WO2016194155A1 - ホログラフィックメモリ装置、及び光情報検出方法 - Google Patents

Abstract

ホログラフィックメモリの高密度記録を行うために、空間光変調器のＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値を設定し、さらに光検出器のピクセルを有効に利用してホログラフィックメモリの再生信号の品質を向上する、あるいは大容量化する。　信号光と参照光とを干渉させて得られた干渉縞が記録されているホログラム記録媒体から、情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、再生時に前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するためのオシレーター光生成部と、前記オシレーター光と前記回折光との間に所定の位相差を付加するための位相差付加部と、前記位相差付加部により位相差が付加されたオシレーター光と前記回折光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部により検出した情報から前記回折光の各画素に付加された情報を検出する情報再生部と、を備え、前記位相差付加部が付加する位相差の空間周波数と、前記光検出部の画素配置の空間周波数が、空間光変調器のピクセルの少なくとも１つの方向において、前記回折光の複素振幅分布の最大の空間周波数の略２倍以上であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置により解決できる。

Description

ホログラフィックメモリ装置、及び光情報検出方法

　本発明は、ホログラフィを用いて、光情報記録媒体に情報を記録する、および／または光情報記録媒体から情報を再生する、装置に関する。

　本技術分野の背景技術として、特開２０１４－５３０６９公報（特許文献１）がある。特許文献１には課題として、「空間光変調器のピクセルピッチを変更することなく、このホログラムサイズを変更することが可能な２次元符号化方法を有する光情報記録再生装置を得る。」と記載があり、解決手段として、「ホログラフィを利用して情報を記録する光情報記録再生装置において、２次元空間光変調器のピクセルの１方向に対する配列におけるＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値がＫ（Ｋ≧２，Ｋ：自然数）となることを特徴とする２次元符号化方法により２次元データを生成する信号生成部と、前記信号生成部が生成した２次元データをホログラムディスクに記録するピックアップと、を具備する光情報記録装置及び方法で解決できる。」と記載されている。

特開２０１４－５３０６９公報

　光情報記録システムであるホログラフィックメモリでは、信号光と参照光を干渉させ、その干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録する。このホログラフィックメモリ装置において、信号光に２次元のデータを付加するために空間光変調器を用いるが、特許文献１では、空間光変調器のピクセルの１方向に対する配列におけるＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値Ｋを２以上と設定することで、空間光変調器のピクセルピッチを変更することなくホログラムのサイズを小さくし、高密度記録を実現している。この方法では、空間光変調器上の信号光の持つ空間周波数を１方向だけ１／Ｋに帯域制限して低周波にしているため、この方向と直交する方向の空間周波数は相対的に高周波となる。その結果、空間光変調器上の信号光の持つ縦方向と横方向の空間周波数が異なる。例えば、下限値を設定する方向を横方向として、Ｋ＝２と設定した場合、横方向の空間周波数は縦方向に対して１／２となる。
  一方で、信号光の分布を取得する光検出器のピクセルは一般に略正方形であり、縦方向と横方向でサンプリング周波数は同じである。そのため、十分なサンプリングにより安定した再生を行うために光検出器のサンプリング周波数を再生信号の持つ最大の空間周波数に合わせると、必然的に信号光の空間周波数が低い方向でオーバーサンプリングが発生する。つまり、ナイキスト周波数を考慮した場合、この方向において必要以上のピクセル数で検出することになる。上記の例では下限値Ｋ＝２を横方向に設定しているため、横方向の空間周波数は縦方向に対して１／２になっており、光検出器のサンプリング周波数を縦方向の周波数に合わせると、横方向では必要なピクセル数の２倍のピクセルで検出を行うこととなる。

　本発明の目的は、空間光変調器のＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値を設定した方向において、光検出器のピクセルを有効に利用することにより、ホログラフィックメモリの再生信号の品質を示す指標であるＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ）を向上する、あるいは大容量化する方法を提示することにある。

　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、信号光と参照光とを干渉させて得られた干渉縞が記録されているホログラム記録媒体から、情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、再生時に前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するためのオシレーター光生成部と、前記オシレーター光と前記ホログラム記録媒体からの回折光との間に所定の位相差を付加するための位相差付加部と、前記オシレーター光と前記ホログラム記録媒体からの回折光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部により検出した情報から前記信号光の各画素に付加された情報を検出する情報再生部と、を備え、前記位相差付加部が付加する位相差の空間周波数と、前記光検出部の画素配置の空間周波数が、少なくとも１つの方向において、信号光の複素振幅分布の最大の空間周波数の略２倍以上であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置により解決できる。

　本発明によれば、ホログラフィックメモリの再生信号の品質を示す指標であるＳＮを向上する、あるいは記録容量を向上することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１におけるホログラフィックメモリ装置を示すブロック図 実施例１におけるホログラフィックメモリ装置の記録時の光学系を示す概略図 実施例１におけるホログラフィックメモリ装置の再生時の光学系を示す概略図 実施例１における信号処理手段の構成を示す概略図 実施例１における周波数の関係を説明する概略図 実施例１における周波数の関係を説明する概略図 実施例１における周波数の関係を説明する概略図 実施例１における周波数の関係を説明する概略図 実施例１における周波数の関係を説明する概略図 実施例１における分割位相差フィルタとその周辺の光学系構成を示す概略図 実施例１における信号検出手段の構成を示す概略図 実施例１における再生時の動作フロー 実施例２における位相検出の動作フロー 実施例３におけるホログラフィックメモリ装置の再生時の光学系を示す概略図 実施例３における位相検出の動作フロー 実施例１，２における分割位相差フィルタの構成のほかの例を示す概略図

　以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

　図１はホログラムとして光情報記録媒体1にデジタル情報を記録／再生するホログラフィックメモリ装置１０の構成の例を示すブロック図である。
  図１において、ホログラフィックメモリ装置１０は、入出力制御回路９０を介して外部制御装置９１と接続されている。記録する場合には、ホログラフィックメモリ装置１０は外部制御装置９１から記録する情報信号を入出力制御回路９０により受信する。再生する場合には、ホログラフィックメモリ装置１０は再生した情報信号を入出力制御回路９０により外部制御装置９１に送信する。

　ホログラフィックメモリ装置１０は、光学系１１、再生用光学系１２、ディスクキュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４、及び回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。
  光学系１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に照射し、ホログラムとしてデジタル情報を記録媒体に記録する役割を果たす。この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介して光学系１１内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。

　光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、アクセス制御回路８１に接続された再生用光学系１２によって、光学系１１から出射された参照光を、記録時とは逆の向きに光情報記録媒体１に入射させるよう変換する。この再生用参照光によって再生される再生光を、光学系１１内の後述するオシレーター光と干渉させた後に、後述する光検出器によって検出し、検出した画像から信号処理手段８５によって後述する処理により信号を再生する。
  光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、光学系１１内のシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。

　ディスクキュア光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュアおよびポストキュアに用いる光を生成する役割を果たす。プリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光を照射する前工程である。ポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光を照射する後工程である。

　ディスク回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に設定する場合は、ディスク回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によってディスク回転モータ制御／アクセス制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御する事ができる。
  光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流が光学系１１、キュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源からは所定の強度で光ビームを発光することができる。
  また、回転モータ５０は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、ディスク回転モータ／アクセス制御回路８８を介して位置制御がおこなわれる。

　ところで、ホログラムの角度多重の原理を利用した記録技術は、参照光角度のずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。従って、光学系１１内に、参照光角度のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構をホログラフィックメモリ装置１０内に備えることが必要となる。
  なお、光学系１１、ディスクキュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。

　以上で、ホログラフィックメモリ装置１０の構成について説明した。以下では、本実施例において特に重要となる光学系１１と信号処理手段８５について詳細に説明する。

　図２は、ホログラフィックメモリ装置１０における光学系１１の記録時の構成の一例を示したものである。光源２０１を出射した光ビームはコリメートレンズ２０２を透過し、シャッタ２０３に入射する。シャッタ２０３が開いている時は、光ビームはシャッタ２０３を通過した後、例えば２分の１波長板などで構成される偏光方向変換素子２０４によってｐ偏光とｓ偏光の強度比が所望の比になるように偏光方向が制御される。その後、光ビームを信号光２０６と参照光２０７に分離する光学素子である偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。

　偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビームは、信号光２０６として働き、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径が拡大された後、偏光方向変換素子２０９、リレーレンズ２１０とリレーレンズ２１０の集光点付近に配置した強度分布変換素子２２９、偏光ビームスプリッタ２１１をそれぞれ透過して空間光変調器２１２に入射する。空間光変調器２１２は、空間的に光の振幅または位相、もしくは振幅と位相の両方を変調するデバイスであり、これを用いて信号光に２次元のデジタル情報を付加する。本実施例では、各ピクセルのＯＮ／ＯＦＦを振幅の２値で変調しており、また、特許文献１に記載のように、空間光変調器２１２の１方向に対してＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値が２となるように設定している。また、この空間光変調器２１２は、ピクセル構造を有しているものに限定されるものではなく、連続的に振幅または位相変調を行うデバイスであってよい。

　空間光変調器２１２によって情報が付加された信号光は、偏光ビームスプリッタ２１１を反射し、リレーレンズ２１３ならびに空間フィルタ２１４を透過する。空間フィルタ２１４は、ホログラムサイズを規定する役割があり、本実施例では、空間光変調器のＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値を設定している方向のサイズを、設定していない方向に対して略半分にしている。信号光はその後、対物レンズ２１５によって光情報記録媒体１に照射され集光する。

　一方、偏光ビームスプリッタ２０５を反射した光ビームは参照光２０７として働き、偏光方向変換素子２１６によって記録時または再生時に応じた所定の偏光方向に設定された後、ミラー２１７、参照光の光ビームの形状を規定するアイリス２２６、およびミラー２１８を経由してガルバノミラー２１９に入射する。ガルバノミラー２１９はアクチュエータ２２０によって角度を設定可能なため、スキャナーレンズ２２７を通過した後に光情報記録媒体１に入射する参照光の入射角度を、所望の角度に設定することができる。
  信号光２０６と参照光２０７を光情報記録媒体１内で、互いに重なり合うように入射させることで、光情報記録媒体１内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを光情報記録媒体１に書き込むことで情報を記録する。また、ガルバノミラー２１９によって光情報記録媒体１に入射する参照光２０７の入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。
  以降、同じ領域に参照光角度を変えて記録されたホログラムのうち、１つ１つの参照光角度に対応したホログラムをページと呼び、同領域に角度多重されたページの集合をブックと呼ぶことにする。

　図３は、本実施例のホログラフィックメモリ装置１０における光学系１１の基本的な光学系構成の一例における再生原理を示したものである。記録した情報を再生する場合は、偏光方向変換素子２０４を調整して光ビームの一部を参照光とし、さらに偏光方向変換素子２１６を用いて、記録時に対し偏光方向を９０度回転させる。この参照光は、ミラー２１７、アイリス２２６、およびミラー２１８を経由してガルバノミラー２１９に入射し、所望の参照光角度に設定した後、光情報記録媒体１に入射する。光情報記録媒体１を透過した光ビームは、角度設定可能なガルバノミラー２２４によって反射され再生用参照光となる。この再生用参照光によって回折された信号光２２８は、対物レンズ２１５、リレーレンズ２１３ならびに空間フィルタ２１４を透過する。その後、再生光は偏光ビームスプリッタ２１１を透過して、後ほど詳細に説明する分割位相差フィルタ２５０を透過後、光検出器２２５に入射する。

　また、偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビームを用いてオシレーター光２２９を生成する。偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビームは、偏光方向変換素子２０９を調整することにより偏光ビームスプリッタ２１１を反射させて、後ほど詳細に説明する分割位相差フィルタ２５０を透過させ、光検出器２２５に入射させる。これにより、オシレーター光を光検出器２２５に入射させている。

　光検出器２２５としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーなどの撮像素子を用いることができる。光検出器２２５は、分割位相差フィルタ２５０透過後の回折された信号光２２８とオシレーター光２２９が重なり合った光の強度分布を検出する。本実施例では、この強度分布から信号を再生している。

　図４は、光情報記録再生装置１０の信号処理手段８５のブロック図である。
  コントローラ８９は光学系１１内の光検出器２２５が画像データを検出すると、信号処理手段８５に光学系１１から入力される１ページ分のデータを再生処理するよう命ずる。コントローラ８９からの処理命令は制御線８１１を経由し、信号処理手段８５内サブコントローラ８０１に通知される。本通知を受け、サブコントローラ８０１は各信号処理手段を並列に動作させるよう制御用ライン８１１を介して各信号処理手段の制御を行う。先ず、メモリ制御手段８０３に、データライン８１２を介して、光学系１１から光学系インターフェース手段８１０を経由して入力される画像データをメモリ８０２に格納するよう制御する。

　メモリ８０２に格納されたデータがある一定量に達すると、信号検出手段８１３によって、記録したデータページに対応する情報を検出する。続いて、画像位置検出手段８０９でメモリ８０２に格納された画像データ内からマーカーを検出して有効データ範囲を抽出する制御を行う。次に、検出されたマーカーを用いて画像歪み補正手段８０８で、画像の傾き・倍率・ディストーションなどの歪み補正を行い、画像データを期待される２次元データのサイズに変換する。サイズ変換された２次元データを構成する複数ビットの各ビットデータを、２値化手段８０７において“０”、“１”判定する２値化し、メモリ８０２上に再生データの出力の並びでデータを格納する制御を行う。次に誤り訂正手段８０６で各データ列に含まれる誤りを訂正し、スクランブル解除手段８０５で擬似乱数データ列を加えるスクランブルを解除した後、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　Ｃｈｅｃｋ）演算手段８０４でメモリ８０２上のユーザデータ内に誤りが含まれない確認を行う。その後、入出力制御手段９０にメモリ８０２からユーザデータを転送する。

　以上で、本実施例において特に重要となる光学系１１と信号処理手段８５について説明した。以下、上述した本実施例の特徴について、更に詳細に説明する。
  本実施例の特徴は、分割位相差フィルタ２５０を用いる点である。分割位相差フィルタ２５０を用いることにより、空間光変調器のＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値を２以上に設定した方向において、光検出器のピクセルを有効に利用し、再生信号のＳＮを向上することができる。以下に、その方法を説明する。

　図５は、信号光の持つ空間周波数と光検出器２２５のサンプリング周波数の関係を説明するための概略図である。信号光の分布は複素振幅で表され、空間光変調器２１２のＯＮ／ＯＦＦピクセルの分布と空間フィルタ２１４の開口のサイズによって決定される。空間光変調器２１２の縦と横のピクセルピッチを共にｄとし（図５ａ）、ｘ方向のみＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値を２に設定したとする。このとき、空間フィルタ２１４の開口のｘ、ｙ方向のサイズＤ_ｘ、Ｄ_ｙは、ホログラムのサイズを最小限にして高密度記録を実現するために、それぞれ、Ｄ_ｘ＝αＬλ／（２ｄ）、Ｄ_ｙ＝αＬλ／ｄと設定される（図５ｂ）。ここで、Ｌとλはそれぞれリレーレンズ２１３の焦点距離と光源２０１から出射される光ビームの波長である。また、αは、空間フィルタ製造時の公差などを考慮して決める１に近い係数である。このとき、ホログラムとして、光情報記録媒体１に記録された信号光は図５ｃで表されるような分布となっており、ｘ、ｙ方向の最大の空間周波数ｆ_{ｍａｘ＿ｘ}、ｆ_{ｍａｘ＿ｙ}はそれぞれｆ_{ｍａｘ＿ｘ}＝１／（２ｄ）、ｆ_{ｍａｘ＿ｙ}＝１／ｄと表される。

　一方、光検出器２２５の縦と横のサンプリング周波数を共にｆ_ｐとし、光検出器２２５の縦と横のピクセルピッチを共にｐとすると、ｆ_ｐ＝１／ｐと表される（図５ｄ）。
  光検出器２２５で検出される光の強度分布は、情報記録媒体１から回折された信号光２２８とオシレーター光２２９が干渉した干渉光の強度分布である。この強度分布の持つ空間周波数は、図５ｃに示した信号光２２８の複素振幅の空間周波数と略一致する。ただし、オシレーター光２２９の光強度が、回折された信号光２２８の光強度に対して例えば１００倍程度大きく、オシレーター光の複素振幅が空間的に略一定になるようにしている。

　上記の条件では、サンプリング定理により、ｆ_ｐ≧２ｍａｘ（ｆ_{ｍａｘ＿ｘ}，ｆ_{ｍａｘ＿ｙ}）の関係を満たす構成とすることで、ｘ、ｙ方向の両方で十分なサンプリングが可能となる。ただし、ｍａｘ（）は（）内の大きいほうを選択する関数とする。このとき、ｆ_{ｍａｘ＿ｙ}＝２ｆ_{ｍａｘ＿ｘ}の関係があるため、ｘ方向の本来必要なサンプリング周波数は、ｆ_ｐ／２でよい。したがって、ｘ方向に限れば、例えば偶数番目と奇数番目のピクセルでそれぞれ独立に光を検出することにより、ｆ_ｐ／２の周波数で同時に２つの光をサンプリングすることが可能である。

　本実施例では、ｘ方向に幅ｐの領域に分割されている分割位相差フィルタ２５０を用いることにより（図５ｅ）、２つのリターデーション量の異なる光を同時に検出し、再生信号のＳＮを向上している。
  以下、分割位相差フィルタ２５０の構成と特徴を説明する。

　図６は、分割位相差フィルタ２５０と光検出器２２５の構成およびリレーレンズ２１３と空間フィルタ２１４の位置関係の例を示したものである。分割位相差フィルタ２５０は、偏光板５０１と位相差板５０２を張り合わせた構造となっている。位相差板５０２は、カメラなどの光検出器２２５のピクセル５０５と等しい幅の短冊状の領域に分割されており、ガラスでできた領域５０３と、偏光方向に応じて位相差（リターデーション）を付加する波長板でできた領域５０４とがｘ方向に交互に配置されている。この波長板は、進相軸がｘ方向に向いた１／４波長板である。この分割位相差フィルタ２５０は、フォトニック結晶を用いて作製しても良い。また、位相差を付加する領域が分割されている必要は必ずしもなく、空間的に連続的な位相差を付加するものでも良い。

　分割位相差フィルタ２５０に入射する回折された信号光２２８の偏光方向５０８とオシレーター光２２９の偏光方向５０９はそれぞれｘ方向とｙ方向である。そのため、分割位相差フィルタ２５０の構造から、領域５０３を透過した光は、ｘ方向とｙ方向の偏光成分で位相遅れがないのに対して、領域５０４を透過したｘ方向の偏光成分は、ｙ方向に対してπ／２の位相遅れが発生する。つまり、領域５０３と領域５０４を透過した光のリターデーション量は０とπ／２となる。
  また、偏光板５０１は光検出器２２５側にあり、特定の方向の偏光を透過する働きを持つ。偏光板５０１は、ｘ軸から４５度回転した方向の光のみを透過するよう調整されている。ただし、偏光板５０１が通す偏光方向は、ｘ軸から４５度に限定されず、この角度を調整することで回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の光検出器に入射する光強度比を所望の値に設定してもよい。

　この結果、偏光板５０１を透過した回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の偏光方向が一致し、２つの光は光検出器２２５上で干渉する。
  分割位相差フィルタ２５０は、領域５０３と領域５０４の境界線が光検出器２２５のピクセル５０５の境界線と一致するように貼り付けられている。そのため、領域５０３に対応した光検出器２２５のピクセルでは、回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間にはリターデーションがつかずに干渉した光の強度分布が検出される。また、領域５０４に対応した光検出器２２５のピクセルでは、回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間にπ／２のリターデーションがついて干渉した光の強度分布が検出される。

　よって、分割位相差フィルタ２５０を用いて、領域５０３と５０４を透過した光を独立に検出することにより、リターデーション量の異なる２つの画像を同時に取得することができる。

　次に、分割位相差フィルタ２５０の変調周波数ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}について説明する。短冊上の領域５０３と５０４の幅は、光検出器２２５のピクセル５０５の幅に一致しており、ｐである。変調周波数ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}を、ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}＝１／（２ｐ）＝ｆ_ｐ／２と定義すると、変調周波数ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}と、信号光のｘ方向の空間周波数ｆ_{ｍａｘ＿ｘ}の間には、ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}＝２ｆ_{ｍａｘ＿ｘ}の関係が成り立っている。また、空間フィルタ２１４の開口のｘ方向のサイズＤ_ｘとｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}との間には、ｆ_{ｆｉｌｔｅｒ＿ｘ}＝２Ｄ_ｘ／（Ｌλ）の関係が成り立っている。
  また、ここで、回折された信号光２２８の空間周波数を制限するために、本実施例ではリレーレンズ２１３と空間フィルタ２１４を用いているが、その他の方法、例えば透過率の入射角依存性を有する膜を空間光変調器に貼り付けるなどの方法でも良い。
  上記の関係を満たす構成とすることで、リターデーション量の異なる２つの画像を十分なサンプリング周波数で同時に検出することができる。

　本実施例では、上記のように取得した２つの画像を用いて、ＳＮを向上している。以下に、取得した２つの画像を用いて再生を行う方法について説明する。

　図７は、信号処理手段８５内の信号検出手段８１３を更に詳しく説明するためのブロック図である。また、図７では、制御線を通る画像データのイメージ図を示している。信号検出手段８１３は、内部に本実施例の特徴である検出画像分離処理部８１３１と補間処理部８１３３を有しており、さらに、信号取り出し部８１３４と信号計算部８１３２とを有している。

　図８は、光情報記録媒体１から情報を再生するまでの動作フローを示している。まずシーク動作（Ｓ８０１）で、アクセス制御手段８１を制御して、光学系１１ならびに再生用参照光光学系１２の位置を光情報記録媒体１の所定の位置に位置づけする。光情報記録媒体１がアドレス情報を持つ場合には、アドレス情報を再生し、目的の位置に位置づけされているか確認し、目的の位置に配置されていなければ、所定の位置とのずれ量を算出し、再度位置づけする動作を繰り返す。

　続いて、光学系１１から参照光を出射し、光情報記録媒体１から回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の干渉光の強度分布画像を光検出器２２５により検出する（Ｓ８０２）。
  検出された画像から信号処理手段８５内の信号検出手段８１３により、記録したデータページに対応する情報を検出する（Ｓ８０３～Ｓ８０６）。まず、検出画像分離処理部８１３１により、光検出器２２５で検出された画像８１１Ａから、各ピクセルを、領域５０３を透過して検出されたピクセルと領域５０４を透過して検出されたピクセルに分離し、それぞれの画像８１３１Ａと８１３１Ｂを生成する（Ｓ８０３）。これにより得られた２つの画像は、光検出器２２５上の光をｘ方向にまびいて検出した画像となっているため、ｘ方向のピクセル数が光検出器２２５のピクセル数に比べて半分になっている。その後、これら２つの画像８１３１Ａと８１３１Ｂをそれぞれ、補間処理部８１３３で補間処理を行い、ｘ方向のピクセル数を光検出器２２５のピクセル数と等しくする（Ｓ８０４）。補間処理には、例えば、最近傍補間、線形補間、多項式補間など、画像処理で一般に用いられているアルゴリズムを利用する。ここで、補間処理を用いるため、空間光変調器２１２と光検出器２２５のピクセルを一致させなくても補間後の画像データから、空間光検出器２１２上の所望の位置の情報を計算により求めることができる。

　補間処理により得られた２つの画像８１３３Ａと８１３３Ｂはそれぞれ、Ｉ_ｃａｍ（０）、Ｉ_ｃａｍ（π／２）として数１、数２のように表される。

ここで、（ｘ、ｙ）は補間後の画像の位置座標を表しており、Ｅ_Ｓｉｇ、Ｅ_Ｌｏ、φ（ｘ，ｙ）、δ（ｘ，ｙ）はそれぞれ、回折された信号光２２８、オシレーター光２２９の光検出器２２５上の電場振幅、回折された信号光２２８の位相分布、オシレーター光２２９の位相ずれの分布を表す。また、iは虚数単位である。

　続いて、信号取り出し部８１３４で、信号成分を取り出す処理を行う（Ｓ８０５）。これは、数１、数２に示すハイパスフィルタ（Ｈｉｇｈ－Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ：　ＨＰＦ）処理により実現される。オシレーター光２２９の電場振幅Ｅ_Ｌｏ（ｘ，ｙ）が回折された信号光２２８の電場振幅Ｅ_Ｓｉｇ（ｘ，ｙ）に対して大きくすると、ハイパスフィルタ後の２つの画像は、それぞれＩ_{ｃａｍ＿ＨＰＦ}（０）、Ｉ_{ｃａｍ＿ＨＰＦ}（π／２）として数３、数４で表される。

ここでＣは定数あるいはｘ、ｙの関数であり、Ｉ_ｃａｍ（０）、Ｉ_ｃａｍ（π／２）の空間平均値、もしくはオシレーター光の強度Ｅ_Ｌｏ（ｘ，ｙ）^２とする。

　その後、信号計算部８１３２で、増幅信号を、数５を用いて計算する（Ｓ８０６）。

数５の右辺は、信号成分であるＥ_Ｓｉｇ（ｘ，ｙ）が２Ｅ_ＬＯ（ｘ，ｙ）倍に増幅されていることを意味している。本実施例ではＥ_ＬＯ（ｘ，ｙ）は（ｘ，ｙ）に依存しない略均一な分布としている。よって、以上の処理により、再生信号を増幅することができ、その結果ＳＮを向上することができる。
  最後に、得られた信号を図４で説明した各手段を用いてデータを読み出し（Ｓ８０７）、再生されたデータを入出力制御手段９０に送信する（Ｓ８０８）。

　以上、本実施例の方法を用いることで、オーバーサンプリングされている方向に、分割位相差フィルタ２５０を用いてリターデーション量の異なる２つの画像を同時に取得することで光検出器２２５のピクセルを有効に利用できるため、再生信号のＳＮが向上する効果が得られる。以上では、信号光の振幅変調を２値とした例を示したが、これに限らず、３値以上の多値にすることで大容量化を実現できるという効果も得られる。

　実施例１では、信号光に振幅情報を付加したが、本実施例では信号光に位相情報を付加する。これにより実施例１と同様の方法で取得した２枚の画像を利用して、位相情報を検出することができる。
  本実施例では、実施例１と同様の図２に示す光学系を用いて記録を行うが、空間光変調器２１２で位相情報を付加する点が異なる。また、再生は図３に示す光学系を用いる。

　図９は、本実施例において、位相信号を検出する動作フローの一例を示したものである。シークから、信号成分を取り出すまでのフロー（Ｓ９０１～Ｓ９０５）と、データ読み出し（Ｓ９０７）、再生データ送信（Ｓ９０８）は、実施例１と同様である。本実施例では、信号取り出し部８１３４で数３、数４で示す処理により信号成分取り出し（Ｓ９０５）を行ってから、数６に示す計算により、信号光の位相分布φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ９０６）。

ここで、δ（ｘ，ｙ）は、オシレーター光２２９の位相ずれ成分の分布であり、事前に検出しておき既知の値となっているものとする。これにより信号光の位相分布φ（ｘ，ｙ）を求めることができる。

　この方法では、信号光の帯域制限方向において、ピクセルを有効に利用することにより、位相情報の検出を１回の光検出により実現できることに特徴があり、一般的に知られている位相検出方法であるフリンジスキャン法が３回以上の検出が必要なことを考えると、検出速度を向上させる効果がある。

　また、本実施例では信号光に付加する位相情報を２値とした例を示したが、これに限らず、３値以上の多値にすることもでき、これにより大容量化を実現することができる。

　本実施例では、実施例２と同様に記録時に信号光に位相情報を付加するが、再生方法が異なる。大容量化のために位相多値情報を信号光に付加する場合、数３、数４で信号成分（cosやsinを含む項）を取り出すときの誤差が無視できなくなる。そこで、本実施例では、回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間の位相差が異なる画像を４枚取得することでフリンジスキャン法を適用し、より高精度な位相検出を行っている。
  本実施例では、実施例２と同様の図２に示す光学系を用いて記録を行うが、空間光変調器２１２では例えば４値の位相多値情報を付加する。

　図１０は、本実施例のホログラフィックメモリ装置１０における光学系１１の基本的な光学系構成の一例における再生原理を示したものである。この光学系は、図３に示す光学系とほとんど同じであるが、可変リターダー１０１０がオシレーター光２２９の光路中に配置されている点が異なる。可変リターダー１０１０は、位相遅れを制御する素子であり、例えば液晶を用いて作られている。また、この可変リターダー１０１０は、参照光路中に配置してよい。

　図１１は、本実施例の位相信号を検出する動作フローの一例を示したものである。まず、実施例１記載の方法と同様にシーク動作（Ｓ１１０１）を行い、その後、可変リターダー１０１０を用いて回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間の位相差を例えば０に設定する（Ｓ１１０２）。次に、光検出器２２５で画像を検出し、続いて、可変リターダー１０１０を用いて回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間の位相差をπに設定し、再度光検出器２２５で画像を検出する。
  上記の方法で得られた２枚の画像データに対して、実施例１と同様に、検出画像分離処理（Ｓ１１０６）と補間処理（Ｓ１１０７）を行う。これにより得られる画像は全部で４枚となり、数７で表される。

ここで、θは、分割位相差フィルタ２５０と可変リターダー１０１０の両方の効果で得られる回折された信号光２２８とオシレーター光２２９の間の位相差で、１回目の画像検出１１０２ではθ＝０，π／２の画像が、２回目の画像検出１１０４ではθ＝π，３π／２の画像がそれぞれ得られる。

　その後、数８の計算により、信号光の位相分布φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ１１０８）。

ここで、δ（ｘ，ｙ）は、実施例２と同様にオシレーター光２２９の位相ずれ成分の分布であり、事前に検出しておき既知の値となっているものとする。
  この方法では、信号光の帯域制限方向において、ピクセルを有効に利用することにより、位相情報の検出を２回の光検出により実現できることに特徴があり、４回検出する従来のフリンジスキャンと比較して高速な位相検出が可能となる。また、実施例２の位相検出方法と比べ、数３、数４の計算での誤差がないため、より高精度な位相検出が可能となる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施例１～３の変形例として以下が考えられる。
  実施例１～３は、振幅情報または位相情報の再生を行っているが、２つの実施例の組み合わせにより、振幅位相情報の再生を行うことも可能である。
  実施例１～３において、分割位相差フィルタは１方向にのみ位相差を付加しているが、２方向に位相差を付加しても同様の考え方を適用することができる。
  実施例１～３では、空間フィルタ２１４を記録／再生の両方で用いていたが、例えば再生時だけなど、記録／再生のどちらか一方で用いても良い。

　実施例１、２では、空間光変調器のＯＮ／ＯＦＦピクセル連続数の下限値と分割位相差フィルタ２５０内の位相差板５０２の分割領域で付加する位相量の種類を２として、２枚の画像を１度に検出しているが、３枚以上の画像を１度に検出して、それらの画像から信号光の振幅または位相情報を、取得枚数に適した方法で計算しても良い。このとき、分割位相差フィルタ２５０の各領域のリターデーション量や信号光の空間周波数は、適切に設定する必要がある。図１２にリターデーション量の種類を３とした場合の分割位相差フィルタの例を示す。分割位相差フィルタ１２００は、偏光板１２０１と位相差板１２０２を張り合わせて作成されており、この位相差板１２０２には３つの領域、１２０３、１２０４，１２０５が周期的に配置されている。これを用いることで、リターデーション量の異なる３枚の画像を１度に検出することができ、３枚の画像を用いて計算するフリンジスキャン法により位相情報を求めることができる。

　実施例１、２で用いた２枚の画像から信号を検出する方法は、上記説明に限定されるものではなく、他の方法を用いて検出しても良い。
  実施例１、２で、フロー４５３～４５５およびフロー７５３～７５５、の順番は一部が入れ替わってもよい。
  実施例１～３で、空間光変調器２１２および光検出器２２５のピクセルは正方形を想定したが、長方形やハニカム構造、その他の多角形でも同様の考え方を応用することができる。

　上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
  また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くこと ができる。 
  また、制御線、情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての、制御用ラインなどの制御線、情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１・・・光情報記録媒体、１０・・・ホログラフィックメモリ装置、 １１・・・光学系、１２・・・再生用光学系、  ８５・・・信号処理手段、８９・・・コントローラ、 ９０・・・入出力制御回路、 ９１・・・外部制御装置、２０１・・・光源、２０４・・・偏光方向変換素子、２０５・・・偏光ビームスプリッタ、 ２０６・・・信号光、 ２０７・・・参照光、２０９・・・偏光方向変換素子、２１１・・・偏光ビームスプリッタ、 ２１２・・・空間光変調器、 ２１３・・・リレーレンズ、 ２１４・・・空間フィルタ、 ２１５・・・対物レンズ、 ２１６・・・偏光方向変換素子、 ２２５・・・光検出器、２２８・・・回折された信号光、２２９・・・オシレーター光、２５０・・・分割位相差フィルタ、５０１・・・偏光板、５０２・・・位相差板、５０５・・・光検出器のピクセル、５０６・・・偏光板の偏光方向、５０７・・・オシレーター光の偏光方向、５０８・・・回折された信号光の偏光方向、８１１・・・制御線、８１３・・・信号検出手段、

Claims (11)

1. 信号光と参照光とを干渉させて得られた干渉縞が記録されているホログラム記録媒体から、情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、
   再生時に前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するためのオシレーター光生成部と、
   前記オシレーター光と前記回折光との間に所定の位相差を付加するための位相差付加部と、
   前記位相差付加部により位相差が付加されたオシレーター光と前記回折光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、
   前記光検出部により検出した情報から前記回折光の各画素に付加された情報を検出する情報再生部と、
   を備え、
   前記位相差付加部が付加する位相差の空間周波数と、前記光検出部の画素配置の空間周波数が、空間光変調器のピクセルの少なくとも１つの方向において、前記回折光の複素振幅分布の最大の空間周波数の略２倍以上であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
2. 請求項１記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   空間光変調器のピクセルの第１の方向の前記最大の空間周波数が、空間光変調器のピクセルの第２の方向の前記最大の空間周波数より小さく、前記位相差付加部が、前記第１の方向だけに位相差を付加することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
3. 請求項２記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記第１の方向と前記第２の方向が直交していることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
4. 請求項２記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記位相差付加部が複数の領域に分割されており、周期的に前記回折光と前記オシレータ光との間に前記領域に対応した位相差を付加することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
5. 請求項４記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記位相差付加部が、前記の領域の内少なくとも１つの領域において前記回折光と前記オシレータ光との間に略１／４波長の位相差を付加することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
6. 請求項１記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記回折光の空間周波数を制限する周波数フィルタ部を備え、
   前記周波数フィルタ部が通す前記最大周波数が、前記位相差付加部の変調周波数の略半分の周波数であることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
7. 請求項６記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記周波数フィルタ部が、リレーレンズと開口を有する空間フィルタにより構成されていることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
8. 請求項１記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記情報再生部が、前記光検出部で検出した画像情報を検出画素に応じて分離する分離処理部を備えることを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
9. 請求項８記載のホログラフィックメモリ装置であって、
   前記情報再生部が、回折光の振幅または位相情報を再生することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
10. 回折光と参照光とを干渉させて得られた干渉縞が記録されているホログラム記録媒体から、情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、
    再生時に前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するためのオシレーター光生成部と、
    前記回折光の空間周波数を制限する周波数フィルタ部と、
    前記オシレーター光と前記回折光との間に所定の位相差を付加するための位相差付加部と、
    前記位相差付加部により位相差が付加されたオシレーター光と前記回折光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、
    前記光検出部により検出した情報から前記信号光の各画素に付加された情報を検出する情報再生部と、
    を備え、
    前記周波数フィルタ部が制限する空間周波数が、空間光変調器のピクセルの第１の方向より空間光変調器のピクセルの第２の方向のほうが大きく、前記位相差付加部が、前記第１の方向だけに位相差を付加することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
11. コヒーレントな光ビームの２次元振幅位相情報を検出する光情報検出方法であって、
    第1の光ビームと前記第１の光ビームとは偏光方向の異なる第２の光ビームの間に所定の位相差を付加し、
    前記第1の光ビームと第２の光ビームが重ね合わさった干渉光を検出し、
    前記干渉光から前記第１の光ビームの情報を検出し、
    前記情報再生部内において、前記光検出部で取得した情報を分離する処理を行い、
    前記第１の光ビームの有する空間周波数が、前記所定の位相差の空間周波数より小さいことを特徴とする光情報検出方法。

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