(57)【要約】 【課題】再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させること。【解決手段】光を拡散させる位相マスク１２を空間変調器１１に隣接して配置して、信号光１００のホログラム記録材料８０での強度分布を広がらせて信号光のＤＣ成分を抑制する。それと共に、位相マスク１２に形成される光拡散用パターンの最小単位を空間変調器１１の表示データの最小単位の自然数倍することで、空間変調器１１の表示データの最小単位の内側に、位相マスク１２の光散用パターンの境界がかからないようにすることにより、位相マスク１２が原因となるノイズが信号光に載ることなく、記録画像のＳ／Ｎの悪化を防止できることが実験的に判明している。それ故、再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光１００のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と空間変調器に表示されるデータにより変調された信号光との干渉縞をホログラム記録材料に記録するホログラム記録装置であって、
前記信号光が通る光学系中に、光を拡散させる位相マスクを具備し、
前記位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位は、前記空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍であることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記信号光のデータ部は前記空間変調器を通ることでブロックコードにより変調され、前記位相マスクの前記パターンの境界は前記ブロックコードのブロック内にかからないことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記位相マスクの前記パターンの境界は、前記空間変調器の画像処理用アライメントマーク表示領域にかからないことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記位相マスクの領域で、前記空間変調器のデータ表示領域に対応する領域のみに、前記光拡散用パターンを形成することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記位相マスクの領域で、前記空間変調器の画像処理用アライメントマーク表示領域に対応する領域には前記光拡散用パターンを形成しないことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記位相マスクのパターンは、透過光の複素振幅の和がゼロ、または実質ゼロと見做せるような位相分布を持っていることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
空間変調器により変調された光を拡散する位相マスクであって、
前記位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位は前記空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍であることを特徴とする位相マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置に係り、特に信号光のＤＣ成分を抑制する位相マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報により空間変調された信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録材料に体積記録する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なうホログラフィックデータストレージシステムが提案されている。
【０００３】
従来のホログラフィックデータストレージシステムでは、図９に示すように光源（図示せず）から出射されたコヒーレントなレーザ光５０を信号光１００と参照光２００に分岐する。こうして得られた信号光１００は空間変調器（ＳＬＭ）１に通すと、このＳＬＭ１に表示された情報（データパターン）により空間変調される。ＳＬＭ１にて空間変調された信号光１００は、レンズ２によってホログラム記録材料３の近傍に集光され、別途、このホログラム記録材料３に照射される参照光２００と干渉させることにより、ホログラムが記録される。
【０００４】
この際、ＳＬＭ１に入射されるレーザ光５０はＳＬＭ１の画素パターン、及び、表示されているデータパターンに応じて回折を起こす。その結果として、ホログラム記録材料３上では信号光１００はある程度の広がりを持つことになる。波動光学の理論により、この広がりはＳＬＭ１に表示された画像のフーリエ変換パターンと関係があり、広がりの大きさはＳＬＭ１に表示された画素サイズとレンズの焦点距離に比例する。ホログラム記録材料３上での信号光１００の広がりのシミュレーション例を図１０に示す。
【０００５】
図１０から分かるように、ホログラム記録材料３上の光は原点付近に強い強度を持ち、それ以外の部分の光強度は弱いことが分かる。なお、原点付近の強い強度成分のことをＤＣ成分と呼ぶ。このような不均一な分布が生じることは、強度変調のみを行うＳＬＭ１を用いた場合のＤＣ成分の問題として知られている。このような不均一性があるとホログラム記録時に様々な問題を起こすことが知られており、それに対する対策もいくつか提案されてきた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
そのような対策の一つとして、ランダムフェーズマスク若しくは拡散板と呼ばれる光学部品を用いる方法がある。これは、例えばＳＬＭ１の画素ピッチと同じピッチで、位相差がゼロとπのランダムなパターンを持つような光学部品で、この光学部品はランダムなパターンをＳＬＭ１の画素に一致させるようにこの光を配置されることによって光を拡散させる方法である。この位相差がゼロとπのランダムなパターンを持つような光学部品を位相マスクと呼ぶ。このようにして光を拡散するとホログラム記録材料３上で光の分布が均一になり、記録特性が大幅に改善される。
【非特許文献１】Holographic Data Storage;H.J.Coufal,D.Psaltis,G.T.Sincerbox ED;Springer; p.259-269 Beam Conditioning Techniques for Holographic Recording Systems
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、ホログラム記録材料上で信号光が集中し過ぎてホログラム記録材料の利用効率が低下したり、Ｓ／Ｎが低下することを防ぐために、信号光からＤＣ成分を除去する位相マスクを信号光光学系内に導入すると、信号光のＤＣ成分に起因する問題は解消されるが、その一方、位相マスクを導入したことに起因するノイズが信号光に乗ってしまい、逆にノイズが増えてしまうことが知られている。これは、本来は位相成分だけである拡散板の像にホログラム記録再生光学系の収差やホログラム記録自体の不完全性が影響し、強度成分が乗ってきてしまうことに原因がある。例えば、理想的な位相マスクがあったとしても、信号光光学系の収差があると、位相マスクの像においては、特にパターンの境界部分は強度のむらが出てしまいがちである（理想的に位相マスクを結像すると、強度むらは出来ない）。そして、この強度むらが信号光のデータパターンに重なると、データを読み取る上で問題となり、ｂＥＲが悪化する。
【０００８】
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、再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させることができる位相マスク及びこの位相マスクを用いたホログラム記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、参照光と空間変調器に表示されるデータにより変調された信号光との干渉縞をホログラム記録材料に記録するホログラム記録装置であって、前記信号光が通る光学系中に、光を拡散させる位相マスクを具備し、前記位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位は、前記空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍であることを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位を空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍することで、空間変調器の表示データの最小単位の内側に、位相マスクの光散用パターンの境界がかからないようにして、位相マスクのパターンの境界部分がデータ内に写り込まないようにすることにより、位相マスクが原因となるノイズが信号光に載ることなく、記録画像のＳ／Ｎの悪化を防止できることが実験的に判明している。それ故、再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位を空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍することで、空間変調器の表示データの最小単位の内側に、位相マスクの光散用パターンの境界がかからないようにすることにより、再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させることができ、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを有効利用して記録密度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
再生画像のＳ／Ｎを悪化させることなく信号光のＤＣ成分を抑制して、ｂＥＲを向上させる目的を、位相マスクに形成される光拡散用パターンの最小単位を空間変調器の表示データの最小単位の自然数倍することで、空間変調器の表示データの最小単位の内側に、位相マスクの光散用パターンの境界がかからないようにすることによって実現した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置の要部の構成を示したブロック図である。ホログラム記録装置は記録用信号光光学系３０１と再生用信号光光学系３０２を有して構成される。記録用信号光光学系３０１は、空間変調器（ＳＬＭ）１１、ＳＬＭ１１に隣接配置される位相マスク１２、信号光光学系を形成するレンズ１３、１４、１５及びレンズ１３と１４の間に挿入されて不要光を除去する高周波カット用アパーチャ１６を有している。但し、図中破線で示した部分（位相マスク）については後述する。再生用信号光光学系３０２は、再生信号光光学系を形成するレンズ１８、１９、２０、レンズ１９、２０の間に挿入されて不要光を除去する高周波カット用アパーチャ２１、再生信号光を受光して再生画像データを得るイメージセンサ２２を有して構成される。また、上記のようなホログラム記録装置にホログラム記録材料８０がセットされてホログラムが記録再生される。
【００１４】
次に本実施形態の動作について説明する。図示されないレーザ光源から出射されたレーザ光から分岐された信号光１００は、ＳＬＭ１１に表示されるデータページで空間変調され、更に位相マスク１２により拡散された後、レンズ１３、１４、１５を通ってホログラム記録材料８０に集光されるが、その際にアパーチャ１６によりＳＬＭ１１を通過する際に発生する高次光などの不要光がカットされる。この時、レーザ光から分岐された図示されない参照光がホログラム記録材料８０に照射され、この参照光と信号光１００の干渉縞がホログラム記録材料８０に記録される。
【００１５】
ここで、ＳＬＭ１１を使ってデータページを表示する場合、ＳＬＭ１１の１画素に１データを割り当てるのではなく、ＳＬＭ１１の数画素をまとめて用いることもある。例えば、図２（Ａ）のようなデータを表示したい場合、図２（Ｂ）のように表示する場合もあれば、図２（Ｃ）のように画素をまとめて表示することもできる。但し、ＳＬＭ１１の総画素数が同じであれば、当然のことながら図２（Ｃ）の方式をとると、１ページ当たりの記録容量は減ってしまう。また、同様に位相マスク１２に関してもＳＬＭ１１のピッチと同じ単位で位相を変化させる必要はなく、液晶のいくつかの画素をまとめたものを単位として位相を変化させることができる。
【００１６】
上記のようにホログラムが記録されたホログラム記録材料８０に記録時と同様の参照光（図示せず）を照射すると、ホログラム記録材料８０に記録された干渉縞による回折光が発生し、この回折光である再生信号光をレンズ１８、１９、２０を通してイメージセンサ２２で受光することにより、記録されていたデータページがイメージセンサ２２により読み取られ、これを画像処理した後、デコードすることで記録されていたデータが再生される。
【００１７】
なお、図１中の記録用信号光光学系３０１内の高周波カット用アパーチャ１６はＳＬＭ１１で生じる高次の回折光などをカットし、ホログラム記録材料８０上の不要な部分が露光されてしまうことを防いでいる。また、図１中の再生用信号光光学系３０２内の高周波カット用アパーチャ２１は、ホログラムから再生された光の、散乱光成分や、不要なホログラムからの再生光をカットするためにある。また、位相マスク１２は例えばＳＬＭ１１の画素ピッチと同じピッチで、位相差がπのように互いに打ち消しあうランダムなパターンを持つような光学部品で、ＳＬＭ１１を通過した信号光１００を拡散させる。このように光を拡散させるとホログラム記録材料８０上で光の分布が均一になってＤＣ成分がカットされ、多重度などの記録特性が大幅に改善される。ここで、位相マスク１２の位置は、ＳＬＭ１１と位相マスク１２がお互いに結像関係にある位置（図１の破線で示した位置）であっても良い。
【００１８】
しかし、このままでは、信号光のＤＣ成分は抑制されても位相マスク１２を用いたことによりノイズが増加してしまう。そこで、本実施形態の位相マスク１２では、位相変調の単位をＳＬＭ１１のデータ単位の自然数倍にしてある。図３（Ａ）は、このような例を示してあり、図中、四角３０は位相マスク１２のデータ単位、線３１は位相マスクパターンの境界線、四角４０はＳＬＭ１１のデータ単位、線４１はＳＬＭ１１の画素境界を示しており、位相マスク１２のパターンの境界部分がＳＬＭ１１のデータブロックの内部に入って来ないような関係を生成することができる。図３（Ｂ）は、６０で示すように位相マスク１２のパターンの境界部分がＳＬＭ１１のデータブロックの内部に入ってくる好ましくない例である。これにより、位相マスク１２のパターンの境界部分がデータ内に写りこむことがないため、位相マスク１２を挿入したことにより信号光１００にノイズが載ることが防止される。このことは実験的に確かめられている。
【００１９】
本実施形態によれば、位相マスク１２の位相変調の単位をＳＬＭ１１のデータ単位の自然数倍にすることにより、位相マスク１２を使用したことによるノイズが信号光１００に載ることが防止でき、信号光のＤＣ成分をノイズが増加することなく抑制することができ、高品質の画像をより多く多重化することができる。尚、上記実施形態ではデータ形状は正方形としているが、勿論、長方形やその他の形でも良く、同様の効果がある。
【実施例２】
【００２０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置で用いられる位相マスクの構成を示した図である。但し、本例の構成は上記した第１の実施形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部については、その構成動作を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。
【００２１】
本実施形態の位相マスクは、ＳＬＭのデータのパターンが変調されている場合、その変調ブロック単位と同じ位相変調単位を持った位相マスクである。例えば、ＳＬＭによってデータが図５のように２−４変調されている場合は、図４（Ａ）の線３１に示すような単位の位相マスクを用いることにより、自動的に第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。尚、２−４変調と呼ばれているものは、２ビットのデータを図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示すように４つのパターンに対応させることができる。勿論、変調パターンは正方形に限らず、図４（Ｂ）に示すような長方形や図４（Ｃ）に示すようなその他の形でも同様の効果がある。
【実施例３】
【００２２】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置で用いられる位相マスクとＳＬＭの関係を説明する図である。但し、本例の構成は上記した第１の実施形態と同様であるため、以下同一の構成を持つ各部については、その構成動作を省略し、以下、その動作の特徴部分を説明する。
【００２３】
通常、イメージセンサにより得られる再生画像には、アライメントマーク９０その他の信号再生を支援するための情報が含まれているが、これらの画質も重要であり、位相マスクを挿入したことによるパターンの境界部分の影響による劣化を防がなくてはならない。また、通常アライメントマーク９０は、変調されたデータブロックと占める形状、面積が違うため、全面同じピッチで作成された位相マスクの場合、変調ブロック部はパターンの境界部分の影響を受けなくても、アライメントマーク９０やその他変調データ以外の部分に位相マスクのパターンの境界が図７のように現れてしまい、アライメントマークの認識精度を落とす原因となる。
【００２４】
そこで、本実施形態のＳＬＭのデータエリア以外の対応部分には、位相マスクに光拡散用のパターンを作成しないようにしている。これにより、アライメントマークに位相マスクを挿入したことによる画質劣化が生じないようにして、アライメントマークの認識精度を落とさないようにしている。例えば、位相マスクの図６で示した９１の部分（ＳＬＭのデータ表示領域に対応）に対応する場所にのみに光拡散パターンを作成し、他の部分にはパターンを作らないようにする。
【００２５】
本実施形態によれば、位相マスクの光拡散用のパターンをＳＬＭのデータページ表示領域９１に対応する範囲のみ作成し、他の範囲（アライメントマーク９０）には光拡散用のパターンを作成しないようにすることにより、アライメントマークの認識精度が落ちることを防止し、これにより再生時の画像処理に用いる位置決め精度を高いレベルに維持して、高品質の画像を効率良く再生することができる。
【００２６】
尚、上記実施形態の変形例として、ＳＬＭのアライメントマーク表示領域ではパターンがないため、そこだけ見ると位相マスクがないことと等価である。それ故、アライメントマーク表示領域が起因する信号光のＤＣ成分は残存することになり、画質が劣化する原因となる。通常複数あるアライメントマーク等のデータ部分をそれらを単位として位相差をつけ、全体で打ち消しあうようにする。例えば図８に示すように、位相マスクのＰで示した部分に対応するパターン部分は、データページのマーカと同様の形状として、パターンの位相全体をπ進ませる。また、位相マスクのＱで示した部分に対応するパターン部分は、位相差ゼロ、即ち、パターンを作らないようにしてする。更に、Ｒで示した領域（ＳＬＭのデータ表示領域に対応）では通常の第１の実施形態と同様のパターンを作成する。これにより、上記した第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、本発明は上記実施形態に限定されることなく、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。例えば上記全ての実施形態の位相マスクにおいて、透過光の複素振幅の和がゼロ、または実質ゼロと見做せるような位相分布を持たせることによって、ＤＣ成分低減の効果は増大させることができる。また、本発明は信号光光学系に関するものなので、当然信号光と参照光が同じ同軸の光路を通るような、所謂、インライン型（若しくはコリニア型）の記録再生方式に対しても、同様に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録装置の要部の構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示したＳＬＭの表示方式を示した図である。
【図３】図１に示したＳＬＭの表示データと位相マスクのパターン関係を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録装置で用いられる位相マスクの構成を示した図である。
【図５】２−４変調方式のデータパターンを説明する図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録装置で用いられる位相マスクとＳＬＭの関係を説明する図である。
【図７】位相マスクのパターンの境界がアライメントマークやその他変調データ以外の部分に現われた例を示した図である。
【図８】位相マスクのパターンの位相をアライメントマークの位置に応じてπだけ異ならせる例を示した図である。
【図９】従来のホログラフィックデータストレージシステムの要部の構成を示した図である。
【図１０】ホログラム記録材料上での信号光の広がりのシミュレーション例を示した特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１……空間変調器（ＳＬＭ）、１２……位相マスク、１３、１４、１５、１８、１９、２０……レンズ、１６、２１……高周波カット用アパーチャ、２２……イメージセンサ、８０……ホログラム記録材料、３０１……記録用信号光光学系、３０２……再生用信号光光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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