JP2009104037A - Hologram recording device and hologram recording method - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム記録媒体に情報光と参照光を重ねるように照射してホログラムを記録するホログラム記録装置に関する。 The present invention relates to a hologram recording apparatus that records holograms by irradiating information light and reference light so as to overlap a hologram recording medium.
特開平7−20765号公報にはホログラム記録装置が記載されている。そのホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体に対して位相コード多重方式でホログラムを記録する。そのホログラム記録装置において、光源から出射したレーザ光は、ビームスプリッタで信号光(信号ビーム)と参照光(基準ビーム)に分離され、信号光は、空間光変調器で記録情報に応じた画素パターンの光に変調されてホログラム記録媒体に照射される。参照光は、位相コード化マルチプレクサによって適当な位相パターンをなす光に変調され、位相コードが付与される。位相コード化マルチプレクサは、多数のセルをもつ透過型の液晶デバイスからなり、入射した参照光に対してセルごとに所定の位相差を付与し、参照光を所望の位相パターンの透過光に変調して出射する。位相変調を受けた参照光は、ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射され、その結果、信号光と参照光との干渉縞(ページ・パターン)からなるホログラムが記録される。このとき、ホログラム記録媒体の照射部位を変位させずに信号光および参照光の変調パターン(画素パターンまたは位相パターン)を変化させると、その照射部位には、変調パターンに応じた各種ページ・パターンのホログラムが多重記録される。
特開2006−107633号公報には、位相相関多重記録方式によるホログラフィック記録再生装置が記載されている。そのホログラフィック記録再生装置において、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが1つの位相変調素子として平面的に配置される。
特開2006−338851号公報には、ホログラム記録装置が記載されている。そのホログラム記録装置において、フィルタは、フーリエ変換像のx軸上の0次と1次との間の位置に対向してピンホールが形成された遮光体である。このフィルタを光記録媒体の上流側で且つフーリエ変換面に配置することによって、輝点と輝点の間にある特定の空間周波数成分だけがフィルタを透過し、直流成分を含む他の空間周波数成分は遮断される。その結果、直流成分による無駄な露光が防止されてS/Nが向上し、信号光の画像エッジ部分だけが効率よく記録される。
上述のホログラム記録装置では、参照光が透過する液晶デバイスの各セルに対して、複屈折を利用して駆動電圧に応じて位相差が生じる電気光学的特性が与えられる。複屈折を利用して任意の位相パターンを形成するには、セルごとに複雑な印加電圧の制御を行うので、位相変調のための構成が複雑である。 In the above-described hologram recording apparatus, each cell of the liquid crystal device through which the reference light is transmitted is given electro-optical characteristics that cause a phase difference according to the driving voltage using birefringence. In order to form an arbitrary phase pattern using birefringence, complicated application voltage control is performed for each cell, so that the configuration for phase modulation is complicated.
例えば、一般的なネマティック液晶分子を用いた透過型の液晶デバイスの場合、位相パターンを変化させる度に階調表示を行うよう各セルの印加電圧を微妙に可変制御しなければならない。また、液晶分子の応答速度はそれほど高速ではないので、ホログラムのページ単位の記録速度が遅い。 For example, in the case of a transmissive liquid crystal device using general nematic liquid crystal molecules, the applied voltage of each cell must be finely variably controlled so that gradation display is performed every time the phase pattern is changed. Further, since the response speed of the liquid crystal molecules is not so high, the recording speed of each hologram page is slow.
本発明の目的は、簡単な構成で高い記録速度のホログラム記録装置を実現することである。 An object of the present invention is to realize a hologram recording apparatus having a high recording speed with a simple configuration.
本発明の別の目的は、ホログラム記録装置において高解像度の再生像が得られるようにすることである。 Another object of the present invention is to obtain a high-resolution reproduced image in a hologram recording apparatus.
本発明の特徴によれば、情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置は、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、情報光と参照光とに分離する空間光変調器と、前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射部とを備えている。前記空間光変調器は、複数の画素領域を有し、前記参照光を出射する1つの分割画素の面積が前記情報光を出射する1つの画素の面積よりも実質的に小さくなるように、出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクを有する。ホログラム記録装置は、さらに、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路に、前記参照光の回折光ピークを遮断するための開孔板を備えている。 According to a feature of the present invention, a hologram recording apparatus that records a hologram by interference between information light and reference light modulates coherent light from a light source according to information to be recorded, and includes information light and reference light. And an irradiation unit that irradiates the information light and the reference light so as to overlap the hologram recording medium. The spatial light modulator has a plurality of pixel regions, and emits light so that an area of one divided pixel that emits the reference light is substantially smaller than an area of one pixel that emits the information light. A mask having a lattice pattern for optically dividing the pixel emitting the reference light into a plurality of divided pixels on the surface side. The hologram recording apparatus further includes an aperture plate for blocking a diffracted light peak of the reference light in an optical path between the spatial light modulator and the hologram recording medium.
本発明の別の特徴によれば、情報光と参照光との干渉によりホログラムを記録するホログラム記録装置は、光学素子により構成された複数の画素領域を有し、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、前記情報光と前記参照光とに分離する空間光変調器と、前記空間光変調器の画素領域が、前記参照光を出射する1つの分割画素の面積が前記情報光を出射する1つの画素の面積よりも小さくなるように、前記参照光の出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクと、前記空間光変調器の画素毎に所定の位相差を生じさせる光位相変調手段と、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に、前記情報光の回折光を通過させ、前記参照光の少なくとも1つの回折光ピークを遮断するための開孔板と、前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射手段と、を備えている。 According to another feature of the present invention, a hologram recording apparatus for recording a hologram by interference between information light and reference light has a plurality of pixel regions formed by optical elements, and records coherent light from a light source. The spatial light modulator that modulates the information light and separates the information light and the reference light, and the pixel area of the spatial light modulator has an area of one divided pixel that emits the reference light. A lattice pattern for optically dividing the pixel emitting the reference light into a plurality of divided pixels on the light emitting surface side of the reference light so as to be smaller than the area of one pixel emitting the information light. A mask having the optical phase modulation means for generating a predetermined phase difference for each pixel of the spatial light modulator, and the diffracted light of the information light passes through an optical path between the spatial light modulator and the hologram recording medium. Let the It includes a aperture plate for blocking at least one of the diffracted light peaks of illuminating, and irradiating means for irradiating to overlap and the reference light and the information light to the hologram recording medium.
また、本発明は、上述のホログラム装置において用いられるホログラム記録方法に関する。 The present invention also relates to a hologram recording method used in the above-described hologram apparatus.
本発明によれば、簡単な構成で高い記録速度のホログラム記録装置を実現でき、ホログラム記録装置において高解像度の再生像が得られる。 According to the present invention, a hologram recording apparatus with a high recording speed can be realized with a simple configuration, and a high-resolution reproduced image can be obtained in the hologram recording apparatus.
本発明の非限定的な実施形態を、図面を参照して説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。 Non-limiting embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
図1は、本発明の実施形態によるホログラム記録装置1を示している。 FIG. 1 shows a hologram recording apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
ホログラム記録装置1は、光源11、コリメータレンズ12、光源11からのほぼ全てのコヒーレント光が入射される空間光変調器50、空間光変調器50の反射面側に配置されたメッシュ・マスクまたは格子マスク52、第1のリレーレンズ40,41、第1のリレーレンズ40と41の間の焦点位置に配置されていて所定の直径(例えば、1mm)の開孔またはアパーチャを有する光選択プレート42、記録再生用のビームスプリッタ16および対物レンズ17、第2のリレーレンズ80,81、再生光分離用のビームスプリッタ18、再生用の受光センサ19、集光レンズ21および受光センサ20、および空間光変調器(SLM)50を制御する変調制御部300を具えている。
The hologram recording apparatus 1 includes a
光源11は、例えば半導体レーザ素子からなり、比較的帯域が狭く干渉性の高いレーザ光またはコヒーレント光を出射する。光源11から出射したレーザ光は、コリメータレンズ12で平行光に変換され、コリメータレンズ12から出射した平行光は、ほぼ全部が空間光変調器50に入射する。空間光変調器50は、例えば1024×1024のマトリックス状に配置された複数の可動反射素子を有するデフォーマブル・ミラー・デバイスからなる。空間光変調器50は、部分的に光位相変調(DPM)手段として機能する。
The
この場合、ホログラム記録媒体100は、反射型であり、下から、支持基板層、反射層、ホログラム記録層および透明基板層をこの順に積層した構造を有し、ディスク形状を有する。ホログラム記録層には、情報光と参照光とが重なるように照射され、それによって干渉縞(ページ・パターン)からなるホログラムが記録される。反射層には、エンボス・ピットが形成されており、このエンボス・ピットによる反射光の変化をサーボ用の受光センサ20が検知することによって、トラック制御およびフォーカス制御、さらにチルト制御といったサーボ制御が行われる。
In this case, the
図2は、本発明の別の実施形態によるホログラム記録装置3を示している。 FIG. 2 shows a hologram recording apparatus 3 according to another embodiment of the present invention.
ホログラム記録装置3は、第2のリレーレンズ80,81、再生用の受光センサ9が記録媒体Bの反対側に設けられている。この場合、ホログラム記録媒体100は、透過型であり、支持基板層、ホログラム記録層および透明基板層をこの順に積層した構造を有し、ディスク形状を有する。その他の構成は、図1のホログラム記録装置1のものと同様である。
In the hologram recording apparatus 3,
図3A、3Bおよび3Cは、格子状パターンのメッシュ・マスク52を有する空間光変調器50の正面図、および異なる2つの形態の空間光変調器50の側面図をそれぞれ示している。図4A、4Bおよび4Cは、別の格子状パターンのメッシュ・マスク52を有する空間光変調器50の正面図、および異なる2つの形態の空間光変調器50の側面図をそれぞれ示している。
FIGS. 3A, 3B and 3C show a front view of a
空間光変調器50は、反射型の空間光変調器であって、第1光変調領域51Aと、第2光変調領域51Bとを有する。図3Aおよび3Bの空間光変調器50は、空間光変調器50の光反射面の中央部分に第1光変調領域51Aを有し、その中央部分の外側にある光反射面の周辺部分に第2光変調領域51Bを有する。空間光変調器50は、その上に第2光変調領域51Bにメッシュ・マスクまたは格子マスク52が配置されている。図3Bに示されているように、空間光変調器50の1つの形態では、メッシュ・マスク52は第1光変調領域51Aに開孔を有する。図3Cに示されているように、空間光変調器50の別の形態では、その上に第1光変調領域51Aの開孔に、散乱用の例えば磨りガラスを含めた位相素子53が配置されていてもよい。
The
第1光変調領域51Aは、入射した中央の一部の光を記録情報に応じた画素パターンの光に変調し、これを情報光または信号光として出射する。第2光変調領域51Bは、入射した周辺のその他の光を所望の位相パターンPの光に位相変調し、これを参照光として出射する。情報光および参照光は、同じ同軸上の光路に沿って第1のリレーレンズ40,41へと導かれ、さらにビームスプリッタ16および対物レンズ17を経てホログラム記録媒体100の所定部位において互いに重なるように照射される。
The first
代替構成として、光反射面の中央部に参照光用の第2光変調領域を設け、中央部の外側の光反射面の周辺に情報光用の第1光変調領域を設けてもよい。さらに代替構成として、例えば光反射面の一方の片側半分を第1光変調領域とし、光反射面の他方の片側半分を第2光変調領域としてもよい。 As an alternative configuration, a second light modulation region for reference light may be provided at the center of the light reflection surface, and a first light modulation region for information light may be provided around the light reflection surface outside the center portion. Further, as an alternative configuration, for example, one half of the light reflecting surface may be the first light modulation region, and the other half of the light reflecting surface may be the second light modulation region.
第2光変調領域51Bには、太い破線の枠で示された位相パターンPが多数配置される。空間光変調器50は、情報光および参照光を対物レンズ17およびホログラム記録媒体100に対して垂直に入射させるように、これらの光軸に対して所定角度傾けて配置される。また、再生用の受光センサ19も、空間光変調器50の傾き度合いに応じて正しい像を捕捉するように所定角度傾けて配置される。
In the second
変調制御部300は、第1光変調領域51Aの画素50pを所望の画素パターンの情報光を生成するよう制御し、第2光変調領域51Bの画素50pを所望の位相パターンの参照光を生成するよう制御する。
The
空間光変調器50の光反射面50Aを第1光変調領域51Aと第2光変調領域51Bとに分けて、第2光変調領域51Bによって所望の位相パターンの参照光を生成するようにしても、画素50pをオン/オフ状態(即ちオン/オフ・モード)とするだけで所望の位相パターンの参照光に変調することができ、各画素50pのオン/オフ制御を容易に行える。従って、位相変調器50を有するホログラム記録装置1または3によって、簡単な構成で位相コード多重方式による位相変調を実現でき、ホログラムの記録速度を高くすることができる。
The
1つの空間光変調器50で所望の画素パターンの情報光と位相パターンの参照光の双方を生成するので、装置の構成が簡単になり、装置が小型化できコストを低減できる。
Since a single spatial
図5Aおよび5Bは、位相変調器50としてDMD(Deformable Mirror Device:デフォーマブル・ミラー・デバイス)を用いた場合の位相変調器50の概略的な構成の正面図および側面図を示している。代替構成として、位相変調器50としてLCoS(Liquid Crystal on Silicon:リキッド・クリスタル(液晶)オン・シリコン)を用いてもよい。
5A and 5B show a front view and a side view of a schematic configuration of the
位相変調器50は、基準となる光反射面50Aの法線Lnに対して、それぞれ所定の傾き角±φに変化させられる複数の可動反射素子50pを有し、その複数の可動反射素子50pが格子状またはマトリックス状に配列される。可動反射素子50pの縦横配列のピッチdは、例えば13.7μmである。各可動反射素子50pは、対角線Ldに一致する回転軸を有し、その回転軸を中心にオン/オフ制御によって傾き角+φ/−φに振られる。各可動反射素子50pの傾き角φは、例えば約12°である。
The
例えば、図5Bに実線で示すように可動反射素子50pがオン状態とされ、この可動反射素子50pに光反射面50Aに対する入射角θiで参照光が入射すると、参照光が可動反射素子50pの傾き角φに応じて反射し、光反射面50Aに対して出射角θoとなる方向に参照光が出射する。一方、同図に破線で示すようにオフ状態の可動反射素子50pでは、この可動反射素子50pに入射した参照光が白抜きの矢印で示される方向(出射角θoの方向とは異なる一定の方向)に出射する。可動反射素子50pについても、例えば縦横10×10ずつまとめた単位区画がセルとされている。
For example, as shown by a solid line in FIG. 5B, when the movable
このような可動反射素子50pからなる位相変調器50では、光反射面50Aに対する参照光の入射角θiおよび素子間のピッチd等を適切に設計することによって位相差が付与され、セルを単位とした位相パターンが形成される。具体的に、位相差0の可動反射素子50pと位相差πの可動反射素子50pは、次の条件式を満たすことによって交互に列をなす。ここで、光源から出射する光の波長をλ、可動反射素子50p間のピッチをd、mを整数とする。
In such a
可動反射素子50pの傾き角φ、入射角θiおよび出射角θoの間には、次の関係式が成立する。
θi+θo=2φ
The following relational expression is established among the tilt angle φ, the incident angle θi, and the outgoing angle θo of the movable
θi + θo = 2φ
例えば緑色光を発する光源を用い、λ=0.532μm、d=13.7μm、φ=12°とした場合、m=7となるように調整したときの入射角θiは、19.27°程度であり、出射角θoは、4.73°程度である。即ち、光反射面50Aに対して入射角θiで入射した参照光は、オン状態の可動反射素子50pで反射して出射角がθoとなる方向に出射し、図5Aに一例として示すように対角線Ldと直交する方向(図面では縦方向)に沿って見ると、位相差0の可動反射素子50pと位相差πの可動反射素子50pとが交互に列をなすように生じる。このような位相差0の可動反射素子50pのみをオン状態とすることによって0タイプのセルが形成され、位相差πの可動反射素子50pのみをオン状態とすることによってπタイプのセルが形成される。位相差0および位相差πの可動反射素子50pを全てオフ状態にすると、遮光タイプのセルが形成される。
For example, when a light source that emits green light is used and λ = 0.532 μm, d = 13.7 μm, and φ = 12 °, the incident angle θi when adjusted to m = 7 is about 19.27 °. The emission angle θo is about 4.73 °. That is, the reference light incident on the
また、例えば青色光を発する光源を用い、λ=0.405μmとしてそれ以外は上記と同様な条件とした場合、一例として、m=9に調整したときの入射角θiは、28.96°程度であり、出射角θoは、概ね−4.96°(光反射面50Aの法線Lnを対称軸として入射角θiとは反対側)となる。
Further, for example, when a light source that emits blue light is used and λ = 0.405 μm and other conditions are the same as above, as an example, the incident angle θi when adjusted to m = 9 is about 28.96 °. The emission angle θo is approximately −4.96 ° (on the side opposite to the incident angle θi with the normal Ln of the
位相変調器50から出射角がθoの反射光として出射した参照光は、ビームスプリッタ16を通ってこれを透過し、ホログラム記録媒体100に照射される。
The reference light emitted from the
可動反射素子50pは、機械的に駆動されるが超小型なので、強誘電性液晶分子などと比べて応答速度が極めて速い。従って、位相パターンを高速に切り替えることができ、さらにホログラムのページ単位の記録速度をより高くすることができる。例えば、位相変調器50を用いたホログラム記録装置のページ記録速度としては、およそ7000頁/秒であり、位相コード多重方式の利点をより一層高めることができる。
The movable
従って、位相変調器50を有するホログラム記録装置1または3によって、位相コード多重方式による位相変調のための構成を簡単にでき、さらにホログラムの記録速度を高くすることができる。
Therefore, the hologram recording apparatus 1 or 3 having the
図6は、記録すべきデータをホログラム記録装置1または3に供給し、ホログラム記録装置1または3から再生されたデータを取り出すための記録再生制御部のブロック図を示している。 FIG. 6 shows a block diagram of a recording / reproducing control unit for supplying data to be recorded to the hologram recording apparatus 1 or 3 and taking out data reproduced from the hologram recording apparatus 1 or 3.
図6において、記録再生制御部は、外部とのインタフェースを形成するコントローラ・インタフェース(I/F)と、記録制御部または変調制御部300として、記録データ保持部302、記録データ保持部302からデータを受け取ってそのデータをコード化して情報光(信号光)用のコード化データを空間光変調器50に供給するデータ・エンコーダ304、および参照光用の参照データを生成して空間光変調器50に供給する参照データ生成器312を具え、さらに、記録媒体100を駆動する駆動装置320を具え、さらに、再生制御部340として、2次元撮像素子からなる受光センサ19からデータを読み出してデコードするデータ・デコーダ344、およびデコードされたデータを再生データとして保持する再生データ保持部342を具えている。
In FIG. 6, the recording / reproducing control unit includes a controller interface (I / F) that forms an interface with the outside, and a recording
参照データ・パターンは、記録ページ毎にランダムに変更されて生成される。再生時には、記録と同一の参照データ・パターンを空間光変調器50に供給する。記録媒体100は、ページの集合体であるブックを変更するときに移動させる。
The reference data pattern is generated by being randomly changed for each recording page. At the time of reproduction, the same reference data pattern as that for recording is supplied to the spatial
空間光変調器50上にメッシュ・マスク52が配置されていない場合、DPM(ディジタル位相マスク)方式または位相コード多重方式では、空間光変調器50を反射または透過したレーザ光は、空間光変調器50のマトリックス状または格子状の画素分割構造によって回折する。その回折光は、空間光変調器50の構造によって生じ、画素のパターンには依存しない。従って、そのような回折光を記録に使用した場合には、再生光にクロストークが生じて十分な多重記録ができない。
When the
図1および2の実施形態では、図3または4に示されているように、空間光変調器50の第2光変調領域51Bの反射面側に、メッシュ・マスク52が配置されている。メッシュ・マスク52上の格子状パターンは、透明プレート上に格子状の平行な所定ピッチの複数の遮光線(黒い線)で形成されている。メッシュ・マスク52の中央部は第1光変調領域51A用の開口を有する。メッシュ・マスク52の格子パターンのピッチpMGは、隣接の画素50pの縦横のピッチpREと等しいか(図4)またはそのピッチpREの整数分の1(図3または4)である。隣接の画素50p間の距離または領域の面積は小さいことが望ましい。また、メッシュ・マスク52の遮光線の面積も小さいことが望ましい。
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, as shown in FIG. 3 or 4, a
メッシュ・マスク52の格子の線は、図3Aのように、空間光変調器50の画素50間の画素分割線と重なるように位置合わせされていることが望ましい。この場合、メッシュ・マスク52の格子パターンは、マトリックス状の画素50pの縦横のピッチpREより小さい縦横のピッチpMGを有する。メッシュ・マスク52のピッチpMGは、隣接の画素50pの縦横のピッチpREの整数分の1、好ましくは2分の1(例えば6.85μm)または3分の1(例えば、4.56μm)である。
The grid lines of the
格子パターンによって、第2光変調領域51Bの元の各画素が、実質的に面積の等しい複数の分割画素に分割される効果を与える。メッシュ・マスク52上の格子状パターンは、第2光変調領域51Bにおける参照光を出射する元の非分割画素をX方向に整数分の1(例えば2分の1)、およびY方向に整数分の1(例えば2分の1)に、光学的に区切るまたは分割して、参照光を出射する1つの分割画素の面積が、情報光を出射する1つの画素の面積の実質的に整数分の1(例えば、2次元的に4分の1、または9分の1)になるように作用する。
The lattice pattern provides an effect that each original pixel of the second
メッシュ・マスク52の格子の線が、図4Aのように、空間光変調器50の画素50間の画素分割線と重ならないようにする場合は、メッシュ・マスク52の格子パターンと画素分割線パターンとの合成格子パターンが、マトリックス状の画素50pの縦横のピッチpREより小さい縦横の合成ピッチpMG’を有するようにする。メッシュ・マスク52の格子パターンと画素分割線パターンとの合成格子パターンの合成ピッチpMG’は、隣接の画素50pの縦横のピッチpREの整数分の1、好ましくは2分の1(例えば6.85μm)または3分の1(例えば、4.56μm)である。
When the grid lines of the
その狭い格子ピッチpMGによって、光軸上で、参照光のm次回折光およびm+1次回折光のピークの分布(mは整数または0.5の整数倍)を、可動反射素子50pのm次回折光およびm+1次回折光の光量分布より、参照光の外側へ大きく移動させることができ、例えば、メッシュ・マスク52のピッチpMGが隣接画素のピッチpREの2分の1の場合はm次回折光およびm+1次回折光のピークの間隔を2倍に広げることができる。その参照光のm次回折光およびm+1次回折光ピークを光選択プレート42で遮断して回折光ピークの通過を阻止することによって、ホログラム記録媒体100のダイナミックレンジを線形性を有する範囲内で均一に使用または消費することができ、それによって記録像の分解能が高くなり、それによって再生信号の品質が向上する。
Due to the narrow grating pitch p MG , the distribution of the peaks of the m-th order diffracted light of the reference light and the m + 1-order diffracted light (m is an integer or an integer multiple of 0.5) on the optical axis, m + 1 than the light amount distribution of the diffracted light, can be moved largely to the outside of the reference light, for example, mesh when the pitch p MG mask 52 is one-half of the pitch p RE adjacent pixels m order diffracted light and the m + 1 The peak interval of the next diffracted light can be doubled. The dynamic range of the
空間光変調器50の画素分割構造のm次回折光とm+1次回折光の間にある回折光(例えば、m+0次回折光とm+1次回折光の間の回折光、m−1次回折光とm+0次回折光の間の回折光、またはm+0.5次回折光とm−0.5次回折光の間にある回折光)を参照光として使用する。その回折光は、空間光変調器50に0、πの位相を交互に付与することによって生成される。
Diffracted light between the m-th order diffracted light and the (m + 1) th order diffracted light of the pixel division structure of the spatial light modulator 50 (for example, diffracted light between the m + 0th order diffracted light and the m + 1st order diffracted light, and between the m-1st order diffracted light and the m + 0th order diffracted light) Diffracted light or diffracted light between m + 0.5th order diffracted light and m−0.5th order diffracted light) is used as reference light. The diffracted light is generated by alternately giving 0 and π phases to the spatial
同軸光学系のホログラム記録装置1または3を用いる場合において、情報光では再生像がデータを識別できる程度の高い解像度を有する必要があるが、その解像度を得るためには、光選択プレート42の開孔を最も小さく絞るとしても、光選択プレート42の開孔では例えばm+0次回折光とm±1次回折光といった複数の回折光ピークを通過させる必要がある。情報光に、磨りガラスおよび光拡散板を含めた位相素子または位相マスク53を適用する場合は、その回折光ピークは位相不整合の結果として消滅するが、所要の解像度を得るのに必要な開孔の大きさは変わらない。従って、情報光と参照光を同軸的に照射する同軸光学系では、参照光については回折光ピークを除去する必要があるが、情報光については高解像化するために回折光ピークの部分の光量は必要である。
In the case of using the hologram recording device 1 or 3 of the coaxial optical system, it is necessary for the information light to have a high resolution so that the reproduced image can identify data. In order to obtain the resolution, the
図7Aおよび7Cは、ホログラム記録装置1または3における空間光変調器50から記録媒体100までの情報光(信号光)の光路と参照光の光路とをそれぞれ示している。図7Bおよび7Dは、光選択プレート42の前の光軸付近における空間光変調器50からの情報光および参照光の回折光の光量分布をそれぞれ示している。
7A and 7C show the optical path of information light (signal light) and the optical path of reference light from the spatial
図7Aおよび7Bを参照すると、空間光変調器50の第1光変調領域51Aからの情報光は、光軸上で、通常の所定距離だけ離れたm次回折光とm+1次回折光のピークが中心の両側に存在する。この光を光選択プレート42の開孔42aを通過させると、m次回折光とm+1次回折光のピークとその中心のm+0.5次回折光を含む大部分の情報光を通過させることができる。
Referring to FIGS. 7A and 7B, the information light from the first
図7Cおよび7Dを参照すると、空間光変調器50の第2光変調領域51Bの上に配置されたメッシュ・マスク52に形成された狭いピッチの格子によって、第2光変調領域51Bからの参照光は、光軸上で、m+0次回折光とm+1次回折光のピークが中心から遠くへ(例えば、情報光の場合より2倍遠くへ)移動する。この光を、m+0次回折光とm+1次回折光のピーク間隔より狭い直径を有する光選択プレート42の開孔42aを通過させることによって、m+0次回折光とm+1次回折光のピークの周辺領域を遮蔽して、その中心の低いピークを有し幅広く分布するm+0.5次回折光のみを通過させることができる。
Referring to FIGS. 7C and 7D, the reference light from the second
図8A、8B、8Cおよび8Dは、空間光変調器50、メッシュ・マスク52および光選択プレート42を用いた場合における、空間光変調器50から記録媒体100までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の分布の拡大図とを示している。
8A, 8B, 8C, and 8D show the optical paths of the reference light and information light from the spatial
図8Bは、光選択プレート42の前の光軸付近における参照光の光量分布(a)、光選択プレート42の後の光軸付近における参照光の光量分布(b)、光選択プレート42の前における参照光の2次元回折光分布パターンと光選択プレート42の開孔42aの配置(c)、および記録媒体100中における参照光の光量分布(d)を示している。
8B shows the light amount distribution (a) of the reference light near the optical axis in front of the
図8Bから、光選択プレート42によって、参照光の光軸より外側にある(X,Y)座標上の(m,m)次、(m,m+1)次、(m+1,m)次、(m+1,m+1)次の回折光ピークが除去され、参照光の中央のX軸方向のm+0.5次回折光およびY軸方向のm+0.5次回折光だけが選択されて記録媒体100に照射されることが分かる。
From FIG. 8B, the (m, m) order, (m, m + 1) order, (m + 1, m) order, (m + 1, m) order, (m + 1) on the (X, Y) coordinates outside the optical axis of the reference light by the
図8Cは、光選択プレート42の前の光軸付近における情報光の光量分布(a)、光選択プレート42の後の光軸付近における情報光の光量分布(b)、光選択プレート42の前における情報光の2次元回折光分布パターンと光選択プレート42の開孔42aの配置(c)、および記録媒体100における情報光の光量分布(d)を示している。
8C shows the light amount distribution (a) of information light near the optical axis in front of the
図8Cから、光選択プレート42によって、情報光の光軸より遠い外側にある(X,Y)座標上の(m,m−1)次、(m−1,m)次、(m,m+2)次、(m+2,m)次、(m+1,m−1)次、(m−1,m+1)次、(m+1,m+2)次、(m+2,m+1)次の回折光ピークが除去され、情報光の光軸の中央付近にある(X,Y)座標上の(m+0.5,m+0.5)次回折光、および(m,m)次、(m,m+1)次、(m+1,m)次および(m+1,m+1)次の回折光ピークが選択されて記録媒体100に照射されることが分かる。記録媒体100中における情報光と参照光の光量比または強度比は、1:1または1:1に近いことが望ましい。空間光変調器50としてDMDを用いた場合は、典型的にはm=8である。空間光変調器50としてLCoSを用いた場合は、典型的にはm=0である。
From FIG. 8C, the
図9A、9B、9Cおよび9Dは、空間光変調器50、メッシュ・マスク52、位相素子または位相マスク53、および光選択プレート42を用いた場合における、空間光変調器50から記録媒体100までの参照光および情報光の光路と、光軸上での各位置における参照光の回折光分布と、光軸上での各位置における情報光の回折光分布と、光軸付近における所定レベル以上の情報光および参照光の光量分布の拡大図とを示している。この場合、位相素子または位相マスク53は、空間光変調器50の第1光変調領域51Aの反射面側に配置されて情報光を散乱させる。位相素子または位相マスク53には、磨りガラスおよび光拡散板、等が含まれる。
FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D show the spatial
参照光に関する図9Bは、図8Bと同様であり、再び説明することはしない。 FIG. 9B relating to the reference light is similar to FIG. 8B and will not be described again.
図9Cは、光選択プレート42の前の光軸付近における情報光の光量分布(a)、光選択プレート42の後の光軸付近における情報光の光量分布(b)、光選択プレート42の前における情報光の2次元回折光分布パターンと光選択プレート42の開孔42aの配置(c)、および記録媒体100における情報光の光量分布(d)を示している。
FIG. 9C shows a light amount distribution (a) of information light near the optical axis in front of the
この場合、空間光変調器50の第1光変調領域51Aに配置した位相素子53によって情報光が散乱される。従って、図9C(a)に示されているように、情報光は光軸上の中心付近の領域で明確なピークが消失して概ね均一な光量分布を有する。図9C(b)に示されているように、情報光は光選択プレート42の開孔42aで中心付近だけが選択され、概ね矩形状の光量分布が得られる。情報光は、(m,m)次、(m,m+1)次、(m+1,m)次および(m+1,m+1)次の回折光ピークはぼかされて、明確な回折光ピークは存在しない。従って、図9C(c)に示されているように、情報光は、記録媒体100において中心付近において均一な矩形状の光量分布が得られる。記録媒体100中における情報光と参照光の光量比または強度比は、1:1または1:1に近いことが望ましい。空間光変調器50としてDMDを用いた場合は、典型的にはm=8である。空間光変調器50としてLCoSを用いた場合は、典型的にはm=0である。
In this case, the information light is scattered by the
図9Dに示されているように、記録媒体100において、中央にピークを有する概ね均一な参照光と、均一な情報光とが重ね合わされる。これによって、ホログラム記録媒体100のダイナミックレンジを線形性を有する範囲内で均一に使用または消費することができ、それによって記録像の分解能が高くなり、それによって再生信号の品質が向上する。
As shown in FIG. 9D, in the
ホログラム記録再生装置1または3によれば、空間光変調器にメッシュ・マスクを用い、さらに光散乱用の位相素子を用いることによって、同軸光学系のホログラム記録再生装置にディジタル位相変調(DPM)方式を用いて、高解像の再生像を得られ、ホログラム記録光学系を簡素化できる。さらに、情報光と参照光の高精度の位置合わせ(アライメント)が不要になり、製造時の調整工数を大幅に削減することができる。 According to the hologram recording / reproducing apparatus 1 or 3, a digital phase modulation (DPM) system is used for a coaxial optical hologram recording / reproducing apparatus by using a mesh mask for the spatial light modulator and a phase element for light scattering. Can be used to obtain a high resolution reconstructed image and simplify the hologram recording optical system. Furthermore, highly accurate alignment (alignment) between the information beam and the reference beam becomes unnecessary, and the number of adjustment steps during manufacturing can be greatly reduced.
以上、本発明を反射型の空間光変調器を用いるホログラム記録装置について説明したが、本発明は、光源からの光を透過する透過型の空間光変調器(例えば複数の液晶素子からなる液晶デバイス)を用いるホログラム記録装置に適用してもよい。 Although the present invention has been described with reference to a hologram recording apparatus using a reflective spatial light modulator, the present invention is directed to a transmissive spatial light modulator that transmits light from a light source (for example, a liquid crystal device comprising a plurality of liquid crystal elements). ) May be applied to a hologram recording apparatus using the above.
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素を組み合わせること、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。 The embodiments described above are merely given as typical examples, and it is obvious to those skilled in the art to combine the components of each embodiment, and variations and variations thereof will be apparent to those skilled in the art. Obviously, various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as set forth in the scope.
1 ホログラム記録装置
11 光源
17 対物レンズ
40、41 第1のリレーレンズ
50 空間光変調器(SLM)
52 メッシュ・マスク
42 光選択プレート
100 ホログラム記録媒体
19 受光センサ
80、81 第2のリレーレンズ
300 変調制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
52
Claims (9)
光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、情報光と参照光とに分離する空間光変調器と、
前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射部とを備え、
前記空間光変調器は、複数の画素領域を有し、前記参照光を出射する1つの分割画素の面積が前記情報光を出射する1つの画素の面積よりも実質的に小さくなるように、出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクを有し、
さらに、前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体との間の光路に、前記参照光の回折光ピークを遮断するための開孔板を備えることを特徴とする、ホログラム記録装置。 In a hologram recording apparatus for recording a hologram by interference between information light and reference light,
A spatial light modulator that modulates coherent light from a light source according to information to be recorded and separates into information light and reference light;
An irradiation unit that irradiates the information light and the reference light so as to overlap the hologram recording medium;
The spatial light modulator has a plurality of pixel regions, and emits light so that an area of one divided pixel that emits the reference light is substantially smaller than an area of one pixel that emits the information light. A mask having a lattice pattern for optically dividing the pixel emitting the reference light on the surface side into a plurality of divided pixels;
The hologram recording apparatus further comprises an aperture plate for blocking a diffracted light peak of the reference light in an optical path between the spatial light modulator and the hologram recording medium.
前記空間光変調器が、さらに、画素毎に所定の位相差を与える光位相変調手段を有することを特徴とする、請求項1に記載のホログラム記録装置。 The pixel that emits the reference light in the spatial light modulator includes an on state that reflects or transmits the reference light in a predetermined direction toward the hologram recording medium, and an off state that guides or shields the reference light out of the predetermined direction. It takes two states
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the spatial light modulator further includes an optical phase modulation unit that gives a predetermined phase difference for each pixel.
光学素子により構成された複数の画素領域を有し、光源からのコヒーレントな光を記録すべき情報に応じて変調するとともに、前記情報光と前記参照光とに分離する空間光変調器と、
前記空間光変調器の画素領域が、前記参照光を出射する1つの分割画素の面積が前記情報光を出射する1つの画素の面積よりも小さくなるように、前記参照光の出射面側に前記参照光を出射する画素を複数の分割画素に光学的に分割するための格子状パターンを有するマスクと、
前記空間光変調器の画素毎に所定の位相差を生じさせる光位相変調手段と、
前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に、前記情報光の回折光を通過させ、前記参照光の少なくとも1つの回折光ピークを遮断するための開孔板と、
前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射する照射手段と、
を備えることを特徴とする、ホログラム記録装置。 In a hologram recording apparatus for recording a hologram by interference between information light and reference light,
A spatial light modulator that has a plurality of pixel regions configured by optical elements, modulates coherent light from a light source according to information to be recorded, and separates the information light and the reference light;
The pixel region of the spatial light modulator has the reference light emitting surface side so that an area of one divided pixel that emits the reference light is smaller than an area of one pixel that emits the information light. A mask having a lattice pattern for optically dividing a pixel emitting reference light into a plurality of divided pixels;
Optical phase modulation means for producing a predetermined phase difference for each pixel of the spatial light modulator;
An aperture plate for allowing the diffracted light of the information light to pass through the optical path between the spatial light modulator and the hologram recording medium and blocking at least one diffracted light peak of the reference light;
Irradiation means for irradiating the information light and the reference light so as to overlap the hologram recording medium;
A hologram recording apparatus comprising:
記録すべき情報に応じて光を変調するための空間光変調器を備え、光源からのコヒーレントな光を前記空間光変調器を介して情報光と参照光とに分離し、
複数の画素領域を有する前記空間光変調器の前記参照光を出射する領域の出射面側に格子状パターンを有するマスクを設け、前記参照光を出射する1つの画素の面積を前記情報光を出射する1つの画素の面積よりも小さくし、
前記空間光変調器と前記ホログラム記録媒体の間の光路に設けた開孔によって、前記参照光の回折光を遮断し、
前記情報光と前記参照光とをホログラム記録媒体に重ねるように照射することを特徴とする、ホログラム記録方法。 A hologram recording method for recording a hologram by interference between information light and reference light,
A spatial light modulator for modulating light according to information to be recorded, and separating coherent light from a light source into information light and reference light via the spatial light modulator;
A mask having a lattice pattern is provided on the emission surface side of the region emitting the reference light of the spatial light modulator having a plurality of pixel regions, and the information light is emitted from one pixel emitting the reference light. Smaller than the area of one pixel
By the aperture provided in the optical path between the spatial light modulator and the hologram recording medium, the diffracted light of the reference light is blocked,
A hologram recording method comprising irradiating the information light and the reference light so as to overlap a hologram recording medium.
前記空間光変調器によって、画素毎に所定の位相差が生じるように位相変調を行うことを特徴とする、請求項7に記載のホログラム記録方法。 The pixels that emit the reference light of the spatial light modulator have two states, an on state in which the reference light is reflected or transmitted in a predetermined direction toward the hologram recording medium, and an off state in which the reference light is guided or shielded from the predetermined direction. Take one state,
The hologram recording method according to claim 7, wherein the spatial light modulator performs phase modulation so that a predetermined phase difference is generated for each pixel.
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