JP2009294512A - 情報記録装置、情報記録方法、情報再生装置、および情報再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度のホログラムの記録再生を高ＳＮ比で行なうことが可能な装置および方法を提供する。
【解決手段】記録時には、ホログラム記録媒体１５の同一領域に多重記録されたホログラムの数の増大に従って、信号光ＳＧＬのフーリエ変換面に設けられた開口板１２の開口の大きさを増加させる。これによって、ホログラムの多重度の増加に伴うＳＮ比の劣化を抑制することができる。また、再生時の開口板１２の開口の大きさは、記録時と略一致させる。これによって、情報の再生に必要な空間周波数成分のみを透過することになり、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報記録装置、情報記録方法、情報再生装置および情報再生方法に関する。より特定的には、情報により変調された信号光と参照光とによって生じた干渉縞を情報記録媒体に記録するいわゆるホログラムによる情報記録装置および方法に関し、さらに当該情報記録媒体に参照光を照射してデータを再生する情報再生装置および方法に関する。

ホログラフィでは、信号光と参照光とを重ね合わせてできる干渉縞をホログラム記録媒体に書き込むことによって情報を記録する。具体的には、まず、コヒーレントな光源から出射された光ビームが参照光と信号光とに分岐される。分岐された信号光に対して、空間光変調器を用いて振幅変調が行なわれる。これによって、信号光には、０または１の２値のデジタルデータを明暗の画素に対応させた２次元の情報（ページデータ）が付与される。変調された信号光は、集光レンズで集光され、ホログラム記録媒体の内部で、平行光または収束・発散光である参照光と重ね合わされる。このときにできる干渉縞が屈折率または透過率の変調（ホログラム）としてホログラム記録媒体に書き込まれる。

ホログラムの再生時には、再生用の参照光をホログラム記録媒体の当該領域に照射することで、参照光の一部が屈折率変調または透過率の変調により回折される。こうして得られた回折光が再生信号光になる。

一般に、ホログラム記録は、１ビットずつ記録する従来の光ディスクと比較して、高速・高密度記録が可能であるといわれており、研究・開発が進められている。ホログラム記録が高速・高密度記録可能である理由の一つとして、２次元の情報を１記録につき一括で取り扱えることや、異なる２次元の情報をもった干渉縞を、ホログラム記録媒体の同一領域内に重ねて記録する多重記録が可能なことが挙げられる。

多重記録方式の１つにシフト多重記録方式がある。シフト多重記録方式では、あるホログラムを書き込んだ後、ホログラム記録媒体を面内方向にシフトさせ、別のホログラムを多重記録する。

シフト多重記録の具体例として、コリニア記録がある。コリニア記録では、コヒーレントな光源からの光ビームが、空間光変調器により共通の光軸を持った信号光領域と参照光領域に分けられる。これらの信号光領域および参照光領域は、同一のレンズを用いてホログラム記録媒体内に集光される。これにより、球面波である参照光領域および信号光領域が重ね合わされて干渉縞がホログラム記録媒体内に記録される。

また、別の多重記録方法として角度多重記録方式がある。角度多重記録では、平行光である参照光と球面波である信号光をホログラム記録媒体の中で重ね合わせる。そして、参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させつつ、異なる２次元情報を持った干渉縞生成してホログラムとして多重記録する。

また、角度多重記録とシフト多重記録を組み合わせたポリトピック多重記録が提案されている。ポリトピック多重記録では、これまでに５００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²の記録密度を達成したとの報告もある。ポリトピック多重は、１ヶ所に角度多重記録によって数十から数百ページのページデータの多重記録を行ない、さらに記録領域をホログラム記録媒体の面内方向にシフトさせ多重記録を行なう。このため、同一領域内にホログラムの重なり数を増加させ記録密度を増大させることができる。

一般に、ホログラムの多重数を増やすと再生信号のＳＮ比（Signal-to-Noise ratio）は劣化する。この理由は、多重数をｍとすると、回折効率が１／ｍ²に比例して減少するからである。また、多重度が増大するにつれて隣接するホログラムからの散乱光の影響が増大することもＳＮ比の劣化の原因である。

そこで、多重度を増大させても必要な回折効率を確保するために、感度のダイナミックレンジを表わす指標であるＭナンバーの大きな記録媒体を用いることが重要である。さらに、参照光または信号光による不要な露光を防ぐことによって、Ｍナンバーの浪費を抑えることも重要である。

特開２００４−１９８８１６号公報（特許文献１）は、ホログラム記録を行なう際に、記録媒体のダイナミックレンジをより有効に用いる方法を提案する。この方法では、信号光の光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去した新たな信号光を生成する。そして、新たな信号光と参照光とを記録媒体に照射することによって、双方の干渉によって生じる光強度分布を記録媒体中に記録する。このようにして、記録媒体に情報の記録に寄与しない光が記録媒体に照射されることを防ぐことによって、記録媒体のダイナミックレンジの有効活用を図る。たとえば、新たな信号光は、信号光の光学フーリエ変換像のＤＣ成分の一部もしくは全部を除去して生成される。あるいは、新たな信号光は、信号光の光学フーリエ変換像の高周波成分の一部もしくは全部を除去して生成される。

特開２００６−３３８８５１号公報（特許文献２）に記載された方法では、信号光をレンズによりフーリエ変換したフーリエ変換面において、０次の輝点と１次の輝点間に開口を設けて他の成分を遮光する。これによって、信号光の空間周波数成分のうち直流成分を除去し、高周波数成分のみを透過させる。こうしてエッジ強調したページデータを信号光としてホログラム記録媒体に記録する。この結果、信号光の直流成分によるホログラム記録媒体のＭナンバーの消費が抑えられ、ＳＮ比が改善される。
特開２００４−１９８８１６号公報 特開２００６−３３８８５１号公報

しかしながら、本発明の発明者らは、検討の結果、上述の従来技術の方法では次のような問題点があると考えている。

まず、光学フーリエ変換像またはフレネル変換像の一部を除去する方法の場合、除去しない場合に比べるとＳＮ比が低下し、バックグラウンドのノイズ量が増える。特に、情報の多重度が大きい高密度記録の場合には、ＳＮ比の劣化はより顕著になる。

また、特開２００６−３３８８５１号公報（特許文献２）のように、画像の再現に必要な直流成分まで遮光した場合には、元のページデータとは異なった画像が記録される。すなわち、この場合には、ページデータ中の明点において、画素の中抜けがおこる。ここで、画素の中抜けとは、画素中のエッジ部のみが明るく、中心部が暗くなることをいう。

そして、このように画素の中抜けがおこったページデータを低倍率のオーバーサンプリングで撮像した場合には、画像のＳＮ比が極端に低下するという問題がある。たとえば、再生信号光の１ピクセルを撮像素子の１ピクセルで受光した場合には、本来明点となるべき点の中心部が暗くなってグレイレベルとなるので、０または１のビットの読み違いが起こりやすくなる。ここで、オーバーサンプリングの倍率とは、再生信号光の１画素に対応する撮像素子の画素数をいう。１画素を２×２画素で撮像する場合が、２倍のオーバーサンプリングに相当する。

したがって、特開２００６−３３８８５１号公報（特許文献２）の場合で高ＳＮ比を維持するためには、オーバーサンプリングの倍率を高倍率にして再生信号光を撮像する必要がある。言換えると、信号光の２次元の情報変調周期に対して、再生信号光を検出する撮像素子のピクセルの周期を小さくする必要がある。このため、同じデータ量の２次元情報を処理する場合であっても、画素数の多い高価な撮像素子が必要となる。さらに、撮像画像の画像ファイルのデータ量が大きくなり、データ処理装置への負荷が増大するので、結果として転送速度が遅くなる問題がある。

本発明の目的は、高密度のホログラムの記録再生を高ＳＮ比で行なうことが可能な装置および方法を提供することである。

本発明は要約すれば、ホログラムによって情報を記録媒体に記録する情報記録装置であって、レーザ光源と、空間光変調器と、空間周波数制限部と、制御部とを備える。レーザ光源は、記録媒体に照射するための信号光および参照光を生成する。空間光変調器は、記録する情報に従って信号光を空間的に変調する。空間周波数制限部は、空間光変調器と記録媒体との間の信号光の経路に設けられ、変調された信号光の空間周波数を可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限する。制御部は、記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って制限周波数を増加させる。

好ましい実施の一形態において、空間周波数制限部は、変調された信号光をフーリエ変換する集光レンズと、集光レンズの焦点面に設けられ、光を透過する開口の大きさが可変の開口板とを含む。この場合、制御部は、記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って制限周波数に対応する開口の大きさを増加させる。

好ましい実施の他の形態において、空間周波数制限部は、変調された信号光をフーリエ変換する集光レンズと、集光レンズの焦点面に設けられ、信号光の一部を透過する開口として用いられる透過型空間光変調器とを含む。この場合、制御部は、記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って制限周波数に対応する開口の大きさを増加させる。

好ましくは、上記実施の他の形態において、制御部は、さらに、信号光の光軸近傍の光の透過率が、開口の他の領域の光の透過率よりも低くなるように透過型空間光変調器を制御する。

また、好ましくは、上記実施の一形態および他の形態において、開口の中心は、信号光の光軸上に位置する。

また、好ましくは、開口の大きさＤ、信号光の波長λ、信号光の変調の最小ピッチｄ、および集光レンズの焦点距離ｆは、
ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
の関係を満たす。

本発明の他の局面において、本発明は、ホログラムによって情報を記録媒体に記録する情報記録方法である。本発明の情報記録方法は、信号光および参照光を生成するステップと、記録する情報に従って信号光を空間的に変調するステップと、変調された信号光の空間周波数を可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限するステップと、記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って制限周波数が増加するように、制限周波数を設定するステップと、設定された制限周波数内に空間周波数が制限された信号光と参照光とを記録媒体に照射することによってホログラムを記録するステップとを備える。

好ましくは、制限するステップは、変調後の信号光を集光レンズによってフーリエ変換し、集光レンズの焦点面に設けられた制限周波数に対応する大きさの開口によって信号光の一部を透過するステップを含む。

さらに、好ましくは、開口の大きさＤ、信号光の波長λ、信号光の変調の最小ピッチｄ、および集光レンズの焦点距離ｆは、
ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
の関係を満たす。

本発明のさらに他の局面において、本発明は、記録する情報に従って空間的に変調された信号光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録された記録媒体から情報を再生する情報再生装置であって、レーザ光源と、空間周波数制限部と、撮像素子と、デコーダとを含む。レーザ光源は、記録媒体に照射するための再生参照光を生成する。空間周波数制限部は、ホログラムによって再生参照光が回折されることによって生じた再生信号光の空間周波数を、可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限する。撮像素子は、空間周波数制限部によって空間周波数帯域が制限された再生信号光を撮像する。デコーダは、撮像素子によって撮像された画像から情報を再生する。

好ましくは、情報の記録時の信号光の空間周波数は、第１の周波数よりも低周波の帯域内に制限される。この場合、情報再生装置は、空間周波数制限部の可変の制限周波数を第１の周波数に一致させるように制御する制御部をさらに備える。

好ましい実施の一形態では、空間周波数制限部は、集光レンズと、集光レンズの焦点面に設けられ、光を透過する開口の大きさが可変の開口板とを含む。この場合、制限周波数は、開口の大きさに対応する。

好ましい実施の他の形態では、空間周波数制限部は、集光レンズと、集光レンズの焦点面に設けられ、再生信号光の一部を透過する開口として用いられる透過型空間光変調器とを含む。この場合、制限周波数は、開口の大きさに対応する。

好ましくは、上記実施の一形態または他の形態において、開口の中心は、再生信号光の光軸上に位置する。

また、好ましくは、開口の大きさＤ、再生信号光の波長λ、再生信号光の変調の最小ピッチｄ、および集光レンズの焦点距離ｆは、
ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
の関係を満たす。

また、好ましくは、制御部は、さらに、再生信号光の光軸近傍の光のみが開口を透過するように開口の大きさを設定した後、開口を透過する再生信号光の大きさに応じて記録媒体の位置を調整する。

本発明のさらに他の局面では、本発明は、記録する情報に従って空間的に変調された信号光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録された記録媒体から情報を再生する情報再生方法である。ここで、情報の記録時の信号光の空間周波数は、第１の周波数よりも低周波の帯域内に制限される。本発明の情報再生方法は、前記記録媒体に照射するための再生参照光を生成するステップと、ホログラムによって再生参照光が回折されることによって生じた再生信号光の空間周波数を、可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限するステップと、可変の制限周波数が第１の周波数に一致するように、制限周波数を設定するステップと、設定された制限周波数内に空間周波数が制限された再生信号光を撮像するステップと、撮像素子によって撮像された画像から情報を再生するステップとを備える。

好ましくは、制限するステップは、再生信号光の集光面に設けられた可変の大きさの開口によって再生信号光の一部を透過するステップを含む。また、制限周波数を設定するステップは、第１の周波数に対応するように開口の大きさを設定するステップを含む。

また、好ましくは、情報再生方法は、再生信号光の集光面に設けられた開口の大きさを、再生信号光の光軸近傍の光のみを透過する大きさに設定するステップと、開口を透過した再生参照光の光軸近傍の光の強度に応じて、記録媒体の位置を調整するステップとをさらに備える。これらのステップは、撮像するステップの前に実行される。

本発明によれば、ホログラムの記録時には、記録媒体の同一領域に多重記録されたホログラムの数が増加するにつれて、信号光の空間周波数がより広帯域になるように制御される。したがって、高密度記録の場合であっても高ＳＮ比で記録を行なうことができる。また、ホログラムの再生時には、記録時の信号光の空間周波数帯域に合わせて、再生信号光の空間周波数帯域を制限する。したがって、必要な空間周波数成分の再生信号光のみを用いて高ＳＮ比でホログラムの再生を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

［実施の形態１］
（角度多重方式によるホログラム記録再生装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００の概略的な構成を示す図である。また、図１は、ホログラム記録再生装置１００の記録動作時の信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの光路もあわせて示す。なお、図１の上下方向がＺ方向であり、図１の左右方向がＸ方向であり、紙面に垂直な方向がＹ方向である。

図１を参照して、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００は、ホログラム記録媒体１５に情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５に記録された情報を再生する。ホログラム記録再生装置１００は、レーザ光源１と、光アイソレータ２と、１／２波長板３と、偏光ビームスプリッタ４，７と、ビームエキスパンドレンズ５，６と、１／４波長板８，２１と、空間光変調器９と、エンコーダ１０と、リレーレンズ１１，１３と、光を透過する開口の大きさが変更可能な開口板１２と、対物レンズ１４と、ホログラム記録媒体１５と、回転駆動ミラー１６，２２と、照射位置調整用レンズ１７〜２０と、撮像素子２３と、デコーダ２４と、制御部２５とを備える。

レーザ光源１はコヒーレントなレーザビーム光を出射する。レーザ光源１として、ＹＡＧレーザやＹＶＯ_４レーザなどの固体レーザを用いることができる。または、これらの固体レーザの出射光を、非線形光学結晶を用いて周波数変換した第２高調波光などをレーザ光として用いてもよい。また、レーザ光源１として、レーザ光を発振する光源部と波長制御部からなる波長可変レーザを用いてもよい。波長可変レーザの一例としてグレーティングなどを用いた外部共振器型半導体レーザがある。

光アイソレータ２は、１／２波長板３以降の光学系からの反射光を除去する。これにより、レーザ光源１として半導体レーザ光源などを用いた場合に、レーザ光源１への戻り光量を低減させ、発振状態をより安定化することができる。

エンコーダ１０は、「０」と「１」とからなる２ビットのデータ列である画像情報ＤＴを２次元のページデータＰＤＴに変換する。

図２は、画像情報ＤＴに基づくページデータＰＤＴの一例を示す図である。図２に示すように、実施の形態１のページデータＰＤＴは、「０」と「１」からなる２段階の階調である。これに代えて、グレイスケールで表現される多段階の階調をページデータＰＤＴに用いることもできる。ページデータＰＤＴは、空間光変調器９に与えられる。

再び図１を参照して、空間光変調器９は、反射型の空間光変調器である。反射型空間光変調器９は、格子状に２次元に配列された複数のピクセル（画素）を有する。反射型空間光変調器９は、ピクセルごとに反射光の方向を変えることにより、ページデータＰＤＴに従って信号光ＳＧＬを空間的に変調して反射する。反射型空間光変調器９として、デジタルミラーデバイス、反射型液晶素子、磁気光学効果を用いた反射型変調素子などを用いることができる。

ホログラム記録媒体１５は、カード型、回転ディスク型のどちらであっても構わない。また、ホログラム記録媒体１５の記録材料として、たとえばフォトポリマー材料を用いることができる。フォトポリマー材料は、従来用いられていたフォトリフラクティブ結晶などの固体結晶材料と比較して安価かつ高感度である。また、フォトポリマー材料を用いたホログラム記録媒体は、感度のダイナミックレンジであるＭナンバーの値も大きいので、同一領域内に記録できるデータ量が非常に大きく、記録密度の増大に有用である。

フォトポリマー材料を用いるホログラム記録媒体１５は、光重合開始剤、モノマー、およびバインダポリマーなどから主として構成される。フォトポリマー材料に参照光と信号光による干渉縞などの強度分布を持った光が照射されると、光強度に応じて光重合が開始されモノマーの重合反応が起こる。この結果、モノマーが重合反応した干渉縞の明部ではモノマーの濃度が減少するので、フォトポリマー材料内にモノマーの濃度分布が生じる。このモノマーの濃度分布に従い、干渉縞の暗部から明部へモノマーが拡散する結果、干渉縞の光強度に応じたモノマーの屈折率分布が形成される。こうして、干渉縞の情報がホログラム記録媒体１５に記録される。

（記録時の動作について）
図１を参照して、ホログラム記録再生装置１００の記録動作について説明する。

波長可変のレーザ光源１から出射されたレーザ光ＰＬは、光アイソレータ２を透過し、１／２波長板３によって偏光方向が回転する。１／２波長板３での回転角は、ホログラム記録媒体１５上での信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとの光強度比が最適化されるように調整される。レーザ光ＰＬは、偏光ビームスプリッタ４により、経路Ｐ１を通る信号光ＳＧＬと経路Ｐ２を通る参照光ＲＦＬとに分離される。

参照光ＲＦＬは、照射条件設定部としての回転駆動ミラー１６および照射位置調整用レンズ１７，１８によって、ホログラム記録媒体１５内に導かれる。照射条件設定部によって、ホログラム記録媒体１５への参照光ＲＦＬの入射角度が設定される。この場合の照射条件は、ホログラム記録媒体１５への参照光ＲＦＬの入射角度である。ここで、回転駆動ミラー１６、照射位置調整用レンズ１７、照射位置調整用レンズ１７，１８の焦点面４１、照射位置調整用レンズ１８、およびホログラム記録媒体１５は、互いに照射位置調整用レンズ１７，１８の焦点距離だけ離れた位置に配置されており、４ｆ光学配置となっている。したがって、回転駆動ミラー１６の偏角が変わってもホログラム記録媒体１５面内での参照光ＲＦＬの照射位置は変わらない。

信号光ＳＧＬは、ビームエキスパンドレンズ５，６によってビーム径が拡大され、経路Ｐ３に沿って偏光ビームスプリッタ７を透過する。ビームエキスパンドレンズ５，６は、焦点距離の異なる２枚のレンズである。偏光ビームスプリッタ７を透過した信号光ＳＧＬは、１／４波長板８を通って直線偏光から円偏光に変換され、反射型の空間光変調器９に導かれる。空間光変調器９は、エンコーダ１０から供給される２次元のページデータＰＤＴに基づいて信号光ＳＧＬの光強度を変調する。空間光変調器９で強度変調された信号光ＳＧＬは、１／４波長板８によって空間光変調器９への入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換され、経路Ｐ４に沿って偏光ビームスプリッタ７で反射される。

偏光ビームスプリッタ７で反射された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１１，１３を透過する。リレーレンズ１１は空間光変調器９からリレーレンズ１１の焦点距離だけ離れた位置に配置される。また、リレーレンズ１３はリレーレンズ１１の焦点面からリレーレンズ１３の焦点距離だけの離れた位置に配置されている。したがって、信号光はリレーレンズ１１，１３の共通の焦点面においてフーリエ変換像となる。

フーリエ変換面に挿入された開口面積可変の開口板１２は、信号光ＳＧＬの空間周波数を、開口板１２の開口の大きさで決まる制限周波数より低周波の帯域内に制限する。すなわち、開口板１２は、集光された信号光ＳＧＬのうち空間光変調器９での振幅変調によって生じた高次の回折光を遮断する。これにより、不要な高次回折光を除去することが可能となり、ホログラム記録媒体１５の感度を有効利用することができる。ここで、開口板１２の開口の中心位置は、信号光の光軸と略一致させることが好ましい。リレーレンズ１１，１３および開口板１２が本発明の空間周波数制限部４０に対応する。開口板１２の開口面積を変化させる効果については、後に詳細を述べる。

高次の回折光が除去された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１３によってフーリエ逆変換されその焦点面４２において空間光変調器面と共役な像に変換される。対物レンズ１４は、焦点面４２からその対物レンズ１４の焦点距離だけ離れた位置に配置されており、信号光ＳＧＬをフーリエ変換して、フーリエ変換された信号光をホログラム記録媒体１５内に導く。

信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体１５内で干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される。制御部２５は、回転駆動ミラー１６を回転させることにより、参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ１７への入射角を変化させる。これによって、参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる（図１の参照光ＲＦＬの破線の経路を参照）。参照光ＲＦＬの入射角度を変化させた状態で、異なる情報ＤＴにより変調された信号光と参照光とをホログラム記録媒体１５の略同一領域内で重ね合わせて干渉縞を記録することにより、ホログラム記録媒体１５へ角度多重記録を行なうことができる。同一領域内に多重記録を行なう際、制御部２５は、ホログラムの重なり数の増加に従って、開口板１２の開口面積を増加させる。さらに、ホログラム記録媒体１５を面内方向にシフトさせ、先に記録されたホログラムと共通の領域を含む領域内に、ホログラムの角度多重記録を行なうことによって、記録密度を高めることができる。

（開口面積可変の開口板について）
図３、図４は、図１の開口板１２の例を示す模式図である。図３は、複数の開口２７の形状が矩形である開口板２６の模式図であり、図４は、複数の開口３０の形状が円形である開口板２９の模式図である。複数の開口の形状については矩形であっても、円形であってもよく、その形状はここで示す限りではない。より好ましくは、信号光のフーリエ変換像における各次数の輝点の形状と相似の形状がよい。フーリエ変換像は空間光変調器９のピクセルの形状およびピクセルのピッチに対応して決まる。

図１の制御部２５は、角度多重記録を行なう場合、所定の記録回数ごとに開口面積の大きな開口に変更するように制御する。具体的に、図３の開口板２６を用いる場合、制御部２５は、図３の左右方向２８に開口板２６を移動させることによって開口面積を切換える。また、図４の開口板２９を用いる場合、制御部２５は、図４の開口板２９の円周方向３１に沿って開口板２９を回転させることによって開口面積を切換える。

図５は、図１のホログラム記録再生装置１００による情報記録の手順を示すフローチャートである。図５は、角度多重記録方式によってホログラム記録媒体１５の同一領域内に多重記録を行なう場合の手順を示している。

図１、図５を参照して、ステップＳ１で、制御部２５は、ホログラム記録媒体１５への参照光ＲＦＬの照射条件を設定する。制御部２５は、参照光ＲＦＬの回転駆動ミラー１６を回転させることにより、参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ１７への入射角を設定する。これによって、参照光ＲＦＬのホログラム記録媒体１５への照射角度が設定される。

次のステップＳ２で、レーザ光源１は、レーザ光ＰＬを出力する。出力されたレーザ光ＰＬが偏光ビームスプリッタ４で分離されることによって、信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとが生成される。

次のステップＳ３で、図１の空間光変調器９は、生成された信号光ＳＧＬをページデータＰＤＴに従って空間的に変調する。

次のステップＳ４で、図１の空間周波数制限部４０は、変調された信号光ＳＧＬの空間周波数を制限周波数より低周波の帯域内に制限する。前述のように制限周波数は、信号光ＳＧＬのフーリエ変換面に設けられた開口板１２の開口の大きさに対応する。

次のステップＳ５で、ページデータＰＤＴによって変調された信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとがホログラム記録媒体１５に照射されることによって、信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとの干渉縞がホログラムとして記録媒体１５に記録される。

次のステップＳ６で、制御部２５は、記録回数が予め定める多重数の最大値を超えたか否かを判断する。記録回数が最大多重数を超えた場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、図５の処理手順が終了する。制御部２５は、ホログラム記録媒体１５の面内位置をシフトさせてから、再び図５の角度多重記録の各ステップを実行する。ステップＳ６で、記録回数が最大多重数に満たない場合には（ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７で、制御部２５は、記録回数が所定回数の倍数に等しいか否かを判断する。記録回数が所定回数の倍数に等しくない場合には（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ１に戻る。制御部２５は、回転駆動ミラー１６を回転させることにより、参照光の入射角度を異なる角度に設定する。そして、制御部２５の制御によって、設定された入射角度で入射された参照光ＲＦＬと新たなページデータＰＤＴによって変調されたＳＧＬとの干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される（ステップＳ１〜Ｓ５）。

記録回数が所定回数の倍数に等しい場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。ステップＳ８で、制御部２５は、開口板１２の開口をより大きな開口に変更する。ステップＳ８で開口板１２の開口の大きさを変更すると、ステップＳ１に戻る。このように、制御部２５は、ホログラム記録媒体１５の同一領域内への記録回数が所定回数に達するごとに開口板１２の開口面積を次第に増加するように制御する。

図６は、空間光変調器９のピクセル形状が矩形であった場合のフーリエ変換像の模式図である。図６では、フーリエ変換像の輝点をハッチングで表わしている。フーリエ変換像の中心の輝点は、０次の回折光である。また、中心から外側の方向へ順に１次、２次・・・の高次の回折光の輝点が現れる。図６のようにフーリエ変換像における各次数の輝点の形状が矩形の場合、図１の開口板１２の開口の形状も矩形である方が好ましい。ここで、図６の各輝点間の距離Ｌは、次式（１）で表わされる。ただし、次式（１）では、図１の空間光変調器９のピクセルピッチ（信号光ＳＧＬの変調の最小ピッチ）をｄ、レーザ光源１（信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬ）の波長をλ、リレーレンズ１１（フーリエ変換レンズ）の焦点距離をｆとしている。

Ｌ＝ｆλ／ｄ …(1)
上式（１）は、次のようにして導かれる。空間光変調器９で変調を受けた光は、下式で示される角度θで回折される。ここで、ｍは回折次数である。

ｄsinθ＝ｍλ …(2)
回折次数が小さいとき、θは略０となり、sinθ＝tanθと近似できる。空間光変調器９とリレーレンズ１１，１３とは４ｆ光学配置になっているため、図６におけるフーリエ変換面での輝点の間隔Ｌは、
Ｌ＝ｆtanθ …(3)
となる。上式（３）のtanθをsinθに置換し、上式（２）を用いることによって、上式（１）が得られる。

図７は、フーリエ変換面における好ましい開口の大きさを示す図である。図７を参照して、開口板１２の開口の大きさ（直径）は、ｆλ/ｄで表わされるフーリエ変換像の輝点間の距離Ｌの１倍（図７の破線円４４の直径）以上であって２倍（図７の破線円４５の直径）以下であるのが好ましい。開口の大きさが輝点間の距離Ｌの２倍を超える場合は、高次の回折光の一部が開口を透過してしまい、ホログラム記録媒体の感度を浪費する。開口の大きさが輝点間の距離Ｌの１倍より小さい場合には、信号光の変調を復元するのに最低限必要な空間周波数成分が除去されてしまうため、再生信号光のＳＮ比が著しく低下する。このように開口の大きさを制限することによって、記録されるホログラムの大きさが小さくなるので、ホログラム記録媒体のシフトピッチを詰めて記録することができ、記録密度を増大させることができる。

図３、図４に示した開口板２６，２９を用いる場合には、開口板２６，２９のいずれの開口の大きさもｆλ／ｄの１倍以上２倍以下の範囲にする。また、図３の矩形の開口２７を、図６のフーリエ変換像のように輝点が矩形に配列されている場合に用いるときには、矩形の開口２７の一辺の長さがｆλ／ｄの１倍以上２倍以下であるように設定するとよい。

（開口面積変化の効果について）
ホログラム記録では同一領域内に複数のホログラムの多重記録を行なう。多重度が大きくなり１つのホログラムに重なるホログラム数が増大するにつれて、ホログラム記録媒体中の残存光重合開始剤濃度や残存モノマー量は減少する。光重合開始剤濃度の減少はホログラム記録媒体の感度およびＭナンバーに影響すると考えられ、残存モノマー量はＭナンバーに相関があると考えられる。これらの影響により、ホログラムが記録されていない状態で１番目に記録されたホログラムからの再生信号光と、Ｎ番目に多重記録されたホログラムからの再生信号光との品質を比較した場合、Ｎ番目のホログラムからの信号品質の方が悪い。

そこで、信号光がフーリエ変換されたフーリエ変換面において、ホログラムの重なり数の増大に伴い、開口板１２の開口面積を増大させる。開口面積を増大させることによって、空間光変調器からの０次回折光のうち高周波数成分を含めて記録を行ない、信号品質を改善することができる。

図８、図９は、ホログラムの再生画像データの一例を示す図である。図８、図９は、白黒の２値の同一の画像データが記録されたホログラム記録媒体を再生したときの再生画像データを示す。ただし、図９は、図８に比べて、記録時の開口板１２の開口面積が大きい場合を示す。図８、図９に示すように、開口面積が大きくなるほど、ＳＮ比が高くなり、バックグラウンドのノイズ量も小さくなり、信号品質が改善されることがわかる。

（再生時の動作について）
図１０は、図１のホログラム記録再生装置１００の再生時の動作を説明するための図である。図１０は、再生動作時の参照光ＲＦＬおよび再生信号光ＣＦＬの光路を示している。以下、図１０を参照して、ホログラム記録再生装置１００の再生動作について説明する。なお、再生動作時の参照光ＲＦＬを記録動作時と区別するために再生参照光ＲＦＬとも称する。

ホログラム記録再生装置１００は、再生時には、再生参照光ＲＦＬのみを発生させるように、１／２波長板３の回転角が調整される。再生参照光ＲＦＬは、記録時と同じ経路Ｐ２である、光アイソレータ２、１／２波長板３、偏光ビームスプリッタ４、回転駆動ミラー１６および照射位置調整用レンズ１７，１８を通り、ホログラム記録媒体１５へ入射する。記録時と同様に、制御部２５は、照射条件設定部としての回転駆動ミラー１６を回転させて再生参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ１７への入射角を変化させる。これにより、再生参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる。

ホログラム記録媒体１５を透過した再生参照光ＲＦＬは、さらに照射位置調整用レンズ１９，２０を通り、経路Ｐ５の１／４波長板２１によって円偏光に変換され、回転駆動ミラー２２に入射する。回転駆動ミラー２２は、制御部２５によって、再生参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー２２に対して垂直に入射するように角度が調整されている。すなわち、制御部２５は、回転駆動ミラー１６を回転させて再生参照光ＲＦＬの入射角を変化させた場合には、その都度、再生参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー２２に対して垂直に入射するように回転駆動ミラー２２の角度を調整することになる。なお、ホログラム記録媒体１５、照射位置調整用レンズ１９、照射位置調整用レンズ１９，２０の焦点面４３、照射位置調整用レンズ２０、および回転駆動ミラー２２は、互いに照射位置調整用レンズ１９，２０の焦点距離だけ離れた位置に配置されており、４ｆ光学配置となっている。

回転駆動ミラー２２によって反射された再生参照光ＲＦＬは、元の経路Ｐ５と逆方向の経路Ｐ６を通って１／４波長板２１を再び通過する。このとき、再生参照光ＲＦＬは、偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換される。図１０の場合、照射位置調整用レンズ１７，１８からホログラム記録媒体１５に入射する元の経路では、再生参照光ＲＦＬの偏光はＳ偏光である。一方、照射位置調整用レンズ１９，２０からホログラム記録媒体１５に入射する逆方向の経路では、再生参照光ＲＦＬの偏光はＰ偏光になる。

１／４波長板２１で直線偏光に変換された再生参照光ＲＦＬは、照射位置調整用レンズ１９，２０を通ってホログラム記録媒体１５に入射する。このとき、再生参照光ＲＦＬは、記録時と逆の方向から入射するので、記録時の参照光と位相共役な光となってホログラム記録媒体１５に照射される。これにより、ホログラム記録媒体１５内では、記録された干渉縞で再生参照光ＲＦＬが回折され、記録された情報が再生される。こうして生成された再生信号光ＣＦＬは、記録時にホログラム記録媒体１５に入射された信号光ＳＧＬと位相共役な光である。すなわち、再生信号光ＣＦＬは、記録時の信号光ＳＧＬと波面が同一で進行方向が反対になる。なお、記録時と同一方向に再生参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５を通過するときにもホログラム記録媒体１５から回折光が出射される。しかし、このときの回折光は、図面の下向き（−Ｚ方向）に出射されるので再生信号光としては用いられない。

生成された再生信号光ＣＦＬは対物レンズ１４を経てフーリエ逆変換される。再生信号光ＣＦＬは、さらに、再生時の経路Ｐ７上のリレーレンズ１３、開口面積可変の開口板１２およびリレーレンズ１１を通って、偏光ビームスプリッタ７に入射する。このとき、制御部２５は、開口板１２の開口面積を、当該ホログラムを記録した時の開口板１２の開口面積と略一致するように設定する。これによって、必要な空間周波数成分のみを透過させ、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。

偏光ビームスプリッタ７に入射した再生信号光ＣＦＬは、図１０の場合、Ｐ偏光であるので偏光ビームスプリッタ７を透過して撮像素子２３に導かれる。ここで、照射位置調整用レンズ１７，１８を通ってホログラム記録媒体１５に照射された再生参照光ＲＦＬの一部は、ホログラム記録媒体１５の表面で反射される。この反射光の一部も対物レンズ１４を通って偏光ビームスプリッタ７に入射する。しかし、この反射光の偏光は、図１０の場合、Ｓ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ７によって反射され、撮像素子２３に導かれることはない。このため、撮像素子２３で受光する信号のＳＮ比の劣化を防止することができる。

撮像素子２３は、リレーレンズ１１の結像面に配置されており、再生信号光ＣＦＬを受けて、再生信号光に与えられている強度変調を読み取り２次元の再生画像データＧＮを生成する。再生画像データＧＮは、撮像素子２３のダイナミックレンジの幅を持った画像である。撮像素子２３として、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサを用いることができる。

生成された２次元の再生画像データＧＮは、デコーダ２４に送られる。デコーダ２４は、再生画像データＧＮを２値化し、「０」、「１」の再生情報ＤＴを生成する。

図１１は、ホログラム記録再生装置１００による情報再生の手順を示すフローチャートである。図１１は、角度多重記録によって複数のデータが書き込まれたホログラム記録媒体から、目的のデータを再生する手順を示すものである。

図１０、図１１を参照して、ステップＳ１０で、制御部２５は、再生参照光ＲＦＬの照射条件を設定する。具体的には、制御部２５は、まず、ホログラム記録媒体１５を面方向に移動させることによって、目的のデータが記録された領域内に参照光ＲＦＬが照射されるようにする。次に、制御部２５は、目的のデータが記録されたホログラムから回折光が得られるように、回転駆動ミラー１６，２２の偏角を調整する。こうして再生参照光ＲＦＬのホログラム記録媒体１５への入射角度が設定される。

次のステップＳ２０で、制御部２５は、開口板１２の開口の大きさを設定する。具体的には、目的のデータを記録したときの開口板１２の開口の大きさに略一致させる。これによって、必要な空間周波数成分のみを透過させ、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。ここで、角度多重記録の場合には、ホログラムの重なり数は記録時の参照光の照射角度に対応している。したがって、ステップＳ１０で設定した再生参照光ＲＦＬの照射角度に応じて開口板の１２の開口の大きさを変更することによって、開口板１２の開口の大きさを目的のデータの記録時と略一致させることができる。

次のステップＳ２１で、図１０レーザ光源１は、再生参照光ＲＦＬを生成する。生成された再生参照光ＲＦＬは、次のステップＳ２２で、ステップＳ１０で設定した照射角度でホログラム記録媒体１５に照射される。照射された再生参照光ＲＦＬが目的のホログラムによって回折されることによって、再生信号光ＣＦＬが生成される。

次のステップＳ２３で、空間周波数制限部４０は、生成された再生信号光ＣＦＬの空間周波数を制限する。具体的には、再生信号光ＣＦＬの空間周波数は、ステップＳ２０で設定した開口の大きさに対応する制限周波数より低周波の帯域内に制限される。

次のステップＳ２４で、図１０の撮像素子２３は再生信号光ＣＦＬを撮像する。次のステップＳ２５で、撮像された２次元の再生画像データＧＮが、デコーダ２４によって再生情報ＤＴに変換される。これによって、目的のデータの再生が完了する。

以上のとおり、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００によれば、記録時には、ホログラム記録媒体１５の同一領域に多重記録されたホログラムの数が増大するにつれて、信号光ＳＧＬのフーリエ変換面に設けられた開口板１２の開口の大きさを増加させる。すなわち、ホログラムの多重度の増加に伴って、信号光ＳＧＬの空間周波数の帯域を広げる。これによって、ホログラムの多重度の増加に伴うＳＮ比の劣化を抑制することができ、高密度かつ高ＳＮ比でホログラムの記録を行なうことができる。

また、好ましくは、開口板１２の開口の大きさＤ、前記信号光の波長λ、前記信号光の変調の最小ピッチｄ、および前記集光レンズの焦点距離ｆが、
ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ …(4)
の関係を満たすように設定される。上式でｆλ／ｄは、信号光ＳＧＬのフーリエ変換面における輝点間の距離を表わす。このように、開口の大きさＤを制限することによって、必要十分なＳＮ比の信号光を用いて高密度記録を行なうことができる。

また、再生時における再生信号光ＣＦＬの空間周波数の帯域は、当該再生するホログラムを記録した時の信号光ＳＧＬの空間周波数の帯域に合わせて設定される。すなわち、再生時の開口板１２の開口の大きさを当該ホログラムを記録した時の開口板１２の開口の大きさと略一致させる。これによって、情報の再生に必要な空間周波数成分のみを透過させることになるので、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態１では、記録と再生との両用のホログラム記録再生装置１００について説明したけれども、記録または再生のいずれかの専用装置によっても本発明を実施することができる。この場合も、実施の形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

また、実施の形態１では角度多重記録方式の場合について説明したが、他の多重記録方式を用いても本発明を実施することができる。たとえば、波長多重記録方式の場合には、図５のステップＳ１では、レーザ光源１の発振波長を変更することによって、参照光ＲＦＬおよび信号光ＳＧＬの波長をさらに変更する。また、図１１のステップＳ１０では、記録時の波長に合わせて再生時の再生参照光の波長が設定される。このように、波長多重記録方式の場合には、図５のステップＳ１および図１１のステップＳ１１の照射条件は、ホログラム記録媒体１５への再生参照光の入射角度の他、参照光および再生参照光の波長を含む。この波長多重記録方式の場合も、実施の形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

［実施の形態２］
図１２は、本発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１０１の概略的な構成を示す図である。また、図１２は、ホログラム記録再生装置１０１の記録動作時の信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの光路もあわせて示す。

図１２を参照して、実施の形態２のホログラム記録再生装置１０１は、図１のホログラム記録再生装置１００の開口板１２に代えて透過型の空間光変調器１２Ａを用いている点で実施の形態１と異なる。その他の点については実施の形態１の場合と同様であるので、同一または対応する部分については実施の形態１と同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

空間光変調器１２Ａは、たとえば透過型液晶素子のようにマトリックス状に配列した多数のピクセル（画素）を有する。空間光変調器１２Ａは、ピクセルごとに透過率を多段階調で制御することができるので、信号光ＳＧＬの一部を透過する開口として用いることができる。空間光変調器１２Ａによれば開口の大きさは電気信号により制御可能なため、開口の大きさを高速に制御することができる。

さらに、空間光変調器１２Ａを制御することによって、制御部２５Ａは、信号光ＳＧＬの中心部（光軸近傍）の透過率を、開口の他の領域の透過率よりも低くなるように設定する。これによって、記録像を劣化させずに信号光の低周波数成分によるＭナンバーの浪費を抑制することができる。以下、この抑制効果についてさらに詳しく説明する。

図１３は、図６のフーリエ変換像におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上の光の強度分布を示す図である。図１３の縦軸は光の強度（任意単位）を示し、横軸はＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上の位置（単位：μｍ）を示す。

図１４は、図１３の中心部の拡大図である。
また、図１５は、図６のフーリエ変換像で中心部４６の範囲を示す図である。空間光変調器１２Ａによって、中心部４６の透過率は、開口の他の領域の透過率よりも低く設定される。ここで、図１５の破線円４４，４５は、図７で説明したように、好ましい開口径Ｄの範囲を示す。

図１３、図１４を参照して、振幅変調された信号光がレンズで集光されると、集光面ではフーリエ変換され、振幅変調に応じた空間周波数分布を持つ。ここで、空間周波数分布の低周波数成分は、図１３、図１４の０μｍ近傍に見られる光の強度が特に強い部分４７である。このような低周波成分の強い光がホログラム記録媒体に入射すると、記録感度のダイナミックレンジが局所的に消費され、多重度を浪費することになる。しかしながら、低周波数成分を完全に除去してしまうと、記録像が中抜けになり、再生像の劣化を招く。そこで、制御部２５Ａは、図１５の信号光ＳＧＬのフーリエ変換像の中心部４６の光の透過率を、完全に０ではないけれども、他の領域の光の透過率よりも低くなるように設定する。

光強度が特に強い部分である低周波数成分４７の大きさは、レンズのエアリーディスク径Ａよりも小さくなることはない。したがって、レンズの実効開口数をＮＡeffとし、レーザ光源の波長をλとしたとき、最小でも次式（５）で表わされるエアリーディスク径Ａの１倍以内、最大でも１０倍以内の範囲の中心部の光の透過率を低下させることになる。

Ａ＝1.22×λ／ＮＡeff …(5)
たとえば、図１３、図１４は、ＮＡeff＝０．１８、λ＝０．５３２μｍのときの計算結果である。このとき、強度が著しく大きいのは、エアリーディスク径Ａ＝３．６μｍの２倍程度である。したがって、この場合はエアリーディスク径の２倍の範囲の光の透過率を他の領域の光の透過率よりも低減させるとよい。

このように、実施の形態２のホログラム記録再生装置１０１によれば、透過型の空間光変調器１２Ａを開口として用い、中心部の光の透過率が他の領域の光の透過率よりも低くなるように空間光変調器１２Ａを設定する。これにより、信号光ＳＧＬの低周波成分によってホログラム記録媒体のＭナンバーが浪費されるのを抑制することができる。

［実施の形態３］
再生時のホログラム記録媒体１５と対物レンズ１４との位置関係が記録時と異なる場合、対物レンズ１４の収差の影響を大きく受けるため再生信号品質が著しく低下する。したがって、ホログラム記録媒体１５は、面内位置を再生許容範囲内に収める必要がある。再生許容範囲は、対物レンズのＮＡ、記録時の信号光ＳＧＬの変調の最小ピッチｄ（周期）、および記録時の開口板１２の開口面積などに依存する。以下に説明する実施の形態３では、ホログラム記録媒体１５の面内位置を再生許容範囲内に精度よく収める手段を提供する。

図１６は、実施の形態３によるホログラムの再生手順を示すフローチャートである。図１６のホログラムの再生手順は、図１１のステップＳ１０とステップＳ２０との間に、ホログラム記録媒体の面内位置の調整するためのステップＳ１１〜Ｓ１５を追加したものである。以下、図１１と異なるステップＳ１１〜Ｓ１５について説明し、図１１と共通するステップについては説明を繰返さない。

図１０、図１６を参照して、ステップＳ１１で、制御部２５は開口板１２の開口の大きさを光軸近傍の光のみを透過するように設定する。このときの開口の大きさは図１５の中心部４６に等しい。

次のステップＳ１２で、図１０のレーザ光源１は、再生参照光ＲＦＬを生成する。このときの再生参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体の位置調整に用いられ、ホログラム記録媒体１５に記録されたホログラムの再生には用いられない。生成された再生参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５に照射されることによって再生信号光ＣＦＬが生成される。

次に、制御部２５は、ホログラム記録媒体１５の面内位置を移動させながら（ステップＳ１３）、ステップＳ１１で設定した大きさの開口を通過した再生信号光ＣＦＬの強度を撮像素子２３を用いて測定する（ステップＳ１４）。

次のステップＳ１５で、制御部２５は、測定した光強度が最大か否かを判定し、強度が最大でない場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１３に戻ってホログラム記録媒体１５の面内位置の移動（ステップＳ１３）と光強度の測定（ステップＳ１４）を再び実行する。制御部２５によって測定した光強度が最大と判断された場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、次のステップＳ２０に進む。

このように、上記の手順によれば、開口を透過した再生信号光ＣＦＬの低周波数成分（図１３、図１４の参照符号４７）の強度を検出しながら、ホログラム記録媒体を面内で移動させ、強度最大となる位置に合わせることができる。再生信号光の低周波数成分は、高周波数成分に比較して２桁程度大きいので、記録位置のシフト量を高感度で調整することができる。低周波数成分の検出は撮像素子２３で行なってもよいし、図１７、図１８を参照して次に説明するように、別途設けたフォトダイオードなどの光検出器３２によって行なってもよい。

図１７は、実施の形態３の一例として、ホログラム記録再生装置１０２Ａの概略的な構成を示す図である。図１７のホログラム記録再生装置１０２Ａは、開口板１２とリレーレンズ１１との間に設けられた移動可能な光検出器３２をさらに含む点で、図１のホログラム記録再生装置１００と異なる。その他の点については実施の形態１の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。なお、図１７において、ビームエキスパンドレンズ５，６は、図示を省略している。

図１７に示すように、制御部２５Ｂは、フォトダイオードなどの光検出器３２を、ホログラム記録媒体１５の位置調整時にのみ再生信号光ＣＦＬの光路に挿入する。光検出器３２によって再生信号光ＣＦＬの低周波成分の検出が行なって、ホログラム記録媒体１５の面内の位置調整を行なう。再生信号光の検出時には、制御部２５Ｂは、図中点線で示された位置に光検出器３２を移動させる。

図１８は、実施の形態３の他の例として、ホログラム記録再生装置１０２Ｂの概略的な構成を示す図である。図１８のホログラム記録再生装置１０２Ｂは、光検出器３２、ハーフミラー３３、およびレンズ３４をさらに含む点で、図１のホログラム記録再生装置１００と異なる。すなわち、ホログラム記録再生装置１０２Ｂでは、光検出器３２、ハーフミラー３３、およびレンズ３４からなる低周波成分の検出用光路が新たに設けられている。その他の点については実施の形態１の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。なお、図１８において、ビームエキスパンドレンズ５，６は、図示を省略している。

図１８を参照して、開口板１２を透過した再生信号光ＣＦＬはリレーレンズ１１によりコリメートされる。その後、偏光ビームスプリッタ７とリレーレンズ１１との間に設けられたハーフミラー３３により再生信号光ＣＦＬの一部が反射される。反射された再生信号光ＣＦＬは、レンズ３４に導かれ、光検出器３２に集光される。これにより、再生信号光ＣＦＬの低周波成分の検出が行なわれる。制御部２５Ｃは、検出した低周波成分の強度が最大となるようにホログラム記録媒体１５の面内位置の調整を行なう。

このように実施の形態３によれば、再生時におけるホログラム記録媒体１５と対物レンズ１４との位置調整を簡便かつ正確に行なうことができる。

［実施の形態４］
図１９、図２０は、本発明の実施の形態４によるホログラム記録再生装置１０３の概略的な構成を示す図である。図１９は、記録動作時の信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの光路もあわせて示す。また、図２０は、再生動作時の参照光ＲＦＬおよび再生信号光ＣＦＬの光路もあわせて示す。

図１では、開口面積可変の開口板１２はリレーレンズ１１の焦点位置に配置されている。これに対して、実施の形態４では、図１９、図２０に示すように、対物レンズ１４の焦点位置がホログラム記録媒体１５の外側にある。このような場合、対物レンズ１４の焦点位置に開口板１２を配置することができる。また、対物レンズ１４は、空間光変調器９から対物レンズ１４の焦点距離だけ離れた位置に配置される。このように、実施の形態４では、実施の形態１と異なり、図１のリレーレンズ１１，１３を設ける必要がない。その他の点については実施の形態１と共通するので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

ホログラム記録再生装置１０３によれば、図１９に示す記録時には、対物レンズ１４の焦点面に設けられた開口板１２によって、信号光ＳＧＬの空間周波数の帯域が制限される。そして、制御部２５Ｄは、ホログラムの多重度の増加に伴って、開口板１２の開口の大きさを増加させるように制御する。この結果、実施の形態１の場合と同様に、ホログラムの多重度の増加に伴うＳＮ比の劣化を抑制することができ、高密度かつ高ＳＮ比でホログラムの記録を行なうことができる。ここで、図１９の開口板１２および対物レンズ１４が本発明の空間周波数制限部４０Ｂに対応する。

一方、図２０に示す再生時には、記録時と逆方向に進む再生参照光ＲＦＬによって、記録時の信号光ＳＧＬと位相共役な再生信号光ＣＦＬがホログラム記録媒体１５から出射される。位相共役光である再生信号光ＣＦＬは、ホログラム記録媒体１５の外側で一旦集光した後に、対物レンズ１４によって平行光にコリメートされる。このとき、集光位置に設けられた開口板１２の開口の大きさは当該ホログラムの記録時と略一致するように設定される。したがって、実施の形態１の場合と同様に、再生信号光ＣＦＬのうち必要な空間周波数成分のみを透過させ、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。

［実施の形態５］
（コリニア方式ホログラム記録再生装置の構成）
図２１、図２４は、本発明の実施の形態５によるホログラム記録再生装置１０４の概略的な構成を示す図である。図２１は、記録動作時の信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの光路もあわせて示す。また、図２４は、再生動作時の参照光ＲＦＬおよび再生信号光ＲＳＧＬの光路もあわせて示す。

実施の形態１では、角度多重方式での実施例を示したが、本発明はコリニア記録方式でも実施することができる。実施の形態１ではレーザ光源１から出射された光ビームを偏向ビームスプリッタ４により分岐し信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬを生成する。生成された信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとは、別々の経路を辿ってホログラム記録媒体１５中で重なりあう。これに対して、実施の形態５ではレーザ光源１から出射された光ビームは空間光変調器４４に入射される。このとき、参照光ＲＦＬは、空間光変調器４４の参照光領域に入射した光を透過させることによって生成される。また、信号光ＳＧＬは、空間光変調器４４の信号光領域に入射した光に対して振幅変調を行なうことによって生成される。なお、以下の説明では、実施の形態１と同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

図２１を参照して、実施の形態５のホログラム記録再生装置１０４は、ホログラム記録媒体１５に情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５に記録された情報を再生する。ホログラム記録媒体１５の裏面には、反射膜４５が形成されている。

ホログラム記録再生装置１０４は、レーザ光源１と、光アイソレータ２と、偏光ビームスプリッタ７と、ビームエキスパンドレンズ５、６と、１／４波長板８と、空間光変調器４４と、エンコーダ１０と、リレーレンズ１１、１３と、光を透過する開口の大きさが変更可能な開口板１２と、対物レンズ１４と、撮像素子２３と、デコーダ２４と、制御部２５Ｅとを備える。

レーザ光源１から出射されたコヒーレントな光ビームＰＬは光アイソレータ２を透過し、ビームエキスパンドレンズ５，６によりビーム径が拡大される。ビーム径の拡大された光ビームＰＬ１は空間光変調器４４に入射する。空間光変調器４４は透過型空間光変調器である。空間光変調器４４の参照光領域に入射した光は、参照光領域を透過して参照光ＲＦＬとして出力される。空間光変調器４４の信号光領域に入射した光は、ページデータＰＤＴに基づいて振幅変調されることによって信号光ＳＧＬに変換されて出力される。一方、空間光変調器４４の参照光領域および信号光領域以外の部分に入射した光は遮断される。なお、ページデータＰＤＴは、２ビットのデータ列である情報ＤＴをエンコーダ１０によって２次元データに変換したものである。

図２２および図２３は、空間光変調器４４における信号光領域および参照光領域の一例を示す図である。図２２、図２３において、空間光変調器４４の受光面４４Ａのうち入射光ＰＬ１が入射する領域は、参照符号ＰＬ１で示す円内である。信号光領域は、参照符号Ｓで示す破線のハッチングの領域であり、入射光ＰＬ１の光軸を中心とする円内に設定される。一方、参照光領域は、参照符号Ｒで示す実線のハッチングの領域である。図２２に示す例の場合、参照光領域は、信号光領域を挟んで対向するように設定される。また、図２３に示す例の場合、参照光領域は、信号光領域の外周部に円環状に設定される。信号光領域および参照光領域の設定は図２２、図２３のいずれの方法によってもよい。

空間光変調器４４によって生成された信号光ＳＧＬ及び参照光ＲＦＬは、偏光ビームスプリッタ７を透過し、それぞれＰ７およびＰ８の経路を辿って、リレーレンズ１１、１３に導かれる。リレーレンズ１１は、空間光変調器４４からリレーレンズ１１の焦点距離だけ離れた位置に配置される。また、リレーレンズ１３は、リレーレンズ１１の焦点面からリレーレンズ１３の焦点距離だけの離れた位置に配置されている。したがって、信号光はリレーレンズ１１、１３の共通の焦点面においてフーリエ変換像となる。

フーリエ変換面に挿入された開口面積可変の開口板１２は、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの空間周波数を、開口板１２の開口の大きさで決まる制限周波数より低周波の帯域内に制限する。すなわち、開口板１２は、集光された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬのうち空間光変調器９での振幅変調によって生じた高次の回折光を遮断する。これにより、不要な高次回折光を除去することが可能となり、ホログラム記録媒体１５の感度を有効利用することができる。ここで、開口板１２の開口の中心位置は、信号光ＳＧＬの光軸と略一致させることが好ましい。リレーレンズ１１、１３および開口板１２が本発明の空間周波数制限部４０に対応する。開口板１２の開口面積を変化させる効果については、実施の形態１で述べたとおりである。

高次の回折光が除去された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、リレーレンズ１３によってフーリエ逆変換されその焦点面４２において空間光変調器面と共役な像に変換される。この後、４分の１波長板により信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは円偏光に変換され、対物レンズ１４へと導かれる。対物レンズ１４は、焦点面４２からその対物レンズ１４の焦点距離だけ離れた位置に配置されており、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬをフーリエ変換して、フーリエ変換された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬをホログラム記録媒体１５内に導く。

ホログラム記録再生装置１０４によれば、図２１に示す記録時には、リレーレンズ１１，１３の共通の焦点面に設けられた開口板１２によって、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの空間周波数の帯域が制限される。そして、制御部２５Ｅは、ホログラムの多重度の増加に伴って、開口板１２の開口の大きさを増加させるように制御する。この結果、実施の形態１の場合と同様に、ホログラムの多重度の増加に伴うＳＮ比の劣化を抑制することができ、高密度かつ高ＳＮ比でホログラムの記録を行なうことができる。

一方、図２４に示す再生時には、空間光変調器４４によって、再生参照光ＲＦＬのみが生成され、記録時と同じ経路Ｐ８を通ってホログラム記録媒体１５へ入射される。再生参照光ＲＦＬの照射により、ホログラム記録媒体１５から記録時の信号光ＳＧＬと同じ再生信号光ＲＳＧＬが出射される。再生信号光ＲＳＧＬはホログラム記録媒体１５の裏面に付与された反射膜４５により反射され、記録時と逆の進行方向の光となり、対物レンズ１４、４分の１波長板８へと導かれる。４分の１波長板は円偏光である再生信号光ＲＳＧＬを記録時と９０度偏光方向が回転した直線偏光の光に変換し、経路Ｐ９を辿って、偏光ビームスプリッタ７へと入射させる。偏光ビームスプリッタ７は再生信号光ＲＳＧＬを反射させ、撮像素子２３へと導く。ここで、リレーレンズ１１，１３の集光位置に設けられた開口板１２の開口の大きさは当該ホログラムの記録時と略一致するように設定される。したがって、実施の形態１の場合と同様に、再生信号光ＲＳＧＬのうち必要な空間周波数成分のみを透過させ、迷光の影響によるＳＮ比の低下を抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００の概略的な構成および記録時の動作を示す図である。 画像情報ＤＴに基づくページデータＰＤＴの一例を示す図である。 図１の開口板１２の例を示す模式図である。 図１の開口板１２の例を示す模式図である。 図１のホログラム記録再生装置１００による情報記録の手順を示すフローチャートである。 空間光変調器９のピクセル形状が矩形であった場合のフーリエ変換像の模式図である。 フーリエ変換面における好ましい開口の大きさを示す図である。 ホログラムの再生画像データの一例を示す図である。 ホログラムの再生画像データの一例を示す図である。 図１のホログラム記録再生装置１００の再生時の動作を説明するための図である。 ホログラム記録再生装置１００による情報再生の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１０１の概略的な構成を示す図である。 図６のフーリエ変換像におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上の光の強度分布を示す図である。 図１３の中心部の拡大図である。 図６のフーリエ変換像で中心部４６の範囲を示す図である。 実施の形態３によるホログラムの再生手順を示すフローチャートである。 実施の形態３の一例として、ホログラム記録再生装置１０２Ａの概略的な構成を示す図である。 実施の形態３の他の例として、ホログラム記録再生装置１０２Ｂの概略的な構成を示す図である。 本発明の実施の形態４によるホログラム記録再生装置１０３の概略的な構成および記録時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態４によるホログラム記録再生装置１０３の概略的な構成および再生時の動作を示す図である。 本発明の実施の形態５によるホログラム記録再生装置１０４の概略的な構成および記録時の動作を示す図である。 空間光変調器４４における参照光領域および信号光領域の一例を示した図である。 空間光変調器４４における参照光領域および信号光領域の一例を示した図である。 本発明の実施の形態５によるホログラム記録再生装置１０４の概略的な構成および再生時の動作を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源、２ 光アイソレータ、３ １／２波長板、４，７ 偏光ビームスプリッタ、５，６ ビームエキスパンドレンズ、８，２１ １／４波長板、９ 反射型空間光変調器、１０ エンコーダ、１１，１３ リレーレンズ、１２ 開口板、１２Ａ 透過型空間光変調器、１４ 対物レンズ、１５ ホログラム記録媒体、１６，２２ 回転駆動ミラー、１７〜２０ 照射位置調整用レンズ、２３ 撮像素子、２４ デコーダ、２５，２５Ａ〜２５Ｅ 制御部、３２ 光検出器、３３ ハーフミラー、３４ レンズ、４０，４０Ａ，４０Ｂ 空間周波数制限部、４１〜４３ 焦点面、４４ 透過型空間光変調器、４５ 反射膜、１００，１０１，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０３，１０４ ホログラム記録再生装置、ＳＧＬ 信号光、ＣＦＬ 再生信号光、ＲＦＬ 参照光および再生参照光、ＤＴ 画像情報および再生情報、ＰＤＴ ページデータ、ＧＮ 再生画像データ、ＲＳＧＬ 再生信号光。

Claims (19)

1. ホログラムによって情報を記録媒体に記録する情報記録装置であって、
   前記記録媒体に照射するための信号光および参照光を生成するレーザ光源と、
   記録する情報に従って前記信号光を空間的に変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器と前記記録媒体との間の前記信号光の経路に設けられ、変調された前記信号光の空間周波数を可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限する空間周波数制限部と、
   前記記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って前記制限周波数を増加させる制御部とを備える、情報記録装置。
2. 前記空間周波数制限部は、
   変調された前記信号光をフーリエ変換する集光レンズと、
   前記集光レンズの焦点面に設けられ、光を透過する開口の大きさが可変の開口板とを含み、
   前記制御部は、前記記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って前記制限周波数に対応する前記開口の大きさを増加させる、請求項１に記載の情報記録装置。
3. 前記空間周波数制限部は、
   変調された前記信号光をフーリエ変換する集光レンズと、
   前記集光レンズの焦点面に設けられ、前記信号光の一部を透過する開口として用いられる透過型空間光変調器とを含み、
   前記制御部は、前記記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って前記制限周波数に対応する前記開口の大きさを増加させる、請求項１に記載の情報記録装置。
4. 前記制御部は、さらに、前記信号光の光軸近傍の光の透過率が、前記開口の他の領域の光の透過率よりも低くなるように前記透過型空間光変調器を制御する、請求項３に記載の情報記録装置。
5. 前記開口の中心は、前記信号光の光軸上に位置する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の情報記録装置。
6. 前記開口の大きさＤ、前記信号光の波長λ、前記信号光の変調の最小ピッチｄ、および前記集光レンズの焦点距離ｆは、
   ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
   の関係を満たす、請求項２〜５のいずれか１項に記載の情報記録装置。
7. ホログラムによって情報を記録媒体に記録する情報記録方法であって、
   信号光および参照光を生成するステップと、
   記録する情報に従って前記信号光を空間的に変調するステップと、
   変調された前記信号光の空間周波数を可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限するステップと、
   前記記録媒体の同一領域に多重記録する場合に、記録されたホログラムの数の増加に従って前記制限周波数が増加するように、前記制限周波数を設定するステップと、
   設定された前記制限周波数内に空間周波数が制限された前記信号光と前記参照光とを前記記録媒体に照射することによってホログラムを記録するステップとを備える、情報記録方法。
8. 前記制限するステップは、変調後の前記信号光を集光レンズによってフーリエ変換し、前記集光レンズの焦点面に設けられた前記制限周波数に対応する大きさの開口によって前記信号光の一部を透過するステップを含む、請求項７に記載の情報記録方法。
9. 前記開口の大きさＤ、前記信号光の波長λ、前記信号光の変調の最小ピッチｄ、および前記集光レンズの焦点距離ｆは、
   ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
   の関係を満たす、請求項８に記載の情報記録方法。
10. 記録する情報に従って空間的に変調された信号光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録された記録媒体から前記情報を再生する情報再生装置であって、
    前記記録媒体に照射するための再生参照光を生成するレーザ光源と、
    前記ホログラムによって前記再生参照光が回折されることによって生じた再生信号光の空間周波数を、可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限する空間周波数制限部と、
    前記空間周波数制限部によって空間周波数帯域が制限された前記再生信号光を撮像する撮像素子と、
    前記撮像素子によって撮像された画像から前記情報を再生するデコーダとを備える、情報再生装置。
11. 前記情報の記録時の前記信号光の空間周波数は、第１の周波数よりも低周波の帯域内に制限され、
    前記情報再生装置は、前記空間周波数制限部の可変の制限周波数を前記第１の周波数に一致させるように制御する制御部をさらに備える、請求項１０に記載の情報再生装置。
12. 前記空間周波数制限部は、
    集光レンズと、
    前記集光レンズの焦点面に設けられ、光を透過する開口の大きさが可変の開口板とを含み、
    前記制限周波数は、前記開口の大きさに対応する、請求項１０または１１に記載の情報再生装置。
13. 前記空間周波数制限部は、
    集光レンズと、
    前記集光レンズの焦点面に設けられ、前記再生信号光の一部を透過する開口として用いられる透過型空間光変調器とを含み、
    前記制限周波数は、前記開口の大きさに対応する、請求項１０または１１に記載の情報再生装置。
14. 前記開口の中心は、前記再生信号光の光軸上に位置する、請求項１２または１３に記載の情報再生装置。
15. 前記開口の大きさＤ、前記再生信号光の波長λ、前記再生信号光の変調の最小ピッチｄ、および前記集光レンズの焦点距離ｆは、
    ｆλ／ｄ≦Ｄ≦２ｆλ／ｄ
    の関係をを満たす、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の情報再生装置。
16. 前記制御部は、さらに、前記再生信号光の光軸近傍の光のみが前記開口を透過するように前記開口の大きさを設定した後、前記開口を透過する前記再生信号光の大きさに応じて前記記録媒体の位置を調整する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の情報再生装置。
17. 記録する情報に従って空間的に変調された信号光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録された記録媒体から前記情報を再生する情報再生方法であって、
    前記情報の記録時の前記信号光の空間周波数は、第１の周波数よりも低周波の帯域内に制限され、
    前記記録媒体に照射するための再生参照光を生成するステップと、
    前記ホログラムによって前記再生参照光が回折されることによって生じた再生信号光の空間周波数を、可変の制限周波数よりも低周波の帯域内に制限するステップと、
    可変の前記制限周波数が前記第１の周波数に一致するように、前記制限周波数を設定するステップと、
    設定された前記制限周波数内に空間周波数が制限された前記再生信号光を撮像するステップと、
    前記撮像素子によって撮像された画像から前記情報を再生するステップとを備える、情報再生方法。
18. 前記制限するステップは、前記再生信号光の集光面に設けられた可変の大きさの開口によって前記再生信号光の一部を透過するステップを含み、
    前記制限周波数を設定するステップは、前記第１の周波数に対応するように前記開口の大きさを設定するステップを含む、請求項１７に記載の情報再生方法。
19. 前記情報再生方法は、前記撮像するステップの前に実行される、
    前記再生信号光の集光面に設けられた開口の大きさを、前記再生信号光の光軸近傍の光のみを透過する大きさに設定するステップと、
    前記開口を透過した前記再生参照光の光軸近傍の光の強度に応じて、前記記録媒体の位置を調整するステップとをさらに備える、請求項１７または１８に記載の情報再生方法。