JP6136520B2 - Optical information recording device - Google Patents
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Description
本発明は、光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子に関する。 The present invention relates to an optical information recording apparatus, an optical information recording method, an optical information reproducing apparatus, an optical information reproducing method, and an optical element.
従来、光学的に情報を記録して再生する方法の1つとしてホログラムを利用したホログラフィック記録が提案されている。ホログラフィック記録は、光の干渉を利用して情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する技術である。このため、ホログラフィック記録によれば、情報を情報記録媒体中に3次元(3D: three dimensional)屈折率分布として三次元的に記録することができる。従って、ホログラフィック記録では、情報記録媒体の厚みを有効活用することによって、より大容量の情報を記録することができる。 Conventionally, holographic recording using a hologram has been proposed as one method for optically recording and reproducing information. Holographic recording is a technique for recording information on an information recording medium as a hologram using interference of light. Therefore, according to holographic recording, information can be recorded three-dimensionally as a three-dimensional (3D) refractive index distribution in an information recording medium. Therefore, in holographic recording, a larger amount of information can be recorded by effectively utilizing the thickness of the information recording medium.
より具体的には、ホログラフィック記録は、情報を持った信号光と参照光とを互いに干渉させて情報記録媒体に照射することによって情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する一方、参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって情報を持った再生光を再生させる光情報記録再生方式である。 More specifically, in holographic recording, information light is recorded on an information recording medium as a hologram by irradiating the information recording medium with signal light having information and reference light that interfere with each other. This is an optical information recording / reproducing system in which reproduction light having information is reproduced by irradiating the information recording medium with light.
更に、ホログラフィック記録の応用として偏光ホログラフィック記録が提案されている(例えば特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2参照)。偏光ホログラフィック記録は、偏光特性を有するホログラムを形成させる記録である。 Furthermore, polarization holographic recording has been proposed as an application of holographic recording (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2). Polarization holographic recording is recording that forms a hologram having polarization characteristics.
より具体的には、偏光ホログラフィック記録では、任意の偏光状態をもつ信号光及び参照光が偏光感受性を有する情報記録媒体に照射される。この場合、偏光感受性を有する情報記録媒体内では、偏光に応じた光学異方性が誘起され、偏光ホログラムとして情報が記録される。また、記録された情報の再生は、通常のホログラフィック記録と同様に参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって行われる。つまり、偏光ホログラフィック記録は、偏光方位(電磁場の振動方位)という自由度を有する光のベクトル波としての性質を利用し、情報を情報記録媒体に3D複屈折分布として記録する光情報記録再生方式である。 More specifically, in polarization holographic recording, signal light and reference light having an arbitrary polarization state are irradiated onto an information recording medium having polarization sensitivity. In this case, in the information recording medium having polarization sensitivity, optical anisotropy corresponding to the polarization is induced, and information is recorded as a polarization hologram. The recorded information is reproduced by irradiating the information recording medium with reference light or signal light in the same manner as in normal holographic recording. In other words, polarization holographic recording utilizes the property of a light vector wave having the degree of freedom of polarization orientation (vibration orientation of electromagnetic field), and records information on an information recording medium as a 3D birefringence distribution. It is.
偏光感受性のない情報記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録では、信号光と参照光の偏光状態が互いに同一であることが必要である。これに対し、偏光ホログラフィック記録では、偏光状態が同一でない信号光と参照光を用いて情報を記録することが可能である。 In holographic recording in which information is recorded on an information recording medium having no polarization sensitivity, the polarization states of the signal light and the reference light must be the same. In contrast, in polarization holographic recording, information can be recorded using signal light and reference light whose polarization states are not the same.
ホログラフィック記録方式及び偏光ホログラフィック方式の情報記録装置及び情報再生装置では、実用化に向けて、装置の簡略化及びサイズの縮小が課題となっている。 In the information recording apparatus and information reproducing apparatus of the holographic recording method and the polarization holographic method, the simplification of the device and the reduction of the size are problems for practical use.
そこで、本発明は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して、より簡易な構成で情報を記録又は再生することが可能な光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an optical information recording apparatus, an optical information recording method, an optical information reproducing apparatus, an optical information recording apparatus that can record or reproduce information with a simpler configuration using holographic recording or polarization holographic recording. An object is to provide an information reproducing method and an optical element.
本発明の実施形態に係る光情報記録装置は、照射光生成系及び照射系を備える。照射光生成系は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成する。照射系は、感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する。
また、本発明の実施形態に係る光情報再生装置は、照射光生成系、照射系、撮像系及び情報再生系を備える。照射光生成系は、参照光を生成する。照射系は、感光性を有し、かつ3次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射する。撮像系は、前記参照光の照射によって前記記録媒体から+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像する。情報再生系は、撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生する。
また、本発明の実施形態に係る光情報記録方法は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光を+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成する一方、参照光を前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成するステップと、感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る光情報再生方法は、参照光を生成するステップと、感光性を有し、かつ3次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射するステップと、前記参照光の照射によって前記記録媒体から+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像するステップと、撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生するステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る光学素子は、2次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、各可変回折格子の透過率が前記複数の可変回折格子の配列方向に対して傾斜する特定の方向であって入射偏光に応じた前記特定の方向に変化するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る光学素子は、第1の電極、複数の第2の電極及び液晶層を有する。複数の第2の電極は、2次元的に配列される。液晶層は、前記第1の電極と前記複数の第2の電極との間に配置され、前記第2の電極の配列方向に対して傾斜する特定の方向であって入射偏光に応じた前記特定の方向に、前記複数の第2の電極の各幅に応じた周期で厚さが周期的に変化する。
An optical information recording apparatus according to an embodiment of the present invention includes an irradiation light generation system and an irradiation system. The irradiation light generation system generates signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude as light divided by + 1st order diffracted light, −1st order diffracted light, or a birefringent prism. On the other hand, the reference light is generated as zero-order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light or as another light divided by the prism. The irradiation system records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light.
An optical information reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention includes an irradiation light generation system, an irradiation system, an imaging system, and an information reproduction system. The irradiation light generation system generates reference light. The irradiation system irradiates the reference light onto a recording medium having photosensitivity and having information recorded as a three-dimensional optical anisotropy distribution. The imaging system is signal light generated as light corresponding to light divided by the reference light from the recording medium by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, and has a phase and amplitude. Corresponding to the signal light having the polarization component in which the information is recorded as at least one spatial modulation, the 0th order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, or another light divided by the prism Imaging is performed in a state where the reference light generated as light is superimposed. The information reproducing system reproduces the information based on the imaged signal light.
In addition, the optical information recording method according to the embodiment of the present invention converts signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude into + 1st order diffracted light, −1st order diffracted light, or birefringence. Generating reference light as zero-order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light or another light divided by the prism, Irradiating the recording medium with the signal light and the reference light to record the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution.
An optical information reproducing method according to an embodiment of the present invention includes a step of generating reference light, and the reference light is applied to a recording medium that has photosensitivity and has information recorded as a three-dimensional optical anisotropy distribution. A signal light generated as light corresponding to light divided by the reference light by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism from the recording medium, and having a phase and an amplitude Corresponding to the signal light having the polarization component in which the information is recorded as at least one of the spatial modulation, the 0th order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, or another light separated by the prism Imaging the reference light generated as the light to be superimposed and regenerating the information based on the captured signal light.
An optical element according to an embodiment of the present invention has a plurality of variable diffraction gratings arranged two-dimensionally, and the transmittance of each variable diffraction grating is inclined with respect to the arrangement direction of the plurality of variable diffraction gratings. It is configured to change to the specific direction according to the incident polarized light.
An optical element according to an embodiment of the present invention includes a first electrode, a plurality of second electrodes, and a liquid crystal layer. The plurality of second electrodes are arranged two-dimensionally. Liquid crystal layer, wherein the first electrode is disposed between the plurality of second electrodes, the according to the incident polarization particular a particular direction inclined with respect to the arrangement direction of the second electrode In this direction, the thickness periodically changes at a period corresponding to each width of the plurality of second electrodes.
本発明の実施形態に係る光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子によれば、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して、より簡易な構成で情報を記録又は再生することができる。 According to the optical information recording apparatus, the optical information recording method, the optical information reproducing apparatus, the optical information reproducing method, and the optical element according to the embodiment of the present invention, a simpler configuration using holographic recording or polarization holographic recording Information can be recorded or reproduced.
本発明の実施形態に係る光情報記録装置、光情報記録方法、光情報再生装置、光情報再生方法及び光学素子について添付図面を参照して説明する。 An optical information recording apparatus, an optical information recording method, an optical information reproducing apparatus, an optical information reproducing method, and an optical element according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
(構成及び機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成図である。
(First embodiment)
(Configuration and function)
FIG. 1 is a block diagram of an optical information recording / reproducing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
光情報記録再生装置1は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体2に情報を記録し、記録された情報を再生する装置である。すなわち、光情報記録再生装置1は、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体2に情報を記録する光情報記録装置と、ホログラフィック記録又は偏光ホログラフィック記録を利用して感光性を有する情報記録媒体2に記録された情報を再生する光情報再生装置を兼ねた装置である。 The optical information recording / reproducing apparatus 1 is an apparatus that records information on an information recording medium 2 having photosensitivity using holographic recording or polarization holographic recording, and reproduces the recorded information. That is, the optical information recording / reproducing apparatus 1 uses an optical information recording apparatus for recording information on an information recording medium 2 having photosensitivity using holographic recording or polarization holographic recording, and performs holographic recording or polarization holographic recording. This is an apparatus that also serves as an optical information reproducing apparatus that reproduces information recorded on the information recording medium 2 having photosensitivity.
図1には、情報の記録及び再生の双方が可能な光情報記録再生装置1を示しているが、情報の記録のみを行う光情報記録装置をレコーダとして作製したり、逆に情報の再生のみを行う光情報再生装置をプレーヤとして作製することもできる。また、情報記録媒体2を光情報記録再生装置1、光情報記録装置又は光情報再生装置の構成要素として内蔵することが可能である一方、逆に情報記録媒体2を光情報記録再生装置1、光情報記録装置又は光情報再生装置の構成要素とせずに交換できるようにしてもよい FIG. 1 shows an optical information recording / reproducing apparatus 1 that can both record and reproduce information. However, an optical information recording apparatus that performs only information recording is manufactured as a recorder, or conversely, only information reproduction is performed. An optical information reproducing apparatus that performs the above can also be manufactured as a player. The information recording medium 2 can be incorporated as a component of the optical information recording / reproducing apparatus 1, the optical information recording apparatus, or the optical information reproducing apparatus. The optical information recording device or the optical information reproducing device may be replaced without being a constituent element.
図1に示す光情報記録再生装置1は、照射光生成系3、照射系4、撮像系5及び情報再生系6を有する。 An optical information recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an irradiation light generation system 3, an irradiation system 4, an imaging system 5, and an information reproduction system 6.
照射光生成系3は、情報が記録された偏光成分を有する信号光LS及び参照光LRを生成するための光学系である。特に、照射光生成系3は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調、すなわち複素振幅の空間変調によって光複素信号としての信号光LSの偏光成分に情報を記録し、かつ信号光LSを+1次回折光又は−1次回折光として生成する一方、参照光LRを+1次回折光及び−1次回折光に対応する0次光として生成するように構成されている。以降では、信号光LSが+1次回折光として生成される場合を例に説明する。また、照射光生成系3は、情報記録媒体2に記録された情報を再生するために照射される参照光LRを生成するための光学系を兼ねている。 The irradiation light generation system 3 is an optical system for generating the signal light L S and the reference light L R having a polarization component in which information is recorded. In particular, the irradiation light generation system 3 records information on the polarization component of the signal light L S as an optical complex signal by spatial modulation of at least one of phase and amplitude, that is, spatial modulation of complex amplitude, and the signal light L S While generating as + 1st order diffracted light or −1st order diffracted light, the reference light L R is generated as 0th order light corresponding to the + 1st order diffracted light and −1st order diffracted light. Hereinafter, a case where the signal light L S is generated as + 1st order diffracted light will be described as an example. The irradiation light generation system 3 also serves as an optical system for generating a reference beam L R emitted for reproducing information recorded on the information recording medium 2.
照射系4は、情報の記録時には、感光性を有する情報記録媒体2に信号光LS及び参照光LRを照射することによって情報を3D光学異方性分布として情報記録媒体2に記録する光学系として機能する。特に、照射系4は、情報を再生するための参照光LRが情報記録媒体2に照射された場合に、情報記録媒体2から+1次回折光として再生される信号光LSと情報記録媒体2を透過した情報の再生用の参照光LRとが、光学素子を経由せずに撮像素子において重なるように、情報の記録用に+1次回折光として生成された信号光LS及び0次光として生成された参照光LRを情報記録媒体2に照射するように構成されている。一方、情報の再生時には、照射系4は、感光性を有し、かつ3D光学異方性分布として情報が記録された情報記録媒体2に参照光を照射する光学系として機能する。 The irradiation system 4 is an optical system that records information on the information recording medium 2 as a 3D optical anisotropy distribution by irradiating the photosensitive information recording medium 2 with the signal light L S and the reference light L R when recording information. Functions as a system. In particular, the illumination system 4, when the reference light L R for reproducing information is irradiated on the information recording medium 2, the signal light L S and the information recording medium is reproduced from the information recording medium 2 +1 order diffracted light 2 and the reference beam L R for reproduction of the transmitted information, so as to overlap the imaging element without passing through the optical element, +1 as a signal light L S and 0-order beam generated order diffracted light for recording of information It is configured to irradiate the generated reference light L R on the information recording medium 2. On the other hand, at the time of reproducing information, the irradiation system 4 functions as an optical system that irradiates the information recording medium 2 having photosensitivity and recorded information as a 3D optical anisotropy distribution with reference light.
撮像系5は、参照光LRの照射によって情報記録媒体2から+1次回折光として生じる信号光LSと、+1次回折光に対応する0次光として生じる参照光LRとを重ね合わせた状態で撮像するシステムである。つまり、撮像系5は、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として情報が記録された偏光成分を有する信号光LSと参照光LRとの干渉縞を2次元(2D: two dimensional)画像として撮影するように構成されている。従って、撮像系5に備えられる撮像素子と情報記録媒体2との間には、必ずしも光学素子を配置する必要はない。すなわち、情報記録媒体2から+1次回折光として生じる信号光LSと、+1次回折光に対応する0次光として生じる参照光LRは、光学素子を経由せずに、或いは必要な光学素子を経由して撮像系5に備えられる撮像素子により撮像される。 State imaging system 5, the signal light L S occurring as from the information recording medium 2 + 1st-order diffracted light when irradiated with the reference light L R, superimposed with the reference beam L R that occurs as a 0-order light corresponding to + 1-order diffracted light This is a system for imaging. In other words, the imaging system 5, two-dimensional interference fringes between the signal light L S and the reference light L R having a polarization component information as at least one of the spatial modulation of phase and amplitude were recorded: as (2D two dimensional) image It is configured to shoot. Therefore, it is not always necessary to dispose an optical element between the image pickup element provided in the image pickup system 5 and the information recording medium 2. That is, through the signal light L S occurring as from the information recording medium 2 + 1st-order diffracted light, the reference light L R that occurs as a 0-order light corresponding to + 1-order diffracted light, without passing through the optical element, or the required optical elements Then, an image is picked up by the image pickup device provided in the image pickup system 5.
情報再生系6は、撮像系5において撮像された信号光LSに基づいて情報を再生するシステムである。信号光LSは参照光LRとの合成光として撮像されるため、情報再生系6において信号光LSが抽出される。そして、信号光LSに記録された情報が情報再生系6において再生される。 The information reproduction system 6 is a system that reproduces information based on the signal light L S imaged by the imaging system 5. Since the signal light L S is imaged as a combined light with the reference light L R , the signal light L S is extracted in the information reproduction system 6. Then, the information recorded in the signal light L S is reproduced in the information reproduction system 6.
図1は、上述したような照射光生成系3、照射系4、撮像系5及び情報再生系6を構成するための光学素子等の構成要素の配置例を示している。尚、図1において、実線で示す光路は0次光の光路を、一点鎖線で示す光路は+1次回折光の光路を、点線で示す光路は−1次回折光の光路を、それぞれ示す。 FIG. 1 shows an arrangement example of components such as an optical element for constituting the irradiation light generation system 3, the irradiation system 4, the imaging system 5, and the information reproduction system 6 as described above. In FIG. 1, an optical path indicated by a solid line indicates an optical path of 0th order light, an optical path indicated by an alternate long and short dash line indicates an optical path of + 1st order diffracted light, and an optical path indicated by a dotted line indicates an optical path of −1st order diffracted light.
照射光生成系3は、レーザ光源7、1/2波長板(HWP: half-wave plate)8、第1のコリメータレンズ9、第1の空間フィルタ(SF: spatial filter)10、第2のコリメータレンズ11、第1のミラー12、第2のミラー13、偏光ビームスプリッタ(PBS: polarizing beam splitter)14、第1の空間光変調器(SLM: spatial light modulator)15、第2のSLM16、第3のコリメータレンズ17、第2のSF18及び情報入力システム19を図示されるように配置して構成することができる。尚、PBS14と第1のSLM15との間及びPBS14と第2のSLM16との間には、それぞれ偏光状態を調整する機能を有する補償板又はファラデー回転子等の光学素子を配置しても良い。 The irradiation light generation system 3 includes a laser light source 7, a half-wave plate (HWP) 8, a first collimator lens 9, a first spatial filter (SF) 10, and a second collimator. Lens 11, first mirror 12, second mirror 13, polarizing beam splitter (PBS) 14, first spatial light modulator (SLM) 15, second SLM 16, third The collimator lens 17, the second SF 18, and the information input system 19 can be arranged and configured as shown. An optical element such as a compensation plate or a Faraday rotator having a function of adjusting the polarization state may be disposed between the PBS 14 and the first SLM 15 and between the PBS 14 and the second SLM 16.
レーザ光源7は、直線偏光を出力する光源で構成される。従って、レーザ光源7から出力された直線偏光の偏光方位は1/2波長板8においてPBS14の透過軸を0度として、0度方向又は90度方向以外の方向に回転する。換言すると、1/2波長板8において、電界成分の振動方向が入射面に垂直なs(senkrecht)偏光又は電界成分の振動方向が入射面に平行なp(parallel)偏光以外の45度直線偏光等の任意の直線偏光が生成される。 The laser light source 7 is a light source that outputs linearly polarized light. Accordingly, the polarization direction of the linearly polarized light output from the laser light source 7 rotates in the direction other than the 0 degree direction or the 90 degree direction with the transmission axis of the PBS 14 being 0 degrees in the half-wave plate 8. In other words, in the half-wave plate 8, 45-degree linearly polarized light other than s (senkrecht) polarized light whose electric field component vibration direction is perpendicular to the incident surface or p (parallel) polarized light whose electric field component vibration direction is parallel to the incident surface. Any linearly polarized light is generated.
そして、第1のコリメータレンズ9、第1のSF10及び第2のコリメータレンズ11によって形成されるビームエクスパンダ(BE: beam expander)によりビーム径が拡大した直線偏光は、第1のミラー12及び第2のミラー13に反射してPBS14に3次元的に斜め方向に入射する。すなわち、図1の紙面を貫く方向にも傾斜した状態で0度方向及び90度方向以外の偏光方位を有する45度直線偏光等の直線偏光がPBS14に入射する。 The linearly polarized light whose beam diameter is expanded by a beam expander (BE) formed by the first collimator lens 9, the first SF 10 and the second collimator lens 11 is converted into the first mirror 12 and the second mirror 12. The light is reflected by the two mirrors 13 and enters the PBS 14 in a three-dimensional oblique direction. That is, linearly polarized light such as 45 degree linearly polarized light having a polarization orientation other than the 0 degree direction and the 90 degree direction is incident on the PBS 14 while being inclined in the direction penetrating the paper surface of FIG.
尚、PBS14に入射する偏光は、p偏光及びs偏光以外の偏光であれば、円偏光又は楕円偏光等の任意の偏光とすることができる。すなわち、PBS14には、少なくともs偏光成分及びp偏光成分を含む任意の偏光を入射光LINとして入射させることができる。また、PBS14に入射させる入射光LINに空間分布を付与してもよい。その場合には、円偏光又は楕円偏光等の入射光LINを生成してPBS14に入射させるために必要な光学素子及びPBS14への入射光LINに空間分布を付与するための光学素子が、照射光生成系3に配置される。 The polarized light incident on the PBS 14 can be any polarized light such as circularly polarized light or elliptically polarized light as long as it is polarized light other than p-polarized light and s-polarized light. In other words, the PBS 14, can be incident arbitrary polarization, including at least the s-polarized light component and p-polarized light component as the incident light L IN. It is also possible to impart spatial distribution to the incident light L IN to be incident on PBS 14. In that case, an optical element necessary for generating incident light L IN such as circularly polarized light or elliptically polarized light and making it incident on the PBS 14 and an optical element for imparting a spatial distribution to the incident light L IN on the PBS 14 include: Arranged in the irradiation light generation system 3.
このため、PBS14に入射したs偏光成分及びp偏光成分を含む偏光は、s偏光と、p偏光とに分離される。 For this reason, the polarized light including the s-polarized component and the p-polarized component incident on the PBS 14 is separated into s-polarized light and p-polarized light.
PBS14で反射したs偏光は、第1のSLM15に斜め方向に入射する。第1のSLM15では、2Dの画素位置に対応する2D空間位置ごとに、入力信号の強度に応じてs偏光の偏光状態が変化する。 The s-polarized light reflected by the PBS 14 is incident on the first SLM 15 in an oblique direction. In the first SLM 15, the polarization state of the s-polarized light changes according to the intensity of the input signal for each 2D space position corresponding to the 2D pixel position.
例えば、第1のSLM15が45度方向に液晶が配向されたSLMであり、第1のSLM15に入射する直線偏光の偏光方位を0度とすると、第1のSLM15の各位置に印加される電圧が大きくなるにつれて、0度直線偏光から0度楕円偏光に、0度楕円偏光から円偏光に、円偏光から90度楕円偏光に、90度楕円偏光から90度直線偏光に、対応する位置における入射偏光の偏光状態が変化する。 For example, if the first SLM 15 is an SLM in which liquid crystal is oriented in a 45 degree direction, and the polarization direction of linearly polarized light incident on the first SLM 15 is 0 degree, the voltage applied to each position of the first SLM 15 Is increased from 0 degree linearly polarized light to 0 degree elliptically polarized light, from 0 degree elliptically polarized light to circularly polarized light, from circularly polarized light to 90 degree elliptically polarized light, and from 90 degree elliptically polarized light to 90 degree linearly polarized light at the corresponding positions. The polarization state of polarized light changes.
また、第1のSLM15には、入射する直線偏光の反射光に、単位領域ごとに縞状の強度分布が生じるように、入力信号が入力される。従って、第1のSLM15において単位領域ごとに回折が起こり、第1のSLM15の各単位領域からは、0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光が生じる。換言すれば、第1のSLM15における回折によって、単位領域ごとに0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光が生じるように、第1のSLM15が制御される。また、PBS14に入射される偏光の傾斜角度についても、第1のSLM15における回折によって、0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光が生じるように決定される。 In addition, an input signal is input to the first SLM 15 such that a striped intensity distribution is generated for each unit region in the incident linearly polarized reflected light. Accordingly, diffraction occurs in each unit region in the first SLM 15, and 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light are generated from each unit region of the first SLM15. In other words, the first SLM 15 is controlled so that the diffraction in the first SLM 15 generates the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light, and the −1st-order diffracted light for each unit region. Further, the tilt angle of the polarized light incident on the PBS 14 is also determined so that the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light, and the −1st-order diffracted light are generated by the diffraction in the first SLM 15.
1つの単位領域から生じる+1次回折光及び−1次回折光の振幅は、その単位領域における縞状の強度分布の高低差に応じて変化する。具体的には、縞状の強度分布の高低差が大きい程、回折光の強度が大きくなり、縞状の強度分布の高低差が小さい程、回折光の強度が小さくなる。また、1つの単位領域から生じる+1次回折光及び−1次回折光の、0次回折光に対する位相は、縞状の強度分布の位置によって変化する。 The amplitudes of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light generated from one unit region change according to the height difference of the striped intensity distribution in the unit region. Specifically, the intensity of the diffracted light increases as the height difference of the striped intensity distribution increases, and the intensity of the diffracted light decreases as the height difference of the striped intensity distribution decreases. In addition, the phase of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light generated from one unit region varies depending on the position of the striped intensity distribution.
従って、第1のSLM15の各画素位置に印加する電圧の制御によって、0次光及び回折光の振幅と位相を変調することができる。すなわち、第1のSLM15の単位領域内に印加される電圧の高低差によって、回折光の振幅を変調し、第1のSLM15の単位領域内に印加される電圧のパターンによって、0次光及び回折光の位相を変調することができる。 Therefore, the amplitude and phase of the zero-order light and the diffracted light can be modulated by controlling the voltage applied to each pixel position of the first SLM 15. That is, the amplitude of the diffracted light is modulated by the difference in level of the voltage applied in the unit region of the first SLM 15, and the zero-order light and the diffraction are determined by the voltage pattern applied in the unit region of the first SLM 15. The phase of light can be modulated.
従って、第1のSLM15の各位置に印加される電圧の制御によって、第1のSLM15において反射し、かつ偏光状態に応じたp偏光成分としてPBS14を透過する0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光の振幅及び位相を変調することができる。つまり、PBS14からは、第1のSLM15への入力信号に応じて複素振幅が空間変調された0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光がp偏光として出力される。 Therefore, by controlling the voltage applied to each position of the first SLM 15, the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light, and the −1th order reflected by the first SLM15 and transmitted through the PBS 14 as the p-polarized component according to the polarization state. The amplitude and phase of the next diffracted light can be modulated. That is, the PBS 14 outputs 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light, whose complex amplitudes are spatially modulated in accordance with an input signal to the first SLM 15, as p-polarized light.
一方、PBS14を透過したp偏光は、第2のSLM16に斜め方向に入射する。第2のSLM16においても、2Dの画素位置に対応する2D空間位置ごとに、入力信号の強度に応じてp偏光の偏光状態が変化する。そして、第1のSLM15と同様に、第2のSLM16においても単位領域ごとに回折によって0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光が生じるように、第2のSLM16への印加電圧が制御される。 On the other hand, the p-polarized light transmitted through the PBS 14 is incident on the second SLM 16 in an oblique direction. Also in the second SLM 16, the polarization state of the p-polarized light changes according to the intensity of the input signal for each 2D space position corresponding to the 2D pixel position. Similarly to the first SLM 15, the applied voltage to the second SLM 16 is controlled so that the second SLM 16 also generates 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light for each unit region in the second SLM16. The
そして、第2のSLM16において反射し、かつ偏光状態に応じたp偏光成分としてPBS14において反射する0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光の複素振幅が空間変調される。つまり、PBS14からは、第2のSLM16への入力信号に応じて複素振幅が空間変調された0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光がs偏光として出力される。 Then, the complex amplitudes of the 0th-order diffracted light, the + 1st-order diffracted light, and the −1st-order diffracted light reflected by the second SLM 16 and reflected by the PBS 14 as the p-polarized component according to the polarization state are spatially modulated. That is, the PBS 14 outputs 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light, whose complex amplitudes are spatially modulated in accordance with the input signal to the second SLM 16, as s-polarized light.
第1のSLM15において複素振幅が空間変調されたp偏光の0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光と、第2のSLM16において複素振幅が空間変調されたs偏光の0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光は、第3のコリメータレンズ17によって絞られて第2のSF18に入射する。 P-polarized 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light whose complex amplitude is spatially modulated in the first SLM 15, and s-polarized 0th-order diffracted light whose complex amplitude is spatially modulated in the second SLM 16 The folded light and the −1st order diffracted light are narrowed down by the third collimator lens 17 and enter the second SF 18.
但し、第1のSLM15において複素振幅が空間変調されたp偏光の+1次回折光と、第2のSLM16において複素振幅が空間変調されたs偏光の+1次回折光とが互いに合成された状態で第2のSF18に入射するように、照射光生成系3を構成する各光学素子が配置される。従って、第2のSF18には、p偏光の+1次回折光及びs偏光の+1次回折光を成分として含むベクトル波が入射する。 However, the p-polarized + 1st order diffracted light whose complex amplitude is spatially modulated in the first SLM 15 and the s-polarized + 1st order diffracted light whose complex amplitude is spatially modulated in the second SLM 16 are combined with each other in the second state. Each optical element constituting the irradiation light generation system 3 is arranged so as to be incident on the SF 18. Therefore, a vector wave including p-polarized + 1st order diffracted light and s-polarized + 1st order diffracted light as components is incident on the second SF 18.
図2は、図1に示す第2のSF18を光の進行方向から見た図である。 FIG. 2 is a view of the second SF 18 shown in FIG. 1 as viewed from the traveling direction of light.
図2に示すように、第2のSF18は、p偏光の0次回折光、s偏光の0次回折光及び+1次回折光のベクトル波を通過させるための3つの矩形穴を設けて構成することができる。 As shown in FIG. 2, the second SF 18 can be configured by providing three rectangular holes for allowing the vector waves of the p-polarized 0th-order diffracted light, the s-polarized 0th-order diffracted light, and the + 1st-order diffracted light to pass through. .
図3は、図1に示す第2のSF18を光の進行方向から見た第2のSF18の変形例を示す図である。 FIG. 3 is a view showing a modification of the second SF 18 when the second SF 18 shown in FIG. 1 is viewed from the light traveling direction.
図1及び図2には、p偏光の+1次回折光とs偏光の+1次回折光とが互いに重なった状態で生成される例を示したが、p偏光の+1次回折光とs偏光の+1次回折光とを別々に生成するようにしてもよい。その場合には、p偏光の+1次回折光とs偏光の+1次回折光とが互いに異なる光路上を経由するように照射光生成系3の光学素子が配置される。 FIGS. 1 and 2 show an example in which p-polarized + 1st order diffracted light and s-polarized + 1st order diffracted light are superimposed on each other. May be generated separately. In that case, the optical element of the irradiation light generation system 3 is arranged so that the p-polarized + 1st-order diffracted light and the s-polarized + 1st-order diffracted light pass through different optical paths.
p偏光の+1次回折光とs偏光の+1次回折光とを別々に生成する場合には、図3に示すように、p偏光の0次回折光、s偏光の0次回折光、p偏光の+1次回折光及びs偏光の+1次回折光を通過させるための4つの矩形穴を設けて第2のSF18を構成することができる。 When p-polarized + 1st-order diffracted light and s-polarized + 1st-order diffracted light are generated separately, as shown in FIG. 3, p-polarized 0th-order diffracted light, s-polarized 0th-order diffracted light, p-polarized + 1st-order diffracted light In addition, the second SF 18 can be configured by providing four rectangular holes for allowing the + 1st order diffracted light of s-polarized light to pass therethrough.
もちろん、矩形穴に変えて円形等の任意の形状を有する穴を設けたり、共通の穴を設けることによって第2のSF18を構成するようにしてもよい。 Of course, the second SF 18 may be configured by providing a hole having an arbitrary shape such as a circle instead of the rectangular hole, or by providing a common hole.
このような構造を有する第2のSF18によって、p偏光の−1次回折光及びs偏光のび−1次回折光が遮断される。尚、偏光ホログラフィック記録を行うために偏光感受性を有する情報記録媒体2を用いる場合には、p偏光の0次回折光及びs偏光の0次回折光のうちいずれか一方のみが第2のSF18を通過するようにても良い。 The second SF 18 having such a structure blocks p-polarized −1st order diffracted light and s-polarized light and −1st order diffracted light. When the information recording medium 2 having polarization sensitivity is used for polarization holographic recording, only one of the p-polarized 0th-order diffracted light and the s-polarized 0th-order diffracted light passes through the second SF 18. You may do it.
そして、第2のSF18を通過した+1次回折光のベクトル波が信号光LSとして用いられる。また、p偏光の0次回折光は、信号光LSに含まれるp偏光成分用の参照光LRとして用いられ、s偏光の0次回折光は、信号光LSに含まれるs偏光成分用の参照光LRとして用いられる。尚、偏光感受性を有する情報記録媒体2を用いる場合には、p偏光の0次回折光及びs偏光の0次回折光のうちいずれか一方が、信号光LSに含まれるp偏光成分及びs偏光成分の双方の参照光として用いられる。 The vector wave of + 1st order diffracted light that has passed through the second SF 18 is used as the signal light L S. Further, 0-order diffracted light of p-polarized light is used as reference light L R for p-polarized light component contained in the signal light L S, 0-order diffracted light of the s-polarized light, for s-polarized light component contained in the signal light L S used as the reference light L R. When the information recording medium 2 having polarization sensitivity is used, any one of the p-polarized 0th-order diffracted light and the s-polarized 0th-order diffracted light is a p-polarized component and an s-polarized component included in the signal light L S. Are used as both reference lights.
ベクトル波である信号光LSに含まれるp偏光成分の複素振幅の空間変調と、s偏光成分の複素振幅の空間変調は、互いに独立して行うことができる。つまり、第1のSLM15への入力信号と、第2のSLM16への入力信号とは、互いに独立して生成することができる。従って、信号光LSには、2チャンネルの情報を記録することができる。 Spatial modulation of the complex amplitude of the p-polarized component and spatial modulation of the complex amplitude of the s-polarized component included in the signal light L S that is a vector wave can be performed independently of each other. That is, the input signal to the first SLM 15 and the input signal to the second SLM 16 can be generated independently of each other. Therefore, information on two channels can be recorded in the signal light L S.
情報入力システム19は、情報記録媒体2に記録すべき情報を2チャンネルの2D画像信号に変換し、変換した2D画像信号に対応する2チャンネルの入力信号を第1のSLM15及び第2のSLM16にそれぞれ入力するシステムである。そのために、情報入力システム19は、第1の入力装置20及び第1の表示装置21を接続した情報処理装置22で構成される。 The information input system 19 converts information to be recorded on the information recording medium 2 into a 2-channel 2D image signal, and inputs the 2-channel input signal corresponding to the converted 2D image signal to the first SLM 15 and the second SLM 16. Each is a system to input. For this purpose, the information input system 19 includes an information processing device 22 to which a first input device 20 and a first display device 21 are connected.
情報処理装置22は、プログラムを実行することにより、情報取得部23及び2Dコード化部24として機能させたコンピュータである。尚、情報入力システム19を構成するために回路を用いてもよい。 The information processing apparatus 22 is a computer that functions as the information acquisition unit 23 and the 2D encoding unit 24 by executing a program. A circuit may be used to configure the information input system 19.
情報取得部23は、第1の入力装置20からの指示情報に従って、ネットワークを介して、或いは所望のストレージから情報記録媒体2に記録すべき情報を取得する機能を有する。情報記録媒体2には、動画や静止画等の画像の他、音声やテキスト文書データ等のデジタル信号として出力可能なあらゆる情報を記録することが可能である。 The information acquisition unit 23 has a function of acquiring information to be recorded on the information recording medium 2 via a network or from a desired storage in accordance with instruction information from the first input device 20. The information recording medium 2 can record all kinds of information that can be output as digital signals such as audio and text document data, in addition to images such as moving images and still images.
2Dコード化部24は、第1の入力装置20からの指示情報に従って、情報取得部23において取得された情報を第1のSLM15及び第2のSLM16の各2D空間位置に対応する画素を有する2Dのコード化された2つの画像情報に変換し、変換した2つの2D画像情報に従って第1のSLM15及び第2のSLM16を制御する機能を有する。具体的には、2Dコード化部24は、2D画像情報を構成する各位置の画素値に応じた電圧分布を第1のSLM15及び第2のSLM16に個別に印加するように構成される。 The 2D encoding unit 24 uses the information corresponding to the 2D spatial positions of the first SLM 15 and the second SLM 16 to obtain the information acquired by the information acquisition unit 23 according to the instruction information from the first input device 20. The first SLM 15 and the second SLM 16 are controlled according to the converted two pieces of 2D image information. Specifically, the 2D encoding unit 24 is configured to individually apply a voltage distribution corresponding to the pixel value at each position constituting the 2D image information to the first SLM 15 and the second SLM 16.
図4は、図1に示す2Dコード化部24においてコード化された2D画像情報の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of 2D image information encoded by the 2D encoding unit 24 illustrated in FIG. 1.
情報記録媒体2への記録対象となる情報がデジタル情報であれば、情報の種類に依らず0と1の2進数のデータ例として表現することができる。2進数で表された情報は、図4(A)に示すような白と黒の2値の複数の画素を有する2D画像情報で表すことができる。尚、情報を図4(A)に示すような2値画像に変換する具体的な方法については、特開2013−37751号公報に記載されている。 If the information to be recorded on the information recording medium 2 is digital information, it can be expressed as binary data examples of 0 and 1 regardless of the type of information. The information expressed in binary numbers can be expressed as 2D image information having a plurality of white and black binary pixels as shown in FIG. A specific method for converting information into a binary image as shown in FIG. 4A is described in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-37751.
図4(A)に示す2値の画像情報は、更に図4(B)に示すような多値の画素値を有するグレースケールの画像情報に変換することができる。具体的には、白黒の画像情報を構成する2値の各画素を、更に画素値が3値以上の多値の間で周期的に変化する複数の画素領域で表現することができる。図示された例では、16×16画素の2値画像を構成する各画素が、更に3つの画素値を有する4×4画素で表現されている。すなわち、16×16画素の2値画像が、4×4画素を単位として0と1とを表す64×64画素の多値画像に変換されている。 The binary image information shown in FIG. 4A can be further converted into grayscale image information having multi-valued pixel values as shown in FIG. Specifically, each binary pixel constituting the black and white image information can be expressed by a plurality of pixel regions that periodically change between multi-values in which the pixel value is three or more. In the illustrated example, each pixel constituting a 16 × 16 pixel binary image is represented by 4 × 4 pixels having three more pixel values. That is, a 16 × 16 pixel binary image is converted into a 64 × 64 pixel multivalued image representing 0 and 1 in units of 4 × 4 pixels.
図4(B)に示すような画素値が周期的に変化する複数の画素領域を単位領域としてコード化した2D画像情報を生成し、2D画像情報の画素値に応じた電圧を第1のSLM15に印加すれば、第1のSLM15において単位領域ごとに振幅が変調された回折光を発生させることができる。換言すれば、第1のSLM15において単位領域ごとに振幅が変調された回折光が生じるように、2D画像情報の各単位領域を、規則的な縞状の強度分布を有する画素値で表現することができる。 As shown in FIG. 4B, 2D image information is generated by encoding a plurality of pixel regions whose pixel values periodically change as unit regions, and a voltage corresponding to the pixel value of the 2D image information is set to the first SLM 15. Diffracted light whose amplitude is modulated for each unit region in the first SLM 15 can be generated. In other words, each unit region of the 2D image information is expressed by a pixel value having a regular striped intensity distribution so that diffracted light whose amplitude is modulated for each unit region is generated in the first SLM 15. Can do.
尚、各単位領域内における画素値の変化方向が、回折方向、つまり0次光に対して+1次回折光及び−1次回折光が生じる方向となる。従って、単位領域内における画素値の変化方向は、第1のSLM15において+1次回折光及び−1次回折光を発生させる方向に決定される。単位領域内における画素値の変化方向、つまり+1次回折光及び−1次回折光を発生させる方向は任意に決定することができるが、画素の配列方向に対して±45度方向に傾斜させることが効率的である。 Note that the change direction of the pixel value in each unit region is the diffraction direction, that is, the direction in which the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light are generated with respect to the 0th order light. Therefore, the change direction of the pixel value in the unit region is determined in a direction in which the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light are generated in the first SLM 15. The change direction of the pixel value in the unit region, that is, the direction in which the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light are generated can be arbitrarily determined, but it is efficient to incline in the direction of ± 45 degrees with respect to the pixel array direction. Is.
図4(B)に示す例では、回折光を発生させる全ての単位領域内において縞状の強度分布のパターンが同一である。従って、図4(B)に示す2D画像情報に従って第1のSLM15を制御すると、振幅が2値で空間変調された回折光が第1のSLM15から生じる。 In the example shown in FIG. 4B, the stripe-shaped intensity distribution pattern is the same in all unit regions that generate diffracted light. Therefore, when the first SLM 15 is controlled in accordance with the 2D image information shown in FIG. 4B, diffracted light having a spatially modulated amplitude is generated from the first SLM 15.
その結果、図4(A)に示すような2値の画像情報が振幅の空間変調として記録された信号光LSを+1次回折光として生成することが可能となる。加えて、信号光LSを再生するための参照光LRを0次回折光として生成することも可能となる。すなわち、第1のSLM15の4×4画素等の単位となる複数の画素領域からの空間変調された反射光の干渉及び偏光子であるPBS14によって、複素振幅が空間変調された+1次回折光及び0次回折光を生成することができる。 As a result, it becomes possible to generate signal light L S in which binary image information as shown in FIG. 4A is recorded as amplitude spatial modulation as + 1st order diffracted light. In addition, it is possible to generate the reference light L R for reproducing the signal light L S as 0-order diffracted light. In other words, interference of spatially modulated reflected light from a plurality of pixel regions as units such as 4 × 4 pixels of the first SLM 15, and PBS + 1 as a polarizer and + 1st order diffracted light whose complex amplitude is spatially modulated by PBS14 and 0 Next-order diffracted light can be generated.
これは、第2のSLM16についても同様である。但し、第2のSLM16において発生させる回折光の方向は、第1のSLM15において発生させる回折光の方向と直交する。従って、第2のSLM16に印加される電圧の制御に用いられる2D画像情報の単位領域内における画素値の縞状の変化方向は、第1のSLM15に対応する変化方向と直交することとなる。つまり、第1のSLM15及び第2のSLM16の制御情報として生成される2D画像情報において、単位領域内で画素値が規則的に変化する方向は、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に対応する方向とされる。 The same applies to the second SLM 16. However, the direction of diffracted light generated in the second SLM 16 is orthogonal to the direction of diffracted light generated in the first SLM 15. Accordingly, the stripe-shaped change direction of the pixel value in the unit area of the 2D image information used for controlling the voltage applied to the second SLM 16 is orthogonal to the change direction corresponding to the first SLM 15. That is, in the 2D image information generated as the control information of the first SLM 15 and the second SLM 16, the direction in which the pixel value regularly changes in the unit region is the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light. The corresponding direction.
このように、情報記録媒体2に記録すべき情報を図4(A)に示すように一旦2値画像で表現し、2値画像を信号光LSに記録するために、図4(B)に示す多値画像に対応する入力信号を第1のSLM15及び第2のSLM16にそれぞれ出力することができる。このような情報の2D画像へのコード化によって情報の転送レートを向上させることができる。 Thus, in order to record the information to be recorded on the information recording medium 2 once as a binary image as shown in FIG. 4A and record the binary image on the signal light L S , FIG. Can be output to the first SLM 15 and the second SLM 16, respectively. By encoding such information into a 2D image, the information transfer rate can be improved.
図5は、図1に示す2Dコード化部24においてコード化された2D画像情報の別の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the 2D image information encoded by the 2D encoding unit 24 illustrated in FIG. 1.
情報記録媒体2への記録対象となる情報は、2値画像に限らず、多値画像で表現することもできる。図5(A)は、情報記録媒体2への記録対象となる情報を4フレームの多値画像に変換した例を示す。各多値画像は16×16画素で構成され、各画素は、相対的な画素値として1.5、0.5、−0.5、−1.5の4つの値をとることができる。 Information to be recorded on the information recording medium 2 is not limited to a binary image, but can be expressed as a multi-valued image. FIG. 5A shows an example in which information to be recorded on the information recording medium 2 is converted into a 4-frame multi-value image. Each multi-value image is composed of 16 × 16 pixels, and each pixel can take four values of 1.5, 0.5, −0.5, and −1.5 as relative pixel values.
そして、4フレームの多値画像を、p偏光成分の実部、p偏光成分の虚部、s偏光成分の実部及びs偏光成分の虚部に、振幅及び位相の空間変調、つまり複素振幅の実部と虚部の空間変調として記録することができる。この場合、+1次回折光としての信号光LSの偏光成分に図5(A)に示す2D画像情報を記録し、かつ0次回折光として参照光LRを生成するために第1のSLM15及び第2のSLM16に出力すべき制御信号は、図5(B)に示すような64×64画素の2D多値画像に対応する信号となる。 Then, the four-frame multi-value image is transformed into the real part of the p-polarized component, the imaginary part of the p-polarized component, the real part of the s-polarized component and the imaginary part of the s-polarized component. It can be recorded as a spatial modulation of the real part and the imaginary part. In this case, + 1 a 2D image information shown in FIG. 5 (A) to the polarization component of the signal light L S of the order diffracted light was recorded, and 0 first SLM15 and second to generate a reference light L R order diffracted light The control signal to be output to the second SLM 16 is a signal corresponding to a 2D multi-value image of 64 × 64 pixels as shown in FIG.
このような情報のコード化を行うと、信号光LSの1つの単位領域につき4フレーム×4振幅値=16通りの情報を記録することができる。このため、情報の高密度化が可能である。具体的には、白黒の2値画像を信号光LSに記録する場合に比べて、記録可能な情報量を4倍にすることができる。 When such information is coded, 4 frames × 4 amplitude values = 16 kinds of information can be recorded in one unit area of the signal light L S. For this reason, it is possible to increase the density of information. Specifically, the amount of information that can be recorded can be quadrupled compared to the case where a black and white binary image is recorded on the signal light L S.
第1のSLM15及び第2のSLM16の位置(x, y)における入射偏光の透過率T(x, y)は、式(1)で表すことができる。
また、式(1)における信号光LSの各偏光成分の複素振幅USは、振幅AS及び位相φSを用いて式(2)で表される。
US=ASexp(iφS)= Re(US)+Im(US) (2)
Moreover, the complex amplitude U S of each polarization component of the signal light L S in the formula (1) is represented by the formula (2) using the amplitude A S and phase phi S.
U S = A S exp (iφ S ) = Re (U S ) + Im (U S ) (2)
更に、式(1)における参照光LRの複素振幅URは、振幅AR及び定数kx, kyを用いて式(3-1)で表すことができる。尚、φRは、参照光LRの位相である。また、定数kx, kyは、それぞれ任意の整数nx, ny及び任意の正の整数Nx, Nyを用いて式(3-2)及び式(3-3)の関係が成立するように決定される。
UR=ARexp(iφR)=ARexp{i(kxx+ kyy)} (3-1)
kx=2nxπ/Nx (3-2)
ky=2nyπ/Ny (3-3)
Furthermore, complex amplitude U R of the reference light L R in the formula (1) can be represented by the formula (3-1) with an amplitude A R and the constant k x, a k y. Note that φ R is the phase of the reference light L R. In addition, the constants k x and k y satisfy the relations of equations (3-2) and (3-3) using arbitrary integers n x and n y and arbitrary positive integers N x and N y , respectively. To be decided.
U R = A R exp (iφ R ) = A R exp {i (k x x + k y y)} (3-1)
k x = 2n x π / N x (3-2)
k y = 2n y π / N y (3-3)
従って、式(1)、式(2)及び式(3)により第1のSLM15及び第2のSLM16に出力すべき各制御信号及び各制御信号を生成するための各2D画像情報を決定することができる。 Therefore, each control signal to be output to the first SLM 15 and the second SLM 16 and each 2D image information for generating each control signal are determined by the equations (1), (2), and (3). Can do.
すなわち、式(2)から記録対象となる情報に応じて生成すべき、実部及び虚部が空間変調された信号光LSの各偏光成分の複素振幅USを求めることができる。一方、式(3-1)、式(3-2)及び式(3-3)における振幅AR及び定数kx, kyを決定することによって参照光LR決定することができる。そして、式(1)によって、第1のSLM15及び第2のSLM16の各位置(x, y)に印加すべき電圧を求めることができる。 That is, to be generated in accordance with information to be recorded from the equation (2), the real part and the imaginary part can be determined complex amplitude U S of each polarization component of the spatial modulated signal light L S. On the other hand, the formula (3-1), can be the reference light L R determined by determining the amplitude A R and the constant k x, k y in the formula (3-2) and (3-3). Then, the voltage to be applied to each position (x, y) of the first SLM 15 and the second SLM 16 can be obtained by the equation (1).
但し、2つの定数kx, kyの絶対値を等しくすることが望ましい。その理由は、第1のSLM15及び第2のSLM16におけるx軸方向及びy軸方向の画素位置が正方形の格子状となっているためである。また、参照光LRの振幅ARは、|US|≦|UR|の関係が満足されるように、信号光LSの複素振幅USの絶対値|US|の最大値以上であれば、任意の値を設定することができる。 However, it is desirable to make the absolute values of the two constants k x and k y equal. This is because the pixel positions in the x-axis direction and the y-axis direction in the first SLM 15 and the second SLM 16 have a square lattice shape. The amplitude A R of the reference light L R is, | U S | ≦ | like the relationship is satisfied, the absolute value of the complex amplitude U S of the signal light L S | | U R U S | maximum or more If so, an arbitrary value can be set.
式(1)、式(2)及び式(3)により第1のSLM15及び第2のSLM16に出力すべき制御信号を決定すると、第1のSLM15及び第2のSLM16には、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを複数の画素で構成される単位領域内で形成することができる。従って、第1のSLM15及び第2のSLM16において、それぞれ+1次回折光及び前記−1次回折光を生成することが可能となる。換言すれば、式(1)、式(2)及び式(3)は、第1のSLM15及び第2のSLM16により、それぞれ+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを単位領域内で形成するための条件を表す式である。 When the control signals to be output to the first SLM 15 and the second SLM 16 are determined by the equations (1), (2), and (3), the first SLM 15 and the second SLM 16 have + 1st order diffracted light and A striped light pattern whose intensity changes with an integer period in the generation direction of the −1st order diffracted light can be formed in a unit region composed of a plurality of pixels. Accordingly, the first SLM 15 and the second SLM 16 can generate the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, respectively. In other words, the intensity of the expressions (1), (2), and (3) is changed by the first SLM 15 and the second SLM 16 with an integer period in the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, respectively. It is a formula showing the conditions for forming the pattern of the striped light which does in a unit area.
このような演算によって、目的とする複素振幅USを有する信号光LSを+1次回折光として生成するために第1のSLM15及び第2のSLM16に入力すべき電圧分布を求めることができる。 By such calculation, the voltage distribution to be input to the first SLM 15 and the second SLM 16 in order to generate the signal light L S having the target complex amplitude U S as the + 1st order diffracted light can be obtained.
すなわち、情報記録媒体2に記録すべき情報を、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に対応する方向に画素値が規則的に変化する2次元的な複数の画素領域を単位とする画像情報に変換することができる。そして、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に対応する方向に入射する偏光の偏光状態を、画像情報の画素値に対応する変調量で空間変調することができる。更に、これによって生じる位相及び振幅が空間変調された回折光が偏光子であるPBS14を通過することによって、複素振幅が空間変調された信号光LS及び参照光LRを生成することができる。また、信号光LSの各偏光成分には、情報を、コード化された2値の画像情報又は3値以上の多値の画像情報として記録することができる。 That is, the information to be recorded on the information recording medium 2 is an image in which a plurality of two-dimensional pixel regions whose pixel values regularly change in the direction corresponding to the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light. Can be converted into information. Then, the polarization state of the polarized light incident in the direction corresponding to the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light can be spatially modulated by the modulation amount corresponding to the pixel value of the image information. Further, the diffracted light whose phase and amplitude are spatially modulated thereby passes through the PBS 14 which is a polarizer, so that the signal light L S and the reference light L R whose complex amplitude is spatially modulated can be generated. In addition, information can be recorded in each polarization component of the signal light L S as coded binary image information or multi-valued image information of three or more values.
つまり、照射光生成系3では、PBS14、第1のSLM15、第2のSLM16及び情報入力システム19によって、ベクトル波のp偏光成分とs偏光成分とに独立して複素振幅の空間変調を行う空間変調系が形成される。そして、レーザ光源7、HWP8、第1のコリメータレンズ9、第1のSF10、第2のコリメータレンズ11、第1のミラー12及び第2のミラー13によって、空間変調系に入射させる入射光LINを生成する入射光生成系が形成される。 That is, in the irradiation light generation system 3, a space in which the complex amplitude spatial modulation is independently performed on the p-polarized component and the s-polarized component of the vector wave by the PBS 14, the first SLM 15, the second SLM 16, and the information input system 19. A modulation system is formed. The incident light L IN that is incident on the spatial modulation system by the laser light source 7, the HWP 8, the first collimator lens 9, the first SF 10, the second collimator lens 11, the first mirror 12, and the second mirror 13. Is formed.
このような構成を有する照射光生成系3において生成された参照光LR及び信号光LSは、照射系4に出力さされる。すなわち、p偏光成分とs偏光成分を含む+1次回折光としての信号ベクトル波、p偏光成分用の0次回折光としての参照光LR並びにs偏光成分用の0次回折光としての参照光LRがそれぞれ分離した状態で照射系4に入射する。 The reference light L R and the signal light L S generated in the irradiation light generation system 3 having such a configuration are output to the irradiation system 4. That is, the signal vector wave as + 1st-order diffracted light including p-polarized light component and s-polarized light component, p-polarized reference light 0 order diffracted light of the light component L R and s 0 reference light L R of the order diffracted light for the polarization component The light enters the irradiation system 4 in a separated state.
照射系4は、第4のコリメータレンズ25及び第5のコリメータレンズ26を対向配置して構成することができる。また、撮像系5は、単一の撮像素子で構成することができる。図示された例では、単一の光検出器(PD: photo detector)27によって撮像系5が構成されている。 The irradiation system 4 can be configured by disposing the fourth collimator lens 25 and the fifth collimator lens 26 so as to face each other. Moreover, the imaging system 5 can be comprised with a single imaging device. In the illustrated example, the imaging system 5 is configured by a single photo detector (PD) 27.
感光性を有する情報記録媒体2は、照射系4と撮像系5であるPD27との間に配置される。感光性を有する情報記録媒体2のうち、偏光感受性を有さないホログラフィック記録用の情報記録媒体2としては、光重合性高分子材料などが知られている。、一方、感光性を有する情報記録媒体2のうち、偏光感受性を有する偏光ホログラフィック記録用の情報記録媒体2の材料としては、アゾベンゼン系材料、軸選択的光反応性分子添加ポリマー、光架橋性高分子液晶などが知られている。実用的な具体例として、厚さ3mm程度のPQ-PMMA(phenanthrenequinone doped polymethylmethacrylate)の膜などを、偏光感受性を有する情報記録媒体2として用いることができる。 The photosensitive information recording medium 2 is disposed between the irradiation system 4 and the PD 27 that is the imaging system 5. Of the information recording medium 2 having photosensitivity, a photopolymerizable polymer material or the like is known as the information recording medium 2 for holographic recording having no polarization sensitivity. On the other hand, among the information recording medium 2 having photosensitivity, the material of the information recording medium 2 for polarization holographic recording having polarization sensitivity includes an azobenzene-based material, an axially selective photoreactive molecule-added polymer, and photocrosslinkability. Polymer liquid crystals are known. As a practical specific example, a PQ-PMMA (phenanthrenequinone doped polymethylmethacrylate) film having a thickness of about 3 mm can be used as the information recording medium 2 having polarization sensitivity.
特に、偏光感受性を有する情報記録媒体2は、直線偏光又は楕円偏光を照射すると、照射した偏光の偏光方位に対応する主軸をもつ複屈折又は二色性等の光学異方性が誘起されるという性質を有する。このため、偏光感受性を有する情報記録媒体2を用いれば、原理的に偏光状態が互いに同一でない信号光LSと参照光LRを重ね合わせて照射してもホログラムとして情報を記録することが可能である。つまり、偏光ホログラフィック記録の場合には、情報記録媒体2に、3D複屈折分布又は3D二色性分布等の3D光学異方性分布として情報を記録することができる。一方、偏光感受性のない情報記録媒体2を用いるホログラフィック記録の場合には、3D屈折率分布として情報が記録される。 In particular, when the information recording medium 2 having polarization sensitivity is irradiated with linearly polarized light or elliptically polarized light, optical anisotropy such as birefringence or dichroism having a principal axis corresponding to the polarization direction of the irradiated polarized light is induced. Has properties. Therefore, if the information recording medium 2 having polarization sensitivity is used, it is possible to record information as a hologram even if the signal light L S and the reference light L R whose polarization states are not identical in principle are superimposed and irradiated. It is. That is, in the case of polarization holographic recording, information can be recorded on the information recording medium 2 as a 3D optical anisotropy distribution such as a 3D birefringence distribution or a 3D dichroism distribution. On the other hand, in the case of holographic recording using the information recording medium 2 having no polarization sensitivity, information is recorded as a 3D refractive index distribution.
このような情報記録媒体2を移動機構でスライド又は回転させることによって、情報記録媒体2の異なる位置に順次情報を記録していくことが可能である。例えば、従来の記録媒体のように円盤状のディスクとして構成された情報記録媒体2を回転させながら情報を逐次記録することができる。 By sliding or rotating such an information recording medium 2 with a moving mechanism, it is possible to sequentially record information at different positions on the information recording medium 2. For example, it is possible to sequentially record information while rotating the information recording medium 2 configured as a disk-like disk like a conventional recording medium.
照射系4、情報記録媒体2及び撮像系5の配置関係は、図示されるように情報記録媒体2を透過したp偏光成分とs偏光成分を含む+1次回折光としての信号ベクトル波、p偏光成分用の0次回折光としての参照光LR並びにs偏光成分用の0次回折光としての参照光LRがPD27において重なるように決定される。すなわち、PD27において信号光LS及び参照光LRの合成光が結像するように、照射系4、情報記録媒体2及び撮像系5の配置が決定される。従って、照射系4に参照光LR及び信号光LSを入射させる照射光生成系3の各光学素子の配置についても、PD27において信号光LS及び参照光LRが重なるように決定されることとなる。 The positional relationship among the irradiation system 4, the information recording medium 2, and the imaging system 5 is as follows. The signal vector wave and p-polarized component as + 1st order diffracted light including the p-polarized component and the s-polarized component transmitted through the information recording medium 2 are shown. 0 reference light L R as 0-order diffracted light of the reference light L R and s-polarized component of the order diffracted light of use is determined to overlap in PD27. That is, the arrangement of the irradiation system 4, the information recording medium 2, and the imaging system 5 is determined so that the combined light of the signal light L S and the reference light L R is imaged in the PD 27. Accordingly, the arrangement of the optical elements of the irradiation light generation system 3 that causes the reference light L R and the signal light L S to enter the irradiation system 4 is also determined in the PD 27 so that the signal light L S and the reference light L R overlap. It will be.
また、情報記録媒体2には、信号光LSと参照光LRとがオーバーラップする領域が存在し、かつPD27において信号光LS及び参照光LRが重なるように信号光LS及び参照光LRが照射されることになる。 Further, information on a recording medium 2, the signal light L S and the reference light L R is present a region of overlap, and the signal light L S and the reference so that the signal light L S and the reference light L R overlap in PD27 Light L R is irradiated.
情報記録媒体2を透過した信号光LS及び参照光LRが他の光学素子を経由せずにPD27において重なるように光情報記録再生装置1の光学系を構成すると、情報記録媒体2とPD27との間に光学素子が不要となる。換言すれば、情報記録媒体2とPD27との間に光学素子を設けずに、光情報記録再生装置1の光学系を構成することが可能となる。 When the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus 1 is configured such that the signal light L S and the reference light L R transmitted through the information recording medium 2 overlap in the PD 27 without passing through other optical elements, the information recording medium 2 and the PD 27 An optical element becomes unnecessary between the two. In other words, the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus 1 can be configured without providing an optical element between the information recording medium 2 and the PD 27.
但し、図1に示す例に限らず、情報記録媒体2とPD27との間に光学素子を配置し、配置された光学素子を経由した信号光LS及び参照光LRがPD27において重なるように光情報記録再生装置1の光学系を構成してもよい。その場合には、撮像系5が、信号光LS及び参照光LRをPD27において重ね合わせるための光学素子とPD27等の撮像素子によって構成されることとなる。また、照射系4は、情報を再生するための参照光LRが情報記録媒体2に照射された場合に、情報記録媒体2から+1次回折光として再生される信号光LSと情報記録媒体2を透過した情報の再生用の参照光LRとが、光学素子を経由して撮像素子において重なるように、情報の記録用に+1次回折光として生成された信号光LS及び0次光として生成された参照光LRを情報記録媒体2に照射するように構成されることとなる。 However, not limited to the example shown in FIG. 1, an optical element is arranged between the information recording medium 2 and the PD 27 so that the signal light L S and the reference light L R passing through the arranged optical element overlap in the PD 27. The optical system of the optical information recording / reproducing apparatus 1 may be configured. In that case, the imaging system 5 is configured by an optical element for superimposing the signal light L S and the reference light L R in the PD 27 and an imaging element such as the PD 27. The irradiation system 4, when the reference light L R for reproducing information is irradiated on the information recording medium 2, the signal light L S and the information recording medium is reproduced from the information recording medium 2 +1 order diffracted light 2 and the reference light L R for reproduction of the transmitted information, so as to overlap the imaging device through the optical element, produced as a recording +1 signal light L S and 0-order beam generated as diffracted light information the be configured reference light L R to irradiate the information recording medium 2.
情報再生系6は、第2の入力装置28及び第2の表示装置29を接続した情報再生部30で構成される。情報再生部30はプログラムを読み込ませたコンピュータで構成することができる。但し、情報再生部30を構成するために回路を用いてもよい。 The information reproducing system 6 includes an information reproducing unit 30 to which a second input device 28 and a second display device 29 are connected. The information reproducing unit 30 can be configured by a computer loaded with a program. However, a circuit may be used to configure the information reproducing unit 30.
情報再生部30は、情報記録媒体2に記録された情報の再生時において、PD27において信号光LSと参照光LRの干渉縞として結像した合成光の複素振幅をPD27からの出力信号として取得する機能、信号光LSと参照光LRの合成光の複素振幅に基づいて信号光LSの複素振幅を抽出する機能、信号光LSの複素振幅に基づいて情報の再生信号を生成する機能、再生信号を第2の表示装置29又は他の出力装置に出力する機能を有する。 The information reproducing unit 30 outputs, as an output signal from the PD 27, the complex amplitude of the combined light imaged as an interference fringe between the signal light L S and the reference light L R in the PD 27 when reproducing the information recorded on the information recording medium 2. A function to acquire, a function to extract the complex amplitude of the signal light L S based on the complex amplitude of the combined light of the signal light L S and the reference light L R , and a reproduction signal of information based on the complex amplitude of the signal light L S And a function of outputting a reproduction signal to the second display device 29 or another output device.
PD27上の位置(x, y)における合成光の強度パターンI(x, y)は、式(4)で表される。
I(x, y)=|US'+UR'|2=AS 2+AR 2+2ASARcos(φS-φR+φ0) (4)
但し、式(4)においてUS'は式(2)で表される信号光LSの各偏光成分の複素振幅USに比例して再生される信号光LSの複素振幅、UR'は式(3-1)で表される参照光LRの複素振幅URに比例し、再生時に情報記録媒体2に照射される参照光LRの既知の複素振幅、ASは再生される信号光LSの振幅、φSは再生される信号光LSの位相、ARは照射される参照光LRの振幅、φRは照射される参照光LRの位相、φ0は情報記録媒体2の種類等の情報の記録条件及び再生条件で決まる定数である。定数φ0の値は固定ではない。このため、情報の記録及び再生に位相を用いる場合には、ある画素における位相値を基準として、基準となる位相値からの相対値を用いることができる。
The intensity pattern I (x, y) of the combined light at the position (x, y) on the PD 27 is expressed by Expression (4).
I (x, y) = | U S '+ U R ' | 2 = A S 2 + A R 2 + 2A S A R cos (φ S -φ R + φ 0 ) (4)
However, in equation (4), U S ′ is the complex amplitude of signal light L S reproduced in proportion to the complex amplitude U S of each polarization component of signal light L S represented by equation (2), U R ′ is proportional to the complex amplitude U R of the reference light L R of the formula (3-1), known complex amplitude of the reference beam L R emitted to the information recording medium 2 at the time of reproduction, the a S is regenerated The amplitude of the signal light L S , φ S is the phase of the signal light L S to be reproduced, A R is the amplitude of the irradiated reference light L R , φ R is the phase of the irradiated reference light L R , and φ 0 is the information This is a constant determined by information recording conditions and reproducing conditions such as the type of the recording medium 2. The value of the constant φ 0 is not fixed. For this reason, when using a phase for recording and reproducing information, a relative value from a reference phase value can be used on the basis of a phase value in a certain pixel.
従って、式(4)により、撮像された合成光の強度パターンI(x, y)と参照光LRの複素振幅URとから信号光LSの複素振幅USを求めることができる。 Therefore, the equation (4), it is possible to obtain the complex amplitude U S of the signal light L S from the complex amplitude U R of the intensity pattern I (x, y) of the imaged composite light and the reference light L R.
また、情報を2D画像情報にコード化する処理と逆の処理を信号光LSの複素振幅USに対応する2D画像情報に対して実行することにより、信号光LSに記録された情報を再生することができる。再生された情報は、再生信号として第2の表示装置29等の出力装置に出力させることができる。 Further, by executing relative 2D image information corresponding processing and reverse processing of encoding information in the 2D image information into complex amplitude U S of the signal light L S, the information recorded on the signal light L S Can be played. The reproduced information can be output to an output device such as the second display device 29 as a reproduction signal.
更に別の方法として、信号光LSと参照光LRとの間に生じる空間的な位相差分布を利用して信号光LSの複素振幅USを求めることもできる。すなわち、情報の記録時に第1のSLM15及び第2のSLM16において、信号光LSと参照光LRとの間に空間的な位相差分布が与えられる。この情報記録時における信号光LSと参照光LRとの間における空間的な位相差分布は、再生される信号光LSと参照光LRとの間においても維持される。 As yet another method, the complex amplitude U S of the signal light L S can be obtained using a spatial phase difference distribution generated between the signal light L S and the reference light L R. That is, a spatial phase difference distribution is given between the signal light L S and the reference light L R in the first SLM 15 and the second SLM 16 during information recording. The spatial phase difference distribution between the signal light L S and the reference light L R during the information recording is maintained between the reproduced signal light L S and the reference light L R.
従って、信号光LSと参照光LRの合成光の強度パターンI(x, y)は、位置ごとに異なる変調量で位相変調されていることになる。従って、位相変調量の数の式が得られ、位相変調量の数の未知数を計算することが可能となる。このため、単位領域毎の離散的フーリエ変換(DFT: discrete Fourier transform)等の計算によって、各画素位置(x, y)における信号光LSの複素振幅USを求めることが可能となる。 Therefore, the signal light L S and the reference beam L R of the combined light intensity pattern I (x, y) is thus being phase-modulated by different modulation amount for each position. Therefore, an equation for the number of phase modulation amounts is obtained, and an unknown number of phase modulation amounts can be calculated. Therefore, the discrete Fourier transform of each unit area: by (DFT discrete Fourier transform) calculation such, it is possible to obtain the complex amplitude U S of the signal light L S at each pixel position (x, y).
合成光の観測位置となるPD27の位置における信号光LSの複素振幅USが求められると、ディジタルホログラフィの技術によって計算機内で信号光LSの任意の観測位置における信号光LSの複素振幅を求めることが可能となる。このため、信号光LSの波面に歪が生じた場合に、波面を補正することも可能となる。そこで、これらの計算機能を、情報再生部30に設けることもできる。尚、参照光LRに空間的な位相差分布を与えることによって、信号光LSの複素振幅USを計算する方法の具体例が、特願2012−255092号の明細書に記載されている。 When the complex amplitude U S of the signal light L S at the position of the PD 27 that is the observation position of the combined light is obtained, the complex amplitude of the signal light L S at an arbitrary observation position of the signal light L S in the computer by the technique of digital holography. Can be obtained. Therefore, if the distortion on the wavefront of the signal light L S has occurred, you are possible to correct the wavefront. Therefore, these calculation functions can be provided in the information reproducing unit 30. A specific example of a method for calculating the complex amplitude U S of the signal light L S by giving a spatial phase difference distribution to the reference light L R is described in the specification of Japanese Patent Application No. 2012-255092. .
(動作および作用)
次に光情報記録再生装置1の動作および作用について説明する。
(Operation and action)
Next, the operation and action of the optical information recording / reproducing apparatus 1 will be described.
図6は、図1に示す光情報記録再生装置1により情報記録媒体2に情報を記録する際に第1のSLM15において生成される参照光LR及び信号光LSを示す上面図、図7は図6に示す参照光LR及び信号光LSを第2のSLM16の入射面に垂直な方向から見た正面図、図8は図7に示す第2のSF18を光の進行方向から見た正面図である。 FIG. 6 is a top view showing the reference light L R and the signal light L S generated in the first SLM 15 when information is recorded on the information recording medium 2 by the optical information recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. FIG. 8 is a front view of the reference light L R and the signal light L S shown in FIG. 6 viewed from a direction perpendicular to the incident surface of the second SLM 16, and FIG. 8 is a view of the second SF 18 shown in FIG. FIG.
また、図9は、図1に示す光情報記録再生装置1により情報記録媒体2に情報を記録する際に第2のSLM16において生成される参照光LR及び信号光LSを示す上面図、図10は図9に示す参照光LR及び信号光LSを第2のSLM16の入射面に垂直な方向から見た正面図、図11は図10に示す第2のSF18を光の進行方向から見た正面図である。 9 is a top view showing the reference light L R and the signal light L S generated in the second SLM 16 when information is recorded on the information recording medium 2 by the optical information recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. 10 is a front view of the reference light L R and the signal light L S shown in FIG. 9 as viewed from the direction perpendicular to the incident surface of the second SLM 16, and FIG. 11 shows the light traveling direction of the second SF 18 shown in FIG. It is the front view seen from.
尚、図6から図11では、第1のSLM15及び第2のSLM16によってそれぞれ振幅及び位相の少なくとも一方が空間変調されるp偏光とs偏光とが別々に図示されているが、実際には同時にp偏光とs偏光とが生成される。 In FIGS. 6 to 11, p-polarized light and s-polarized light in which at least one of the amplitude and the phase is spatially modulated by the first SLM 15 and the second SLM 16 are separately illustrated. p-polarized light and s-polarized light are generated.
レーザ光源7からHWP8、第1のコリメータレンズ9、第1のSF10、第2のコリメータレンズ11、第1のミラー12及び第2のミラー13を経て生成された45度直線偏光が入射光LINとしてPBS14に入射すると、図6及び図7に示すように、PBS14において反射したs偏光が第1のSLM15に斜め方向に入射する。 The 45-degree linearly polarized light generated from the laser light source 7 through the HWP 8, the first collimator lens 9, the first SF 10, the second collimator lens 11, the first mirror 12 and the second mirror 13 is incident light L IN. As shown in FIGS. 6 and 7, the s-polarized light reflected by the PBS 14 enters the first SLM 15 in an oblique direction.
情報記録媒体2に情報を記録する場合には、情報入力システム19から記録対象となる第1の情報に対応する制御信号が第1のSLM15に出力される。このため、第1のSLM15における回折によって生じた0次光、+1次回折光及び−1次回折光のp偏光成分がPBS14を透過する。これにより、記録すべき第1の情報に対応して複素振幅が空間変調されたp偏光の0次光、+1次回折光及び−1次回折光が生成される。p偏光の0次光、+1次回折光及び−1次回折光は、第3のコリメータレンズ17によって絞られて第2のSF18に入射する。 When information is recorded on the information recording medium 2, a control signal corresponding to the first information to be recorded is output from the information input system 19 to the first SLM 15. Therefore, the p-polarized components of the 0th order light, the + 1st order diffracted light, and the −1st order diffracted light generated by the diffraction in the first SLM 15 are transmitted through the PBS 14. As a result, p-polarized 0th-order light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light with spatially modulated complex amplitude corresponding to the first information to be recorded are generated. The p-polarized 0th-order light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light are focused by the third collimator lens 17 and are incident on the second SF 18.
第2のSF18では、図6、図7及び図8に示すように、−1次回折光が遮断され、0次光及び+1次回折光のみが通過する。そして、第2のSF18を通過したp偏光の+1次回折光が信号光LSとされ、0次光が参照光LRとされる。第1の情報が複素振幅の空間変調として記録されたp偏光で構成される信号光LSは、参照光LRとともに、第4のコリメータレンズ25及び第5のコリメータレンズ26で構成される照射系4によってスポット状に情報記録媒体2に照射される。 In the second SF 18, as shown in FIGS. 6, 7, and 8, the −1st order diffracted light is blocked and only the 0th order light and the + 1st order diffracted light pass. Then, the p-polarized + 1st order diffracted light that has passed through the second SF 18 is used as the signal light L S, and the 0th order light is used as the reference light L R. The signal light L S composed of p-polarized light in which the first information is recorded as spatial modulation of complex amplitude is irradiated with the reference light L R and composed of the fourth collimator lens 25 and the fifth collimator lens 26. The information recording medium 2 is irradiated in a spot shape by the system 4.
このとき、情報記録媒体2を透過したp偏光の参照光LR及び信号光LSが撮像系5のPD27において合成光として結像する位置関係となるように、参照光LR及び信号光LSが情報記録媒体2に照射される。これにより、情報記録媒体2には、3D複屈折分布等の3D光学異方性分布として第1の情報が記録される。 In this case, as the reference light L R and the signal light L S of the p-polarized light transmitted through the information recording medium 2 is a positional relationship of imaged as a combined light in PD27 of the imaging system 5, the reference light L R and the signal light L S is applied to the information recording medium 2. Accordingly, the first information is recorded on the information recording medium 2 as a 3D optical anisotropy distribution such as a 3D birefringence distribution.
一方、図9及び図10に示すように、入射光LINがPBS14に入射するとPBS14を透過したp偏光が第2のSLM16に斜め方向に入射する。 On the other hand, as shown in FIGS. 9 and 10, p-polarized light transmitted through the PBS14 the incident light L IN is incident on PBS14 is incident obliquely on the second SLM 16.
情報記録媒体2に情報を記録する場合には、情報入力システム19から記録対象となる第2の情報に対応する制御信号が第2のSLM16に出力される。このため、第2のSLM16における回折によって生じた0次光、+1次回折光及び−1次回折光のs偏光成分がPBS14で反射する。これにより、記録すべき第2の情報に対応して複素振幅が空間変調されたs偏光の0次光、+1次回折光及び−1次回折光が生成される。s偏光の0次光、+1次回折光及び−1次回折光は、第3のコリメータレンズ17によって絞られて第2のSF18に入射する。 When information is recorded on the information recording medium 2, a control signal corresponding to the second information to be recorded is output from the information input system 19 to the second SLM 16. For this reason, the s-polarized components of the 0th order light, the + 1st order diffracted light, and the −1st order diffracted light generated by the diffraction in the second SLM 16 are reflected by the PBS 14. As a result, s-polarized 0th-order light, + 1st-order diffracted light, and -1st-order diffracted light with spatially modulated complex amplitude corresponding to the second information to be recorded are generated. The s-polarized 0th-order light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light are focused by the third collimator lens 17 and are incident on the second SF 18.
第2のSF18では、図9、図10及び図11に示すように、−1次回折光が遮断され、0次光及び+1次回折光のみが通過する。そして、第2のSF18を通過したs偏光の+1次回折光が信号光LSとされ、0次光が参照光LRとされる。第2の情報が複素振幅の空間変調として記録されたs偏光で構成される信号光LSは、参照光LRとともに、第4のコリメータレンズ25及び第5のコリメータレンズ26で構成される照射系4によってスポット状に情報記録媒体2に照射される。 In the second SF 18, as shown in FIGS. 9, 10, and 11, the −1st order diffracted light is blocked and only the 0th order light and the + 1st order diffracted light pass. Then, the s-polarized + 1st order diffracted light that has passed through the second SF 18 is used as the signal light L S, and the 0th order light is used as the reference light L R. The signal light L S composed of s-polarized light in which the second information is recorded as spatial modulation with complex amplitude is irradiated with the reference light L R and composed of the fourth collimator lens 25 and the fifth collimator lens 26. The information recording medium 2 is irradiated in a spot shape by the system 4.
このとき、情報記録媒体2を透過したs偏光の参照光LR及び信号光LSが撮像系5のPD27において合成光として結像する位置関係となるように、参照光LR及び信号光LSが情報記録媒体2に照射される。これにより、情報記録媒体2には、3D複屈折分布等の3D光学異方性分布として第2の情報が記録される。 In this case, as the reference light L R and the signal light L S of the s-polarized light transmitted through the information recording medium 2 is a positional relationship of imaged as a combined light in PD27 of the imaging system 5, the reference light L R and the signal light L S is applied to the information recording medium 2. Thereby, the information recording medium 2 records the second information as a 3D optical anisotropy distribution such as a 3D birefringence distribution.
上述のように、第1の情報が空間変調として記録されたp偏光の生成及び第2の情報が空間変調として記録されたs偏光の生成は同時に行われる。また、第1の情報が記録されたp偏光の光路は、第2の情報が記録されたs偏光の光路と一致している。従って、第1の情報がp偏光成分に記録され、第2の情報がs偏光成分に記録されたベクトル波が、信号光LSとして情報記録媒体2にスポット照射される。この結果、情報記録媒体2には、第1の情報及び第2の情報が、3D光学異方性分布として同時に記録される。一方、p偏光成分用の参照光LRと、s偏光成分用の参照光LRは、それぞれ別々の光路を通って情報記録媒体2にスポット照射される。 As described above, generation of p-polarized light in which the first information is recorded as spatial modulation and generation of s-polarized light in which the second information is recorded as spatial modulation are performed simultaneously. In addition, the p-polarized light path on which the first information is recorded matches the s-polarized light path on which the second information is recorded. Therefore, a vector wave in which the first information is recorded in the p-polarized component and the second information is recorded in the s-polarized component is spot-irradiated on the information recording medium 2 as the signal light L S. As a result, the first information and the second information are simultaneously recorded on the information recording medium 2 as a 3D optical anisotropy distribution. On the other hand, the reference light L R for p-polarized light component, the reference light L R for s-polarized light component is spot irradiation respectively through separate optical paths to the information recording medium 2.
図12は、図1に示す光情報記録再生装置1により情報記録媒体2に記録された情報を再生する際に第1のSLM15において生成される参照光LR及び再生される信号光LSを示す上面図、図13は図12に示す参照光LR及び再生信号光LSを第2のSLM16の入射面に垂直な方向から見た正面図、図14は図13に示す第2のSF18を光の進行方向から見た正面図である。 FIG. 12 shows the reference light L R generated in the first SLM 15 and the reproduced signal light L S when the information recorded on the information recording medium 2 is reproduced by the optical information recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. top view, FIG. 13 is the reference light L R and the reproduced signal beam L S a front view seen from the direction perpendicular to the incident surface of the second SLM16 shown in FIG. 12, FIG. 14 is a second SF18 shown in FIG. 13 showing It is the front view which looked at from the advancing direction of light.
また、図15は、図1に示す光情報記録再生装置1により情報記録媒体2に情報に記録された情報を再生する際に第2のSLM16において生成される参照光LR及び再生される信号光LSを示す上面図、図16は図15に示す参照光LR及び再生される信号光LSを第2のSLM16の入射面に垂直な方向から見た正面図、図17は図16に示す第2のSF18を光の進行方向から見た正面図である。 FIG. 15 shows the reference light L R generated in the second SLM 16 and the reproduced signal when the information recorded in the information recording medium 2 is reproduced by the optical information recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. 16 is a top view showing the light L S , FIG. 16 is a front view of the reference light L R shown in FIG. 15 and the signal light L S to be reproduced viewed from a direction perpendicular to the incident surface of the second SLM 16, and FIG. It is the front view which looked at 2nd SF18 shown to from the advancing direction of light.
尚、図12から図17では、第1のSLM15及び第2のSLM16によって生成される参照光LR及び再生される信号光LSが別々に図示されているが、実際には同時に参照光LR及び再生信号光LSが生成される。 In FIG. 17 from FIG. 12, although the reference light L R and reproduced signal light L S is generated by the first SLM15 and second SLM16 are shown separately, in fact at the same time the reference beam L R and reproduction signal light L S are generated.
情報記録媒体2に記録された情報を再生する場合には、情報入力システム19から情報に対応する制御信号が第1のSLM15及び第2のSLM16に出力されない。従って、第1のSLM15及び第2のSLM16では、情報を記録するための空間変調が実行されない。そして、第1のSLM15及び第2のSLM16において回折光が発生しないように第1のSLM15及び第2のSLM16が制御される。 When reproducing the information recorded on the information recording medium 2, the control signal corresponding to the information is not output from the information input system 19 to the first SLM 15 and the second SLM 16. Therefore, the first SLM 15 and the second SLM 16 do not execute spatial modulation for recording information. Then, the first SLM 15 and the second SLM 16 are controlled so that diffracted light is not generated in the first SLM 15 and the second SLM 16.
このため、図12及び図13に示すように、p偏光成分およびs偏光成分で構成される入射光LINがPBS14に入射して反射し、s偏光が第1のSLM15に斜め方向に入射すると、第1のSLM15からは印加電圧に応じて偏光状態が一様に変化した0次光のみが反射する。第1のSLM15からの0次反射光は、PBS14を透過して参照光LR用のp偏光となる。従って、第1のSLM15では、s偏光の偏光方位を一様に90度回転させ、第1のSLM15からp偏光を反射させることが好適である。 For this reason, as shown in FIGS. 12 and 13, when the incident light L IN composed of the p-polarized component and the s-polarized component is incident on the PBS 14 and reflected, and the s-polarized light is incident on the first SLM 15 in an oblique direction. The first SLM 15 reflects only the 0th-order light whose polarization state has changed uniformly according to the applied voltage. Zero-order reflected light from the first SLM15 is a p-polarized light of the reference light L R is transmitted through the PBS 14. Therefore, in the first SLM 15, it is preferable to rotate the polarization direction of s-polarized light uniformly by 90 degrees and reflect p-polarized light from the first SLM 15.
但し、再生時にPBS14に入射させる入射光LINに記録時と同じ空間分布を付与してもよい。その場合、参照光LRが非平面波として生成される。 However, it may be provided with the same spatial distribution as the time of recording the incident light L IN to be incident on PBS14 during playback. In that case, the reference light LR is generated as a non-plane wave.
PBS14を透過したp偏光は、図12、図13及び図14に示すように、第3のコリメータレンズ17、第2のSF18及び照射系4を経由して参照光LRとして情報記録媒体2にスポット照射される。この結果、情報記録媒体2から撮像系5のPD27に向かって、参照光LRの透過光とともに、+1次回折光としてp偏光の信号光LSが発生する。すなわち、+1次回折光としてp偏光の信号光LSが再生される。 The p-polarized light transmitted through the PBS 14 passes through the third collimator lens 17, the second SF 18 and the irradiation system 4 to the information recording medium 2 as the reference light L R as shown in FIGS. 12, 13 and 14. Spot irradiation. As a result, from the information recording medium 2 to the PD27 of the imaging system 5, along with the transmitted light of the reference light L R, + 1 signal light L S of the p-polarized light is generated as diffracted light. That is, the p-polarized signal light L S is reproduced as the + 1st order diffracted light.
ホログラフィの性質から、再生される+1次回折光の複素振幅は、情報記録媒体2に記録された+1次回折光の複素振幅と同等となる。従って、再生されたp偏光の信号光LSは、PD27において参照光LRの透過光と重なる。これにより、PD27では、情報記録媒体2への情報の記録時と同等なp偏光の干渉縞の強度パターンが撮像される。 Due to the nature of holography, the complex amplitude of the + 1st order diffracted light to be reproduced is equivalent to the complex amplitude of the + 1st order diffracted light recorded on the information recording medium 2. Therefore, the regenerated p-polarized signal light L S overlaps the transmitted light of the reference light L R in the PD 27. Thereby, in PD27, the intensity pattern of the interference pattern of p polarization | polarized-light equivalent to the time of the information recording on the information recording medium 2 is imaged.
同様に、図15及び図16に示すように、入射光LINがPBS14に入射して透過し、p偏光が第2のSLM16に斜め方向に入射すると、第2のSLM16からは印加電圧に応じて偏光状態が一様に変化した0次光のみが反射する。第2のSLM16からの0次反射光は、PBS14で反射して参照光LR用のs偏光となる。従って、第2のSLM16でも、p偏光の偏光方位を一様に90度回転させ、第2のSLM16からs偏光を反射させることが好適である。 Similarly, as shown in FIGS. 15 and 16, transmitted is incident on the incident light L IN is PBS 14, the p-polarized light is incident obliquely on the second SLM 16, depending on the applied voltage from the second SLM 16 Thus, only the 0th order light whose polarization state has changed uniformly is reflected. 0-order light reflected from the second SLM16 becomes s-polarized light of the reference light L R reflected by the PBS 14. Therefore, it is preferable that the polarization direction of the p-polarized light is uniformly rotated by 90 degrees in the second SLM 16 and the s-polarized light is reflected from the second SLM 16.
PBS14で反射したs偏光は、図15、図16及び図17に示すように、第3のコリメータレンズ17、第2のSF18及び照射系4を経由して参照光LRとして情報記録媒体2にスポット照射される。この結果、情報記録媒体2から撮像系5のPD27に向かって、参照光LRの透過光とともに、+1次回折光としてs偏光の信号光LSが発生する。すなわち、+1次回折光としてs偏光の信号光LSが再生される。 The s-polarized light reflected by the PBS 14 passes through the third collimator lens 17, the second SF 18 and the irradiation system 4 to the information recording medium 2 as the reference light L R as shown in FIGS. 15, 16 and 17. Spot irradiation. As a result, from the information recording medium 2 to the PD27 of the imaging system 5, along with the transmitted light of the reference light L R, + 1 signal light L S of the s-polarized light as a diffracted light is generated. That is, the s-polarized signal light L S is reproduced as the + 1st order diffracted light.
このため、p偏光の再生信号光と同様に、s偏光の再生信号光がPD27において参照光LRの透過光と重なる。これにより、PD27では、情報記録媒体2への情報の記録時と同等なs偏光の干渉縞の強度パターンが撮像される。 Therefore, similarly to the p-polarized light of the reproduced signal beam, s-polarized light of the reproduced signal beam overlaps with the transmitted light of the reference light L R at PD27. As a result, the PD 27 images an intensity pattern of s-polarized interference fringes equivalent to that when recording information on the information recording medium 2.
上述のように、p偏光の信号光LSの再生及びs偏光の信号光LSの再生は、同時に行われる。また、p偏光の再生信号光、p偏光の参照光LRの透過光、s偏光の再生信号光、s偏光の参照光LRの透過光は、PD27において重なる。従って、情報記録媒体2に3D光学異方性分布として記録された第1の情報及び第2の情報が、それぞれp偏光成分及びs偏光成分に複素振幅の空間変調として記録されたベクトル波が参照光LRと合成された状態でPD27に入射する。 As described above, the reproduction of the p-polarized signal light L S and the reproduction of the s-polarized signal light L S are performed simultaneously. Further, p-polarized light of the reproduction signal light, transmitted light p-polarized reference light L R, s-polarized light of the reproduction signal light, transmitted light of the reference light L R of the s-polarized light, overlap in PD27. Therefore, the first information and the second information recorded as the 3D optical anisotropy distribution on the information recording medium 2 refer to the vector wave recorded as the complex amplitude spatial modulation in the p-polarized component and the s-polarized component, respectively. The light L R is incident on the PD 27 in a combined state.
そして、情報再生系6において、PD27により撮像された合成光の強度パターンのコントラストと位相に基づいて、信号光LSの振幅及び位相を求めることができる。信号光LSは、2つの直交する偏光成分を有するため、各偏光成分の振幅と位相とから、第1の情報及び第2の情報を独立して取得することができる。そして、取得した第1の情報及び第2の情報は、第2の表示装置29等の出力装置に出力させることができる。 Then, in the information reproduction system 6, the amplitude and phase of the signal light L S can be obtained based on the contrast and phase of the intensity pattern of the synthesized light imaged by the PD 27. Since the signal light L S has two orthogonal polarization components, the first information and the second information can be acquired independently from the amplitude and phase of each polarization component. Then, the acquired first information and second information can be output to an output device such as the second display device 29.
尚、再生時にPBS14に入射させた入射光LINの偏光方位に空間分布が付与された場合には、PD27により撮像された合成光の強度パターンを、記録時に入射させた入射光LINの偏光方位の空間分布で除算すればよい。 When a spatial distribution is given to the polarization direction of the incident light L IN incident on the PBS 14 at the time of reproduction, the intensity pattern of the synthesized light imaged by the PD 27 is changed to the polarization of the incident light L IN incident upon the recording. Divide by the spatial distribution of orientation.
図18は、図3に示す構造を有する第2のSF18を用いた場合において、情報記録媒体2に記録された情報を再生する際に光の進行方向から見た第2のSF18の正面図である。 FIG. 18 is a front view of the second SF 18 as viewed from the traveling direction of light when reproducing the information recorded on the information recording medium 2 when the second SF 18 having the structure shown in FIG. 3 is used. is there.
図3に示すように4つの矩形穴を有する第2のSF18を用いて情報が記録された場合には、図18に示すように別々に生成された参照光LR用のp偏光及びs偏光のみが第2のSF18を通過することによって情報が再生される。その他については、3つの矩形孔を有する第2のSF18を用いて情報を再生する場合と同様である。 If the second information using the SF18 having four rectangular holes as shown in FIG. 3 has been recorded, p-polarized light and s-polarized light of the reference light L R separately generated as shown in FIG. 18 Only the information is reproduced by passing through the second SF 18. Others are the same as when information is reproduced using the second SF 18 having three rectangular holes.
つまり以上のような光情報記録再生装置1は、情報の記録時には+1次回折光として生成した信号光LSを、0次回折光として生成した参照光LRとともに情報記録媒体2に照射する一方、情報の再生時には、+1次回折光として再生される信号光LSを0次回折光として照射した参照光LRと完全に重ねて撮像素子で撮像するようにしたものである。 That more than the optical information recording and reproducing apparatus 1 as the signal light L S produced as a + 1st-order diffracted light for the recording of information, 0 while irradiating with the reference light L R generated order diffracted light on the information recording medium 2, the information during the reproduction, it is obtained by such imaging by the imaging device + 1-order signal light L S to be reproduced as a diffracted light 0 completely overlapped with the reference light L R irradiated order diffracted light.
尚、上述した例では、主として信号光LSの光路が、第2のSF18を含む光学素子の中心となるように光情報記録再生装置1の光学系を構成する場合について説明したが、信号光LSの光路が光学素子の中心軸に対して傾斜するように光学系を構成してもよい。すなわち、PBS14に入射する入射光LINの向き、第1のSLM15及び第2のSLM16に形成する縞状のパターンの傾斜並びに信号光LSの光路の向きは、+1次回折光として生成される信号光LSと0次回折光として生成された参照光LRとが、互いに重なった状態でPD27に入射する条件となるように変えることができる。 In the above example, the case where the optical system of the optical information recording / reproducing apparatus 1 is configured so that the optical path of the signal light L S is mainly the center of the optical element including the second SF 18 has been described. The optical system may be configured such that the optical path of L S is inclined with respect to the central axis of the optical element. That is, the direction of the incident light L IN incident on the PBS 14, the inclination of the striped pattern formed on the first SLM 15 and the second SLM 16, and the direction of the optical path of the signal light L S are signals generated as + 1st order diffracted light. The condition can be changed so that the light L S and the reference light L R generated as the 0th-order diffracted light are incident on the PD 27 in a state where they overlap each other.
(効果)
上述のような光情報記録再生装置1によれば、構成を非常に簡易にすることができる。従って、実用化に向けた装置の小型化が可能となる。
(effect)
According to the optical information recording / reproducing apparatus 1 as described above, the configuration can be greatly simplified. Therefore, it is possible to reduce the size of the apparatus for practical use.
従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録では、信号光が参照光と重ならないように情報記録媒体と撮像素子との間に光学素子を配置することが必要である。つまり、従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録では、撮像素子において信号光を結像するための結像光学系が必要である。 In the conventional holographic recording and polarization holographic recording, it is necessary to dispose an optical element between the information recording medium and the imaging element so that the signal light does not overlap with the reference light. That is, in the conventional holographic recording and polarization holographic recording, an imaging optical system for imaging the signal light in the imaging element is required.
これに対して、光情報記録再生装置1によれば、単一の撮像素子を用いて再生信号光LSのベクトル波に含まれる情報を再生することができる。すなわち、情報記録媒体2と撮像素子との間に光学素子を配置しなくても、情報記録媒体2の微小領域に記録された情報を拡大して再生することが可能となる。 On the other hand, according to the optical information recording / reproducing apparatus 1, information included in the vector wave of the reproduction signal light L S can be reproduced using a single image sensor. That is, the information recorded in the minute area of the information recording medium 2 can be enlarged and reproduced without arranging an optical element between the information recording medium 2 and the imaging element.
また、光情報記録再生装置1によれば、参照光LR及び信号光LSを、共通の光学素子を用いて生成することができる。従って、参照光LRを生成するための光学系及び参照光LRの光路を特別に設ける必要がない。 Further, according to the optical information recording and reproducing apparatus 1, the reference light L R and the signal light L S, it can be generated using a common optical element. Therefore, it is not necessary to specially provide an optical path of the reference light L R optics and the reference light L R for generating.
更に、光情報記録再生装置1によれば、撮像素子で撮像された合成光の強度パターンから、変調された2つの偏光成分の複素振幅を同時に求めることができる。すなわち、ベクトル波である再生信号光LSの複素振幅を取得することができる。従って、信号光LSの波面に歪みが生じた場合であっても、ディジタルホログラフィの技術によって計算機内で信号光LSの波面を補正することが可能となる。この結果、結像されていない像が撮影された場合であっても、計算機上で結像させることができる。 Furthermore, according to the optical information recording / reproducing apparatus 1, the complex amplitudes of the two modulated polarization components can be obtained simultaneously from the intensity pattern of the synthesized light imaged by the image sensor. That is, the complex amplitude of the reproduction signal light L S that is a vector wave can be acquired. Therefore, even when the wavefront of the signal light L S is distorted, it is possible to correct the wavefront of the signal light L S in the computer by the digital holography technique. As a result, even when an image that has not been imaged is captured, it can be imaged on a computer.
一方、従来のホログラフィック記録及び偏光ホログラフィック記録装置では、撮像素子で撮像される画像に歪みが生じないように光学系を調整することが必要である。これに対して、光情報記録再生装置1では、撮像素子で撮像される画像の歪みを低減させるための光学系が不要である。 On the other hand, in the conventional holographic recording and polarization holographic recording apparatus, it is necessary to adjust the optical system so that distortion does not occur in an image picked up by the image pickup device. On the other hand, the optical information recording / reproducing apparatus 1 does not require an optical system for reducing distortion of an image captured by the image sensor.
このように、光情報記録再生装置1では、従来必要であった様々な光学系を不要にすることができる。 As described above, the optical information recording / reproducing apparatus 1 can eliminate various optical systems that have been conventionally required.
加えて、光情報記録再生装置1によれば、再生すべき信号に対する感度を向上させることができる。従来のように、信号光のみを撮影する場合には、信号光の振幅の2乗に強度が比例する信号が取得される。これに対して、信号光LSを参照光LRと重ね合わせて撮影すると、信号光LSの振幅に参照光LRの振幅及び2を乗じた値に比例する振幅を有する信号が取得される。従って、再生すべき信号に対する感度を向上させることができる。 In addition, according to the optical information recording / reproducing apparatus 1, the sensitivity to the signal to be reproduced can be improved. As in the prior art, when only the signal light is photographed, a signal whose intensity is proportional to the square of the amplitude of the signal light is acquired. On the other hand, when the signal light L S is photographed with the reference light L R superimposed, a signal having an amplitude proportional to a value obtained by multiplying the amplitude of the signal light L S by the amplitude of the reference light L R and 2 is acquired. The Therefore, the sensitivity to the signal to be reproduced can be improved.
その結果、必要な再生信号光LSの強度を低減させることができる。従って、情報を記録するために情報記録媒体2に照射すべき信号光LSのエネルギも低減させることができる。 As a result, the intensity of the necessary reproduction signal light L S can be reduced. Therefore, the energy of the signal light L S to be irradiated on the information recording medium 2 for recording information can also be reduced.
具体例として、信号光の振幅の最大値が65535である場合において振幅が1の信号光のみを検出する場合には、振幅の2乗も1であるから撮像素子のノイズレベルとなる。従って、振幅1の信号光を検出することは困難である。 As a specific example, when only the signal light with an amplitude of 1 is detected when the maximum value of the amplitude of the signal light is 65535, the square of the amplitude is also 1, so the noise level of the image sensor is obtained. Therefore, it is difficult to detect signal light having an amplitude of 1.
これに対して、振幅255の参照光LRと振幅1の信号光LSを合成して撮影すると、参照光LRの振幅255と2を乗じた信号光LSの振幅は510となる。従って、振幅1の信号光LSを検出することが可能となる。つまり、光情報記録再生装置1では、同一の感度を有する撮像素子を用いた場合に、従来よりも振幅が小さい信号光LSを再生することができる。 On the contrary, when the reference light L R and the signal light L S of amplitude 1 of the amplitude 255 is synthesized and photographed, the amplitude of the multiplied by the amplitude 255 of the reference light L R and the second signal light L S becomes 510. Therefore, it is possible to detect the signal light L S having an amplitude of 1. That is, the optical information recording / reproducing apparatus 1 can reproduce the signal light L S having an amplitude smaller than that in the conventional case when the imaging elements having the same sensitivity are used.
(第2の実施形態)
第2の実施形態における光情報記録再生装置では、空間変調系に用いられる2つのSLMを、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子にそれぞれ置換した点が第1の実施形態における光情報記録再生装置1と相違する。第2の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1の実施形態における光情報記録再生装置1と実質的に同等である。
(Second Embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus according to the second embodiment, two SLMs used in the spatial modulation system are respectively replaced with special optical elements in which a plurality of variable diffraction gratings are arranged in a 2D shape. This is different from the optical information recording / reproducing apparatus 1 in FIG. Unless otherwise specified, the other configuration and operation of the optical information recording / reproducing apparatus in the second embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatus 1 in the first embodiment.
このため、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子のみ図示し、第1の実施形態における光情報記録再生装置1と同様な内容については説明を省略する。以下、複数の可変回折格子を2D状に配列した特殊な光学素子を可変回折格子アレイと称する。 For this reason, only a special optical element in which a plurality of variable diffraction gratings are arranged in a 2D shape is illustrated, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatus 1 in the first embodiment is omitted. Hereinafter, a special optical element in which a plurality of variable diffraction gratings are arranged in a 2D shape is referred to as a variable diffraction grating array.
図19は本発明の第2の実施形態に係る光情報記録再生装置の空間変調系に用いられる可変回折格子アレイの構造を示す正面図、図20は図19に示す可変回折格子アレイの断面図、図21は図20に示す第1の配向膜の斜視図である。 FIG. 19 is a front view showing the structure of a variable diffraction grating array used in the spatial modulation system of the optical information recording / reproducing apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a sectional view of the variable diffraction grating array shown in FIG. FIG. 21 is a perspective view of the first alignment film shown in FIG.
可変回折格子アレイ(VGA: variable grating array)31は、平板状の第1の電極32上に、基板を形成する第1の配向膜33、液晶層34、第2の配向膜35及び画素に対応して2次元的に配列された複数の第2の電極36を積層して構成される。従って、複数の第2の電極36にそれぞれ所望の電圧を独立して負荷することによって偏光成分の振幅の空間変調を画素ごとに行うことができる。 A variable grating array (VGA) 31 corresponds to a first alignment film 33, a liquid crystal layer 34, a second alignment film 35, and pixels that form a substrate on a flat plate-like first electrode 32. A plurality of second electrodes 36 arranged two-dimensionally are stacked. Accordingly, by independently applying a desired voltage to each of the plurality of second electrodes 36, the spatial modulation of the amplitude of the polarization component can be performed for each pixel.
但し、基板を形成する第1の配向膜33が、第2の電極36の配列方向に対して斜め方向に周期的に凹凸を繰返す波型の形状を有する。一方、第2の配向膜35は、凹凸のない平坦な形状とされる。従って、第1の配向膜33と第2の配向膜35との間に形成される液晶層34の形状は、第1の配向膜33の形状にフィットする形状となる。 However, the first alignment film 33 that forms the substrate has a wave shape in which irregularities are periodically repeated in an oblique direction with respect to the arrangement direction of the second electrodes 36. On the other hand, the second alignment film 35 has a flat shape without unevenness. Therefore, the shape of the liquid crystal layer 34 formed between the first alignment film 33 and the second alignment film 35 is a shape that fits the shape of the first alignment film 33.
すなわち、液晶層34の第1の配向膜33側における形状も、第2の電極36の配列方向に対して斜め方向に周期的に凹凸を繰返す波型の形状を有する。従って、複数の第2の電極36がx軸方向及びy軸方向の2方向に配列されている場合には、x軸方向及びy軸方向の2つの配列方向に液晶層34の厚さが周期的に変化することとなる。図示された例では、基板及び液晶層34の凹凸がサインカーブとなっている。 That is, the shape of the liquid crystal layer 34 on the first alignment film 33 side also has a wave shape that repeats unevenness periodically in an oblique direction with respect to the arrangement direction of the second electrodes 36. Therefore, when the plurality of second electrodes 36 are arranged in two directions, the x-axis direction and the y-axis direction, the thickness of the liquid crystal layer 34 is periodic in the two arrangement directions of the x-axis direction and the y-axis direction. Will change. In the illustrated example, the unevenness of the substrate and the liquid crystal layer 34 is a sine curve.
このように、第1の電極32と、画素数に対応する数の第2の電極36とによって、滑らかな凹凸が周期的に変化する液晶層34を挟持した構造を有するVGA31では、1画素内において透過率が連続的に変化する。従って、透過率が変化する方向に、画素ごとに回折光を発生させることができる。つまり、1つの第2の電極36に単一の電圧を印加するのみで、縞状の明暗のパターンを作り出すことができる。これは、1つの画素内において画素値が連続的に変化する2D画像情報でSLMを制御することに相当する。 As described above, in the VGA 31 having the structure in which the liquid crystal layer 34 in which the smooth unevenness periodically changes is sandwiched between the first electrode 32 and the number of the second electrodes 36 corresponding to the number of pixels, In FIG. Therefore, diffracted light can be generated for each pixel in the direction in which the transmittance changes. That is, it is possible to create a striped light-dark pattern simply by applying a single voltage to one second electrode 36. This corresponds to controlling the SLM with 2D image information in which pixel values continuously change within one pixel.
つまり、境界が明瞭とはならないが、図4(B)に示すような複数の画素領域で構成される単位領域と等価な単一の画素を用いた2D画像情報へのコード化によって情報を記録することが可能となる。換言すれば、1つの第2の電極36を制御することによって実質的に複数の画素領域と等価な多値の単位領域を作り出すことができる。このため、16×16個の第2の電極36を用いて図4(A)に示すような16×16画素の2D画像データを信号光に記録することが可能となる。 In other words, the boundary is not clear, but information is recorded by coding into 2D image information using a single pixel equivalent to a unit area composed of a plurality of pixel areas as shown in FIG. It becomes possible to do. In other words, by controlling one second electrode 36, a multi-value unit region that is substantially equivalent to a plurality of pixel regions can be created. Therefore, 16 × 16 pixel 2D image data as shown in FIG. 4A can be recorded in the signal light by using 16 × 16 second electrodes 36.
図22は、図19に示すVGA31の変形例を示す図である。 FIG. 22 is a diagram showing a modification of the VGA 31 shown in FIG.
図22に示すように、液晶層34の凹凸形状は様々な形状とすることができる。図22に示すVGA31では、液晶層34の厚さが直線的に変化している。つまり、液晶層34が平面で囲まれた領域となっている。 As shown in FIG. 22, the uneven shape of the liquid crystal layer 34 can be various shapes. In the VGA 31 shown in FIG. 22, the thickness of the liquid crystal layer 34 changes linearly. That is, the liquid crystal layer 34 is a region surrounded by a plane.
もちろん、第2の配向膜35側に凹凸を設けるようにしてもよい。但し、VGA31において反射する0次光及び+1次回折光にエネルギを集中させる観点から、図20及び図21に示すように、液晶層34の厚さの変化がサインカーブに沿って変化するように液晶層34の形状を決定することが好適である。 Of course, unevenness may be provided on the second alignment film 35 side. However, from the viewpoint of concentrating energy on the 0th-order light and the + 1st-order diffracted light reflected by the VGA 31, as shown in FIGS. 20 and 21, the liquid crystal layer 34 changes in thickness along the sine curve. It is preferred to determine the shape of layer 34.
以上のようにVGA31は、2次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、かつ各可変回折格子の透過率が複数の可変回折格子の配列方向に対して傾斜する方向に変化する光学素子である。具体的には、VGA31は、第1の電極32と複数の第2の電極36との間に配置される液晶層34の厚さを、第2の電極36の配列方向に対して傾斜する方向に、複数の第2の電極36の各幅に応じた周期で周期的に変化させた光学素子である。 As described above, the VGA 31 has a plurality of variable diffraction gratings arranged two-dimensionally, and an optical element in which the transmittance of each variable diffraction grating changes in a direction inclined with respect to the arrangement direction of the plurality of variable diffraction gratings. It is an element. Specifically, the VGA 31 is a direction in which the thickness of the liquid crystal layer 34 disposed between the first electrode 32 and the plurality of second electrodes 36 is inclined with respect to the arrangement direction of the second electrodes 36. In addition, the optical element is periodically changed at a period corresponding to each width of the plurality of second electrodes 36.
このため、VGA31によれば、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを第2の電極36に対応する単位領域内で形成することができる。 For this reason, according to the VGA 31, it is possible to form a striped light pattern whose intensity changes in an integer period in the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light in the unit region corresponding to the second electrode 36. it can.
そして、第2の実施形態は、VGA31による入射偏光の空間変調によって信号光及び参照光を生成するようにしたものである。 In the second embodiment, signal light and reference light are generated by spatial modulation of incident polarized light by the VGA 31.
このため、第2の実施形態によれば、第1の実施形態における効果と同等な効果に加え、空間変調系において画素数に対応して必要となる電極の数を低減させることができる。すなわち、信号光に対して振幅の空間変調を行う場合において、図4(B)に示すような複数の画素で構成される単位領域を1つの画素として扱うことが可能となる。 For this reason, according to the second embodiment, in addition to the effect equivalent to the effect in the first embodiment, the number of electrodes required corresponding to the number of pixels in the spatial modulation system can be reduced. That is, in the case of performing amplitude spatial modulation on signal light, a unit region composed of a plurality of pixels as shown in FIG. 4B can be handled as one pixel.
尚、VGA31では、各画素位置において生成される縞状のパターンの位置をシフトさせることができない。但し、VGA31の位置を機械的にシフトさせれば、入射する偏光の位相を変調することも可能である。また、液晶可変回折格子を配列してVGA31を構成する例を示したが、他の可変回折格子を配列することによってVGA31を構成することもできる。 In the VGA 31, the position of the striped pattern generated at each pixel position cannot be shifted. However, if the position of the VGA 31 is mechanically shifted, the phase of incident polarized light can be modulated. Further, although the example in which the VGA 31 is configured by arranging the liquid crystal variable diffraction grating has been shown, the VGA 31 can also be configured by arranging other variable diffraction gratings.
(第3の実施形態)
第3の実施形態における光情報記録再生装置では、第2の実施形態において例示したVGA31を2つ用いて、単一の偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第1及び第2の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第3の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1及び第2の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第1及び第2の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
(Third embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus in the third embodiment, a spatial modulation system is configured so that the phase and amplitude of a single polarization component can be spatially modulated using two VGAs 31 exemplified in the second embodiment. This point is different from each optical information recording / reproducing apparatus in the first and second embodiments. Unless otherwise specified, the other configurations and operations of the optical information recording / reproducing apparatus in the third embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first and second embodiments. For this reason, only the spatial modulation system is shown, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first and second embodiments is omitted.
図23は本発明の第3の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a spatial modulation system provided in an optical information recording / reproducing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
図23に示すように、空間変調系40を、第1のVGA41、第2のVGA42、第1の1/4波長板(QWP: quarter-wave plate)43、第2のQWP44及びPBS45を図示されるように配置して構成することができる。2つのVGA、すなわち第1のVGA41及び第2のVGA42の凹凸の周期に相当する透過率の変化を互いに1/4周期シフトさせると、単一の偏光成分の振幅に加えて位相も空間変調することが可能となる。これは、sinカーブとcosカーブとを加算すると、三角関数の加法定理によって全ての位相を表現できるためである。 As shown in FIG. 23, the spatial modulation system 40 includes a first VGA 41, a second VGA 42, a first quarter-wave plate (QWP) 43, a second QWP 44, and a PBS 45. They can be arranged and configured as such. When the change in transmittance corresponding to the period of unevenness of the two VGAs, that is, the first VGA 41 and the second VGA 42 is shifted by a quarter period, the phase is also spatially modulated in addition to the amplitude of a single polarization component. It becomes possible. This is because when the sin curve and the cos curve are added, all phases can be expressed by the addition theorem of the trigonometric function.
図23に示す空間変調系40のPBS45に傾斜させて入射光LINを入射させると、第1のVGA41及び第2のVGA42によって位相及び振幅が空間変調されたp偏光の+1次回折光を信号光として生成することができる。また、0次回折光として、p編光に対応する参照光を生成することができる。 When the incident light L IN is incident on the PBS 45 of the spatial modulation system 40 shown in FIG. 23, the p-polarized + 1st order diffracted light whose phase and amplitude are spatially modulated by the first VGA 41 and the second VGA 42 is used as the signal light. Can be generated as Further, reference light corresponding to p-knitted light can be generated as zero-order diffracted light.
尚、第1の1/4QWP43は、PBS45及び第1のVGA41において反射した反射光を、PBS45を透過させるために設けられている。同様に、第2のQWP44は、PBS45を透過し、第2のVGA42において反射した反射光を、PBS45で反射させるために設けられている。 The first 1 / 4QWP 43 is provided to transmit the reflected light reflected by the PBS 45 and the first VGA 41 through the PBS 45. Similarly, the second QWP 44 is provided to reflect the reflected light that is transmitted through the PBS 45 and reflected by the second VGA 42 at the PBS 45.
このような第3の実施形態によれば、第2の実施形態における効果と同等な効果に加え、2つのVGAを組合わせることによって信号光の位相を空間変調することが可能となる。 According to the third embodiment, in addition to the same effect as that of the second embodiment, the phase of the signal light can be spatially modulated by combining two VGAs.
(第4の実施形態)
第4の実施形態における光情報記録再生装置では、第3の実施形態において例示した2つのVGAで構成される空間変調系40を更に2組用いることによって、2つの偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第1、第2及び第3の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第4の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1、第2及び第3の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第1、第2及び第3の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
(Fourth embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus according to the fourth embodiment, the phase and amplitude of the two polarization components are spatially reduced by using two sets of the spatial modulation system 40 composed of the two VGAs exemplified in the third embodiment. This is different from the optical information recording / reproducing apparatuses in the first, second, and third embodiments in that the spatial modulation system is configured so that the optical modulation can be performed. Unless otherwise specified, the other configurations and operations of the optical information recording / reproducing apparatus in the fourth embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first, second, and third embodiments. For this reason, only the spatial modulation system is illustrated, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first, second, and third embodiments is omitted.
図24は本発明の第4の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。 FIG. 24 is a diagram showing a configuration of a spatial modulation system provided in an optical information recording / reproducing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
図24に示すように、空間変調系50を、第1のVGA51、第2のVGA52、第3のVGA53、第4のVGA54、第1のPBS55、第2のPBS56、第3のPBS57、第1のQWP58、第2のQWP59を図示されるように配置して構成することができる。空間変調系50は、図1に示す第1のSLM15を、第1のVGA51及び第2のVGA52を含む光学系で構成し、第2のSLM16を、第3のVGA53及び第4のVGA54を含む光学系で構成したものに相当する。つまり、空間変調系50は、p偏光成分の位相変調用、p偏光成分の振幅変調用、s偏光成分の位相変調用及びs偏光成分の振幅変調用の4つのVGAを用いて構成されている。 As shown in FIG. 24, the spatial modulation system 50 includes a first VGA 51, a second VGA 52, a third VGA 53, a fourth VGA 54, a first PBS 55, a second PBS 56, a third PBS 57, a first The QWP 58 and the second QWP 59 can be arranged and configured as shown. The spatial modulation system 50 includes the first SLM 15 shown in FIG. 1 as an optical system including a first VGA 51 and a second VGA 52, and the second SLM 16 includes a third VGA 53 and a fourth VGA 54. This corresponds to an optical system. That is, the spatial modulation system 50 is configured using four VGAs for phase modulation of the p-polarized component, amplitude modulation of the p-polarized component, phase modulation of the s-polarized component, and amplitude modulation of the s-polarized component. .
従って、4つのVGAを用いてp偏光成分及びs偏光成分の振幅及び位相の空間変調を行うことができる。例えば、16×16画素の4つのVGAを用いれば、図5に示すような4フレームの2D多値画像情報を信号光に記録することができる。 Therefore, the spatial modulation of the amplitude and phase of the p-polarized component and the s-polarized component can be performed using the four VGAs. For example, if four VGAs of 16 × 16 pixels are used, 4 frames of 2D multi-value image information as shown in FIG. 5 can be recorded in the signal light.
図25は図24に示す空間変調系50の変形例を示す構成図である。 FIG. 25 is a block diagram showing a modification of the spatial modulation system 50 shown in FIG.
図25に示すように、空間変調系50は様々な光学素子の組合せ及び配置によって構成することができる。 As shown in FIG. 25, the spatial modulation system 50 can be configured by combining and arranging various optical elements.
以上のような第4の実施形態は、VGAを少なくとも4つ備えた空間変調系50によって、互いに直交する2つの偏光成分の各実部と各虚部を利用して4フレームの画像情報が記録された信号光を生成するようにしたものである。このため、第1及び第2の実施形態と同様に、2チャンネルで情報の記録及び情報の再生を行うことが可能となる。 In the fourth embodiment as described above, 4-frame image information is recorded by using the real part and the imaginary part of two polarization components orthogonal to each other by the spatial modulation system 50 having at least four VGAs. The generated signal light is generated. For this reason, as in the first and second embodiments, it is possible to record information and reproduce information using two channels.
(第5の実施形態)
第5の実施形態における光情報記録再生装置では、複数の音響光学(AO: acousto-optic)素子を配列したAO素子アレイを用いて単一の偏光成分の位相及び振幅を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第1から第4の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第5の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1から第4の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第1から第4の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
(Fifth embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus according to the fifth embodiment, the phase and amplitude of a single polarization component can be spatially modulated using an AO element array in which a plurality of acousto-optic (AO) elements are arranged. The difference between the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fourth embodiments is that a spatial modulation system is configured. Unless otherwise specified, the other configurations and operations of the optical information recording / reproducing apparatus in the fifth embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fourth embodiments. For this reason, only the spatial modulation system is illustrated, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fourth embodiments is omitted.
図26は本発明の第5の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing the configuration of the spatial modulation system provided in the optical information recording / reproducing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
図26に示すように、空間変調系60を、x軸方向及びy軸方向に2D的にAO素子を配列したAO素子アレイ61を用いて構成することができる。例えば、64×64の複数のAO素子を配列すれば、図4(B)のような64×64画素の2値画像或いは図5(B)のいずれかに示すような64×64画素の多値画像を単一の偏光成分に記録することができる。 As shown in FIG. 26, the spatial modulation system 60 can be configured using an AO element array 61 in which AO elements are arranged in a two-dimensional manner in the x-axis direction and the y-axis direction. For example, if a plurality of 64 × 64 AO elements are arranged, a binary image of 64 × 64 pixels as shown in FIG. 4B or a large number of 64 × 64 pixels as shown in FIG. A value image can be recorded in a single polarization component.
具体的には、各AO素子に印加される電圧の独立した制御によって偏光成分の振幅を空間変調することができる。また、複数のAO素子が配列される面に平行な方向に各AO素子を独立して機械的にシフトさせることによって、偏光成分の位相を空間変調することができる。AO素子の機械的な移動は、例えばピエゾ素子に電圧を印加することによって行うことができる。 Specifically, the amplitude of the polarization component can be spatially modulated by independent control of the voltage applied to each AO element. Further, the phase of the polarization component can be spatially modulated by mechanically shifting each AO element independently in a direction parallel to the plane on which the plurality of AO elements are arranged. The mechanical movement of the AO element can be performed, for example, by applying a voltage to the piezo element.
従って、p偏光成分用とs偏光成分用の2つの空間変調系60を光情報記録再生装置に設ければ、p偏光成分及びs偏光成分を利用して2チャンネルの情報を信号光に記録することが可能となる、 Accordingly, if two spatial modulation systems 60 for the p-polarized component and the s-polarized component are provided in the optical information recording / reproducing apparatus, information on two channels is recorded on the signal light using the p-polarized component and the s-polarized component. Is possible,
以上のような第5の実施形態は、複数の画素に対応して2次元的に配列された複数のAO素子を用いて情報を信号光の偏光成分に記録するようにしたものである。このため、第5の実施形態においても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、AO素子の応答は、SLMの応答に比べて速いため、信号光への情報の記録をより高速に行うことができる。 In the fifth embodiment as described above, information is recorded in the polarization component of signal light using a plurality of AO elements that are two-dimensionally arranged corresponding to a plurality of pixels. For this reason, also in 5th Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired. Further, since the response of the AO element is faster than the response of the SLM, information can be recorded on the signal light at a higher speed.
(第6の実施形態)
第6の実施形態における光情報記録再生装置では、SLMに斜方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって単一の偏光成分の位相のみを空間変調するように空間変調系を構成した点が第1から第5の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。第6の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1から第5の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第1から第5の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。
(Sixth embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus in the sixth embodiment, the spatial modulation system is configured so that only the phase of a single polarization component is spatially modulated by making linearly polarized light having a predetermined polarization direction obliquely incident on the SLM. This is different from the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fifth embodiments. Unless otherwise specified, the other configurations and operations of the optical information recording / reproducing apparatus in the sixth embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fifth embodiments. For this reason, only the spatial modulation system is shown, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to fifth embodiments is omitted.
図27は本発明の第6の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。 FIG. 27 is a diagram showing a configuration of a spatial modulation system provided in the optical information recording / reproducing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
図27に示すように、空間変調系70を、例えば45度直線偏光として入射する入射光LINに対して傾斜させて配置されたSLM71によって構成することができる。SLM71において液晶を紙面に平行な0度方向に配向すれば、45度直線偏光のうちの0度直線偏光成分のみの位相を空間変調することができる。 As shown in FIG. 27, the spatial modulation system 70 can be configured by an SLM 71 arranged to be inclined with respect to incident light L IN that is incident as, for example, 45-degree linearly polarized light. If the liquid crystal is oriented in the 0 degree direction parallel to the paper surface in the SLM 71, the phase of only the 0 degree linearly polarized light component of the 45 degree linearly polarized light can be spatially modulated.
従って、紙面に垂直な90度方向の振幅を有する0次光の偏光を参照光LRとして生成することができる。同時に、紙面に平行な0度方向の振幅を有し、かつSLM71によって位相が空間変調された+1次回折光の偏光を信号光LSとして生成することができる。従って、単一の偏光成分を利用して1チャンネルの情報を信号光LSに記録することができる。 Therefore, it is possible to produce a polarization of the zero-order light having an amplitude perpendicular direction of 90 degrees to the plane as the reference light L R. At the same time, the polarization of the + 1st order diffracted light having the amplitude in the 0 degree direction parallel to the paper surface and the phase of which is spatially modulated by the SLM 71 can be generated as the signal light L S. Therefore, information on one channel can be recorded in the signal light L S using a single polarization component.
この場合、参照光LRの偏光方位と信号光LSの偏光方位は互いに直交する。従って、図示されるように、PD27の前段に偏光子72が配置される。すなわち、撮像系5が偏光子72と撮像素子としてのPD27によって構成される。 In this case, the polarization direction of the reference light L R and the polarization direction of the signal light L S are orthogonal to each other. Therefore, as shown in the drawing, a polarizer 72 is disposed in front of the PD 27. That is, the imaging system 5 includes a polarizer 72 and a PD 27 as an imaging element.
一方、SLM71の液晶を紙面に垂直な90度方向に配向すれば、紙面に平行な0度方向の振幅を有する0次光の偏光を参照光LRとして生成することができる。同時に、紙面に垂直な90度方向の振幅を有し、かつSLM71によって位相が空間変調された+1次回折光の偏光を信号光LSとして生成することができる。従って、偏光方位が直交する2つの偏光成分用に2つの空間変調系70を光情報記録再生装置に設ければ、2つの偏光成分を利用して2チャンネルの情報を信号光LSに記録することが可能となる。 On the other hand, if oriented in a vertical direction of 90 degrees of the liquid crystal SLM71 on paper, it is possible to produce a polarization of the zero-order light having an amplitude of parallel 0-degree direction to the paper surface as the reference light L R. At the same time, the polarization of the + 1st order diffracted light having an amplitude in the direction of 90 degrees perpendicular to the paper surface and the phase of which is spatially modulated by the SLM 71 can be generated as the signal light L S. Therefore, if two spatial modulation systems 70 are provided in the optical information recording / reproducing apparatus for two polarization components having orthogonal polarization directions, information on two channels is recorded on the signal light L S using the two polarization components. It becomes possible.
以上のような第6の実施形態は、SLM71に斜め方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって、参照光LR及び位相の空間変調によって情報が記録された偏光成分を有する信号光LSを生成するようにしたものである。このため、第6の実施形態においても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。 In the sixth embodiment as described above, a signal having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of the reference light LR and the phase by making linearly polarized light having a predetermined polarization direction obliquely incident on the SLM 71. The light L S is generated. For this reason, also in 6th Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
また、第6の実施形態では、SLM71に入射する入射光LINが一様でなく、ビームアレイとなっている。その結果、原理的に、+1次回折光及び−1次回折光の発生方向に形成される縞状の光のパターンの強度変化が整数周期とならなくても、ノイズを十分に低減することができる。従って、単位領域内において整数周期又は整数周期でない周期で強度が変化する縞状の光のパターンをSLM71に形成することによって、参照光LR及び再生可能な信号光LSを生成することができる。 Further, in the sixth embodiment, the incident light L IN incident on the SLM 71 is not uniform and is a beam array. As a result, in principle, noise can be sufficiently reduced even if the intensity change of the striped light pattern formed in the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light does not become an integer period. Therefore, the reference light L R and the reproducible signal light L S can be generated by forming, on the SLM 71, a striped light pattern whose intensity changes with an integer period or a non-integer period in the unit region. .
(第7の実施形態)
第7の実施形態における光情報記録再生装置では、複数の可変位相子 (VR: variable retarder)を配列して構成されるVRアレイ用いて、p偏光成分とs偏光成分の振幅比及び位相差の少なくとも一方を空間的に変調できるように空間変調系を構成した点が第1から第6の実施形態における各光情報記録再生装置と相違する。
(Seventh embodiment)
In the optical information recording / reproducing apparatus in the seventh embodiment, the amplitude ratio and the phase difference between the p-polarized component and the s-polarized component are obtained using a VR array configured by arranging a plurality of variable retarders (VR). The difference between the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to sixth embodiments is that the spatial modulation system is configured so that at least one of them can be spatially modulated.
また、第7の実施形態における光情報記録再生装置では、第6の実施形態と同様に、直交した偏光成分を信号光及び参照光としている。但し、第7の実施形態における光情報記録再生装置では、信号光及び参照光を分離するために、複数のウォラストンプリズム(WP: Wollaston prism)を配列して構成されるWRアレイが用いられる。 Further, in the optical information recording / reproducing apparatus in the seventh embodiment, orthogonal polarization components are used as signal light and reference light, as in the sixth embodiment. However, in the optical information recording / reproducing apparatus in the seventh embodiment, a WR array configured by arranging a plurality of Wollaston prisms (WP) is used to separate the signal light and the reference light.
第7の実施形態における光情報記録再生装置の他の構成および作用については特に言及しない限り、第1から第6の実施形態における各光情報記録再生装置と実質的に同等である。このため、空間変調系のみ図示し、第1から第6の実施形態における各光情報記録再生装置と同様な内容については説明を省略する。 Unless otherwise specified, the other configurations and operations of the optical information recording / reproducing apparatus in the seventh embodiment are substantially the same as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to sixth embodiments. For this reason, only the spatial modulation system is illustrated, and the description of the same contents as those of the optical information recording / reproducing apparatuses in the first to sixth embodiments is omitted.
図28は本発明の第7の実施形態に係る光情報記録再生装置に備えられる空間変調系の構成を示す図である。 FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a spatial modulation system provided in an optical information recording / reproducing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
図28に示すように、空間変調系80を、x軸方向及びy軸方向に2D的にVRを配列して構成される第1及び第2の2つのVRアレイ81、82と、x軸方向及びy軸方向に2D的にWPを配列して構成される1つのWPアレイ83とを用いて構成することができる。VRは電気光学素子又は液晶素子で構成される。 As shown in FIG. 28, the spatial modulation system 80 includes first and second VR arrays 81 and 82 configured by arranging VRs in 2D in the x-axis direction and the y-axis direction, and the x-axis direction. And a single WP array 83 configured by arranging WPs in 2D in the y-axis direction. VR is composed of an electro-optic element or a liquid crystal element.
第1のVRアレイ81は、空間変調系80への入射光LINに含まれるp偏光成分とs偏光成分の振幅比の変調を行うための光学素子である。一方、第2のVRアレイ82は、第1のVRアレイ81を透過した偏光に含まれるp偏光成分とs偏光成分の位相差の変調を行うための光学素子である。具体的には、第1及び第2のVRアレイ81、82を構成する各VRに印加される電圧の独立した制御によって、p偏光成分とs偏光成分の振幅比及び位相差の一方又は双方を空間変調することができる。従って、振幅比及び位相差の双方を変調する場合には、第1のVRアレイ81と第2のVRアレイ82のペアを用いて空間変調系80が構成される。 First VR array 81 is an optical element for performing modulation of the p-polarized light component and s the amplitude ratio of the polarized light components contained in the incident light L IN to spatial modulation system 80. On the other hand, the second VR array 82 is an optical element for modulating the phase difference between the p-polarized component and the s-polarized component included in the polarized light transmitted through the first VR array 81. Specifically, one or both of the amplitude ratio and the phase difference between the p-polarized component and the s-polarized component are controlled by independent control of the voltage applied to each VR constituting the first and second VR arrays 81 and 82. Spatial modulation can be performed. Therefore, when both the amplitude ratio and the phase difference are modulated, the spatial modulation system 80 is configured using a pair of the first VR array 81 and the second VR array 82.
例えば、64×64のVRを配列した第1及び第2のVRアレイ81、82を空間変調系80に設ければ、図4(B)に示すような64×64画素の画像データ或いは図5(B)に示すような64×64画素の多値画像データのいずれかを単一の偏光成分に記録することができる。 For example, if the first and second VR arrays 81 and 82 in which 64 × 64 VRs are arranged are provided in the spatial modulation system 80, the image data of 64 × 64 pixels as shown in FIG. Any of 64 × 64 pixel multi-value image data as shown in (B) can be recorded in a single polarization component.
第1及び第2のVRアレイ81、82において情報が記録された偏光は、WPアレイ83に入射する。WPアレイ83を構成する各WPは、方解石や水晶等で構成される2つのプリズムを、互いの結晶軸が直交するように組み合わせた複屈折性を有する光学素子である。WPを用いると、入射光をある開き角を成す直交する2つの偏光成分に分離することができる。従って、WPアレイ83に入射した偏光は、信号光LS及び参照光LRに分離される。 The polarized light on which information is recorded in the first and second VR arrays 81 and 82 enters the WP array 83. Each WP constituting the WP array 83 is an optical element having birefringence in which two prisms made of calcite, quartz, and the like are combined so that their crystal axes are orthogonal to each other. When WP is used, incident light can be separated into two orthogonal polarization components forming an opening angle. Accordingly, the polarized light incident on the WP array 83 is separated into the signal light L S and the reference light L R.
そして、WPアレイ83から出射する信号光LS及び参照光LRは、コリメータレンズ84によって絞られてSF85に入射する。そして、SF85を通過した信号光LS及び参照光LRが照射光生成系の出力光とされる。 Then, the signal light L S and the reference light L R emitted from the WP array 83 are focused by the collimator lens 84 and enter the SF 85. Then, the signal light L S and the reference light L R that have passed through the SF 85 are used as output light of the irradiation light generation system.
以上のような第7の実施形態は、複数の画素に対応して2次元的に配列された複数のVRを用いて、信号光となる偏光成分に情報を記録するようにしたものである。加えて、2つの偏光成分として直交する信号光LS及び参照光LRを、プリズムによって常光線(ordinary ray:O光線)及び異常光線(extraordinary ray:E光線)として分離するようにしたものである。 In the seventh embodiment as described above, information is recorded in a polarization component that becomes signal light using a plurality of VRs that are two-dimensionally arranged corresponding to a plurality of pixels. In addition, the signal light L S and the reference light L R that are orthogonal as two polarization components are separated into ordinary rays (ordinary ray: O rays) and extraordinary rays (E rays) by a prism. is there.
つまり、第7の実施形態では、信号光LSが+1次回折光としてではなく、複屈折性を有するプリズムによって分けられた光として生成される。一方、参照光LRが0次光としてではなく、プリズムによって分けられた別の光として生成される。従って、情報の再生時には、プリズムによって分けられた光に対応する光として生じる再生信号光と、プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる参照光とが重ね合わさった状態で撮像される。 That is, in the seventh embodiment, the signal light L S is generated not as + 1st order diffracted light but as light separated by a birefringent prism. Meanwhile, instead of the reference light L R is as 0-order light is produced as a separate light separated by the prism. Therefore, when reproducing information, the reproduction signal light generated as light corresponding to the light divided by the prism and the reference light generated as light corresponding to another light divided by the prism are superimposed and imaged. .
このため、第7の実施形態においても、他の実施形態と同様な効果を得ることができる。また、電気光学素子の応答は、SLMの応答に比べて速いため、信号光への情報の記録をより高速に行うことができる。 For this reason, also in 7th Embodiment, the effect similar to other embodiment can be acquired. Further, since the response of the electro-optical element is faster than the response of the SLM, information can be recorded on the signal light at a higher speed.
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
(Other embodiments)
Although specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples, and do not limit the scope of the invention. The novel methods and apparatus described herein can be implemented in a variety of other ways. Various omissions, substitutions, and changes can be made in the method and apparatus described herein without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents include such various forms and modifications as are encompassed by the scope and spirit of the invention.
例えば、上述した第1、第2及び第4の実施形態では、ベクトル波としての信号光のp偏光成分及びs偏光成分の2つの偏光成分に第1の情報及び第2の情報を記録する例について述べたが、p偏光成分及びs偏光成分以外の2つの偏光成分に第1の情報及び第2の情報を記録するようにしてもよい。例えば、信号光の光路上にQWPを配置すれば、右回り円偏光及び左回り円偏光の2つの偏光成分に第1の情報及び第2の情報を記録することができる。このように、任意の光学素子を信号光の光路上に配置することによって、右回り楕円偏光及び左回り楕円偏光の2つの偏光成分に第1の情報及び第2の情報を記録することができる。 For example, in the first, second, and fourth embodiments described above, the first information and the second information are recorded in the two polarization components of the p-polarization component and the s-polarization component of the signal light as a vector wave. As described above, the first information and the second information may be recorded in two polarization components other than the p-polarization component and the s-polarization component. For example, if the QWP is arranged on the optical path of the signal light, the first information and the second information can be recorded in two polarization components of clockwise circular polarization and counterclockwise circular polarization. As described above, by arranging an arbitrary optical element on the optical path of the signal light, the first information and the second information can be recorded in the two polarization components of the clockwise elliptical polarization and the counterclockwise elliptical polarization. .
つまり、少なくとも2つのSLM又は必要な数の可変回折格子アレイを用いて互いに直交する任意の2つの偏光成分にそれぞれ情報が記録された信号光を生成することができる。また、位相及び振幅の空間変調によって偏光成分の実部と虚部にそれぞれ情報が記録された信号光を生成することもできる。 That is, it is possible to generate signal light in which information is recorded in any two polarization components orthogonal to each other using at least two SLMs or a necessary number of variable diffraction grating arrays. It is also possible to generate signal light in which information is recorded in the real part and the imaginary part of the polarization component by spatial modulation of the phase and amplitude.
換言すれば、信号光の光路上に光学素子を配置することによって、第1の情報が記録されるp偏光成分及び第2の情報が記録されるs偏光成分を、それぞれ他の偏光成分に変えることができる。或いは、第1の情報が記録された偏光成分及び第2の情報が記録された偏光成分を、p偏光成分及びs偏光成分以外の2つの偏光成分として空間変調系において生成することができる。その場合においても、p偏光成分及びs偏光成分に情報を記録する場合と同様な方法で、情報記録媒体2への情報の記録及び情報記録媒体2に記録された情報の再生を行うことができる。 In other words, by arranging an optical element on the optical path of the signal light, the p-polarized component in which the first information is recorded and the s-polarized component in which the second information is recorded are changed to other polarized components, respectively. be able to. Alternatively, the polarization component in which the first information is recorded and the polarization component in which the second information is recorded can be generated in the spatial modulation system as two polarization components other than the p-polarization component and the s-polarization component. Even in this case, information can be recorded on the information recording medium 2 and information recorded on the information recording medium 2 can be reproduced in the same manner as when information is recorded on the p-polarized component and the s-polarized component. .
また、単一の偏光成分に情報を記録する第3、第5及び第6の実施形態においても、所望の光学素子の配置によって、p偏光やs偏光等の直線偏光、右回り円偏光や左回り円偏光等の円偏光、右回り楕円偏光や左回り楕円偏光等の楕円偏光に情報を記録することができる。 In the third, fifth, and sixth embodiments in which information is recorded in a single polarization component, linearly polarized light such as p-polarized light and s-polarized light, clockwise circularly polarized light, and left Information can be recorded in circularly polarized light such as circularly polarized light and elliptically polarized light such as clockwise elliptically polarized light and counterclockwise elliptically polarized light.
尚、第2の実施形態に示されたVGA31は、p偏光又はs偏光を入射させる場合の例である。このため、各可変回折格子において透過率が変化する方向が、可変回折格子の配列方向に対して45傾斜している。但し、VGA31に円偏光や楕円偏光を入射させる場合には、各可変回折格子の透過率が変化する方向を任意の方向に決定することができる。つまり、入射させる偏光に応じて複数の可変回折格子の透過率が特定の方向に変化する光学素子としてVGA31を構成することができる。また、透過率が変化する方向は、図19に示す例であれば、液晶の傾斜方向によって決定することができる。 The VGA 31 shown in the second embodiment is an example when p-polarized light or s-polarized light is incident. For this reason, the direction in which the transmittance changes in each variable diffraction grating is inclined 45 with respect to the arrangement direction of the variable diffraction grating. However, when circularly polarized light or elliptically polarized light is incident on the VGA 31, the direction in which the transmittance of each variable diffraction grating changes can be determined as an arbitrary direction. That is, the VGA 31 can be configured as an optical element in which the transmittance of the plurality of variable diffraction gratings changes in a specific direction in accordance with the incident polarized light. Further, the direction in which the transmittance is changed can be determined by the tilt direction of the liquid crystal in the example shown in FIG.
1...光情報記録再生装置、2...情報記録媒体、3...照射光生成系、4...照射系、5...撮像系、6...情報再生系、7...レーザ光源、8...1/2波長板(HWP)、9...第1のコリメータレンズ、10...第1の空間フィルタ(SF)、11...第2のコリメータレンズ、12...第1のミラー、13...第2のミラー、14...偏光ビームスプリッタ(PBS)、15...第1の空間光変調器(SLM)、16...第2のSLM、17...第3のコリメータレンズ、18...第2のSF、19...情報入力システム、20...第1の入力装置、21...第1の表示装置、22...情報処理装置、23...情報取得部、24...2Dコード化部、25...第4のコリメータレンズ、26...第5のコリメータレンズ、27...光検出器(PD)、28...第2の入力装置、29...第2の表示装置、30...情報再生部、31...可変回折格子アレイ(VGA)、32...第1の電極、33...第1の配向膜、34...液晶層、35...第2の配向膜、36...第2の電極、40...空間変調系、41...第1のVGA、42...第2のVGA、43...第1の1/4波長板(QWP)、44...第2のQWP、45...PBS、50...空間変調系、51...第1のVGA、52...第2のVGA、53...第3のVGA、54...第4のVGA、55...第1のPBS、56...第2のPBS、57...第3のPBS、58...第1のQWP、59...第2のQWP、60...空間変調系、61...音響光学(AO)素子アレイ、70...空間変調系、71...SLM、72...偏光子、80...空間変調系、81...第1の可変位相子(VR)アレイ、82...第2のVRアレイ、83...ウォラストンプリズム(WP)アレイ、84...コリメータレンズ、85...SF、LS...信号光、LR...参照光、LIN...入射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical information recording / reproducing apparatus, 2 ... Information recording medium, 3 ... Irradiation light generation system, 4 ... Irradiation system, 5 ... Imaging system, 6 ... Information reproduction system, 7 ... Laser light source, 8 ... 1/2 wavelength plate (HWP), 9 ... first collimator lens, 10 ... first spatial filter (SF), 11 ... second collimator Lens, 12 ... first mirror, 13 ... second mirror, 14 ... polarization beam splitter (PBS), 15 ... first spatial light modulator (SLM), 16 ... Second SLM, 17 ... third collimator lens, 18 ... second SF, 19 ... information input system, 20 ... first input device, 21 ... first display Device, 22 ... information processing device, 23 ... information acquisition unit, 24 ... 2D encoding unit, 25 ... fourth collimator lens, 26 ... fifth collimator lens, 27 ... .. Photodetector (PD), 28 ... second input device, 29 ... second display device, 30 ... information reproducing unit, 31 ... variable diffraction grating Ray (VGA) 32 ... first electrode 33 ... first alignment film 34 ... liquid crystal layer 35 ... second alignment film 36 ... second electrode 40 ... Spatial modulation system, 41 ... First VGA, 42 ... Second VGA, 43 ... First quarter wave plate (QWP), 44 ... Second QWP 45 ... PBS, 50 ... spatial modulation system, 51 ... first VGA, 52 ... second VGA, 53 ... third VGA, 54 ... fourth VGA 55 ... first PBS 56 ... second PBS 57 ... third PBS 58 ... first QWP 59 ... second QWP 60 ... Spatial modulation system, 61 ... Acousto-optic (AO) element array, 70 ... Spatial modulation system, 71 ... SLM, 72 ... Polarizer, 80 ... Spatial modulation system, 81 ... No. 1 variable phase shifter (VR) array, 82 ... second VR array, 83 ... Wollaston prism (WP) array, 84 ... collimator lens, 85 ... SF, L S ... Signal light, L R ... Reference light, L IN ... Incident light
Claims (18)
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射系は、前記情報を再生するための参照光が前記記録媒体に照射された場合に前記記録媒体から再生される信号光と前記記録媒体を透過した前記情報の再生用の前記参照光とが、撮像素子において重なるように、前記+1次回折光、前記−1次回折光又は前記プリズムによって分けられた光として生成された前記信号光と、前記0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成された前記参照光とを前記記録媒体に照射するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation system includes a signal light reproduced from the recording medium when the reference light for reproducing the information is irradiated on the recording medium, and the reference light for reproducing the information transmitted through the recording medium. , The signal light generated as the light divided by the + 1st order diffracted light, the −1st order diffracted light, or the prism and the other light divided by the 0th order light or the prism so as to overlap in the image sensor the optical information recording apparatus which is configured to irradiate the generated and said reference light to said recording medium as a.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、前記+1次回折光及び前記−1次回折光の発生方向に整数周期で強度が変化する縞状の光のパターンを単位領域内で形成することによって、前記+1次回折光及び前記−1次回折光を生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system forms a striped light pattern whose intensity changes in an integer period in the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light in a unit region, thereby the + 1st order diffracted light and the -1 optical information recording apparatus which is configured to produce diffracted light.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射系は、前記情報を再生するための参照光が前記記録媒体に照射された場合に前記記録媒体から再生される信号光と前記記録媒体を透過した前記情報の再生用の前記参照光とが、光学素子を経由せずに撮像素子において重なるように、前記+1次回折光又は前記−1次回折光として生成された前記信号光及び前記0次光として生成された前記参照光を前記記録媒体に照射するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation system includes a signal light reproduced from the recording medium when the reference light for reproducing the information is irradiated on the recording medium, and the reference light for reproducing the information transmitted through the recording medium. However, the signal light generated as the + 1st order diffracted light or the −1st order diffracted light and the reference light generated as the 0th order light are applied to the recording medium so as to overlap each other in the image sensor without passing through the optical element. the optical information recording apparatus which is configured to illuminate.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、前記+1次回折光及び前記−1次回折光の発生方向に対応する方向に画素値が規則的に変化する2次元的な複数の画素領域を単位とする画像情報に前記情報を変換し、前記+1次回折光及び前記−1次回折光の発生方向に対応する方向に入射する偏光の偏光状態を、前記画像情報の画素値に対応する変調量で空間変調することによって前記信号光及び前記参照光を生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system converts the information into image information having a plurality of two-dimensional pixel regions whose pixel values regularly change in a direction corresponding to the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light. And the signal light by spatially modulating the polarization state of the polarized light incident in the direction corresponding to the generation direction of the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light with a modulation amount corresponding to the pixel value of the image information. and an optical information recording device that is configured to generate the reference beam.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、2次元的に配列された複数の可変回折格子を有し、かつ各可変回折格子の透過率が前記複数の可変回折格子の配列方向に対して傾斜する特定の方向であって入射偏光に応じた前記特定の方向に変化する光学素子による前記入射偏光の空間変調によって前記信号光及び前記参照光を生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system has a plurality of variable diffraction gratings arranged two-dimensionally, and has a specific direction in which the transmittance of each variable diffraction grating is inclined with respect to the arrangement direction of the plurality of variable diffraction gratings. the optical information recording apparatus which is configured to generate the signal light and the reference light by the spatial modulation of the incident polarized light by the optical element that changes the specific direction corresponding to the incident polarization there.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、前記位相及び前記振幅の前記空間変調によって前記偏光成分の実部と虚部にそれぞれ情報が記録された信号光を生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system, the phase and the amplitude of the spatial modulation by the polarization component real part and the imaginary part the optical information recording apparatus in which information each of which is configured to generate a recorded signal light to the.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、少なくとも2つの空間光変調器を用いて前記情報を前記偏光成分に記録するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system, an optical information recording apparatus that is configured the information using at least two spatial light modulator to record the polarization components.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、複数の画素に対応して2次元的に配列された複数の可変位相子を用いて前記情報を前記偏光成分に記録し、前記信号光を前記プリズムによって分けられた光として生成する一方、前記参照光を前記プリズムによって分けられた別の光として生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system records the information in the polarization component using a plurality of variable phase shifters arranged two-dimensionally corresponding to a plurality of pixels, and the signal light is divided by the prism. while it generated as an optical information recording device that is configured to generate the reference light as a separate light separated by the prism.
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録する照射系と、
を備え、
前記照射光生成系は、空間光変調器に斜め方向に所定の偏光方位を有する直線偏光を入射させることによって、前記参照光及び前記位相の前記空間変調によって前記情報が記録された前記偏光成分を有する前記信号光を生成するように構成される光情報記録装置。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated An irradiation light generation system that generates zero-order light corresponding to the + 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, or another light divided by the prism;
An irradiation system that records the information on the recording medium as a three-dimensional optical anisotropy distribution by irradiating the recording medium having photosensitivity with the signal light and the reference light;
With
The irradiation light generation system causes the polarization component in which the information is recorded by the spatial modulation of the reference light and the phase by causing linearly polarized light having a predetermined polarization direction to enter the spatial light modulator in an oblique direction. the optical information recording apparatus which is configured to generate the signal light having.
感光性を有し、かつ3次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射する照射系と、
前記参照光の照射によって前記記録媒体から+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像する撮像系と、
撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生する情報再生系と、
を備える光情報再生装置。 An irradiation light generation system for generating reference light;
An irradiation system for irradiating the reference light onto a recording medium having photosensitivity and having information recorded as a three-dimensional optical anisotropy distribution;
Signal light generated as light corresponding to light divided from the recording medium by the reference light by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, and has at least one space of phase and amplitude The signal light having a polarization component in which the information is recorded as modulation, the 0th order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, or the light corresponding to another light separated by the prism An imaging system for imaging in a state in which the reference light is superimposed;
An information reproducing system for reproducing the information based on the imaged signal light;
An optical information reproducing apparatus comprising:
感光性を有する記録媒体に前記信号光及び前記参照光を照射することによって前記情報を3次元光学異方性分布として前記記録媒体に記録するステップと、
を有し、
前記情報を再生するための参照光が前記記録媒体に照射された場合に前記記録媒体から再生される信号光と前記記録媒体を透過した前記情報の再生用の前記参照光とが、撮像素子において重なるように、前記+1次回折光、前記−1次回折光又は前記プリズムによって分けられた光として生成された前記信号光と、前記0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光として生成された前記参照光とを前記記録媒体に照射する光情報記録方法。 Signal light having a polarization component in which information is recorded by spatial modulation of at least one of phase and amplitude is generated as light divided by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, while a reference light is generated Generating as zero-order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, or as another light divided by the prism;
Irradiating the photosensitive recording medium with the signal light and the reference light to record the information as a three-dimensional optical anisotropy distribution on the recording medium;
Have,
When the recording medium is irradiated with reference light for reproducing the information, signal light reproduced from the recording medium and the reference light for reproducing the information transmitted through the recording medium are received in the imaging device. The signal light generated as the light divided by the + 1st order diffracted light, the −1st order diffracted light, or the prism and the 0th order light or the light generated as another light divided by the prism so as to overlap each other An optical information recording method for irradiating the recording medium with reference light .
感光性を有し、かつ3次元光学異方性分布として情報が記録された記録媒体に前記参照光を照射するステップと、
前記参照光の照射によって前記記録媒体から+1次回折光、−1次回折光又は複屈折性を有するプリズムによって分けられた光に対応する光として生じる信号光であって、位相及び振幅の少なくとも一方の空間変調として前記情報が記録された偏光成分を有する前記信号光と、前記+1次回折光及び前記−1次回折光に対応する0次光又は前記プリズムによって分けられた別の光に対応する光として生じる前記参照光とを重ね合わせた状態で撮像するステップと、
撮像された前記信号光に基づいて前記情報を再生するステップと、
を有する光情報再生方法。 Generating a reference beam;
Irradiating a recording medium having photosensitivity and recorded information as a three-dimensional optical anisotropy distribution with the reference light;
Signal light generated as light corresponding to light divided from the recording medium by the reference light by a + 1st order diffracted light, a −1st order diffracted light, or a birefringent prism, and has at least one space of phase and amplitude The signal light having a polarization component in which the information is recorded as modulation, the 0th order light corresponding to the + 1st order diffracted light and the −1st order diffracted light, or the light corresponding to another light separated by the prism Imaging with reference light superimposed,
Regenerating the information based on the imaged signal light;
An optical information reproducing method.
各可変回折格子の透過率が前記複数の可変回折格子の配列方向に対して傾斜する特定の方向であって入射偏光に応じた前記特定の方向に変化するように構成される光学素子。 A plurality of variable diffraction gratings arranged two-dimensionally;
An optical element configured such that a transmittance of each variable diffraction grating is a specific direction inclined with respect to an arrangement direction of the plurality of variable diffraction gratings and changes in the specific direction according to incident polarized light.
2次元的に配列された複数の第2の電極と、
前記第1の電極と前記複数の第2の電極との間に配置され、かつ前記第2の電極の配列方向に対して傾斜する特定の方向であって入射偏光に応じた前記特定の方向に、前記複数の第2の電極の各幅に応じた周期で厚さが周期的に変化する液晶層と、
を有する光学素子。 A first electrode;
A plurality of second electrodes arranged two-dimensionally;
Disposed between the first electrode and the plurality of second electrodes, and the said specific direction in response to the incident polarized light to a particular direction inclined with respect to the arrangement direction of the second electrode A liquid crystal layer whose thickness periodically changes at a period corresponding to each width of the plurality of second electrodes;
An optical element.
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