JP2009058653A - ホログラム再生装置、ホログラム再生方法、ホログラム記録装置、及びホログラム記録方法 - Google Patents

ホログラム再生装置、ホログラム再生方法、ホログラム記録装置、及びホログラム記録方法 Download PDF

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Abstract

【課題】従来のホログラム記録再生装置よりもホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するための光学系を小型化すること。
【解決手段】ホログラム記録再生装置１は、参照光を変調する参照光画素領域と、信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器２４と、ホログラム記録媒体１００に参照光を照射することにより再生される再生光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズ４２と、フーリエ変換レンズ４２による再生光のフーリエ変換面に配置されるフィルタ６０であって、再生光に含まれる参照光と信号光とのそれぞれの空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることを利用して、参照光の所定の空間周波数帯域を遮光するとともに、信号光の所定の空間周波数帯域を透過させるフィルタ６０と、を含み、フィルタ６０を透過した再生光を受光して、再生光に含まれる信号光に変調されたデータを再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム再生装置、ホログラム再生方法、ホログラム記録装置、及びホログラム記録方法に関する。
ホログラム記録技術では、参照光と信号光とを一つの光束にしてホログラム記録媒体に照射して、参照光と信号光との干渉により形成されるホログラムをホログラム記録媒体に記録する、いわゆる同軸方式の記録技術を採用しているものがある。同軸方式の記録技術を採用することの利点の一つとして、ホログラム記録再生装置を小型化できることがある。
図５には、従来のホログラム記録再生装置２を構成する光学系の一部を示す。図５に示されるように、従来のホログラム記録再生装置２では、空間光変調器２５により空間変調された信号光と参照光とを同一の光束でホログラム記録媒体１００に照射することでデータを記録する。一方、データを再生する場合には、読み出し光としての参照光のみをホログラム記録媒体１００に照射して再生される再生光について、まずアイリス４５により再生光の参照光部分をカットしてから、フーリエ変換レンズ４６の焦点面に配置されたフィルタ４７により信号光の所望の空間周波数帯域を抽出していた。そして、受光素子５０は、所望の空間周波数帯域が抽出された信号光に基づいてデータを再生していた。
本発明の目的は、ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するための光学系を小型化することにある。
上記目的を達成するために、請求項１に係るホログラム再生装置の発明は、参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射することによりデータが記録されたホログラム記録媒体を保持する手段と、前記保持されたホログラム記録媒体に参照光を照射することにより再生される再生光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズによる前記再生光のフーリエ変換面に配置されるフィルタであって、前記再生光に含まれる参照光と信号光とのそれぞれの空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることを利用して、前記参照光の所定の空間周波数帯域を遮光するとともに、前記信号光の所定の空間周波数帯域を透過させるフィルタと、前記フィルタを透過した再生光を受光して、前記再生光に含まれる信号光に変調されたデータを再生する手段と、を含むことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のホログラム再生装置において、前記フィルタは、少なくとも前記参照光のＮ（Ｎは自然数）次の直流成分を含む空間周波数帯域を遮光し、前記信号光の前記Ｎ次の直流成分を含む空間周波数帯域を透過させる、ことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載のホログラム再生装置において、前記フィルタは、前記参照光の直流成分の前記Ｎ次以上の空間周波数帯域を遮光し、前記信号光の直流成分の前記Ｎ次以下の空間周波数帯域を透過させる、ことを特徴とする。
請求項４に係るホログラム再生方法の発明は、参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射することによりデータが記録されたホログラム記録媒体を保持するステップと、前記保持されたホログラム記録媒体に参照光を照射することにより再生される再生光をフーリエ変換レンズによりフーリエ変換するステップと、前記フーリエ変換レンズによる前記再生光のフーリエ変換面に配置されるフィルタにより、前記再生光に含まれる参照光と信号光とのそれぞれの空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることを利用して、前記参照光の所定の空間周波数帯域を遮光するとともに、前記信号光の所定の空間周波数帯域を透過させるステップと、前記フィルタを透過した再生光を受光して、前記再生光に含まれる信号光に変調されたデータを再生するステップと、を含むことを特徴とする。
請求項５に係るホログラム記録装置の発明は、参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器と、前記空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射する手段と、を含み、前記参照光と前記信号光との干渉により形成されるホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載のホログラム記録装置において、前記参照光画素領域の画素配置の周期方向と、前記信号光画素領域の画素配置の周期方向とが略４５度異なる、ことを特徴とする。
請求項７に係るホログラム記録方法の発明は、参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により参照光と信号光とを変調するステップと、前記空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射するステップと、を含み、前記参照光と前記信号光との干渉により形成されるホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とする。
請求項１及び４に記載の発明によれば、再生光から参照光をカットする工程と、再生光に含まれる信号光の所定の空間周波数帯域を抽出する工程とを一度に行うことにより、ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生するための光学系を小型化することができる。
請求項２に記載の発明によれば、Ｎ次の直流成分を含む空間周波数帯域を参照光についてはカットし、信号光については透過させて、信号光の所望の空間周波数成分を抽出することができる。
請求項３に記載の発明によれば、参照光についてはＮ次以上の直流成分の空間周波数帯域をカットし、信号光についてはＮ次以下の直流成分の空間周波数帯域を透過させて、信号光の所望の空間周波数帯域を抽出することができる。
請求項５及び７に記載の発明によれば、参照光と信号光とをそれぞれ変調する画素の配置の周期方向を異ならせてホログラム記録媒体にデータが記録できるため、データの再生時には再生光に含まれる参照光と信号光とのフーリエ変換面における空間周波数成分の周期方向を異ならせることができる。
請求項６に記載の発明によれば、参照光と信号光との直流成分の輝点位置の距離が他の角度に比べて最大となるため、データの再生時には、参照光の所望の周波数帯域をカットしつつ、信号光の所望の空間周波数帯域を抽出しやすくなる。
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
図１には、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１のシステム構成図を示す。図１に示されるように、ホログラム記録再生装置１は、光源１０、シャッター１２、１／２波長板１４、偏光板１６、拡大・コリメート光学系１８、ミラー２０、偏光ビームスプリッタ２２、空間光変調器２４、リレーレンズ系を構成するレンズ２６，２８とフーリエ変換レンズ３０，３２、フィルタ３４、ホログラム記録媒体１００に参照光、又は参照光及び信号光を集光するフーリエ変換レンズ３６、ホログラム記録媒体を透過した透過光（再生光）をリレーするフーリエ変換レンズ３８、ホログラム記録媒体１００を保持する媒体保持部４０、リレーレンズ系を構成するフーリエ変換レンズ４２，４４、フィルタ６０、及び受光素子５０を備える。
光源１０は、ホログラムを記録する信号光及び参照光の光源となるコヒーレント光を照射する。コヒーレント光としてはレーザ光など従来から知られている光源を用いることとしてよい。そして、レーザ光には、ホログラム記録媒体１００の光記録層に感度のある所定の波長のレーザ光（例えば、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ等）を用いることとしてよい。
シャッター１２は、光源１０から照射されたレーザ光の光路上に設けられる。シャッター１２の開閉に応じて、レーザ光が遮断される。そして、シャッター１２を通過したレーザ光は、１／２波長板１４と、偏光板１６とを通過して、光強度や偏光方向が調整される。
偏光板１６を通過したレーザ光は、拡大・コリメート光学系１８により所定径の平行光に変換される。拡大・コリメート光学系１８で平行光に変換されたレーザ光は、ミラー２０により反射され、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。
偏光ビームスプリッタ２２は、入射したレーザ光のｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射する。そして、偏光ビームスプリッタ２２により反射されたレーザ光は、空間光変調器２４に入射する。
空間光変調器２４は、偏光ビームスプリッタ２２から入射したレーザ光を、記録情報に応じたパターンで偏光変調する。記録情報は、例えばデジタルデータ「０，１」を「明，暗」に対応させた明暗のパターン画像により表現されるものである。そして、光強度変調された光強度変調パターンを有するレーザ光は、再び偏光ビームスプリッタ２２に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ２２は、ｐ偏光を透過させるため、空間光変調器２４により変調された光は、偏光ビームスプリッタ２２を透過する。
図２には、空間光変調器２４の構成の一例を示す。図２に示されるように、本実施形態に係る空間光変調器２４は、参照光を変調する参照光画素領域２００と信号光を変調する信号光画素領域３００を含み構成され、信号光画素領域３００が中心部に配置され、信号光画素領域３００の外周に参照光画素領域２００が配置される。
参照光画素領域２００及び信号光画素領域３００は、それぞれ複数の画素により構成され、各画素は、参照光や信号光に変調する２次元画像データに応じて明／暗のいずれかに強度変調される。図２においては、参照光画素領域２００と信号光画素領域３００とにおいて塗りつぶしのある画素が「暗」画素である。なお、図２では参照光画素領域２００と信号光画素領域３００とにおいて、「暗」画素の塗りつぶしパターンがそれぞれ異なるのは説明の便宜上のためであり、実際に色やパターンが異なる訳ではない。
信号光画素領域３００に含まれる画素は、記録するデータを符号化した二次元画像を生成して、信号光を空間変調する。また、参照光画素領域２００においても、ランダムパターンを符号化した二次元画像を生成して、参照光を空間変調することとしてよい。なお、参照光は必ずしも変調する必要はないが、上記のように参照光にデータパターンと同程度の周期でランダム変調を与えることで、データ記録の際に参照光を均等に照射させて、ホログラム記録領域での信号光と参照光の重なりを大きくし、精度の良いデータ記録が実現できる。
本実施形態の空間光変調器２４では、参照光画素領域２００に含まれる画素の繰り返し周期の方向と、信号光画素領域３００に含まれる画素の繰り返し周期の方向とが異なることを特徴としている。なお、画素の繰り返し周期の方向とは、隣接する画素の配置方向を示すものであり、本実施形態では参照光画素領域２００の画素の繰り返し周期方向は、信号光画素領域３００の画素の繰り返し周期方向に対して４５度傾いていることとする。このように、空間光変調器２４の参照光を変調する画素の繰り返し周期方向と、信号光を変調する画素の繰り返し周期方向とが異なることにより、フーリエ変換面における信号光と参照光との空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることとなる。本発明では、このフーリエ変換面における参照光の輝点の位置と、信号光の輝点の位置との差を利用して参照光のカットと信号光の所望の周波数帯域の抽出とを同時に行うものであるが、この工程についての詳細は後述する。
空間光変調器２４により空間変調された信号光と参照光を含む記録光は、リレーレンズ系を構成するレンズ２６，２８によりリレーされた後に、フーリエ変換レンズ３０に入射する。記録光は、フーリエ変換レンズ３０によりフィルタ３４を通過するように集光され、フィルタ３４を通過する際に所定の周波数帯域がカットされる。フィルタ３４により所定の周波数帯域をカットすることで、ホログラム記録媒体１００をより有効に使った記録を実現する。例えば、フィルタ３４は、参照光と信号光の空間周波数成分の１次の直流成分まで透過させるローパスフィルタとして構成してよく、その場合にはフィルタ３４の透過部の半径をｆλ／ｄ以上とする。なお、ｆはフーリエ変換レンズの焦点距離、λはコヒーレント光の波長、ｄは参照光画素領域と信号光画素領域のそれぞれの画素ピッチである。
そして、フィルタ３４を通過した記録光は、フーリエ変換レンズ３２により再び平行光にされ、ホログラム記録媒体１００に記録光を集光するフーリエ変換レンズ３６に入射する。
フーリエ変換レンズ３６は、信号光と参照光とを共に媒体保持部４０に保持されるホログラム記録媒体１００に集光させる。そして、信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光との干渉により形成されるホログラム（干渉縞）がホログラム記録媒体１００の光記録層に形成される。以上がホログラム記録媒体１００にデータを記録する工程である。
次に、ホログラム記録媒体１００に上記記録したデータをホログラム記録再生装置１により再生する工程を説明する。
まず、ホログラム記録再生装置１では、ホログラム記録媒体１００に参照光のみを照射する。照射された参照光は、ホログラム記録媒体１００に形成されたホログラムにより回折することで再生光が得られる。得られた再生光は、ホログラムを形成した際に照射された参照光と信号光とを含む光である。
ホログラム記録媒体１００は透過型の記録媒体であるため、再生光はホログラム記録媒体１００を透過し、フーリエ変換レンズ３８によりリレーされてフーリエ変換レンズ４２に入射する。このフーリエ変換レンズ４２の焦点面には、フィルタ６０が配置される。
図３には、フィルタ６０を配置したフーリエ変換レンズ４２の焦点面（以下、フーリエ変換面とする）の一例を示す。図３に示されるように、フーリエ変換面の中心には信号光の０次の直流成分４００、そして０次の直流成分４００から水平方向、水平方向に信号光の１次の直流成分４１０が位置し、０次の直流成分４００から±４５度方向に参照光の１次の直流成分５１０が位置する。ここで、本実施形態では、参照光画素領域２００と信号光画素領域３００のそれぞれの画素ピッチをｄ、レンズの焦点距離をｆ、コヒーレント光の波長をλとすると、参照光と信号光のそれぞれのスポット距離Ｌは、以下の式（１）により表される。
Ｌ＝ｆλ／ｄ ・・・（１）
ただし、図３に示されるように、参照光と信号光のスポット位置は、０次の直流成分４００を原点位置とした場合にその原点からの方向がそれぞれ４５度異なる位置にある。ここで、例えばフーリエ変換面に図３に示されるように、以下の式（２）を満たす長さＳを一辺とする正方形の透過部を有するローパスフィルタを、その透過部の頂点位置が中心位置から水平及び垂直方向に位置するように配置することで、図３に示されるように、再生光から参照光をカットするとともに、所望の周波数帯域（１次の直流成分以下）の信号光のみを透過させ、抽出することができる。
√２Ｌ＜Ｓ＜２Ｌ ・・・（２）
また、上記の例において、具体的にコヒーレント光の波長λ＝５３２ｎｍ，レンズの焦点距離ｆ＝１００ｍｍ，画素ピッチｄ＝２０μｍとすると、Ｌ＝２．６６ｍｍとなる。ここで、フィルタを一辺の長さＳ＝４ｍｍのローパスフィルタとして構成することで、Ｓは上記の式（２）を満たし、再生光から参照光を除去し信号光の１次の直流成分以下の周波数帯域を抽出することができる。
フィルタ６０を透過した再生光（信号光）は、レンズ４４によりリレーされた後に、受光素子５０に結像する。受光素子５０では、信号光の光強度変調パターンに基づいて、信号光に変調された記録データを再生する。
以上説明した本実施形態に係るホログラム記録再生装置１では、再生光から参照光の除去と所望の信号光の周波数帯域の抽出とをフィルタ６０で一度に行うため、図５に示した従来のホログラム記録再生装置２と比べて、アイリス４５やリレーレンズ系を構成するレンズ４２，４４を省略することができ、光学系のさらなる小型化を実現するものである。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、フーリエ変換レンズ４２の焦点面に配置されるフィルタは、図３に示されたようなローパスフィルタに限られるものではなく、例えば、図４に示すような形状にして、信号光の０次の直流成分はカットして、信号光の１次の直流成分４１０を含む周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタ６１として構成することとしてもよい。バンドパスフィルタ６１の透過部の外周の一辺をＳ１、内周の一辺をＳ２の正方形とすると、√２Ｌ＜Ｓ１＜２Ｌ、２Ｒｓｐｏｔ＜Ｓ２＜√２Ｌを満たすものとする。なお、Ｒｓｐｏｔとは、スポットの半径とする。もちろん、フーリエ変換面に配置するフィルタは以上に図示された形状に限られず、透過させる信号光の所望の空間周波数帯域に応じた様々な形状としてよい。
また、フィルタ６０、バンドパスフィルタ６１等のフーリエ変換レンズ４２の焦点面に配置されるフィルタの透過部の形状は上述したような正方形に限られるものではなく、その他の多角形や楕円形等の種々の形状としてよいのはもちろんである。
また、上記の実施形態ではホログラム記録再生装置１によりホログラムの記録と再生とをともに行うこととしたが、ホログラムの記録を行うホログラム記録装置と、ホログラムの再生を行うホログラム再生装置と分けてホログラムの記録及び再生を行うこととしてよいのはもちろんである。
本実施形態に係るホログラム記録再生装置のシステム構成図である。 空間光変調器の構成の一例である。 レンズの焦点面、及びフィルタの一例である。 レンズの焦点面、及びフィルタの一例である。 従来のホログラム記録再生装置の構成の一部を示す図である。
符号の説明
１ ホログラム記録再生装置、２ ホログラム記録再生装置（従来）、１０ 光源、１２ シャッター、１４ １／２波長版、１６ 偏光板、１８ 拡大・コリメート光学系、２０ ミラー、２２ 偏光ビームスプリッタ、２４ 空間光変調器、２５ 空間光変調器（従来）、２６，２８ レンズ、３０，３２ フーリエ変換レンズ、３４ フィルタ、３６，３８ フーリエ変換レンズ、４０ 媒体保持部、４２，４４ フーリエ変換レンズ、４５ アイリス、４７ フィルタ、５０ 受光素子、６０ フィルタ、６１ バンドパスフィルタ、１００ ホログラム記録媒体、２００ 参照光画素領域、３００ 信号光画素領域、４００ ０次の直流成分、４１０ 信号光の１次の直流成分、５１０ 参照光の１次の直流成分。

Claims (7)

  1. 参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射することによりデータが記録されたホログラム記録媒体を保持する手段と、
    前記保持されたホログラム記録媒体に参照光を照射することにより再生される再生光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、
    前記フーリエ変換レンズによる前記再生光のフーリエ変換面に配置されるフィルタであって、前記再生光に含まれる参照光と信号光とのそれぞれの空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることを利用して、前記参照光の所定の空間周波数帯域を遮光するとともに、前記信号光の所定の空間周波数帯域を透過させるフィルタと、
    前記フィルタを透過した再生光を受光して、前記再生光に含まれる信号光に変調されたデータを再生する手段と、
    を含むことを特徴とするホログラム再生装置。
  2. 前記フィルタは、少なくとも前記参照光のＮ（Ｎは自然数）次の直流成分を含む空間周波数帯域を遮光し、前記信号光の前記Ｎ次の直流成分を含む空間周波数帯域を透過させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のホログラム再生装置。
  3. 前記フィルタは、前記参照光の直流成分の前記Ｎ次以上の空間周波数帯域を遮光し、前記信号光の直流成分の前記Ｎ次以下の空間周波数帯域を透過させる、
    ことを特徴とする請求項２に記載のホログラム再生装置。
  4. 参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射することによりデータが記録されたホログラム記録媒体を保持するステップと、
    前記保持されたホログラム記録媒体に参照光を照射することにより再生される再生光をフーリエ変換レンズによりフーリエ変換するステップと、
    前記フーリエ変換レンズによる前記再生光のフーリエ変換面に配置されるフィルタにより、前記再生光に含まれる参照光と信号光とのそれぞれの空間周波数成分の結像位置の周期方向が異なることを利用して、前記参照光の所定の空間周波数帯域を遮光するとともに、前記信号光の所定の空間周波数帯域を透過させるステップと、
    前記フィルタを透過した再生光を受光して、前記再生光に含まれる信号光に変調されたデータを再生するステップと、
    を含むことを特徴とするホログラム再生方法。
  5. 参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器と、
    前記空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射する手段と、を含み、
    前記参照光と前記信号光との干渉により形成されるホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とするホログラム記録装置。
  6. 前記参照光画素領域の画素配置の周期方向と、前記信号光画素領域の画素配置の周期方向とが略４５度異なる、
    ことを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録装置。
  7. 参照光を変調する参照光画素領域と、記録するデータに基づいて信号光を変調する信号光画素領域との画素配置の周期方向がそれぞれ異なる空間光変調器により参照光と信号光とを変調するステップと、
    前記空間光変調器により変調された参照光と信号光とを同一の光束によりホログラム記録媒体に照射するステップと、を含み、
    前記参照光と前記信号光との干渉により形成されるホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録することを特徴とするホログラム記録方法。
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