JP2005352223A - 位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を損なわず且つ装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減すること。
【解決手段】位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置３０の信号光１００を光空間変調する光空間変調器３１と再生光３００が結像される撮像素子３５の画素ピッチを同一とし且つ、記録時に用いる参照光２００と読み出し用の参照光２００´の偏光方向を９０度異なるように偏光することにより、信号光１００と再生光３００の偏光方向を９０度異なるようにして信号光１００と再生光３００の光路を効率よく分離するポラライズドビームスプリッタ３６を用いると共に、光空間変調器３１と撮像素子３５の画素ピッチを同一にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、同一のレンズを信号光と再生光で共用する位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置に関する。

近年、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装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このホログラム記録再生装置では、記録密度向上のために、多重記録と言う手法が用いられる。これは、従来の記録と異なり、１箇所に多数の独立なページを記録するというものである。このような多重記録方式の代表的なものとしては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コ−ド多重記録などであるが、その他スペックル多重など各種の方式が知られている。

図４はこのようなホログラム記録再生装置の構成を示した概略図で、図４（Ａ）はホログラムを記録する場合を示し、図４（Ｂ）はホログラムを再生する場合を示している。図４（Ａ）、（Ｂ）にて、ホログラム記録再生装置１０は、空間光変調器（ＳＬＭ）１、信号光光学系のフーリエレンズ２、ホログラム記録媒体３、再生光光学系のフーリエレンズ４、ＣＣＤなどの撮像素子５を有している。

記録時、図４（Ａ）の信号光１００は空間光変調器１に表示されたデータパターン（画像）により空間光変調された後、フーリエレンズ２によりホログラム記録媒体３に集光され、その集光点を含む範囲を参照光２００が照射するため、信号光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録媒体３に記録される。

再生時、記録時と同一の読み出し用の参照光２００が図４（Ｂ）に示すようにホログラム記録媒体３のデータ記録領域を照射することにより、この記録領域に再生光３００が発生し、これがフーリエレンズ４により撮像素子５に結像する。通常、空間光変調器１とＣＣＤなどの撮像素子５の画素ピッチが異なっているため、フーリエレンズ２、４の焦点距離を異なるものとして結像倍率を調整することにより、空間光変調器１と撮像素子５の画素ピッチを合わせている。

上記のようにホログラムの記録再生では、空間光変調器１に表示されたデータパターンを撮像素子５上に結像してデータを読み取るため、空間光変調器１と撮像素子５の画素（ピクセル）の位置関係は非常に重要であり、再生データが隣の画素に入ることがないようにしなければならない。そこで光学系に要求される収差特性は非常に厳しいものとなり、ページあたり１Ｍｂｉｔクラスのデータを記録再生する場合、ディストーションは０．１％以下などと従来にはない高精度なレンズが必要となってくる。

上記のようなレンズ系においては、一般的に空間光変調器１と撮像素子５の画素ピッチが違うので、図５に示したようにフーリエレンズ２、４の倍率を変え、空間光変調器１の画素の像の大きさが撮像素子５の画素ピッチの大きさと略等しくなるようにしている。

しかし、空間光変調器１と撮像素子５の画素の位置関係を厳密に合わせるために、ディストーションが少ない高精度なレンズを使用すると、装置が高価になるため、高精度なレンズを使用しなくともディストーションを減らすことができる図６に示した位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置が知られている。

図６（Ａ）、（Ｂ）において、位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置２０は、空間光変調器１１、ビームスプリッタ１２、信号光光学系及び再生光光学系兼用のフーリエレンズ１３、ホログラム記録媒体１４、再生光光学系のフーリエレンズ１５、再生光光学系のレンズ１６、撮像素子１７を有して構成される。

記録時、図６（Ａ）の信号光１００は空間光変調器１１に表示されたデータパターン（画像）により空間光変調された後、ビームスプリッタ１２により９０度光路が変更され、それがフーリエレンズ１３によりホログラム記録媒体１４に集光される。その時、信号光１００の集光点を含む範囲を参照光２００が照射するため、信号光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録媒体１４に記録される。再生時、記録時と同一の読み出し用の参照光２００がホログラム記録媒体１４のデータ記録領域を背面から照射することにより、この記録領域再生光３００が発生し、これがフーリエレンズ１３により平行光になり、それがビームスプリッタ１２を真っ直ぐ通過し、フーリエレンズ１５、レンズ１６を通して撮像素子１４に結像する。通常、空間光変調器１とＣＣＤなどの撮像素子１１の画素ピッチが異なっているため、フーリエレンズ１５、１６により結像倍率を調整することにより、空間光変調器１１の画素の像の大きさが撮像素子１１の画素ピッチの大きさと略等しくなるようにしている。
IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」

上記した位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置２０は、信号光１００をホログラム記録媒体に集光するフーリエレンズ１３と再生光３００を受光するフーリエレンズ１３が共通のため、フーリエレンズ１３の収差が往復でキャンセルされ、高精度なレンズを用いなくともディストーションを低減させることができる。しかし、空間光変調器１１の画素の像の大きさが撮像素子１７の画素ピッチの大きさと略等しくなるようにするためにレンズ１５、１６を再生光光学系に入れているため、このレンズ１５、１６の収差によるディストーションが加わるため、フーリエレンズ１３を共通にしたことによるディストーションの低減を損ない、位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の特性を生かせないという問題があった。勿論、レンズ１５、１６として高精度なレンズを用いればこのような問題は回避できるか、これでは装置が高価になってしまう。

また、フーリエレンズ１３を信号光１００と再生光２００の両方で共通に使用するために、信号光１００と再生光２００の光路を分離するためのビームスプリッタ１２を必要とするが、信号光１００がビームスプリッタ１２を通過する時、その一部が図中矢印Ｑ１の方向に漏れてしまい、また、再生光２００がビームスプリッタ１２を通過する時、その一部が図中矢印Ｑ２の方向に漏れてしまうため、光の利用効率が悪いという問題もあった。この問題を回避するためにビームスプリッタ１２に代わって回転ミラーを用い、このミラーの角度を９０度変更することにより信号光１００と再生光３００の光路を分離することができるが、機械的な部品が入ると装置の動作精度や経年劣化による信頼性の低下などの問題が生じる。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の第１の目的は、装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減することができる位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置を提供し、第２の目的は光の利用効率を損なわず且つ装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減することができる位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置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、記録時の参照光と干渉させるための信号光をホログラム記録媒体に集光するレンズと前記ホログラム記録媒体の背面に読み出し用の参照光を照射することにより発生させる再生光を受光するレンズを共通にした位相共役光再生方式のホログラム記録装置であって、前記信号光を光空間変調する光空間変調器と前記再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることを特徴とする。

記録時の参照光と干渉させるための信号光をホログラム記録媒体に集光するレンズと前記ホログラム記録媒体の背面に読み出し用の参照光を照射することにより発生させる再生光を受光するレンズを共通にした位相共役光再生方式のホログラム記録装置であって、前記記録時の参照光と前記読み出し用の参照光の偏光方向を９０度異なるように偏光する偏光手段と、前記前記信号光と前記再生光の光路を分離するポラライズドビームスプリッタとを具備することを特徴とする。

このように本発明では、信号光を光空間変調する光空間変調器と再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることにより、再生光の結像倍率を調整するレンズを省略することができ、その分、レンズのディストーションが増大する要因がなくなるため、信号光と再生光の通るレンズを共通化したことによる当該レンズのディストーションのキャンセル効果を有効にでき、精度が高いが高価なレンズを用いなくとも、光学系のディストーションを低減することができ、それ故、光空間変調器と撮像素子の画素の位置合わせを容易に行うことができる。

その上、記録時に用いる参照光と読み出し用の参照光の偏光方向が９０度が異なるように偏光して信号光と再生光の偏光方向を９０度異なるようにすることにより信号光と再生光の光路を効率よく分離するポラライズドビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いることができ、それ故、光路の分離効率を上げて光の利用効率を向上させることができる。

本発明によれば、信号光を光空間変調する光空間変調器と再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることによって再生光の結像倍率を調整するレンズを省略することにより、高精度のレンズを用いなくとも、装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減することができる。
また、信号光を光空間変調する光空間変調器と再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とし且つ、記録時に用いる参照光と読み出し用の参照光の偏光方向が９０度が異なるように偏光して信号光と再生光の偏光方向を９０度異なるようする。これにより信号光と再生光の光路を効率よく分離するポラライズドビームスプリッタを用いることによって、装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減することができ且つ、光の利用効率を向上させることができる。

装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減する目的を、位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の信号光を光空間変調する光空間変調器と再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることによって実現し、また、光の利用効率を損なわず且つ装置を高価にすることなく光学系のディストーションを低減する目的を、位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の信号光を光空間変調する光空間変調器と再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とし且つ、記録時に用いる参照光と読み出し用の参照光の偏光方向が９０度が異なるように偏光して、信号光と再生光の偏光方向を９０度異なるようにすることにより、信号光と再生光の光路を効率よく分離するポラライズドビームスプリッタを用いることによって実現した。

図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の要部を示したブロック図である。ホログラム記録再生装置３０の要部の構成は、空間光変調器３１、ビームスプリッタ３２、信号光及び再生光光学系のフーリエレンズ３３、ホログラム記録媒体３４、ＣＣＤなどの撮像素子３５を有し、特に空間光変調器３１と撮像素子３５の画素ピッチは同一のものを使用している。

記録時、図１（Ａ）の信号光１００は空間光変調器３１に表示された図２に示すようなデータパターン（画像）により空間光変調された後、ビームスプリッタ３２により９０度光路が変更され、それがフーリエレンズ３３によりホログラム記録媒体３４に集光される。その時、信号光１００の集光領域を含む範囲を参照光２００が照射するため、信号光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録媒体３４に記録される。

再生時、記録時と同一の読み出し用の参照光２００の位相共役光を図１（Ｂ）に示すようにホログラム記録媒体３のデータ記録領域の背面から照射することにより、この記録領域から再生光３００が発生し、これがフーリエレンズ３３により平行光になり、それがビームスプリッタ３２を真っ直ぐ通過して撮像素子５に結像する。この撮像素子５に結像する画像は図２と同じで同じサイズになる。その際、本実施の形態の空間光変調器１と撮像素子５の画素ピッチは同一のため結像倍率は１倍でよく、再生光光学系に結像倍率を調整するレンズを必要としない。

本実施の形態によれば、信号光１００と再生光３００を同一のフーリエレンズ３３に通すため、このフーリエレンズ３３として高精度のものを用いなくとも、そのディストーションをキャンセルすることができる。また、画素ピッチが同一の空間光変調器３１と撮像素子３５を用いることにより、結像倍率を調整するレンズを省略することができ、しかも上記理由によりディストーションが低減されているため、空間光変調器３１と撮像素子３５の画素の位置合わせを精度よく行うことができる。さらに、結像倍率を調整するレンズを省略することができるため、装置の光学系をシンプルにすることができ、また、高精度のレンズを用いなくても済むため、装置を安価に構成することができる。

図１に示した第１の実施の形態は上記のような効果があるが、信号光１００と参照光２００の光路を分離するためにビームスプリッタ３２を用いているため、光の利用効率は悪いままであったが、これを改善した構成を以下に述べる。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の要部を示したブロック図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同一の部分には同一符号を付して説明する。

本実施の形態のホログラム記録再生装置４０の要部の構成は、ポラライズドビームスプリッタ（Polarized Beem Splitter）３６で信号光１００と参照光２００の光路を分離し、また、記録時の参照光２００と読み出し時の参照光２００´の偏光方向を９０度異ならせるための半波長板３７が設けられているが、他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、参照光２００´は記録時の参照光２００を図示されない光学系を通して半波長板３（共役光発生に良く用いられるBaTiO3などの非線形光学結晶を用いてもよい）７に入射させて生成される。

次に本実施の形態の動作について説明する。記録時、信号光１００と参照光２００はＳ偏光されている。図３（Ａ）の信号光１００は空間光変調器３１に表示されたデータパターン（画像）により空間光変調された後、ポラライズドビームスプリッタ３６により９０度光路が変更され、それがフーリエレンズ３３によりホログラム記録媒体３４に集光される。その時、信号光１００の集光領域を含む範囲を参照光２００が照射するため、信号光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録媒体３４に記録される。

再生時、記録時と同一の参照光２００が図３（Ｂ）に示すような半波長板３６によりその偏光方向が９０度変更され、Ｐ偏光された参照光２００´がホログラム記録媒体３のデータ記録領域を背面から照射する。これにより記録領域からＰ偏光された再生光３００が発生し、これがフーリエレンズ３３により平行光になり、それがポラライズドビームスプリッタ３６に入射されるが、Ｐ偏光されているため、ポラライズドビームスプリッタ３６を真っ直ぐ通過して撮像素子３５に結像する。

本実施の形態の空間光変調器３１と撮像素子３５の画素ピッチも同一のため、図１に示した第１の実施の形態と同様の効果があるが、特に信号光１００と再生光３００の光路を分離するためにポラライズドビームスプリッタ３６を用いているため、ここでの光のロスがなく、光利用効率を向上させることができる。なお、記録時の参照光２００と読み取り時の参照光２００´の偏光方向が９０度異なっているため、読み出し時に光のロスが生じるが、このロスに比べてポラライズドビームスプリッタ３６を用いことによる光の利用効率の改善の方が遥かに大きく、上記効果は有効である。

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。

本発明の第１の実施の形態に係る位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の要部を示したブロック図である。 図１に示した空間光変調器に表示されるデータパターン例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の要部を示したブロック図である。 従来のホログラム記録再生装置の構成例を示した概略図である。 従来のホログラム記録再生装置の他の構成例を示した概略図である。 従来の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の他の構成例を示した概略図である。

符号の説明

３０、４０……ホログラム記録再生装置、３１……空間光変調器、３２……ビームスプリッタ、３３……フーリエレンズ、３４……ホログラム記録媒体、３５……撮像素子、３６…ポラライズドビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３７……半波長板、３８、３９……レンズ。

Claims (5)

1. 記録時の参照光と干渉させるための信号光をホログラム記録媒体に集光するレンズと前記ホログラム記録媒体の背面に読み出し用の参照光を照射することにより発生させる再生光を受光するレンズを共通にした位相共役光再生方式のホログラム記録装置であって、
   前記信号光を光空間変調する光空間変調器と前記再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることを特徴とする位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置。
2. 前記信号光と前記再生光の光路を分離する偏光ビームスプリッタを具備することを特徴とする請求項１記載の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置。
3. 記録時の参照光と干渉させるための信号光をホログラム記録媒体に集光するレンズと前記ホログラム記録媒体の背面に読み出し用の参照光を照射することにより発生させる再生光を受光するレンズを共通にした位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置であって、 前記記録時の参照光と前記読み出し用の参照光の偏光方向を９０度異なるように偏光する偏光手段と、
   前記前記信号光と前記再生光の光路を分離するポラライズドビームスプリッタと、
   を具備することを特徴とする位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置。
4. 前記信号光を光空間変調する光空間変調器と前記再生光が結像される撮像素子の画素ピッチを同一とすることを特徴とする請求項３記載の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置。
5. 前記再生光を光電変換する撮像素子への当該再生光の結像倍率を調整する少なくとも１枚以上のレンズを設けることを特徴とする請求項３記載の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置。
   

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