JP5099743B2 - ホログラム装置 - Google Patents

Description

本発明は、コリニア方式のホログラム装置に関する。

従来、ホログラム画像における位置合わせ用のマークやパターンが受光素子内の規定位置に合致するように、受光素子とレンズの位置を調節するホログラム装置について知られている（例えば特許文献１、２、３等）。
特開２００５−４３６８７号公報 特開２００４−２７１８８４号公報 特開２００６−６５２７２号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３記載の技術は、ホログラム記録時の参照光と信号光の光軸が互いに異なる二光束方式のホログラム装置に対応する技術である。従って、上述のマークやパターンは信号光に含めて記録するしかなく、信号光において実データを記録可能な領域を狭める結果となっていた。

本発明は、コリニア方式のホログラム装置において、再生された信号光の領域に位置合わせ用の表示をすることなく、撮像素子に到達する再生光の倍率を調整可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のホログラム装置では空間光変調器を介してホログラム記録媒体に記録信号光と記録参照光を照射してデータの記録を行い、上記空間光変調器を介して上記ホログラム記録媒体に照明参照光を照射して得られた再生光を検出レンズを介して撮像素子で撮像して画像データを取得するホログラム装置において、上記再生光は、上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化する再生信号光と、光路断面において該再生信号光の外側に存在して上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化しない参照光とを含み、上記照明参照光は、上記空間光変調器により、上記照明参照光の所定領域にのみ形成されて上記記録参照光の所定領域には形成されない少なくとも２つの所定パターンを含み、上記画像データにおける上記所定パターンの位置に基づいて上記画像データの倍率を調整する調整手段を備える構成としてある。
上記再生信号光や上記参照光は撮像素子の受光面において所定の位置に投影されなければならないが、ホログラム記録媒体の状態や読み取り環境によっては光学系にずれが生じる可能性がある。そこで、上記参照光の光路断面に所定パターンを形成することにより、上記調整手段が上記画像データにおける上記所定パターンの位置に基づいて上記画像データの倍率を調整する。

上記再生信号光とは、上記再生光のうち、上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化する成分である。また、上記参照光とは、光路断面において上記再生信号光の外側に存在して上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化しない成分である。また、上記記録データとは、上記ホログラム記録媒体にデータを記録する際に、変調されつつ記録された信号光に対応するデータであり、変調されずに記録された参照光に対応するデータは含まない。

この構成により、光路断面において、参照光の領域に所定パターンを形成するため、再生信号光の領域に所定パターンを形成する必要が無くなる。従って、再生された信号光の領域に位置合わせ用の表示をすることなく光学系のアライメントを調整可能となる。即ち、再生信号光の領域を位置あわせ用の所定パターン形成のために使用する必要が無くなり、再生信号光の利用効率が向上する。

また、画像データの倍率は、少なくとも２つ以上の点の間隔の適正間隔からのずれを検出する必要がある。そこで、上記参照光には少なくとも２つの所定パターンが形成され、上記調整手段は、上記２つの所定パターンの間隔に基づいて上記画像データの倍率を調整する構成としてもよい。このように構成すると、より画像データの倍率調整が容易且つ正確に行えるようになる。

一般に、レンズで光の倍率を変更すると、倍率のみならず結像面も変化する。ズームレンズなどの倍率調整（ズーム）を行いつつも結像面（ピント）を変化させないレンズを使用すれば問題ないが、検出レンズの移動のみでズームを行った場合にピントがずれるレンズを使用する場合もある。このような場合には、上記調整手段が、上記検出レンズと上記撮像素子の両方の位置を調整することにより上記画像データの倍率を調整する構成としてもよい。即ち、検出レンズの移動により倍率を変更しつつも、撮像素子の移動を行うことにより、ピントとズームとを適正に行うことが可能となる。

さらに、上記所定パターンは上記空間光変調器により上記照明参照光中に形成されており、上記照明参照光のうち上記ホログラム記録媒体で回折されずに出射される成分に含まれる構成としてもよい。即ち、参照光のうち上記ホログラム記録媒体で回折されずに出射される成分中に所定パターンを形成するため、ホログラム記録媒体の記録データの有無に関わらず参照光に所定パターンを形成可能となる。

またこのとき、上記照明参照光の光量を減じて上記倍率の調整を行う構成とすると好適である。即ち上記照明参照光中に形成された所定パターンは、上記ホログラム記録媒体において回折されずに出射されるため、ホログラム記録媒体において回折されてホログラムとして出射される再生信号光等の成分よりも光強度が強くなる。上記撮像素子の受光感度は再生信号光の光強度に準じて露光設定されているため、上記照明参照光成分が上記撮像素子に入射すると飽和する可能性がある。従って、上記倍率の調整を行う際に、上記撮像素子の受光に適した光量とすることができる。

さらに、上記所定パターンは、上記照明参照光の照射により上記参照光中にホログラムとして形成される構成としてもよい。即ち、ホログラム記録媒体へのデータ記録時に予め所定パターンを有する照明参照光を使用してデータ記録を行い、データ再生時に参照光のうち上記ホログラム記録媒体で回折されて出射される成分中に所定パターンを形成する。ここで、ホログラム記録媒体で回折されて出射される成分中の所定パターンは、上記再生信号光の光量と略等しいため、上記照明参照光の光量の調整を行うことなく倍率の調整が可能となる。

さらに、上記参照光において、上記照明参照光が上記ホログラム記録媒体で回折されずに出射された成分を遮光して上記光学系の調整を行う構成としてもよい。即ち、上記ホログラム記録媒体において回折されて出射される成分の検出効率が向上する。

さらに、より具体的な構成例として、空間光変調器を介してホログラム記録媒体に照明参照光を照射し、得られた再生光を検出レンズを介して撮像素子で撮像して画像データを取得するホログラム装置において、上記再生光は、上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化する再生信号光と、光路断面において該再生信号光の外側に存在して上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化しない参照光とを含んでおり、上記参照光は、上記空間光変調器により形成されて上記照明参照光の上記ホログラム記録媒体で回折されて出射される成分に、少なくとも２つの所定パターンを含み、該所定パターンは、上記参照光において、上記ホログラム記録媒体において回折されずに出射される成分よりも回折されて出射される成分の光度が強くなる位置に形成され、上記照明参照光が上記ホログラム記録媒体で回折されずに出射された上記参照光の成分の少なくとも一部を遮光する遮光板と、上記画像データにおける上記２つの所定パターンの間隔から上記画像データの倍率を算出して、該倍率が適正な倍率となるように上記検出レンズの倍率と焦点とを調整する調整手段と、を備える構成としてある。

以上説明したように本発明によれば、光路断面において、参照光の領域に所定パターンを形成することにより、所定パターンの位置に基づいて上記画像データの倍率を調整可能なホログラム装置を提供可能になる。また、再生信号光の領域に所定パターンを形成する必要が無くなり、再生信号光の利用効率が向上する

また請求項３にかかる発明によれば、より画像データの倍率調整が容易且つ正確に行えるようになる。
そして請求項４にかかる発明によれば、ピントとズームとを適正に行うことが可能となる。
また請求項５にかかる発明によれば、光学系の調整を行う際に、撮像素子の受光に適した光量とすることができる。

以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）ホログラム装置の構成：
（２）参照光に形成される所定パターン：
（２−１）記録処理
（２−２）再生処理
（３）倍率調整処理：
（４）まとめ：

（１）ホログラム装置の構成：
以下、本発明の実施形態について図１〜図１３を参照して説明する。本実施形態においては、ホログラムデータの記録と再生が可能なホログラム記録再生装置を例にとって説明するが、無論、再生装置と記録装置と記録再生装置の何れであっても良いし、他の機能を併せ持つ複合機であっても構わない。

以下、図１と図２を参照してホログラム記録再生装置１００の構成を説明する。図１は、透過型の記録媒体に対して記録再生を行うコリニア方式のホログラム記録再生装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は、透過型の記録媒体に対して記録再生を行うコリニア方式のホログラム記録再生装置の光学系５０の概略構成を示す構成図である。コリニア方式においては、信号光と参照光とが同一光軸上に配置されるのが大きな特徴であり、２光束干渉法等に比べて光学系をコンパクトに構成することができる。ホログラム記録再生装置１００は、光学系５０と制御部３０とを含んで構成される。

光学系５０は、レーザ光源１０と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）１２と、対物レンズ１４と、集光レンズ１８，２２と、遮光板２０と、倍率調整レンズ２４と、光センサ２６と、を含んで構成される。

制御部３０は、レーザ光源１０の出力制御を行うドライバ３０ａと、入力された電子データを所定の画像データに符号化してＤＭＤ１２に出力するエンコーダ３０ｂと、光センサ２６で得られる画像データから電子データを複号化するデコーダ３０ｅと、光センサ２６で得られる画像データに含まれる所定パターンの位置に基づいて光センサ２６を調整する調整機構３０ｄと、遮光板２０を制御するドライバ３０ｃと、所定の制御プログラムにしたがって各種制御処理を実行するマイコン３０ｆと、から構成される。

光学系５０において、レーザ光源１０は、光（電磁波）を増幅してコヒーレントな光を発生させてＤＭＤ１２に出射する。このＤＭＤ１２に出射される光は、図示しないコリメートレンズ等によってＤＭＤ１２の入射面形状に合わせた平行光とされている。レーザ光源１０としては、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ等、レーザ光を発生するものであれば様々なものが採用可能である。

ＤＭＤ１２は、ドットマトリクス状に配列された複数のマイクロミラーにより構成されており、マイクロミラーの配向角を個別に制御する。ＤＭＤ１２は、入射された光をマイクロミラー毎に空間的に（本実施形態では２次元的に）変調した記録信号光と、入射された光を空間的に変調しない照明参照光のパターンを生成する。１つの空間光変調器で信号光と参照光とを同時に生成する構成であるため、両者の相対的な位置関係は空間光変調器で決定するため常に一定となる。変調とは、例えば入力された画像データに基づいてマイクロミラー単位でオン／オフ制御を行い、デジタルデータを表現する、等である。

より具体的には、ＤＭＤ１２の各マイクロミラーは、入射されたレーザ光源１０の光を後段の対物レンズ１４に反射する方向と、対物レンズ１４に反射しない方向とのいずれかに配向角を切り換えることができる。このＤＭＤ１２が空間光変調器を構成する。本実施形態では空間光変調器としてＤＭＤ１２を採用したが、反射型液晶、透過型液晶、磁気光学空間変調器[ＭＯＳＬＭ]等を用いることも可能である。

図３は、ＤＭＤ１２のマイクロミラー面を模式的に示した図である。同図では、説明の簡略の為に、マイクロミラー面を縦２４×横２４のマイクロミラーで構成してある。図３では、マイクロミラー面の上下左右の外周からそれぞれ４列のマイクロミラーを参照光用、内部の１６×１６のマイクロミラーを記録信号光用としてある。また、左上隅、左下隅、右上隅、右下隅に、それぞれ３×３の所定パターン領域Ａ〜Ｄが設けてあり、これらの所定パターン領域Ａ〜Ｄでは中央のマイクロミラーがオンされており、このオンされたマイクロミラーを囲むように８つのマイクロミラーがオフされている。無論、後述のように記録信号光用の領域は略円形にしても構わない。

対物レンズ１４は、ＤＭＤ１２から出射された光をホログラム記録媒体１６の記録層に集光させる。ホログラム記録媒体１６の記録層は光感応性の材料で形成されており、記録時に記録信号光と照明参照光とが干渉して形成される干渉縞の強度分布がホログラム記録媒体１６の屈折率あるいは透過率の変化となって記録される。そして、この屈折率あるいは透過率の変化は回折格子として振舞う。この記録層としては、例えばニオブ酸リチウム単結晶や、フォトポリマー等の感光材料を使用することができる。本実施形態では、透過式のホログラム記録媒体を使用しており、再生光がホログラム記録媒体に入射すると、入射された光がホログラム記録媒体の回折格子で回折、もしくはホログラム記録媒体を透過して、集光レンズ１８に入射される。

ホログラム記録媒体１６は、記録時に形成した屈折率あるいは透過率の変化が記録後の光照射や他の環境変動に対しても安定して維持される。再生時には、ホログラム記録媒体１６に照明参照光が入射されると、記録された屈折率あるいは透過率の変化が回折格子として作用して回折光が発生する。ホログラム記録媒体は、種々の形状を採用することができ、バルク状のものであってもディスク状のものであってもよい。いずれの形状であっても干渉パターンの結像位置を変えることができ、例えばシフト多重により多量の電子データを記録することができる。また、記録層における結像深度や結像角度を変えることにより、より多くの電子データを多重記録することができる。

集光レンズ１８，２２は、ホログラム記録媒体１６を通過してきた光を集光して平行光線に戻す集光レンズ１８と、この平行光線を所定の焦点に再度集光させる集光レンズ２２とを含んで構成される。この集光レンズ１８と集光レンズ２２の間の平行光線となる区間には遮光板２０が配置されており、平行光線の外縁を所定割合カットして、ホログラム記録媒体１６を通過してきた実体参照光を遮光可能となっている。この遮光板２０は、例えば円形や矩形の絞り等で実現可能であり、所定の開口形状を維持しつつその開口サイズを変化させうるものである。

倍率調整レンズ２４は、集光レンズ１８，２２から出射されて所定の焦点を越えて再度拡散した光を集光し、光センサ２６の受光面の所定の範囲内に結像させる。即ち、光学系５０において、倍率調整レンズ２４は、倍率調整レンズ２４に入射される光が受光面の所定の範囲内に収まるように集光するとともに、倍率調整レンズ２４を通過した光の結像面が光センサ２６の受光面となるように配置される。この倍率調整レンズが検出レンズを構成する。

光センサ２６は、複数の光電素子がドットマトリクス状に配列されたセンサであり、各光電素子に入射した光強度（輝度）に応じて電荷が発生し、当該電荷の量をデジタル化した輝度画像データを生成してデコーダに出力する。より具体的には、電荷の量を所定の閾値を基準として２値化判定して２値化画像データを生成してデコーダに出力する。光センサ２６の受光面は、再生信号光と、再生参照光もしくは実体参照光の所定パターンと、を受光可能なサイズであればよく、再生参照光や実体参照光の全てを受光可能である必要はない。光センサ２６としては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを利用することができる。この光センサ２６を構成する複数の光電素子が再生光を撮像する撮像素子を構成する。

調整機構３０ｄは、マイコン３０ｆの制御に従って、倍率調整レンズ２４を調整する。より具体的には、調整機構３０ｄは、光センサ２６の受光面における再生光の倍率を調整するとともに、光センサ２６の受光面と再生光の結像面とが一致するように倍率調整レンズ２４を調整する。マイコン３０ｆはデコーダ３０ｅから２値化画像データを取得するとともに２つの所定パターンを検出し、この所定パターンの間隔が所定間隔であるか否かを判断する。そして所定間隔でない場合は、その所定間隔からの差分を算出してこの差分が０となるように調整機構３０ｄを駆動する。この倍率調整処理については後述する。

（２）記録再生処理
（２−１）記録処理

図４は、記録時におけるホログラム記録再生装置１００の主要部の様子を模式的に示している。記録時においては、例えば他の記録媒体から読み取ったり通信媒体を介して取得した電子データがエンコーダ３０ｂに入力される。エンコーダ３０ｂは、例えば電子データを２値（オン／オフ、あるいは明／暗）の２次元画像データに画像変調（エンコード）する。例えば、図５に示すように、電子データの“０”を画像パターンの「オフ」と「オン」を順に組み合わせたものに、電子データの“１”を画像パターンの「オン」と「オフ」を順に組み合わせたものに、それぞれ対応させるように規定し、電子データにおけるビット配列に応じて当該画像パターンを配列させることにより画像データに変調することができる。

また、電子データに基づく画像データ（実データ領域Ｄ１）は略円形とされている。エンコーダ３０ｂは、この実データ領域Ｄ１を外形が矩形状の不変データ領域Ｄ２の中央部に合成する。実データ領域Ｄ１は電子データが反映されてパターンが変化するが、不変データ領域Ｄ２は電子データによらない一定の画像データであり、オン／オフ比率が実データ領域Ｄ１と略等しくなるような固定のランダムパターンが設定される。実データ領域Ｄ１と不変データ領域Ｄ２とを合成した画像データは、ＤＭＤ１２に出力される。この画像データの各画素は、ＤＭＤ１２の各マイクロミラーに対応しており、各画素の値（オン／オフ）によってマイクロミラーの配向角が制御される。

すなわち、画像データにおけるオンの画素に対応するマイクロミラーは反射光を対物レンズ１４に入射させ、オフの画素に対応するマイクロミラーは反射光を対物レンズ１４に入射させない。以上のように各マイクロミラーの配向角が制御されたＤＭＤ１２に対してレーザ光源１０からのレーザ光が照射されると、当該レーザ光が上述した画像データに応じて変調させられ、ホログラム記録媒体１６に照射させられる。

図６に示すようにＤＭＤ１２から実データ領域Ｄ１と不変データ領域Ｄ２からの反射光が対物レンズ１４に入射し、ホログラム記録媒体１６に集光して照射される。ここで、実データ領域Ｄ１からの反射光を記録信号光ＷＳ、不変データ領域Ｄ２からの反射光を記録参照光ＷＲ、とする。記録信号光ＷＳと記録参照光ＷＲの光軸は同軸であり、本実施形態の光学系はコリニア方式となっている。記録信号光ＷＳおよび記録参照光ＷＲが対物レンズ１４により集光されると干渉が生じ、ホログラム記録媒体１６の記録層に干渉パターンが形成される。これにより記録信号光ＷＳに変調された電子データをホログラム記録媒体１６に回折格子として記録することができる。

以上のような干渉パターンをホログラム記録媒体１６に互いにオーバーラップさせて多重記録していくことにより、大容量の電子データの記録が可能となる。なお、記録参照光ＷＲは記録信号光ＷＳの外側に供給されればよく、記録信号光ＷＳの形状は円形に限定されるものではない。例えば、記録信号光ＷＳを矩形状とすることも可能である。この場合、記録信号光ＷＳを外側から囲む記録参照光ＷＲを矩形枠状にすればよい。

（２−２）再生処理
図７および図８は、再生時におけるホログラム記録再生装置１００の主要部の様子を模式的に示している。再生時においては、上述した干渉パターンが多重記録されたホログラム記録媒体１６がセットされており、ホログラム記録媒体１６の読みとりが行われる。まず、エンコーダ３０ｂは、すべてオフの実データ領域Ｄ１を作成する。エンコーダ３０ｂは、この実データ領域Ｄ１を不変データ領域Ｄ２の中央部に合成する。ここにおける不変データ領域Ｄ２は記録時と同じ固定のランダムパターンの画像データである。この画像データは、ＤＭＤ１２に出力される。

また、実データ領域Ｄ１の画素はオフ（暗）状態に設定され、不変データ領域Ｄ２の画素は固定のランダムパターンに応じたオン・オフ（明・暗）状態に設定された画像データがＤＭＤ１２に出力される。上述した画像データによって各マイクロミラーの配向角が制御されたＤＭＤ１２においてレーザ光源１０からのレーザ光が反射されることとなる。

図８に示すようにＤＭＤ１２から光軸を共通させた実データ領域Ｄ１と不変データ領域Ｄ２からの反射光が対物レンズ１４に入射し、ホログラム記録媒体１６に集光して照射される。ただし、実データ領域Ｄ１に対応するマイクロミラーは対物レンズ１４に反射光を入射させないため、実データ領域Ｄ１によって反射させられた光束はホログラム記録媒体１６に到達せず、不変データ領域Ｄ２のみによって反射させられた光束のみがホログラム記録媒体１６に到達する。ここで、再生時において不変データ領域Ｄ２によって反射させられた光束を照明参照光ＬＲとする。

照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６に照射されると、ホログラム記録媒体１６を透過した再生光Ｒが生成される。なお、図示しないアクチュエータによって記録時と再生時の光軸が一致するようにホログラム記録媒体１６と光学系の位置が制御されている。照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６を透過する際には、ホログラム記録媒体１６に記録された干渉パターンを回折格子とした回折が生じ、当該干渉パターンを記録した際の記録信号光ＷＳと同様の回折透過光を再現することができる。この回折透過光を再生信号光ＲＳとする。

再生信号光ＲＳは、集光レンズ１８にて一旦平行光線に変換され、さらに集光レンズ２２と倍率調整レンズ２４を介して光センサ２６に受光される。光センサ２６は、再生信号光ＲＳの像を示す画像データを生成し、当該画像データを２値化してデコーダ３０ｅに出力する。デコーダ３０ｅは、エンコーダ３０ｂにおける符号化処理と逆の復号化処理が行われ、当該画像データを復号した電子データが再生される。

ところで、照明参照光ＬＲが記録済みホログラム記録媒体１６を透過する際には、再生信号光ＲＳのみならず、当該再生信号光ＲＳの外側に隣接して再生参照光ＲＲも生成することとなる。なお、実データ領域Ｄ１と不変データ領域Ｄ２の境界位置が再生信号光ＲＳと再生参照光ＲＲとの境界位置に対応する。この再生参照光ＲＲは、電子データの再生には不要である。

このように、再生信号光ＲＳは照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６の記録データに応じて回折されて出射される光であり、再生参照光ＲＲは照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６で回折されて出射された光であり、実体参照光ＳＲは照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６で回折されずにホログラム記録媒体１６を通過した光である。ここで記録データとは、変調されつつホログラム記録媒体１６に記録された記録信号光ＷＳに対応するデータであり、変調されずにホログラム記録媒体１６に記録された記録参照光ＷＲに対応するデータは含まない。また、再生信号光と再生参照光と実体参照光ＳＲとを合わせて再生光と称し、再生参照光ＲＲと実体参照光ＳＲとを合わせて参照光と称する。

（３）参照光に形成される所定パターン：
以下、図４、図７〜図１１を参照して、参照光に形成される所定パターンについて詳細に説明する。図９〜図１１はＤＭＤに表示されるパターンを示した図である。参照光に形成される所定パターンは、大別すると、（Ａ）再生参照光ＲＲにホログラムとして形成される場合と、（Ｂ）実体参照光ＳＲに形成される場合と、がある。

図４において、不変データ領域Ｄ２に所定パターンを形成してＤＭＤ１２に入力すると、所定パターンを有する記録参照光ＷＲが生成され、この所定パターンを有する記録参照光ＷＲに基づく干渉パターンがホログラム記録媒体１６に記録される。即ち、再生時にホログラムとして再生される再生参照光ＲＲが所定パターンを有することになる(上記（Ａ）に対応する。）。

一方、図７において、照明参照光ＬＲがホログラム記録媒体１６に照射されると、ホログラム記録媒体１６から出射される再生光には、再生信号光ＲＳと再生参照光ＲＲと実体参照光ＳＲとが含まれる。この再生時の照明参照光ＬＲに、所定パターンを有する光を使用すると、実体参照光ＳＲがこの所定パターンを有することになる(上記（Ｂ）に対応する。）。

所定パターンの形状としては、図３に示したような１つのマイクロミラーをオンした点状のもの以外にも、オンするマイクロミラーの選択次第で、十字型や円型等、様々な形状を採用可能である。また、形成される所定パターンの数は、傾き調整を行う場合は２つ以上形成されるものとし、上下左右のオフセットずれの調整を行う場合は少なくとも１つ形成されるものとする。また、上記（Ａ）の場合は、光の回り込み等によって所定パターンのパターンつぶれが生じて識別不能とならないように、所定パターンの周囲に所定の光無し領域を形成してもよい。

光路断面における、実体参照光ＳＲと再生信号光ＲＳの強度分布については、一般に、再生参照光ＲＲや再生信号光ＲＳはホログラムとして形成される光であるため、回折されること無く透過してきた実体参照光ＳＲよりも弱くなる。

記録参照光ＷＲにのみ所定パターンを形成した場合（上記（Ａ）の場合）は、所定パターンがホログラムとして記録される。図９の（ａ）に示すように記録参照光ＷＲに所定パターンを形成し、図９の（ｂ）に示すように照明参照光ＬＲには所定パターンを形成せず該パターン領域をオフ状態とすることで、再生参照光ＲＲとして所定パターンが検出できる。また、このとき、少なくとも所定パターンを透過させる範囲で遮光板により実体参照光を可能な限りカットしておくと、光センサ２６にて取得される二値化画像データから所定パターンの判別がより容易となって好適である。

一方、照明参照光ＬＲにのみ所定パターンを形成する場合（上記（Ｂ）の場合）は、所定パターンは実体参照光ＳＲとして検出される。図１０の（ａ）に示すように記録参照光ＷＲには所定パターンを形成せず、図１０の（ｂ）に示すように照明参照光ＬＲに所定パターンを形成する。この場合、ホログラム記録媒体１６の記録の有無に関わらず光学系５０の光軸調整が可能となる。所定パターンは何れの位置に形成されてもよい。無論、倍率調整のためには所定パターンの間隔が長くなるように構成すると調整の精度が向上するため、不変データ領域Ｄ２の外縁部分に所定パターンを形成しておくと好適である。
なお、図１１に示すように、記録参照光ＷＲおよび照明参照光ＬＲの両方に所定パターンを形成しても構わない。この場合、所定パターンは、再生参照光ＲＲと実体参照光ＳＲとが重ねあわされた像が検出されることになる。

（３）倍率調整処理：
以下、図１２、図１３を参照して倍率調整を行うマイコン３０ｆの処理を説明する。図１２はマイコン３０ｆの処理を示すフローチャート、図１３は倍率ずれを有する場合の二値化画像データを模式的に示した図である。図１２の処理は、予め設定された所定のタイミングや、利用者の指示するタイミングで実行される。

処理が開始されると、ステップＳ１０で光センサ２６から二値化画像データを取得する。即ち、ステップＳ１０ではデコーダ３０ｅの復号化処理前の所定パターンを含む二値化画像データを取得する。本実施形態では、二値化画像データには２つの所定パターン（パターンＡ、パターンＢ）が形成されているものとし、これら２つの所定パターンに基づいて倍率調整を行う処理を例にとって説明する。ステップＳ１０が終了するとステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、ステップＳ１０で取得した二値化画像データ中の所定パターンの位置を検出する。マイコン３０ｆは、所定パターンの形状を示す情報を有しており、所定パターンと一致する形状を二値化画像データから探索する処理を行う。このパターン探索処理は、相関マッチング等の手法があるが、従来知られている技術であるためここでは詳述しない。また、所定パターンは、光センサ２６の複数のセンサにまたがって検出されてる場合もあるため、検出された所定パターンの重心をもって所定パターンが検出された位置（検出位置）とする。すなわち、小数値までとり得るものとなる。ステップＳ１２が終了するとステップＳ１４に進む。

図７は、倍率がずれている場合の二値化画像データを模式的に示した図である。以下、パターンＡの検出位置を（ｘＡ１，ｙＡ１）、パターンＢの検出位置を（ｘＢ１，ｙＢ１）、パターンＡの本来表示されるべき位置（正常位置）を（ｘＡ０，ｙＡ０）、パターンＢの本来表示されるべき位置（正常位置）を（ｘＢ０，ｙＢ０）として説明する。図７では、倍率が高倍率側にずれている場合の例であり、パターンの検出位置が正常位置よりも外方にずれている。

ステップＳ１４では、所定パターン間の距離を算出する。このステップでは、画像データの検出位置の正常位置に対するこのずれ度合いを検出する。具体的には、マイコン３０ｆは、パターンＡ，Ｂが正常位置に表示されたときのパターンＡ，Ｂの間隔（正常間隔）を示す情報を予め記憶しており、パターンＡ，Ｂの検出位置の間隔（検出間隔）とこの正常間隔とを比較する。

また、この所定パターン間の距離の計算では、パターンＡ，Ｂの正常位置における上下方向の位置を予め合わせておくと好適である。即ち、パターンＡ，Ｂの上下方向のずれを考慮する必要が無くなり、左右方向の間隔がパターンＡ，Ｂの間隔と考えることが出来るため、簡易な計算でパターンＡ，Ｂの間隔を求めることが可能になる。

ステップＳ１６では、ステップＳ１４で求めた所定パターン間の間隔に基づいて倍率調整を行う。即ち、検出間隔を正常間隔で除算することにより、正常位置で取得した画像データに対するステップＳ１０で取得した画像データの倍率が求まる。この求められた倍率に基づいて、倍率が１となるように倍率調整レンズ２４を駆動する。あるいは、除算処理を行うことなく、検出間隔が正常間隔に等しくなるように倍率調整レンズを駆動しても構わない。

より具体的には、マイコン３０ｆは、倍率調整レンズ２４を調整する調整プログラムを実行可能であり、求められた倍率に基づいて調整プログラムが調整機構３０ｄに制御信号を出力する。すると、調整機構３０ｄが所定倍率の再生光が受光面に到達するように倍率調整レンズ２４を駆動制御する。本実施形態では、倍率調整レンズ２４としてズームレンズを採用しているため倍率の調整を行っても再生光のピントは変化しない。

以上、ステップＳ１０〜Ｓ１６の処理を実行するマイコン３０ｆが調整手段を構成する。

以下、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
ホログラム記録媒体１６の再生が開始される等の所定のタイミングで倍率調整処理が開始されると、ホログラム記録媒体１６に形成された所定の回折格子に照明参照光が集光照射される。すると、ホログラム記録媒体１６を通過して光センサ２６に到達した光には、記録時の照明参照光に形成されていた所定パターンがホログラムとして再生される。この再生されたホログラムを受光センサ２６で受光すると、所定パターンが形成された輝度画像データが生成される。

マイコン３０ｆは、この輝度画像データを取得して、所定パターンを探索し、パターンＡ，Ｂの位置情報を検出位置として取得する。そしてマイコン３０ｆは、このパターンＡとパターンＢの検出位置の間隔を算出し、予め記憶された正常間隔との差分を算出する。そしてマイコン３０ｆはこの算出された差分を打ち消すように倍率調整レンズ２４を駆動する駆動信号を調整機構３０ｄに出力する。

駆動信号を受け付けた調整機構３０ｄは倍率調整レンズ２４の倍率を変化させて光センサ２６の受光面に到達する再生光の倍率を変化させる。すると、光センサ２６の受光面に投影される再生光の倍率が適正な倍率となり、パターンＡ，Ｂの間隔と正常間隔とが一致する。

（４）まとめ：
つまり、再生光は、ホログラム記録媒体１６の記録データに応じて変化する再生信号光と、光路断面において再生信号光の外側に存在してホログラム記録媒体１６の記録データに応じて変化しない参照光とを含み、参照光にはパターンＡ，Ｂが形成され、画像データにおけるパターンＡ，Ｂの間隔と、パターンＡ，Ｂの適正な間隔との差分に基づいて検出レンズ２４の調整を行う。１つの空間光変調器で信号光と参照光とを同時に生成するため、参照光の位置合わせを行うことで、自動的に信号光側もアライメント調整される。これにより、コリニア方式のホログラム装置およびホログラム記録装置において、再生された信号光の領域に位置合わせ用の表示をすることなく、光センサ２６に到達する再生光の倍率が調整可能となる。

なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。

透過型の記録媒体に対して記録再生を行うコリニア方式のホログラム記録再生装置の概略構成を示すブロック図である。 透過型の記録媒体に対して記録再生を行うコリニア方式のホログラム記録再生装置の光学系の概略構成を示す構成図である。 空間光変調器のピクセル面を模式的に示した図である。 記録時の光路を示した模式図である。 ２値の電子データ表現法の一例である。 記録時の主要な光路パターンを示した模式図である。 再生時の光路を示した模式図である。 再生時の主要な光路パターンを示した模式図である。 ＤＭＤに表示するパターンである。 ＤＭＤに表示するパターンである。 ＤＭＤに表示するパターンである。 マイコンの処理を示すフローチャートである。 倍率がずれている場合の二値化画像データを模式的に示した図である。

符号の説明

１０…レーザ光源、１２…ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、１４…対物レンズ、１６…ホログラム記録媒体、１８…集光レンズ、２０…遮光板、２２…集光レンズ、２４…倍率調整レンズ、２６…光センサ、３０…制御部、３０ａ…ドライバ、３０ｂ…エンコーダ、３０ｃ…ドライバ、３０ｄ…調整機構、３０ｅ…デコーダ、３０ｆ…マイコン、５０…光学系、１００…ホログラム記録再生装置

Claims (5)

1. 空間光変調器を介してホログラム記録媒体に記録信号光と記録参照光を照射してデータの記録を行い、上記空間光変調器を介して上記ホログラム記録媒体に照明参照光を照射して得られた再生光を検出レンズを介して撮像素子で撮像して画像データを取得するホログラム装置において、
   上記再生光は、上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化する再生信号光と、光路断面において該再生信号光の外側に存在して上記ホログラム記録媒体の記録データに応じて変化しない参照光とを含み、
   上記照明参照光は、上記空間光変調器により、同照明参照光の所定領域にのみ形成されて上記記録参照光の所定領域には形成されない少なくとも２つの所定パターンを含み、
   上記画像データにおける上記所定パターンの位置に基づいて上記画像データの倍率を調整する調整手段を備えることを特徴とするホログラム装置。
2. 上記所定パターンは、上記照明参照光の外縁部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム装置。
3. 上記調整手段は、上記２つの所定パターンの間隔に基づいて上記画像データの倍率を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム装置。
4. 上記調整手段は、上記検出レンズと上記撮像素子の両方の位置を調整することにより上記画像データの倍率を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホログラム装置。
5. 上記照明参照光の光量を減じて上記倍率の調整を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホログラム装置。