JP5905311B2 - ホログラム再生方法およびホログラム再生装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム再生方法およびホログラム再生装置に関し、特に、ホログラム記録媒体に記録されたページデータ（例えば大容量の保存用アーカイブデータ）を再生する際に、偏光を用いて光束の分離を図り得る、ホログラム再生方法およびホログラム再生装置に関する。
ホログラム記録再生システム（ホログラフィックメモリー記録再生システム）では、一般に、デジタルデータを担持した信号光を参照光とともにホログラム記録媒体に同時に照射し、ホログラム記録媒体中に形成される干渉縞を光記録媒体に書き込むことによって、該デジタルデータを記録する。一方、デジタルデータが記録されたホログラム記録媒体に参照光を照射すると、ホログラム記録媒体中に書き込まれた干渉縞により光の回折が生じて、上記信号光が担持していたデジタルデータを再生することができる。
ここで、現在用いられているホログラム記録再生システムの一例について図８および図９を参照しながら簡単に説明する。
まず、ホログラム記録から説明する。記録時の光路を示す図８のホログラム記録再生システムでは、レーザ光源１から出力され、シャッタ２を通過したレーザ光（ここではＳ偏光（縦偏光））が１／２波長板３によって４５度偏光となるように振動面を回転させられた後、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）４にてＰ偏光およびＳ偏光とに分けられる。Ｐ偏光はＰＢＳ４を透過後、シャッタ５を通過する。その後、反射型液晶素子等からなるＳＬＭ（空間光変調素子）７上に照射される。この照射された光は、ＳＬＭ７の素子面に映出された白と黒のビットパターンによる２次元画像のデジタルデータを担持されるとともに、Ｓ偏光に変換されて（実際には、白表示とされた素子からの光がＳ偏光に変換される）反射され、信号光としてＰＢＳ６に戻る。このＳＬＭ７から戻った信号光は、ＰＢＳ６により反射され、ＦＴ（フーリエ変換）レンズ８を介してホログラム記録媒体９上に照射される。
一方、ＰＢＳ４によって反射されたＳ偏光（参照光）は１／２波長板１３を通過するが、ここでは、１／２波長板１３の光透過容易軸とビームの振動面（偏光軸）を合わせておき、ビームの振動面は回転させないようにする。この後参照光は、ＰＢＳ１２、ミラー１６、ガルバノミラー１７で順次反射され、リレーレンズ１８を通過後、ホログラム記録媒体９上に照射される。このようにしてホログラム記録媒体９上に照射された参照光と信号光はいずれもＳ偏光とされているので、このホログラム記録媒体９上で干渉して干渉縞が形成され、該干渉縞がホログラム記録媒体９に書き込まれることになる。
次にホログラム再生について図９を用いて説明する。
記録時と同様にＰＢＳ４を透過したＰ偏光はシャッタ５により遮光される。一方、ＰＢＳ４において反射されたＳ偏光は、１／２波長板１３を透過することによって、振動面が９０度回転して、Ｐ偏光に変換される。この変換されたＰ偏光はＰＢＳ１２を通過後、ガルバノミラー１１によって反射され、リレーレンズ１０を通過後ホログラム記録媒体９に入射する。この参照光は、ホログラム記録媒体９に記録されている干渉縞によって回折されて再生光を出力する。この再生光（Ｐ偏光）はＦＴ（フーリエ変換）レンズ８によって逆変換された後、ＰＢＳ６を通過して撮像素子１４で撮像される。これにより、ホログラム記録に係るデジタルデータが復元されることになる。
ところで、ホログラム記録再生システムにおいては、ホログラム記録媒体９に記録されている干渉縞により回折されて出射された光を情報光として撮像するようにしているため、ＳＮ（信号対雑音強度）比が悪いといった問題がある。
そこで、ホログラムが、光の振幅と位相を記録再生できることを利用し、ホログラムの再生光の振幅のみならず位相も検出（ホモダイン検出）することにより、ノイズの低減と信号の増幅をする手法が知られている（例えば、下記特許文献１、２参照）。
しかしながら、下記特許文献１、２記載の手法を用いたとしても、２次元の面内の符号間干渉は依然として存在する。その大きな理由は光学系を通過することによるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の低下と撮像するＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子における混色によるものである。このうち、混色によるものは４６％もの値（混色値）を示している場合がある（下記非特許文献１参照）。
この場合、隣接する画素から読み出された値は、出力信号としては、ＭＴＦが劣化した信号として出力されたものであるため、光学系によるものと混色によるものとは区別がつかない。このＭＴＦの劣化はビット誤りを起こす重要な問題であり、下記特許文献３に記載された技術においては、パーシャルレスポンスを使用して、読み出し信号処理を行うことにより再生データを復元するようにしている。
映像情報メディア学会誌Vol. 64, No. 3, pp.343-346(2010)
しかしながら、上記特許文献３に記載された技術によっても、元の信号を改善する処理を行っているわけではないので、ＳＮ比の低下についてまで元に戻すことはできない。このため、混色の問題を解決するのと同時に、抜本的にＳＮ比の向上を図り得る技術が求められていた。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ホログラム記録媒体の情報再生時に発生する混色の低減、および取得画像のＳＮ比の向上を図ることができるホログラム再生方法およびホログラム再生装置を提供することを目的とするものである。
本発明のホログラム再生方法は、
ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生方法において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは、前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２対設け、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するようにし、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光は、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と、基準となる参照光とを干渉させた干渉光であり、
前記偏光子付撮像素子対がｎ個設けられている場合には、これらｎ対の偏光子付撮像素子の各々に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように、前記偏光子付撮像素子を配置し、
これらｎ対の偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および/または該位相情報を算出することを特徴とするものである。
ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生方法において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは、前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２対設け、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するようにし、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光は、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と、基準となる参照光とを干渉させた干渉光であり、
前記偏光子付撮像素子対がｎ個設けられている場合には、これらｎ対の偏光子付撮像素子の各々に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように、前記偏光子付撮像素子を配置し、
これらｎ対の偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および/または該位相情報を算出することを特徴とするものである。
また、上記ホログラム再生方法において、ｎが２であり、各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/２ずつずらすように設定することが好ましい。
また、上記ホログラム再生方法において、前記２個の偏光子付撮像素子対のうち、一方の偏光子付撮像素子対は、入射光の位相が０であるときの強度であるＩ（０）を出力する第１の偏光子付撮像素子と、入射光の位相がπであるときの強度であるＩ（π）を出力する第２の偏光子付撮像素子からなり、他方の偏光子付撮像素子対は、入射光の位相がπ/２であるときの強度であるＩ（π/２）を出力する第３の偏光子付撮像素子と、入射光の位相が３π/２であるときの強度であるＩ（３π/２）を出力する第４の偏光子付撮像素子からなる、ことが好ましい。
さらに、上記振幅情報および上記位相情報は下式（１）、（２）に基づいて算出されることが好ましい。
本発明のホログラム再生装置は、
ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生装置において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２個設け、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するように構成し、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光である、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と基準となる参照光とを合波させ、干渉させる干渉光生成手段と、
前記偏光子付撮像素子対をｎ個設ける場合には、これら各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように配置された複数の光分割素子および波長板と、
これらｎ対の前記偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および該位相情報を算出する振幅位相情報算出手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生装置において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２個設け、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するように構成し、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光である、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と基準となる参照光とを合波させ、干渉させる干渉光生成手段と、
前記偏光子付撮像素子対をｎ個設ける場合には、これら各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように配置された複数の光分割素子および波長板と、
これらｎ対の前記偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および該位相情報を算出する振幅位相情報算出手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
また、前記ホログラム再生装置において、
前記偏光子付撮像素子対が２個設けられており、
前記光分割素子は、一方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光と、他方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光を分割するビームスプリッタを含み、該ビームスプリッタと前記一方の偏光子付撮像素子対の間に１/２波長板を設けるとともに、該ビームスプリッタと前記他方の偏光子付撮像素子対の間に１/４波長板を設けたことが好ましい。
前記偏光子付撮像素子対が２個設けられており、
前記光分割素子は、一方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光と、他方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光を分割するビームスプリッタを含み、該ビームスプリッタと前記一方の偏光子付撮像素子対の間に１/２波長板を設けるとともに、該ビームスプリッタと前記他方の偏光子付撮像素子対の間に１/４波長板を設けたことが好ましい。
本発明のホログラム再生方法および、ホログラム再生装置においては、
まず、Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは、前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２個設けている。
まず、Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは、前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２個設けている。
また、前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光は、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と、基準となる参照光とを干渉させた干渉光であり、前記偏光子付撮像素子がｎ対設けられている場合には、これら各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように、前記偏光子付撮像素子を配置し、これらｎ対の前記偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および該位相情報を算出する。
すなわち、本発明の方法および装置においては、前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光は、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と、基準となる参照光とを干渉させており、いわゆるホモダイン検波の光入力の構成を備えている。また、各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように、前記偏光子付撮像素子を配置していることから、いわゆるフリンジスキャン法の演算に必要な各位相毎の干渉縞強度分布を得ることができる。そして、これら偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および該位相情報を算出するようにしているので、干渉縞強度分布の実数部のみならず、損失を表わす虚数部も含めた演算を行うことができ、実際の値に近い振幅および位相を求めることができる。また、ＭＤの差動検出と同様に、演算により同相ノイズを相殺することができるので算出値のＳ/Ｎを向上させることができる。
これにより、画素間クロストークを低減しつつ、Ｓ/Ｎを向上させることができる
また、ホログラム再生の誤り率の低減を図ることができ、ホログラムの大容量化や高速データ再生を促進することが可能となる。
また、ホログラム再生の誤り率の低減を図ることができ、ホログラムの大容量化や高速データ再生を促進することが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係るホログラム再生方法および装置を図面を参照しつつ説明する。なお、本願明細書においてホログラム再生方法あるいはホログラム再生装置と称するときは、少なくとも、情報再生機能を備えたものを意味するものとし、情報記録機能を併せ有するものも、本発明におけるホログラム再生方法あるいはホログラム再生装置に含まれるものとする。
本実施形態（具体的な構成は実施例とも称する）に係るホログラム再生装置は、図１に示すように、記録時において、２次元のページデータを担持した信号光と参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録し、また、再生時において、Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子（図２（ａ）参照）と、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子（図２（ａ）参照）とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子（図２（ａ）参照）を、撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子２０６ａと、このＰ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子とＳ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子の並びが上記第１の複合偏光子素子とは逆である第２の複合偏光子素子（図２（ｄ）参照）を、撮像素子の光入射側に配設されてなる第２の偏光子付撮像素子２０６ｂからなる第１の偏光子付撮像素子対を光路内に配置し、再生光と再生時の参照光とによる干渉光から生成された干渉縞をそれぞれの偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂにより撮像している。さらに、第１の偏光子付撮像素子２０６ａおよび第２の偏光子付撮像素子２０６ｂとの関係と同様に、第３の偏光子付撮像素子２０９ａおよび第４の偏光子付撮像素子２０９ｂからなる第２の偏光子付撮像素子対を光路内に配置している。
上記第１〜第４の偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂ、２０９ａ、２０９ｂには、ＰＢＳ１０４を通過してＰ偏光とされた光（参照光として機能する）と、ホログラム記録媒体１０９の再生光（Ｓ偏光）との両者が干渉して生成された干渉縞が順次π/２ずつ位相がずれるようにして各偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂ、２０９ａ、２０９ｂにより撮像される。
すなわち、これら２つの光は各々ＢＳ２０３により、図１中、右方向に向かう光と図１中、下方向に向かう光とに分割されるが、図１中、右方向に向かう光はＢＳ２０５に到達するまでに１/２波長板２０４を通過し、一方、図１中、下方向に向かう光はＢＳ２０５に到達するまでに１/４波長板２０７を通過するため、第１〜第４の偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂ、２０９ａ、２０９ｂにおいて、各偏光子付撮像素子は、順次π/２ずつ縞位相がずれた干渉縞情報を撮像することになる。
このように、図１に示す本実施形態に係るホログラム記録再生装置は、図８、９に示す従来のホログラム記録再生装置に対し、記録時には物体光となるＰＢＳ１０４を通過した光を、再生時には参照光として用い、この参照光と再生光とが作製する干渉縞を位相差の異なる４つの状態で作製し、それぞれに対応した偏光子付撮像素子により撮像しているので、撮像素子の混色を抑えることができるとともに、同相ノイズを低減してページデータ全体を再生することが可能となる。
ここで、干渉縞による振幅測定について説明する。光の強度を測定するフォトディテクターでは、強度を測定するのみで、位相を測定することはできない。また、種々の要因から光量が損失するため、実際の強度より小さい強度でしか信号を測定することができない。そこで、本実施形態においては、光の振幅のほかに位相を測定する手法を採用することにより、信号自体をより正しく測定するようにしている。
このうち、簡便な具体的手法としては、再生光と、これの基準となる参照光を同一位置に照射することにより干渉縞を作製し、その干渉縞の位相条件を変更することにより、各位相毎の干渉縞を測定し、これら複数の位相条件毎に取得された干渉縞データを互いに演算して高精度の強度分布を得る縞走査 (fringe scanning: Phase Stepping) 法が知られている。被測定光(この場合は再生光)に基準とすべき参照光(本実施例では記録時の物体光)を照射し、これら２つの光による干渉光の光位相が４つの状態(0, π/2, π, 3π/2)となるように光学系をセットし、この時に各偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂ、２０９ａ、２０９ｂにより、測定された強度I(0)，I(π/2)，I(π)，I(3π/2)を用い、振幅（本明細書においては、振幅は理想状態を表すものであり、この振幅から種々の要因で減衰して測定されたものを強度として扱う）は下式（１）により、また位相は下式（２）により、導出することができる。下式（２）より明らかなように、位相φは、差分された強度同士の比なので、同相ノイズを打消すことができる。
この４つの位相状態における干渉縞強度I(0)，I(π/2)，I(π)，I(3π/2)を得るための光学系が図１に示すＢＳ２０３、２０５、２０８、１/２波長板２０４、１/４波長板２０７および上述した偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂ、２０９ａ、２０９ｂである。
すなわち、偏光子付撮像素子２０６ａには、ＢＳ２０３を透過した再生光とＢＳ２０３で反射された参照光とが、１/２波長板２０４を透過し、ＢＳ２０５を透過するようにして照射される。
また、偏光子付撮像素子２０６ｂには、ＢＳ２０３を透過した再生光とＢＳ２０３で反射された参照光とが、１/２波長板２０４を透過し、ＢＳ２０５により反射されるようにして照射される。
また、偏光子付撮像素子２０９ａには、ＢＳ２０３により反射された再生光とＢＳ２０３を透過した参照光とが、１/４波長板２０７を透過し、ＢＳ２０８を透過するようにして照射される。
さらに、偏光子付撮像素子２０９ｂには、ＢＳ２０３により反射された再生光とＢＳ２０３を透過した参照光とが、１/４波長板２０７を透過し、ＢＳ２０８により反射されるようにして照射される。
以下、これら光学系に入射した光の位相の状態を図３、４、５を用いて説明する。
図３中の、ＢＳ２０３に入射する位置<１>において、２つの光（ミラー２０２からの参照光およびＦＴレンズ１０８からの再生光）は互いに直交する方向からＢＳ２０３に入射しているので、イメージとしては図４中の左上の図４（ａ）となる。この図４（ａ）では、振動面の方向（振動方向（以下同じ））を矢印で示すようにしているが、図４（ｂ）〜図４（ｅ）では、t=0、φ=0の場合における振動面を示す。
図３中の、ＢＳ２０３に入射する位置<１>において、２つの光（ミラー２０２からの参照光およびＦＴレンズ１０８からの再生光）は互いに直交する方向からＢＳ２０３に入射しているので、イメージとしては図４中の左上の図４（ａ）となる。この図４（ａ）では、振動面の方向（振動方向（以下同じ））を矢印で示すようにしているが、図４（ｂ）〜図４（ｅ）では、t=0、φ=0の場合における振動面を示す。
すなわち、図３中で<１>の位置における振動面の状態は図４（ｂ）に示されたものとなる。このうち、ＢＳ２０３から図３中で右方に出射された２つの光は、１／２波長板２０４を通過するので、図４（ｂ）の図面中で、sと記載した遅軸のベクトルの位相が１／２波長だけ遅れる。そのため、図３中の位置<２>においては、この位置<２>に対応する図４（ｃ）に示すように、それぞれの光の振動面が９０度逆方向へ回転する。図３中の位置<３>においては、図４（ｄ）に示すように、速軸ｆの方向に振動面を有する光が分離されて偏光子付撮像素子２０６ａにより撮像される。また、図３中の位置<４>においては、図４（ｅ）に示すように、遅軸ｓの方向に振動面を有する光が分離されて偏光子付撮像素子２０６ｂにより撮像される。これら偏光子付撮像素子２０６ａ、２０６ｂにより撮像された干渉縞強度は上式のI(0)およびI(π)に相当する。
次に、図３中で、ＢＳ２０３から下方に向かう光の位相の状態を図５を用いて説明する。説明を簡単にするため、図５では、初期位相φ=π/4として示している。なお、図３中で位置<１>における図５（ｂ）の状態は図４（ｂ）のものと同様である。図３中で、ＢＳ２０３から下方に出射された２つの光は、この後１／４波長板２０７を通過するが、この１／４波長板２０７は速軸ｆが一方の光の振動面と一致するように配置する。そのため、遅軸ｓの方向に振動面を有するように設定された光のみが１／４波長（90°）遅れた状態となる（図５（ｃ））。
ここで、各位相での強度の時間変動分を簡略化して表すと、下式（３）が得られる。
ただし、初期位相をφ、波長板による位相差をα、各周波数をω、時間をｔとおく。
強度の時間変動分＝ cos(ωt+φ+α) （３）
ただし、初期位相をφ、波長板による位相差をα、各周波数をω、時間をｔとおく。
強度の時間変動分＝ cos(ωt+φ+α) （３）
このようにおいた場合、上記各状態での強度の時間変動分は下表１のように表される。
すなわち、ＢＳ２０３に、図３中で上方から入射した参照光ビーム（ビーム１）は、図３中の位置<１>において、ｆ成分およびｓ成分がともにcos(ωt+φ+α)となり、この後、１/４波長板２０７を通過するが、図３中の位置<５>においても、ｆ成分およびｓ成分がともにcos(ωt+φ+α)となる。これにより、このビーム１のｆ成分のみが偏光子付撮像素子２０９ａで撮像され、一方、このビーム１のｓ成分のみが偏光子付撮像素子２０９ｂで撮像される。
また、ＢＳ２０３に、図３中で左方から入射した再生光ビーム（ビーム２）は、図３中の位置<１>において、ｆ成分およびｓ成分がともにcos(ωt+φ+α)となり、この後、１/４波長板２０７を通過するが、図３中の位置<５>においても、ｆ成分およびｓ成分がともにcos(ωt+φ+α)となる。これにより、このビーム２のｆ成分のみが偏光子付撮像素子２０９ａで撮像され（位置<６>，図５（ｄ））、一方、このビーム２のｓ成分のみが偏光子付撮像素子２０９ｂで撮像される（位置<７>，図５（ｅ））。
ここで、ビーム１のｆ成分とビーム２のｆ成分とにより生成された干渉縞が撮像素子２０９ａにより撮像されて強度Ｉ（π/２）が出力され、一方、ビーム１のｓ成分とビーム２のｓ成分とにより生成された干渉縞が撮像素子２０９ｂにより撮像されて強度Ｉ（３π/２）が出力される。
このようにして得られた強度Ｉ（０）および強度Ｉ（π）は、上述した強度Ｉ（π/２）および強度Ｉ（３π/２）とともに上式(1)に入力することにより、振幅を計算することができる。
なお、上述した一連の演算は図１中の演算装置１１５により行われる。
なお、上述した一連の演算は図１中の演算装置１１５により行われる。
＜結果＞
上記実施例による結果を図６に示す。また、本実施例によって再生した場合のＳＮ比と、記録画像rinおよび再生画像routの差分の絶対値|rin-rout|(値が小さいほど元画像に近い)とをそれぞれ下表２に示す。なお、本実施例方法の比較値として、通常再生方法（図９参照）および通常ホモダイン法によって各々再生した場合のＳＮ比、および絶対値|rin-rout|も下表２に示した。
上記実施例による結果を図６に示す。また、本実施例によって再生した場合のＳＮ比と、記録画像rinおよび再生画像routの差分の絶対値|rin-rout|(値が小さいほど元画像に近い)とをそれぞれ下表２に示す。なお、本実施例方法の比較値として、通常再生方法（図９参照）および通常ホモダイン法によって各々再生した場合のＳＮ比、および絶対値|rin-rout|も下表２に示した。
図６および表２から明らかなように、上記実施例のものでは、通常再生方法や通常ホモダイン法に比べて、ＳＮ比を向上させることができ、再生画像を記録画像に近い状態とすることができた。また、ヒストグラムから明らかなように、上記各通常方法に比べて、白黒の分離が良好となった。
上表２から明らかなように、本実施例方法を用いた場合には、ＳＮ比で2.3〜2.5ｄＢ、|rin-rout|で９〜２４％程度の改善結果が得られた。
なお、上記実施例のものにおいては、位相を１/４波長ずつずらした４つの干渉縞強度を測定し、これら得られた４つの強度情報を演算する、４バケット法を用いて精度の高い振幅や位相を求めるようにしているが、ずらす位相はこれに限られるものではなく、１/（２ｎ）波長ずつずらして得られた干渉縞強度を演算する２ｎバケット（ステップ）法を用いることは可能である（ｎは偏光子付撮像素子対の数）。すなわち、本実施例においては２つの偏光子付撮像素子を対にした偏光子付撮像素子対の整数倍を取り得るので、ｎ＝２の他、ｎ＝３、４、５…とすることが可能となり、バケット数は偶数となる。
例えば、図７に示す変型例の光学系は、基本的な構成において、上述した実施例に係る図３に示す光学系と同様であるが、１/８波長ずつずらして得られた干渉縞強度を演算する８バケット（ステップ）法を用いることが可能である。
すなわち、図７に示すように、ＢＳ３０３に入射したミラー２０２からのＰ偏光およびＦＴレンズ１０８からの再生光は最終的に８つの偏光子付撮像素子３０６ａ〜ｄ、３０９ａ〜ｄにおいて、干渉縞の強度分布が取得されるようになっており、また、このためＢＳ３０３に入射した光を、上記８つの偏光子付撮像素子３０６ａ〜ｄ、３０９ａ〜ｄに導く必要があるので、ＢＳ３０５ａ、３０８ａのほかに５つのＢＳ３０５ｂ〜ｄ、３０８ｂ、ｃが設けられている。また、８つの偏光子付撮像素子３０６ａ〜ｄ、３０９ａ〜ｄにおいて取得される干渉縞強度間に順次１/８波長の位相差を与えるため、１/２波長板３０４および１/４波長板３０７の他にリターダー（１/８波長）３１０およびリターダー（１/８波長）３１１が所定位置に配されている。
この結果、例えばπ/８、３π/８、５π/８、７π/８、９π/８、１１π/８、１３π/８、１５π/８、の８つの位相についての干渉縞強度Ｉ（π/８）、Ｉ（３π/８）、Ｉ（５π/８）、Ｉ（７π/８）、Ｉ（９π/８）、Ｉ（１１π/８）、Ｉ（１３π/８）、Ｉ（１５π/８）を得る。
以下、これら８つの干渉縞強度から、振幅を求める演算式について説明する。
まず、電場Ｅを下式を用いて表わす。なお、Ａは定数、ωは角速度、ｔは時間、ｋは波数ベクトル、ｒは方向を表わすベクトル、φは位相である。なお、添え字のｊは１または２を表わす。
まず、電場Ｅを下式を用いて表わす。なお、Ａは定数、ωは角速度、ｔは時間、ｋは波数ベクトル、ｒは方向を表わすベクトル、φは位相である。なお、添え字のｊは１または２を表わす。
ここで、Ｅ2はＥ１に対し、ピエゾなどでΔφの位相差を与えられる場合を考える。
この場合、作成される干渉縞の強度は、下式で表わされる。
この場合、作成される干渉縞の強度は、下式で表わされる。
また、上記各位相Δφにおける干渉縞強度は、以下のようになる。
したがって、以下の式が求められる。
そうすると、振幅aは以下の式から求められる。
本発明のホログラム再生方法およびホログラム再生装置としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
例えば、ホログラム記録時においてＳＬＭ（ライトバルブ）が配設される所定位置に、ホログラム再生時においていずれかの偏光子付撮像素子を配設するライトバルブ／撮像素子位置切替手段を設けるようにしてもよい。すなわち、ＰＢＳで反射された偏光成分（Ｐ偏光またはＳ偏光）が、記録時においてはＳＬＭに照射されるように、他方、再生時には偏光子付撮像素子に照射されるように、ＳＬＭと偏光子付撮像素子を搭載した載設板をレール上で、移動させるようにしてもよい。
また、本発明のホログラム再生方法、装置としては、少なくとも１つの偏光子付撮像素子対を有し、所定のバケット数の、位相が異なる干渉縞強度情報を得ることができるのであれば、上記実施例のものに限られるものではない。
例えば、偏光子付撮像素子対を１つ、すなわち、偏光子付撮像素子を２つ用い、通常の位相ステップ法のようにピエゾ素子や液晶素子等を用いて、各々の偏光子付撮像素子について、２つの位相における干渉縞強度を各々取得することができれば、結局４つの干渉縞強度情報を得ることができるので、このような態様も本発明に含まれるものである。
尤も、上述した実施例のように全ての干渉縞強度情報を同時に取得することができれば、各干渉縞強度情報間で空気の擾乱の影響を排除することが可能となり、また、撮像素子の情報転送レートも速いものとすることができる。
また、偏光子付撮像素子の各偏光子としては金属膜や誘電体膜、有機膜等を使用することができ、その膜をＦＩＢ（フォーカスドイオンビーム）やＵＶ（紫外）光等で露光し、パターンニングすることにより、形成することができる。
また、本発明においては、偏光子付撮像素子対ごとに２つの撮像素子の各々に対して、Ｐ偏光透過型偏光子とＳ偏光透過型偏光子とを交互に、市松模様状に配置し、一方の撮像素子には再生光のＰ偏光を、他方の撮像素子には再生光のＳ偏光を各々照射するようにしているが、このような思想を応用すれば、一方の撮像素子においては、Ｐ偏光透過型偏光子に替えて透光部（何も配さない場合を含む）を、Ｓ偏光透過型偏光子に替えて遮光部を各々設け、他方の撮像素子においては、Ｐ偏光透過型偏光子に替えて遮光部を、Ｓ偏光透過型偏光子に替えて透光部（何も配さない場合を含む）を各々設け、各々の撮像素子に再生光を照射するシステムを構築することができる。
１，１０１ レーザ光源
２，５，１０２ シャッタ
３，１３，１０３，１１３，２０４、３０４ １/２波長板
２０７，３０７ １/４波長板
４，６，１２，１０４，１１２ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
７，１０７ ＳＬＭ（空間光変調素子）
８，１０８ ＦＴレンズ
９，１０９ ホログラム記録媒体
１０，１８，１１０，１１８ リレーレンズ
１１，１７，１１１，１１７ ガルバノミラー
１５，１１５ 演算装置
１６，１１６，２０１，２０２ ミラー
２０６ａ，ｂ、２０９ａ，ｂ、３０６ａ〜ｄ、
３０９ａ〜ｄ 偏光子付撮像素子
２０３，２０５，２０８，３０３，
３０５ａ〜ｄ、３０８ａ〜ｃ ＢＳ（ビームスプリッタ）
３１０，３１１ リターダー
２，５，１０２ シャッタ
３，１３，１０３，１１３，２０４、３０４ １/２波長板
２０７，３０７ １/４波長板
４，６，１２，１０４，１１２ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
７，１０７ ＳＬＭ（空間光変調素子）
８，１０８ ＦＴレンズ
９，１０９ ホログラム記録媒体
１０，１８，１１０，１１８ リレーレンズ
１１，１７，１１１，１１７ ガルバノミラー
１５，１１５ 演算装置
１６，１１６，２０１，２０２ ミラー
２０６ａ，ｂ、２０９ａ，ｂ、３０６ａ〜ｄ、
３０９ａ〜ｄ 偏光子付撮像素子
２０３，２０５，２０８，３０３，
３０５ａ〜ｄ、３０８ａ〜ｃ ＢＳ（ビームスプリッタ）
３１０，３１１ リターダー
Claims (6)
- ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生方法において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは、前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２対設け、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するようにし、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光は、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と、基準となる参照光とを干渉させた干渉光であり、
前記偏光子付撮像素子対がｎ個設けられている場合には、これらｎ対の偏光子付撮像素子の各々に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように、前記偏光子付撮像素子を配置し、
これらｎ対の偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および/または該位相情報を算出することを特徴とするホログラム再生方法。 - 前記ｎが２であり、各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/２ずつずらすように設定することを特徴とする請求項１記載のホログラム再生方法。
- 前記２個の偏光子付撮像素子対のうち、一方の偏光子付撮像素子対は、入射光の位相が０であるときの強度であるＩ（０）を出力する第１の偏光子付撮像素子と、入射光の位相がπであるときの強度であるＩ（π）を出力する第２の偏光子付撮像素子からなり、他方の偏光子付撮像素子対は、入射光の位相がπ/２であるときの強度であるＩ（π/２）を出力する第３の偏光子付撮像素子と、入射光の位相が３π/２であるときの強度であるＩ（３π/２）を出力する第４の偏光子付撮像素子からなる、ことを特徴とする請求項２記載のホログラム再生方法。
- 該振幅情報および該位相情報は下式（１）、（２）に基づいて算出されることを特徴とする請求項３記載のホログラム再生方法。
- ページデータが干渉情報として記録されてなるホログラム記録媒体からのデータ再生光を、撮像素子により読み取ってデータ再生するホログラム再生装置において、
Ｐ偏光成分が容易に透過する第１の偏光子と、該第１の偏光子とは光透過容易軸が直交し、Ｓ偏光成分が容易に透過する第２の偏光子とを、交互に組み合わせて市松模様状に構成した第１の複合偏光子素子を、各々の該偏光子が前記撮像素子の各画素と対応するように該撮像素子の光入射側に配設されてなる第１の偏光子付撮像素子と、この第１の偏光子付撮像素子とは前記第１の偏光子の位置と前記第２の偏光子の位置が互いに入れ替わった状態とされ、かつ入射光の位相が互いに１/２波長ずれるように構成された第２の偏光子付撮像素子と、からなる偏光子付撮像素子対をホログラム再生の光路内に少なくとも２個備えてなり、
前記データ再生光のうちのＰ偏光成分が前記第１の偏光子付撮像素子に入射するように、また、前記データ再生光のうちのＳ偏光成分が前記第２の偏光子付撮像素子に入射するように構成され、
前記偏光子付撮像素子の各々に入射する光である、前記ホログラム記録媒体からのデータ再生光と基準となる参照光とを合波させ、干渉させる干渉光生成手段と、
前記偏光子付撮像素子をｎ対設ける場合には、これら各偏光子付撮像素子に入射する光の位相を順次π/ｎずつずらすように配置された複数の光分割素子および波長板と、
これらｎ対の前記偏光子付撮像素子各々から出力された振幅情報および位相情報を含む強度情報を互いに演算して、該振幅情報および該位相情報を算出する振幅位相情報算出手段と、
を備えたことを特徴とするホログラム再生装置。 - 前記偏光子付撮像素子対が２個設けられており、
前記光分割素子は、一方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光と、他方の前記偏光子付撮像素子対に向かう光を分割するビームスプリッタを含み、該ビームスプリッタと前記一方の偏光子付撮像素子対の間に１/２波長板を設けるとともに、該ビームスプリッタと前記他方の偏光子付撮像素子対の間に１/４波長板を設けたことを特徴とする請求項５記載のホログラム再生装置。
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