(57)【要約】【課題】ホログラム記録再生装置において、レンズや装置のコストを高めることなく、ホログラムの書き込み密度を高め、記録再生精度の低下を抑止する。【解決手段】ホログラム記録再生装置は、空間光変調器を経由した信号光をホログラム記録媒体に照射する信号光照射光学系と、参照光を信号光が照射されるホログラム記録媒体の照射位置に照射する参照光照射光学系と、参照光をホログラム記録媒体に照射することで生じる再生光をイメージセンサの受光面に結像する再生光結像光学系とを備え、信号光照射光学系は、空間光変調器で生じる不要回折光を取り除くナイキストフィルタを備え、ナイキストフィルタは、空間光変調器で生じる一つの１次回折光のみを通過させるアパーチャを備え、信号光照射光学系におけるナイキストフィルタ以降の光学系と再生光結像光学系は、アパーチャの中心軸と同軸の光軸を備える。【選択図】図１
2020035505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調器を経由した信号光をホログラム記録媒体に照射する信号光照射光学系と、
参照光を前記信号光が照射されるホログラム記録媒体の照射位置に照射する参照光照射光学系と、
前記参照光をホログラム記録媒体に照射することで生じる再生光をイメージセンサの受光面に結像する再生光結像光学系とを備え、
前記信号光照射光学系は、前記空間光変調器で生じる不要回折光を取り除くナイキストフィルタを備え、
前記ナイキストフィルタは、前記空間光変調器で生じる一つの１次回折光のみを通過させるアパーチャを備え、
前記信号光照射光学系における前記ナイキストフィルタ以降の光学系と前記再生光結像光学系は、前記アパーチャの中心軸と同軸の光軸を備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記信号光照射光学系は、前記ナイキストフィルタのフーリエ変換面と前記ホログラム記録媒体の記録面とが共役関係にあり、
前記信号光照射光学系の対物レンズと前記再生光結像光学系の結像レンズからなる光学系が両側テレセントリックであることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記空間光変調器は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）であることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録再生技術（ホログラムメモリー技術）は、高転送速度・高記録密度で長期保存可能な光記録技術として注目されており、次世代のマルチメディアストレージとしての実用化が期待されている。デジタル情報を記録再生するホログラムメモリーは、２次元化されたデジタルビットパターン（ページデータ）を記録媒体にホログラムとして多重記録することにより高転送速度・高記録密度の大容量光メモリを実現可能にするものである。
【０００３】
ホログラムメモリーの記録方法は、ページデータに基づいて空間光変調された信号光と、この信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内で干渉させることでホログラムを形成し、ページデータの２次元パターンをホログラムとして記録媒体に記録している。そして、ホログラムメモリーの再生方法は、記録に用いた参照光を記録媒体に記録されているホログラムに照射することにより回折光（再生光）を発生させ、この回折光をイメージセンサで受光することで、ホログラムとして記録されているページデータを２次元パターンの画像として再生している。
【０００４】
ホログラム記録再生装置の光学系は、空間光変調器を通過した信号光を伝達するためのリレーレンズと、このリレーレンズによって伝達される信号光を集光させながらホログラム記録媒体に導く対物レンズとを備えており、再生時には、ホログラム記録媒体からの再生光をイメージセンサの受光面に結像させる結像レンズを備えている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９１２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のホログラム記録再生装置は、空間光変調器としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いて、高密度のデジタル情報を信号光に担持させている。この際、ＤＭＤは、極微小のミラーがアレイ状に並べられているので、このＤＭＤ表面の２次元的な周期構造に起因して、各ミラーによる反射光には高次の回折光が含まれることになる。
【０００７】
信号光に含まれる回折光は、ホログラム記録媒体にページデータの２次元パターンをホログラムとして記録する際に、データノイズを記録することになり、データ情報の記録再生精度を低下させる要因になる。このため、従来技術では、信号光を伝達するリレーレンズの間に高次の回折光を取り除くナイキストフィルタを設けることが行われている。
【０００８】
しかしながら、従来技術のようにＤＭＤの中心軸にナイキストフィルタのアパーチャを設ける場合には、ＤＭＤの構造によって中心軸を通過する０次光のみでは十分な光量が得られなくなる。このため、０次光と複数の方向に生じる１次回折光を利用し、それより高次の回折光を取り除くことが行われていたが、これによると、複数の方向に進行する1次回折光を通過させるために、ナイキストフィルタのアパーチャ径を大きくせざるを得なくなる。
【０００９】
そうした場合、ナイキストフィルタのフーリエ変換面をホログラム記録媒体に結像する際に、結像倍率を小さくしない限りアパーチャの径に従ってホログラムの書き込みサイズが大きくなってしまい、ホログラムの書き込み密度を高くすることができない問題が生じる。これに対して、結像倍率を小さくしてホログラムの書き込みサイズを小さくしようとすると、結像レンズのＮＡが大きくなって高価なレンズが必要になると共に、ＮＡが大きいレンズによって焦点深度が浅くなるので、焦点位置の位置決めに高い精度が必要になり、装置コストが高くなるという問題が生じる。
【００１０】
更に、ナイキストフィルタの大きなアパーチャで複数の１次回折光を通過させ、異なる方向に進行する複数の１次回折光を結像レンズで記録面に集光させると、結像レンズの偏心で、各々の１次回折光と参照光とで形成されるホログラムの形成位置にズレが生じる。偏心がゼロの結像レンズは実質的には作れないので、複数の１次回折光を使う場合には、単体のホログラムの記録位置にボケが生じることになり、これが記録再生精度を低下させる要因になっていた。
【００１１】
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、ホログラム記録再生装置において、レンズや装置のコストを高めることなく、ホログラムの書き込み密度を高めること、記録再生精度の低下を抑止すること、などが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
空間光変調器を経由した信号光をホログラム記録媒体に照射する信号光照射光学系と、参照光を前記信号光が照射されるホログラム記録媒体の照射位置に照射する参照光照射光学系と、前記参照光をホログラム記録媒体に照射することで生じる再生光をイメージセンサの受光面に結像する再生光結像光学系とを備え、前記信号光照射光学系は、前記空間光変調器で生じる不要回折光を取り除くナイキストフィルタを備え、前記ナイキストフィルタは、前記空間光変調器で生じる一つの１次回折光のみを通過させるアパーチャを備え、前記信号光照射光学系における前記ナイキストフィルタ以降の光学系と前記再生光結像光学系は、前記アパーチャの中心軸と同軸の光軸を備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置の光学系を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置の具体的構成例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
【００１５】
本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置の光学系１Ａは、信号光照射光学系２Ａ、参照光照射光学系３Ａ、再生光結像光学系４Ａを備えている。
【００１６】
信号光照射光学系２Ａは、空間光変調器１０を経由することによってデータ情報が担持された信号光Ｌ１を、ホログラム記録媒体Ｍに照射する光学系であり、図示の例では、リレーレンズ１１，１２、ナイキストフィルタ１３、対物レンズ１４を備えている。参照光照射光学系３Ａは、参照光Ｌ２を信号光Ｌ１が照射されるホログラム記録媒体Ｍの照射位置Ｍ１に照射する光学系であり、図示の例では集光レンズ１７を備えている。再生光結像光学系４Ａは、参照光Ｌ２をホログラム記録媒体Ｍに照射することで生じる再生光Ｌ３をイメージセンサ１６の受光面１６Ａに結像する光学系であり、図示の例では、結像レンズ１５を備えている。
【００１７】
信号光照射光学系２Ａにおける空間光変調器１０は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）であり、入力されるデータ情報によってアレイ状に並べられている微小ミラーを制御することで、信号光Ｌ１を空間光変調して、信号光Ｌ１にデータ情報を担持させている。
【００１８】
空間光変調器１０を経由した信号光Ｌ１は、リレーレンズ１１、ナイキストフィルタ１３、リレーレンズ１２を経て対物レンズ１４に入射する。対物レンズ１４は、ナイキストフィルタ１３で空間周波数帯域が調整された信号光Ｌ１をホログラム記録媒体Ｍの記録面に球面波として集光する。
【００１９】
ナイキストフィルタ１３は、ＤＭＤ表面の２次元的な周期構造に起因して発生する回折光のうち、一つの１次回折光のみを通過させるアパーチャ１３Ａを備えている。これによって、ナイキストフィルタ１３は、１次回折光より高次の不要な回折光を取り除いている。ナイキストフィルタ１３のアパーチャ１３Ａは、一つの１次回折光のみを通過させるために、空間光変調器１０及びリレーレンズ１１の光軸（中心軸）から光軸と交差する方向にシフトした位置に配備されている。
【００２０】
ナイキストフィルタ１３のアパーチャ１３Ａを通過する１次回折光からなる信号光Ｌ１は、リレーレンズ１２と対物レンズ１４からなる結像光学系によって、ホログラム記録媒体Ｍの記録面に集光される。ここで、ナイキストフィルタ１３のフーリエ変換面とホログラム記録媒体Ｍの記録面とは共役関係になっている。
【００２１】
信号光Ｌ１と参照光Ｌ２が照射位置Ｍ１に照射されることで、信号光Ｌ１に担持されたデータ情報がホログラムとしてホログラム記録媒体Ｍに記録される。ホログラムが記録されたホログラム記録媒体Ｍに参照光Ｌ２を照射することで発生する再生光Ｌ３は、記録されたホログラムによる参照光Ｌ２の回折光であり、この再生光Ｌ３は、結像レンズ１５によってイメージセンサ１６の受光面１６Ａに集光される。
【００２２】
ここで、信号光照射光学系２Ａのナイキストフィルタ１３以降の光学系（リレーレンズ１２と対物レンズ１４）の光軸は、アパーチャ１３Ａの中心軸と同軸であり、且つ再生光結像光学系４Ａの光軸と同軸になっている。ここで、リレーレンズ１２と対物レンズ１４からなる結像光学系は、空間光変調器（ＤＭＤ）１０で反射した１次回折光のみを通過させる小さなアパーチャ１３Ａを通過する光を記録面に結像させるので、高いＮＡのレンズ或いは有効径の大きなレンズは不要であり、また、焦点深度を深く設定できるので精緻な集光位置の設定も不要になる。よって、レンズや装置を比較的低コストで配備することが可能になる。
【００２３】
また、ナイキストフィルタ１３のアパーチャ１３Ａは、複数の方向に発生する１次回折光のうち一つの１次回折光のみを通過させているので、結像光学系のレンズに偏心があったとしても、位置ズレを生じること無く信号光Ｌ１と参照光Ｌ２を干渉させて、記録面の設定位置に比較的小さなサイズのホログラムを記録させることができる。これによって、記録再生精度を低下させること無く高い密度でホログラムを記録することができる。
【００２４】
更に、ホログラム記録再生装置の光学系１Ａでは、信号光照射光学系２Ａの対物レンズ１４と再生光結像光学系４Ａの結像レンズ１５からなる光学系が、両側テレセントリックになっている。すなわち、対物レンズ１４に入射する光の主光線と結像レンズ１５から出射される光の主光線が、アパーチャ１３Ａの中心軸と同軸の光軸と平行になっている。このような光学系を採用することで、空間光変調器１０とホログラム記録媒体Ｍとイメージセンサ１６の位置関係を高い精度で位置決めしなくても、空間光変調器１０の像を精度良くホログラム記録媒体Ｍにホログラム像として記録することができる共に、ホログラム記録媒体Ｍに記録されたホログラム像を精度良くイメージセンサ１６で再生することができる。これよって、ホログラム記録再生装置において、データ情報の記録精度の低下と再生精度の低下を共に抑止することができる。
【００２５】
図２は、前述した光学系１Ａを備えたホログラム記録再生装置の具体例を示している。図２に示すように、ホログラム記録再生装置１は、ホログラム記録媒体Ｍに信号光Ｌ１を照射する信号光照射部２と、ホログラム記録媒体Ｍに参照光Ｌ２を照射する参照光照射部３と、再生光Ｌ３を受光してホログラム記録媒体Ｍにホログラムとして記録されているデータ情報を２次元画像として出力する再生光検出部４とを備えている。
【００２６】
信号光照射部２は、コヒーレント光源（例えば、レーザー光源）５から出射された光にデータ情報を担持させた信号光Ｌ１をホログラム記録媒体Ｍの特定位置に照射するための前述した信号光照射光学系２Ａを備えている。
【００２７】
コヒーレント光源５から出射された光は、例えば、ビーム成形レンズ５０、アイソレータ５１、１／２波長板５２、シャッタ５３、ミラー５４、ピンホール５５を間に挟むリレーレンズ５６，５７、１／２波長板５８を経由して、光分離要素（ハーフプリズム）５９に入射され、光分離要素５９にて信号光Ｌ１になる光Ｌ１０と参照光Ｌ２になる光Ｌ２０に分離される。そして、信号光Ｌ１になる光Ｌ１０は、ミラー２１で反射され、空間光変調器１０で空間光変調されることでデータ情報を担持した信号光Ｌ１となり、信号光Ｌ１は、前述したように、リレーレンズ１１、ナイキストフィルタ１３、リレーレンズ１２を通過し対物レンズ１４にて集光されてホログラム記録媒体Ｍに照射される。
【００２８】
参照光照射部３は、信号光Ｌ１とコヒーレントな光（参照光Ｌ２）を信号光Ｌ１が照射されているホログラム記録媒体Ｍの特定位置に照射する参照光照射光学系３Ａを備えている。より具体的な図示の構成例を説明すると、光分離要素５９で分離された光Ｌ２０は、１／２波長板３１、リレーレンズ３２，３３、ミラー３４，３５などを経た後、集光レンズ１７にて集光されてホログラム記録媒体Ｍに照射される。照射された信号光Ｌ１と参照光Ｌ２はホログラム記録媒体Ｍ内で干渉してホログラムを形成する。
【００２９】
ホログラム記録媒体Ｍは、例えば、光反応性モノマーよりなる記録層を備えたものを用いることができる。光反応性モノマーは、光（信号光と参照光）が照射されるとポリマーに変換されて、その結果、屈折率分布を有する領域が形成される。ホログラム記録媒体Ｍの記録層には、信号光Ｌ１と参照光Ｌ２の干渉縞が屈折率分布として記録されることで、データ情報を含むホログラムが記録される。
【００３０】
再生光検出部４は、前述した結像レンズ１５とイメージセンサ１６を備えている。イメージセンサ１６は、ホログラム記録媒体Ｍに記録されているホログラムに参照光Ｌ２を照射することで発生する再生光Ｌ３を受光するものであり、再生光Ｌ３の受光によってホログラムとして記録されているデータ情報を２次元画像として再生する。
【００３１】
ホログラム記録再生装置１は、シフト多重記録機構６（光学系シフト機構６０，記録媒体シフト機構６１）を備えている。シフト多重記録機構６は、信号光照射部２と参照光照射部３に対してホログラム記録媒体Ｍを相対的に移動させる機構であり、信号光照射部２と参照光照射部３を備える光学機構７をホログラム記録媒体Ｍに対して移動させる光学系シフト機構６０と光学機構７に対してホログラム記録媒体Ｍを移動させる記録媒体シフト機構６１の一方又は両方によって構成される。
【００３２】
シフト多重記録機構６は、ホログラム記録媒体Ｍにおける所定の領域に、信号光Ｌ１と参照光Ｌ２との干渉縞をホログラムとして記録した後、信号光照射部２と参照光照射部３を備える光学機構７をホログラム記録媒体Ｍの表面に沿って一方向に移動させるか、或いは光学機構７に対してホログラム記録媒体Ｍを一方向に移動させた状態において、新たなホログラムをその記録領域の一部が既に記録されているホログラムの記録領域と重なる状態で記録する操作を繰り返し行うものである。
【００３３】
また、ホログラム記録再生装置１は、ノイズ除去機構８を備えている。このノイズ除去機構８は、単体のホログラムが記録又は再生される時間内で参照光照射部３を常時微小変動させることで、記録又は再生時に生じるスペックルノイズを除去するものである。図示の例では、集光レンズ１７に対してノイズ除去機構８を設けた例を示しているが、特にこれに限定されるものではなく、参照光照射部３を構成する光学系や光学要素にノイズ除去機構８を設けることができる。
【００３４】
ノイズ除去機構８の動作は、単体のホログラムの記録時であれば、特定のブラッグ回折条件で生じる干渉縞がホログラム記録媒体Ｍに記録される時間内で参照光Ｌ２の状態を常時微小変動させるものであり、単体のホログラムを記録する際のブラッグ回折条件が満たされている範囲で、参照光Ｌ２の状態を常時微小変動させている。このため、ノイズ除去機構８の動作は、単体のホログラムをブラッグ回折条件を変えて多重記録する動作とは根本的に異なっている。
【００３５】
また、単体のホログラムの再生時におけるノイズ除去機構８の動作は、ホログラム記録媒体Ｍに記録されている単体のホログラムを特定のブラッグ回折条件で再生する際に、多重記録されたホログラムのうち単体のホログラムが再生される時間内で、単体のホログラムを再生する際のブラッグ回折条件が満たされている範囲で、参照光Ｌ２の状態を常時微小変動させている。
【００３６】
このような構成を備えるホログラム記録再生装置１は、ノイズ除去機構８によってスペックルノイズの除去を図りながら、シフト多重記録機構６によってページデータＰの時系列データ情報をホログラム記録媒体Ｍにシフト多重記録することができ、また、スペックルノイズの除去を図りながら記録されたページデータＰの時系列データ情報を２次元画像として再生することができる。これにより、ホログラム記録再生装置１は、スペックルノイズに起因するデータの読み取りエラーを抑止することができると共に、光学系１Ａの構成によって、データ情報の記録精度の低下と再生精度の低下を共に抑止することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１：ホログラム記録再生装置，
２：信号光照射部，２Ａ：信号光照射光学系，
３：参照光照射部，３Ａ：参照光照射光学系，
４：再生光検出部，４Ａ：再生光結像光学系，
５：コヒーレント光源，６：シフト多重記録機構， 
６０：光学系シフト機構，６１：記録媒体シフト機構，
７：光学機構，８：ノイズ除去機構，９：制御部，
１０：空間光変調器，２１，３４，３５，５４：ミラー，
１１，１２，３２，３３，５６，５７：リレーレンズ，
１４：対物レンズ，１５：結像レンズ，
１７：集光レンズ，１３：ナイキストフィルタ，１３Ａ：アパーチャ，
３１，５２，５８：１／２波長板，
５０：ビーム成形レンズ，５１：アイソレータ，５３：シャッタ，
５５：ピンホール，５９：光分離要素，
Ｌ１：信号光，Ｌ２：参照光，Ｌ３：再生光，
Ｍ：ホログラム記録媒体，Ｐ：ページデータ
【図１】
2020035505.tif 000003
【図２】
2020035505.tif 000004