JP2006308613A - ホログラム記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホログラム記録の多重数を増加することのできるコリニア式のホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】参照光32が複数の同心円の輪帯にそれぞれ配置され、かつ半径方向に信号光31の領域と互いに違いに連続するように配置されたSLMパターンを用いることによって、干渉ピクセル間の距離を縮めることができ、記録層12においてホログラム記録に寄与する厚みを、中央に信号光のパターンを配置し、その周りを囲むような形で参照光用のパターンを配置した典型的なパターンを用いた場合に比べ増大させることができる。
【選択図】図4
【解決手段】参照光32が複数の同心円の輪帯にそれぞれ配置され、かつ半径方向に信号光31の領域と互いに違いに連続するように配置されたSLMパターンを用いることによって、干渉ピクセル間の距離を縮めることができ、記録層12においてホログラム記録に寄与する厚みを、中央に信号光のパターンを配置し、その周りを囲むような形で参照光用のパターンを配置した典型的なパターンを用いた場合に比べ増大させることができる。
【選択図】図4
Description
本発明は、ホログラムを用いて記録を行うホログラム記録再生装置に係り、特に参照光と信号光を同軸な一本の光束として扱うコリニア方式の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、変調された(データが重畳された)信号光、変調されない参照光の2つを1つのレーザ光から分割し、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。
ホログラム記録媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録媒体に多数のホログラムを形成する場合がある。この場合、ホログラム記録媒体上の異なる箇所にホログラムを形成するとは限らず、ホログラム記録媒体の同一箇所(または、互いに重なり合う領域)にホログラムを形成することも可能である。これが、いわゆる多重記録であり、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式、シフト多重方式など、種々の方式が提案されている。
これらの方式は、いずれも2本の光束を干渉させる方式であり、参照光と信号光を2つの異なる光軸で構成するので光学系が複雑化する。光学系の構成を簡素化できる方式として、参照光と信号光を同軸な一本の光束として扱うコリニア方式がある。
典型的なコリニア方式では、空間光変調器上の中央に二次元バーコード状の信号光のパターンが配置し、その周りを囲むような形で参照光用のパターンが配置される。記録時は信号光と参照光の両方を空間光変調器に表示させた状態で光を照射して、ホログラム記録媒体に干渉縞を記録する。再生時には参照光用のパターンのみを空間光変調器に表示させて光を照射する。ホログラム記録媒体の反射層から戻ってきた光には、記録した信号光のパターンが再現されているので、これをもとにデータが復元される。
特開2004−335044号公報
参照光と物体光が同軸上にあるコリニア方式では、光の焦点では光の強度分布に大きな差が生じ、屈折率の変化を有効に記録することができないため、デフォーカスした位置にメディアの記録層が配置される。この記録層の領域で、信号光と参照光とが干渉することによって生じる干渉縞が屈折率の変化として記録される。
しかしながら、特許文献1などにも採用されるような、中央に信号光のパターンを配置し、その周りを囲むような形で参照光用のパターンを配置したパターンを用いた場合、干渉し合うピクセル間の空間光変調器上での距離の大きさに起因して、信号光と参照光との干渉がホログラム記録媒体における記録層の下部つまり焦点側の領域(フーリエ領域)のみで起こり、記録層の上部つまり対物レンズ側の領域(フレネル領域)はホログラム記録に寄与されていない。このことは、ホログラム記録の多重数の増加、光メモリの高密度化の妨げとなっていた。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ホログラム記録の多重数を増加することのできるコリニア式のホログラム記録再生装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、この発明のホログラム記録再生装置は、信号光を空間的に変調して参照光とともに表示する空間光変調器と、空間光変調器からの出射光を信号光と参照光とが干渉するようにホログラム記録媒体に照射する光学系とを備えたホログラム記録再生装置において、空間光変調器上で、参照光は、複数の同心円の輪帯にそれぞれ配置され、かつ半径方向に信号光の領域と互いに違いに連続するように配置されていることを特徴とする。
これにより、空間光変調器の全体にわたり、干渉ピクセル間距離の値が小さくなり、記録層においてホログラム記録に寄与する厚みが増大し、ホログラム記録の多重数の増加を図れる。
また、本発明のホログラム記録再生装置において、参照光の空間周波数は、外側の輪帯の参照光ほど低く設定されていることを特徴とする。これにより、参照光は、外側の低周波成分がフーリエ領域で光軸近傍に集光し、内側の高周波成分がフーリエ領域で光軸の外側に集光することで、フーリエ領域にて信号光と効率的に干渉する。よって、ホログラム記録媒体に効率的に干渉縞を形成することができ、記録層の無駄な露光が低減されることで、多重数の増加を図ることができる。
さらに、本発明のホログラム記録再生装置において、個々の輪帯の参照光は、輪帯を円周上で所々切断することによってパターン化されている。これによって、輪帯の幅を選定することによって参照光の空間周波数を決めることができる。
本発明の別の観点に基づくホログラム記録再生装置は、信号光を空間的に変調して所定の参照光のパターンとともに表示する空間光変調器と、空間光変調器からの出射光を信号光と参照光とが干渉するようにホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体からの再生光から高周波成分を除去する空間フィルタとを具備し、空間光変調器上で、参照光は格子状または同心円状に配置され、参照光のパターンは信号光のパターンよりも高い周波数で形成されていることを特徴とする。
これにより、再生光から参照光成分を取り除くことができ、再生信号のSNR劣化を抑えることができる。
以上のように、本発明のホログラム記録再生装置によれば、ホログラム記録の多重数を増加することができ、高密度化な光メモリを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るコリニア方式のホログラム記録再生装置の光学ユニットの構成を示す図である。
このコリニア方式のホログラム記録再生装置は、光源系1、偏光ビームスプリッタ2、空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)3、フーリエ変換レンズ4、アイリス5、フーリエ逆変換レンズ6、1/4波長板7、対物レンズ8、受光素子9、およびホログラム記録媒体10を有する。
光源系1は、たとえば波長405nmのレーザダイオード(LD)や波長532nmのNd−YAGレーザなどのシングルモードレーザ、シングルモードレーザ1から照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、戻り光を防ぐためのアイソレータ、レーザの開閉を行うメカニカルシャッター、ビーム形状を整形するアナモプリズム、レーザパワーを監視するパワーモニタなどを備えている。
偏光ビームスプリッタ2は、光源系1より入射した光のp偏光成分のみを空間光変調器3に入射し、空間光変調器3からの光を反射する光学素子である。
空間光変調器3は、信号を空間的に(ここでは2次元的に)変調して、信号光および参照光のパターンを表示する空間光変調器である。空間光変調器としては、反射型液晶、DMD(Digital Micro Mirror)、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることも可能である。
フーリエ変換レンズ4は、偏光ビームスプリッタ2より入射した空間光変調器3からの光をフーリエ変換する光学素子である。
アイリス5は、フーリエ変換像から高周波数成分をカットするための光学素子である。
フーリエ逆変換レンズ6は、フーリエ変換像を逆変換する光学素子である。
1/4波長板7は、フーリエ逆変換レンズ6より入射した光を円偏光にするための光学素子である。
対物レンズ8は、信号光および参照光をホログラム記録媒体10に集光するための光学素子である。
受光素子9は、再生光の画像を入力する素子であり、CMOSセンサ、CCDなどが用いられる。
ホログラム記録媒体10は、保護層11、記録層12、ギャップ層13および反射層14で構成される。保護層11は、記録層12を外界から保護するための層である。記録層12は、信号光と参照光との干渉により生じる干渉縞を屈折率の変化として記録する層であり、例えば、光重合型フォトポリマーなどが用いられる。ギャップ層13は記録層12と反射層14との間に所定のギャップを確保するための光透過材料からなる層である。反射層14は光を反射させるための層である。
ホログラム記録媒体10は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ホログラム記録媒体10が移動することから、ホログラム記録媒体10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。
次に、このホログラム記録再生装置の基本的な動作を説明する。
光源系1から出射した光は、偏光ビームスプリッタ2を反射して空間光変調器3に入射される。ここで、空間光変調器3には、信号光と参照光とが近接するSLMパターンが投影される。このパターンについては後で説明する。
空間光変調器3によって変調された光は、偏光が90°回転するために偏光ビームスプリッタ2を透過し、フーリエ変換レンズ4、アイリス5、フーリエ逆変換レンズ6にて不要な高周波数成分が除かれた後、1/4波長板7にて円偏光の光とされて、対物レンズ8によってホログラム記録媒体10に照射される。その結果、ホログラム記録媒体10の記録層12に信号光と参照光との干渉による干渉縞がホログラムとして記録される。
再生時には、空間光変調器3上に参照光に相当するパタ−ンのみを表示させ、その参照光成分のみをホログラム記録媒体10に入射する。これにより、ホログラム記録媒体10に記録されたホログラムから回折光(再生光)が発生する。この再生光は、対物レンズ8、1/4波長板7、フーリエ逆変換レンズ6、アイリス5、フーリエ変換レンズ4、偏光ビームスプリッタ2を通して受光素子9に入射し、ここで空間的な2次元デ−タに対応する電気信号に変換される。受光素子9からの出力は、図示しない信号処理部によって2値化され、時系列2値化デ−タに変換される。
図2は空間光変調器3からホログラム記録媒体10への光の伝播を示す図である。
ここで、空間光変調器3上で光軸から距離bだけずれた位置のピクセルの光と、その位置からさらにaの距離だけ外側にあるピクセルの光とが干渉する範囲は、反射面から下記の式(1)で求められる距離zまでの範囲となる。
z=2λf/da ・・・(1)
ここで、λは光の波長、fは対物レンズ8の焦点距離、dはピクセルサイズ、aは干渉ピクセル間距離である。
たとえば、光の波長λを0.4μm、ピクセルサイズdを15.6μm、対物レンズ8の焦点距離fを4mmとすると、図3に示すように信号光21を参照光22で取り囲んだ典型的なSLMパターンでは、参照光の一番内側の光軸側の距離aを1.75mmとした場合、光軸中心のピクセルの信号光が参照光と干渉する距離zは547μmとなる。すなわち、ホログラム記録媒体10において反射面から記録層12までの距離(ギャップ層12の厚み)を100μm、記録層12の厚みを600μmとすると、記録層12の厚みにおける対物レンズ8側の153μm(25%)はホログラム記録に寄与しないことになる。
図4は、本発明の一実施形態に係るホログラム記録再生装置に採用されたSLMパターンの例を示す図である。同図に示すように、この実施形態では、信号光31と参照光32とを近接して配置したSLMパターンが採用されている。すなわち、参照光32は、複数の同心円の輪帯にそれぞれ配置され、かつ半径方向に信号光31の領域と互いに違いに連続するように配置されている。
このようなSLMパターンを用いることによって、上記(1)式における干渉ピクセル間距離aの値が小さくなり、記録層12においてホログラム記録に寄与する厚みを、中央に信号光のパターンを配置し、その周りを囲むような形で参照光用のパターンを配置した典型的なパターンを用いた場合に比べ増大させることができる。
また、記録層12における焦点側の領域であるフーリエ領域においては、ピクセルサイズに起因する回折光が集光しており、ピクセルサイズの空間周波数分布に応じた回折像が形成される。すなわち、ここでの光強度分布はSLMパターンのフーリエ変換となり、光軸中心に空間周波数の低い成分が集光し、光軸の外側に空間周波数の高い成分が集光する。
そこで、図4に示したSLMパターンでは、外側の輪帯の参照光32は光軸の近傍に集光し、内側の輪帯の参照光32は光軸の外側に集光するように、各輪帯の参照光32の空間周波数がそれぞれ設定されている。すなわち、外側に位置する輪帯の参照光32ほど低い空間周波数が与えられている。
個々の輪帯の参照光32は、その輪帯を円周上で所々切断することによってパターン化されている。これにより、参照光32の空間周波数は輪帯の帯幅によって選定される。
このようなSLMパターンを用いることによって、参照光は、外側の低周波成分がフーリエ領域で光軸近傍に集光し、内側の高周波成分がフーリエ領域で光軸の外側に集光することで、フーリエ領域にて信号光と効率的に干渉する。よって、ホログラム記録媒体10に効率的に干渉縞を形成することができ、記録層12の無駄な露光が低減されることで、多重数の増加に寄与することができる。
また、回折効率の低いホログラムの再生を行う場合には参照光の光量を増やさなくてはならない。しかし、図4に示したSLMパターンのように、信号光と参照光とを近接して配置した場合、参照光の光量を増やすと再生光に漏れ込む光も増えてしまい、再生信号のSNRが劣化するおそれがある。
そこで、信号光と参照光とを近接して配置しつつ、再生光への参照光の漏れ込みによる影響を回避できる方式を次に説明する。
図5はこの方式に用いられるSLMパターンの例である。このSLMパターンにおいて、参照光41は格子状に配置され、信号光42は参照光41の各格子の内側に配置されている。このようなSLMパターンによっても、上記(1)式における干渉ピクセル間距離aの値を小さくすることができるので、記録層12においてホログラム記録に寄与する厚みを増大させることができる。
図6は図5のSLMパターンの拡大図である。同図に示すように、信号光42は縦横2×2ピクセルを画像表示のための最小の単位とし、参照光41は縦横1×1ピクセルを画像表示のための最小の単位としている。すなわち、参照光41のパターンは信号光42のパターンよりも高い周波数で形成されている。
このように、参照光41のパターンを信号光42のパターンよりも高い周波数で形成したことによって、再生時に再生光が受光素子9に入る前に、空間フィルタによって高周波数成分をカットすることで、再生光から参照光成分を取り除くことができ、再生信号のSNR劣化を抑えることができる。
図7はこの空間フィルタを付加したホログラム記録再生装置の構成を示す図である。このホログラム記録再生装置は、図1に示したホログラム記録再生装置に空間フィルタ54を追加した例である。
この空間フィルタ54は、偏光ビームスプリッタ2と受光素子9との間に配置され、フーリエ変換レンズ51、アイリス52、フーリエ逆変換レンズ53で構成される。アイリス52は参照光の周波数以下の成分をカットできるように絞り値が調整されたものである。この空間フィルタ54では、偏光ビームスプリッタ2より出射された再生光がフーリエ変換レンズ51にてフーリエ変換される。このフーリエ変換像からアイリス52にて参照光の周波数以下の成分がカットされ、フーリエ逆変換レンズ53で元の再生像に戻されて受光素子9に入射される。これにより、再生光から参照光成分を取り除くことができ、再生信号のSNR劣化を抑えることができる。
なお、信号光と参照光とを近接して配置しつつ、再生光への参照光の漏れ込みによる影響を回避可能なSLMパターンは、図5のように参照光41を格子状に配置したものに限定されない。たとえば、図8に示すように、複数の参照光41を同心円状に配置し、参照光41と信号光42を半径方向に互い違いに繰り返し配置したものであっても有効である。
1 光源系
2 偏光ビームスプリッタ
3 空間光変調器
4 フーリエ変換レンズ
5 アイリス
6 フーリエ逆変換レンズ
7 1/4波長板
8 対物レンズ
9 受光素子
10 ホログラム記録媒体
11 保護層
12 記録層
13 ギャップ層
14 反射層
31 信号光
32 参照光
41 参照光
42 信号光
51 フーリエ変換レンズ
52 アイリス
53 フーリエ逆変換レンズ
54 空間フィルタ
2 偏光ビームスプリッタ
3 空間光変調器
4 フーリエ変換レンズ
5 アイリス
6 フーリエ逆変換レンズ
7 1/4波長板
8 対物レンズ
9 受光素子
10 ホログラム記録媒体
11 保護層
12 記録層
13 ギャップ層
14 反射層
31 信号光
32 参照光
41 参照光
42 信号光
51 フーリエ変換レンズ
52 アイリス
53 フーリエ逆変換レンズ
54 空間フィルタ
Claims (4)
- 信号光を空間的に変調して参照光とともに表示する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの出射光をホログラム記録媒体上で信号光と参照光とが干渉するように前記ホログラム記録媒体に照射する光学系とを備えたホログラム記録再生装置において、
前記空間光変調器上で、前記参照光は、複数の同心円の輪帯にそれぞれ配置され、かつ半径方向に前記信号光の領域と互いに違いに連続するよう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。 - 前記参照光の空間周波数が、外側の前記輪帯の参照光ほど低く設定されていることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録再生装置。
- 個々の前記輪帯の参照光は、該輪帯を円周上で所々切断することによってパターン化されていることを特徴とする請求項2に記載のホログラム記録再生装置。
- 信号光を空間的に変調して所定の参照光のパターンとともに表示する空間光変調器と、前記空間光変調器からの出射光を信号光と参照光とが干渉するようにホログラム記録媒体に照射する光学系と、前記ホログラム記録媒体からの再生光から高周波成分を除去する空間フィルタとを具備し、
前記空間光変調器上で、前記参照光は格子状または同心円状に配置され、前記参照光のパターンは前記信号光のパターンよりも高い周波数で形成されていることを特徴とするホログラム記録再生装置。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007043451A1 (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Pioneer Corporation | ホログラム記録再生システム |
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WO2004112045A2 (en) * | 2003-06-07 | 2004-12-23 | Aprilis, Inc. | High areal density holographic data storage system |
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2005
- 2005-04-26 JP JP2005127287A patent/JP2006308613A/ja active Pending
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