JP2005292802A - 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】ホログラム記録媒体の隣接する記録スポット間の距離を短くして記録密度を上げた場合に、クロストークのないデータ再生を行うようにすること。
【解決手段】再生光光学系に、レンズ１４、１５から成る４ｆ系と、そのレンズ１５の焦点にアパーチャ１６を配置し、再生時、照明参照光２００−１をホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１に照射した場合、このアパーチャ１６により目標記録スポット３０−１から発生した回折光３００のみをレンズ１７により撮像素子１８に結像させ、隣接する記録スポット３０−２から発生した回折光３００´はアパーチャ１６によりカットする。これにより、隣接する記録スポット３０−１、３０−２間の距離が短くなっても、クロストークのないデータを再生できるため、ホログラム記録媒体１３の記録密度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置及び方法に係り、特にホログラム記録媒体の記録密度を向上させるための再生光光学系の構成に関する。

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ヘ向けて、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)。

このホログラムの記録再生では、レーザー光源から出射された干渉性を持つレーザー光からビームスプリッターなどによって干渉性のある信号光と参照光を生成する。信号光はデータページを表示した空間光変調器で強度変調された後、記録光光学系を介してホログラム記録メディアに集光され、一方、参照光は参照光光学系を介して同ホログラム記録メディアを照射するため、ホログラム記録メディア内において、この信号光と参照光が重ね合わされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディアに記録される。

ホログラム記録メディアに記録されたデータを再生するには、参照光と同一の照明参照光をホログラム記録メディアに照射することにより、ホログラム記録メディアに記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光が再生光光学系を介してＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子に結像され、撮像素子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。

ところで、ホログラフィックメモリでは、ホログラム記録メディアの体積を利用してデー夕ページの多重記録を繰り返して行うことができ、数１００Ｇバイトを上回る大容量を実現できる。通常の体積ホログラムの多重は、各デー夕ページに関して参照光を固定せずに何らかの変化を持たせて同じ場所に或いは、ほとんど同じ場所に異なる干渉縞を記録し、異なる参照光（照明参照光）間でＢｒａｇｇ選択性を持たせることにより実現される。代表的な多重方式としては、角度多重、シフト多重、位相相関多重、波長多重、位相変調多重などがある。

図４は角度多重方式によりデータをホログラム記録媒体に多重記録する記録再生装置の要部を示した概略斜視図である。信号光１００は空間光変調器１に表示されているデータベージにより光強度変調され、信号光光学系のレンズ２によりホログラム記録媒体３の記録スポット（３次元的な範囲）３０−１に集光される。これと同時に、図示されない参照光光学系により参照光２００−１が記録スポット３０−１をカバーする範囲でホログラム記録媒体３に照射され、信号光１００と参照光２００−１の干渉縞が記録スポット３０−１に記録される。

その後、空間光変調器１に表示されているデータベージが変更されると共に、参照光の入射角度が変わり参照光２００−２が記録スポット３０−１をカバーする範囲でホログラム記録媒体３に照射されると、信号光１００と参照光２００−２の干渉縞が記録スポット３０−１に記録され、角度多重方式で異なるデータページが同一の記録スポット３０−１に多重記録される。同様に、この記録スポット３０−１にデータがｎ多重されると、ホログラム記録媒体３が矢印５０方向にホログラム間距離Ｌ１（ホログラムが全く書かれていないところまで移動）移動し、上記と同様にして、ホログラム記録媒体３の次の記録スポット３０−２にデータがｎ多重記録される。尚、記録スポット３０−１から３０−２への移動はホログラム記録媒体３が静止した状態で光学系を移動しても良い。

上記のようにデータページを記録したホログラム記録媒体３を再生する場合、参照光２００−１と同一の照明参照光をホログラム記録媒体３の記録スポット３０−１をカバーするようにホログラム記録媒体３に照射する。これにより、記録スポット３０−１の干渉縞に応じた回折光３００が発生し、これが再生光光学系を通してＣＣＤなどの撮像素子５に結像し、これが光電変換されてデータが再生される。照明参照光の照射角度を記録時と同様に変化させてホログラム記録媒体３に照射することにより、記録スポット３０−１にｎ多重されたデータが順次再生される。こうして、記録スポット３０−１に記録されたデータが再生されると、ホログラム記録媒体３が矢印５０方向にホログラム間距離Ｌ１だけ移動し、上記と同様の再生動作により、記録スポット３０−２にｎ多重されたデータが再生される。
IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000「Holographic data storage」

しかしながら、上記した従来のホログラム記録再生装置では、記録スポット３０−１と記録スポット３０−２の間のホログラム間距離Ｌ１が長くなってしまうため、ホログラム記録媒体３の記録密度は低下してしまう。そこで、ホログラム間距離Ｌ１を短くすれば、ホログラム記録媒体３の記録密度を上げることができるが、このまま間隔Ｌ１を狭めた場合は、図５に示すような不都合なことが起きる。

即ち、ホログラム記録媒体３の記録スポット３０−１に例えば照明参照光２００−１を照射して、記録スポット３０−１に記録されているデータを再生した場合、記録スポット３０−１で発生した回折光は３００で示されるもので、これがレンズ４により撮像素子５に結像される。その時、照明参照光２００−１は隣接する記録スポット３０−２を照射してしまうため、この記録スポット３０−２でも回折光３００´が発生し、この回折光３００´がレンズ４により撮像素子５に結像され、図示の如く両回折光の結像画像がほとんど重なってしまう。これでは、回折光３００´の結像画像を再生する場合、回折光３００´の結像画像が撮像素子５に侵入しているため、クロストークが増大し、データの再生は事実上不可能となる。

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、ホログラム記録媒体の隣接する記録スポット間の距離を可能な限り短くして記録密度を上げても、クロストークのないデータを再生す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、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、前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように、不用光を除去する不要光除去手段を具備する。

また、本発明は、信号光と参照光の干渉により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録スポットに記録すると共に、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の記録スポット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、前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように、不用光を除去する不要光除去手段を具備する。

また、本発明は、前記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強度分布均一手段を具備する。

また、本発明は、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方法であって、前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように、不用光を除去するステップを具備する。

また、本発明は、信号光と参照光の干渉により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録スポットに記録すると共に、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の記録スポットに照射して記録データを再生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に照射する信号光の高次回折光を除去して１次回折光のみとするステップと、前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように不用光を除去するステップとを具備することを特徴とする。

このように本発明では、照明参照光でホログラム記録媒体の目標の記録スポットを照射した際に、目標の記録スポットに隣接する記録スポットから発生する回折光などの不用光を除去し、目標の記録スポットから発生する回折光のみを撮像素子に結像することによって、隣接する記録スポット間の距離を前記不用光が除去できる範囲で可能な限り短くすることができるため、ホログラム記録媒体の記録密度を向上させることができる。また、記録時に信号光のホログラム記録媒体（フーリエ面）での強度分布を均一化することにより、ホログラム記録媒体の記録スポットの感光量（例えばモノマーがポリマーに変わる量）が均一化され、その分、例えば角度多重で同一記録スポットに記録できるデータページ枚数を増加させることができ、上記効果との相乗効果によりホログラム記録媒体の記録密度を更に向上させることができる。また、信号光から２次回折光以上の高次の回折光を除去してこの信号光がホログラム記録媒体に照射される範囲を小さくすることにより、参照光との干渉による干渉縞が記録される記録スポットの大きさを小さくすることができるため、ホログラム記録媒体の記録密度を向上させることができ、上記効果との相乗効果によりホログラム記録媒体の記録密度を更に一層向上させることができる。

本発明によれば、照明参照光でホログラム記録媒体の目標の記録スポットを照射した際に、目標の記録スポットに隣接する記録スポットから発生する回折光などの不用光を除去し、目標の記録スポットから発生する回折光のみを撮像素子に結像することによって、隣接する記録スポット間の距離を前記不用光が除去できる範囲で可能な限り短くすることができるため、ホログラム記録媒体の記録密度を向上させることができる。
また、ホログラム記録媒体に照射する信号光の高次回折光を除去して１次回折光のみとすることによってホログラム記録媒体の記録スポットの大きさを小さくすることができ、上記効果との相乗効果によって、ホログラム記録媒体の記録密度をさらに向上させることができる。
また、ホログラム記録媒体（フーリエ面）での信号光の強度分布を均一化することにより、記録スポットの感光量を均一化でき、上記効果との相乗効果によって、ホログラム記録媒体の記録密度をさらに一層向上させることができる。

ホログラム記録媒体の隣接する記録スポット間の距離を短くして記録密度を上げても、クロストークのないデータ再生を行う目的を、照明参照光でホログラム記録媒体の目標の記録スポットを照射した際に、目標の記録スポットに隣接する記録スポットから発生する回折光などの不用光を除去し、目標の記録スポットから発生する回折光のみを撮像素子に結像することによって容易に実現した。

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構成図である。但し、従来例と同様の部分は同一符号を付し、適宜その説明を省略する。ホログラム記録再生装置は、空間光変調器１１、信号光光学系のレンズ１２、ホログラム記録媒体１３、再生光学系を構成し且つ４ｆ系を形成するレンズ１４、１５、不要光をカットするアパーチャ１６、再生光学系のレンズ１７、撮像素子１８を有している。従来例と異なる点は、再生光学系に４ｆ系を形成するレンズ１４、１５とアパーチャ１６が挿入された点である。

次に本実施の形態の動作を説明する。空間光変調器１１に表示されているデータベージにより光強度変調された信号光１００は、信号光光学系のレンズ１２によりホログラム記録媒体１３の記録スポット（３次元的な範囲）３０−１に集光され、同時に、図示されない参照光光学系により参照光２００−１が記録スポット３０−１をカバーする範囲でホログラム記録媒体１３に照射され、信号光１００と参照光２００−１の干渉縞が記録スポット３０−１に記録される。

その後、空間光変調器１１に表示されているデータベージが変更されると共に、入射角度が変わった参照光２００−２が記録スポット３０−１をカバーする範囲でホログラム記録媒体１３に照射され、記録スポット３０−１に角度多重方式で異なるデータページが多重記録される。同様に、この記録スポット３０−１にデータがｎ多重されると、ホログラム記録媒体１３が矢印５０方向にホログラム間距離Ｌ２（可能な限り短い距離）移動し、上記と同様にして、ホログラム記録媒体１３の次の記録スポット３０−２にデータがｎ多重記録される。尚、記録スポット３０−１から３０−２への移動はホログラム記録媒体１３が静止した状態で光学系を移動しても良い。

上記のようにデータページを記録したホログラム記録媒体１３を再生する場合、参照光２００−１と同一の照明参照光をホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１をカバーするようにホログラム記録媒体１３に照射する。これにより、記録スポット３０−１の干渉縞に応じた回折光３００が発生し、これが４ｆ系のレンズ１４、１５を通って、ホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１を照射した時と同一の大きさまで絞られて（フーリエ空間領域）、アパーチャ１６を通過し、このアパーチャ１６を通過した回折光３００はレンズ１７により撮像素子１８に結像される。

上記の再生時、参照光２００−１と同一の照明参照光は、隣接する記録スポット３０−２をも照射してしまうため、それによる回折光３００´が発生し、この回折光３００´が４ｆ系のレンズ１４、１５を通って、ホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１を照射した時と同一の大きさまで絞られて、アパーチャ１６のところに到達する。アパーチャ１６の貫通孔は記録スポット３０−１が通る大きさに開けられ、また、再生目標の記録スポット３０−１からの回折光３００が通る位置に設置してあるため、隣接する記録スポット３０−２からの回折光３００´はアパーチャ１６を通過することができない。このため、撮像素子１８には記録スポット３０−１からの回折光３００のみが結像し、クロストークのない再生画像が得られる。

ここで、アパーチャ１６は回折光３００を４ｆ系の光学系を通して集光した集光領域（フーリエ空間領域）を貫通孔内に納める位置に配置される。また、アパーチャ１６の貫通孔の大きさはデータの再生に必要な周波数を通す大きさであり且つ、前記隣接記録スポット間の距離Ｌ２は前記貫通孔の開口幅に略等しい長さに設定されている。

照明参照光を、参照光２００−２で示すようにそのホログラム記録媒体１３に対する入射角度を変えて照射することにより、記録スポット３０−１に角度多重で記録されているデータを再生する。その場合に発生する回折光の進路は上記した回折光３００の進路と同一で、また、その時発生する隣接記録スポット３０−２の回折光も上記した３００´の進路と同一のため、記録スポット３０−１から発生した回折光のみがアパーチャ１６を通過して、レンズ１７により撮像素子１８に結像されるため、多重記録されたデータを再生した場合も、クロストークのない再生画像が得られる。

本実施の形態によれば、再生光学系に４ｆ系のレンズ１４、１５を挿入してホログラム記録媒体１３の目標の記録スポット（例えば３０−１）から発生した回折光３００を記録スポットと同じ範囲まで絞り、この絞ったところにアパーチャ１６を設置して、隣接記録スポットからの不要な回折光３００´をカットし、回折光３００のみを撮像素子１８に結像させることができるため、隣接する記録スポット３０−１、３０−２間の距離Ｌ２を必要最小限、つまりアパーチャ１６の開口幅と略等しい長さとしても、クロストークのない再生画像を得ることができ、それ故、ホログラム記録媒体１３の記録密度を向上させることができる。

図２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構成図である。但し、第１の実施の形態と同様の部分は同一符号を付し、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１１に近接してフーリエ面での信号光１００の強度分布を均一にする位相マスク１９が配置されているところが第１の実施の形態と異なる点で、他の構成は同様である。

本実施の形態によれば、信号光１００は位相マスク１９を通して空間光変調器１１に入射され、空間光変調器１１に表示されたデータページにより強度変調された後、レンズ１２によりホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１に集光されるが、位相マスク１９の作用により記録スポット（フーリエ面）３０−１の信号光１００の強度分布は均一になり、記録スポットでの感光量（モノマーの消費量）も均一になるため、この記録スポット３０−１に角度多重記録枚数を増大させることができる。また、再生光学系の構成は第１の実施の形態と同様であるため、アパーチャ１６より隣接記録スポットから発生する不要な回折光３００´がカットされるため、記録スポット間の距離を可能な限り短くしても、クロストークのない再生画像を得ることができ、それ故、ホログラム記録媒体１３の記録密度を向上させることができるが、上記した位相マスク１９の作用により第１の実施の形態よりも、ホログラム記録媒体１３の記録密度を向上させることができる。

尚、フーリエ面での信号光１００の強度分布を均一にする機能は、位相マスク１９に限ることはなく、例えばアキシコンでも良い。

図３は、本発明の第３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構成図である。但し、従来例と同様の部分は同一符号を付し、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、記録光光学系に高次の回折光をカットするアパーチャ２０と４ｆ系のレンズ２１、２２が挿入されているところが第１の実施の形態と異なる点で、他の構成は同様である。

次に本実施の形態の動作について説明する。空間光変調器１１に表示されているデータベージにより光強度変調された信号光１００は、信号光光学系のレンズ１２によりアパーチャ２０の貫通孔のところに集光する。このアパーチャ２０の貫通孔は１次回折光のみを通し、その周りに広がっている２次以上の高次の回折光をカットする。したがって、信号光１００を構成する１次回折光のみがアパーチャ２０を通過して、４ｆ系のレンズ２１、２２によりホログラム記録媒体１３の記録スポット３０−１に集光されて、別途照射される参照光２００−１との干渉縞が記録スポット３０−１に記録される。以降の記録動作は第１の実施の形態と同様で、記録スポット３０−１、３０−２にデータが角度多重で記録される。

上記のように記録されたホログラム記録媒体１３を再生する動作は、第１の実施の形態と同様であり、アパーチャ１６より隣接記録スポットから発生する不要な回折光３００´がカットされるため、記録スポット間の距離を可能な限り短くしても、クロストークのないデータを再生できるため、ホログラム記録媒体１３の記録密度を向上させることができる。

また、この場合、例えば、再生時、記録スポット３０−１から発生する回折光３００は１次回折光のみから構成することにより、撮像素子１８に結像する画像データは１次回折光のみにより形成されるが、撮像素子１８で光電変換した信号を２値化するため、得られる２値化データは高次回折光を含む完全な画像データを光電変換して２値化したものと同一のデータとなるので、画像品質は高次回折光を含む完全な画像データのものと同じである。

尚、本実施例の構成に空間光変調器１１に近接して、フーリエ面での信号光１００の強度分布を均一にする位相マスクを設けることにより、さらに一層の記録密度の向上を図ることもできる。

また、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構成図である。 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構成図である。 本発明の第３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構成図である。 従来のホログラム記録再生装置の要部を示した概略斜視図である。 図４に示したホログラム記録再生装置においてホログラム記録媒体上の記録スポット間の距離を短くした場合の不具合を説明する図である。

符号の説明

１１……空間光変調器、１２、１４、１５、２１、２２……レンズ、１３……ホログラム記録媒体、１６、２０……アパーチャ、１８……撮像素子、１９……位相マスク。

Claims (18)

1. 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、
   前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように不用光を除去する不要光除去手段を具備する、
   ホログラム再生装置。
2. 前記不用光は前記目標の記録スポットに隣接する記録スポットから発生する回折光である請求項１記載のホログラム再生装置。
3. 前記不要光除去手段は、目標の記録スポットから発生する回折光のみを通すアパーチャである請求項１記載のホログラム再生装置。
4. 前記アパーチャは前記回折光を４ｆ系の光学系により集光した集光領域を貫通孔内に納める位置に配置される請求項３記載のホログラム再生装置。
5. 前記アパーチャの貫通孔の大きさはデータの再生に必要な周波数を通す大きさであり且つ、前記隣接記録スポット間の距離は前記貫通孔の開口幅に略等しい請求項３記載のホログラム再生装置。
6. 前記照明参照光をホログラム記録媒体への入射角度を変更して、前記ホログラム記録媒体の目標の記録スポットに角度多重で記録された干渉縞に対応するデータを再生する請求項１記載のホログラム再生装置。
7. 信号光と参照光の干渉により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録スポットに記録すると共に、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の記録スポット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記録再生装置であって、
   前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように不用光を除去する不要光除去手段を具備する、
   ホログラム記録再生装置。
8. 前記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強度分布均一手段を具備する請求項７記載のホログラム記録再生装置。
9. 前記強度分布均一手段は、位相マスクである請求項８記載のホログラム記録再生装置。
10. 前記不要光除去手段は、目標の記録スポットから発生する回折光のみを通すアパーチャである請求項７記載のホログラム記録再生装置。
11. 前記アパーチャの貫通孔の大きさはデータの再生に必要な周波数を通す大きさであり且つ、前記ホログラム記録媒体の隣接する記録スポット間の距離は前記貫通孔の開口幅に略等しい請求項１０記載のホログラム記録再生装置。
12. 前記ホログラム記録媒体に照射する信号光に含まれる高次回折光を除去し、１次回折光を信号光とするフィルタ手段を具備する請求項７記載のホログラム記録再生装置。
13. 前記フィルタ手段は前記信号光の１次回折光のみを通過させるアパーチャである請求項１２記載のホログラム記録再生装置。
14. 前記アパーチャは前記信号光を４ｆ系の光学系により集光した集光領域を貫通孔内に納める位置に配置される請求項１３記載のホログラム記録再生装置。
15. 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方法であって、
    前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように不用光を除去するステップを具備する、
    ホログラム再生方法。
16. 信号光と参照光の干渉により生じる干渉縞をホログラム記録媒体の記録スポットに記録すると共に、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の記録スポット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記録再生方法であって、
    前記ホログラム記録媒体に照射する信号光の高次回折光を除去して１次回折光のみを通過させるステップと、
    前記照明参照光をホログラム記録媒体の目標の記録スポットをカバーするように照射した時に、前記目標の記録スポットから発生する回折光のみが前記撮像素子に結像するように、不用光を除去するステップと、
    を具備するホログラム記録再生方法。
17. 前記除去ステップでは、アパーチャにより前記不用光を除去し、その貫通孔の大きさをデータの再生に必要な周波数を通す大きさにした場合、前記ホログラム記録媒体の隣接する記録スポット間が前記貫通孔の開口幅に略等しくなるように記録位置をシフトするステップを更に有する請求項１６記載のホログラム記録再生方法。
18. 前記信号光と前記参照光の干渉により生じる干渉縞を角度多重方式により前記ホログラム記録媒体に記録する請求項１６記載のホログラム記録再生方法。

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