JP4224891B2 - ホログラム記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムを用いて情報信号の記録及び再生を行うホログラム記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホログラムを用いて情報信号の記録及び再生を行うホログラム記録再生装置が提案されている。
【０００３】
ホログラムを用いた情報記録は、参照光と情報信号に応じて変調した物体光との干渉縞をホログラム記録媒体に記録するものである。情報信号の再生にあたっては、ホログラム記録媒体に参照光を照射することにより、記録時に該ホログラム記録媒体に照射された物体光に相当する回折光を得ることができ、この回折光から物体光の変調が基づく情報信号を得ることができる。
【０００４】
ホログラムを用いた情報記録は、並列的に複数のビットを記録再生することができ、大容量化が可能であるのみならず、転送レートの高速化が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなホログラム記録再生装置においては、２次元的にデータを記録するために、例えば液晶表示パネルなどの空間変調器が必要であり、この空間変調器における欠陥ピクセルや各ピクセルによる回折や液晶による散乱などのノイズが、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比を制限する大きな要因となる。
【０００６】
また、参照光による照明の不均一性が生じると、バックグラウンドノイズとなるのみではなく、信号再生時の閾値を空間的に変化させる必要が生じる。これは、信号処理を甚だ複雑にする。
【０００７】
また、空間変調器の各ピクセル間の干渉も同時にホログラムとして記録されてしまう。このような干渉は、本来、多重記録においては、再生時にはブラッグ条件を満たさないはずであるが、実際には、微かに再生される。多重記録の枚数が増加すると、１枚のホログラムの中のピクセル間の干渉のみならず、異なるホログラムのピクセルからの誤再生ノイズも生ずることとなり、これらのノイズが、総計としては無視できないノイズ要因となることがある。
【０００８】
また、現在の液晶パネルなどの空間変調器の開口率は、各ピクセルの開口部周辺にトランジスタなどの素子を配置する必要があるため、５０％程度である。したがって、参照光のかなりの割合が空間変調器におけるロスとして失われしまう。
【０００９】
さらに、ホログラムは、ホログラム記録媒体中に干渉縞として記録されるため、干渉縞のコントラストができるだけ高いことが望ましい。それには、ホログラム記録媒体中での物体光及び参照光の光強度密度が互いに等しいことが望ましい。しかし、情報信号の記録再生を目的としたホログラム記録では、被記録物体のフーリエ面近傍にホログラム記録媒体を置くことが多く、物体光が光束としては集光されるために強度分布が生じて、ホログラム記録媒体中でのコントラストの不均一性が生じることがある。また、ホログラム記録媒体中で屈折率の変動が大きい部分と小さい部分があると、ダイナミックレンジ活用という観点から見ると不具合が生ずる。
【００１０】
これに対して、光ディスクなどのように、１ビット毎に記録再生を行う記録再生方式では、転送レートや記録容量についての限界は高くないが、記録再生のＳ／Ｎ比という観点からは、ホログラムのような並列情報記録に比べて優れている。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、高い転送レートや大記録容量といったホログラム記録の利点を維持しつつ、信号処理を困難化することなく、不要な干渉ノイズが除去されてＳ／Ｎ比が良好であるホログラム記録再生装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るホログラム記録再生装置は、物体光を偏向させて、被記録物体の一部への物体光の照射を順次行う光偏向手段と、光偏向手段を経た物体光を被記録物体の一部に集光させる集光手段と、被記録物体の一部を経た物体光が入射されるとともに、参照光が入射され、これら物体光及び参照光の干渉により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録媒体とを備えたものである。
【００１３】
また、このホログラム記録再生装置においては、空間変調器において記録データに応じて制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体とし、物体光の照射を、物体光が集光手段により集光されて形成された光スポットとして各ピクセル毎に順次照射するものとすることができる。すなわち、この場合には、データを１ビットずつ三次元的に記録することができる。
【００１４】
さらに、このホログラム記録再生装置においては、空間変調器において記録データに応じて制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体とし、物体光の照射を、物体光が集光手段により直線状に集光されて形成された光の線をこの線の方向に直交する方向に走査して各ピクセルの列毎に順次照射するものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本発明に係るホログラム記録再生装置は、図１に示すように、レーザ光源１を有している。このレーザ光源１としては、ＹＡＧレーザの第二高調波、分布帰還形レーザ、もしくは、その第二高調波、アルゴンイオンレーザなどのレーザを用いることができる。ブラッグ角選択性を高めるため、できるだけ線幅は狭いことが望ましい。そして、このレーザ光源１からの出射光は、ビームスプリッター２により、物体光と参照光とに分離される。
【００１９】
参照光は、第１のミラー３に反射されて参照光偏向手段４に入射される。この参照光偏向手段４としては、ガルバノミラーや音響光学素子などを用いることができる。また、これらの幾つかを組み合わせて用いてもよい。参照光は、参照光偏向手段４により進行方向を制御され、第２のミラー５に反射されて、ホログラム記録媒体６に入射する。この参照光のホログラム記録媒体６への入射角度を１枚１枚のホログラム毎に変化させることで、１つのホログラム記録媒体６に対する角度多重記録が可能になる。
【００２０】
ホログラム記録媒体６としては、Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ₃、ＳＢＮ、Ｃｅ：ＢａＴｉＯ₃などのフォトリフラクティブ結晶、フォトポリマー、有機フォトリフラクティブ材料など、任意のホログラム記録材料を用いることができる。
【００２１】
一方、物体光は、ビームスプリッタ２を経て、物体光強度変調手段７に入射される。物体光は、この物体光強度変調手段７により、強度変調を受ける。物体光光強度変調手段７としては、音響光学変調器、電気光学変調器、液晶変調器などを用いることができる。なお、レーザ光源１が半導体レーザ等のように自己変調ができる場合は、これを用いて強度変調することとしてもよい。
【００２２】
さらに、物体光は、物体光偏向手段８により、進行方向を変化させられる。物体光偏向手段８としては、音響光学偏向器、電気光学偏向器、ガルバノミラーなどを用いることができる。また、これらの幾つかを組み合わせて用いてもよい。この物体光偏向手段８により偏向された物体光は、空間的変調手段９上に集光されて光スポットを形成し、この空間的変調手段９上を走査（スキャニング）する。空間的変調手段９としては、液晶パネル、マイクロマシンを用いたマイクロミラーアレイなどの空間変調器を用いることができる。
【００２３】
なお、物体光強度変調手段７を用いている場合は、空間的変調手段９を用いる必要はなく、物体光強度変調手段７により、スキャニングに同期した強度変調を行えば良い。光スポットの位置精度や収差などの影響を避け調整を容易にするために、スキャニング面にピンホールアレイやスリットなどの空間的フィルタを置いてもよい。
【００２４】
空間的変調手段９、または、空間的フィルタを透過した物体光は、ホログラム記録媒体６に入射し、参照光と干渉する。これら参照光と物体光との干渉縞がホログラムとしてホログラム記録媒体６中に記録される。
【００２５】
再生時には、記録時と同一の参照光を用いることで、物体光が再生される。このようにして再生された物体光は、受光素子アレイ１０により受光される。この受光素子アレイ１０としては、ＣＣＤ（固体撮像素子）やＣＭＯＳセンサーなどの２次元的な情報を得ることができる受光素子を用いることができる。
【００２６】
以上の実施の形態では、ホログラム記録媒体への参照光の入射角度を制御することで角度多重記録を行う場合について述べた。本発明は、波長多重、位相コード多重など、様々なホログラムの記録方法についても適用することができる。
【００２７】
また、本発明は、適宜、レンズなどの光学素子を含んで構成される任意のホログラム記録装置についても適用可能である。例えば、図２に示すように、強度変調器１１により強度をコントロールされたレーザ光を、ガルバノミラー１２でｘ及びｙ方向の２方向に偏向させ、この光を集光レンズ１３で集光することで、焦点面上の光スポットをスキャニングするように構成する。ガルバノミラー１２は、ｘ方向用ガルバノミラー１２ｘとｙ方向用ガルバノミラー１２ｙとから構成されている。
【００２８】
そして、レーザ光の焦点面上には、フィールドレンズ１４を介して空間的変調器１５を置く。この空間変調器１５において、記録するデータは、ピクセルの開閉により表示される。もしくは、焦点面上の光スポットのスキャニングに同期して強度変調器１１によって強度変調を行う。この強度変調により、記録データを２次元的に表示することができる。
【００２９】
空間的変調器１５、もしくは、物体光の集光面では、図３に示すように、光スポットが変調され点滅しながら、移動していく。したがって、同時に光っているのは、１点のみの光スポットである。この光スポットからの光は、フーリエ変換レンズ１６によりフーリエ変換されて略々平面波としてホログラム記録媒体６に入射する。ホログラム記録媒体６には、別途参照光が入射される。これら物体光と参照光とは干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体６にホログラムとして記録される。
【００３０】
この光スポットの走査方法としては、図４に示すように、様々なものが考えられる。図４中の（Ａ），（Ｂ）のように、１ラインずつの走査を行ってもよいし、可能であれば、図４中の（Ｃ）のように、離散的な複数のスポットＳ１，Ｓ２，Ｓ３・・・による走査を行ってもよい。また、図４中の（Ｄ）のように、１次元の直線状集光領域Ｌを該直線に垂直な方向にスキャンすることでも、２次元のうち１次元については同様の機能を実現できる。
【００３１】
このように、このホログラム記録再生装置においては、１点ずつ（１ビットずつ）、いわばビットバイビットで（または、１列ずつ）、ホログラムを記録することで、空間変調器１５の全体に物体光を照射する場合にピクセル間において生じたり、ピクセルの欠陥によって生じる不要な干渉ノイズを無くしている。また、空間変調器１５を用いずにスキャニングを行う場合は、空間変調器を用いる場合のように、欠陥ピクセルにより特定のピクセルが使用できないという虞れはない。
【００３２】
例えば、市販されている液晶表示パネルには、数十万ピクセルについて数個の欠陥ピクセルが許容されているのが通常である。しかし、情報信号の記録のために、１ピクセルに１ビットを割り当てようとすれば、このような欠陥は無視できない問題となる。しかし、無欠陥の数十万ピクセルの空間変調器を用いようとすれば、歩留まりが低くコストが高くなり実用的ではない。また、現在の空間変調器は、歩留まりや製造上の問題から、ピクセル数の上限は数十万程度であるのに対し、この空間変調器を用いずにスキャニングを行う方式においては、スキャニングの分解能で表示点数が決まるので、空間変調器を用いる場合に比べて表示点数を増やすことができる。
【００３３】
また、空間変調器は、ピクセルの開口率が２０％乃至３０％程度のものが多い。しかし、各ピクセルよりも小さな光スポットで空間変調器をスキャニングすれば、ピクセルの開口率が低いことによる物体光の損失（ロス）が少なくなる。例えば、縦、横方向に５０％、面積で２５％の開口率を持つ空間変調器を用いて、各ピクセルの大きさ以下の大きさの光スポットで１次元に（１直線状に）走査すれば、実効開口率は５０％となり、全体に一括して照射する場合（２５％）の２倍になる。また、強度変調を行いながら走査面を直接スキャニングすれば、物体光の損失はなくなる。
【００３４】
また、通常は、多数のピクセルを持つ空間変調器に平行光を照射し、その後、フーリエ変換すれば、図６に示すように、ホログラム記録媒体６中では、光束としては収束光になるため、ホログラム記録媒体中の位置によって光強度密度は大きく異なる。そして、角度多重記録を行うときの参照光の強度分布は、ホログラム記録媒体６中の位置によってさほど異ならない。したがって、物体光と参照光の強度比は、ホログラム記録媒体６中の位置によって大きく異なる。この場合、干渉縞のコントラストは低くなり、記録されるホログラムの回折効率は低下する。
【００３５】
しかし、本発明に係るホログラム記録再生装置では、図５に示すように、ホログラム記録媒体６中で、物体光は、平面波である。そのため、このホログラム記録再生装置では、ホログラム記録媒体６中の全体において、干渉縞のコントラストを高くすることができる。したがって、ホログラムが効率よく記録でき、回折効率を向上させることができる。
【００３６】
このように、このホログラム記録再生装置においては、実効的開口率が高くできること、物体光と参照光の干渉のコントラストが高く記録の効率が良いこと、及び、ホログラムの記録は光強度と露光時間の積で決定されることを考えれば、１ピクセル毎にスキャニングすることで露光時間が長く必要になることはなく、むしろ、記録速度が向上することを期待できる。
【００３７】
また、通常、ホログラムを記録する時には、その記録時よりも前に既に記録されているホログラムが破壊を受けるため、回折効率が低下する。そのため、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを最大限に活用し、各ホログラム毎に等しい回折効率を得るためには、レコーディングスケジュールを設定する必要がある。
【００３８】
本発明に係るホログラム記録再生装置では、ピクセル毎に記録を行うため、ピクセル当たりの露光量についてレコーディングスケジュールを設定すればよい。そして、計算が煩雑な場合は、各ピクセル当たりの露光量がさほど大きくなければ、レコーディングスケジュールをページ毎に設定し、全てのピクセルを同じ露光量で露光してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るホログラム記録再生装置においては、被記録物体として空間変調器を使用する場合において、空間変調器上の１点ずつについて、いわゆるビットバイビットで、ホログラムを記録することで、空間変調器に一括して物体光を照射する場合に生じるピクセル間やピクセルの欠陥により生じる不要な干渉ノイズを無くすことができる。したがって、このホログラム記録再生装置においては、空間変調器における歩留まりの障害や高コスト化の問題を回避できる。また、空間変調器におけるピクセルの実効開口率を高くすることができ、空間変調器における物体光の損失を減少させることができる。
【００４０】
そして、本発明に係るホログラム記録再生装置において、空間変調器を用いずに物体光を走査（スキャニング）させる場合には、走査の分解能で表示点数が決まるため、空間変調器を用いた場合に比べて、容易に表示点数を増やすことができる。
【００４１】
また、本発明に係るホログラム記録再生装置においては、ホログラム記録媒体の全体において、干渉縞のコントラストを高くすることができる。したがって、ホログラムが効率よく記録できるため、回折効率の向上が期待できる。
【００４２】
さらに、このホログラム記録再生装置においては、空間変調器におけるピクセルの実効的開口率を高くできること、物体光と参照光との干渉のコントラストが高く記録の効率が良いこと、及び、ホログラムの記録は光強度と露光時間の積で決定されることから、記録速度の向上が期待できる。
【００４３】
すなわち、本発明は、高い転送レートや大記録容量といったホログラム記録の利点を維持しつつ、信号処理を困難化することなく、不要な干渉ノイズを除去してＳ／Ｎ比を良好としたホログラム記録再生装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るホログラム記録再生装置の構成を示す側面図である。
【図２】上記ホログラム記録再生装置の構成に光学素子を含めた場合示す側面図である。
【図３】上記ホログラム記録再生装置の要部の構成を示す斜視図である。
【図４】上記ホログラム記録再生装置における物体光の走査の状態を示す正面図である。
【図５】上記ホログラム記録再生装置のホログラム記録媒体中の物体光及び参照光の状態を示す側面図である。
【図６】従来のホログラム記録再生装置のホログラム記録媒体中の物体光及び参照光の状態を示す側面図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源、４ 参照光偏向手段、６ ホログラム記録媒体、７ 物体光強度変調手段、８ 物体光偏向手段、９ 空間的変調手段、１０ 受光素子アレイ

Claims (4)

1. 物体光を偏向させて、被記録物体の一部への物体光の照射を順次行う光偏向手段と、
   上記光偏向手段を経た物体光を上記被記録物体の一部に集光させる集光手段と、
   上記被記録物体の一部を経た物体光が入射されるとともに、参照光が入射され、これら物体光及び参照光の干渉により生ずる干渉縞を記録するホログラム記録媒体とを備えたホログラム記録再生装置。
2. ホログラム記録媒体に入射される参照光の状態を変えることにより、該ホログラム記録媒体に、ホログラムを多重的に記録する請求項１記載のホログラム記録再生装置。
3. 空間変調器において記録データに応じて制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体とし、
   物体光の照射は、該物体光が上記集光手段により集光されて形成された光スポットとして上記各ピクセル毎に順次照射する請求項１記載のホログラム記録再生装置。
4. 空間変調器において記録データに応じて制御をなされる複数のピクセルの総体を被記録物体とし、
   物体光の照射は、該物体光が上記集光手段により直線状に集光されて形成された光の線をこの線の方向に直交する方向に走査して上記各ピクセルの列毎に順次照射する請求項１記載のホログラム記録再生装置。

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