JP2009058654A - 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
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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ピッチ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光学的に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間隔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
【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ピッチ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光学的に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間隔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には、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6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6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、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、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ピッチ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間隔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ピッチ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間隔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ピッチ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ピッチよりも前記信号光画素領域の画素ピッチが大きい、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ピッチ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ピッチ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それぞれの空間周波数成分の結像位置間の長さ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、信号光の直流成分の位置が参照光よりも内側となるため、信号光のN次の直流成分の外側を遮光するようフィルタを配置することで、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。
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に含まれる画素ピッチをd1、信号光画素領域300に含まれる画素ピッチをd2とすると、それぞれの画素ピッチが異なることを特徴としており、本実施形態ではd1<d2である。なお、画素ピッチとは、空間光変調器24の各画素領域に含まれる隣り合う画素同士の距離のことである。このように、空間光変調器24の参照光を変調する画素の画素ピッチと、信号光を変調する画素の画素ピッチとが異なることにより、参照光と信号光とでは0次成分と1次成分との間隔が異なる、すなわちフーリエ変換面における参照光と信号光との輝点の結像位置の間隔が異なることとなる。本発明では、この結像位置の間隔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/d1(参照光の画素ピッチ)以上とする。
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、そしてその周りに信号光の1次の直流成分410が位置し、さらにその外側に参照光の1次の直流成分510が位置する。ここで、本実施形態では、空間光変調器24の参照光画素領域200の画素ピッチをd1、信号光画素領域300の画素ピッチをd2、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、参照光のスポット距離L1は、以下の式(1)により、そして、信号光のスポット距離L2は以下の式(2)により表される。なお、スポット距離とは、0次の直流成分と1次の直流成分との距離とする。
L1=fλ/d1 ・・・(1)
L2=fλ/d2 ・・・(2)
L1=fλ/d1 ・・・(1)
L2=fλ/d2 ・・・(2)
フィルタ60をL2<r<L1を満たす半径rの透過部を有するローパスフィルタとして構成し、フーリエ変換面に配置することで、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。なお、コヒーレント光の波長λ=532nm,レンズの焦点距離f=100mm,参照光画素ピッチd1=20μm,信号光画素ピッチd2=24μmとすると、L1=2.217mm,L2=2.66mmとなる。ここで、フィルタをr=2.5mmのローパスフィルタとして構成することで、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空間周波数帯域を抽出することができる。
なお、フィルタ34においては参照光を除去しないため、フィルタ34の半径はL1よりも大きな値とする。すなわち、上記の数値例では、例えばフィルタ34の半径を2.7mmとして構成することで参照光及び信号光の1次の直流成分を共に透過させることができる。
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一度にフィルタ60で行うため、図6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に示すフィルタ61のように、信号光の0次の直流成分はカットして、1次の直流成分を含む周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタとして構成することとしてもよい。なお、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、L2<S1/2<L1、Rspot<S2/2<L2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、フーリエ変換レンズ42の焦点面に配置するフィルタは上記示した形状に限られず、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、上記の実施形態では参照光画素領域のピッチ(d1)が信号光画素領域のピッチ(d2)よりも小さいこととしたが、参照光画素領域のピッチ(d1)を信号光画素領域のピッチ(d2)よりも大きくすることとしてもよい。この場合には上記式(1)及び(2)から、フーリエ変換面においては、信号光のスポット距離L2の方が参照光のスポット距離L1よりも長くなる。図5(A)にはこのときのフーリエ変換面を示す。図5(A)からも明らかなように、信号光の1次成分410が参照光の1次成分510よりも外側に位置している。ここで、図5(B)に示されるような形状のフィルタ62をフーリエ変換レンズ42の焦点面に配置することにより、参照光をカットするとともに、信号光の1次成分410を含む空間周波数帯域のみを透過させることができる。なお、フィルタ62の透過部の外周の一辺をS3、内周の一辺をS4の正方形とすると、S3,S4は、2・L1<S3<2・L2<S4<4・L1を満たす。例えば、コヒーレント光の波長λ=532nm,レンズの焦点距離f=100mm,参照光画素ピッチd1=24μm,信号光画素ピッチd2=20μmとすると、L1=2.66mm,L2=2.217mmとなる。ここで、フィルタ62をS3=6.7mm,S4=5mmのバンドパスフィルタとして構成することで、再生光から参照光を除去し信号光の1次成分を含む空間周波数帯域を抽出することができる。
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。
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 フィルタ、62 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)
- 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ピッチ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間隔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。 - 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。 - 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。 - 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ピッチ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間隔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。 - 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ピッチ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。 - 前記参照光画素領域の画素ピッチよりも前記信号光画素領域の画素ピッチが大きい、
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。 - 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ピッチ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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