JP4974960B2

JP4974960B2 - 角度多重ホログラム記録角度特定方法

Info

Publication number: JP4974960B2
Application number: JP2008117872A
Authority: JP
Inventors: 延博木下; 哲彦室井; 紀彦石井; 直樹清水; 晃司上條
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: JP2009265534A

Description

本発明は、角度多重ホログラム記録角度特定方法に関し、特に、離散的なデジタルデータ（例えば大容量の保存用アーカイブデータ）のホログラフィックメモリへの角度多重記録を行う際における、角度多重の設定角度（角度スケジュール）を決定する方法に関するものである。

近年、大容量かつ高速な記録システムとしてホログラフィックメモリが注目されている。ホログラフィックメモリは、同一光源から発せられた参照光および信号光と称される２つのコヒーレント光を干渉させ、生じた干渉縞を記録媒体に屈折率変化として記録、保持する。通常、信号光はページデータと称される２次元データ画像により空間的に変調されたものである。参照光の条件（例えば記録媒体への入射角度、波長、または波面等）を変化させながら、記録媒体の同一領域に複数のページデータを多重して記録することができるため大容量化が可能である。

このうち、入射角度を変えながら多重記録するものは角度多重方式と称されている。
角度多重方式においては、参照光をガルバノミラーによって角度変更したり、参照光と信号光により形成される平面内で記録媒体を回転させたりして、参照光の媒体への入射角度を少しずつ変えながら複数のページデータをホログラムの形態で多重記録する。

ところで、隣接するホログラム同士の間隔を狭くすると多くのページデータを記録することができる一方、隣接ホログラムとの間でクロストークが生じ易くなるため、最適な角度間隔を特定してホログラムを多重記録することが必要となる。

このため、上記最適な角度間隔を決定するための従来技術においては、例えば下記特許文献１に記載されているように、最適な角度間隔Δθをあらかじめ配列の情報として記憶しておき、この配列の情報に基づいて角度多重記録を行なうようにしている。この手法により、参照光の入射角度における限られた角度範囲、あるいは記録媒体回転における限られた角度範囲において、多くのページデータを記録することが可能となる。下記特許文献１ではスネルの法則とブラッグの角度選択特性に基き、理論的に角度間隔が導かれている。その結果として、下記特許文献１における式（５）あるいは図４に示されているように、角度間隔Δθはホログラム配列番号ｎに対して単調減少または単調増加の関係に設定すればよいとされている。
特開２００６−１５４１６３号

しかしながら、上記特許文献１記載のものにおいては、必ずしもホログラム配列番号に対する最適な設定角度（角度スケジュール）を効率的かつ効果的に決定することができなかった。

さらには、理論どおりに導かれた角度間隔によっては、必ずしも全てのホログラム記録に対してフラットなビット誤り率特性が得られないことを本発明者は実験的に見出しており、この点における改善が求められる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、設定角度順に配された各ホログラム記録に対する最適な設定角度（角度スケジュール）を効率的かつ効果的に決定する、角度多重ホログラム記録角度特定方法を提供することを目的とするものである。

さらに、角度多重された全てのホログラム記録に対してフラットなビット誤り率特性を得ることのできる角度多重ホログラム記録角度特定方法を提供することを目的とするものである。

そこで、本発明では次の方法により、最適な角度スケジュールを決定する。

すなわち、本発明の角度多重ホログラム記録角度特定方法は、
データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の同一領域に、角度多重により、該干渉光による干渉縞を多重記録するホログラム記録方法において、
角度多重によりホログラム記録される多重総数をＮとするとともに、３≦ｍ＜Ｎなる条件を満たすｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍを代表として選択し、
それらｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍの各々ついて、前記Ｎ個のホログラム記録を設定角度の順に配列したときにおける当該ホログラム記録と、これに隣接するホログラム記録との角度間隔Δθを規定し、
その後、設定角度順に付されたホログラム記録の配列番号ｎ（ｎはＮ以下の連続する自然数）と、当該ホログラム記録の隣接するホログラム記録との間の角度間隔Δθと、の対応関係を表す所定の座標系上に、前記ｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍを点としてプロットし、これらプロットされた各点を通る近似関数曲線を特定し、
該近似関数曲線に基き、前記Ｎ個のホログラム記録のうちの所望するホログラム記録における、隣接ホログラムとの角度間隔Δθを求めることを特徴とするものである。

ここで、前記所定の座標系が２次元直交座標系であり、
一方の軸が、設定角度順に付された前記ホログラム記録の配列番号ｎを表し、他方の軸が、当該ホログラム記録の隣接するホログラム記録との間の角度間隔Δθを表す座標系であることが好ましい。

また、この場合において、前記近似関数曲線を２次以上の高次多項式曲線とすることが好ましい。

さらに、前記ｍの値は、３以上、かつ１０以下の整数とすることが好ましい。

本発明の角度多重ホログラム記録角度特定方法においては、ホログラム記録の代表点を３点以上選択し、その各代表点における、隣接ホログラムとの角度間隔を所定の座標系上にプロットし、このプロットされた各代表点を通る近似関数曲線を求め、この後、この近似関数曲線に基いて、所望のホログラム記録における、隣接ホログラムとの角度間隔を求めるようにしており、これに基づき、各ホログラム記録に対する最適な設定角度を効率的かつ効果的に決定することが可能となる。

また、理論的導出に基づく手法だけでは、必ずしも誤り率特性が十分でない場合においても、３個以上の代表点における角度間隔を調整し、近似関数曲線に基いて、隣接ホログラムとの角度間隔を効率的に決定でき、フラットな誤り率特性を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る角度多重ホログラム記録角度特定方法を図面を参照しつつ説明する。

まず、図１を用いて本発明の実施形態に係る角度多重ホログラム記録角度特定方法の概略を説明する。

すなわち、この方法は、まず、角度多重によりホログラム記録される多重総数をＮとするとともに、３≦ｍ＜Ｎなる条件を満たすｍ個のホログラム記録を代表として特定し（図１、Ｓ１）、そのｍ個のホログラム記録（Ｐ_１〜Ｐ_ｍ）について、設定角度の順に配列したときに、隣接するホログラム記録同士の角度間隔を各々特定する（代表点の特定）（図１、Ｓ２）。

次に、設定角度順に配されたホログラム記録の配列番号をＸ軸上に、当該ホログラ記録と、隣接するホログラム記録との角度間隔をＹ軸上に、各々規定したＸ−Ｙ座標系上に、前記各点Ｐ_１〜Ｐ_ｍをプロットし、これら各点Ｐ_１〜Ｐ_ｍを通る近似関数曲線を規定する（近似関数曲線の規定）(図１、Ｓ３)。

この後、規定された上記近似関数曲線を利用して、上記Ｎ個のホログラム記録のうちの所望するホログラム記録における、隣接ホログラムとの角度間隔を求めることができる（角度間隔の特定）(図１、Ｓ４)。これにより、所望するホログラム記録における、最適な設定角度（角度スケジュール）を効率的かつ効果的に決定することができる。

また、上記近似関数曲線はホログラム配列番号を変数ｎとする関数で表されるものであって、２次以上の高次多項式で表されることが好ましく、また、必ずしも単調減少曲線あるいは単調増加曲線に限定されるものではない。

また、上記ｍの値は、３以上１０以下の整数であることが好ましい。

また、角度多重方式により、記録媒体の同一領域上にホログラムを多重記録する際には、記録媒体が、信号光と参照光を含む平面内で回転するように操作される。

また、上記記録媒体としては、例えば、厚さ１mm程度のフォトポリマを用いる。また、角度多重記録は、参照光の記録媒体への入射角を少しずつ変えながら行なうようにするが、このとき、記録媒体の同一領域に対する角度多重記録数Ｎは、例えば300とする。

以下、図２を用いてホログラム記録再生操作の一般的な流れについて説明する。
図２は、本実施形態方法を実施するためのホログラム記録再生装置における光学系配置を示すものである。

まず、ＤＰＳＳ（Diode Pumping Solid State：ダイオード励起固体）レーザ光源１から出射された波長532nmのレーザビームは、シャッタ２を開くことでミラーM1を介して光学系に導かれ、スペイシャルフィルタ３にて空間的なノイズが除去されるとともにビーム径が拡大される。

信号記録時において、スペイシャルフィルタ３からのビームは半波長板HWP1により所望の偏光比に調整され、この後、偏光ビームスプリッタPBS1により分離された偏光のうち、縦偏光成分は参照光として、横偏光成分は信号光として各々利用される。

信号光は、レンズL1とレンズL2によりページデータの大きさ程度までビーム径が拡大された後、偏光ビームスプリッタPBS2を透過して空間光変調器SLMに照射される。このとき、空間光変調器SLMにはページデータが表示されており、これによりビームが空間的に変調される。そして、縦偏光成分のみが偏光ビームスプリッタPBS2によってフーリエ変換レンズFTL1方向へ反射される。FTL1を通過後、光学的フーリエ変換面には開口マスク７が配置されており、０次の回折光のみが開口を通過してホログラム記録媒体８（以下、単に記録媒体８とも称する）上に照射される。

一方、参照光は、縦偏光状態のまま半波長板HWP2を通過し、偏光ビームスプリッタPBS3において直角に反射され、ミラーM2、ミラーM3を介して記録媒体８上に照射される。

参照光と信号光が交差した部分で光の干渉縞、すなわち光の明暗が生じ、この位置に記録媒体８が配されているので、該記録媒体８の記録面において、光の強い場所は重合反応が進み、その一方、弱い場所は重合反応があまり進まず、結果として記録媒体８の記録面に屈折率分布が形成され、一つのホログラムの記録操作が完了する。

また、信号再生時においては、スペイシャルフィルタ３からのビームが半波長板HWP1により完全に縦偏光とされ、偏光ビームスプリッタPBS1により直角に反射される。この後、半波長板HWP2により完全に横偏光にされることで、偏光ビームスプリッタPBS3を透過し、ミラーM4、ミラーM5を介して記録媒体８へ照射される。これは、位相共役再生と称される周知の再生手法であり、この場合には再生光は記録媒体８からフーリエ変換レンズFTL1側へ出射され、フーリエ変換レンズFLT1を通過する。再生光は横偏光であるから、この後偏光ビームスプリッタPBS2を透過して撮像素子（CCD）１０上に結像される。

この撮像素子（CCD）１０で得られた再生ページデータ像に対して、所定の信号処理を施すことで元データを復元することができる。

また、記録媒体８は、図示されない回転ステージ上に取り付けられ、図２中のθ方向へ所定の角度だけ回転させることができる。本実施形態では角度θの可動範囲は−３．５度〜＋２７．５度とされており、角度θを−３．５度付近から少しずつ増加させる毎に、記録媒体８の同一領域にホログラムを記録するようにして角度多重記録を行なうように操作される。また、記録したときと同じ設定角度を再現して参照光を照射すると、記録された一つのホログラムだけを分離して再生することが可能である。

以下、２つの実施例を用いて、本発明方法をより具体的に説明する。

＜実施例１＞
代表点としてｎ＝１（P1）、Ｎ／２（P2）、Ｎ（P3）の３点を選び（ｍ＝３）、この３点の角度間隔を規定する（本実施例ではＮ＝300とされているので、代表点はｎ＝１、150、300である）。

これら３点の角度間隔の規定には、前述した特許文献１に記載の理論的導出に基づくもの、あるいは３点近傍における角度選択曲線の実測値に基づくもの、等を用いることができるが、本実施例では後者に基づいて規定される。

まず、代表点（P1〜P3）の３点近傍の角度選択曲線（１に規格化）を実測した。角度θとしては−３．２度、＋１２度、＋２７度近傍に相当する。実測結果を図３に示す。角度選択曲線の半値全幅はそれぞれ0.126度、0.090度、0.065度であった。この結果から、設定角度θに応じて角度間隔Δθを調整する必要があることが明らかである。

この実測値に基づき、実施例１では代表点であるｎ＝１（P1）、Ｎ／２（P2）、Ｎ（P3）の３点での角度間隔をそれぞれ0.136度、0.1度、0.075度に規定した。

次に、上記代表点（P1〜P3）を通る曲線（近時間数曲線）を規定し、全てのホログラム配列番号（Ｎ個）に対する角度間隔Δθを、近似関数曲線を用いて求める。本実施例では、近似関数曲線として二次関数曲線を用いることとし、所定のホログラム配列番号ｎでの角度間隔Δθ（ｎ）は、次式(1)で与えるようにした。

である。また、設定角度の大きさθ_sumは次式（4）で与えられる。

上式（１）に基づき、ホログラム配列番号ｎに対する角度間隔Δθ（ｎ）を描いた角度スケジュールを図４に示す。図４に示すように、この曲線は、単調減少曲線であることが明らかである。また、ホログラム配列番号ｎにおける設定角度θ（角度間隔Δθの積算値）を図５に示す。

ここで、設定角度θの回転可能範囲が−３．５〜＋２７．５度とされているので、θ_sumが合計３１度を越えないことに注意を要する。

また、図４により示された角度間隔スケジュールに従ってホログラムを記録したものに対し、再生して得られたビット誤り率（ｂＥＲ）特性を図６に示す。図６から明らかなように、特にホログラム配列番号ｎが１０１〜２００の範囲では、低い誤り率とすることができた。

＜実施例２＞
上述の実施例１では、ホログラム配列番号１０１〜２００の範囲で低い誤り率が得られたものの、初期範囲でのホログラム配列番号（ｎ＝１〜１００）と後期範囲でのホログラム配列番号（ｎ＝２０１〜３００）においては、誤り率が必ずしも良好になっているとはいえない。これらの範囲で誤り率が向上していないことの要因はクロストークである。したがって、角度選択特性に基づく代表点の決定だけでは必ずしも十分とはいえない。勿論、前述した特許文献１記載の理論式に基づく手法においては不十分とされるものである。

そこで、実施例２では、クロストークの大きいホログラム配列番号ｎにおいて角度間隔Δθを広げ、逆に誤り率の良好なホログラム配列番号ｎにおいて角度間隔Δθを狭くすることにより、ホログラム記録の多重数を減少させることなく、良好な誤り率特性を得るようにしている。なお、ｍの値は実施例１と同様に３である。

まず、代表点ｎ＝１（P1）、Ｎ／２（P2）、Ｎ（P3）の３点での角度間隔をそれぞれ0.148度、0.092度、0.096度に規定し、P1、P3を実施例１よりも広く、P2を実施例１よりも狭くした。

この後、全てのホログラム配列番号（Ｎ個）に対する角度間隔Δθを、近似関数曲線を用いて求める。これは実施例１と同様に二次関数曲線を用いることとした。上式（１）に基づき、ホログラム配列番号ｎに対する角度間隔Δθ（ｎ）を描いた角度スケジュールを図７に示す。図７に示すように、この曲線は、単調減少曲線あるいは単調増加曲線とはなっていない。また、ホログラム配列番号ｎにおける設定角度θ（角度間隔Δθの積算値）を図８に示す。

また、図７により示された角度間隔スケジュールに従ってホログラムを記録したものに対し、再生して得られたビット誤り率（ｂＥＲ）特性を図９に示す。図９から明らかなように、実施例１に比べて、特に、初期範囲（ｎ＝１〜１００）と後期範囲（ｎ＝２０１〜３００）のホログラム配列番号ｎにおいて誤り率（ｂＥＲ）が改善されていることがわかる。

以上に説明したように本発明の実施形態方法によれば、最適な角度スケジュールを効率的かつ効果的に決定することができる。角度選択特性半値幅の実測値に基づく手法、あるいは理論的導出に基づく手法だけでは、必ずしも誤り率特性が十分でない場合においても、ｍ個の代表点における角度間隔を調整し、得られた近似関数曲線に基づいて角度スケジュールを効率的に決定でき、フラットな誤り率特性を得ることができる。

なお、本実施例ではｍ＝３の場合について説明したが、３≦ｍ＜Ｎを満たすいずれかの値を採用することが可能であり、良好に角度スケジュールを決定できる。ただし、ｍを大きくするほど、より詳細に角度スケジュールを調整することができるものの、ｍが大きくなるに従い近似関数曲線の導出が複雑になる一方、必ずしも大きな効果が得られるとは限らないため、望ましいｍの範囲は、前述したように３≦ｍ≦１０程度である。

また、上記実施形態においては、近似関数曲線を求める座標系として２次元直交座標系を用いているが、座標系としてはこれに限られるものではなく、極座標系等の他の座標系を用いることも可能である。

また、上記実施形態においては、近時関数曲線として二次関数曲線を用いているが、その他に高次多項式や指数関数なども用いることができる。また、本実施例で用いたレーザ光波長、記録媒体厚さ、角度範囲は一例を示すものであり、適宜変更が可能である。

本発明の実施形態に係る角度多重ホログラム記録角度特定方法の概略を示すフローチャート本発明の実施形態方法を実施するためのホログラム記録再生装置の主要光学系を示す光学配置概略図実施例１において選択した各角度におけるホログラムの角度選択曲線の半値全幅を示すグラフ実施例１におけるホログラム配列番号と角度間隔との関係から得られた角度間隔スケジュールを示すグラフ実施例１におけるホログラム配列番号に対する角度スケジュールを示すグラフ実施例１において、図４の角度間隔スケジュールを用いて得られたビット誤り率を示すグラフ実施例２におけるホログラム配列番号と角度間隔との関係から得られた角度間隔スケジュールを示すグラフ実施例２におけるホログラム配列番号に対する角度スケジュールを示すグラフ実施例２において、図７の角度間隔スケジュールを用いて得られたビット誤り率を示すグラフ

符号の説明

ＳＬＭ空間光変調器
ＦＴＬ１フーリエ変換レンズ
ＰＢＳ１，ＰＢＳ２，ＰＢＳ３偏光ビームスプリッタ
ＨＷＰ１，ＨＷＰ２半波長板
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５ミラー
Ｌ１，Ｌ２レンズ
１レーザ光源
２シャッタ
３スペイシャルフィルタ
７開口マスク
８ホログラム記録媒体
１０撮像素子

Claims

データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の同一領域に、角度多重により、該干渉光による干渉縞を多重記録するホログラム記録方法において、
角度多重によりホログラム記録される多重総数をＮとするとともに、３≦ｍ＜Ｎなる条件を満たすｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍを代表として選択し、
それらｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍの各々ついて、前記Ｎ個のホログラム記録を設定角度の順に配列したときにおける当該ホログラム記録と、これに隣接するホログラム記録との角度間隔Δθを規定し、
その後、設定角度順に付されたホログラム記録の配列番号ｎ（ｎはＮ以下の連続する自然数）と、当該ホログラム記録の隣接するホログラム記録との間の角度間隔Δθと、の対応関係を表す所定の座標系上に、前記ｍ個のホログラム記録Ｐ_１〜Ｐ_ｍを点としてプロットし、これらプロットされた各点を通る近似関数曲線を特定し、
該近似関数曲線に基き、前記Ｎ個のホログラム記録のうちの所望するホログラム記録における、隣接ホログラムとの角度間隔Δθを求めることを特徴とする角度多重ホログラム記録角度特定方法。
前記所定の座標系が２次元直交座標系であり、
一方の軸が、設定角度順に付された前記ホログラム記録の配列番号ｎを表し、他方の軸が、当該ホログラム記録の隣接するホログラム記録との間の角度間隔Δθを表す座標系であることを特徴とする請求項１記載の角度多重ホログラム記録角度特定方法。
前記近似関数曲線が２次以上の高次多項式で表されることを特徴とする請求項２記載の角度多重ホログラム記録角度特定方法。
前記ｍの値が、３以上、かつ１０以下の整数であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の角度多重ホログラム記録角度特定方法。