JP4560055B2

JP4560055B2 - デジタルデータ記録波面補正装置及びデジタルデータ記録波面補正方法

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Publication number: JP4560055B2
Application number: JP2007009169A
Authority: JP
Inventors: 紀彦石井; 延博木下; 哲彦室井; 晃司上條; 直樹清水
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2027-01-18
Also published as: JP2008176859A

Description

本発明は、ホログラム記録の際における干渉光の波面の歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正装置及びデジタルデータ記録波面補正方法に関する。

ホログラム記録では、一般に、画像情報を有する物体光を参照光とともに光記録媒体（ホログラム記録媒体）に同時に照射し、ホログラム記録媒体中に形成される当該２つの光によ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、当該画像情報を記録する。一方、このようにして干渉縞が記録されたホログラム記録媒体に参照光を照射すると、ホログラム記録媒体中の干渉縞によって光の回折が生じて、物体光が担持していた画像情報を再生することができる。

ところで、デジタルホログラムでは、液晶等の空間光変調素子で駆動してレーザ光を変調して、デジタルデータを示す画像情報を担持する物体光を生成する。次に、この物体光を参照光と干渉させて干渉光を生成し、集光レンズで集光することによりフーリエ変換を施してホログラム記録媒体上に干渉縞を記録する。再生時には再生用参照光を、当該干渉縞が記録されているホログラム記録媒体上に照射し、干渉縞からの再生光をレンズで平行光に戻し、二次元受光素子［ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）センサ等］で受光して、当該デジタルデータを読み取ることとなる。

ここで、図６を参照して、従来のホログラム記録装置について説明する。図６は、従来のホログラム記録装置の構成を模式的に示した模式図である。図６に示すように、ホログラム記録装置１００は、デジタルデータをホログラム記録媒体１１０に記録するものであり、レーザ光源１０１と、シャッタ１０２と、ハーフミラー１０３と、ミラー１０４と、集光レンズ１０５と、１／２波長板１０６と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０７と、反射型液晶素子１０８と、集光レンズ１０９とを備える。

ここで、レーザ光源１０１から出力され、シャッタ１０２を通過したレーザ光［ここでは縦偏光（Ｓ偏光）］は、ハーフミラー１０３によって２つの光に分割され、一方は参照光とされ、ミラー１０４及び集光レンズ１０５を介してホログラム記録媒体１１０上に照射される。また、ハーフミラー１０３によって２つの光に分割されたうちの他方のレーザ光は、１／２波長板１０６によって横偏光（Ｐ偏光）に変換されて物体光としてＰＢＳ１０７を透過し、反射型液晶素子１０８上に照射される。物体光は、反射型液晶素子１０８の素子面に映出された白と黒のビットパターンによる画像のデジタルデータを担持し、その反射光はＳ偏光に変換され（実際には、白表示とされた素子からの光がＳ偏光に変換されたものとなる）、ＰＢＳ１０７に戻る。このＰＢＳ１０７は、Ｐ偏光の光を透過しＳ偏光の光を反射するため、反射型液晶素子１０８からの物体光は、このＰＢＳ１０７により反射され、集光レンズ１０９を介してホログラム記録媒体１１０上に照射される。このようにしてホログラム記録媒体１１０上に照射された参照光と物体光はいずれもＳ偏光となり、このホログラム記録媒体１１０上で干渉して、ホログラム記録媒体１１０に干渉縞が記録される。

しかし、デジタルデータを記録する際において、レーザ光の波面は、光学系を構成する各光学素子の歪みによって乱れた状態となる。また、光路中には反射型液晶素子１０８や各種の光学素子を挿入配置する必要上、特に物体光においては光路長が比較的長くなる。そして、使用光の可干渉距離（コヒーレンス長）は、この物体光と参照光の光路長差より大きくする必要があるため、干渉情報には、ノイズ光に伴う干渉ノイズも多く含まれる。更に、特に物体光の光路長が比較的長くなるため、波面には空気の擾乱の影響による歪みも生じる。

このように、ホログラム記録媒体上に照射される干渉光は、波面の乱れた状態となっているため、ホログラム記録においてはデジタルデータの高精度の記録を行うことが困難であった。そして、従来、ホログラム記録装置において、その光学系の収差により発生する干渉光の波面の歪みを補正する手法として、補償光学という技術を用いたものがある（特許文献１参照）。
特開平５−１７３４６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された手法は、記録データが連続である場合に限って用いることができるものであり、更にその補正操作はホログラムの像再生段階において行われるものである。したがって、記録段階においてデータが離散値（デジタルデータ）である場合には波面の歪みを測定することが困難であり、そのため波面の歪みを補正することができないという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、デジタルデータをホログラム記録媒体に記録する段階において、光学素子の歪みや空気の擾乱等により生じる干渉光の波面の歪みを補正することができるデジタルデータ記録波面補正装置及びデジタルデータ記録波面補正方法を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するため、請求項１に記載のデジタルデータ記録波面補正装置は、デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正装置であって、前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段と、前記記録媒体を通過した前記物体光である補正用物体光と、前記記録媒体を通過した前記参照光である補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段と、前記補正用物体光の光路上において、前記記録媒体と前記光検出手段との間に配設され、前記補正用物体光を、前記光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小光学系と、前記光検出手段によって測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算手段とを備え、前記光位相可変手段が、前記演算手段によって算出された前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する構成とした。

かかる構成によれば、デジタルデータ記録波面補正装置は、物体光が離散値（デジタルデータ）を示す画像の光であっても、補正用物体光のビーム径を縮小することで光検出手段によって補正用物体光を照射面において均一な光、つまり、連続した光として検出することができる。これによってデジタルデータ記録波面補正装置は、波面の歪みのみを示す干渉縞を検出でき、波面の歪みを解析して、その位相変動を抑制することができる。なお、記録媒体を通過した物体光及び参照光とは、透過型ホログラムによって記録する記録媒体を用いる場合には記録媒体を透過した物体光及び参照光、反射型ホログラムによって記録する記録媒体を用いる場合には記録媒体で反射した物体光及び参照光を示す。

また、請求項２に記載のデジタルデータ記録波面補正装置は、デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正装置であって、前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段と、前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光から一部の光を補正用物体光として分離する物体光分離手段と、前記参照光の光路上において前記光位相可変手段と前記記録媒体との間に配設され、前記参照光から一部の光を補正用参照光として分離する参照光分離手段と、前記補正用物体光と、前記補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段と、前記補正用物体光の光路上において、前記物体光分離手段と前記光検出手段との間に配設され、前記補正用物体光を、前記光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小光学系と、前記光検出手段によって測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算手段とを備え、前記光位相可変手段が、前記演算手段によって算出された前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する構成とした。

かかる構成によれば、デジタルデータ記録波面補正装置は、物体光が離散値を示す画像の光であっても、補正用物体光のビーム径を縮小することで光検出手段によって補正用物体光を照射面において均一な光、つまり、連続な光として検出することができる。これによってデジタルデータ記録波面補正装置は、波面の歪みのみを示す干渉縞を検出でき、波面の歪みを解析して、その位相変動を抑制することができる。なお、一部の光とは、分離前の物体光及び参照光と比べて波長領域や担持される画像の情報等は変化せず、光の強度のみが一部分割された光を示す。

更に、請求項３に記載のデジタルデータ記録波面補正装置は、請求項２に記載のデジタルデータ記録波面補正装置において、前記物体光集光光学系に入射する物体光、及び、前記参照光集光光学系に入射する参照光がいずれも平行光であり、前記物体光分離手段が、前記物体光の光路上において、前記物体光集光光学系と、前記記録媒体との間に配設され、前記参照光分離手段が、前記参照光の光路上において、前記参照光集光光学系の前段に配設され、前記ビーム径縮小光学系が、前記物体光集光光学系よりも短焦点であり、前記光検出手段に送る補正用物体光を縮小してかつ平行光に変換する構成とした。

かかる構成によれば、デジタルデータ記録波面補正装置は、物体光分離手段によって、物体光集光光学系によって集光される物体光から補正用物体光を分離して、ビーム径縮小光学系によって物体光よりビーム径の縮小された平行光とするとともに、参照光分離手段によって、平行光の参照光から補正用参照光を分離する。そして、デジタルデータ記録波面補正装置は、これらの光を光検出手段に照射し、干渉縞を検出してその位相変動を抑制することができる。

また、請求項４に記載のデジタルデータ記録波面補正方法は、デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正方法であって、前記記録媒体を通過した前記物体光である補正用物体光を、当該補正用物体光と前記記録媒体を通過した前記参照光である補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小ステップと、前記光検出手段によって、前記ビーム径縮小ステップにおいてビーム径の縮小された補正用物体光と前記補正用参照光とを照射して生成された前記干渉縞を測定する干渉縞検出ステップと、この干渉縞検出ステップにおいて測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算ステップと、前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段によって、前記演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する光位相調整ステップとを含むことを特徴とする。

この方法によれば、物体光が離散値を示す画像の光であっても、補正用物体光のビーム径を縮小することで干渉縞を測定する光検出手段によって補正用物体光を連続した光として検出することができる。これによって波面の歪みのみを示す干渉縞を検出でき、波面の歪みを解析して、その位相変動を抑制することができる。

また、請求項５に記載のデジタルデータ記録波面補正方法は、デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正方法であって、前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光から一部の光を補正用物体光として分離する物体光分離手段によって分離された補正用物体光を、当該補正用物体光と、前記参照光の光路上において前記記録媒体の前段に配設され、前記参照光から一部の光を補正用参照光として分離する参照光分離手段によって分離された補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小ステップと、前記光検出手段によって、前記ビーム径縮小ステップにおいてビーム径の縮小された補正用物体光と、前記補正用参照光とを照射して生成された前記干渉縞を測定する干渉縞検出ステップと、この干渉縞検出ステップにおいて測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算ステップと、前記物体光の光路上において前記物体光分離手段より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記参照光分離手段より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段によって、前記演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する光位相調整ステップとを含むことを特徴とする。

本発明に係るデジタルデータ記録波面補正装置及びデジタルデータ記録波面補正方法では、以下のような優れた効果を奏する。請求項１及び請求項４に記載の発明によれば、光学素子の歪みや空気の擾乱等により物体光に生じている波面の歪みを良好に測定することができ、この測定結果を用いることによって高精度な位相変動補正を行うことができる。更に、波面の歪みが抑制された干渉光により記録媒体にデジタルデータの記録を行うことが可能となるので、データ記録の多重度を上げることができるとともに、信号対雑音比（ＳＮＲ；Signal to Noise Ratio）を向上させることができ、高密度記録が可能となる。更に、記録媒体を通過した後の物体光及び参照光をそれぞれ補正用物体光及び補正用参照光として用いることで、記録媒体に入射する物体光及び参照光の量を減少させることなく波面の歪みを測定することができる。

請求項２及び請求項５に記載の発明によれば、光学素子の歪みや空気の擾乱等により物体光に生じている波面の歪みを良好に測定することができ、この測定結果を用いることによって高精度な位相変動補正を行うことができる。更に、波面の歪みが抑制された干渉光により記録媒体にデジタルデータの記録を行うことが可能となるので、データ記録の多重度を上げることができるとともに、信号対雑音比を向上させることができ、高密度記録が可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、光検出手段によって、平行光の補正用物体光と、平行光の補正用参照光との干渉縞を測定するため、演算手段による位相変動量の算出が容易になるとともに、参照光集光光学系によって集光される前に参照光から平行光の補正用参照光を分離するため、補正用参照光を平行光に変換するための光学系が必要なくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［ホログラム記録装置の構成（第一の実施の形態）］
まず、図１を参照して、本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置Ｔを有するホログラム記録装置Ｓの構成について説明する。図１は、本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置を有するホログラム記録装置の構成を模式的に示した構成図である。なお、図１では、レーザ光の光路を一点鎖線で模式的に示し、進行方向を矢印で示している。

ホログラム記録装置Ｓは、干渉光の波面の歪みを補正して、ホログラム記録媒体（記録媒体）Ｍにデジタルデータを記録するものである。ホログラム記録装置Ｓは、レーザ光源１と、シャッタ２と、ハーフミラー３と、ピエゾミラー４と、集光レンズ５、９、１０、１２と、１／２波長板６と、ＰＢＳ７と、反射型液晶素子８と、二次元光センサ１１と、ミラー１３と、ＦＦＴ演算部１４と、ピエゾミラー駆動部１５とを備える。

また、ホログラム記録装置Ｓは、内部にデジタルデータ記録波面補正装置Ｔを備える。このデジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、デジタルデータの記録時に物体光と参照光との干渉光の波面の歪みを測定して、この測定結果に基づいて参照光の位相変動を補正することで、干渉光の波面の歪みを補正するものである。ここでは、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、ピエゾミラー４と、集光レンズ１０、１２と、二次元光センサ１１と、ミラー１３と、ＦＦＴ演算部１４と、ピエゾミラー駆動部１５とから構成される。以下、ホログラム記録装置Ｓ内の各構成について説明する。

レーザ光源１は、物体光及び参照光となるレーザ光を出射するものであり、例えば、青紫色レーザ光を出射する半導体レーザのような、一般的なレーザによって構成することができる。レーザ光源１から出射したレーザ光は、シャッタ２に入射する。なお、ここでは、レーザ光源１からＳ偏光のレーザ光（平行光）が出射することとする。

シャッタ２は、ホログラム記録媒体Ｍへのレーザ光の照射を制御するものである。このシャッタ２を通過したレーザ光は、ハーフミラー３に入射する。

ハーフミラー３は、入射したレーザ光を、透過する光と反射する光との２つの光に分割するものである。ここでは、ハーフミラー３で反射したレーザ光を参照光、透過したレーザ光を物体光として用いた。ハーフミラー３で反射した参照光は、入射光の光路に対して直交する方向に光路を変えてピエゾミラー４に、透過した物体光は直進して１／２波長板６に入射する。

ピエゾミラー（光位相可変手段）４は、二次元方向に配列され、表面に鏡面（図示せず）を有する複数のピエゾ素子（図示せず）から構成され、ピエゾ素子の鏡面によって参照光を反射して光路の向きを変えるとともに、各々のピエゾ素子によって鏡面の位置を当該鏡面に対して垂直方向に移動させることで参照光の光路長を変化させ、参照光の位相を調整するものである。なお、ピエゾ素子は、印加電圧によって長さが変化する素子であり、ナノメートルオーダーで長さを変化させられる素子を選択することで、波長４００ｎｍから５００ｎｍ程度の光の位相を正確に制御することができる。また、二次元方向に配列された複数のピエゾ素子を有するピエゾミラー４を用いることで、参照光の照射面における各々のピエゾ素子の鏡面において、個別に位相を変化させることができる。このピエゾミラー４の各々のピエゾ素子は、後記するピエゾミラー駆動部１５によって制御される。このピエゾミラー４において反射した参照光は、ホログラム記録媒体Ｍ上において物体光と交差する方向に光路を変えて集光レンズ５に入射する。

集光レンズ（参照光集光光学系）５は、参照光を集光して、ホログラム記録媒体Ｍに照射するものである。この集光レンズ５は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズ等から構成される。ここで、ホログラム記録媒体Ｍは、レーザ光源１からのレーザ光を透過する材料で構成されており、集光レンズ５によってホログラム記録媒体Ｍに照射された参照光の一部は、ホログラム記録媒体Ｍを透過して集光レンズ１０に入射する。ここでは、ホログラム記録媒体Ｍを透過した参照光を補正用参照光とした。なお、ホログラム記録媒体Ｍの感光材料としては、例えば、フォトポリマを用いることができる。

１／２波長板６は、Ｓ偏光の物体光をＰ偏光の物体光に変換するものである。ここで１／２波長板６を通過した物体光はＰＢＳ７に入射する。

ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）７は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するビームスプリッタである。ここでは、ＰＢＳ７は、１／２波長板６を通過したＰ偏光の物体光を透過して反射型液晶素子８に入射させるとともに、反射型液晶素子８から入射したＳ偏光の物体光を反射して、入射光の光路に対して直交する方向に光路を変えて集光レンズ９に入射させる。

反射型液晶素子８は、ＰＢＳ７から入射されたＰ偏光の物体光に、当該反射型液晶素子８の素子面（図示せず）に映出された白と黒のビットパターンによる画像のデジタルデータ（ページデータ）を担持させるとともに、素子内における振動面（図示せず）の回転により、反射光をＳ偏光に変換するものである。ここで、反射型液晶素子８に物体光が入射すると、白表示とされた素子のみで物体光が反射してＳ偏光に変換され、素子面に映出された白と黒のビットパターンを有するＳ偏光の物体光となる。

集光レンズ（物体光集光光学系）９は、物体光を集光して、ホログラム記録媒体Ｍに照射するものである。この集光レンズ９は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズ等から構成される。なお、ここで集光レンズ９によってホログラム記録媒体Ｍに照射された物体光の一部は、ホログラム記録媒体Ｍを透過して集光レンズ１２に入射する。ここでは、ホログラム記録媒体Ｍを透過した物体光を補正用物体光とした。

なお、集光レンズ５と集光レンズ９とによってホログラム記録媒体Ｍに、互いに同一方向の振動面を有する直線偏光である参照光と物体光とが照射され、反射型液晶素子８上に表示されたデジタルデータを反映した干渉縞がホログラム記録媒体Ｍに形成される。これによって、デジタルデータが干渉縞の形態でホログラム記録媒体Ｍに記録される。

集光レンズ１０は、ホログラム記録媒体Ｍを透過した補正用参照光を平行光に変換するものである。この集光レンズ１０は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズ等から構成される。この集光レンズ１０から出射した補正用参照光は、二次元光センサ１１に入射する。

二次元光センサ（光検出手段）１１は、集光レンズ１０からの補正用参照光と、ミラー１３からの補正用物体光とによって形成された干渉縞（補正用干渉縞）を撮像し、その画像情報を光電変換するものである。この二次元光センサ１１は、例えばＣＣＤから構成することができる。ここで生成された画像情報は、ＦＦＴ演算部１４に出力される。

ここで、二次元光センサ１１に入射する補正用物体光は物体光の縮小光であり、補正用物体光のビットデータの白の部分（光のある部分）と黒の部分（光のない部分）の各領域が縮小されている。そうすると、二次元光センサ１１の光学解像度に対して白の部分と黒の部分の各領域が小さくなり、更に、黒の部分に白の部分の光が散乱するため、二次元光センサ１１によって補正用物体光は照射面においてほぼ均一な光として検出される。ここで、この補正用物体光には、物体光の波面に加えられた歪みが付与されている。そして、補正用物体光は縮小されることにより二次元光センサ１１の全画面において白のレベルとされるので、物体光に離散値（デジタルデータ）が担持されていても、二次元光センサ１１において純粋な波面の歪みのみを示す補正用干渉縞を検出でき、後記するＦＦＴ演算部１４によって波面の歪みを測定することが可能になる。

更に、二次元光センサ１１を物体光及び参照光の光路上においてホログラム記録媒体Ｍの後段に配設し、ホログラム記録媒体Ｍを透過した後の物体光及び参照光をそれぞれ補正用物体光及び補正用参照光として用いることで、二次元光センサ１１は、ホログラム記録媒体Ｍに入射する物体光及び参照光の量を減少させることなく波面の歪みを測定することができる。

集光レンズ（ビーム径縮小光学系）１２は、ホログラム記録媒体Ｍを透過した補正用物体光を平行光に変換するものである。この集光レンズ１２は、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズ等から構成される。ここで、集光レンズ１２は、集光レンズ９より短焦点であり、入射した補正用物体光を、集光レンズ９に入射した物体光よりビーム径の小さい平行光に変換する。この集光レンズ１２から出射した補正用物体光は、ミラー１３に入射する。

ミラー１３は、集光レンズ１２から出射した補正用物体光の光路の向きを変更するものである。このミラー１３において反射した補正用物体光は、二次元光センサ１１上において補正用参照光と交差する方向に光路を変え、二次元光センサ１１に入射する。

ＦＦＴ演算部（演算手段）１４は、入力された画像情報（補正用干渉縞のグレースケール）についてのＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）演算処理を行い、補正用干渉縞から位相変動量を算出するものである。このＦＦＴ演算部１４は、コンピュータにおいてＦＦＴ演算処理を行うプログラムを動作させることとしてもよい。ここで算出された位相変動量の情報は、ピエゾミラー駆動部１５に出力される。

ピエゾミラー駆動部１５は、ＦＦＴ演算部１４から入力された位相変動量の情報に基づいて、その位相変動量を補償するように、参照光の光路中に配設されたピエゾミラー４を駆動するものである。

［デジタルデータ記録波面補正装置の動作（第一の実施の形態）］
次に、図２を参照（適宜図１参照）して、本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置Ｔが、デジタルデータの記録時に波面の歪みを修正する動作について説明する。図２は、本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置が波面の歪みを修正する動作を示したフローチャートである。なお、ここでは、集光レンズ１２によって、ホログラム記録媒体Ｍを透過した物体光がビーム径の縮小された平行光の補正用物体光に変換される（ビーム径縮小ステップ）とともに、集光レンズ１０によって、ホログラム記録媒体Ｍを透過した参照光が平行光の補正用参照光に変換され、この補正用物体光と補正用参照光とに基づいて、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔが波面の歪みを修正する動作について説明する。

まず、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、集光レンズ１２からの補正用物体光と、集光レンズ１０からの補正用参照光との干渉縞である補正用干渉縞を、二次元光センサ１１によって撮像する（ステップＳ１１；干渉縞検出ステップ）。続いて、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、ＦＦＴ演算部１４によって、ステップＳ１１において撮像された補正用干渉縞のグレースケールの画像についてＦＦＴ演算処理を施し、得られた演算値から位相成分を抽出して位相変動量を算出する（ステップＳ１２；演算ステップ）。

そして、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、ピエゾミラー駆動部１５によって、ステップＳ１２において算出された位相変動量に基づいてピエゾミラー４を駆動して、その位相変動量を補償するようにピエゾミラー４によって参照光の光路長を調整し（ステップＳ１３；光位相調整ステップ）、ステップＳ１１に戻る。

以上の動作によって、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、デジタルデータの記録時に位相変動を抑制し、干渉光の波面の歪みを補正することができる。そして、物体光と参照光を撮像素子（図示せず）上で干渉させ、得られた干渉縞の位相に基づいて位相変動を補償する手法では、従来は物体光がデジタルデータを担持している場合には干渉光の波面の歪みによる位相変動をデータの記録時にリアルタイムで検出することは困難であったが、集光レンズ１２によって物体光をビーム径が縮小された平行光の補正用物体光に変換することで二次元光センサ１１において純粋な波面の歪みのみを示す補正用干渉縞を検出できる。これによって、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔは、物体光がデジタルデータを担持している場合でも干渉波に生じる波面の歪みをリアルタイムで検出して、その位相変動を抑制することができる。

ここで、図３及び図４を参照（適宜図１参照）して、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔによって波面の歪みの補正を行わない場合と補正を行った場合とにおける干渉光の位相変動及びＳＮＲを、具体例を参照して説明する。図３は、デジタルデータ記録波面補正装置によって波面の歪みの補正を行わない場合と補正を行った場合とにおける干渉光の位相の時間変化を示すグラフ、（ａ）は、波面の歪みの補正を行わない場合の干渉光の位相の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は、波面の歪みの補正を行った場合の干渉光の位相の時間変化を示すグラフである。図４は、図３に示す位相変動条件のもとでホログラム記録装置によってデジタルデータ（ビットデータ）をホログラム記録媒体に記録した後に再生した再生画像の階調のヒストグラム、（ａ）は、図３（ａ）の位相条件のもとで記録再生した再生画像の階調のヒストグラム、（ｂ）は、図３（ｂ）の位相条件のもとで記録再生した再生画像の階調のヒストグラムである。なお、ここでは、再生画像を２５６階調とした。

図３に示すグラフは、物体光をすべて白レベルのデジタルデータとした場合の補正用干渉縞を二次元光センサ１１で撮像し、そのうちの１ライン（すなわち、１次元データ）を対象として測定した場合における位相の時間変化を示すものであり、ホログラム記録時における干渉光の波面の揺らぎを示すものである。ここで、横軸は位相測定の経過時間（秒）であり、縦軸は測定した位相値（°）である。図３（ａ）に示すように、干渉光は空気の擾乱を始めとする種々の要因により波面に歪みが生じ、干渉縞の位相が−１２０〜３０°の範囲で大きく変動していることが分かる。一方、図３（ｂ）に示すように、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔによって波面の歪みを補正すると、位相がほぼ０°付近に収束することが分かる。

更に、図４（ａ）に示すように、波面の歪みを補正しない場合には再生光のＳＮＲが２．６ｄＢであった。一方、図４（ｂ）に示すように、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔによって波面の歪みを補正した場合にはＳＮＲが７．６ｄＢであり、補正しない場合に比べてＳＮＲが５ｄＢ向上した。

［ホログラム記録装置の構成（第二の実施の形態）］
次に、図５を参照して、本発明における第二の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置ＴＡを有するホログラム記録装置ＳＡの構成について説明する。図５は、本発明における第二の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置を有するホログラム記録装置の構成を模式的に示した構成図である。図５に示すように、ホログラム記録装置ＳＡは、干渉光の波面の歪みを補正して、ホログラム記録媒体Ｍにデジタルデータを記録するものである。

ホログラム記録装置ＳＡは、ホログラム記録装置Ｓ（図１参照）の集光レンズ１０及びミラー１３を備えず、集光レンズ１２に替えて集光レンズ１２Ａを備え、更に、ハーフミラー１６Ａ、１７Ａを付加して構成した。ホログラム記録装置ＳＡ内の集光レンズ１２Ａ及びハーフミラー１６Ａ、１７Ａ以外の構成は、図１に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。

また、ホログラム記録装置ＳＡは、内部にデジタルデータ記録波面補正装置ＴＡを備える。このデジタルデータ記録波面補正装置ＴＡは、デジタルデータの記録時に物体光と参照光との干渉光の波面の歪みを測定して、この測定結果に基づいて参照光の位相変動を補正することで、干渉光の波面の歪みを補正するものである。ここでは、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡは、ピエゾミラー４と、集光レンズ１２Ａと、二次元光センサ１１と、ＦＦＴ演算部１４と、ピエゾミラー駆動部１５と、ハーフミラー１６Ａ、１７Ａとから構成される。

なお、デジタルデータ記録波面補正装置Ｔ（図１参照）においては、二次元光センサ１１がホログラム記録媒体Ｍの後段に配されているのに対し、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡでは、二次元光センサ１１がホログラム記録媒体Ｍの前段に配されている点で相違している。そして、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡでは、ホログラム記録媒体Ｍに照射される前に物体光及び参照光から一部の光を分離して補正用物体光及び補正用参照光とし、二次元光センサ１１上で干渉させることとした。

集光レンズ（ビーム径縮小光学系）１２Ａは、ハーフミラー１６Ａで反射した物体光である補正用物体光を平行光に変換するものである。この集光レンズ１２Ａは、例えば、凸レンズやフーリエ変換レンズ等から構成される。ここで、集光レンズ１２Ａは、集光レンズ９より短焦点であり、入射した補正用物体光を、集光レンズ９に入射した物体光よりビーム径の小さい平行光に変換する。この集光レンズ１２から出射した補正用物体光は、二次元光センサ１１に入射する。この集光レンズ１２Ａによって、物体光よりビーム径の縮小された補正用物体光に変換することで、二次元光センサ１１において波面の歪みのみを示す補正用干渉縞を検出することができる。

ハーフミラー（物体光分離手段）１６Ａは、集光レンズ９から出射した物体光を、透過する光と反射する光との２つの光に分割するものである。ここでは、ハーフミラー１６Ａで反射したレーザ光を補正用物体光、透過したレーザ光を物体光として用いた。ハーフミラー１６Ａで反射した補正用物体光は、入射光の光路に対して直交する方向に光路を変えて集光レンズ１２Ａに、透過した物体光は直進してホログラム記録媒体Ｍに入射する。

ハーフミラー（参照光分離手段）１７Ａは、ピエゾミラー４からの参照光を、透過する光と反射する光との２つの光に分割するものである。ここでは、ハーフミラー１７Ａで反射したレーザ光を補正用参照光、透過したレーザ光を参照光として用いた。ハーフミラー１７Ａで反射した補正用参照光は、光路の方向を変えて二次元光センサ１１に、透過した参照光は直進してホログラム記録媒体Ｍに入射する。ここで、ハーフミラー１７Ａは参照光の光路上において集光レンズ５の前段に配されるため、ハーフミラー１７Ａには参照光の平行光が入射する。そのため、ハーフミラー１７Ａにおいて反射した補正用参照光は平行光となり、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡは、補正用参照光を平行光に変換するための集光レンズを必要とせず、そのまま二次元光センサ１１に照射することができる。

なお、本発明のデジタルデータ記録波面補正装置は、前記の実施形態に限定されず、種々の態様の変更が可能である。例えば、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡでは、ハーフミラー１７Ａによって、集光前の参照光から補正用参照光を取り出すこととしたが、物体光と同様に、集光レンズ５の後段にハーフミラー（図示せず）を配し、集光後に補正用参照光を取り出して、このハーフミラーと二次元光センサ１１との間に、補正用参照光を平行光に変換するための集光レンズ（図示せず）を更に配して、この集光レンズによって補正用参照光を平行光へと戻すこととしてもよい。

また、ここでは、ピエゾミラー４を参照光の光路上に配設し、参照光の位相を調整することとしたが、物体光の光路上に配設し、物体光の位相を調整することとしてもよい。更に、ピエゾミラー４の代わりに部分的に光の位相を変化させることが可能な、例えば、デフォーマブルミラーや液晶素子、ＥＯ変調器、可動回折格子を使用することとしてもよい。また、反射型液晶素子８に替えて、透過型の液晶素子等の他のＳＬＭ（空間変調素子）を用いることも可能である。

更に、ここでは、平行光の補正用物体光と、平行光の補正用参照光とを二次元光センサ１１に照射することとしたが、発散光又は収束光の補正用物体光や補正用参照光を照射することとしてもよい。ただし、発散光や収束光と、平行光との干渉縞は同心円となるが、平行光と平行光の干渉縞は直線となり測定がより容易であるため、平行光の補正用物体光と、平行光の補正用参照光とを用いることが好ましい。

また、デジタルデータ記録波面補正装置ＴＡでは、物体光及び参照光からそれぞれ補正用物体光及び補正用参照光を分離する物体光分離手段及び参照光分離手段としてハーフミラー１６Ａ、１７Ａを用いることとしたが、ハーフミラー１６Ａ、１７Ａに代えて、例えば、ガラス等を光の進行方向に対して斜めに挿入することとしてもよい。このとき、ガラスは無反射コートをしていない場合には入射光量の４％程度を反射し、この反射光を補正用物体光及び補正用参照光とすることができる。なお、ガラスを斜めに挿入すると、屈折によりガラスを透過する光の光路がわずかに変化するため、他の光学素子もそれに合わせた配置にする必要がある。

更に、ここでは、補正用干渉縞を二次元光センサ１１によって測定することとしたが、一次元方向のみに光を検出できる一次元光センサ（図示せず）を用いることとしてもよい。なお、光の位相を調整する光位相可変手段（ここではピエゾミラー４）によって二次元方向に部分的に位相を調整する場合には、二次元光センサ１１を用いる必要がある。一方、光位相可変手段が二次元方向に分割されておらず、面全体を動かすことしかできない場合には、一次元光センサを用いることもできる。

本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置を有するホログラム記録装置の構成を模式的に示した構成図である。本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置が波面の歪みを修正する動作を示したフローチャートである。本発明における第一の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置によって波面の歪みの補正を行わない場合と補正を行った場合とにおける干渉光の位相の時間変化を示すグラフ、（ａ）は、波面の歪みの補正を行わない場合の干渉光の位相の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は、波面の歪みの補正を行った場合の干渉光の位相の時間変化を示すグラフである。図３に示す位相変動条件のもとでホログラム記録装置によってデジタルデータをホログラム記録媒体に記録した後に再生した再生画像の階調のヒストグラム、（ａ）は、図３（ａ）の位相条件のもとで記録再生した再生画像の階調のヒストグラム、（ｂ）は、図３（ｂ）の位相条件のもとで記録再生した再生画像の階調のヒストグラムである。本発明における第二の実施の形態であるデジタルデータ記録波面補正装置を有するホログラム記録装置の構成を模式的に示した構成図である。従来のホログラム記録装置の構成を模式的に示した模式図である。

符号の説明

Ｓ、ＳＡホログラム記録装置
Ｔ、ＴＡデジタルデータ記録波面補正装置
４ピエゾミラー（光位相可変手段）
５集光レンズ（参照光集光光学系）
９集光レンズ（物体光集光光学系）
１１二次元光センサ（光検出手段）
１２、１２Ａ集光レンズ（ビーム径縮小光学系）
１４ＦＦＴ演算部（演算手段）
１６Ａハーフミラー（物体光分離手段）
１７Ａハーフミラー（参照光分離手段）

Claims

デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正装置であって、
前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段と、
前記記録媒体を通過した前記物体光である補正用物体光と、前記記録媒体を通過した前記参照光である補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段と、
前記補正用物体光の光路上において、前記記録媒体と前記光検出手段との間に配設され、前記補正用物体光を、前記光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小光学系と、
前記光検出手段によって測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算手段とを備え、
前記光位相可変手段が、前記演算手段によって算出された前記位相変動量を補償するように前記位相を調整することを特徴とするデジタルデータ記録波面補正装置。
デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正装置であって、
前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段と、
前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光から一部の光を補正用物体光として分離する物体光分離手段と、
前記参照光の光路上において前記光位相可変手段と前記記録媒体との間に配設され、前記参照光から一部の光を補正用参照光として分離する参照光分離手段と、
前記補正用物体光と、前記補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段と、
前記補正用物体光の光路上において、前記物体光分離手段と前記光検出手段との間に配設され、前記補正用物体光を、前記光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小光学系と、
前記光検出手段によって測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算手段とを備え、
前記光位相可変手段が、前記演算手段によって算出された前記位相変動量を補償するように前記位相を調整することを特徴とするデジタルデータ記録波面補正装置。
前記物体光集光光学系に入射する物体光、及び、前記参照光集光光学系に入射する参照光がいずれも平行光であり、
前記物体光分離手段が、前記物体光の光路上において、前記物体光集光光学系と、前記記録媒体との間に配設され、
前記参照光分離手段が、前記参照光の光路上において、前記参照光集光光学系の前段に配設され、
前記ビーム径縮小光学系が、前記物体光集光光学系よりも短焦点であり、前記光検出手段に送る補正用物体光を縮小してかつ平行光に変換することを特徴とする請求項２に記載のデジタルデータ記録波面補正装置。
デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正方法であって、
前記記録媒体を通過した前記物体光である補正用物体光を、当該補正用物体光と前記記録媒体を通過した前記参照光である補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小ステップと、
前記光検出手段によって、前記ビーム径縮小ステップにおいてビーム径の縮小された補正用物体光と前記補正用参照光とを照射して生成された前記干渉縞を測定する干渉縞検出ステップと、
この干渉縞検出ステップにおいて測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算ステップと、
前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段によって、前記演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する光位相調整ステップと、
を含むことを特徴とするデジタルデータ記録波面補正方法。
デジタルデータの複数のビットの情報を示す画像の光である物体光を記録媒体に集光する物体光集光光学系と、参照光を前記記録媒体に集光する参照光集光光学系とを備えるホログラム記録装置によって、前記物体光と前記参照光との干渉光の干渉縞を前記記録媒体に記録する際に、前記干渉光の波面に生じた歪みを補正するデジタルデータ記録波面補正方法であって、
前記物体光の光路上において前記記録媒体より前段に配設され、前記物体光から一部の光を補正用物体光として分離する物体光分離手段によって分離された補正用物体光を、当該補正用物体光と、前記参照光の光路上において前記記録媒体の前段に配設され、前記参照光から一部の光を補正用参照光として分離する参照光分離手段によって分離された補正用参照光とを照射して生成された干渉縞を測定する光検出手段の照射面において前記物体光集光光学系に入射する際の前記物体光よりビーム径の縮小された光とするビーム径縮小ステップと、
前記光検出手段によって、前記ビーム径縮小ステップにおいてビーム径の縮小された補正用物体光と、前記補正用参照光とを照射して生成された前記干渉縞を測定する干渉縞検出ステップと、
この干渉縞検出ステップにおいて測定された測定値に基づいて、前記波面の歪みによる位相変動量を算出する演算ステップと、
前記物体光の光路上において前記物体光分離手段より前段に配設され、前記物体光の位相を調整する、又は、前記参照光の光路上において前記参照光分離手段より前段に配設され、前記参照光の位相を調整する光位相可変手段によって、前記演算ステップにおける演算結果に基づいて、前記位相変動量を補償するように前記位相を調整する光位相調整ステップと、
を含むことを特徴とするデジタルデータ記録波面補正方法。