WO2006030728A1 - ホログラム再生装置及びホログラム再生方法 - Google Patents

ホログラム再生装置及びホログラム再生方法 Download PDF

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WO2006030728A1
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image
hologram
reproduced
recording material
reference light
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Nobuhiro Kihara
Shigeyuki Baba
Hisayuki Yamatsu
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Sony Corp
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    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
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    • G03H1/2286—Particular reconstruction light ; Beam properties
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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H2001/2223—Particular relationship between light source, hologram and observer

Definitions

  • the present invention relates to a hologram reproducing apparatus that reproduces a hologram volume-recorded on a hologram recording material (hologram recording medium), and particularly corrects deterioration of a reproduced image due to volume change and refractive index change of the recording material during hologram recording. It relates to a hologram reproduction method for reproduction.
  • This hologram recording / reproducing system uses, for example, a signal light including recording data generated by a spatial light modulation means such as a liquid crystal element and a reference light set corresponding to this signal light as a hologram recording material (hereinafter simply referred to as a recording material).
  • the recording system that records the interference fringes generated by the signal light and the reference light on the recording material and the interference fringes recorded by irradiating the hologram recording material with the reference light
  • the diffracted light (reproduced signal light) is generated, received by a light receiving element such as a CCD image sensor, and analyzed, thereby reproducing the data.
  • a hologram per spatial light modulation means recorded in this way is called a page.
  • multiple recording is used to improve the recording density. This is different from recording on a conventional optical disc, when recording a large number of independent pages in one place!
  • Typical examples of such multiplex recording methods are angle multiplex recording, shift multiplex recording, and phase code multiplex recording, and many other multiplex methods are known.
  • the angle multiplexing method records and reproduces a large number of independent pages in one place by changing the angle of the reference beam. Shift multiplex performs multiplex recording by shifting the recording position little by little.
  • phase code multiplexing a single page is recorded by simultaneously applying reference light from various directions. However, at that time, the phase of the reference light from each direction By combining this phase change in various ways, a large number of independent pages can be recorded and reproduced in one place.
  • hologram recording materials particularly photopolymer materials
  • Ru Non-Patent Document:... Holographic Data Storage; HJCouf al, D Ps altis, G T Sincerbox ED; Springer; p.185 Photopolymer 3 ⁇ 4ystem
  • FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams for explaining a case where there is no volume change in the recording material.
  • the interference fringes 60 of the signal light 100 and the reference light 200 are volume-recorded on the recording material 12.
  • the interference fringes are displayed as parallel light.
  • the signal light is not parallel light
  • the recorded interference fringes are not parallel light.
  • Reference light 20 at the same angle as the reference light 200 at the time of recording is obtained. In this case, a beautiful reproduced image as shown in Fig. 15B can be obtained with respect to the recorded image as shown in Fig. 15A.
  • the interference fringes 60 recorded on the recording material 12 change as shown in FIG. 16B as the recording material 12 shrinks (shrinks).
  • the reference light 20CT is incident on the recording material 12 thus changed at the same angle as the reference light 200 at the time of recording, the Bragg condition with the interference fringes recorded on the recording material 12 cannot be satisfied.
  • the reproduced image as a whole with respect to the recorded image as shown in FIG. 17A does not become a beautiful image and may not be reproduced in some cases.
  • the present invention provides a hologram reproducing apparatus for obtaining a reproduced image by irradiating a hologram recording material with reference light, and a plurality of reproduced images of the same page on which the hologram recording material force is also reproduced.
  • Image acquisition means for acquiring a sheet
  • image cutout means for cutting out each predetermined characteristic portion of the plurality of acquired reproduction images, and a predetermined characteristic portion of the cut-out reproduction image to be combined into one sheet
  • an image composition means for making a reproduced image.
  • the present invention is a method for reproducing a hologram by irradiating a hologram recording material with reference light to obtain a reproduced image, and obtaining a plurality of reproduced images of the same page reproduced from the hologram recording material. And a step of synthesizing predetermined characteristic portions of the acquired reproduction images into one reproduction image.
  • the angle at which the reference light is changed to satisfy the Bragg condition. If a reproduced image is not obtained without a single defect even if it is in a state, change the angle and irradiation position of the reference light multiple times to obtain a good reproduced image with only a part of the image on the same page. A plurality of images are obtained, and good portions of these reproduced images are connected by image composition to obtain one good reproduced image without defects.
  • the angle at which the reference light is incident, or when the irradiation position is changed while keeping the incident angle constant, is recorded at the same location of the hologram recording material, and a plurality of pages of images are acquired.
  • control is performed so as to acquire a plurality of images of the same page recorded in the same location of the hologram recording material, and a predetermined reproduction image is obtained.
  • the characteristic portion is determined by image processing, the predetermined characteristic portion of the determined reproduction image is cut out, and the predetermined characteristic portion is combined to be combined into a single reproduction image.
  • the present invention when a hologram is recorded, when the volume change and refractive index change occur in the hologram recording material, the closest state that satisfies the Bragg condition by changing the angle and irradiation position of the reference light
  • the closest state that satisfies the Bragg condition by changing the angle and irradiation position of the reference light
  • multiple good reproduced images with only some defects are obtained by changing multiple angles of the reference light or irradiation position, and these reproduced images are reproduced.
  • By combining the good parts of the image by image composition it is possible to obtain a good reproduction image without a single defect.
  • a good part (predetermined characteristic part) without a defect of the reproduced image is determined once for each incident angle of the reference light or each irradiation position of the reference light, and then another page is reproduced using this determination result.
  • Data indicating the relationship between the incident angle of the hologram recording material of the reference light, the irradiation position, and the predetermined characteristic portion position of the reproduced image is stored in advance by cutting out the predetermined characteristic portion of the image, and the stored data is By using this to cut out a predetermined characteristic portion of the reproduced image, high-speed image processing can be achieved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hologram reproducing device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration example of the control unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a reproduced image with respect to an angle of reference light during reproduction in the apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a reproduced image with respect to the angle of reference light during reproduction in the apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a reproduced image with respect to the angle of reference light during reproduction in the apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an image processing operation of the control unit shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a target reproduction image when the image processing operation of the control unit shown in FIG. 1 is performed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a hologram reproducing device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a detailed configuration example of the control device shown in FIG.
  • FIG. 10A is a diagram for explaining a correction method for changing the irradiation position by a minute distance, not the incident angle of the reference light on the hologram recording material.
  • FIG. 10B is a diagram for explaining a correction method for changing the irradiation position by a minute distance, not the incident angle of the reference light on the hologram recording material.
  • FIG. 11A is a view showing an example of a reproduced image on the same page with respect to the irradiation position of the reference light on the hologram recording material.
  • FIG. 11B is a diagram showing an example of a reproduced image on the same page with respect to the irradiation position of the reference light on the hologram recording material.
  • FIG. 11C is a diagram showing a reproduction image example of the same page with respect to the irradiation position of the reference light on the hologram recording material.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an image processing operation of the control device shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a target reproduction image when the image processing operation of the control device shown in FIG. 8 is performed.
  • FIG. 14A is a diagram for explaining a recording operation of a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 14B is a diagram for explaining a recording operation of a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 15A is a view showing an example of a recorded image in a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 15B is a diagram showing an example of a reproduced image in a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 16A is a diagram showing an operation of reproducing a hologram recording material in which volume change or refractive index change has occurred in a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 16B is a diagram showing an operation of reproducing a hologram recording material in which volume change or refractive index change is caused by a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 17A is a diagram showing an example of a recorded image recorded by a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 17B shows an example of a reproduced image reproduced by a conventional hologram recording / reproducing apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hologram reproducing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the hologram (recording) playback device consists of a laser light source 1, an ND filter 2, a half-wave plate 3, a signal beam expander 4a, a reference beam expander 4b, a shutter 5, a mirror 6, a polarizing beam splitter 7, and a shutter. 8, spatial light modulator 10, signal light optical system 11, rotating mirror 13, reference light optical system 14, reproduction light optical system 15, imaging device 16, and control device 18, and the hologram recording material 12 An image is recorded and the image is reproduced from the hologram recording material 12.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration example of the control device shown in FIG.
  • the control device 18 includes a CPU 181, a memory 182, an image processing unit 183, an image memory 184, an interface 185, and an interface 186.
  • the interface 185 connects the imaging device 16 shown in FIG. 1, and the interface 186 is a rotating mirror 13.
  • the drive device (not shown) is connected.
  • the CPU 181 controls the reflection angle of the rotating mirror 13 through the interface 186, and inputs reproduced image data from the imaging device 16 through the interface 185 into the device.
  • the control device 18 acquires a plurality of images on the same page by changing the incident angle of the reference beam 200 on the hologram recording material 12 slightly. It has a function of performing a control to determine a good portion of each image by image processing, cut out a plurality of obtained good portions, and combine the images into a single image.
  • the coherent laser light emitted from the laser light source 1 is adjusted in intensity by the ND filter 2 and then the polarization plane is adjusted by the half-wave plate 3, and then enters the mirror 6 through the shutter 5. Then, the optical path is changed, and the polarization beam splitter 7 branches the signal light 100 and the reference light 200 at a desired intensity ratio.
  • the signal light 100 enters the signal light beam expander 4 a via the shutter 8, is spread into a parallel beam, and then enters the spatial light modulator 10.
  • the signal light 100 is intensity-modulated by the spatial light modulator 10 displaying the data page (recorded image), and the modulated signal light 100 is condensed on the hologram recording material 12 by the signal light optical system 11.
  • the reference beam 200 is incident on the beam expander 4b for the reference beam and is expanded into a parallel beam, and then is incident on the rotary mirror 13 whose angle of the reflecting surface can be changed and reflected at a certain angle to change the optical path. Thereafter, the light enters the reference light optical system 14 of the 4f system and is focused on the hologram recording material 12 by the reference light optical system 14. As a result, the signal light 100 and the reference light 200 are overlapped in the hologram recording material 12, and the resulting interference fringes are recorded on the hologram recording material 12.
  • the reference light 200 is incident on the hologram recording material 12.
  • the angle changes, and multiple data pages are recorded in the same recording area of the hologram recording material 12.
  • the diffracted light generated by irradiating the hologram recording material 12 with the same reference light as the reference light 200 (hereinafter referred to as the reference light 200). Is incident on the reproducing light optical system 15, and this diffracted light is imaged on the imaging device 16 by the reproducing light optical system 15.
  • the imaging device 16 photoelectrically converts the received diffracted light, and the obtained light reception signal is analyzed and reproduced as image data.
  • the incident angle of the reference beam 200 with respect to the hologram recording material 12 is changed by rotating the rotating mirror 13, thereby sequentially reproducing the image data multiplexedly recorded in one recording area.
  • the control device 18 performs various controls such as opening and closing of the shutters 5 and 8 during the above recording, angle control of the reflecting surface of the rotating mirror 13 and display of the recorded image on the spatial light modulator 10, and also during the recording, the shutter 5 , 8, and angle control of the reflecting surface of the rotating mirror 13, and image processing such as synthesis of a reproduced image obtained from the imaging device 16 is performed as necessary.
  • the control device 18 of the present embodiment changes the reflection angle of the rotating mirror 13, and for example, as shown in FIG. 3 (A), FIG. 4 (A), and FIG. Fig. 3 (B), Fig. 4 (B), and Fig. 5 (B) show the reproduction signal light 300 generated by changing the incident angle on the hologram recording material 12 and receiving it by the imaging device 16. Reproduced images 51, 52, and 53 are obtained.
  • the reference light 20 adjusts the incident angle of ⁇ and irradiates the hologram recording material 12 so as to be closest to the Bragg condition. Since the Bragg conditions are different for each angle of view of the optical image, a complete reconstructed image cannot be obtained and there are no defects as shown in Fig. 3 (B), Fig. 4 ((), and Fig. 5 (B). Only reconstructed images with parts 511, 521, 531 (parts that are beautifully reproduced like the original image) can be obtained.
  • control device 18 of the present embodiment acquires a plurality of partially defect-free images such as 51, 52, and 53 of FIG. 6 for the same page image, and the plurality of images.
  • a beautiful image without defects as shown in 54 of Fig. 6 is obtained.
  • the CPU 181 of the control device 18 rotates the rotating mirror 13 to change the incident light on the hologram recording material 12 of the reference light 20 (from the imaging device 16 as shown in FIG.
  • the reproduced images 51 to 53 are stored in the image memory 184. Thereafter, the CPU 181 takes out the reproduced images in the image memory 184 one by one and sends them to the image processing unit 183.
  • the image processing unit 183 displays the reproduced images 51 to 53. 53, it recognizes which part of the image range is good, and recognizes the correspondence between the reference light 20 (the incident angle of the light and the position of the good image in the memory 182).
  • [0027] As a method for determining a good portion of a reproduced image by image processing, (1) determining the brightness or diffraction efficiency of each image portion. (2) Determine the contrast ratio of each image portion. (3) Each There are methods such as determining the amount of noise in the image portion.
  • the CPU 181 refers to the recognition result stored in the memory 182 to take out only the good portions of each reproduced image from the image memory 184 and continuously combine these good portions to obtain one defect. Synthesizes playback image 54 with no image.
  • the image processing unit 183 takes out each reproduced image acquired from the image memory 184 in units of columns (width is, for example, one pixel) and looks at the diffraction efficiency (or contrast ratio) of the portion, Cut out the image range of diffraction efficiency (or contrast ratio) higher than the level as a good image part, and connect the cut out good image parts to synthesize one beautiful reproduced image 54 without defects.
  • a plurality of reproduced images acquired in the image memory 184 are all cut out in units of columns (width is, for example, one pixel), and a reproduced image portion having a diffraction efficiency (or contrast ratio) of a predetermined level or higher in the reproduced images in units of columns.
  • the above-described predetermined level of the diffraction efficiency may be a fixed value or may have a different value for each portion of the image.
  • the diffraction efficiency of the predetermined level is set in accordance with a Gaussian distribution that is high for the center portion of the page of the image area divided by the reproduced image row and low for the end portion of the page.
  • the correspondence between the reference beam 20CT and the good portion position of the reproduced image at that time is obtained by image processing for each reproduced image (data page). It is not effective for only one playback image, but is usually effective for other playback images. Therefore, after obtaining the above-mentioned correspondence for one reproduced image, it is stored in the memory 182 in the apparatus, and the reproduced images of other pages are also good using this correspondence. The image portion may be cut out. Also, when measuring the above correspondences for the first time, prepare a data page for measurement (a data page with a pattern that makes it easy to measure the diffraction efficiency and contrast ratio of each part of the reproduced image), and reproduce this data page. If the correspondence described above is obtained, the measurement accuracy can be improved.
  • the reference beam 20 when a volume change and a refractive index change occur in the recording material 12 during hologram recording, the reference beam 20 (changes the angle of the eyelid to satisfy the Bragg condition). If the reproduced image cannot be obtained without a single defect even in the most recent state, the reference beam 20 (changes the angle of the ridge several times and there is no defect in the image on the same page) A plurality of good reproduction images 51 to 53 can be obtained, and good portions of these reproduction images can be connected by image composition to obtain one good reproduction image 54 without defects.
  • the correspondence relationship between the angle of the reference light and the good portion position shown in FIG. 7 that is clearly reproduced in one reproduced image can be obtained theoretically.
  • the correspondence relationship is stored in the memory 182 of the control device 18 in advance, and the above-described one good reproduced image 54 having no defect can be obtained by using the correspondence relationship data in the memory 182 at the time of hologram reproduction.
  • the amount of change such as the temperature change during recording and reproduction enters the theoretical parameter at that time, for example, in the case of temperature, it is necessary to measure the temperature of the hologram recording material 12 during reproduction. In addition, if necessary, the temperature at the time of recording must also be measured and recorded in the hologram recording material 12.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a hologram reproducing device according to the second embodiment of the present invention.
  • the hologram reproducing device performs hologram recording by the shift multiplex method, laser light source 21, polarization beam splitter 22, mirror 23, Fourier lens 24, mirror 25, spatial light modulator 26, Fourier lens 27, hologram recording material 28, and inverse Fourier. It has a lens 29, an imaging device 30, a spindle motor 31, an actuator 32, and a control device 33 such as a personal computer.
  • the control device 33 minutely changes the position of the reference light while maintaining the incident angle, and is the same every time the reference light is minutely changed. Controls such as acquiring multiple images of a page, determining and cutting out predetermined characteristic parts of the acquired images, and combining the obtained predetermined characteristic parts into a single image to create a playback image Shall be performed.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a detailed configuration example of the control device shown in FIG.
  • the control device 33 includes a CPU 201, a memory 202, an image processing unit 203, an image memory 204, an interface 205, and an interface 206.
  • the interface 205 connects the imaging device 30 shown in FIG. 8, and the interface 206 includes an actuator 32. Connected.
  • the CPU 201 controls the movement of the reference light optical system through the interface 206, and inputs reproduced image data from the imaging device 30 into the device through the interface 205.
  • the data page to be recorded is displayed on the spatial light modulator (transmissive liquid crystal display) 26, and then the coherent laser light emitted from the laser light source 21 is incident on the polarization beam splitter 22.
  • the signal light 100 and the reference light 200 are branched.
  • the signal light 100 is incident on the spatial light modulator 26 via the mirror 25.
  • the signal light 100 is spatially modulated (intensity modulated) by passing through the spatial light modulator 26 on which the data page is displayed.
  • the modulated signal light 100 is condensed on the recording area of the hologram recording material 28 by the Fourier lens 27.
  • the reference beam 200 is irradiated by the Fourier lens 24 so as to intersect the signal beam 100 and the hologram recording material 28 at a certain angle, thereby generating interference fringes.
  • the data page described above is recorded on the hologram recording material 28 as a refractive index distribution according to the spatial distribution of the interference fringes.
  • the control device 33 controls the spindle motor 31 to move the hologram recording material 28 relative to the optical system by a certain distance to record the next hologram.
  • the disk-shaped hologram recording material 28 is rotated by a certain angle by the spindle motor 31.
  • the hologram recording material 28 is rotated around the circumference, the optical system or the hologram recording material 28 is moved in the radial direction, and recording is performed again in the inner circumferential direction of the material.
  • a hologram recorded in this way is reproduced, it is the same as when the hologram is recorded.
  • the hologram recording material 28 is irradiated with reference light (reference light) 200 having the same incident angle from the same position.
  • reference light reference light
  • diffracted light corresponding to the interference fringes recorded on the recording track of the hologram recording material 28 is generated, and this diffracted light is condensed and received by the inverse Fourier lens 29 on the image pickup device in the image pickup device 30.
  • the obtained light reception signal is analyzed and becomes the original image data (data page).
  • the control device 33 performs a series of operations for correcting the volume change or refractive index change as described below.
  • the reference light is not parallel light, such as spherical wave shift multiplex recording, speckle multiplex recording, or phase code multiplex recording
  • the image quality of the playback image deteriorates due to the deviation of the Bragg condition force as described above.
  • the force was applied by a minute change in the incident angle of the reference beam 20CT to the hologram recording material 28.
  • the irradiation position of the reference beam 20CT on the hologram recording material 28 is changed by changing the recording force by a minute distance. Thereby, at least a part of the reproduced image can approximately satisfy the Bragg condition. This is because the change in the angle of the reference beam can be equivalently replaced by the position movement.
  • the method of moving the position of the reference light is only in the case where the entire reproduced image matches the Bragg condition within an allowable range, and as described above, only a part of the reproduced image matches the Bragg condition. There was a force that could not be applied. Even in such a case, when the reconstructed image is viewed while moving the reference light 20 (T, there is a fact that the portion that matches the Bragg condition and becomes in a good reproduction state also changes with the movement of the reference light.
  • the applied method is the correction method of the present invention.
  • the present embodiment when the recording image displayed on the spatial light modulator 26 as described above is recorded on the hologram recording material 28, when the hologram recording material 28 changes in volume or refractive index, the present embodiment is implemented.
  • the configuration control device 33 controls the actuator 32 to make the reference beam optical system hollow.
  • the irradiation position on the hologram recording material 28 of the reference beam 20CT is moved by a minute distance as shown in FIGS. 11A to 11C.
  • the control device 33 obtains reproduced images 61, 62, and 63 as shown in FIGS. 11A to 11C from the imaging device 30.
  • These images have bright parts 611, 621, and 631 (parts that are reproduced beautifully like the original images), but none of them are complete reproductions.
  • the control device 33 acquires a plurality of images that are not partially defective as shown in the reproduced images 51, 52, and 53 in FIG. 12, and synthesizes these non-defective portions of the images. As shown in the reconstructed image 54 in FIG. 12, one beautiful image having no defect is obtained.
  • the CPU 201 of the control device 33 controls the actuator 32 to move the reference light optical system, thereby changing the position of the reference light 20CT on the hologram recording material 28 from the image pick-up device 30 to display a plurality of drawings.
  • Reproduced images 51 to 53 as shown in FIG. 5 are acquired and stored in the image memory 204.
  • the CPU 201 takes out the reproduced images in the image memory 204 one by one and sends them to the image processing unit 203.
  • the image processing unit 203 recognizes which part of the reproduced image 51 to 53 has a good image range, and stores the reference light 20 (correspondence between the irradiation position of the eyelid and the good image part position in the memory 202. Keep it.
  • [0044] As a method for determining a good portion of a reproduced image by image processing, (1) determining the brightness or diffraction efficiency of each image portion. (2) Determine the contrast ratio of each image portion. (3) There are methods such as determining the amount of noise in each image part.
  • the CPU 201 refers to the recognition result stored in the memory 202, extracts only the good portions of each reproduced image from the image memory 204, and continuously combines these good portions to detect one defect. Synthesize the replayed image 54 without.
  • the image processing unit 203 takes out each reproduced image acquired from the image memory 204 in units of columns (width is, for example, one pixel) and looks at the diffraction efficiency (or contrast ratio) of the portion, An image range having a diffraction efficiency (or contrast ratio) of a predetermined level or more is cut out as a good image portion, and the cut out good image portion is connected to synthesize a clean reproduction image 54 having no defect.
  • a plurality of reproduced images acquired in the image memory 204 are all cut out in units of columns (width is, for example, one pixel), and a reproduced image portion having a diffraction efficiency (or contrast ratio) of a predetermined level or higher in the reproduced images in units of columns.
  • the predetermined level of diffraction efficiency may be a fixed value or may have a different value for each portion of the image.
  • the diffraction efficiency at the predetermined level is set in accordance with a Gaussian distribution such that the center portion of the page of the image area divided by the reproduced image row is low at the end portion of the high page.
  • the correspondence between the irradiation position of the reference light 20CT and the good portion position of the reproduced image at that time is obtained by image processing for each reproduced image (data page).
  • This correspondence is not only valid for one replayed image but is usually valid for other replayed images. Therefore, after obtaining the above-described correspondence relationship for one reproduced image, it may be stored in the memory 202 in the apparatus, and a good image portion may be cut out using this correspondence relationship for the other reproduced images. Also, when measuring the above correspondences for the first time, prepare a data page for measurement (data page with diffraction pattern and measurement ratio of each part of the reconstructed image) and regenerate this data page. The measurement accuracy can be improved by obtaining the above correspondence.
  • the volume change and bending of the recording material 28 during the recording of the hologram.
  • the reference light 20 changes the irradiation position of the eyelids to the point where the Bragg condition is met most recently, even if it is in a state where there is no single defect and a reproduced image cannot be obtained.
  • Reference light 20 (Slightly changing the irradiation position of the eyelids to obtain a plurality of good reproduced images 51 to 53 with only a few defects, and combining the good parts of these reproduced images by image composition It is possible to obtain a good reproduced image 54 without any defects.
  • the reference light 20 (the position of the eyelid is moved by moving the reference light optical system.
  • the reference light optical system is fixed and the hologram recording material is moved similarly. The effect of can be obtained.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various other forms in terms of specific configuration, function, action, and effect without departing from the scope of the invention. be able to.
  • a deviation from the force Bragg condition mentioned only for correction of the reproduced image due to the volume change and refractive index change of the recording material is caused.
  • the reference light (laser light) during recording and reproduction The method of the above embodiment is effective for the difference in wavelength and the temperature change of the hologram recording material at the time of recording and reproduction, and it is possible to collectively correct a plurality of factors that cause the deviation of the Bragg condition force. And a good reproduction image can be obtained.

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Abstract

　ホログラム記録の際にホログラム記録材料の体積変化及び屈折率変化が生じた場合で、参照光の角度又は位置を変化させてブラッグ条件を満足する最も近い状態にしても１枚の欠陥のない再生画像が得られない場合に、参照光の角度又は位置を変化させて一部だけ欠陥のない良好な再生画像（５１，５２，５３）を複数枚取得し、これら再生画像の良好な部分を画像合成により繋ぎ合わせて１枚の欠陥のない良好な再生画像（５４）を得ることができるホログラム再生装置及びホログラム再生方法。

Description

明 細 書
ホログラム再生装置及びホログラム再生方法 技術分野
[0001] 本発明は、ホログラム記録材料 (ホログラム記録媒体）に体積記録したホログラムを 再生するホログラム再生装置に係り、特にホログラム記録時の記録材料の体積変化 及び屈折率変化による再生画像の劣化を補正して再生するホログラム再生方法に関 する。
背景技術
[0002] 近年、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラム記録再 生システムが提案されている。このホログラム記録再生システムは、例えば液晶素子 等の空間光変調手段によって生成される記録データを含む信号光と、この信号光に 対応して設定される参照光をホログラム記録材料 (以降単に記録材料と称することも ある）に照射することにより、信号光と参照光によって生じる干渉縞を記録材料に記 録する記録系と、このホログラム記録材料に参照光を照射することによって記録され た干渉縞に対応する回折光 (再生信号光)を生成し、これを CCDイメージセンサー 等の受光素子によって受光してその解析を行うことにより、データを再生する再生系 とを有する構成となっている。なお、このようにして記録された空間光変調手段 1つあ たりのホログラムをページと呼ぶ。
[0003] また、ホログラム記録再生システムにおいては、記録密度向上のために多重記録と 言う手法を用いる。これは、従来の光ディスクにおける記録と異なり、 1箇所に多数の 独立なページを記録すると!/、うものである。このような多重記録方式の代表的なもの としては、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録などが公知で、その 他多くの多重方式が知られている。
[0004] 角度多重方式は、参照光の角度を変えることで 1箇所に多数の独立なページを記 録、再生するものである。シフト多重は記録位置を少しずつずらすことで、多重記録 を行うものである。位相コード多重はひとつのページを記録する際に、色々な方向か ら参照光を同時に当てて記録する。しかし、その際に、各方向からの参照光に位相 の変化を与えておき、この位相の変化を色々と組み合わせることで、 1箇所に多数枚 の独立なページを記録再生するものである。
[0005] ところで、ホログラム用記録材料、特にフォトポリマー材料は光感光材料の化学反 応によって、記録中、若しくは記録後に体積変化がおこる。その結果として、再生像 の劣化が起きることが知られて 、る (非特許文献： Holographic Data Storage;H.J.Couf al , D . Ps altis , G . T . Sincerbox ED; Springer; p.185 Photopolymer ¾ystem )0
この記録後の体積変化例として、 2本の平行ビームが作るホログラムの記録再生に ついて図 14A及び図 14Bを用いて説明する。
[0006] 図 14A及び図 14Bは記録材料に体積変化がない場合を説明する図である。図 15 Aに示すように、信号光 100と参照光 200の干渉縞 60が記録材料 12に体積記録さ れる。なお、図 14A中では干渉縞は平行光のように表示した力 実際は信号光が平 行光ではないので、記録される干渉縞も平行光にはならない。体積変化がない場合 は図 14Bに示すように干渉縞 60に変化はなぐ記録時の参照光 200と同じ角度で参 照光 20(Τを入射すれば、所望の方向に再生信号光 300を得ることが可能である。こ の場合、図 15Aに示すような記録画像に対して図 15Bに示すような綺麗な再生画像 が得られる。
[0007] しかし、図 16Aから図 16Bのように体積変化があった場合に、記録材料 12に記録 した干渉縞 60は、記録材料 12がシュリンク (縮小）して図 16Bに示すように変化する 。このように変化した記録材料 12に、記録時の参照光 200と同じ角度で参照光 20CT を入射すると、記録材料 12に記録されている干渉縞とのブラッグ条件が満足されなく なる。これにより、図 17Aに示すような記録画像に対して再生画像は図 17Bに示すよ うに、全体が綺麗な画像にならず、場合によっては再生されないことが起こる。
発明の開示
[0008] 上記のように角度多重方式で画像を記録した際に、記録材料に体積変化若しくは 屈折率変化が生じた場合、（1)体積変化もしくは屈折率変化により、参照光がブラッ グ条件からはずれ、回折効率が下がり画像が暗くなる。（2)信号光が画角を持ってい るために、再生画像内の方向ごとにブラッグ条件力ものはずれ具合が異なり、図 17B の再生画像に示すような輝度の不均一が起こる。 [0009] 本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、記録材料に 体積変化若しくは屈折率変化が生じた場合でも、記録画像と同様の劣化のな!ヽ綺麗 な再生画像を得ることができるホログラム再生方法及びホログラム再生装置を提供す ることにめる。
[0010] 本発明は上記目的を達成するため、参照光をホログラム記録材料に照射して再生 画像を得るホログラム再生装置であって、前記ホログラム記録材料力も再生される同 一ページの再生画像を複数枚取得する画像取得手段と、前記取得された複数の再 生画像のうちのそれぞれの所定特性部分を切り出す画像切出手段と、前記切り出さ れた再生画像の所定特性部分を合成して 1枚の再生画像とする画像合成手段とを 具備することを特徴とする。
[0011] また、本発明は、参照光をホログラム記録材料に照射して再生画像を得るホロダラ ム再生方法であって、前記前記ホログラム記録材料から再生される同一ページの再 生画像を複数枚取得するステップと、前記取得された各再生画像の所定特性部分を 合成して 1枚の再生画像とするステップとを具備することを特徴とする。
[0012] このように本発明では、ホログラムの記録の際にホログラム記録材料の体積変化及 び屈折率変化が生じた場合に、参照光の角度等を変化させてブラッグ条件を満足す る最も近 、状態にしても 1枚の欠陥のな 、再生画像が得られな ヽ場合は、参照光の 角度、照射位置を複数変化させて同一ページの画像について一部だけ欠陥のない 良好な再生画像を複数枚取得し、これら再生画像の良好な部分を画像合成により繋 ぎ合わせて 1枚の欠陥のない良好な再生画像を得るものである。具体的には、参照 光が入射する角度、又は入射する角度を一定に保持しつつ照射位置を変化させ前 記ホログラム記録材料の同一箇所に記録されて 、る複数ページの画像を取得をする 際に、この入射角度、又は照射位置を微小変化させることによって、前記ホログラム 記録材料の同一箇所に記録されている同一ページの画像を複数枚取得するよう〖こ 制御し、取得された再生画像の所定特性部分を画像処理により判定し、判定された 再生画像の所定特性部分を切り出してこれら所定特性部分を合成して 1枚の再生画 像に画像合成する。これにより、多重方式で画像を記録する際に、記録材料に体積 変化若しくは屈折率変化が生じた場合でも、記録画像と同様の劣化のな ヽ綺麗な再 生画像を得ることができる。
[0013] 本発明によれば、ホログラムの記録の際、ホログラム記録材料に体積変化及び屈折 率変化が生じた場合で、参照光の角度、照射位置を変化させてブラッグ条件を満足 する最も近い状態にしても欠陥のない再生画像が 1枚も得られない場合に、参照光 の角度、又は照射位置を複数変化させて一部だけ欠陥のない良好な再生画像を複 数枚取得し、これら再生画像の良好な部分を画像合成により繋ぎ合わせて 1枚の欠 陥のない良好な再生画像を得ることができる。その際、前記参照光の入射角、又は 参照光の照射位置毎の再生画像の欠陥のない良好部分 (所定特性部分)の判定を 一度行い、以降、この判定結果を用いて別のページの再生画像の所定特性部分を 切り出すことにより或いは、参照光のホログラム記録材料の入射角度、照射位置と再 生画像の所定特性部分位置との関係を示したデータを予め記憶しておき、この記憶 データを用いて再生画像の所定特性部分を切り出すことにより、画像処理の高速ィ匕 を図ることができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係るホログラム再生装置を示したブロック 図である。
[図 2]図 2は、図 1に示した制御部の詳細構成例を示したブロック図である。
[図 3]図 3は、図 1に示した装置における再生時の参照光の角度に対する再生画像 例を示した図である。
[図 4]図 4は、図 1に示した装置における再生時の参照光の角度に対する再生画像 例を示した図である。
[図 5]図 5は、図 1に示した装置における再生時の参照光の角度に対する再生画像 例を示した図である。
[図 6]図 6は、図 1に示した制御部の画像処理動作を説明する図である。
[図 7]図 7は、図 1に示した制御部の画像処理動作を行う際の対象再生画像例を示し た図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 2の実施の形態に係るホログラム再生装置を示したブロック 図である。 [図 9]図 9は、図 8に示した制御装置の詳細構成例を示したブロック図である。
[図 10A]図 10Aは、参照光のホログラム記録材料上の入射角度ではなく照射位置を 微小距離変化させる補正方法を説明する図である。
[図 10B]図 10Bは、参照光のホログラム記録材料上の入射角度ではなく照射位置を 微小距離変化させる補正方法を説明する図である。
[図 11A]図 11 Aは、参照光のホログラム記録材料上の照射位置に対する同一ページ の再生画像例を示した図である。
[図 11B]図 11Bは、参照光のホログラム記録材料上の照射位置に対する同一ページ の再生画像例を示した図である。
[図 11C]図 11Cは、参照光のホログラム記録材料上の照射位置に対する同一ページ の再生画像例を示した図である。
[図 12]図 12は、図 8に示した制御装置の画像処理動作を説明する図である。
[図 13]図 13は、図 8に示した制御装置の画像処理動作を行う際の対象再生画像例 を示した図である。
[図 14A]図 14Aは、従来のホログラム記録再生装置の記録動作を説明する図である
[図 14B]図 14Bは、従来のホログラム記録再生装置の記録動作を説明する図である。
[図 15A]図 15Aは、従来のホログラム記録再生装置における記録画像例を示した図 である。
[図 15B]図 15Bは、従来のホログラム記録再生装置における再生画像例を示した図 である。
圆 16A]図 16Aは、従来のホログラム記録再生装置で体積変化若しくは屈折率変化 を起こしたホログラム記録材料を再生する動作を示した図である。
圆 16B]図 16Bは、従来のホログラム記録再生装置で体積変化若しくは屈折率変化 を起こしたホログラム記録材料を再生する動作を示した図である。
[図 17A]図 17Aは、従来のホログラム記録再生装置で記録する記録画像例を示した 図である。
[図 17B]図 17Bは、従来のホログラム記録再生装置で再生する再生画像例を示した 図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] (第 1の実施の形態）
まず、角度を変化させることにより複数の所定特性部分を取得する第 1の実施の形 態について述べる。
図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係るホログラム再生装置を示したブロック図 である。ホログラム (記録)再生装置は、レーザ光源 1、 NDフィルター 2、半波長板 3、 信号光用ビームエキスパンダ 4a、参照光用ビームエキスパンダ 4b、シャッター 5、ミラ 一 6、偏光ビームスプリッタ 7、シャッター 8、空間光変調器 10、信号光光学系 11、回 転ミラー 13、参照光光学系 14、再生光光学系 15、撮像装置 16、制御装置 18を有し て構成され、ホログラム記録材料 12に画像を記録し、また、このホログラム記録材料 1 2から画像を再生する。
[0016] 図 2は、図 1に示した制御装置の詳細構成例を示したブロック図である。制御装置 1 8は、 CPU181、メモリ 182、画像処理部 183、画像メモリ 184、インターフェース 185 及びインターフェース 186を有し、インターフェース 185は図 1に示した撮像装置 16 を接続し、インターフェース 186は回転ミラー 13の駆動装置（図示せず)を接続して いる。 CPU181は、インターフェース 186を通して回転ミラー 13の反射角の制御を行 い、インターフェース 185を通して撮像装置 16から再生画像データを装置内に入力 する。なお、制御装置 18は通常の角度多重によるデータの記録再生制御の他に、 参照光 200のホログラム記録材料 12への入射角度を微小変化させて同一ページの 複数枚の画像を取得し、取得した各画像の良好部分を画像処理により判定し、得ら れた複数の良好部分を切り出して一枚の画像に画像合成する制御を行う機能を有 する。
[0017] 次に本実施の形態の動作について説明する。レーザ光源 1から出射された干渉性 を持つレーザ光は、 NDフィルター 2によりその強度が調整されてから半波長板 3によ り偏光面を調整された後、シャッター 5を介してミラー 6に入射されて光路が変更され 、偏光ビームスプリッタ 7によって所望の強度比で信号光 100と参照光 200に分岐さ れる。 [0018] 信号光 100はシャッター 8を介して信号光用ビームエキスパンダ 4aに入射され平行 ビームに広げられた後、空間光変調器 10に入射される。信号光 100はデータページ (記録画像)を表示した空間光変調器 10で強度変調され、この変調された信号光 10 0が信号光光学系 11によりホログラム記録材料 12に集光される。一方、参照光 200 は参照光用ビームエキスパンダ 4bに入射され平行ビームに広げられた後、反射面の 角度が変更可能な回転ミラー 13に入射され、ある角度で反射されて光路が変更され た後、 4f系の参照光光学系 14に入射され、この参照光光学系 14によりホログラム記 録材料 12に集光される。これにより、ホログラム記録材料 12内において、信号光 100 と参照光 200が重ね合わされ、その結果形成される干渉縞がホログラム記録材料 12 に記録される。
[0019] その際に、空間光変調器 10に表示されるデータページが変更される度に、回転ミ ラー 13の反射面の角度を変えると、参照光 200のホログラム記録材料 12に入射され る角度が変わり、ホログラム記録材料 12の同一記録エリアに複数枚のデータべージ が多重記録される。
[0020] ホログラム記録材料 12に記録されたデータを再生するには、参照光 200と同一の 参照光 (ここではこれを参照光 200と称する）をホログラム記録材料 12に照射すること より生じる回折光を再生光光学系 15に入射し、この回折光を再生光光学系 15によつ て撮像装置 16に結像されることにより行われる。
[0021] 撮像装置 16は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は解析されて画 像データとして再生される。この再生時に、記録時と同様に参照光 200のホログラム 記録材料 12に対する入射角度を回転ミラー 13を回転させることによって変えることに より、ひとつの記録エリアに多重記録されている画像データを順次再生することがで きる。制御装置 18は上記の記録時に、シャッター 5、 8の開閉、回転ミラー 13の反射 面の角度制御及び空間光変調器 10への記録画像の表示等、各種制御を行うと共に 、再生時、シャッター 5、 8の開閉、回転ミラー 13の反射面の角度制御及び必要に応 じて撮像装置 16から得られる再生画像を合成するなどの画像処理を行う。
[0022] ここで、上記のように空間光変調器 10に表示した記録画像をホログラム記録材料 1 2に記録した際に、ホログラム記録材料 12が体積変化若しくは屈折率変化をした場 合、本実施形態の制御装置 18は回転ミラー 13の反射角を変化させて、例えは図 3 ( A)、図 4 (A)、図 5 (A)に示すように、参照光 20(Τのホログラム記録材料 12への入 射角度を変化させて再生信号光 300を発生させ、それを撮像装置 16により受光して 図 3 (B)、図 4 (B)、図 5 (B)で示すような再生画像 51、 52、 53を得る。
[0023] ホログラム記録材料 12が体積変化若しくは、屈折率変化をした場合、ブラッグ条件 に最も近くなるように参照光 20(Τの入射角度を調整してホログラム記録材料 12に照 射するが、信号光画像の各画角に対してブラッグ条件が異なるため、図 3 (B)、図 4 ( Β)、図 5 (B)に示すように，完全な再生画像が得られず、欠陥のない明るい部分 511 、 521、 531 (元の画像と同様に綺麗に再生されている部分）がー部ある再生画像し か得ることができない。
[0024] 即ち、体積変化若しくは屈折率変化のおきた角度多重ホログラムにおいては、再生 画像のうち一部のみがブラッグ条件を満足する状態に最も近くなつて欠陥のない綺 麗な画像として再生される。この綺麗に再生された良好部分と、欠陥のある良好でな V、部分を制御装置 18の画像処理で判定し、良好部分のみを繋ぎ合わせれば全体 が良好な 1枚の再生画像を得ることができる。
[0025] そこで、本実施の形態の制御装置 18は、同一ページの画像について図 6の 51、 5 2、 53に示すような部分的に欠陥がない画像を複数枚取得し、これら複数の画像の 欠陥がない部分を合成して、図 6の 54に示すような 1枚の欠陥のない綺麗な画像を 得ている。
[0026] そこで、制御装置 18の CPU181は回転ミラー 13を回転させて、参照光 20(Τのホ ログラム記録材料 12への入射角度を変化させながら撮像装置 16より、複数の図 6に 示すような再生画像 51〜53を画像メモリ 184に格納しておく。その後、 CPU181は 画像メモリ 184の中の再生画像を 1枚ずつ取り出し画像処理部 183に送る。画像処 理部 183は再生画像 51〜53において、どの部分の画像範囲が良好であるかを画像 認識し、参照光 20(Τの入射角度と良好画像部分位置との対応関係をメモリ 182〖こ し C く。
[0027] 再生画像の良い部分を画像処理で判定する方法としては、（1)各画像部分の明る さ若しくは回折効率を判定する。（2)各画像部分のコントラスト比を判定する。（3)各 画像部分のノイズ量を判定するなどの方法がある。次に CPU 181はメモリ 182に記 憶した認識結果を参照して各再生画像の良好な部分のみを画像メモリ 184から取り 出すと共に、これら良好な部分を連続的に結合して、 1枚の欠陥のない再生画像 54 を合成する。
[0028] その際、画像処理部 183は画像メモリ 184から取得した各再生画像を列単位 (幅は 例えば 1画素）で取り出して、その部分の回折効率 (又はコントラスト比）を見て行き、 所定レベル以上の回折効率 (又はコントラスト比）の画像範囲を良好画像部分として 切り出し、切り出した良好画像部分を繋げて欠陥のない 1枚の綺麗な再生画像 54を 合成する。或いは、画像メモリ 184に取得した複数の再生画像を列単位 (幅は例えば 1画素）で全て切り出し、これら列単位の再生画像の中で回折効率 (又はコントラスト 比）が所定レベル以上の再生画像部分を集めて、元の 1枚の再生画像とすることによ り、 1枚の欠陥のない再生画像 54を合成しても良い。なお、上記の所定レベルの回 折効率 (またはコントラスト比）は、固定値でも良いし、画像の部分ごとに異なる値を持 つていても構わない。例えば、レーザの発光モードにもよるが基本的には、記録時の 状態によってページの中央部分については、再生光の再生回折効率等が良ぐぺ 一ジの端は回折効率等が悪くなる。そこで、上記所定レベルの回折効率を、再生画 像の列で区画される画像領域のページの中央部分については高ぐページの端部 分については低くなるようなガウス分布に従って設定する。このようにすると、ページ の中央につ ヽては非常に良好な再生画像が得られるとともに、ページの端につ 、て は一定の回折効率に満たないとして再生されないことがなくなる。また、レーザの発 光モードによって、ページ中央の回折効率等が必ずしも良好であるとは限らない。そ こで、記録時のレーザのモードと対応させた所定レベルの回折効率を、列単位で設 定をすると、さらに精度良ぐ画像を再生することができる。
[0029] ところで、上記実施の形態では、参照光 20CTとその時の再生画像の良好部分位置 との対応関係をそれぞれの再生画像 (データページ）毎に画像処理で求めた力 こ の対応関係は 1枚の再生画像だけに有効なわけではなぐ通常は他の再生画像でも 有効である。従って、上述の対応関係をひとつの再生画像について求めた後、装置 内のメモリ 182に記憶し、他のページの再生画像もこの対応関係を利用して良好な 画像部分を切り取るようにしてもよい。また、最初に上述の対応関係を測定する場合 、測定用のデータページ (再生画像各部の回折効率やコントラスト比が測定しやすい パターンを持ったデータページ）を用意し、このデータページを再生して上述の対応 関係を求めれば、測定精度を向上させることができる。
[0030] 本実施の形態によれば、ホログラムの記録の際に記録材料 12に体積変化及び屈 折率変化が生じた場合で、参照光 20(Τの角度を変化させてブラッグ条件を満足す る最も近 、状態にしても 1枚の欠陥のな 、再生画像が得られな ヽ場合に、同一ぺー ジの画像について参照光 20(Τの角度を複数角度変化させて一部だけ欠陥のない 良好な再生画像 51〜53を複数枚取得し、これら再生画像の良好な部分を画像合成 により繋ぎ合わせて 1枚の欠陥のない良好な再生画像 54を得ることができる。
[0031] なお、上記の、参照光の角度と 1枚の再生画像の中の綺麗に再生される図 7に示 すような良好部分位置との対応関係は、理論的にも求めることができ、この対応関係 を予め制御装置 18のメモリ 182に記憶しておき、ホログラム再生時にこのメモリ 182 内の対応関係データを用いて上記した 1枚の欠陥のない良好な再生画像 54を得る こともできる。但し、その際、記録時と再生時の温度変化などの変化量が理論値のパ ラメータに入ってくるため、例えば温度の場合は、再生時のホログラム記録材料 12の 温度測定が必要になり、さらに、必要なら記録時の温度も測定し、その温度をホログ ラム記録材料 12内に記録しておく必要がある。
[0032] (第 2の実施の形態）
次に、参照光の照射位置を変化することにより複数の所定特性部分を取得する第 2 の実施の形態について述べる。
図 8は、本発明の第 2の実施の形態に係るホログラム再生装置の構成を示したプロ ック図である。ホログラム再生装置はシフト多重方式でホログラム記録を行ない、レー ザ光源 21、偏光ビームスプリッタ 22、ミラー 23、フーリエレンズ 24、ミラー 25、空間光 変調器 26、フーリエレンズ 27、ホログラム記録材料 28、逆フーリエレンズ 29、撮像装 置 30、スピンドルモータ 31、ァクチユエータ 32、パソコンなどの制御装置 33を有して 構成される。なお、制御装置 33は通常のシフト多重制御の他に、参照光の位置をそ の入射角度を維持したまま微小変化させる、この参照光が微小変化される毎に同一 ページの画像を複数枚取得する、これら取得された画像の所定特性部分を判定して 切り出し、得られた複数の所定特性部分を 1枚の画像に画像合成して再生画像とす るなどの制御を行うものとする。
[0033] 図 9は、図 8に示した制御装置の詳細構成例を示したブロック図である。制御装置 3 3は、 CPU201、メモリ 202、画像処理部 203、画像メモリ 204、インターフェース 205 及びインターフェース 206を有し、インターフェース 205は図 8に示した撮像装置 30 を接続し、インターフェース 206はァクチユエータ 32を接続している。 CPU201は、ィ ンターフェース 206を通して参照光光学系の移動を制御し、インターフェース 205を 通して撮像装置 30から再生画像データを装置内に入力する。
[0034] 次に本実施の形態の動作につ!、て説明する。記録時、記録するデータページを空 間光変調器 (透過性の液晶表示装置) 26に表示させた後、レーザ光源 21から照射さ れた干渉性を持つレーザ光は偏光ビームスプリッタ 22に入射し、信号光 100と参照 光 200に分岐される。信号光 100はミラー 25を介して空間光変調器 26に入射される 。信号光 100はデータページが表示された空間光変調器 26を通ることで、空間光変 調（強度変調）される。変調された信号光 100はフーリエレンズ 27によりホログラム記 録材料 28の記録エリアに集光される。一方、参照光 200はミラー 23によりその進行 方向を変えた後、フーリエレンズ 24により信号光 100とホログラム記録材料 28中で一 定の角度をもって交わる様に照射されて干渉縞を発生させる。この干渉縞の空間分 布に従った屈折率分布として上記したデータページがホログラム記録材料 28に記録 される。
[0035] 1枚のホログラムを記録した後、制御装置 33はスピンドルモータ 31を制御してホロ グラム記録材料 28を光学系に対して相対的に一定距離移動させ、次のホログラムを 記録する。この場合は、一枚のホログラム記録材料 28を記録する毎にスピンドルモー タ 31によってディスク状ホログラム記録材料 28を一定角度回転させる。ホログラム記 録材料 28がー周回転したら、半径方向に光学系、若しくはホログラム記録材料 28を 移動し、再び材料周内方向の記録を行う。以上を繰り返して、ホログラム記録材料 28 の全面に亙って多数のホログラムを記録する。
[0036] このようにして記録したホログラムを再生する際は、そのホログラムを記録した時と同 じ位置より、同じ入射角度の参照光 (参照光） 200をホログラム記録材料 28に対して 照射する。これにより、ホログラム記録材料 28の記録トラックに記録されている干渉縞 に対応する回折光が発生し、この回折光が逆フーリエレンズ 29により撮像装置 30内 の撮像素子に集光されて受光され、得られた受光信号は解析されて元の画像データ (データページ）になる。
[0037] ここで、記録時にホログラム記録材料 28に体積変化または屈折率変化が生じた場 合、上記のような記録時の参照光 200と同一の参照光をホログラム記録材料 28に照 射してもブラッグ条件が満足されな！、ため、回折効率が下がって喑 ヽ再生画像しか 得られない。そのような場合、制御装置 33は以下に述べるような体積変化または屈 折率変化を補正する一連の動作を行う。
[0038] 球面波シフト多重記録、スペックル多重記録または位相コード多重記録のような、 参照光が平行光で無!ヽ場合に、ホログラム記録材料 (記録材料)の体積変化や屈折 率変化があった場合、前述のようにブラッグ条件力 のズレにより、再生画像の画質 が劣化する。これを補正するのに第 2の実施の形態では図 10Aに示すように参照光 20CTのホログラム記録材料 28への入射角度の微小変化により行っていた力 本実 施の形態では図 10Bに示すように参照光 20CTのホログラム記録材料 28上の照射位 置を記録時力 微小距離変化させることで行っている。これにより、少なくとも再生画 像の一部はブラッグ条件を近似的に満たすことが出来る。これは、参照光の角度変 化は、位置移動で等価的に置き換えることが出来るからである。
[0039] この参照光を位置移動する方法は、再生画像全体が許容できる範囲でブラッグ条 件に一致するケースだけで、前述したように再生画像の一部だけがブラッグ条件に 一致するようなケースには適用できな力つた。このようなケースにおいても、参照光 20 (Tを移動しながら再生像を見ると、ブラッグ条件に一致し良好な再生状態になる部 分も参照光の移動に伴い変化する事実があり、これを応用したものが本発明の補正 方法である。
[0040] ここで、上記のように空間光変調器 26に表示した記録画像をホログラム記録材料 2 8に記録した際に、ホログラム記録材料 28が体積変化若しくは屈折率変化をした場 合、本実施形態の制御装置 33はァクチユエータ 32を制御して参照光光学系をホロ グラム記録材料の面方向に対して微小距離移動させて図 11A〜図 11Cに示すよう に参照光 20CTのホログラム記録材料 28上の照射位置を微小距離移動させる。これ により、制御装置 33は撮像装置 30より図 11A〜図 11Cに示すような再生画像 61、 6 2、 63を得る。これら画像は欠陥のない明るい部分 611、 621、 631 (元の画像と同様 に綺麗に再生されている部分）がー部あるが、どれも完全な再生画像ではない。
[0041] 即ち、体積変化若しくは屈折率変化のおきたシフト多重ホログラムにおいては、再 生画像のうち一部のみがブラッグ条件を満足する状態に最も近くなつて欠陥のない 綺麗な画像として再生される。この綺麗に再生された良好部分と、欠陥のある画質の 悪 、部分を制御装置 33の画像処理で判定し、良好部分のみを繋ぎ合わせれば全 体が良好な 1枚の再生画像を得ることができる。
[0042] そこで、制御装置 33は、図 12の再生画像 51, 52, 53に示すような部分的に欠陥 がない画像を複数枚取得し、これら複数の画像の欠陥がない部分を合成して、図 12 の再生画像 54に示すような 1枚の欠陥のない綺麗な画像を得ている。
[0043] 即ち、制御装置 33の CPU201はァクチユエータ 32を制御して参照光光学系を移 動させることにより参照光 20CTのホログラム記録材料 28上の位置を変化させながら 撮像装置 30より、複数の図 5に示すような再生画像 51〜53を取得して画像メモリ 20 4に格納しておく。その後、 CPU201は画像メモリ 204の中の再生画像を 1枚ずつ取 り出し画像処理部 203に送る。画像処理部 203は再生画像 51〜53において、どの 部分の画像範囲が良好であるかを画像認識し、参照光 20(Τの照射位置と良好画像 部分位置との対応関係をメモリ 202に記憶しておく。
[0044] 再生画像の良い部分を画像処理で判定する方法としては、（1)各画像部分の明る さ若しくは回折効率を判定する。（2)各画像部分のコントラスト比を判定する。（3)各 画像部分のノイズ量を判定するなどの方法がある。次に CPU201はメモリ 202に記 憶した認識結果を参照して各再生画像の良好な部分のみを画像メモリ 204から取り 出すと共に、これら良好な部分を連続的に結合して、 1枚の欠陥のない再生画像 54 を合成する。
[0045] その際、画像処理部 203は画像メモリ 204から取得した各再生画像を列単位 (幅は 例えば 1画素）で取り出して、その部分の回折効率 (又はコントラスト比）を見て行き、 所定レベル以上の回折効率 (又はコントラスト比）の画像範囲を良好画像部分として 切り出し、切り出した良好画像部分を繋げて欠陥のない 1枚の綺麗な再生画像 54を 合成する。或いは、画像メモリ 204に取得した複数の再生画像を列単位 (幅は例えば 1画素）で全て切り出し、これら列単位の再生画像の中で回折効率 (又はコントラスト 比）が所定レベル以上の再生画像部分を集めて、元の 1枚の再生画像とすることによ り、 1枚の欠陥のない再生画像 54を合成しても良い。
[0046] なお、上記の所定レベルの回折効率 (またはコントラスト比）は、固定値でも良いし、 画像の部分ごとに異なる値を持っていても構わない。例えば、レーザの発光モードに もよるが基本的には、記録時の状態によってページの中央部分については、再生光 の再生回折効率等が良ぐページの端は回折効率等が悪くなる。そこで、上記所定 レベルの回折効率を、再生画像の列で区画される画像領域のページの中央部分に ついては高ぐページの端部分については低くなるようなガウス分布に従って設定す る。
[0047] このようにすると、ページの中央については非常に良好な再生画像が得られるとと もに、ページの端にっ ヽては一定の回折効率に満たな 、として再生されな 、ことがな くなる。また、レーザの発光モードによって、ページ中央の回折効率等が必ずしも良 好であるとは限らない。そこで、記録時のレーザのモードと対応させた所定レベルの 回折効率を、列単位で設定をすると、さらに精度良ぐ画像を再生することができる。
[0048] ところで、上記実施の形態では、参照光 20CTの照射位置とその時の再生画像の良 好部分位置との対応関係をそれぞれの再生画像 (データページ)毎に画像処理で求 めたが、この対応関係は 1枚の再生画像だけに有効なわけではなぐ通常は他の再 生画像でも有効である。従って、上述の対応関係をひとつの再生画像について求め た後、装置内のメモリ 202に記憶し、他の再生画像についてもこの対応関係を利用し て良好な画像部分を切り取るようにしてもよい。また、最初に上述の対応関係を測定 する場合、測定用のデータページ (再生画像各部の回折効率やコントラスト比が測定 しゃすいパターンを持ったデータページ）を用意し、このデータページを再生して上 述の対応関係を求めれば、測定精度を向上させることができる。
[0049] 本実施の形態によれば、ホログラムの記録の際に記録材料 28に体積変化及び屈 折率変化が生じた場合で、参照光 20(Τの照射位置を変化させてブラッグ条件を満 足する最も近 、状態にしても 1枚の欠陥のな 、再生画像が得られな ヽ場合に、参照 光 20(Τの照射位置を僅かづつ変化させて一部だけ欠陥のない良好な再生画像 51 〜53を複数枚取得し、これら再生画像の良好な部分を画像合成により繋ぎ合わせて 1枚の欠陥のない良好な再生画像 54を得ることができる。
[0050] また、本実施の形態では、シフト多重方式のホログラム記録再生装置に本発明を適 用した例について説明したが、角度多重方式、ランダム波面を持つ参照光を用いる スペックル多重方式若しくは位相コード多重方式にぉ ヽても本発明を適用して同様 の効果を得ることができる。
[0051] なお、上記の、参照光 20(Τの照射位置と図 13に示すような 1枚の再生画像の中の きれいに再生される良好部分位置との対応関係は、理論的にも求めることができ、こ の対応関係を予め制御装置 33のメモリ 202に記憶しておき、ホログラム再生時にこの メモリ 202内の対応関係データを用いて上記した 1枚の欠陥のない良好な再生画像 54を得ることもできる。但し、その際、記録時と再生時の温度変化などの変化量が理 論値のパラメータに入ってくるため、例えば温度の場合は、再生時のホログラム記録 材料 28の温度測定が必要になり、さらに、必要なら記録時の温度も測定し、その温 度をホログラム記録材料 28内に記録しておく必要がある。
[0052] また、上記実施の形態では参照光 20(Τの位置移動を参照光光学系を移動して行 つたが、参照光光学系を固定し、ホログラム記録材料の方を移動しても同様の効果を 得ることができる。
[0053] 尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなぐその要旨を逸脱しない範囲に おいて、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実 施することができる。例えば、上記実施の形態では、記録材料の体積変化及び屈折 率変化による再生画像の補正についてのみ言及した力 ブラッグ条件からのずれを 生じさせる、例えば記録時と再生時の参照光（レーザ光）の波長の違いや、記録時と 再生時のホログラム記録材料の温度変化に対しても上記実施の形態の方法は有効 で、ブラッグ条件力ものずれを生じさせる複数の要因を一括して補正することができ、 良好な再生画像を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 参照光をホログラム記録材料に照射して再生画像を得るホログラム再生装置であつ て、
前記ホログラム記録材料カゝら再生される同一ページの再生画像を複数枚取得する 画像取得手段と、
前記取得された複数の再生画像のうちのそれぞれの所定特性部分を切り出す画 像切出手段と、
前記切り出された再生画像の所定特性部分を合成して 1枚の再生画像とする画像 合成手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
[2] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記参照光をホログラム記録材料に入射する角度を変化させる入射角変化手段と を備え、
前記画像取得手段は、前記参照光の入射角度が変化される毎に、前記ホログラム 記録材料から再生される同一ページの再生画像を複数枚取得することを特徴とする ホログラム再生装置。
[3] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記参照光をホログラム記録材料に照射する位置をその時の前記参照光の入射 角度を維持したまま変化させる位置変化手段とを備え、
前記画像取得手段は、前記参照光の照射位置が変化される毎に、前記ホログラム 記録材料から再生される同一ページの再生画像複数枚を取得することを特徴とする ホログラム再生装置。
[4] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記参照光のホログラム記録材料の入射角度と再生画像の所定特性部分位置と の関係を示したデータを予め記憶する記憶手段を備え、
前記画像切り出し手段は、前記取得された前記入射角毎の再生画像の所定特性 部分を前記記憶されて 、るデータに基づ 、て切り出すことを特徴とするホログラム再 生装置。
[5] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記取得された再生画像の所定特性部分を判定する判定手段と、
前記判定手段が前記入射角毎の再生画像の所定特性部分の判定を一度すると、 前記画像切出手段は、以降、前記判定結果を用いて別ページの再生画像の所定特 性部分を切り出すことを特徴とするホログラム再生装置。
[6] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記判定手段は、前記取得された再生画像の全てについて幅が 1画素の列で区 画される画像領域毎に所定特性部分であるかどうかを判定し、前記画像合成手段は 所定特性部分であると判定された画像領域のみを集めて 1枚の再生画像を合成する ことを特徴とするホログラム再生装置。
[7] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記再生画像の所定特性部分はコントラスト比又は回折効率が所定閾値以上であ ることを特徴とするホログラム再生装置。
[8] 請求項 5に記載のホログラム再生装置において、
前記閾値は、再生画像の列で区画される画像領域毎に閾値が設定されて ヽること を特徴とするホログラム再生装置。
[9] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記再生画像の列で区画される画像領域毎に設定されて!ヽる閾値は、ページの中 央部分の閾値がページの端部分の閾値に比較して高く設定されていることを特徴と するホログラム再生装置。
[10] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記再生画像の列で区画される画像領域毎に閾値は、記録時のレーザのモードに 応じて設定されて!ヽることを特徴とするホログラム再生装置。
[11] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記判定手段は、再生画像の列で区画される画像領域毎に所定特性を有して ヽる 力どうかを判定することを特徴とするホログラム再生装置。
[12] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記再生画像の列で区画される画像領域の幅は 1画素以上であることを特徴とす るホログラム再生装置。
[13] 請求項 1に記載のホログラム再生装置にお 、て、
前記ホログラム記録材料には角度多重で画像データが多重記録されていることを 特徴とするホログラム再生装置。
[14] 参照光をホログラム記録材料に照射して再生画像を得るホログラム再生装置であつ て、
前記参照光のホログラム記録材料の入射角度と再生画像の所定特性部分位置と の関係を示したデータを予め記憶する記憶手段と、
前記参照光をホログラム記録材料に入射する角度を変化させる入射角変化手段と 前記参照光の入射角度が変化される毎に、前記ホログラム記録材料力 再生され る同一ページの再生画像を複数枚取得する画像取得手段と、
前記取得された前記入射角毎の再生画像の所定特性部分を前記記憶されて ヽる データに基づいて切り出す画像切出手段と、
前記切り出された再生画像の所定特性部分を合成して 1枚の再生画像とする画像 合成手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
[15] 参照光をホログラム記録材料に照射して再生画像を得るホログラム再生装置であつ て、
前記参照光をホログラム記録材料に入射する角度を変化させる入射角変化手段と 前記参照光の入射角度が変化される毎に、前記ホログラム記録材料力 再生され る再生画像を取得する画像取得手段と、
前記参照光が入射する角度を所定角度変化させ前記ホログラム記録材料の同一 箇所に記録されている他の画像を前記画像取得手段により取得をするように、前記 入射角変化手段を制御する第 1の入射角度制御手段と、
前記参照光が入射する上記所定角度よりも小なる角度で変化させることにより、前 記ホログラム記録材料の同一箇所に記録されて 、る同一ページの画像を前記画像 取得手段により取得をするように前記入射角変化手段を制御する第 2の入射角度制 御手段を備え、
前記第 2の入射角度制御手段により制御された場合に前記画像取得手段により取 得された前記入射角毎の再生画像の所定特性部分を判定する判定手段と、 前記判定された前記入射角毎の再生画像の所定特性部分を切り出す画像切出手 段と、
前記切り出された再生画像の所定特性部分を合成して 1枚の再生画像とする画像 合成手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
[16] 前記判定手段が前記入射角毎の再生画像の所定特性部分の判定を行!、、判定結 果を保存する判定結果保存手段と、
前記判定結果保存手段により判定結果が保存されている場合に、前記画像切出 手段は、
前記判定結果を用いて別の再生画像の所定特性部分を切り出すことを特徴とする 請求項 12記載のホログラム再生装置。
[17] 参照光をホログラム記録材料に照射して再生画像を得るホログラム再生方法であつ て、
前記前記ホログラム記録材料カゝら再生される同一ページの再生画像を複数枚取得 するステップと、
前記取得された各再生画像の所定特性部分を合成して 1枚の再生画像とするステ ップと、
を具備することを特徴とするホログラム再生方法。
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