JP2006194969A - ホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
再生時に参照光成分に起因するノイズを除去し、再生特性の向上を図ることができるホログラム記録再生装置を提供すること。
【解決手段】
再生時の戻り光のうち参照光反射成分Ｒ´を遮蔽する遮蔽板１１８をビームスプリッタ１１５と撮像素子１２０との間に配置したので、ホログラム記録媒体１０１の例えば反射面で反射した参照光反射成分Ｒ´がこの遮蔽板１１８により遮蔽され、撮像素子１２０に導かれることはなくなる。従って、再生時に参照光反射成分Ｒ´に起因するノイズを除去し、再生特性の向上を図ることができる。そして、特にその遮蔽板１１８を再生光が分岐した直後の再生像結像面の位置に配置したので、より効果的にノイズの除去を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録再生装置の開発が進められている。

ホログラム記録再生装置では、レーザの出射光を空間変調器により変調して（データが重畳された）信号光および参照光の２つを生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。

このようなホログラム記録再生装置において、ホログラム記録媒体を反射型にすると共に、１つの対物レンズを用いて記録時には信号光と参照光とをホログラム記録媒体に集光させ、再生時にはホログラム記録媒体からの戻り光を平行光にする、いわゆるコリニアホログラム記録再生方式が検討されている（例えば特許文献１参照）。

このコリニアホログラム記録再生方式は、従来のホログラム記録再生方式と比較して、光学系の簡素化や現状の光記録装置で用いられている位置制御技術の応用が可能になる、といった様々な利点を持つ。
特開平２００３−１７８４６０号公報（図１）

しかしながら、コリニアホログラム記録再生方式では、信号光と参照光とが同一の光軸上にあるために、再生時には参照光の散乱成分が信号光（再生された信号光）に対するノイズとなり、再生特性が劣化する問題が残されていた。より具体的には、再生時には参照光を対物レンズを介してホログラム記録媒体に照射して回折光（再生信号光）を発生させ、その戻り光を再び対物レンズを介して受光素子に導くのであるが、ホログラム記録媒体では再生信号光の他に参照光がホログラム記録媒体の例えば反射面で反射してその反射光（参照光反射成分）も同様に受光素子に導かれてしまい、これがノイズとなり、再生特性が劣化するのである。特に、ホログラム記録方式においては、十分な多重記録を行うために回折効率（再生される信号光強度と再生用参照光との強度比）を１％以下として記録再生を行うが、コリニアホログラム記録再生方式においても同程度の回折効率が求められる。したがって、再生信号光と参照光反射成分とが同時に検出されるコリニアホログラム記録再生方式においては、再生信号光と比較して１００倍以上の強度をもつ参照光反射成分のわずかな回折・散乱が光検出時のノイズとなり、結果として再生特性が劣化する、という課題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、再生時に参照光反射成分に起因するノイズを除去し、再生特性の向上を図ることができるホログラム記録再生装置を提供することにある。

かかる課題を解決するため、本発明に係るホログラム記録再生装置は、反射型のホログラム記録媒体に対してホログラムを記録し、再生するホログラム記録再生装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光から信号光と参照光とを生成する生成部と、記録時に前記生成部により生成された信号光と参照光とを前記ホログラム記録媒体に集光させ、再生時に前記参照光に対する前記ホログラム記録媒体からの戻り光を平行光にする共通の対物レンズと、前記対物レンズを通過した戻り光を前記生成部と前記対物レンズとの間の光路から分離する光学素子と、前記光学素子により分離された戻り光を受光する受光素子と、前記光学素子と前記受光素子との間の再生像結像面の位置に配置され、再生時の前記戻り光のうち参照光反射成分を遮蔽する遮蔽部とを具備するものである。

本発明では、再生時の戻り光のうち参照光反射成分を遮蔽する遮蔽部を光学素子と受光素子との間に配置したので、ホログラム記録媒体の例えば反射面で反射した参照光反射成分がこの遮蔽部により遮蔽され、受光素子に導かれることはなくなる。従って、再生時に参照光反射成分に起因するノイズを除去し、再生特性の向上を図ることができる。本発明では、特にその遮蔽部を再生光が分離された直後の再生像結像面の位置に配置したので、より効果的にノイズの除去を行うことができる。

特に、ホログラム記録においては、十分な多重記録を行うために回折効率（再生される信号光強度と再生用参照光との強度比）を１％以下として記録再生を行う。このような場合には、再生信号光と比較して１００倍以上の強度をもつ参照光反射成分のわずかな回折・散乱が光検出時のノイズとなり、結果として再生特性が劣化する。よって、多重記録を行うホログラム記録再生装置に本発明を適用することは意義がある。
（１）前記生成部は、信号光を生成する第１の領域及び参照光を生成する第２の領域を有する空間光変調器を有することが好ましい。

信号光と参照光とを同一の空間光変調器により生成することが可能となり、光学系をより簡略化することができる。
（２）前記遮蔽部は、前記第１の領域に対応するように通過領域を有することが好ましい。

これにより、簡単な構成の遮蔽部によってノイズの除去を行うことができる。
（３）前記遮蔽部は、前記光学素子により分離された直後の再生像結像面の位置に配置されていることが好ましい。

遮蔽板を配置する再生結像面としては、倍率変換用のリレイ光学系に応じて複数の箇所が考えられるが、光学素子単体および複数の光学素子間で発生する参照光の回折・散乱を最小にするために、再生光が分離された直後の再生像結像面に遮蔽板を配置することが最も効果的である。
（４）前記分離素子と前記受光素子との間に配置されたリレイレンズ系を更に具備し、前記遮蔽部は、再生光が分離された直後の再生像結像面に配置されている。

これにより、分離素子と受光素子との間にされたリレイレンズ系で発生するノイズについても効果的に除去することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、再生時の戻り光のうち参照光反射成分を遮蔽する遮蔽部を光学素子と受光素子との間の再生像結像面の位置に配置したので、ホログラム記録媒体の例えば反射面で反射した参照光反射成分がこの遮蔽部により効果的に遮蔽され、受光素子に導かれることはなくなる。従って、再生時に参照光に起因するノイズを除去し、再生特性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（ホログラム記録再生装置の構成）

図１は本発明に実施形態に係るホログラム記録再生装置における光学ユニットの模式図である。

図１に示すように、ホログラム記録再生装置は、反射型のホログラム記録媒体１０１へのホログラム（情報）の記録、再生を行うものであり、光学ユニット１００を備える。

光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１、レンズ１１２、ミラー１１３、空間光変調器１１４、ビームスプリッタ１１５、第１のリレイレンズ系１１６、対物レンズ１１７、遮蔽部としての遮蔽板１１８、第２のリレイレンズ系１１９、受光素子としての撮像素子１２０を有する。

ホログラム記録媒体１０１は、信号光Sと参照光Rとによる干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録する情報記録層および回折光（再生光）を反射させるための反射層を有する記録媒体である。ホログラム記録媒体の情報記録層の構成材料として、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。

無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。

有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。なお、ポリマ化するにつれて周囲からモノマが移動してモノマの濃度が場所によって変化する。

以上のように、記録層の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録媒体１０１に記録できる。

ホログラム記録媒体１０１は、図示しない駆動手段でＸ−Ｙ方向またはθ方向に駆動され、空間光変調器１１１の像を多数のホログラムとして記録することができる。多重記録の手段としは、信号光や参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための光学素子である例えば位相マスクを所定の位置例えばビームスプリッタ１１５の後段に配置すればよい。位相相関多重ばかりでなく、他の多重方法を用いても勿論構わない。

なお、光学ユニット１００を図示しない駆動手段でＸ−Ｙ方向またはθ方向に駆動するようにしてもよい。また、ホログラム記録媒体１０１はディスク状であってもよい。

ホログラム記録媒体１０１が移動することから、ホログラム記録媒体１０１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

記録再生用光源１１１は、レーザ光を出射するレーザ光源であり、例えば波長４０８[ｎｍ]のレーザダイオード（ＬＤ）を備える。

レンズ１１２は、記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズである。

ミラー１１３は、レンズ１１２により平行光にされたレーザ光を空間光変調器１１４に向けて反射するための光学素子である。

空間光変調器１１４は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器に反射型の素子であるＤＭＤ(Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ)や反射型液晶、ＧＬＶ(Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｕｅ)素子を用いることが可能である。なお、透過型の素子である透過型液晶素子を用いた構成とすることもできる。本実施形態では、空間光変調器１１９により例えば円形の信号光の外周を囲むように参照光が形成されるようになっている。つまり、空間光変調器１１９上には円形の変調領域（信号光のための領域）を囲むように参照光のための領域が設けられている。これにより、記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光から光路を共通にする信号光Ｓ及び参照光Ｒを生成することができる。

ビームスプリッタ１１５は、位相変調素子１１４から入射した信号光Ｓ及び参照光Ｒを通過し、第１のリレイレンズ系１１６を通過したホログラム記録媒体１０１からの反射光を撮像素子１２０に向けて反射する光学素子である。

第１のリレイレンズ系１１６は、一対のレンズ１４１、１４２及び遮蔽板１４３を備える。

レンズ１４１及び遮蔽板１４３は、信号光Sおよび参照光Rの高周波帯域ノイズを除去する空間フィルタである。

レンズ１４１は、ビームスプリッタ１１５を通過したレーザ光を遮蔽板１４３上に集光する光学素子である。このレンズ１４１により、ビームスプリッタ１１５を通過したレーザ光がレンズ１４１の焦点位置にフラウンホーファー（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）回折像（フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換像）に変換されて結像する。

遮蔽板１４３は、レンズ１４１の焦点位置に配置され、ナイキストサイズのピンホール１４４が設けられ、０次光及び±１次光がピンホール１４４を通過する。

レンズ１４２は遮蔽板１４３のピンホール１４４を通過した光を平行光にするものである。

対物レンズ１１７は、信号光Ｓ及び参照光Ｒの双方をホログラム記録媒体１０１に集光し、かつホログラム記録媒体１０１からの反射光を平行光にするための光学素子である。

遮蔽板１１８は、ビームスプリッタ１１５と第２のリレイレンズ系１１９との間の再生光が分離された直後の再生像結像面の位置に配置されている。遮蔽板１１８は、図２に示すように、再生時の戻り光のうち参照光反射成分に相当する部分Ｒ´を遮蔽し、再生信号光Ｓ´を通過させる円形の通過領域１４５を有する。本実施形態では、再生信号光Ｓ´は、断面的に図３に示すように外周が滑らかでなく、段の付いたような形状であるが、通過領域１４５を円形とすることで、ある程度のマージンが生じ、製造時の遮蔽板１１８の位置合わせが容易となる。一方、図４に示すように、通過領域１４５を実際の再生信号光Ｓ´の形状と一致させてもよい。これにより、より効果的にノイズの除去が可能となる。なお、遮蔽部としては、板状の部材だけでなく、例えば液晶装置などによっても構成することができる。

第２のリレイレンズ系１１９は、一対のレンズ１４６、１４７から構成され、光学倍率変換を行うものである。

撮像素子１２０は、再生光の画像を入力するための素子であり、例えば２次元のＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成される。

（ホログラム記録再生装置の動作）

以下、ホログラム記録再生装置の動作の概要を説明する。
Ａ．記録時

記録時におけるホログラム記録再生装置の動作の概要を説明する。

記録再生用レーザ光源１１１を出射したレーザ光は、レンズ１１２及びミラー１１３を介して空間光変調器１１４に入射する。

空間光変調器１１４により、一部は記録情報を反映した光強度変調パターンを有する信号光として、他の一部は光強度変調されない、または特定の光強度変調を受けた参照光Ｒとして、第１のリレイレンズ系１１６に至る。

信号光Ｓ及び参照光Ｒは、第１のリレイレンズ系１１６により高周波帯域のノイズ成分がカットされた後、対物レンズ１１７を通して反射型のホログラム記録媒体１０１内の情報記録層に干渉縞、すなわちホログラムを形成する。
Ｂ．再生時

再生時におけるホログラム記録再生装置の動作の概要を説明する。

再生時には参照光Ｒのみをホログラム記録媒体１０１に入射させる。

再生時には、信号光Ｓは反射率を０％に制御された空間光変調器１１４で遮断され、参照光Ｒが第１のリレイレンズ系１１６及び対物レンズ１１７を介して反射型のホログラム記録媒体１０１が照射される。

反射型のホログラム記録媒体１０１内のホログラムにより回折および反射作用を受けた光は、再び対物レンズ１１７及び第１のリレイレンズ系１１６を通過した後、ビームスプリッタ１１５により光学倍率変換用の第２のリレイレンズ系１１９に向けて反射される。

ビームスプリッタ１１５を反射したレーザ光には再生信号光Ｓ´の他に参照光反射成分Ｒ´が含まれているが、遮蔽板１１８により参照光反射成分Ｒ´が遮蔽され、再生信号光Ｓ´だけが撮像素子１２０上に再生像として結像する。そして、再生像の光強度空間分布を撮像素子１２０により検出することで、情報再生が行われる。
（本実施形態に係る効果の確認）

ホログラム記録媒体１０１上に４９個のホログラムをシフト多重により記録再生した結果を図５及び図６に示す。

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ遮蔽板１１８を配置しない場合及び配置した場合のホログラム再生像である。この図に示すように、遮蔽板１１８を配置した場合には参照光パターンからの散乱成分が減少し、信号光エリアのノイズが低減していることが確認できる。

遮蔽板１１８を配置しない場合及び配置した場合のホログラム再生時のデータエラー数及びＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を図６（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ示す。この図に示すように、遮蔽板１１８を配置することにより、エラー数が減少すると共にＳＮＲが増加しており、再生特性が大きく向上することが確認できる。
（他の実施形態）
（１）図７は他の実施形態に係る光学ユニットの２０１の構成を示す図であり、第１のリレイレンズ系を省略した点が最初の実施形態と異なる。この実施形態に係る光学ユニット２０１では、装置の簡素化・小型化が可能である。

本発明に一実施形態に係るホログラム記録再生装置における光学ユニットの模式図である。 遮蔽板の一例を示す正面図である。 光再生信号光を断面的に示した図である。 遮蔽板の他の例を示す正面図である。 本発明に係る遮蔽板を配置しない場合及び配置した場合のホログラム再生像を示す図である。 本発明に係る遮蔽板を配置しない場合及び配置した場合のホログラム再生時のデータエラー数及びＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を示す図である。 本発明に他の実施形態に係るホログラム記録再生装置における光学ユニットの模式図である。

符号の説明

１００ 光学ユニット
１０１ 反射型のホログラム記録媒体
１１１ 記録再生用光源
１１２ レンズ
１１３ ミラー
１１４ 空間光変調器
１１５ ビームスプリッタ
１１６ 第１のリレイレンズ系
１１７ 対物レンズ
１１８ 遮蔽板
１１９ 第２のリレイレンズ系
１２０ 撮像素子

Claims (5)

1. 反射型のホログラム記録媒体に対してホログラムを記録し、再生するホログラム記録再生装置であって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光から信号光と参照光とを生成する生成部と、
   記録時に前記生成部により生成された信号光と参照光とを前記ホログラム記録媒体に集光させ、再生時に前記参照光に対する前記ホログラム記録媒体からの戻り光を平行光にする共通の対物レンズと、
   前記対物レンズを介した戻り光を前記生成部と前記対物レンズとの間の光路から分離する光学素子と、
   前記光学素子により分離された戻り光を受光する受光素子と、
   前記光学素子と前記受光素子との間の再生像結像面の位置に配置され、再生時の前記戻り光のうち参照光反射成分を遮蔽する遮蔽部と
   を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記生成部は、信号光を生成する第１の領域及び参照光を生成する第２の領域を有する空間光変調器を有することを特徴とするホログラム記録再生装置。
3. 請求項２に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記遮蔽部は、前記第１の領域に対応するように通過領域を有する
   ことを特徴とするホログラム記録再生装置。
4. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記遮蔽部は、前記光学素子により分離された直後の再生像結像面の位置に配置されていることを特徴とするホログラム記録再生装置。
5. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記分離素子と前記受光素子との間に配置されたリレイレンズ系を更に具備し、
   前記遮蔽部は、前記光学素子により分離された直後の再生像結像面の位置に配置されていることを特徴とするホログラム記録再生装置。

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