JP4992786B2 - Optical recording apparatus, optical recording method, optical recording / reproducing apparatus, and optical recording / reproducing method - Google Patents

Optical recording apparatus, optical recording method, optical recording / reproducing apparatus, and optical recording / reproducing method Download PDF

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本発明は、光記録装置、光記録方法、光記録再生装置、及び光記録再生方法に関する。   The present invention relates to an optical recording apparatus, an optical recording method, an optical recording / reproducing apparatus, and an optical recording / reproducing method.

近時、ホログラフィックメモリの記録再生方式として、従来の二光束干渉方式と比較して光学系を大幅に簡素化でき、振動などの外乱に強い、サーボ機構の導入が容易等の利点を有する同軸記録方式(コリニア方式)が提案されている。このコリニア方式では、空間光変調器により変調されて生成された信号光と参照光とを、共通の光軸として同一のレンズにより集光し、信号光と参照光との干渉により形成される干渉縞(回折格子)を、光記録媒体にホログラムとして記録する。デジタルデータを二次元符号化した信号光パターンを空間光変調器に表示することで、信号光にはデジタルデータが重畳される。   Recently, as a recording / reproducing method for holographic memory, the optical system can be greatly simplified compared to the conventional two-beam interference method, and it has the advantages of being resistant to disturbances such as vibration and easy to introduce a servo mechanism. A recording method (collinear method) has been proposed. In this collinear method, the signal light and the reference light modulated by the spatial light modulator are collected by the same lens as a common optical axis, and interference is formed by interference between the signal light and the reference light. Stripes (diffraction gratings) are recorded as holograms on the optical recording medium. By displaying the signal light pattern obtained by two-dimensionally encoding the digital data on the spatial light modulator, the digital data is superimposed on the signal light.

ホログラムが記録された光記録媒体に、参照光を読出し光として照射することで、記録されたホログラムから信号光が再生される。この再生信号光を光検出器で検出して、重畳されたデジタルデータを復号することができる。ホログラムを多重記録する方式としては、種々の多重化方式がある。この中でも、位相が変調された参照光を利用したものとしては、コード化された位相分布を付与する「位相コード多重」、拡散板等を用いてランダム位相を付与する「スペックル多重」などが知られている。   By irradiating the optical recording medium on which the hologram is recorded with the reference light as the readout light, the signal light is reproduced from the recorded hologram. The reproduced signal light can be detected by a photodetector, and the superimposed digital data can be decoded. There are various multiplexing methods as a method for multiplex recording of holograms. Among these, examples of using reference light whose phase is modulated include “phase code multiplexing” that gives a coded phase distribution, “speckle multiplexing” that gives a random phase using a diffusion plate, etc. Are known.

特許文献1に記載の多重化方式は、「コリレーション多重(位相相関多重)」と称されている。コリレーション多重は、ランダム化された位相相関の少ない参照光を用いる点で、スペックル多重と同様の多重記録方式である。スペックル多重と同様の原理であるコリニア方式では、参照光は信号光と共に空間光変調器により変調されて生成されるが、従来は、用いる参照光パターンは同一で且つ空間光変調器の同じ表示位置に表示されていた。そのため、多重記録をするには、即ち、隣接ホログラムを記録した参照光の位相分布に対する相関を減らすためには、光記録媒体を移動させることで対処していた。また、2光束系での「スペックル多重」においては、参照光の位相を変化させるために、多重記録毎に異なる周波数分布をもつ拡散板を用いることも可能である。しかし、この場合は、参照光の位相を変調した結果、信号光と参照光との強度比率や重なりが変化する欠点もある。   The multiplexing method described in Patent Document 1 is called “correlation multiplexing (phase correlation multiplexing)”. Correlation multiplexing is a multiplex recording method similar to speckle multiplexing in that a randomized reference beam with little phase correlation is used. In the collinear method, which is the same principle as speckle multiplexing, the reference light is generated by being modulated by the spatial light modulator together with the signal light. Conventionally, the reference light pattern used is the same and the same display of the spatial light modulator is used. It was displayed at the position. Therefore, in order to perform multiplex recording, that is, to reduce the correlation with respect to the phase distribution of the reference light in which the adjacent hologram is recorded, the optical recording medium is moved. In “speckle multiplexing” in a two-beam system, a diffusion plate having a different frequency distribution for each multiplex recording can be used to change the phase of the reference light. However, in this case, there is also a drawback that the intensity ratio and overlap between the signal light and the reference light change as a result of modulating the phase of the reference light.

米国特許5719691号明細書US Pat. No. 5,769,691

本発明の目的は、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用してホログラムの記録や再生を行う、新規な光記録装置、光記録方法、光記録再生装置、及び光記録再生方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel optical recording apparatus, an optical recording apparatus, and a recording medium that perform recording and reproduction of a hologram using reference light whose phase is modulated according to the display position of a reference light pattern in a spatial light modulator in a collinear method. A recording method, an optical recording / reproducing apparatus, and an optical recording / reproducing method are provided.

上記目的を達成するために請求項1に記載の光記録装置は、コヒーレント光を射出する光源と、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する集光光学系と、信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示すると共に、ページ毎に前記可変領域の中心点がxy平面上の異なる場所に位置するように、前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動制御する駆動制御部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical recording apparatus according to claim 1 is composed of a light source that emits coherent light, and a plurality of pixel units that are two-dimensionally arranged on an xy plane, and light incident from the light source. Is modulated for each pixel according to the pattern displayed for each page, and a spatial light modulator that generates recording light composed of signal light and reference light, and Fourier transform of the recording light generated by the spatial light modulator And a condensing optical system for concentrating the light on the optical recording medium coaxially, a signal light pattern is displayed in a fixed region of the spatial light modulator, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is not included in the fixed region. Drive control for driving and controlling each of the plurality of pixel portions of the spatial light modulator so that the center point of the variable area is located at a different location on the xy plane for each page while displaying in a ring-shaped variable area And equipped with The features.

請求項2に記載の光記録装置は、請求項1に記載の発明において、前記集光光学系は、前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去する除去素子と、0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換するレンズと、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、を備えたことを特徴とする。   An optical recording apparatus according to a second aspect of the present invention is the optical recording apparatus according to the first aspect, wherein the condensing optical system uses a Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator. A removal element that removes the 0th-order diffraction component, a lens that performs inverse Fourier transform on the light from which the 0th-order diffraction component has been removed, and a lens that concentrically condenses on the optical recording medium by re-Fourier transforming the inverse Fourier transform And.

請求項3に記載の光記録装置は、請求項1に記載の発明において、前記集光光学系は、前記空間光変調器で生成された記録光のうち少なくとも参照光にランダムな位相分布を付与する位相調整素子と、位相分布が付与された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical recording apparatus of the first aspect, the condensing optical system imparts a random phase distribution to at least the reference light among the recording light generated by the spatial light modulator. And a lens for concentrating the recording light with the phase distribution on the optical recording medium coaxially.

請求項4に記載の光記録方法は、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光し、ページ毎に前記可変領域の中心点をxy平面上の異なる位置に移動させて、ページ毎に参照光パターンの表示位置を変更し、ページ毎に位相が異なる参照光を用いて、前記光記録媒体に複数ページのホログラムを多重記録する、ことを特徴とする。 The optical recording method according to claim 4 is composed of a plurality of pixel units arranged two-dimensionally on the xy plane, and modulates light incident from the light source for each pixel according to a pattern displayed for each page. A spatial light modulator is used to generate a signal light by displaying a signal light pattern on a fixed region of the spatial light modulator, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is formed in a ring shape that does not include the fixed region . The reference light is generated by displaying in the variable region, the recording light composed of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed and condensed coaxially on the optical recording medium, and the variable for each page. The center point of the area is moved to a different position on the xy plane, the display position of the reference light pattern is changed for each page, and the reference light beam having a different phase for each page is used to generate a hologram of a plurality of pages on the optical recording medium. Multiple recording, And wherein the door.

請求項5に記載の光記録装置は、請求項4に記載の発明において、前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去し、0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する、ことを特徴とする。   The optical recording apparatus according to claim 5 is the optical recording apparatus according to claim 4, wherein the zero-order diffraction component is removed from the Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator. The light from which the 0th-order diffraction component has been removed is subjected to inverse Fourier transform, and the light subjected to inverse Fourier transform is re-Fourier transformed to be coaxially collected on an optical recording medium.

請求項6に記載の光記録装置は、請求項4に記載の発明において、前記空間光変調器で生成された記録光のうち少なくとも参照光にランダムな位相分布を付与し、位相分布が付与された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する、ことを特徴とする。   An optical recording apparatus according to a sixth aspect provides the optical recording apparatus according to the fourth aspect, wherein a random phase distribution is given to at least the reference light among the recording lights generated by the spatial light modulator, and the phase distribution is given. The recorded light is Fourier-transformed and condensed coaxially on the optical recording medium.

請求項7に記載の光記録再生装置は、コヒーレント光を射出する光源と、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、信号光パターンを空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示し、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する集光光学系と、前記光記録媒体から再生された再生像を検出する光検出器と、1ページ分のホログラムを再生する場合に、該ページ記録時と中心点が同じ位置の可変領域に参照光パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第1再生像を検出すると共に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第2再生像を検出するように、前記光源、前記空間光変調器、及び前記光検出器の各々を駆動制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。 The optical recording / reproducing apparatus according to claim 7 is composed of a light source that emits coherent light and a plurality of pixel units arranged two-dimensionally on an xy plane, and a signal light pattern is provided in a fixed region of the spatial light modulator. The reference light pattern that is displayed and includes a plurality of spatial frequency components is displayed in a ring-shaped variable area that does not include the fixed area, and light incident from the light source is modulated for each pixel according to the pattern displayed for each page. A spatial light modulator that generates recording light composed of signal light and reference light, and a condensing optical system that coaxially collects the recording light generated by the spatial light modulator on an optical recording medium by Fourier transform A photodetector for detecting a reproduced image reproduced from the optical recording medium and a reference beam pattern in a variable area whose central point is the same as that at the time of recording the page when reproducing a hologram for one page. Generated by a spatial light modulator The irradiated first reference light as reading light, and detects a first reproduced image at the photodetector, the page so that the DC component is applied and diffracted light from the hologram interference by reverse phase The reference light pattern is displayed in the variable area where the center point is moved to a position different from that at the time of recording, and the non-modulated pattern is displayed in the fixed area. The phase is different from the first reference light generated by the spatial light modulator. A drive control unit that drives and controls each of the light source, the spatial light modulator, and the photodetector so that the second reference light is emitted as readout light and the second reproduced image is detected by the photodetector. And.

請求項8に記載の光記録再生装置は、請求項7に記載の発明において、前記参照光パターンは、前記空間光変調器で生成された参照光のフーリエ変換像の輝点がマトリクス状に分布するように、明部と暗部とが所定周期で配置された周期的パターンである、ことを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the optical recording / reproducing apparatus according to the seventh aspect, wherein the reference light pattern has a matrix of bright spots of a Fourier transform image of the reference light generated by the spatial light modulator. As described above, it is a periodic pattern in which a bright part and a dark part are arranged at a predetermined period.

請求項9に記載の光記録再生装置は、請求項7又は8に記載の発明において、前記駆動制御部は、1ページ分のホログラムを記録する場合に、前記固定領域に信号光パターンを表示し且つ前記可変領域に参照光パターンを表示して、前記空間光変調器で信号光及び参照光からなる記録光を生成するように、前記光源及び前記空間光変調器の各々を駆動制御する、ことを特徴とする。   The optical recording / reproducing apparatus according to claim 9 is the optical recording / reproducing apparatus according to claim 7 or 8, wherein the drive control unit displays a signal light pattern in the fixed area when recording a hologram for one page. And driving and controlling each of the light source and the spatial light modulator so as to display a reference light pattern in the variable region and generate recording light including signal light and reference light by the spatial light modulator. It is characterized by.

請求項10に記載の光記録再生装置は、請求項7〜9の何れか1項に記載の発明において、前記集光光学系は、空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分のうち、少なくとも参照光の2次以上の回折成分を遮蔽する遮蔽部材と、前記遮蔽部材を透過した1次以下の回折成分を逆フーリエ変換するレンズと、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、を備えたことを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to a tenth aspect of the invention is the optical recording / reproducing apparatus according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the condensing optical system performs Fourier transform on the recording light generated by the spatial light modulator. Of the obtained Fourier transform components, a shield member that shields at least the second-order or higher diffraction component of the reference light, a lens that performs inverse Fourier transform on the first-order or lower diffraction component transmitted through the shield member, and an inverse Fourier transform. And a lens that concentrically collects the collected light on an optical recording medium by re-Fourier transform.

請求項11に記載の光記録再生装置は、請求項10に記載の発明において、前記遮蔽部材は、0次回折成分も遮蔽することを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to an eleventh aspect is the optical recording / reproducing apparatus according to the tenth aspect, wherein the shielding member also shields a zero-order diffraction component.

請求項12に記載の光記録再生装置は、請求項7〜11の何れか1項に記載の発明において、前記空間光変調器にデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いて1ページ分のホログラムを再生する場合に、信号光パターンを表示する前記固定領域の画素部のスイング周期m(Hz)と、参照光パターンを表示する前記可変領域の画素部のスイング周期n(Hz)とが、k・n=m(kは1以上の整数)の関係を満たすようにした、ことを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to a twelfth aspect is the invention according to any one of the seventh to eleventh aspects, wherein a hologram for one page is reproduced using a digital micromirror device for the spatial light modulator. In this case, the swing period m (Hz) of the pixel portion of the fixed region displaying the signal light pattern and the swing cycle n (Hz) of the pixel portion of the variable region displaying the reference light pattern are k · n. = M (k is an integer of 1 or more).

請求項13に記載の光記録再生方法は、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光してホログラムを記録し、1ページ分のホログラムを再生する場合に、該ページ記録時と中心点が同じ位置の可変領域に参照光パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、第1再生像を検出し、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、第2再生像を検出する、ことを特徴とする。 The optical recording / reproducing method according to claim 13 is composed of a plurality of pixel units arranged two-dimensionally on an xy plane, and modulates light incident from a light source for each pixel according to a pattern displayed for each page. A spatial light modulator that generates a signal light by displaying a signal light pattern on a fixed region of the spatial light modulator and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components in a ring shape that does not include the fixed region. The reference light is generated by displaying in a variable area of the optical recording medium, and the recording light composed of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed to be coaxially collected on the optical recording medium to record a hologram. When reproducing a hologram for one page, a reference light pattern is displayed in a variable area whose central point is the same as that at the time of recording the page, and the first reference light generated by the spatial light modulator is irradiated as readout light. The first reproduced image Detected, the page during recording and displaying a reference light pattern variable region center point is moved to different positions and fixed area to interfere with the diffracted light and the applied direct current component by reverse phase from the hologram An unmodulated pattern is displayed on the second reference light, and a second reproduced image is detected by irradiating a second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator as a readout light. .

請求項14に記載の光記録再生装置は、コヒーレント光を射出する光源と、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、信号光パターンを空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示し、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去する除去素子と、0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換するレンズと、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、を備えた集光光学系と、前記光記録媒体から再生された再生像を検出する光検出器と、1ページ分のホログラムを再生する場合に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが同位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第1位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第1再生像を検出すると共に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第2位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第2再生像を検出するように、前記光源、前記空間光変調器、及び前記光検出器の各々を駆動制御する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。 The optical recording / reproducing apparatus according to claim 14 includes a light source that emits coherent light and a plurality of pixel units that are two-dimensionally arranged in an xy plane, and the signal light pattern is provided in a fixed region of the spatial light modulator. The reference light pattern that is displayed and includes a plurality of spatial frequency components is displayed in a ring-shaped variable area that does not include the fixed area, and light incident from the light source is modulated for each pixel according to the pattern displayed for each page. Then, the spatial light modulator that generates the recording light composed of the signal light and the reference light, and the zero-order diffraction component is removed from the Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator. A collecting element, a lens that performs inverse Fourier transform on the light from which the 0th-order diffraction component has been removed, and a lens that re-Fourier transforms the light subjected to inverse Fourier transform and concentrically collects the light on an optical recording medium. With optical optics A photodetector for detecting a reproduction image reproduced from the optical recording medium, said when reproducing a hologram of one page, so that the diffracted light and the applied direct current component from the hologram interference by the same phase The reference light pattern is displayed in the variable area that has been moved to the first position, which is different from the center point during page recording, and the unmodulated pattern is displayed in the fixed area, and the first reference light generated by the spatial light modulator is read out. Irradiated as light, the first reproduced image is detected by the photodetector, and the central point is different from that at the time of recording the page so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the opposite phase. The reference light pattern is displayed in the variable region moved to the second position and the non-modulated pattern is displayed in the fixed region, and the second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator is read out. Shine as light And a drive control unit that drives and controls each of the light source, the spatial light modulator, and the photodetector so that a second reproduced image is detected by the photodetector. .

請求項15に記載の光記録再生装置は、請求項14に記載の発明において、前記参照光パターンは、前記空間光変調器で生成された参照光のフーリエ変換像の輝点がマトリクス状に分布するように、明部と暗部とが所定周期で配置された周期的パターンである、ことを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to a fifteenth aspect is the optical recording / reproducing apparatus according to the fourteenth aspect, wherein the reference light pattern has a matrix of bright spots of a Fourier transform image of the reference light generated by the spatial light modulator. As described above, it is a periodic pattern in which a bright part and a dark part are arranged at a predetermined period.

請求項16に記載の光記録再生装置は、請求項14又は15に記載の発明において、前記駆動制御部は、1ページ分のホログラムを記録する場合に、前記固定領域に信号光パターンを表示し且つ前記可変領域に参照光パターンを表示して、前記空間光変調器で信号光及び参照光からなる記録光を生成するように、前記光源及び前記空間光変調器の各々を駆動制御する、ことを特徴とする。   An optical recording / reproducing apparatus according to a sixteenth aspect is the invention according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the drive control unit displays a signal light pattern in the fixed area when recording a hologram for one page. And driving and controlling each of the light source and the spatial light modulator so as to display a reference light pattern in the variable region and generate recording light including signal light and reference light by the spatial light modulator. It is characterized by.

請求項17に記載の光記録再生方法は、xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光してホログラムを記録し、1ページ分のホログラムを再生する場合に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが同位相により干渉するように該ページ記録時と中心点が異なる第1位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、第1再生像を検出し、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第2位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、第2再生像を検出する、ことを特徴とする。 The optical recording / reproducing method according to claim 17 is composed of a plurality of pixel units arranged two-dimensionally on an xy plane, and modulates light incident from a light source for each pixel according to a pattern displayed for each page. A spatial light modulator that generates a signal light by displaying a signal light pattern on a fixed region of the spatial light modulator and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components in a ring shape that does not include the fixed region. The reference light is generated by displaying in a variable area of the optical recording medium, and the recording light composed of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed to be coaxially collected on the optical recording medium to record a hologram. When reproducing a hologram for one page, the variable area moved to the first position where the center point is different from that at the time of recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the same phase To reference light Display unmodulated pattern turn displayed and a fixed area, by irradiating a first reference light generated by the spatial light modulator as a reading light, to detect a first reproduced image, applying diffracted light from the hologram The reference light pattern is displayed in the variable area moved to the second position where the center point is different from that during the page recording so that the direct current component interferes with the opposite phase , and the unmodulated pattern is displayed in the fixed area. The second reproduction image is detected by irradiating the second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator as the readout light.

請求項1記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、光記録媒体を移動させることなく、ホログラムを多重記録することができる、という効果がある。   According to the first aspect of the present invention, in the collinear method, the hologram is used without moving the optical recording medium by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Can be multiplexed and recorded.

請求項2、3記載の発明によれば、参照光に共通の0次回折成分によるクロストークを防止でき、信号光対雑音比(SNR)が向上する、という効果がある。   According to the second and third aspects of the invention, crosstalk due to the 0th-order diffraction component common to the reference light can be prevented, and the signal light-to-noise ratio (SNR) is improved.

請求項4記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、光記録媒体を移動させることなく、ホログラムを多重記録することができる、という効果がある。   According to the invention described in claim 4, in the collinear method, the hologram is used without moving the optical recording medium by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Can be multiplexed and recorded.

請求項5、6記載の発明によれば、参照光に共通の0次回折成分によるクロストークを防止でき、信号光対雑音比(SNR)が向上する、という効果がある。   According to the fifth and sixth aspects of the invention, crosstalk due to the 0th-order diffraction component common to the reference light can be prevented, and the signal light-to-noise ratio (SNR) is improved.

請求項7記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像を得ることができる、という効果がある。   According to the invention described in claim 7, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited to the case, there is an effect that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

請求項8記載の発明によれば、参照光の位相制御が容易になる、という効果がある。   According to the eighth aspect of the invention, there is an effect that the phase control of the reference light becomes easy.

請求項9記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生することができる、という効果がある。   According to the invention described in claim 9, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited thereto, there is an effect that the hologram can be recorded and reproduced so that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

請求項10記載の発明によれば、参照光の位相制御が容易になると共に、記録領域の微小化が可能になる、という効果がある。   According to the tenth aspect of the invention, there are the effects that the phase control of the reference light becomes easy and the recording area can be miniaturized.

請求項11記載の発明によれば、参照光に共通の0次回折成分によるクロストークを防止でき、信号光対雑音比(SNR)が向上する、という効果がある。   According to the eleventh aspect of the invention, crosstalk due to the 0th-order diffraction component common to the reference light can be prevented, and the signal light-to-noise ratio (SNR) is improved.

請求項12記載の発明によれば、空間光変調器にデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いて、コントラストが高い再生像を得ることができる、という効果がある。   According to the twelfth aspect of the present invention, there is an effect that a reproduced image with high contrast can be obtained by using a digital micromirror device for the spatial light modulator.

請求項13記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像を得ることができる、という効果がある。   According to the invention described in claim 13, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited to the case, there is an effect that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

請求項14記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像を得ることができる、という効果がある。   According to the fourteenth aspect of the present invention, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited to the case, there is an effect that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

請求項15記載の発明によれば、参照光の位相制御が容易になる、という効果がある。   According to the fifteenth aspect of the invention, there is an effect that the phase control of the reference light becomes easy.

請求項16記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生することができる、という効果がある。   According to the sixteenth aspect of the present invention, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited thereto, there is an effect that the hologram can be recorded and reproduced so that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

請求項17記載の発明によれば、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムから複数の再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生することができる、という効果がある。   According to the invention described in claim 17, in the collinear method, the liquid crystal type spatial light modulator is used by using the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without being limited thereto, there is an effect that the hologram can be recorded and reproduced so that a plurality of reproduced images can be obtained from one hologram.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
第1の実施の形態では、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、光記録媒体を記録光に対して相対移動させることなく(媒体非移動で)、ホログラムを多重記録する多重記録方式について説明する。以下では、この多重記録方式を「参照光パターンスライド多重」と称する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, in the collinear method, the optical recording medium is moved relative to the recording light by using the reference light whose phase is modulated according to the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. A multiplex recording method for multiplex recording of holograms without any movement (without moving the medium) will be described. Hereinafter, this multiplex recording method is referred to as “reference light pattern slide multiplexing”.

(ホログラム記録再生装置)
図1は第1の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。このホログラム記録再生装置は、光軸を共通とする信号光と参照光とを、同じ方向から1光束の記録光として光記録媒体に照射する「同軸記録方式(コリニア方式)」のホログラム記録再生装置である。本実施の形態では、透過型の空間光変調器(SLM:spatial light modulator)と透過型の光記録媒体とを用いる「同軸透過型」のホログラム記録再生装置について説明する。
(Hologram recording / reproducing device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the hologram recording / reproducing apparatus according to the first embodiment. This hologram recording / reproducing apparatus irradiates an optical recording medium with a signal beam having a common optical axis and a reference light as a single beam of recording light from the same direction as a “coaxial recording method (collinear method)” hologram recording / reproducing apparatus. It is. In the present embodiment, a “coaxial transmission type” hologram recording / reproducing apparatus using a transmission type spatial light modulator (SLM) and a transmission type optical recording medium will be described.

ホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源10が設けられている。光源10としては、例えば、発振波長が532nmの緑色レーザ光を発振するレーザ光源が用いられる。光源10の光出射側には、光路に対し挿入又は退避(開閉)が可能なシャッター12、直交する直線偏光成分間に1/2波長の光路差を与える1/2波長板14、所定の偏光方向の光を通過させる偏光板16、及び拡大・コリメート光学系であるビームエキスパンダ18が、光源10の側から光路に沿ってこの順に配置されている。   The hologram recording / reproducing apparatus is provided with a light source 10 that oscillates laser light that is coherent light. As the light source 10, for example, a laser light source that oscillates green laser light having an oscillation wavelength of 532 nm is used. On the light exit side of the light source 10, a shutter 12 that can be inserted into or retracted from the optical path (open / close), a half-wave plate 14 that gives a half-wave optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, and a predetermined polarization A polarizing plate 16 that transmits light in a direction and a beam expander 18 that is an expansion / collimating optical system are arranged in this order along the optical path from the light source 10 side.

光源10は、制御装置36に接続された駆動装置40により駆動されて発振する。駆動装置40は、CPU、ROM、RAM、記憶装置などを備えたパーソナルコンピュータ等で構成された制御装置36に接続され、制御装置36により制御されている。また、シャッター12は、制御装置36に接続された駆動装置38により駆動されて開閉する。   The light source 10 is driven to oscillate by a driving device 40 connected to the control device 36. The driving device 40 is connected to a control device 36 constituted by a personal computer having a CPU, ROM, RAM, storage device and the like, and is controlled by the control device 36. The shutter 12 is opened and closed by being driven by a driving device 38 connected to the control device 36.

ビームエキスパンダ18の光透過側には、画素毎に入射光を変調する透過型の空間光変調器20が配置されている。透過型の空間光変調器20としては、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した液晶型の空間光変調器等を用いることができる。空間光変調器20は、パターン発生器(図示せず)を介して制御装置36に接続されている。   A transmissive spatial light modulator 20 that modulates incident light for each pixel is disposed on the light transmission side of the beam expander 18. As the transmissive spatial light modulator 20, a liquid crystal spatial light modulator in which transparent electrodes are formed on both surfaces of an electro-optic conversion material such as liquid crystal can be used. The spatial light modulator 20 is connected to the control device 36 via a pattern generator (not shown).

パターン発生器は、制御装置36から供給されたデジタルデータを明暗画像で表して、空間光変調器20に表示する信号光パターンを生成する。信号光パターンは、例えば、二値のデジタルデータ「0,1」が「暗(黒画素)、明(白画素)」で表現されたデジタルパターン等である。空間光変調器20には、信号光パターンの外に、参照光パターンも表示される。参照光パターンは、例えば、ランダムパターン、チェッカーパターン等、複数の空間周波数成分を有するパターンである。空間光変調器20は、表示された信号光パターンや参照光パターンに応じて入射したレーザ光を変調して、信号光や参照光を生成する。空間光変調器20は、生成した信号光や参照光を、レンズ22側に射出する。   The pattern generator represents the digital data supplied from the control device 36 as a bright and dark image, and generates a signal light pattern to be displayed on the spatial light modulator 20. The signal light pattern is, for example, a digital pattern in which binary digital data “0, 1” is expressed as “dark (black pixels), light (white pixels)”. In addition to the signal light pattern, the spatial light modulator 20 also displays a reference light pattern. The reference light pattern is a pattern having a plurality of spatial frequency components such as a random pattern and a checker pattern. The spatial light modulator 20 modulates the incident laser light according to the displayed signal light pattern or reference light pattern to generate signal light or reference light. The spatial light modulator 20 emits the generated signal light and reference light to the lens 22 side.

図2(A)は記録時に空間光変調器20に表示する記録用パターンの一例を示す図である。図2(A)に示すように、記録用パターン42は、信号光を生成する信号光パターンと、参照光を生成する参照光パターンと、を含んで構成されている。信号光パターンは、空間光変調器20の中央部分に表示される。参照光パターンは、この信号光パターンを取り囲むように、空間光変調器20の周辺部分に表示される。   FIG. 2A is a diagram showing an example of a recording pattern displayed on the spatial light modulator 20 during recording. As shown in FIG. 2A, the recording pattern 42 includes a signal light pattern that generates signal light and a reference light pattern that generates reference light. The signal light pattern is displayed in the central portion of the spatial light modulator 20. The reference light pattern is displayed on the peripheral portion of the spatial light modulator 20 so as to surround the signal light pattern.

図2(B)は空間光変調器20の平面図である。空間光変調器20は、平面視が矩形状の表示面20Aを備えている。表示面20Aには、複数の画素部がxy平面に2次元状に配列されている。表示面20Aには、信号光パターンを表示する矩形状の信号光領域20Sと、参照光パターンを表示するリング状の参照光領域20Rと、が設けられている。本実施の形態では、信号光領域20Sは、固定配置された固定領域である。一方、参照光領域20Rは、ページ毎にその位置がxy平面上の異なる位置に平行移動(スライド)する可変領域である。なお、信号光領域20Sの形状及び参照光領域20Rの形状は、記録用パターンに応じて適宜変更することができる。   FIG. 2B is a plan view of the spatial light modulator 20. The spatial light modulator 20 includes a display surface 20A having a rectangular shape in plan view. On the display surface 20A, a plurality of pixel portions are two-dimensionally arranged on the xy plane. The display surface 20A is provided with a rectangular signal light region 20S for displaying the signal light pattern and a ring-shaped reference light region 20R for displaying the reference light pattern. In the present embodiment, the signal light region 20S is a fixed region that is fixedly arranged. On the other hand, the reference light region 20R is a variable region whose position is translated (slided) to a different position on the xy plane for each page. The shape of the signal light region 20S and the shape of the reference light region 20R can be changed as appropriate according to the recording pattern.

空間光変調器20の光透過側には、一対のレンズ22、26、及び入射した光をフーリエ変換して光記録媒体30に集光するフーリエ変換レンズ28が、空間光変調器20側から光路に沿ってこの順に配置されている。レンズ22には、空間光変調器20で生成された信号光や参照光が入射する。レンズ22とレンズ26との間には、ビームウエスト近傍に、開口部(アパーチャ)24Aを備えた遮光板24が配置されている。なお、本実施の形態では、遮光板24は必須ではなく、適宜省略することができる。   On the light transmission side of the spatial light modulator 20, a pair of lenses 22 and 26, and a Fourier transform lens 28 that Fourier-transforms incident light and condenses it on the optical recording medium 30, the optical path from the spatial light modulator 20 side. Are arranged in this order. The signal light and reference light generated by the spatial light modulator 20 are incident on the lens 22. Between the lens 22 and the lens 26, a light shielding plate 24 having an opening (aperture) 24A is disposed in the vicinity of the beam waist. In the present embodiment, the light shielding plate 24 is not essential and can be omitted as appropriate.

フーリエ変換レンズ28の光出射側には、光記録媒体30を保持する保持ステージ(図示せず)が設けられている。保持ステージは、制御装置36に接続された駆動装置(図示せず)により駆動されて、光軸方向又は光軸と垂直な面方向に移動する。保持ステージは、例えば、光記録媒体30の表面近傍がフーリエ変換レンズ28の焦点位置となる位置で、光記録媒体30を保持する。   A holding stage (not shown) for holding the optical recording medium 30 is provided on the light emitting side of the Fourier transform lens 28. The holding stage is driven by a driving device (not shown) connected to the control device 36 and moves in the optical axis direction or a surface direction perpendicular to the optical axis. For example, the holding stage holds the optical recording medium 30 at a position where the vicinity of the surface of the optical recording medium 30 is a focal position of the Fourier transform lens 28.

光記録媒体30は、光照射による屈折率変化によりホログラムを記録可能な光記録媒体である。このような光記録媒体30としては、例えば、フォトポリマー材料、フォトリフラクティブ材料、銀塩感光材料等の記録材料を用いた光記録媒体が挙げられる。   The optical recording medium 30 is an optical recording medium capable of recording a hologram by a change in refractive index due to light irradiation. Examples of such an optical recording medium 30 include an optical recording medium using a recording material such as a photopolymer material, a photorefractive material, or a silver salt photosensitive material.

光記録媒体30の光透過側には、フーリエ変換レンズ32及び光検出器としてのセンサアレイ34が、光記録媒体30側から光路に沿ってこの順に配置されている。フーリエ変換レンズ32は、入射した光を逆フーリエ変換してセンサアレイ34に結像するフーリエ変換レンズである。センサアレイ34は、CCDやCMOSアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光(回折光)を電気信号に変換して出力する。また、センサアレイ34は、制御装置36に接続されている。センサアレイ34は、受光面に結像された再生像を撮像し、得られた画像データを制御装置36に出力する。   On the light transmission side of the optical recording medium 30, a Fourier transform lens 32 and a sensor array 34 as a photodetector are arranged in this order along the optical path from the optical recording medium 30 side. The Fourier transform lens 32 is a Fourier transform lens that forms an image on the sensor array 34 by performing inverse Fourier transform on incident light. The sensor array 34 is composed of an image sensor such as a CCD or a CMOS array, converts the received reproduction light (diffracted light) into an electrical signal and outputs it. The sensor array 34 is connected to the control device 36. The sensor array 34 captures a reproduced image formed on the light receiving surface and outputs the obtained image data to the control device 36.

(ホログラムの記録動作)
次に、図1に示すホログラム記録再生装置の記録動作について簡単に説明する。
ホログラムを記録する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器20に記録用パターン(図2参照)を表示する。光源10から発振されたレーザ光は、シャッター12を通過し、1/2波長板14と偏光板16とにより光強度や偏光方向が調整される。偏光板16を通過した光は、ビームエキスパンダ18により大径の平行光に変換され、空間光変調器20に照射される。
(Hologram recording operation)
Next, the recording operation of the hologram recording / reproducing apparatus shown in FIG. 1 will be briefly described.
When recording a hologram, the shutter 12 is opened and laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data is output from the control device 36 at a predetermined timing, and a recording pattern (see FIG. 2) is displayed on the spatial light modulator 20. The laser light oscillated from the light source 10 passes through the shutter 12, and the light intensity and the polarization direction are adjusted by the half-wave plate 14 and the polarizing plate 16. The light that has passed through the polarizing plate 16 is converted into a large-diameter parallel light by the beam expander 18 and irradiated to the spatial light modulator 20.

空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器20で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ22で集光され、遮光板24に照射される。レンズ22で集光された記録光は、不要な周波数成分が遮光板24でカットされ、残部がアパーチャ24Aを通過する。アパーチャ24Aを通過した記録光は、レンズ26により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体30にホログラムとして記録される。   In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 20, that is, the signal light and the reference light are collected by the lens 22 and applied to the light shielding plate 24. In the recording light condensed by the lens 22, unnecessary frequency components are cut by the light shielding plate 24, and the remaining part passes through the aperture 24A. The recording light that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26, is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28, is condensed, and is irradiated onto the optical recording medium 30 simultaneously and coaxially. Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 30 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

図3(A)〜(C)は、複数ページを記録する場合にページ毎に表示する記録用パターンの一例を示す図である。本実施の形態の「参照光パターンスライド多重」では、記録するページ毎に参照光領域20Rの位置を変えて、参照光パターンを表示する。即ち、同じ参照光パターンがxy平面上で移動し、記録するページ毎にxy平面上の異なる位置に表示される。参照光パターンの表示位置に応じて、参照光の位相が変調される。ページ毎に位相分布が異なる参照光を用いることで、複数ページのホログラムを同じ位置に多重記録することができる。従って、「スペックル多重」のように、参照光の位相を変調するために参照光パターンを変更する必要はなく、信号光と参照光の強度比も一定に保持される。また、「シフト多重」のように、記録するページ毎に、記録光に対し光記録媒体を相対移動させる必要もない。   3A to 3C are diagrams illustrating an example of a recording pattern displayed for each page when a plurality of pages are recorded. In the “reference light pattern slide multiplexing” of the present embodiment, the reference light pattern is displayed by changing the position of the reference light region 20R for each page to be recorded. That is, the same reference light pattern moves on the xy plane and is displayed at different positions on the xy plane for each page to be recorded. The phase of the reference light is modulated according to the display position of the reference light pattern. By using reference light having a different phase distribution for each page, a plurality of pages of holograms can be multiplexed and recorded at the same position. Therefore, unlike “speckle multiplexing”, it is not necessary to change the reference light pattern in order to modulate the phase of the reference light, and the intensity ratio between the signal light and the reference light is kept constant. Further, unlike “shift multiplexing”, it is not necessary to move the optical recording medium relative to the recording light for each page to be recorded.

例えば、図3(A)に示すように、1ページ目を記録する場合には、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。図3(B)に示すように、2ページ目を記録する場合には、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、リング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で左下に移動するようにスライドさせて、左下に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。図3(C)に示すように、3ページ目を記録する場合には、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、リング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で右上に移動するようにスライドさせて、右上に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。   For example, as shown in FIG. 3A, when the first page is recorded, the signal light pattern is displayed in the signal light region 20S that is fixedly arranged and is symmetric with respect to the center point of the display surface 20A. Thus, the ring-shaped reference light region 20R is arranged, and the reference light pattern is displayed on the reference light region 20R. As shown in FIG. 3B, when recording the second page, the signal light pattern is displayed in the fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light region 20R is drawn with respect to the center point. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R that has been slid so as to move to the lower left and moved to the lower left. As shown in FIG. 3C, when recording the third page, the signal light pattern is displayed in the fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light region 20R is drawn with respect to the center point. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R that has been slid so as to move to the upper right and moved to the upper right.

また、「参照光パターンスライド多重」では、再生または記録時に1ページ処理するたびに光記録媒体を記録光に対して相対移動させることなく(媒体非移動で)、ホログラムを記録・再生できるので、再生時や記録時の高速化を狙うこともできる。   Further, in “reference light pattern slide multiplexing”, the hologram can be recorded / reproduced without moving the optical recording medium relative to the recording light (without moving the medium) every time one page is processed during reproduction or recording. It is also possible to aim for faster playback and recording.

ここで、図4(A)及び(B)を参照して、参照光パターンの表示位置に応じて参照光の位相が変調される理由について説明する。図4(A)に示すように、信号光領域20Sの位置を固定したままで、参照光領域20Rをx軸方向に距離a、y軸方向に距離b移動させたとする。これにより、参照光パターンr(x,y)は、x軸方向に距離aだけシフトし、y軸方向に距離bだけシフトする。   Here, with reference to FIGS. 4A and 4B, the reason why the phase of the reference light is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern will be described. As shown in FIG. 4A, it is assumed that the reference light region 20R is moved a distance a in the x-axis direction and a distance b in the y-axis direction while the position of the signal light region 20S is fixed. Accordingly, the reference light pattern r (x, y) is shifted by the distance a in the x-axis direction and is shifted by the distance b in the y-axis direction.

図4(B)に示すように、参照光パターンに基づいて生成された参照光は、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換される。ωω平面で表されるフーリエ変換面には、フーリエ変換像が結像される。例えば、参照光パターンとして、チェッカーパターンのような周期的パターンを用いた場合には、参照光のフーリエ変換像は、参照光の周期性に起因した回折パターンとなり、0次〜n次の回折成分を有している。ここでの次数とは、フーリエ変換レンズの焦点距離をfs、記録波長をλ、信号光を生成した空間光変調器の画素ピッチをd/2とした場合に、ω軸とω軸の交点である0次からζ=fsλ/dの距離ごとに現れる輝点の順位のことである。 As shown in FIG. 4B, the reference light generated based on the reference light pattern is Fourier transformed by the Fourier transform lens 28. A Fourier transform image is formed on the Fourier transform plane represented by the ω x ω y plane. For example, when a periodic pattern such as a checker pattern is used as the reference light pattern, the Fourier transform image of the reference light becomes a diffraction pattern due to the periodicity of the reference light, and the 0th to nth order diffraction components have. The order here is ω x axis and ω y axis when the focal length of the Fourier transform lens is f s , the recording wavelength is λ, and the pixel pitch of the spatial light modulator that generated the signal light is d / 2. The order of bright spots that appear at every distance of ζ = f s λ / d from the 0th order, which is the intersection of.

パターンr(x,y)の参照光をフーリエ変換したときのフーリエ変換像F[r(x,y)]は、x軸方向の空間周波数をμ、y軸方向の空間周波数をνとして、下記式(1)で表される。
A Fourier transform image F [r (x, y)] obtained by subjecting the reference light of the pattern r (x, y) to Fourier transform has the following in which the spatial frequency in the x-axis direction is μ and the spatial frequency in the y-axis direction is ν: It is represented by Formula (1).

上述した通り、参照光パターンの表示位置のずれ量(シフト量)を、x軸方向にa、y軸方向にbとする。実空間におけるシフトが周波数空間における位相シフトと等価であるとするフーリエ変換のシフト定理により、0次〜n次の回折成分を有するフーリエ変換像の場合には、以下の関係式(2)が成立する。空間周波数μ、νは、次数に応じて複数存在する。この場合、x軸方向の空間周波数はμ〜μのn個であり、y軸方向の空間周波数はν〜νのn個である。参照光パターンのランダム性が高くなるほど、高次の回折成分が増加する。 As described above, the shift amount (shift amount) of the display position of the reference light pattern is a in the x-axis direction and b in the y-axis direction. According to the Fourier transform shift theorem that the shift in the real space is equivalent to the phase shift in the frequency space, the following relational expression (2) is established in the case of a Fourier transform image having 0th to nth diffraction components. To do. There are a plurality of spatial frequencies μ and ν depending on the order. In this case, the spatial frequency in the x-axis direction is n from μ 1 to μ n, and the spatial frequency in the y-axis direction is n from ν 1 to ν n . As the randomness of the reference light pattern increases, higher-order diffraction components increase.

0次〜1次の回折成分を有するフーリエ変換像とした場合(i=1)、上記式(2)から、参照光パターンがx軸方向にa、y軸方向にbずれたとき、参照光の1次の回折成分の位相は|2π(μa+νb)|だけずれることが分かる。位相のずれ量は、距離a、bと共に、空間周波数μとνにも依存する。従って、参照光パターンに含まれる空間周波数成分が複数あるときには、ずれ量a、bが一定であっても、空間周波数成分によって、変化する位相量が異なることになる。また、参照光の0次の回折成分では、μ=0かつν=0、であるから、ずれ量a、bによらず位相は変化しない。なお、強度分布は、振幅成分R(μ、ν)の二乗で表され、略一定である。 In the case of a Fourier transform image having 0th to 1st diffraction components (i = 1), when the reference light pattern is deviated by a in the x-axis direction and b in the y-axis direction, the reference light is derived from the above equation (2). It can be seen that the phase of the first-order diffraction component of is shifted by | 2π (μ 1 a + ν 1 b) |. The amount of phase shift depends on the spatial frequencies μ 1 and ν 1 as well as the distances a and b. Therefore, when there are a plurality of spatial frequency components included in the reference light pattern, even if the shift amounts a and b are constant, the phase amount to be changed differs depending on the spatial frequency components. In the 0th-order diffraction component of the reference light, since μ 0 = 0 and ν 0 = 0, the phase does not change regardless of the shift amounts a and b. The intensity distribution is represented by the square of the amplitude component R (μ, ν) and is substantially constant.

その結果、参照光パターンの表示位置をずらすと、表示位置をずらす前の参照光パターンから生成する参照光との位相相関が低い、別の参照光が生成する。この位相相関の低い参照光を用いて、十分小さなクロストークで、複数ページのホログラムを光記録媒体の同じ位置に多重記録することができる。なお、図4(B)では、0次〜2次の回折成分を図示している。点線で囲った範囲には0次〜1次の回折成分が存在する。   As a result, when the display position of the reference light pattern is shifted, another reference light having a low phase correlation with the reference light generated from the reference light pattern before the display position is shifted is generated. Using this reference light having a low phase correlation, a plurality of pages of holograms can be multiplexed and recorded at the same position on the optical recording medium with sufficiently small crosstalk. In FIG. 4B, the 0th to 2nd diffraction components are shown. The 0th to 1st diffraction components exist in the range surrounded by the dotted line.

(ホログラムの再生動作)
光記録媒体30に記録されたホログラムから信号光を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、参照光だけが光記録媒体30に照射されるように、空間光変調器20の記録時と同じ位置に参照光領域20Rを配置し、参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。
(Reproduction operation of hologram)
When reproducing the signal light from the hologram recorded on the optical recording medium 30, the shutter 12 is opened and the laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and the optical recording medium 30 is irradiated with only the reference light, which is the same as when recording with the spatial light modulator 20. The reference light region 20R is arranged at the position, and the same reference light pattern as that during recording is displayed on the reference light region 20R.

図5(A)〜(C)は、「参照光パターンスライド多重」で記録された各ページを再生するときに表示する再生用パターンの一例を示す図である。図3(A)に示したように、1ページ目を記録する場合には、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示した。この参照光パターンから生成した参照光を用いて記録された1ページ目を再生する場合には、図5(A)に示すように、図3(A)と同じ位置に参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。   FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating an example of a reproduction pattern displayed when each page recorded by “reference light pattern slide multiplexing” is reproduced. As shown in FIG. 3A, when recording the first page, a ring-shaped reference light region 20R is arranged so as to be symmetric with respect to the center point of the display surface 20A, and this reference light region. The reference light pattern was displayed on 20R. When the first page recorded using the reference light generated from the reference light pattern is reproduced, as shown in FIG. 5A, the reference light region 20R is arranged at the same position as in FIG. Then, the same reference light pattern as that during recording is displayed in the reference light region 20R.

同様に、図5(B)に示すように、2ページ目を再生する場合には、図3(B)と同じ位置に参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。また、図5(C)に示すように、3ページ目を再生する場合には、図3(C)と同じ位置に参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。このようにして、「参照光パターンスライド多重」で多重記録された複数ページの各々を、別々に再生することができる。   Similarly, as shown in FIG. 5B, when reproducing the second page, the reference light region 20R is arranged at the same position as in FIG. 3B, and the recording is performed in this reference light region 20R. The same reference light pattern is displayed. Further, as shown in FIG. 5C, when reproducing the third page, the reference light region 20R is arranged at the same position as in FIG. 3C, and the same as when recording in the reference light region 20R. Display the reference light pattern. In this way, each of a plurality of pages that are multiplexed and recorded by “reference light pattern slide multiplexing” can be reproduced separately.

光源10から発振されたレーザ光は、記録の場合と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光が生成される。生成された参照光は、記録の場合と同様にして、光記録媒体30のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光だけが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in recording. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and reference light is generated. The generated reference light is applied to the area where the hologram of the optical recording medium 30 is recorded, as in the case of recording. That is, only the reference light is irradiated to the optical recording medium 30 as readout light.

照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生信号光)がフーリエ変換レンズ32側に射出される。一部の参照光は回折されずに光記録媒体30を透過する。光記録媒体30から射出された再生信号光と透過参照光とは、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。   The irradiated reference light is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced signal light) is emitted to the Fourier transform lens 32 side. Some reference light passes through the optical recording medium 30 without being diffracted. The reproduction signal light and the transmitted reference light emitted from the optical recording medium 30 are subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and enter the sensor array 34.

センサアレイ34は、受光した再生光(回折光)を電気信号に変換して出力する。即ち、センサアレイ34は、受光面に結像された再生像を撮像し、得られた画像データを制御装置36に出力する。制御装置36では、入力された画像データに基づいて、信号光に重畳されたデジタルデータが復号される。なお、センサアレイ34では、信号光データの1画素を複数の受光素子により受光する、オーバーサンプリングを実施することが好ましい。例えば、1ビットのデータを4個(2×2)の受光素子により受光する。   The sensor array 34 converts the received reproduction light (diffracted light) into an electrical signal and outputs it. That is, the sensor array 34 captures a reproduced image formed on the light receiving surface and outputs the obtained image data to the control device 36. In the control device 36, the digital data superimposed on the signal light is decoded based on the input image data. The sensor array 34 preferably performs oversampling in which one pixel of the signal light data is received by a plurality of light receiving elements. For example, 1-bit data is received by four (2 × 2) light receiving elements.

<第2の実施の形態>
第2の実施の形態では、参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光から直流成分を除去して、「参照光パターンスライド多重」により複数ページのホログラムを多重記録する場合について説明する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, the direct current component is removed from the reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern, and multiple-page holograms are multiplexed and recorded by “reference light pattern slide multiplexing”. explain.

(ホログラム記録再生装置)
図6は第2の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。このホログラム記録再生装置は、周波数空間で参照光の直流成分を除去する「除去素子」としてマスク44を設けた以外は、図1に示した第1の実施の形態に係るホログラム記録再生装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
(Hologram recording / reproducing device)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a hologram recording / reproducing apparatus according to the second embodiment. This hologram recording / reproducing apparatus is the same as the hologram recording / reproducing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that a mask 44 is provided as a “removal element” for removing the direct current component of the reference light in the frequency space. Since it is a structure, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.

マスク44は、レンズ22により参照光が集光される位置に配置されている。図6に示す例では、マスク44は、遮光板24のアパーチャ24Aの近傍に配置されている。また、マスク44は、制御装置36に接続された駆動装置46により駆動されて、参照光の光路に対し挿入又は光路から退避が可能に構成されている。マスク44としては、直流成分を選択的に反射する反射ミラー、直流成分を選択的に吸収する吸収部材、直流成分を選択的に減衰させるNDフィルタ等を用いることができる。   The mask 44 is disposed at a position where the reference light is collected by the lens 22. In the example shown in FIG. 6, the mask 44 is disposed in the vicinity of the aperture 24 </ b> A of the light shielding plate 24. Further, the mask 44 is driven by a driving device 46 connected to the control device 36, and is configured so that it can be inserted into or retracted from the optical path of the reference light. As the mask 44, a reflection mirror that selectively reflects a direct current component, an absorbing member that selectively absorbs the direct current component, an ND filter that selectively attenuates the direct current component, or the like can be used.

(ホログラムの記録動作)
ホログラムを記録する場合には、制御装置36により駆動装置46を制御してマスク44を駆動し、マスク44を参照光の光路に対し挿入する。また、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器20に記録用パターン(図2参照)を表示する。
(Hologram recording operation)
When recording a hologram, the control device 36 controls the drive device 46 to drive the mask 44 and insert the mask 44 into the optical path of the reference light. Further, the shutter 12 is opened and the laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data is output from the control device 36 at a predetermined timing, and a recording pattern (see FIG. 2) is displayed on the spatial light modulator 20.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器20で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ22で集光され、遮光板24及びマスク44に照射される。レンズ22で集光された記録光は、不要な周波数成分が遮光板24でカットされ、直流成分がマスク44で除去されて、残部がアパーチャ24Aを通過する。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 20, that is, the signal light and the reference light are collected by the lens 22 and irradiated to the light shielding plate 24 and the mask 44. The recording light collected by the lens 22 has an unnecessary frequency component cut by the light shielding plate 24, a direct current component is removed by the mask 44, and the remaining portion passes through the aperture 24A.

アパーチャ24Aを通過した記録光は、レンズ26により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体30にホログラムとして記録される。   The recording light that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26, is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28, is condensed, and is irradiated onto the optical recording medium 30 simultaneously and coaxially. Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 30 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

参照光パターンの表示位置を変えて得られた位相の異なる参照光は、0次回折成分は位相がずれないために、共通の直流成分を有している。この共通の直流成分はクロストークの原因となる。参照光間にクロストークがあると、記録時にはノイズ・グレーティングが形成される。また、再生時には再生像のS/Nを劣化させることになる。従って、このクロストークを抑制するために、記録時に参照光の直流成分を除去することが望ましい。   The reference lights having different phases obtained by changing the display position of the reference light pattern have a common DC component because the zero-order diffraction component does not shift in phase. This common DC component causes crosstalk. If there is crosstalk between the reference beams, a noise grating is formed during recording. Further, the S / N of the reproduced image is deteriorated during reproduction. Therefore, in order to suppress this crosstalk, it is desirable to remove the direct current component of the reference light during recording.

(ホログラムの再生動作)
光記録媒体30に記録されたホログラムから元の信号光を再生する場合には、制御装置36により駆動装置46を制御してマスク44を駆動し、マスク44を参照光の光路から退避させる。また、再生された回折光に直流成分を補うための表示画像の輝度値を予め演算して、制御装置36の記憶部(図示せず)に記憶しておく。再生時には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。
(Reproduction operation of hologram)
When the original signal light is reproduced from the hologram recorded on the optical recording medium 30, the control device 36 controls the driving device 46 to drive the mask 44 and retract the mask 44 from the optical path of the reference light. In addition, the luminance value of the display image for supplementing the reproduced diffracted light with a DC component is calculated in advance and stored in a storage unit (not shown) of the control device 36. At the time of reproduction, the shutter 12 is opened and laser light is emitted from the light source 10.

再生時には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力する。また、制御装置36から演算された輝度値を所定のタイミングで出力する。空間光変調器20の記録時と同じ位置に参照光領域20Rを配置し、参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。また、空間光変調器20の記録時と同じ位置に信号光領域20Sを配置し、信号光領域20Sに演算された輝度値を有する透過パターンを表示する。透過パターンにおいて、各画素の輝度値は一定である。   At the time of reproduction, the shutter 12 is opened and laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing. Further, the luminance value calculated from the control device 36 is output at a predetermined timing. The reference light region 20R is arranged at the same position as that during recording of the spatial light modulator 20, and the same reference light pattern as that during recording is displayed in the reference light region 20R. Further, the signal light region 20S is arranged at the same position as when recording by the spatial light modulator 20, and a transmission pattern having the calculated luminance value is displayed in the signal light region 20S. In the transmission pattern, the luminance value of each pixel is constant.

例えば、図7(A)に示すように、記録時に、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示する(記録時のパターン例1)。この場合、再生時には、図7(B)に示すように、固定配置された信号光領域20Sに透過パターンを表示すると共に、記録時と同じ位置にリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する(再生時のパターン例1)。   For example, as shown in FIG. 7A, at the time of recording, a signal light pattern is displayed in a fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light is symmetric with respect to the center point of the display surface 20A. An area 20R is arranged, and a reference light pattern is displayed on the reference light area 20R (pattern example 1 at the time of recording). In this case, at the time of reproduction, as shown in FIG. 7B, a transmission pattern is displayed in the signal light region 20S that is fixedly arranged, and a ring-shaped reference light region 20R is arranged at the same position as in recording, The same reference light pattern as that during recording is displayed in this reference light region 20R (pattern example 1 during reproduction).

また、図7(C)に示すように、記録時に、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、リング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で右上に移動するようにスライドさせて、右上に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する(記録時のパターン例2)。この場合、再生時には、図7(D)に示すように、固定配置された信号光領域20Sに透過パターンを表示すると共に、記録時と同じ位置にリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する(再生時のパターン例2)。   Further, as shown in FIG. 7C, during recording, the signal light pattern is displayed in the signal light region 20S fixedly arranged, and the ring-shaped reference light region 20R is moved to the upper right in the drawing with respect to the center point. The reference light pattern is displayed on the reference light region 20R moved to the upper right (pattern example 2 during recording). In this case, at the time of reproduction, as shown in FIG. 7D, a transmission pattern is displayed in the signal light area 20S that is fixedly arranged, and a ring-shaped reference light area 20R is arranged at the same position as in recording, The same reference light pattern as that during recording is displayed in the reference light region 20R (pattern example 2 during reproduction).

光源10から発振されたレーザ光は、記録の場合と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光と付与される直流成分とが生成される。生成された参照光と付与される直流成分とは、記録の場合と同様にして、光記録媒体30のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光と付与された直流成分とが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in recording. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and the reference light and the direct-current component to be applied are generated. The generated reference light and the applied direct current component are applied to the area where the hologram of the optical recording medium 30 is recorded, as in the case of recording. That is, the optical recording medium 30 is irradiated with the reference light and the applied direct current component as readout light.

照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光がフーリエ変換レンズ32側に射出される。付与された直流成分は回折されずに光記録媒体30を透過する。元の信号光パターンの再生は、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、干渉波(合成光)の振幅が増加するように、又はホログラムからの回折光の位相と付与された直流成分の位相が整合(位相差=0あるいはπ)するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンを反映した画像が再生される。ポジティブな再生像を得る場合には、位相差=0にし、ネガティブな再生像を得る場合には、位相差=πにする。直流成分の位相の設定は、空間光変調器20の信号光用画素の輝度値を適宜変更することにより行うことができる。   The irradiated reference light is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and the transmitted diffracted light is emitted to the Fourier transform lens 32 side. The applied DC component passes through the optical recording medium 30 without being diffracted. The reproduction of the original signal light pattern is realized as a result of interference between the diffracted light from the hologram and the applied DC component. That is, the diffracted light and the direct current are increased so that the amplitude of the interference wave (synthetic light) increases or the phase of the diffracted light from the hologram matches the phase of the applied direct current component (phase difference = 0 or π). By setting the phase difference with the component, an image reflecting the original signal light pattern is reproduced. When a positive reproduction image is obtained, the phase difference is set to 0. When a negative reproduction image is obtained, the phase difference is set to π. The phase of the direct current component can be set by appropriately changing the luminance value of the signal light pixel of the spatial light modulator 20.

ホログラムからの回折光と付与された直流成分とは、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。フーリエ変換レンズ32の焦点面では再生像を観察することができる。本実施の形態では、ホログラムの記録時に除去された直流成分が回折光に付与されるので、元の信号光と同じ成分の回折光が復元され、元の信号光パターン(ポジティブ画像)が再生される。   The diffracted light from the hologram and the applied direct current component are subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and are incident on the sensor array 34. A reproduced image can be observed on the focal plane of the Fourier transform lens 32. In this embodiment, since the direct current component removed during hologram recording is added to the diffracted light, the diffracted light having the same component as the original signal light is restored, and the original signal light pattern (positive image) is reproduced. The

なお、透過パターンの輝度値の演算は、以下の手順で行う。ホログラムからの回折光の位相は、再生時の参照光の位相からずれ、そのずれ量は、ホログラムの種類によって決まる。使用する記録材料によってホログラムの種類は既知であるため、位相のずれ量は既知である。さらに、空間光変調器20の画素の輝度と生成される位相変調量とも既知である。従って、回折光の位相のずれ量と、付与される直流成分に付与する位相変調量との差が、以下の条件を満たすように、透過パターンの輝度値を設定する。   The calculation of the luminance value of the transmission pattern is performed according to the following procedure. The phase of the diffracted light from the hologram is deviated from the phase of the reference light during reproduction, and the amount of deviation is determined by the type of hologram. Since the type of hologram is known depending on the recording material used, the amount of phase shift is known. Furthermore, the luminance of the pixel of the spatial light modulator 20 and the amount of phase modulation to be generated are also known. Therefore, the luminance value of the transmission pattern is set so that the difference between the phase shift amount of the diffracted light and the phase modulation amount applied to the applied DC component satisfies the following condition.

即ち、ホログラムからの再生像は、センサアレイ34により検出される。センサアレイ34の結像面のある位置rにおいて回折光の振幅が極大となる、ある時刻tの位相をφとする。その時刻t、位置rにおける直流成分の振幅、位相をそれぞれA、θとする。再生像としてポジティブ画像を得る(元の信号光を復元する)には、合成光の振幅をプラスの方向に移動させればよい。そのためには、直流成分の振幅Aがプラスになるように、即ち、下記式(3)を満たすようにθを設定する。   That is, the reproduced image from the hologram is detected by the sensor array 34. Let φ be the phase at a certain time t at which the amplitude of the diffracted light reaches a maximum at a position r on the imaging plane of the sensor array 34. The amplitude and phase of the DC component at time t and position r are A and θ, respectively. In order to obtain a positive image as a reproduced image (restore the original signal light), the amplitude of the combined light may be moved in the positive direction. For this purpose, θ is set so that the amplitude A of the DC component becomes positive, that is, the following equation (3) is satisfied.

下記式(4)を満たすようにθを設定することがより望ましい。この条件下では、回折光の振幅の極大と直流成分の振幅の極大とが一致し、合成光の正の振幅が最大となる。   It is more desirable to set θ so as to satisfy the following formula (4). Under this condition, the maximum amplitude of the diffracted light coincides with the maximum amplitude of the direct current component, and the positive amplitude of the combined light is maximized.

<第3の実施の形態>
第3の実施の形態では、参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光に含まれる直流成分を拡散させて、「参照光パターンスライド多重」により複数ページのホログラムを多重記録する場合について説明する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, a direct-current component included in reference light whose phase is modulated according to the display position of the reference light pattern is diffused, and holograms of a plurality of pages are multiplexed and recorded by “reference light pattern slide multiplexing”. The case will be described.

(ホログラム記録再生装置)
図8は第3の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。このホログラム記録再生装置は、実空間で参照光に位相分布を付与して直流成分を拡散させる「位相調整素子」として位相マスク48を設けた以外は、図1に示した第1の実施の形態に係るホログラム記録再生装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
(Hologram recording / reproducing device)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a hologram recording / reproducing apparatus according to the third embodiment. This hologram recording / reproducing apparatus is the first embodiment shown in FIG. 1 except that a phase mask 48 is provided as a “phase adjusting element” that diffuses a direct current component by imparting a phase distribution to reference light in real space. Since the configuration is the same as that of the hologram recording / reproducing apparatus according to FIG.

位相マスク48は、レンズ26とフーリエ変換レンズ28との間の焦平面(焦点面)に配置されている。位相マスク48としては、空間的にランダムな位相ずれを生じさせるランダム位相マスク等の位相変調フィルタを用いることができる。   The phase mask 48 is disposed on the focal plane (focal plane) between the lens 26 and the Fourier transform lens 28. As the phase mask 48, a phase modulation filter such as a random phase mask that causes a spatially random phase shift can be used.

(ホログラムの記録動作)
ホログラムを記録する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器20に記録用パターンを表示する。
(Hologram recording operation)
When recording a hologram, the shutter 12 is opened and laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data is output from the control device 36 at a predetermined timing, and a recording pattern is displayed on the spatial light modulator 20.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器20で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ22で集光され、遮光板24に照射される。レンズ22で集光された記録光は、不要な周波数成分が遮光板24でカットされ、残部がアパーチャ24Aを通過する。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 20, that is, the signal light and the reference light are collected by the lens 22 and applied to the light shielding plate 24. In the recording light condensed by the lens 22, unnecessary frequency components are cut by the light shielding plate 24, and the remaining part passes through the aperture 24A.

アパーチャ24Aを通過した記録光は、レンズ26により平行光に変換され、位相マスク48を通過して位相変調される。位相マスク48を通過した記録光、即ち、信号光と参照光とは、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体30にホログラムとして記録される。   The recording light that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26 and is phase-modulated through the phase mask 48. The recording light that has passed through the phase mask 48, that is, the signal light and the reference light, is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28 and collected, and is irradiated onto the optical recording medium 30 simultaneously and coaxially. Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 30 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

「参照光パターンスライド多重」では、記録するページ毎に空間光変調器20での参照光パターンの表示位置が異なるため、参照光が通過する位相マスク48の位置もページ毎に異なる。従って、位相マスク48によって拡散される直流成分もページ毎に異なる。よって、位相マスク48で直流成分を拡散させることで、光記録媒体30に対し0次回折成分が照射される位置も変化し、十分に低いクロストークで多重記録を実現できる。記録時に直流成分を除去する必要はない。また、位相マスク48による位相変調によって、信号光と参照光との重なりが改善されると共に、記録光の光強度分布が均一化され、光記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用することができる。   In “reference light pattern slide multiplexing”, since the display position of the reference light pattern on the spatial light modulator 20 is different for each page to be recorded, the position of the phase mask 48 through which the reference light passes is also different for each page. Therefore, the direct current component diffused by the phase mask 48 also varies from page to page. Therefore, by diffusing the DC component with the phase mask 48, the position where the optical recording medium 30 is irradiated with the 0th-order diffraction component also changes, and multiplex recording can be realized with sufficiently low crosstalk. It is not necessary to remove the DC component during recording. Further, the phase modulation by the phase mask 48 improves the overlap between the signal light and the reference light, makes the light intensity distribution of the recording light uniform, and can effectively use the dynamic range of the optical recording medium.

(ホログラムの再生動作)
光記録媒体30に記録されたホログラムから信号光を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、参照光だけが光記録媒体30に照射されるように、空間光変調器20の記録時と同じ位置に参照光領域20Rを配置し、参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。
(Reproduction operation of hologram)
When reproducing the signal light from the hologram recorded on the optical recording medium 30, the shutter 12 is opened and the laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and the optical recording medium 30 is irradiated with only the reference light, which is the same as when recording with the spatial light modulator 20. The reference light region 20R is arranged at the position, and the same reference light pattern as that during recording is displayed on the reference light region 20R.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光が生成される。生成された参照光は、レンズ22で集光され、遮光板24に照射される。レンズ22で集光された参照光は、不要な周波数成分が遮光板24でカットされ、残部がアパーチャ24Aを通過する。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and reference light is generated. The generated reference light is collected by the lens 22 and irradiated to the light shielding plate 24. In the reference light collected by the lens 22, unnecessary frequency components are cut by the light shielding plate 24, and the remaining part passes through the aperture 24A.

アパーチャ24Aを通過した参照光は、レンズ26により平行光に変換され、位相マスク48で位相変調される。位相マスク48で位相変調された光は、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、第1の実施の形態と同様にして、光記録媒体30のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光だけが読出し光として照射される。   The reference light that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26 and phase-modulated by the phase mask 48. The light phase-modulated by the phase mask 48 is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28 and collected, and is irradiated onto the area where the hologram of the optical recording medium 30 is recorded, as in the first embodiment. . That is, only the reference light is irradiated to the optical recording medium 30 as readout light.

照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)がフーリエ変換レンズ32側に射出される。光記録媒体30から射出された再生光は、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。こうして、ホログラムからの再生像は、センサアレイ34により検出される。   The irradiated reference light is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced light) is emitted to the Fourier transform lens 32 side. The reproduction light emitted from the optical recording medium 30 is subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and enters the sensor array 34. In this way, the reproduced image from the hologram is detected by the sensor array 34.

なお、第1〜第3の実施の形態では「参照光パターンスライド多重」を媒体非移動で行う好適な実施の形態について説明するが、参照光パターンの表示位置を変えると共に、記録光に対し光記録媒体を相対移動させて、複数ページのホログラムを異なる位置に多重記録してもよい。   In the first to third embodiments, preferred embodiments in which “reference light pattern slide multiplexing” is performed without moving the medium will be described. However, the display position of the reference light pattern is changed, and the recording light A plurality of pages of holograms may be multiplex-recorded at different positions by relatively moving the recording medium.

<第4の実施の形態>
第4の実施の形態では、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムからポジティブ画像及びネガティブ画像の2つの再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生する記録再生方式について説明する。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, in the collinear method, a liquid crystal type spatial light modulator is used by using reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without limitation, a recording / reproducing method for recording and reproducing a hologram so that two reproduced images of a positive image and a negative image can be obtained from one hologram will be described.

(ホログラム記録再生装置)
第4の実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、遮光板24のアパーチャ24Aの開口径を制御した以外は、図1に示した第1の実施の形態に係るホログラム記録再生装置と同じ構成であるため、異なる構成部分以外は説明を省略する。
(Hologram recording / reproducing device)
The hologram recording / reproducing apparatus according to the fourth embodiment has the same configuration as the hologram recording / reproducing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the aperture diameter of the aperture 24A of the light shielding plate 24 is controlled. Therefore, the description is omitted except for the different components.

遮光板24のアパーチャ24Aは、図4(B)に示したフーリエ変換像のうち、0次及び1次の回折成分(点線で囲んだ部分)を透過し、2次以上の回折成分を遮蔽するように、所定の開口径で形成されている。2次以上の回折成分を遮蔽することで、光記録媒体30には、0次及び1次の回折成分だけが照射される。x軸方向の空間周波数μとy軸方向の空間周波数νは各々1種類となり、後述する通り、参照光と付与される直流成分との位相差の制御が容易になる。また、記録領域も小さくなり、記録密度が向上する。   The aperture 24A of the light shielding plate 24 transmits the 0th-order and 1st-order diffraction components (portions surrounded by dotted lines) in the Fourier transform image shown in FIG. 4B and shields the second-order and higher-order diffraction components. Thus, it is formed with a predetermined opening diameter. By shielding the second and higher order diffraction components, the optical recording medium 30 is irradiated with only the zeroth and first order diffraction components. The spatial frequency μ in the x-axis direction and the spatial frequency ν in the y-axis direction are each one, and as described later, the phase difference between the reference light and the applied DC component can be easily controlled. In addition, the recording area is reduced, and the recording density is improved.

(ホログラムの記録動作)
ホログラムを記録する場合には、空間光変調器20には記録用パターンを表示する。例えば、図9(A)に示すように、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。参照光の0次及び1次の回折成分しか使用しないので、参照光パターンとしては、チェッカーパターンのような周期的パターンを用いることが好ましい。
(Hologram recording operation)
When recording a hologram, a recording pattern is displayed on the spatial light modulator 20. For example, as shown in FIG. 9A, the signal light pattern is displayed in the fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light region 20R is made symmetrical with respect to the center point of the display surface 20A. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R. Since only the 0th and 1st order diffraction components of the reference light are used, it is preferable to use a periodic pattern such as a checker pattern as the reference light pattern.

第1の実施の形態と同様にして、レーザ光を空間光変調器20に照射する。空間光変調器20では、表示された記録用パターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器20で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ22で集光され、遮光板24に照射される。レンズ22で集光された記録光は、2次以上の回折光成分が遮光板24でカットされ、0次及び1次の回折成分がアパーチャ24Aを通過する。   As in the first embodiment, the spatial light modulator 20 is irradiated with laser light. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed recording pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 20, that is, the signal light and the reference light are collected by the lens 22 and applied to the light shielding plate 24. The recording light collected by the lens 22 has second-order or higher-order diffracted light components cut by the light-shielding plate 24, and the zeroth-order and first-order diffracted components pass through the aperture 24A.

アパーチャ24Aを通過した記録光は、レンズ26により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体30にホログラムとして記録される。   The recording light that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26, is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28, is condensed, and is irradiated onto the optical recording medium 30 simultaneously and coaxially. Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 30 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

(ホログラムの再生動作)
本実施の形態では、記録された1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジティブ画像及びネガティブ画像の2枚の再生像を検出する。まず、元の信号光パターンと同じポジティブ画像を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図9(B)に示すように、参照光だけが光記録媒体30に照射されるように、空間光変調器20の記録時と同じ位置に参照光領域20Rを配置し、参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。
(Reproduction operation of hologram)
In the present embodiment, two reproduced images, a positive image and a negative image, are detected from one recorded Fourier transform hologram. First, when the same positive image as the original signal light pattern is reproduced, the shutter 12 is opened and the light source 10 emits laser light. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and as shown in FIG. 9B, only the reference light is irradiated onto the optical recording medium 30. The reference light region 20R is arranged at the same position as that during recording of the spatial light modulator 20, and the same reference light pattern as that during recording is displayed in the reference light region 20R.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光が生成される。空間光変調器20で変調されて生成された参照光は、レンズ22で集光され、0次及び1次の回折成分だけがアパーチャ24Aを通過して、レンズ26により平行光に変換される。レンズ26により平行光に変換された参照光は、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光だけが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and reference light is generated. The reference light generated by being modulated by the spatial light modulator 20 is collected by the lens 22, and only the 0th and 1st order diffraction components pass through the aperture 24 </ b> A and are converted into parallel light by the lens 26. The reference light converted into parallel light by the lens 26 is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28, collected, and applied to the optical recording medium 30. That is, only the reference light is irradiated to the optical recording medium 30 as readout light.

光記録媒体30に照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)がレンズ32側に射出される。光記録媒体30から射出された再生光は、レンズ32により平行光とされ、センサアレイ34の表面に結像される。センサアレイ34には、記録時に空間光変調器20に表示した元の信号光パターン、即ち、元の信号光パターンのポジティブ画像(以下、「ポジ画像」という。)が結像される。センサアレイ34が、この再生光を検出して、第1再生像(ポジ画像)が取得される。   The reference light applied to the optical recording medium 30 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced light) is emitted to the lens 32 side. The reproduction light emitted from the optical recording medium 30 is converted into parallel light by the lens 32 and imaged on the surface of the sensor array 34. The original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 20 during recording, that is, a positive image of the original signal light pattern (hereinafter referred to as “positive image”) is formed on the sensor array 34. The sensor array 34 detects this reproduction light, and a first reproduction image (positive image) is acquired.

次に、元の信号光パターンが反転したネガティブ画像を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図9(C)に示すように、空間光変調器20のリング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で右上に移動するようにスライドさせて、右上に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。   Next, when reproducing a negative image in which the original signal light pattern is reversed, the shutter 12 is opened and the laser beam is emitted from the light source 10. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and as shown in FIG. 9C, the ring-shaped reference light region 20R of the spatial light modulator 20 is centered. The point is slid so as to move to the upper right on the drawing, and the reference light pattern is displayed in the reference light region 20R moved to the upper right.

例えば、光記録媒体30をフォトポリマーで構成し、参照光パターンの表示位置のずれ量(シフト量)を、図4(A)に示すように、x軸方向にa、y軸方向にbとした場合について説明する。この場合は、ポジ画像の再生に用いた参照光との位相ずれ量が、|2π(μa+νb)|=π/2となるように、参照光パターンの表示位置をずらす。また、同時に、固定配置された信号光領域20Sに、所定の輝度値を有する透過パターンを表示する。透過パターンにおいて、各画素の輝度値は一定である。   For example, the optical recording medium 30 is made of a photopolymer, and the shift amount (shift amount) of the display position of the reference light pattern is set to a in the x-axis direction and b in the y-axis direction, as shown in FIG. The case will be described. In this case, the display position of the reference light pattern is shifted so that the phase shift amount with respect to the reference light used for reproducing the positive image is | 2π (μa + νb) | = π / 2. At the same time, a transmission pattern having a predetermined luminance value is displayed in the signal light region 20S fixedly arranged. In the transmission pattern, the luminance value of each pixel is constant.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光と付与される直流成分とが生成される。生成された参照光と付与される直流成分とは、レンズ22で集光され、0次及び1次の回折成分だけがアパーチャ24Aを通過して、レンズ26により平行光に変換される。レンズ26により平行光に変換された参照光は、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光と付与された直流成分とが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and the reference light and the direct-current component to be applied are generated. The generated reference light and the applied direct current component are collected by the lens 22, and only the 0th and 1st order diffraction components pass through the aperture 24 </ b> A and are converted into parallel light by the lens 26. The reference light converted into parallel light by the lens 26 is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28 and collected, and is irradiated onto the area where the hologram of the optical recording medium 30 is recorded. That is, the optical recording medium 30 is irradiated with the reference light and the applied direct current component as readout light.

光記録媒体30に照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)がフーリエ変換レンズ32側に射出される。付与された直流成分は回折されずに光記録媒体30を透過する。元の信号光パターンの反転画像の再生は、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との逆位相による干渉の結果として実現される。即ち、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相で干渉するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンの反転画像が再生される。直流成分の位相の設定は、空間光変調器20の信号光用画素の輝度値を適宜変更することにより行うことができる。   The reference light applied to the optical recording medium 30 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced light) is emitted to the Fourier transform lens 32 side. The applied DC component passes through the optical recording medium 30 without being diffracted. Reproduction of the inverted image of the original signal light pattern is realized as a result of interference due to the antiphase between the diffracted light from the hologram and the applied DC component. That is, an inverted image of the original signal light pattern is reproduced by setting the phase difference between the diffracted light and the direct current component so that the diffracted light from the hologram and the applied direct current component interfere with each other in opposite phases. . The phase of the direct current component can be set by appropriately changing the luminance value of the signal light pixel of the spatial light modulator 20.

ホログラムからの回折光と付与された直流成分とは、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。センサアレイ34には、記録時に空間光変調器20に表示した元の信号光パターンの反転パターン、即ち、元の信号光パターンのネガティブ画像(以下、「ネガ画像」という。)が結像される。センサアレイ34が、この再生光を検出して、第2再生像(ネガ画像)が取得される。   The diffracted light from the hologram and the applied direct current component are subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and are incident on the sensor array 34. An inverted pattern of the original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 20 during recording, that is, a negative image of the original signal light pattern (hereinafter referred to as “negative image”) is formed on the sensor array 34. . The sensor array 34 detects this reproduction light, and a second reproduction image (negative image) is acquired.

以上の通り、本実施の形態では、1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジ画像とネガ画像の2枚の再生像を検出することができる。なお、センサアレイ34は、検出した再生信号光を電気信号に変換して制御装置36に出力する。即ち、センサアレイ34は、検出されたアナログデータをA/D変換して、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データとを制御装置36に出力する。第1再生像の画像データ、第2再生像の画像データは、制御装置36のRAM等の記憶部に保持される。   As described above, in this embodiment, two reproduced images of a positive image and a negative image can be detected from one Fourier transform hologram. The sensor array 34 converts the detected reproduction signal light into an electrical signal and outputs it to the control device 36. That is, the sensor array 34 performs A / D conversion on the detected analog data, and outputs the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image to the control device 36. The image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image are held in a storage unit such as a RAM of the control device 36.

(ネガ画像生成の原理)
ここで、図9(C)に示すように、空間光変調器20のリング状の参照光領域20Rを移動させて、移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示すると共に、固定配置された信号光領域20Sに、所定の輝度値を有する透過パターンを表示することで、ネガ画像が得られる理由について説明する。
(Principle of negative image generation)
Here, as shown in FIG. 9C, the ring-shaped reference light region 20R of the spatial light modulator 20 is moved, and the reference light pattern is displayed on the moved reference light region 20R and fixedly arranged. The reason why a negative image can be obtained by displaying a transmission pattern having a predetermined luminance value in the signal light region 20S will be described.

付与する直流成分と参照光との位相差は、参照光パターンの表示位置を変えることで制御できる。本実施の形態では、x軸方向の空間周波数μとy軸方向の空間周波数νは各々1種類である。参照光パターンの表示位置のずれ量(シフト量)を、図4(A)に示すように、x軸方向にa、y軸方向にbとした場合に、ポジ画像の再生に用いた参照光との位相ずれ量は|2π(μa+νb)|となる。   The phase difference between the DC component to be applied and the reference light can be controlled by changing the display position of the reference light pattern. In the present embodiment, the spatial frequency μ in the x-axis direction and the spatial frequency ν in the y-axis direction are each one type. As shown in FIG. 4A, the reference light pattern used to reproduce the positive image when the reference light pattern display position shift amount (shift amount) is a in the x-axis direction and b in the y-axis direction. The amount of phase shift from the above becomes | 2π (μa + νb) |.

一方、付与する直流成分を表示する位置は不変である。また、直流成分の位相は一定である。従って、参照光パターンの表示位置を変えることで、付与する直流成分と参照光との位相差を制御できる。これは次のことを意味する。即ち、再生像を形成するホログラムからの出射光に含まれる直流成分と高次成分との位相差を、参照光パターンの表示位置によって制御できる。   On the other hand, the position where the applied DC component is displayed is unchanged. Further, the phase of the DC component is constant. Therefore, by changing the display position of the reference light pattern, the phase difference between the applied DC component and the reference light can be controlled. This means the following: That is, the phase difference between the direct-current component and the higher-order component included in the light emitted from the hologram forming the reproduced image can be controlled by the display position of the reference light pattern.

上述した通り、ホログラムからの回折光の位相は、再生時に使用した参照光の位相からずれる。そのずれ量は、ホログラムの種類によって決まる。使用する記録材料によってホログラムの種類は既知であるため、位相のずれ量は既知である。以下では、フォトポリマーを光記録媒体30に用いた場合で説明する。   As described above, the phase of the diffracted light from the hologram deviates from the phase of the reference light used during reproduction. The amount of deviation depends on the type of hologram. Since the type of hologram is known depending on the recording material used, the amount of phase shift is known. Hereinafter, a case where a photopolymer is used for the optical recording medium 30 will be described.

ポジ画像の再生に用いた参照光との位相ずれ量が、|2π(μa+νb)|=π/2を満たすように、参照光パターンの表示位置を変化させたとする。この参照光によりホログラムから高次成分の回折光が出射する。フォトポリマーを用いた場合には、Coupled wave理論によると、ホログラムからの回折の際、この回折光にπ/2だけ位相シフトが起こる。一方、付与された直流成分はホログラムを透過するのみである。従って、付与された直流成分とホログラムから回折された高次成分との位相差はπとなる。即ち、付与された直流成分とホログラムから回折された高次成分は、互いに逆位相である。これにより、再生像は反転画像となる。   Assume that the display position of the reference light pattern is changed so that the phase shift amount with respect to the reference light used for reproducing the positive image satisfies | 2π (μa + νb) | = π / 2. Due to this reference light, higher-order diffracted light is emitted from the hologram. When a photopolymer is used, according to the coupled wave theory, a phase shift occurs by π / 2 in the diffracted light when diffracting from the hologram. On the other hand, the applied DC component only transmits the hologram. Therefore, the phase difference between the applied DC component and the higher order component diffracted from the hologram is π. That is, the applied DC component and the higher-order component diffracted from the hologram are in opposite phases. As a result, the reproduced image becomes a reverse image.

上記の例では、光記録媒体30にフォトポリマーを用いたため、回折で付与される位相シフトはπ/2としたが、どのような種類のホログラムであっても、付与された直流成分とホログラムから回折された高次成分との位相差がπとなるように、参照光パターンの表示位置を選択することで、反転画像を再生することができる。   In the above example, since a photopolymer is used for the optical recording medium 30, the phase shift imparted by diffraction is π / 2. However, for any type of hologram, from the imparted DC component and the hologram By selecting the display position of the reference light pattern so that the phase difference from the diffracted higher-order component becomes π, the inverted image can be reproduced.

(データの復号処理)
次に、第1再生像、第2再生像の画像データから、再生された信号光に重畳されたデジタルデータを復号する「復号処理」について説明する。この処理は、制御装置36によって実行される。上述した通り、制御装置36には、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データとが入力されて、保持されている。これら2つの画像データを用いて、信号光パターンの各画素について輝度の差分を演算する。差分を演算することで、両画像データに共通するノイズが相殺される。演算された差分値(正負)により、各画素の符号が正確に判定され、元のデジタルデータが高いSNRで復号される。また、元のデジタルデータが高いSNRで復号されると、ビットエラーレート(BER)も低下する。
(Data decryption process)
Next, a “decoding process” for decoding digital data superimposed on the reproduced signal light from the image data of the first reproduced image and the second reproduced image will be described. This process is executed by the control device 36. As described above, the control device 36 receives and holds the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image. Using these two image data, a luminance difference is calculated for each pixel of the signal light pattern. By calculating the difference, noise common to both image data is canceled. Based on the calculated difference value (positive or negative), the sign of each pixel is accurately determined, and the original digital data is decoded with a high SNR. Also, when the original digital data is decoded with a high SNR, the bit error rate (BER) also decreases.

例えば、二値のデジタルデータ「1、0」が「明、暗」で表現された信号光パターンである場合には、第1再生像(ポジ画像)の画像データから第2再生像(ネガ画像)の画像データを減算処理して、信号光パターン(明暗画像)の各画素について輝度の差分を演算する。第2再生像(ネガ画像)は、元の明暗画像の反転画像であり、元の明暗画像の明部は暗く、暗部は明るくなっている。従って、第1再生像(ポジ画像)の輝度から第2再生像(ネガ画像)の輝度を減じたときの差分値は、元の明暗画像の明部では正となり、元の明暗画像の暗部では負となる。演算された差分値の符号「正、負」を「1、0」として復号すると、元のデジタルデータを高いSNRで復号することができる。   For example, when the binary digital data “1, 0” is a signal light pattern expressed in “bright, dark”, the second reproduced image (negative image) is obtained from the image data of the first reproduced image (positive image). ) Is subtracted to calculate a luminance difference for each pixel of the signal light pattern (bright and dark image). The second reproduced image (negative image) is an inverted image of the original light / dark image, and the bright portion of the original light / dark image is dark and the dark portion is bright. Therefore, the difference value when the luminance of the second reproduced image (negative image) is subtracted from the luminance of the first reproduced image (positive image) is positive in the bright part of the original bright and dark image, and in the dark part of the original bright and dark image. Become negative. When the code “positive, negative” of the calculated difference value is decoded as “1, 0”, the original digital data can be decoded with a high SNR.

また、第1再生像(ポジ画像)の画像データから第2再生像(ネガ画像)の画像データを減算処理して第3再生像(ポジ画像)を生成し、この第3再生像を用いて復号処理を行うこともできる。演算された差分値の符号「正、負」を「明、暗」として、第3再生像(ポジ画像)を生成すると、減算処理して得られた第3再生像では、第1再生像、第2再生像の各々よりもコントラストが強調されることになる。この第3再生像(ポジ画像)を用いれば、元のデジタルデータを高いSNRで復号することができる。   Further, the image data of the second reproduction image (negative image) is subtracted from the image data of the first reproduction image (positive image) to generate a third reproduction image (positive image), and this third reproduction image is used. Decoding processing can also be performed. When the third reproduced image (positive image) is generated by setting the sign “positive, negative” of the calculated difference value as “bright, dark”, the first reproduced image, The contrast is emphasized more than each of the second reproduced images. If this third reproduced image (positive image) is used, the original digital data can be decoded with a high SNR.

また、上記の例では、第1再生像(ポジ画像)の画像データから第2再生像(ネガ画像)の画像データを減算処理する例について説明したが、それとは逆に、第2再生像(ネガ画像)の画像データから第1再生像(ポジ画像)の画像データを減算処理して、輝度の差分値を演算することもできる。輝度の差分値は、元の明暗画像の明部では負となり、元の明暗画像の暗部では正となる。演算された差分値の符号「正、負」を「0、1」として復号すると、元のデジタルデータを高いSNRで復号することができる。或いは、演算された差分値の符号「正、負」を「暗、明」として第3再生像(ポジ画像)を生成し、第3再生像を用いて、元のデジタルデータを高いSNRで復号することができる。   In the above example, the example in which the image data of the second reproduced image (negative image) is subtracted from the image data of the first reproduced image (positive image) has been described. It is also possible to calculate the difference value of the luminance by subtracting the image data of the first reproduced image (positive image) from the image data of the negative image). The luminance difference value is negative in the bright part of the original bright / dark image and positive in the dark part of the original bright / dark image. When the code “positive, negative” of the calculated difference value is decoded as “0, 1”, the original digital data can be decoded with a high SNR. Alternatively, a third reproduced image (positive image) is generated with the calculated difference value code “positive, negative” set to “dark, light”, and the original digital data is decoded with a high SNR using the third reproduced image. can do.

また、上述したオーバーサンプリングを実施している場合には、信号光用データの1つの画素がセンサアレイの複数画素(複数の受光素子)に対応しているので、信号光用データの1画素毎に輝度の差分値を演算する。即ち、対応するセンサアレイの複数画素について、輝度の差分値の平均値を演算する。   In addition, when the above-described oversampling is performed, one pixel of the signal light data corresponds to a plurality of pixels (a plurality of light receiving elements) of the sensor array. The luminance difference value is calculated. That is, the average value of the luminance difference values is calculated for a plurality of pixels of the corresponding sensor array.

<第5の実施の形態>
第5の実施の形態では、コリニア方式において、反射型液晶パネル(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)等の反射型の空間光変調器を用い、この空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、1枚のホログラムからポジティブ画像及びネガティブ画像の2つの再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生する記録再生方式について説明する。
<Fifth embodiment>
In the fifth embodiment, a reflective spatial light modulator such as a reflective liquid crystal panel (LCOS) or a digital micromirror device (DMD) is used in the collinear method, and this spatial light modulation is performed. Using the reference light whose phase is modulated according to the display position of the reference light pattern in the device, the hologram is recorded and reproduced so that two reproduced images of a positive image and a negative image can be obtained from one hologram A recording / reproducing method will be described.

(ホログラム記録再生装置)
図10は第5の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。このホログラム記録再生装置は、光軸を共通とする信号光と参照光とを、同じ方向から1光束の記録光として光記録媒体に照射する「同軸記録方式(コリニア方式)」のホログラム記録再生装置である。本実施の形態では、反射型の空間光変調器(SLM)と反射型の光記録媒体とを用いる「同軸反射型」のホログラム記録再生装置について説明する。
(Hologram recording / reproducing device)
FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a hologram recording / reproducing apparatus according to the fifth embodiment. This hologram recording / reproducing apparatus irradiates an optical recording medium with a signal beam having a common optical axis and a reference light as a single beam of recording light from the same direction as a “coaxial recording method (collinear method)” hologram recording / reproducing apparatus. It is. In the present embodiment, a “coaxial reflection type” hologram recording / reproducing apparatus using a reflection type spatial light modulator (SLM) and a reflection type optical recording medium will be described.

このホログラム記録再生装置には、S偏光のコヒーレント光であるレーザ光を発振する光源50が設けられている。光源50のレーザ光出射側には、光路に対し挿入又は退避(開閉)が可能なシャッター52、直交する直線偏光成分間に1/2波長の光路差を与える1/2波長板54、所定の偏光方向の光を通過させる偏光板56、拡大・コリメート光学系であるビームエキスパンダ58、及び所定方向の偏光だけを透過すると共にそれ以外の偏光を反射する偏光ビームスプリッタ60が、光源50の側から光路に沿ってこの順に配置されている。以下では、偏光ビームスプリッタ60は、P偏光を透過し且つS偏光を反射するものとして説明する。   The hologram recording / reproducing apparatus is provided with a light source 50 that oscillates laser light that is S-polarized coherent light. On the laser beam emission side of the light source 50, a shutter 52 that can be inserted into or retracted from the optical path (open / close), a half-wave plate 54 that gives a half-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, a predetermined wavelength A polarizing plate 56 that transmits light in the polarization direction, a beam expander 58 that is an expansion / collimating optical system, and a polarizing beam splitter 60 that transmits only polarized light in a predetermined direction and reflects other polarized light are provided on the light source 50 side. Are arranged in this order along the optical path. In the following description, it is assumed that the polarizing beam splitter 60 transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.

光源50は、駆動装置84により駆動されて発振する。駆動装置84は、CPU、ROM、RAM、記憶装置などを備えたパーソナルコンピュータ等で構成された制御装置82に接続され、制御装置82により制御されている。また、シャッター52は、制御装置82に接続された駆動装置84により駆動されて開閉する。   The light source 50 is driven by the driving device 84 and oscillates. The drive device 84 is connected to a control device 82 configured by a personal computer having a CPU, ROM, RAM, storage device, and the like, and is controlled by the control device 82. The shutter 52 is driven by a drive device 84 connected to the control device 82 to open and close.

ビームエキスパンダ58から見て、偏光ビームスプリッタ60の光反射側には、画素毎に入射光を変調する反射型の空間光変調器62が配置されている。反射型の空間光変調器62としては、LCOSやDMD等を用いることができる。図10では、空間光変調器62としてLCOSを使用している場合を図示している。なお、空間光変調器としてDMDを利用する場合は、DMD反射面の斜め方向から光を入射し、その反射光を直接レンズ66に入射させる。従って、DMDを用いる場合には、偏光ビームスプリッタ60や後述する1/4波長板64を配置する必要がない。空間光変調器62は、パターン発生器(図示せず)を介して制御装置82に接続されている。   When viewed from the beam expander 58, a reflective spatial light modulator 62 that modulates incident light for each pixel is disposed on the light reflection side of the polarization beam splitter 60. As the reflective spatial light modulator 62, LCOS, DMD, or the like can be used. FIG. 10 illustrates a case where LCOS is used as the spatial light modulator 62. When a DMD is used as the spatial light modulator, light is incident from an oblique direction of the DMD reflecting surface, and the reflected light is directly incident on the lens 66. Therefore, when the DMD is used, it is not necessary to arrange the polarizing beam splitter 60 or the quarter wavelength plate 64 described later. The spatial light modulator 62 is connected to the control device 82 via a pattern generator (not shown).

パターン発生器は、制御装置82から供給されたデジタルデータを明暗画像で表して、空間光変調器62に表示する信号光パターン及び参照光パターンを生成する。信号光パターンは、例えば、二値のデジタルデータ「0,1」が「暗(黒画素)、明(白画素)」で表現されたデジタルパターン等である。参照光パターンは、例えば、ランダムパターン、チェッカーパターン等、複数の空間周波数成分を有するパターンである。空間光変調器62は、表示された信号光パターンや参照光パターンに応じて入射したレーザ光を変調して、信号光や参照光を生成する。   The pattern generator represents the digital data supplied from the control device 82 as a bright and dark image, and generates a signal light pattern and a reference light pattern to be displayed on the spatial light modulator 62. The signal light pattern is, for example, a digital pattern in which binary digital data “0, 1” is expressed as “dark (black pixels), light (white pixels)”. The reference light pattern is a pattern having a plurality of spatial frequency components such as a random pattern and a checker pattern. The spatial light modulator 62 modulates the incident laser light according to the displayed signal light pattern or reference light pattern, and generates signal light or reference light.

空間光変調器62は、図2(B)に示した第1の実施の形態の透過型の空間光変調器20と同様に、平面視が矩形状の表示面20Aを備えている。表示面20Aには、複数の画素部がxy平面に2次元状に配列されている。表示面20Aには、信号光パターンを表示する矩形状の信号光領域20Sと、参照光パターンを表示するリング状の参照光領域20Rと、が設けられている。本実施の形態でも、第1の実施の形態と同様に、信号光領域20Sは、固定配置された固定領域である。一方、参照光領域20Rは、ページ毎にその位置がxy平面上の異なる位置に平行移動(スライド)する可変領域である。   The spatial light modulator 62 includes a display surface 20A having a rectangular shape in plan view, like the transmissive spatial light modulator 20 of the first embodiment shown in FIG. On the display surface 20A, a plurality of pixel portions are two-dimensionally arranged on the xy plane. The display surface 20A is provided with a rectangular signal light region 20S for displaying the signal light pattern and a ring-shaped reference light region 20R for displaying the reference light pattern. Also in the present embodiment, the signal light region 20S is a fixed region that is fixedly arranged as in the first embodiment. On the other hand, the reference light region 20R is a variable region whose position is translated (slided) to a different position on the xy plane for each page.

空間光変調器62で生成された信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ60の方向に反射され、偏光ビームスプリッタ60を透過する。空間光変調器62から見て、偏光ビームスプリッタ60の光透過側には、直線偏光を円偏光に又は円偏光を直線偏光に変換する1/4波長板64、レンズ66、70、及びフーリエ変換レンズ72が、光路に沿ってこの順に配置されている。また、レンズ66とレンズ70との間には、ビームウエスト近傍に、開口部(アパーチャ)68Aを備えた遮光板68が配置されている。   The signal light and the reference light generated by the spatial light modulator 62 are reflected in the direction of the polarization beam splitter 60 and pass through the polarization beam splitter 60. When viewed from the spatial light modulator 62, on the light transmission side of the polarization beam splitter 60, a quarter-wave plate 64 for converting linearly polarized light into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light, lenses 66 and 70, and Fourier transform Lenses 72 are arranged in this order along the optical path. Further, between the lens 66 and the lens 70, a light shielding plate 68 having an opening (aperture) 68A is disposed in the vicinity of the beam waist.

遮光板68のアパーチャ68Aは、図4(B)に示したフーリエ変換像のうち、0次及び1次の回折成分(点線で囲んだ部分)を透過し、2次以上の回折成分を遮蔽するように、所定の開口径で形成されている。2次以上の回折成分を遮蔽することで、光記録媒体74には、0次及び1次の回折成分だけが照射される。x軸方向の空間周波数μとy軸方向の空間周波数νは各々1種類となり、参照光と付与される直流成分との位相差の制御が容易になる。また、記録領域も小さくなり、記録密度が向上する。   The aperture 68A of the light shielding plate 68 transmits the 0th-order and 1st-order diffraction components (portions surrounded by dotted lines) in the Fourier transform image shown in FIG. 4B and shields the second-order and higher-order diffraction components. Thus, it is formed with a predetermined opening diameter. By shielding the second and higher order diffraction components, the optical recording medium 74 is irradiated with only the zeroth and first order diffraction components. The spatial frequency μ in the x-axis direction and the spatial frequency ν in the y-axis direction are each one, and the control of the phase difference between the reference light and the direct-current component to be applied becomes easy. In addition, the recording area is reduced, and the recording density is improved.

フーリエ変換レンズ72の光出射側には、光記録媒体74を保持する保持ステージ(図示せず)が設けられている。光記録媒体74は、反射層74Aと、光照射による屈折率変化によりホログラムを記録可能な光記録層74Bと、を備えた光記録媒体である。反射層74Aは、金属や半金属を蒸着した反射率の高い薄膜で構成されている。光記録層74Bには、例えば、フォトポリマー材料、フォトリフラクティブ材料、銀塩感光材料等の記録材料が用いられる。   A holding stage (not shown) for holding the optical recording medium 74 is provided on the light emitting side of the Fourier transform lens 72. The optical recording medium 74 is an optical recording medium including a reflective layer 74A and an optical recording layer 74B capable of recording a hologram by a change in refractive index due to light irradiation. The reflective layer 74A is composed of a thin film having a high reflectance obtained by vapor-depositing a metal or a semimetal. For the optical recording layer 74B, for example, a recording material such as a photopolymer material, a photorefractive material, or a silver salt photosensitive material is used.

保持ステージは、制御装置82に接続された駆動装置(図示せず)により駆動されて、光軸方向又は光軸と垂直な面方向に移動する。保持ステージは、例えば、光記録媒体74の反射層74Aと光記録層74Bとの界面が、フーリエ変換レンズ72の焦点位置となる位置で、光記録媒体74を保持する。フーリエ変換レンズ72は、入射した光をフーリエ変換して光記録媒体74に集光する。   The holding stage is driven by a driving device (not shown) connected to the control device 82 and moves in the optical axis direction or a plane direction perpendicular to the optical axis. For example, the holding stage holds the optical recording medium 74 at a position where the interface between the reflective layer 74 </ b> A and the optical recording layer 74 </ b> B of the optical recording medium 74 is the focal position of the Fourier transform lens 72. The Fourier transform lens 72 performs Fourier transform on the incident light and collects it on the optical recording medium 74.

1/4波長板64から見て、偏光ビームスプリッタ60の光反射側には、CCDやCMOSアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光(回折光)を電気信号に変換して出力する光検出器としてのセンサアレイ80が配置されている。また、センサアレイ80は、制御装置82に接続されている。センサアレイ80は、受光面に結像された再生像を撮像し、得られた画像データを制御装置82に出力する。   When viewed from the quarter-wave plate 64, the light reflecting side of the polarization beam splitter 60 is constituted by an imaging device such as a CCD or a CMOS array, and converts the received reproduction light (diffracted light) into an electrical signal for output. A sensor array 80 as a photodetector is arranged. The sensor array 80 is connected to the control device 82. The sensor array 80 captures a reproduced image formed on the light receiving surface and outputs the obtained image data to the control device 82.

(ホログラムの記録動作)
ホログラムを記録する場合には、空間光変調器20には記録用パターンを表示する。例えば、図9(A)に示すように、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。参照光の0次及び1次の回折成分しか使用しないので、参照光パターンとしては、チェッカーパターンのような周期的パターンを用いることが好ましい。
(Hologram recording operation)
When recording a hologram, a recording pattern is displayed on the spatial light modulator 20. For example, as shown in FIG. 9A, the signal light pattern is displayed in the fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light region 20R is made symmetrical with respect to the center point of the display surface 20A. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R. Since only the 0th and 1st order diffraction components of the reference light are used, it is preferable to use a periodic pattern such as a checker pattern as the reference light pattern.

ホログラムを記録する場合には、シャッター52を開いて、光源50からレーザ光を照射する。同時に、制御装置82からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器62に記録用パターン(図9(A)参照)を表示する。光源50から発振されたレーザ光は、シャッター52を通過し、1/2波長板54と偏光板56とにより光強度や偏光方向が調整される。偏光板56を通過した光(S偏光)は、ビームエキスパンダ58により大径の平行光に変換されて、偏光ビームスプリッタ60により反射され、空間光変調器62に照射される。   When recording a hologram, the shutter 52 is opened and laser light is emitted from the light source 50. At the same time, digital data is output from the control device 82 at a predetermined timing, and a recording pattern (see FIG. 9A) is displayed on the spatial light modulator 62. The laser light oscillated from the light source 50 passes through the shutter 52, and the light intensity and the polarization direction are adjusted by the half-wave plate 54 and the polarizing plate 56. The light (S-polarized light) that has passed through the polarizing plate 56 is converted into large-diameter parallel light by the beam expander 58, reflected by the polarizing beam splitter 60, and applied to the spatial light modulator 62.

空間光変調器62では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器62で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ60側に反射され、P偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ60に入射する。P偏光の信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ60を透過して、1/4波長板64で円偏光に変換され、レンズ66で集光され、遮光板68に照射される。   In the spatial light modulator 62, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 62, that is, the signal light and the reference light are reflected to the polarization beam splitter 60 side, converted into P-polarized light, and incident on the polarization beam splitter 60. The P-polarized signal light and reference light are transmitted through the polarization beam splitter 60, converted into circularly polarized light by the ¼ wavelength plate 64, condensed by the lens 66, and applied to the light shielding plate 68.

レンズ66で集光された記録光は、2次以上の回折光成分が遮光板68でカットされ、0次及び1次の回折成分がアパーチャ68Aを通過する。アパーチャ68Aを通過した記録光(信号光と参照光)は、レンズ70により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ72によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体74に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体74にホログラムとして記録される。   In the recording light condensed by the lens 66, the second and higher order diffracted light components are cut by the light shielding plate 68, and the zeroth and first order diffracted components pass through the aperture 68A. The recording light (signal light and reference light) that has passed through the aperture 68A is converted into parallel light by the lens 70, is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 72, is condensed, and is irradiated onto the optical recording medium 74 simultaneously and coaxially. . Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 74 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

(ホログラムの再生動作)
本実施の形態では、記録された1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジティブ画像及びネガティブ画像の2枚の再生像を検出する。まず、元の信号光パターンと同じポジティブ画像を再生する場合には、シャッター52を開いて、光源50からレーザ光を照射する。同時に、制御装置82から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図9(B)に示すように、参照光だけが光記録媒体74に照射されるように、空間光変調器62の記録時と同じ位置に参照光領域20Rを配置し、参照光領域20Rに記録時と同じ参照光パターンを表示する。
(Reproduction operation of hologram)
In the present embodiment, two reproduced images, a positive image and a negative image, are detected from one recorded Fourier transform hologram. First, when reproducing the same positive image as the original signal light pattern, the shutter 52 is opened and laser light is emitted from the light source 50. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 82 at a predetermined timing, so that only the reference light is irradiated onto the optical recording medium 74 as shown in FIG. The reference light region 20R is arranged at the same position as that during recording of the spatial light modulator 62, and the same reference light pattern as that during recording is displayed in the reference light region 20R.

光源50から発振されたレーザ光は、記録時と同様にして、空間光変調器62に入射する。空間光変調器62では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光が生成される。空間光変調器62で変調されて生成された参照光は、偏光ビームスプリッタ60側に反射され、P偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ60に入射する。P偏光の信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ60を透過して、1/4波長板64で円偏光に変換され、レンズ66で集光され、遮光板68に照射される。   The laser light oscillated from the light source 50 enters the spatial light modulator 62 in the same manner as at the time of recording. In the spatial light modulator 62, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and reference light is generated. The reference light generated by being modulated by the spatial light modulator 62 is reflected to the polarization beam splitter 60 side, converted into P-polarized light, and enters the polarization beam splitter 60. The P-polarized signal light and reference light are transmitted through the polarization beam splitter 60, converted into circularly polarized light by the ¼ wavelength plate 64, condensed by the lens 66, and applied to the light shielding plate 68.

レンズ66で集光された参照光は、0次及び1次の回折成分だけがアパーチャ68Aを通過して、レンズ70により平行光に変換される。レンズ70により平行光に変換された参照光は、フーリエ変換レンズ72によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体74に照射される。即ち、光記録媒体74には、参照光だけが読出し光として照射される。   In the reference light collected by the lens 66, only the 0th-order and 1st-order diffraction components pass through the aperture 68A and are converted into parallel light by the lens. The reference light converted into parallel light by the lens 70 is subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 72, collected, and applied to the optical recording medium 74. That is, only the reference light is irradiated to the optical recording medium 74 as readout light.

光記録媒体74に照射された参照光は、光記録層74Bを透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)が反射層74Aで反射されて、レンズ72側に射出される。光記録媒体74から射出された再生光は、レンズ72により逆フーリエ変換され、レンズ70、66によりリレーされ、1/4波長板64で直線偏光(S偏光)に変換されて、偏光ビームスプリッタ60に入射する。   The reference light applied to the optical recording medium 74 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording layer 74B, and the transmitted diffracted light (reproduced light) is reflected by the reflective layer 74A and emitted to the lens 72 side. . The reproduction light emitted from the optical recording medium 74 is subjected to inverse Fourier transform by the lens 72, relayed by the lenses 70 and 66, converted to linearly polarized light (S-polarized light) by the quarter wavelength plate 64, and the polarization beam splitter 60. Is incident on.

偏光ビームスプリッタ60に入射した再生光(S偏光)は、偏光ビームスプリッタ60でセンサアレイ80側に反射されて、センサアレイ80の表面に結像される。センサアレイ80には、記録時に空間光変調器62に表示した元の信号光パターン、即ち、元の信号光パターンのポジティブ画像(以下、「ポジ画像」という。)が結像される。センサアレイ80が、この再生光を検出して、第1再生像(ポジ画像)が取得される。   The reproduction light (S-polarized light) incident on the polarization beam splitter 60 is reflected by the polarization beam splitter 60 toward the sensor array 80 and forms an image on the surface of the sensor array 80. The original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 62 at the time of recording, that is, a positive image (hereinafter referred to as “positive image”) of the original signal light pattern is formed on the sensor array 80. The sensor array 80 detects this reproduction light, and a first reproduction image (positive image) is acquired.

次に、元の信号光パターンが反転したネガティブ画像を再生する場合には、シャッター52を開いて、光源50からレーザ光を照射する。同時に、制御装置82から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図9(C)に示すように、空間光変調器62のリング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で右上に移動するようにスライドさせて、右上に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。同時に、固定配置された信号光領域20Sに、所定の輝度値を有する透過パターンを表示する。   Next, when reproducing a negative image in which the original signal light pattern is reversed, the shutter 52 is opened and the laser light is emitted from the light source 50. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 82 at a predetermined timing, and the ring-shaped reference light region 20R of the spatial light modulator 62 is centered as shown in FIG. 9C. The point is slid so as to move to the upper right on the drawing, and the reference light pattern is displayed in the reference light region 20R moved to the upper right. At the same time, a transmission pattern having a predetermined luminance value is displayed in the signal light region 20S fixedly arranged.

光源50から発振されたレーザ光は、記録時と同様にして、空間光変調器62に入射する。空間光変調器62では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光と付与される直流成分とが生成される。生成された参照光と付与される直流成分とは、偏光ビームスプリッタ60側に反射され、P偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ60に入射する。P偏光の参照光と付与される直流成分とは、偏光ビームスプリッタ60を透過して、1/4波長板64で円偏光に変換され、レンズ66で集光され、遮光板68に照射される。   The laser light oscillated from the light source 50 enters the spatial light modulator 62 in the same manner as at the time of recording. In the spatial light modulator 62, the laser light is modulated according to the displayed pattern, and the reference light and the direct-current component to be applied are generated. The generated reference light and the direct-current component to be imparted are reflected to the polarization beam splitter 60 side, converted into P-polarized light, and enter the polarization beam splitter 60. The P-polarized reference light and the direct-current component imparted are transmitted through the polarization beam splitter 60, converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 64, condensed by the lens 66, and irradiated to the light shielding plate 68. .

レンズ66で集光された参照光と付与される直流成分とは、0次及び1次の回折成分だけがアパーチャ68Aを通過して、レンズ70により平行光に変換される。レンズ70により平行光に変換された参照光と付与される直流成分とは、フーリエ変換レンズ72によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体74に照射される。即ち、光記録媒体74には、参照光と付与される直流成分とが読出し光として照射される。   Of the reference light collected by the lens 66 and the direct-current component to be applied, only the 0th-order and 1st-order diffraction components pass through the aperture 68A and are converted into parallel light by the lens 70. The reference light converted into parallel light by the lens 70 and the applied direct current component are subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 72 to be condensed and irradiated onto the optical recording medium 74. That is, the optical recording medium 74 is irradiated with the reference light and the applied direct current component as readout light.

光記録媒体74に照射された参照光は、光記録層74Bを透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)が反射層74Aで反射されて、フーリエ変換レンズ72側に射出される。付与された直流成分は回折されずに反射層74Aで反射される。元の信号光パターンの反転画像の再生は、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相で干渉するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンの反転画像が再生される。この位相差の設定は、空間光変調器62における、参照光パターンの表示位置のずれ量により行うことができる。   The reference light applied to the optical recording medium 74 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording layer 74B, and the transmitted diffracted light (reproduced light) is reflected by the reflective layer 74A and emitted to the Fourier transform lens 72 side. Is done. The applied direct current component is reflected by the reflection layer 74A without being diffracted. Reproduction of the inverted image of the original signal light pattern is realized as a result of interference between the diffracted light from the hologram and the applied DC component. That is, an inverted image of the original signal light pattern is reproduced by setting the phase difference between the diffracted light and the direct current component so that the diffracted light from the hologram and the applied direct current component interfere with each other in opposite phases. . This phase difference can be set by the amount of deviation of the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator 62.

ホログラムからの回折光と付与された直流成分とは、フーリエ変換レンズ72により逆フーリエ変換されて、レンズ70、66によりリレーされ、1/4波長板64で直線偏光(S偏光)に変換されて、偏光ビームスプリッタ60に入射する。偏光ビームスプリッタ60に入射した再生光(S偏光)は、偏光ビームスプリッタ60でセンサアレイ80側に反射されて、センサアレイ80の表面に結像される。センサアレイ80には、記録時に空間光変調器62に表示した元の信号光パターンの反転パターン、即ち、元の信号光パターンのネガティブ画像(以下、「ネガ画像」という。)が結像される。センサアレイ80が、この再生光を検出して、第2再生像(ネガ画像)が取得される。   The diffracted light from the hologram and the applied DC component are inverse Fourier transformed by the Fourier transform lens 72, relayed by the lenses 70 and 66, and converted to linearly polarized light (S polarized light) by the quarter wavelength plate 64. , Enters the polarization beam splitter 60. The reproduction light (S-polarized light) incident on the polarization beam splitter 60 is reflected by the polarization beam splitter 60 toward the sensor array 80 and forms an image on the surface of the sensor array 80. An inverted pattern of the original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 62 during recording, that is, a negative image of the original signal light pattern (hereinafter referred to as “negative image”) is formed on the sensor array 80. . The sensor array 80 detects this reproduction light, and a second reproduction image (negative image) is acquired.

なお、ネガ画像が得られる理由は、第4の実施の形態で説明した通りである。反射型の空間光変調器62としてDMDを用いる場合には、ホログラムのネガ画像を再生するときに、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との逆位相による干渉が大きくなるように、各画素部の振動周期が同期することが好ましい。例えば、信号光パターンを表示する信号光領域20Sの画素部のスイング周期m(Hz)と、参照光パターンを表示する参照光領域20Rの画素部のスイング周期n(Hz)とを、k・n=m(kは1以上の整数)の関係を満たすように設定する。   Note that the reason why a negative image is obtained is as described in the fourth embodiment. When DMD is used as the reflective spatial light modulator 62, when reproducing a negative image of the hologram, each of the interferences due to the antiphase between the diffracted light from the hologram and the applied DC component is increased. It is preferable that the vibration period of the pixel portion is synchronized. For example, the swing period m (Hz) of the pixel portion of the signal light region 20S that displays the signal light pattern and the swing cycle n (Hz) of the pixel portion of the reference light region 20R that displays the reference light pattern are expressed as k · n. = M (k is an integer of 1 or more).

また、本実施の形態では、第4の実施の形態と同様に、1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジ画像とネガ画像の2枚の再生像を検出することができる。センサアレイ80は、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データとを制御装置82に出力する。第1再生像の画像データ、第2再生像の画像データは、制御装置82のRAM等の記憶部に保持される。   Further, in the present embodiment, as in the fourth embodiment, two reproduced images of a positive image and a negative image can be detected from one Fourier transform hologram. The sensor array 80 outputs the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image to the control device 82. The image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image are held in a storage unit such as a RAM of the control device 82.

本実施の形態においても、第4の実施の形態と同様に、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データ、これら2つの画像データを用いて、信号光パターンの各画素について輝度の差分を演算する。差分を演算することで、両画像データに共通するノイズが相殺される。演算された差分値(正負)により、各画素の符号が正確に判定され、二次元符号化された元のデジタルデータが高いSNRで復号される。また、元のデジタルデータが高いSNRで復号されると、ビットエラーレート(BER)も低下する。   Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the luminance of each pixel of the signal light pattern using the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image, and these two image data. The difference between is calculated. By calculating the difference, noise common to both image data is canceled. Based on the calculated difference value (positive or negative), the sign of each pixel is accurately determined, and the original digital data that has been two-dimensionally encoded is decoded with a high SNR. Also, when the original digital data is decoded with a high SNR, the bit error rate (BER) also decreases.

<第6の実施の形態>
第6の実施の形態では、コリニア方式において、空間光変調器における参照光パターンの表示位置に応じて位相が変調された参照光を利用して、液晶型の空間光変調器を使用する場合に限定されることなく、1枚のホログラムからポジティブ画像及びネガティブ画像の2つの再生像が得られるように、ホログラムを記録し再生する記録再生方式について説明する。
<Sixth Embodiment>
In the sixth embodiment, in the collinear method, a liquid crystal type spatial light modulator is used by using reference light whose phase is modulated in accordance with the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator. Without limitation, a recording / reproducing method for recording and reproducing a hologram so that two reproduced images of a positive image and a negative image can be obtained from one hologram will be described.

(ホログラム記録再生装置)
第6の実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、遮光板24のアパーチャ24Aの開口径を制御した以外は、図6に示した第2の実施の形態に係るホログラム記録再生装置と同じ構成であるため、異なる構成部分以外は説明を省略する。
(Hologram recording / reproducing device)
The hologram recording / reproducing apparatus according to the sixth embodiment has the same configuration as the hologram recording / reproducing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 6 except that the aperture diameter of the aperture 24A of the light shielding plate 24 is controlled. Therefore, the description is omitted except for the different components.

遮光板24のアパーチャ24Aは、図4(B)に示したフーリエ変換像のうち、0次及び1次の回折成分(点線で囲んだ部分)を透過し、2次以上の回折成分を遮蔽するように、所定の開口径で形成されている。2次以上の回折成分を遮蔽することで、光記録媒体30には、0次及び1次の回折成分だけが照射される。x軸方向の空間周波数μとy軸方向の空間周波数νは各々1種類となり、後述する通り、参照光と付与される直流成分との位相差の制御が容易になる。また、記録領域も小さくなり、記録密度が向上する。   The aperture 24A of the light shielding plate 24 transmits the 0th-order and 1st-order diffraction components (portions surrounded by dotted lines) in the Fourier transform image shown in FIG. 4B and shields the second-order and higher-order diffraction components. Thus, it is formed with a predetermined opening diameter. By shielding the second and higher order diffraction components, the optical recording medium 30 is irradiated with only the zeroth and first order diffraction components. The spatial frequency μ in the x-axis direction and the spatial frequency ν in the y-axis direction are each one, and as described later, the phase difference between the reference light and the applied DC component can be easily controlled. In addition, the recording area is reduced, and the recording density is improved.

(ホログラムの記録動作)
ホログラムを記録する場合には、制御装置36により駆動装置46を制御してマスク44を駆動し、マスク44を参照光の光路に対し挿入する。また、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36からデジタルデータを所定のタイミングで出力して、空間光変調器20に記録用パターンを表示する。
(Hologram recording operation)
When recording a hologram, the control device 36 controls the drive device 46 to drive the mask 44 and insert the mask 44 into the optical path of the reference light. Further, the shutter 12 is opened and the laser light is emitted from the light source 10. At the same time, digital data is output from the control device 36 at a predetermined timing, and a recording pattern is displayed on the spatial light modulator 20.

例えば、図11(A)に示すように、固定配置された信号光領域20Sに信号光パターンを表示すると共に、表示面20Aの中心点に対し対称となるようにリング状の参照光領域20Rを配置して、この参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。参照光の0次及び1次の回折成分しか使用しないので、参照光パターンとしては、チェッカーパターンのような周期的パターンを用いることが好ましい。   For example, as shown in FIG. 11A, the signal light pattern is displayed in the fixedly arranged signal light region 20S, and the ring-shaped reference light region 20R is symmetric with respect to the center point of the display surface 20A. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R. Since only the 0th and 1st order diffraction components of the reference light are used, it is preferable to use a periodic pattern such as a checker pattern as the reference light pattern.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、信号光と参照光とが生成される。空間光変調器20で変調された記録光、即ち、信号光と参照光とは、レンズ22で集光され、遮光板24及びマスク44に照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and signal light and reference light are generated. The recording light modulated by the spatial light modulator 20, that is, the signal light and the reference light are collected by the lens 22 and irradiated to the light shielding plate 24 and the mask 44.

レンズ22で集光された記録光は、2次以上の回折光成分が遮光板24でカットされ、0次回折成分がマスク44で除去されて、1次の回折成分だけがアパーチャ24Aを通過する。アパーチャ24Aを通過した記録光(信号光と参照光)は、レンズ26により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に同時に且つ同軸で照射される。信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉して形成された干渉縞が、光記録媒体30にホログラムとして記録される。   In the recording light condensed by the lens 22, the second and higher order diffracted light components are cut by the light shielding plate 24, the zeroth order diffracted components are removed by the mask 44, and only the first order diffracted components pass through the aperture 24A. . The recording light (signal light and reference light) that has passed through the aperture 24A is converted into parallel light by the lens 26, is Fourier-transformed by the Fourier transform lens 28, is condensed, and is irradiated onto the optical recording medium 30 simultaneously and coaxially. . Interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light are recorded on the optical recording medium 30 as a hologram at a position where the signal light and the reference light are collected.

本実施の形態では、第2の実施の形態と同様に、記録するページ毎に参照光領域20Rの位置を変えて、参照光パターンを表示する「参照光パターンスライド多重」を実施することができる。即ち、同じ参照光パターンがxy平面上で移動し、記録するページ毎にxy平面上の異なる位置に表示される。参照光パターンの表示位置に応じて、参照光の位相が変調される。ページ毎に位相分布が異なる参照光を用いることで、複数ページのホログラムを同じ位置に多重記録することができる。   In the present embodiment, as in the second embodiment, “reference light pattern slide multiplexing” that displays the reference light pattern by changing the position of the reference light region 20R for each page to be recorded can be performed. . That is, the same reference light pattern moves on the xy plane and is displayed at different positions on the xy plane for each page to be recorded. The phase of the reference light is modulated according to the display position of the reference light pattern. By using reference light having a different phase distribution for each page, a plurality of pages of holograms can be multiplexed and recorded at the same position.

参照光パターンの表示位置を変えて得られた位相の異なる参照光は、0次回折成分は位相がずれないために、共通の直流成分を有している。この共通の直流成分はクロストークの原因となる。参照光間にクロストークがあると、記録時にはノイズ・グレーティングが形成される。また、再生時には再生像のS/Nを劣化させることになる。本実施の形態では、記録時に参照光の直流成分が除去されるので、このクロストークを抑制することができる。   The reference lights having different phases obtained by changing the display position of the reference light pattern have a common DC component because the zero-order diffraction component does not shift in phase. This common DC component causes crosstalk. If there is crosstalk between the reference beams, a noise grating is formed during recording. Further, the S / N of the reproduced image is deteriorated during reproduction. In the present embodiment, since the direct current component of the reference light is removed during recording, this crosstalk can be suppressed.

(ホログラムの再生動作)
本実施の形態では、記録された1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジティブ画像及びネガティブ画像の2枚の再生像を検出する。まず、元の信号光パターンと同じポジティブ画像を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図11(B)に示すように、空間光変調器20のリング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で左下に移動するようにスライドさせて、左下に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。また、同時に、固定配置された信号光領域20Sに、所定の輝度値を有する透過パターンを表示する。
(Reproduction operation of hologram)
In the present embodiment, two reproduced images, a positive image and a negative image, are detected from one recorded Fourier transform hologram. First, when the same positive image as the original signal light pattern is reproduced, the shutter 12 is opened and the light source 10 emits laser light. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and the ring-shaped reference light region 20R of the spatial light modulator 20 is centered as shown in FIG. The reference light pattern is displayed in the reference light region 20R moved to the lower left by sliding the point so as to move to the lower left on the drawing. At the same time, a transmission pattern having a predetermined luminance value is displayed in the signal light region 20S fixedly arranged.

例えば、光記録媒体30をフォトポリマーで構成し、参照光パターンの表示位置のずれ量(シフト量)を、図4(A)に示したのとは逆に、x軸方向に−a、y軸方向に−bとした場合について説明する。この場合は、記録時に用いた参照光との位相ずれ量が、|2π(μa+νb)|=π/2で、大きさは図4(A)の場合と同じであるが、絶対値をはずした場合の値の符号が逆となるように、参照光パターンの表示位置をずらす。   For example, the optical recording medium 30 is made of a photopolymer, and the shift amount (shift amount) of the display position of the reference light pattern is −a, y in the x-axis direction, contrary to that shown in FIG. A case where −b is set in the axial direction will be described. In this case, the amount of phase shift from the reference light used for recording is | 2π (μa + νb) | = π / 2, and the magnitude is the same as in FIG. The display position of the reference light pattern is shifted so that the sign of the case value is reversed.

光源10から発振されたレーザ光は、第1の実施の形態と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光と付与される直流成分とが生成される。空間光変調器20で変調されて生成された参照光と付与される直流成分とは、レンズ22で集光され、1次の回折成分だけがアパーチャ24Aを通過して、レンズ26により平行光に変換される。レンズ26により平行光に変換された参照光と付与される直流成分とは、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光と付与される直流成分とが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the first embodiment. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and the reference light and the direct-current component to be applied are generated. The reference light modulated by the spatial light modulator 20 and the direct-current component to be applied are condensed by the lens 22, and only the first-order diffraction component passes through the aperture 24 </ b> A and is converted into parallel light by the lens 26. Converted. The reference light converted into parallel light by the lens 26 and the applied direct current component are subjected to Fourier transform by the Fourier transform lens 28, collected, and irradiated onto the optical recording medium 30. That is, the optical recording medium 30 is irradiated with the reference light and the applied DC component as readout light.

光記録媒体30に照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)がフーリエ変換レンズ32側に射出される。付与された直流成分は回折されずに光記録媒体30を透過する。元の信号光パターンの復元は、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが同位相で干渉するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンと同じ画像が再生される。この位相差の設定は、空間光変調器20における、参照光パターンの表示位置のずれ量により、行うことができる。   The reference light applied to the optical recording medium 30 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced light) is emitted to the Fourier transform lens 32 side. The applied DC component passes through the optical recording medium 30 without being diffracted. The restoration of the original signal light pattern is realized as a result of interference between the diffracted light from the hologram and the applied DC component. That is, the same image as the original signal light pattern is reproduced by setting the phase difference between the diffracted light and the DC component so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component in the same phase. . This phase difference can be set by the amount of shift of the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator 20.

ホログラムからの回折光と付与された直流成分とは、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。センサアレイ34には、記録時に空間光変調器20に表示した元の信号光パターンと同じパターン、即ち、元の信号光パターンのポジ画像が結像される。センサアレイ34が、この再生光を検出して、第1再生像(ポジ画像)が取得される。   The diffracted light from the hologram and the applied direct current component are subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and are incident on the sensor array 34. The same pattern as the original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 20 during recording, that is, a positive image of the original signal light pattern is formed on the sensor array 34. The sensor array 34 detects this reproduction light, and a first reproduction image (positive image) is acquired.

次に、元の信号光パターンが反転したネガティブ画像を再生する場合には、シャッター12を開いて、光源10からレーザ光を照射する。同時に、制御装置36から参照光パターンを表示するためのデジタルデータを所定のタイミングで出力して、図11(C)に示すように、空間光変調器20のリング状の参照光領域20Rを中心点に対し図面上で右上に移動するようにスライドさせて、右上に移動させた参照光領域20Rに参照光パターンを表示する。また、同時に、固定配置された信号光領域20Sに、所定の輝度値を有する透過パターンを表示する。   Next, when reproducing a negative image in which the original signal light pattern is reversed, the shutter 12 is opened and the laser beam is emitted from the light source 10. At the same time, digital data for displaying the reference light pattern is output from the control device 36 at a predetermined timing, and the ring-shaped reference light region 20R of the spatial light modulator 20 is centered as shown in FIG. The point is slid so as to move to the upper right on the drawing, and the reference light pattern is displayed in the reference light region 20R moved to the upper right. At the same time, a transmission pattern having a predetermined luminance value is displayed in the signal light region 20S fixedly arranged.

例えば、光記録媒体30をフォトポリマーで構成し、参照光パターンの表示位置のずれ量(シフト量)を、図4(A)に示すように、x軸方向にa、y軸方向にbとした場合について説明する。この場合は、記録時に用いた参照光との位相ずれ量が、|2π(μa+νb)|=π/2となるように、参照光パターンの表示位置をずらす。   For example, the optical recording medium 30 is made of a photopolymer, and the shift amount (shift amount) of the display position of the reference light pattern is set to a in the x-axis direction and b in the y-axis direction, as shown in FIG. The case will be described. In this case, the display position of the reference light pattern is shifted so that the phase shift amount with respect to the reference light used at the time of recording becomes | 2π (μa + νb) | = π / 2.

光源10から発振されたレーザ光は、ポジ画像の場合と同様にして、空間光変調器20に入射する。空間光変調器20では、表示されたパターンに応じてレーザ光が変調され、参照光と付与される直流成分とが生成される。生成された参照光と付与される直流成分とは、レンズ22で集光され、1次の回折成分だけがアパーチャ24Aを通過して、レンズ26により平行光に変換され、フーリエ変換レンズ28によりフーリエ変換されて集光され、光記録媒体30のホログラムが記録された領域に照射される。即ち、光記録媒体30には、参照光と付与された直流成分とが読出し光として照射される。   The laser light oscillated from the light source 10 enters the spatial light modulator 20 in the same manner as in the case of a positive image. In the spatial light modulator 20, the laser light is modulated in accordance with the displayed pattern, and the reference light and the direct-current component to be applied are generated. The generated reference light and the applied direct current component are condensed by the lens 22, and only the first-order diffraction component passes through the aperture 24 </ b> A, is converted into parallel light by the lens 26, and is Fourier transformed by the Fourier transform lens 28. The light is converted and collected, and is irradiated onto the area where the hologram of the optical recording medium 30 is recorded. That is, the optical recording medium 30 is irradiated with the reference light and the applied direct current component as readout light.

光記録媒体30に照射された参照光は、光記録媒体30を透過するときに、ホログラムによって回折され、透過回折光(再生光)がフーリエ変換レンズ32側に射出される。付与された直流成分は回折されずに光記録媒体30を透過する。元の信号光パターンの反転画像の再生は、ホログラムからの回折光と付与された直流成分との干渉の結果として実現される。即ち、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相で干渉するように、回折光と直流成分との位相差を設定することで、元の信号光パターンの反転画像が再生される。この位相差の設定は、空間光変調器20における、参照光パターンの表示位置のずれ量により、行うことができる。   The reference light applied to the optical recording medium 30 is diffracted by the hologram when passing through the optical recording medium 30, and transmitted diffracted light (reproduced light) is emitted to the Fourier transform lens 32 side. The applied DC component passes through the optical recording medium 30 without being diffracted. Reproduction of the inverted image of the original signal light pattern is realized as a result of interference between the diffracted light from the hologram and the applied DC component. That is, an inverted image of the original signal light pattern is reproduced by setting the phase difference between the diffracted light and the direct current component so that the diffracted light from the hologram and the applied direct current component interfere with each other in opposite phases. . This phase difference can be set by the amount of shift of the display position of the reference light pattern in the spatial light modulator 20.

ホログラムからの回折光と付与された直流成分とは、フーリエ変換レンズ32により逆フーリエ変換されて、センサアレイ34に入射する。センサアレイ34には、記録時に空間光変調器20に表示した元の信号光パターンの反転パターン、即ち、元の信号光パターンのネガ画像が結像される。センサアレイ34が、この再生光を検出して、第2再生像(ネガ画像)が取得される。   The diffracted light from the hologram and the applied direct current component are subjected to inverse Fourier transform by the Fourier transform lens 32 and are incident on the sensor array 34. On the sensor array 34, an inverted pattern of the original signal light pattern displayed on the spatial light modulator 20 during recording, that is, a negative image of the original signal light pattern is formed. The sensor array 34 detects this reproduction light, and a second reproduction image (negative image) is acquired.

また、本実施の形態では、第4の実施の形態と同様に、1枚のフーリエ変換ホログラムから、ポジ画像とネガ画像の2枚の再生像を検出することができる。センサアレイ34は、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データとを制御装置36に出力する。第1再生像の画像データ、第2再生像の画像データは、制御装置36のRAM等の記憶部に保持される。   Further, in the present embodiment, as in the fourth embodiment, two reproduced images of a positive image and a negative image can be detected from one Fourier transform hologram. The sensor array 34 outputs the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image to the control device 36. The image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image are held in a storage unit such as a RAM of the control device 36.

本実施の形態においても、第4の実施の形態と同様に、第1再生像の画像データと第2再生像の画像データ、これら2つの画像データを用いて、信号光パターンの各画素について輝度の差分を演算する。差分を演算することで、両画像データに共通するノイズが相殺される。演算された差分値(正負)により、各画素の符号が正確に判定され、二次元符号化された元のデジタルデータが高いSNRで復号される。また、元のデジタルデータが高いSNRで復号されると、ビットエラーレート(BER)も低下する。   Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the luminance of each pixel of the signal light pattern using the image data of the first reproduced image and the image data of the second reproduced image, and these two image data. The difference between is calculated. By calculating the difference, noise common to both image data is canceled. Based on the calculated difference value (positive or negative), the sign of each pixel is accurately determined, and the original digital data that has been two-dimensionally encoded is decoded with a high SNR. Also, when the original digital data is decoded with a high SNR, the bit error rate (BER) also decreases.

なお、上記の第4〜第6の実施の形態においても、参照光パターンの表示位置を変えて参照光の位相を変調するので、「参照光パターンスライド多重」と同様に、再生または記録時に1ページ処理するたびに光記録媒体を記録光に対して相対移動させることなく(媒体非移動で)、ホログラムを記録・再生できるので、再生時や記録時の高速化を狙うこともできる。   In the fourth to sixth embodiments, since the phase of the reference light is modulated by changing the display position of the reference light pattern, it is 1 at the time of reproduction or recording, as in “reference light pattern slide multiplexing”. Since the hologram can be recorded / reproduced without moving the optical recording medium relative to the recording light every time page processing is performed (without moving the medium), it is possible to aim at high speed during reproduction or recording.

第1の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the hologram recording / reproducing apparatus which concerns on 1st Embodiment. (A)は記録時に空間光変調器に表示する記録用パターンの一例を示す図である。(B)は空間光変調器の平面図である。(A) is a figure which shows an example of the pattern for recording displayed on a spatial light modulator at the time of recording. (B) is a plan view of the spatial light modulator. (A)〜(C)は、複数ページを記録する場合に表示する記録用パターンの一例を示す図である。(A)-(C) are figures which show an example of the pattern for recording displayed when recording a several page. (A)及び(B)は、参照光パターンの表示位置に応じて参照光の位相が変調される理由を説明する図である。(A) And (B) is a figure explaining the reason for which the phase of a reference light is modulated according to the display position of a reference light pattern. (A)〜(C)は、「参照光パターンスライド多重」で記録された各ページを再生するときに表示する再生用パターンの一例を示す図である。(A)-(C) is a figure which shows an example of the pattern for a reproduction | regeneration displayed when reproducing | regenerating each page recorded by "reference light pattern slide multiplexing". 第2の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the hologram recording / reproducing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. (A)〜(D)は、複数ページを記録する場合に表示する記録用パターン及び再生用パターンの一例を示す図である。(A)-(D) are figures which show an example of the pattern for recording and the pattern for reproduction | regeneration displayed when recording a several page. 第3の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the hologram recording / reproducing apparatus which concerns on 3rd Embodiment. (A)〜(C)は、1枚のホログラムから複数の再生像を得る場合に表示する記録用パターン及び再生用パターンの一例を示す図である。(A)-(C) are figures which show an example of the pattern for recording and the pattern for reproduction | regeneration displayed when obtaining a some reproduced image from one hologram. 第5の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the hologram recording / reproducing apparatus which concerns on 5th Embodiment. (A)〜(C)は、1枚のホログラムから複数の再生像を得る場合に表示する記録用パターン及び再生用パターンの他の一例を示す図である。(A)-(C) is a figure which shows another example of the pattern for recording and the pattern for reproduction | regeneration displayed when obtaining a some reproduced image from one hologram.

符号の説明Explanation of symbols

10 光源
12 シャッター
14 1/2波長板
16 偏光板
18 ビームエキスパンダ
20 空間光変調器
20R 参照光領域
20S 信号光領域
20A 表示面
22 レンズ
24A アパーチャ
24 遮光板
26 レンズ
28 フーリエ変換レンズ
30 光記録媒体
32 フーリエ変換レンズ
32 レンズ
34 センサアレイ
36 制御装置
38 駆動装置
40 駆動装置
42 記録用パターン
44 マスク
46 駆動装置
48 位相マスク
50 光源
52 シャッター
54 1/2波長板
56 偏光板
58 ビームエキスパンダ
60 偏光ビームスプリッタ
62 空間光変調器
64 1/4波長板
66 レンズ
68A アパーチャ
68 遮光板
70 レンズ
72 フーリエ変換レンズ
72 レンズ
74 光記録媒体
74A 反射層
74B 光記録層
80 センサアレイ
82 制御装置
84 駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source 12 Shutter 14 1/2 wavelength plate 16 Polarizing plate 18 Beam expander 20 Spatial light modulator 20R Reference light area 20S Signal light area 20A Display surface 22 Lens 24A Aperture 24 Light shielding plate 26 Lens 28 Fourier transform lens 30 Optical recording medium 32 Fourier transform lens 32 Lens 34 Sensor array 36 Control device 38 Drive device 40 Drive device 42 Recording pattern 44 Mask 46 Drive device 48 Phase mask 50 Light source 52 Shutter 54 Half-wave plate 56 Polarizer 58 Beam expander 60 Polarized beam Splitter 62 Spatial light modulator 64 1/4 wavelength plate 66 Lens 68A Aperture 68 Light shielding plate 70 Lens 72 Fourier transform lens 72 Lens 74 Optical recording medium 74A Reflective layer 74B Optical recording layer 80 Sensor array 82 Controller 84 Driving device

Claims (17)

コヒーレント光を射出する光源と、
xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する集光光学系と、
信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示すると共に、ページ毎に前記可変領域の中心点がxy平面上の異なる場所に位置するように、前記空間光変調器の複数の画素部の各々を駆動制御する駆動制御部と、
を備えたことを特徴とする光記録装置。
A light source that emits coherent light;
A recording comprising signal light and reference light, which is composed of a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on an xy plane, and modulates light incident from the light source for each pixel according to a pattern displayed for each page. A spatial light modulator that generates light;
A condensing optical system that coaxially condenses the recording light generated by the spatial light modulator on an optical recording medium by Fourier transform;
A signal light pattern is displayed in a fixed area of the spatial light modulator, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is displayed in a ring-shaped variable area that does not include the fixed area, and the variable area is displayed for each page . A drive control unit that drives and controls each of the plurality of pixel units of the spatial light modulator such that the center point is located at a different location on the xy plane;
An optical recording apparatus comprising:
前記集光光学系は、
前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去する除去素子と、
0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換するレンズと、
逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光記録装置。
The condensing optical system is
A removing element for removing a zero-order diffraction component from a Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator;
A lens that performs inverse Fourier transform on the light from which the zero-order diffraction component has been removed;
A lens that re-Fourier-transforms the inverse Fourier transformed light and concentrically collects it on the optical recording medium;
The optical recording apparatus according to claim 1, further comprising:
前記集光光学系は、
前記空間光変調器で生成された記録光のうち少なくとも参照光にランダムな位相分布を付与する位相調整素子と、
位相分布が付与された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光記録装置。
The condensing optical system is
A phase adjusting element that imparts a random phase distribution to at least the reference light among the recording light generated by the spatial light modulator;
A lens for concentrating the recording light with phase distribution on the optical recording medium by Fourier transform;
The optical recording apparatus according to claim 1, further comprising:
xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、
信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、
前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光し、
ページ毎に前記可変領域の中心点をxy平面上の異なる位置に移動させて、ページ毎に参照光パターンの表示位置を変更し、ページ毎に位相が異なる参照光を用いて、前記光記録媒体に複数ページのホログラムを多重記録する、
ことを特徴とする光記録方法。
Using a spatial light modulator that is composed of a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on the xy plane and modulates light incident from a light source for each pixel according to a pattern displayed for each page,
A signal light pattern is displayed on a fixed area of the spatial light modulator to generate signal light, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is displayed on a ring-shaped variable area that does not include the fixed area for reference. Produce light,
The recording light consisting of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed and condensed coaxially on the optical recording medium,
The center point of the variable region is moved to a different position on the xy plane for each page, the display position of the reference light pattern is changed for each page, and the reference light having a different phase is used for each page, and the optical recording medium is used. Multiplex recording of multiple page holograms,
An optical recording method.
前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去し、0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する、ことを特徴とする請求項4に記載の光記録方法。   The zero-order diffraction component is removed from the Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator, and the light from which the zero-order diffraction component is removed is inverse Fourier transformed and inverse Fourier transformed. 5. The optical recording method according to claim 4, wherein the collected light is re-Fourier transformed and concentrically focused on the optical recording medium. 前記空間光変調器で生成された記録光のうち少なくとも参照光にランダムな位相分布を付与し、位相分布が付与された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する、ことを特徴とする請求項4に記載の光記録方法。   A random phase distribution is imparted to at least the reference light of the recording light generated by the spatial light modulator, and the recording light to which the phase distribution is imparted is Fourier-transformed and condensed coaxially on the optical recording medium. The optical recording method according to claim 4, wherein: コヒーレント光を射出する光源と、
xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、信号光パターンを空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示し、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、
空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光する集光光学系と、
前記光記録媒体から再生された再生像を検出する光検出器と、
1ページ分のホログラムを再生する場合に、該ページ記録時と中心点が同じ位置の可変領域に参照光パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第1再生像を検出すると共に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第2再生像を検出するように、前記光源、前記空間光変調器、及び前記光検出器の各々を駆動制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光記録再生装置。
A light source that emits coherent light;
A reference light pattern that includes a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on the xy plane, displays a signal light pattern in a fixed region of the spatial light modulator, and does not include the fixed region. A spatial light modulator that displays in a ring-shaped variable region, modulates light incident from the light source for each pixel according to a pattern displayed for each page, and generates recording light composed of signal light and reference light; ,
A condensing optical system that coaxially condenses the recording light generated by the spatial light modulator on an optical recording medium by Fourier transform;
A photodetector for detecting a reproduced image reproduced from the optical recording medium;
When reproducing a hologram for one page, a reference light pattern is displayed in a variable area whose central point is the same as that at the time of recording the page, and the first reference light generated by the spatial light modulator is irradiated as readout light. Then, the first reproduced image is detected by the photodetector, and the center point is moved to a position different from that at the time of page recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the opposite phase. Displaying the reference light pattern in the variable region and displaying the non-modulated pattern in the fixed region, irradiating the second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator as readout light, A drive control unit that drives and controls each of the light source, the spatial light modulator, and the photodetector so that a second reproduced image is detected by the photodetector;
An optical recording / reproducing apparatus comprising:
前記参照光パターンは、前記空間光変調器で生成された参照光のフーリエ変換像の輝点がマトリクス状に分布するように、明部と暗部とが所定周期で配置された周期的パターンである、ことを特徴とする請求項7に記載の光記録再生装置。   The reference light pattern is a periodic pattern in which bright portions and dark portions are arranged at a predetermined period so that bright spots of Fourier transform images of the reference light generated by the spatial light modulator are distributed in a matrix. The optical recording / reproducing apparatus according to claim 7. 前記駆動制御部は、1ページ分のホログラムを記録する場合に、前記固定領域に信号光パターンを表示し且つ前記可変領域に参照光パターンを表示して、前記空間光変調器で信号光及び参照光からなる記録光を生成するように、前記光源及び前記空間光変調器の各々を駆動制御する、ことを特徴とする請求項7又は8に記載の光記録再生装置。   The drive control unit displays a signal light pattern in the fixed area and a reference light pattern in the variable area when recording one page of hologram, and the spatial light modulator displays the signal light and reference. 9. The optical recording / reproducing apparatus according to claim 7, wherein each of the light source and the spatial light modulator is driven and controlled so as to generate recording light composed of light. 前記集光光学系は、
空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分のうち、少なくとも参照光の2次以上の回折成分を遮蔽する遮蔽部材と、
前記遮蔽部材を透過した1次以下の回折成分を逆フーリエ変換するレンズと、
逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、
を備えたことを特徴とする請求項7〜9の何れか1項に記載の光記録再生装置。
The condensing optical system is
A shielding member that shields at least a second-order or higher diffraction component of the reference light among the Fourier transform components obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator;
A lens that performs inverse Fourier transform on a first-order or lower diffraction component transmitted through the shielding member;
A lens that re-Fourier-transforms the inverse Fourier transformed light and concentrically collects it on the optical recording medium;
The optical recording / reproducing apparatus according to claim 7, further comprising:
前記遮蔽部材は、0次回折成分も遮蔽することを特徴とする請求項10に記載の光記録再生装置。   The optical recording / reproducing apparatus according to claim 10, wherein the shielding member also shields a zero-order diffraction component. 前記空間光変調器にデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いて1ページ分のホログラムを再生する場合に、信号光パターンを表示する前記固定領域の画素部のスイング周期m(Hz)と、参照光パターンを表示する前記可変領域の画素部のスイング周期n(Hz)とが、k・n=m(kは1以上の整数)の関係を満たすようにした、ことを特徴とする請求項7〜11の何れか1項に記載の光記録再生装置。   When a hologram for one page is reproduced using a digital micromirror device for the spatial light modulator, a swing period m (Hz) of the pixel portion of the fixed region for displaying a signal light pattern, and a reference light pattern 12. The swing period n (Hz) of the pixel portion of the variable region for displaying the image satisfies a relationship of k · n = m (k is an integer of 1 or more). The optical recording / reproducing apparatus according to any one of the above. xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、
信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、
前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光してホログラムを記録し、
1ページ分のホログラムを再生する場合に、該ページ記録時と中心点が同じ位置の可変領域に参照光パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、第1再生像を検出し、
ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、第2再生像を検出する、
ことを特徴とする光記録再生方法。
Using a spatial light modulator that is composed of a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on the xy plane and modulates light incident from a light source for each pixel according to a pattern displayed for each page,
A signal light pattern is displayed on a fixed area of the spatial light modulator to generate signal light, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is displayed on a ring-shaped variable area that does not include the fixed area for reference. Produce light,
The recording light consisting of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed and concentrically focused on an optical recording medium to record a hologram,
When reproducing a hologram for one page, a reference light pattern is displayed in a variable area whose central point is the same as that at the time of recording the page, and the first reference light generated by the spatial light modulator is irradiated as readout light. Detecting the first reproduced image,
The reference beam pattern is displayed in the variable area where the center point has been moved to a position different from that at the time of page recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the opposite phase, and is not modulated in the fixed area Displaying a pattern, irradiating a second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator as a readout light, and detecting a second reproduced image;
An optical recording / reproducing method.
コヒーレント光を射出する光源と、
xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、信号光パターンを空間光変調器の固定領域に表示し且つ複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示し、前記光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調して、信号光及び参照光からなる記録光を生成する空間光変調器と、
前記空間光変調器で生成された記録光をフーリエ変換して得られたフーリエ変換成分から0次回折成分を除去する除去素子と、0次回折成分が除去された光を逆フーリエ変換するレンズと、逆フーリエ変換された光を再フーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光するレンズと、を備えた集光光学系と、
前記光記録媒体から再生された再生像を検出する光検出器と、
1ページ分のホログラムを再生する場合に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが同位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第1位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第1再生像を検出すると共に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第2位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、前記光検出器で第2再生像を検出するように、前記光源、前記空間光変調器、及び前記光検出器の各々を駆動制御する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする光記録再生装置。
A light source that emits coherent light;
A reference light pattern that includes a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on the xy plane, displays a signal light pattern in a fixed region of the spatial light modulator, and does not include the fixed region. A spatial light modulator that displays in a ring-shaped variable region, modulates light incident from the light source for each pixel according to a pattern displayed for each page, and generates recording light composed of signal light and reference light; ,
A removal element that removes the zero-order diffraction component from the Fourier transform component obtained by Fourier transforming the recording light generated by the spatial light modulator, and a lens that performs inverse Fourier transform on the light from which the zero-order diffraction component has been removed. A condensing optical system comprising: a lens for re-Fourier transforming the light subjected to inverse Fourier transform and concentrating on the optical recording medium coaxially;
A photodetector for detecting a reproduced image reproduced from the optical recording medium;
When reproducing a hologram for one page, the variable region moved to the first position where the center point is different from that at the time of page recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the same phase. The reference light pattern is displayed on the fixed area and the non-modulated pattern is displayed on the fixed region. The first reference light generated by the spatial light modulator is irradiated as the readout light, and the first reproduced image is detected by the photodetector. At the same time, the reference light pattern is displayed and fixed in the variable area moved to the second position where the center point is different from that at the time of the page recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the opposite phase. An unmodulated pattern is displayed in the region, and a second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator is irradiated as readout light, and the second reproduced image is detected by the photodetector. So that the light source And the spatial light modulator, and a drive control unit for driving and controlling each of said optical detector,
An optical recording / reproducing apparatus comprising:
前記参照光パターンは、前記空間光変調器で生成された参照光のフーリエ変換像の輝点がマトリクス状に分布するように、明部と暗部とが所定周期で配置された周期的パターンである、ことを特徴とする請求項14に記載の光記録再生装置。   The reference light pattern is a periodic pattern in which bright portions and dark portions are arranged at a predetermined period so that bright spots of Fourier transform images of the reference light generated by the spatial light modulator are distributed in a matrix. The optical recording / reproducing apparatus according to claim 14. 前記駆動制御部は、1ページ分のホログラムを記録する場合に、前記固定領域に信号光パターンを表示し且つ前記可変領域に参照光パターンを表示して、前記空間光変調器で信号光及び参照光からなる記録光を生成するように、前記光源及び前記空間光変調器の各々を駆動制御する、ことを特徴とする請求項14又は15に記載の光記録再生装置。   The drive control unit displays a signal light pattern in the fixed area and a reference light pattern in the variable area when recording one page of hologram, and the spatial light modulator displays the signal light and reference. 16. The optical recording / reproducing apparatus according to claim 14, wherein each of the light source and the spatial light modulator is driven and controlled so as to generate recording light composed of light. xy平面に2次元状に配列された複数の画素部で構成され、光源から入射した光をページ毎に表示されたパターンに応じて画素毎に変調する空間光変調器を用い、
信号光パターンを前記空間光変調器の固定領域に表示して信号光を生成すると共に、複数の空間周波数成分を含む参照光パターンを前記固定領域を含まないリング状の可変領域に表示して参照光を生成し、
前記空間光変調器で生成された信号光及び参照光からなる記録光をフーリエ変換して光記録媒体に同軸で集光してホログラムを記録し、
1ページ分のホログラムを再生する場合に、ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが同位相により干渉するように該ページ記録時と中心点が異なる第1位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光を読出し光として照射して、第1再生像を検出し、
ホログラムからの回折光と付与された直流成分とが逆位相により干渉するように該ページ記録時とは中心点が異なる第2位置に移動された可変領域に参照光パターンを表示し且つ固定領域に無変調パターンを表示し、空間光変調器で生成された第1参照光とは位相の異なる第2参照光を読出し光として照射して、第2再生像を検出する、
ことを特徴とする光記録再生方法。
Using a spatial light modulator that is composed of a plurality of pixel portions arranged two-dimensionally on the xy plane and modulates light incident from a light source for each pixel according to a pattern displayed for each page,
A signal light pattern is displayed on a fixed area of the spatial light modulator to generate signal light, and a reference light pattern including a plurality of spatial frequency components is displayed on a ring-shaped variable area that does not include the fixed area for reference. Produce light,
The recording light consisting of the signal light and the reference light generated by the spatial light modulator is Fourier-transformed and concentrically focused on an optical recording medium to record a hologram,
When reproducing a hologram for one page, the variable area is moved to the first position where the center point is different from that at the time of recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the same phase. Displaying a reference light pattern and displaying an unmodulated pattern in a fixed region, irradiating the first reference light generated by the spatial light modulator as readout light, and detecting a first reproduced image;
The reference light pattern is displayed in the variable area moved to the second position where the center point is different from that at the time of page recording so that the diffracted light from the hologram interferes with the applied DC component due to the opposite phase, and the fixed area is displayed on the fixed area. An unmodulated pattern is displayed, and a second reproduced image is detected by irradiating with a second reference light having a phase different from that of the first reference light generated by the spatial light modulator, as a readout light.
An optical recording / reproducing method.
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