前記レーザ光を通してスペックル状の参照光を生成するディフューズ手段と、
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記ホログラム記録媒体での信号光の強度分布を均一化する強度分布均一化手段を設け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。
3. 前記強度分布均一化手段は、前記空間光変調手段のデータパターンの表示領域に近接して配置される位相マスクであることを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。
4. 前記空間光変調手段のデータパターンを表示する表示領域は前記表示部の中央部分を含み、このデータパターン表示領域の周囲にランダムパターン表示領域を設け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。
5. 前記データパターンが変化する度に、前記ランダムパターンを変化させて、複数のデータを前記ホログラム記録媒体に多重記録する多重記録制御手段を設け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。
6. 記録時の参照光と同一の照明参照光をホログラム記録媒体の干渉縞に照射することにより生じる回折光を撮像素子に結像してデータを再生するホログラム再生装置であって、
   記録時に信号光を強度変調する空間光変調手段の表示部の一部分にランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域を設け、
   レーザ光を前記ランダムパターン表示領域に通してスペックル状の参照光を生成し、この参照光を前記照明参照光として用いることを特徴とするホログラム再生装置。
7. 前記ランダムパターンを変化させて、前記ホログラム記録媒体に多重記録された複数のデータを順次再生する再生制御手段を設けたことを特徴とする請求項６記載のホログラム再生装置。
8. 信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録すると共に、記録時の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して記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
   表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段と、
   前記空間光変調手段の前記表示部の一部分に設けられてランダムパターンを表示するランダムパターン表示領域に、前記レーザ光を通してスペックル状の参照光を生成するディフューズ手段と、
   再生時、前記レーザ光を前記空間光変調手段のランダムパターン表示領域のみを通して前記照明参照光のみを生成する表示制御手段と、
   を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
9. 前記表示制御手段は、再生時、前記空間光変調手段の表示部のランダムパターン表示領域以外の領域に全黒データを表示することを特徴とする請求項８記載のホログラム記録再生装置。
10. 信号光と参照光を同一方向からホログラム記録媒体に照射して前記信号光と前記参照光により生じる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方法であって、
    表示部に表示されたデータパターンによりレーザ光を強度変調して信号光を生成する空間光変調手段の前記表示部の一部分を用いてスペックル状の参照光を生成するステップを有することを特徴とするホログラム記録方法。
    

Images