(57)【要約】パルス発振するレーザー１１、レーザー１１のパルス発振光を信号光２と参照光３に分割するハーフミラー１２、信号光２の光路中に設けられた光シャッタ１３、信号光２を所定の径の光ビームに変換するビームエキスパンダ１４、記録するデータを二次元の画像情報に変換する空間変調器１５、空間変調器１５で変調された信号光２を記録媒体１に照射するフーリエ変換レンズ１６、参照光３を所定の角度で記録媒体１に照射させるためのミラー１７、１８、システム制御部２１、レーザードライバー２２、システムコントローラ２３、記録媒体駆動機構２４、変調器ドライバー２５、データ入力部２６ａ、データ処理部２７等を備えて構成される。
2004012016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録する記録装置であって、
前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、
前記レーザーの発振タイミングを制御するパルス発振制御手段と
を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録する記録装置であって、
前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、
前記信号光光学系に設けられた、前記信号光の透過又は非透過を選択する光シャッタ手段と、
前記光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段と
を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項３】
前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の記録装置。
【請求項４】
前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第２項に記載の記録装置。
【請求項５】
前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１項に記載の記録装置。
【請求項６】
前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第２項に記載の記録装置。
【請求項７】
前記光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第２項に記載の記録装置。
【請求項８】
前記パルス発振制御手段は前記レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の記録装置。
【請求項９】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録されている情報を再生する再生装置であって、
前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と、
前記レーザーの発振タイミングを制御するパルス発振制御手段と
を備えることを特徴とする再生装置。
【請求項１０】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録されている情報を再生する再生装置であって、
前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と、
前記参照光光学系に設けられた、前記参照光の透過又は非透過を選択する光シャッタ手段と、
前記光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段と
を備えることを特徴とする再生装置。
【請求項１１】
前記記録媒体と前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第９項に記載の再生装置。
【請求項１２】
前記記録媒体と前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の再生装置。
【請求項１３】
前記光検出手段はＣＣＤデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第９項に記載の再生装置。
【請求項１４】
前記光検出手段はＣＣＤデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の再生装置。
【請求項１５】
前記光検出手段はＣＭＯＳデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第９項に記載の再生装置。
【請求項１６】
前記光検出手段はＣＭＯＳデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の再生装置。
【請求項１７】
前記光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１０項に記載の再生装置。
【請求項１８】
前記パルス発振制御手段は前記レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の再生装置。
【請求項１９】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録し再生する記録再生装置であって、
前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、
前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と、
前記レーザーの発振タイミングを制御するパルス発振制御手段と
を備えることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２０】
少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録し再生する記録再生装置であって、
前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、
前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、
前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、
前記信号光光学系に設けられた、前記信号光の透過又は非透過を選択する第一の光シャッタ手段と、
前記参照光光学系に設けられた、前記参照光の透過又は非透過を選択する第二の光シャッタ手段と、
前記第一の光シャッタ手段及び前記第二の光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段と、
前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と
を備えることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２１】
前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第１９項に記載の記録再生装置。
【請求項２２】
前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備えること
を特徴とする請求の範囲第２０項に記載の記録再生装置。
【請求項２３】
前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１９項に記載の記録再生装置。
【請求項２４】
前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスであること
を特徴とする請求の範囲第２０項に記載の記録再生装置。
【請求項２５】
前記第一の光シャッタ手段及び前記第二の光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調であること
を特徴とする請求の範囲第２０項に記載の記録再生装置。
【請求項２６】
前記光検出手段はＣＣＤデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１９項に記載の記録再生装置。
【請求項２７】
前記光検出手段はＣＣＤデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第２０項に記載の記録再生装置。
【請求項２８】
前記光検出手段はＣＭＯＳデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第１９項に記載の記録再生装置。
【請求項２９】
前記光検出手段はＣＭＯＳデバイスであること
を特徴とする請求の範囲第２０項に記載の記録再生装置。
【請求項３０】
前記パルス発振制御手段は前記レーザ光のパルス幅を制御することを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えばホログラム記録媒体にデータを記録し再生するホログラム記録装置、ホログラム再生装置及びホログラム記録再生装置など、記録媒体にデータを記録し再生する記録装置、再生装置及び記録再生装置の技術分野に関する。
【背景技術】  近年、ホログラム記録媒体として、三次元的な干渉パターンをその空間的な屈折率変化としてその内部に記録できる記録媒体、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、略称ＬＮ）等の光感応媒体であるフォトリフラクティブ結晶が注目されている。このフォトリフラクティブ効果は、光励起によって生じた電荷が媒体内を移動することによって空間電界を形成し、これが一次の電気光学効果、即ちポッケルス効果と結びついて媒体の屈折率を変化させる現象である。
フォトリフラクティブ効果を有する強誘電体結晶等においては、通常１ｍｍ当たり１０００ライン以上の細かい光入力パターンに対しても屈折率変化が対応し、またその屈折率変化は材料によってはマイクロ秒〜秒オーダーの応答速度でリアルタイムに生じることから、現像不要な実時間ホログラム記録媒体として種々の応用が研究されている。
その応用の中の一つにホログラムメモリがある。このホログラムメモリは、デジタルデータを空間的な光のオンオフ信号により、例えば透過型の液晶表示装置のパネル平面上に二次元の明暗のドットパターン画像として変換し、この画像データを透過した信号光をコヒーレントな参照光と干渉させて、記録媒体内にドットパターン画像に対応した干渉パターンとして記録し、一方、再生は干渉パターンが記録されている記録媒体に参照光と同じ光を照射し、生じるドットパターンの像を光検出器で受け、その出力信号を電子回路で処理してデジタルデータに戻して読み出す形態のメモリである。例えば特開平１１−２８２３３０にホログラムメモリに関する技術の一例が開示されている。
【発明の開示】
しかしながら、上述したような記録媒体と信号光及び参照光とを相対的な位置関係を移動させながら連続してデータを記録する場合、記録するデータに対応した二次元画像と参照光との干渉縞は記録媒体内を移動しながら記録されることになり、従って干渉縞の強度振幅が小さい状態で記録されることになる。また、連続してデータを再生する場合においても、参照光によって記録媒体の干渉縞より生じた二次元画像が光検出器上で移動するため、再生信号レベルは低下し、ＳＮ比が劣化することになる。
従って本発明は、一例として挙げられる上記したような問題を解決するためになされたものであって、例えばホログラム記録媒体などの記録媒体と信号光及び参照光との間で相対的な位置の移動がある場合でも、記録すべきデータに対応した強度振幅の大きな干渉縞を記録する記録装置と、強度振幅の大きな状態で干渉縞から高ＳＮ比を保持してデータを再生する再生装置と、これら記録再生機能を備えた記録再生装置の提供を課題とする。
本発明に係わる第１記録装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録する記録装置であって、前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、前記レーザーのパルス発振の発振タイミングを制御するパルス発振制御手段とを備える。即ち、当該発明に係わる記録装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録するホログラム記録装置からなる。
本発明の第１記録装置によれば、コヒーレント光の信号光と参照光とを、光感応媒体例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ）等のフォトリフラクティブ結晶からなる記録媒体中で干渉させ、屈折率の空間的な変化として干渉パターンを記録する。信号光と参照光はパルス発振のレーザー、例えば半導体レーザーの光ビームを分岐して用いられる。また、所定の光パワーとなるようにフィルタで減光して調整するようにしても良い。信号光は信号光光学系に設けられた空間変調手段によって記録すべきデータに対応した信号に変換される。即ち、空間変調手段はたとえば光透過性あるいは光反射性のある画像表示手段を用い、記録すべきデータを二次元のドットパターンとして表示して変換する。この二次元のドットパターンにしたがって変調された信号光は記録媒体中で参照光と干渉し、その干渉縞がデータと対応して記録される。
本発明の第１記録装置の特徴の一つは光源として発振パワーの大きなパルス発振をするレーザーを用い、このレーザーのパルス発振タイミングをパルス発振制御手段によって制御することにあり、また、外部装置側によって制御が可能であることである。これにより、大きなパワーで短時間に、例えばホログラムを構成する干渉縞を形成することができるので、変調度の大きな高品位のデータ記録が可能となり、この効果により、記録時に記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、変調度の大きな干渉パターンを形成することができる。従って、例えばディスク状の記録媒体を回転しながらデータを高品位で記録することが可能となり、音楽や映像等の連続した情報の記録においても適するものである。
本発明に係わる第２記録装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録する記録装置であって、前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、前記信号光光学系に設けられた前記信号光の透過又は非透過を選択する光シャッタ手段と、前記光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段とを備える。即ち、当該発明に係わる記録装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録するホログラム記録装置からなる。
本発明の第２記録装置によれば、光源として連続発振のレーザー、例えば半導体レーザーを用い、信号光光学系にこのレーザーの発する光ビームに対して透過又は非透過の制御を行う光シャッタと、光シャッタの制御、例えば開口時間や開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段を設ける。信号光と参照光は連続発振のレーザーの光ビームを分岐して用い、記録媒体中で信号光と参照光とを干渉させ、その干渉縞をデータとして記録する。
本発明の第２記録装置の特徴の一つは光源として連続発振するレーザーを用いることであり、このレーザーの信号光ビームを光シャッタ制御手段によって、信号光ビームが記録媒体に照射される時間、タイミング等が制御され、また、この制御は外部装置側によって行うことが可能となることである。例えばホログラムを構成する干渉縞を形成するために十分大きな光パワーの照射時間を設定、制御することができるので、変調度の大きなデータ記録が可能となり、特に光エネルギーの大きな連続発振のレーザーを用いると、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、変調度の大きな干渉パターンを形成することができる。従って、例えばディスク状の記録媒体を回転しながらデータを高品位で記録することが可能となり、音楽や映像等の連続した情報の記録においても適するものである。また、連続発振するレーザーを用いることで回路等、光源としての取り扱いが容易となる。
本発明の第１又は第２記録装置の一態様では、当該記録装置は、前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備える。
この態様によれば、前記記録媒体を移動させる手段としては、例えばディスク形状であれば、これを回転させるためのスピンドルモータや半径方向に移動させるためのスライダがあり、また、カード形状であればＸ−Ｙ平面内で直線移動させるためのスライダがある。また、前記記録媒体を移動させる替わりに前記記録媒体に対して光学系側を移動させる構成にしても良い。このような移動手段を用いることで、音楽や映像等の時間的に連続した情報を記録することにおいても適するものである。
本発明の第１又は第２記録装置の他の態様では、前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスである。例えば、液晶デバイスを用いる。
この態様によれば、空間変調手段は記録するデータを二次元のドットパターンによる画像情報に変換するものであり、選択的な光透過特性を有すると共に高速なデータ表示、データ交換が必要である。空間変調手段として液晶デバイスが好適な手段として用いることが可能である。
本発明の第２記録装置の他の態様では、前記光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調である。例えば、液晶デバイスを用いる。
この態様によれば、光シャッタ手段は高速にＯＮ、ＯＦＦの動作と、光透過／非透過の高い比率が要求され、液晶デバイスが好適な手段として用いることが可能である。
本発明の第１記録装置の他の態様では、前記パルス発振制御手段はレーザ光のパルス幅を制御することを特徴とする。
この態様によれば、レーザ光のパルス幅を記録状況により変化させることができ、記録される干渉パターンの強度振幅を一定以上に保つことが可能となる。
本発明に係わる第１再生装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録されている情報を再生する再生装置であって、前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と前記レーザーのパルス発振の発振タイミングを制御するパルス発振制御手段とを備える。即ち、当該発明に係わる再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム再生装置からなる。
本発明の第１再生装置によれば、コヒーレント光の参照光を、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ）等のフォトリフラクティブ記録媒体からなる記録媒体中に形成した例えばホログラムを構成する干渉縞に照射し、屈折率の空間的な変化として記録されているデータを回折光として再生する。回折光は逆フーリエ変換レンズを介して光検出手段上に集光され、二次元の画像データとして検出される。参照光の光源としてパルス発振するレーザー、例えば半導体レーザーが用いられ、更にパルス発振の発振タイミングはパルス発振制御手段によって行われる。
本発明の第１再生装置の特徴の一つは光源として発振パワーの大きなパルス発振するレーザーを用い、このレーザーのパルス発振タイミングをパルス発振制御手段によって制御することにあり、また、外部装置側によって制御が可能であることにある。これにより、大きなパワーで短時間に例えばホログラムを構成する干渉縞を再生することができるので、変調度の大きな高品位のデータ再生が可能となる。この効果により、再生時に記録媒体と参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、変調度の大きな再生信号が再生され、従って、例えばディスク状の記録媒体を回転しながらデータを高品位で再生することが可能となり、音楽や映像等の連続した情報の再生においても適するものである。
本発明に係わる第２再生装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録されている情報を再生する再生装置であって、前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と、前記参照光光学系に設けられた、前記参照光の透過又は非透過を選択する光シャッタ手段と、前記光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段とを備える。
本発明の第２再生装置によれば、コヒーレント光の参照光を、記録媒体中に形成した例えばホログラムを構成する干渉縞に照射し、屈折率の空間的な変化として記録されているデータを回折光として再生する。回折光は逆フーリエ変換レンズを介して光検出手段上に集光され、二次元の画像データとして検出される。参照光の光源として連続発振するレーザー、例えば半導体レーザーが用いられ、記録媒体に照射する時間とタイミングは光シャッタ手段を光シャッタ制御手段により開閉制御することで行われる。即ち、当該発明に係わる再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム再生装置からなる。
本発明の第２再生装置の特徴の一つは光源として連続発振するレーザーを用い、参照光の記録媒体に照射する時間、タイミングは光シャッタ手段による光透過／非透過で行われ、また、外部装置側によって制御が可能であることにある。また、再生するための参照光のパワーとしては、短時間において十分に得られるものである。このため再生時に記録媒体と参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、変調度の大きな再生信号が再生され、従って、例えばディスク状の記録媒体を回転しながらデータを高品位で再生することが可能となり、音楽や映像等の連続した情報の記録においても適するものである。また、連続発振するレーザーを用いることで回路等、光源としての取り扱いが容易である。
本発明の第１又は第２再生装置の一態様では、当該再生装置は、前記記録媒体と前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備える。
この態様によれば、前記記録媒体を移動させる手段としては、例えばディスク形状であれば、これを回転させるためのスピンドルモータや半径方向に移動させるためのスライダがあり、また、カード形状であればＸ−Ｙ平面内で直線移動させるためのスライダがある。また、前記記録媒体を移動させる替わりに前記記録媒体に対して光学系側を移動させる構成にしても良い。このような移動手段を用いることで、音楽や映像等の時間的に連続した情報を再生することにおいても適するものである。
本発明の第１又は第２再生装置の他の態様では、前記光検出手段は例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）デバイスを用いる。
この態様によれば、光検出手段としてＣＣＤデバイスが用いられ、参照光の照射時間内に蓄積された電荷が再生信号として出力され、ＳＮ比の良い、レベルの大きな信号が得られる。
本発明の第１又は第２再生装置の他の態様では、前記光検出手段は例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスを用いる。
この態様によれば、光検出手段としてＣＭＯＳデバイスが用いられ、高速で参照光の照射時の信号が出力される。従って、記録媒体と参照光に相対的な移動がある場合において特に好適である。
本発明の第２再生装置の他の態様では、前記光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスである。例えば、液晶デバイスを用いる。
この態様によれば、光シャッタ手段は高速にＯＮ、ＯＦＦの動作と、光透過／非透過の高い比率が要求され、液晶デバイスが好適な手段として用いることが可能である。
本発明の第１再生装置の他の態様では、前記パルス発振制御手段は前記レーザ光のパルス幅を制御する。
この態様によれば、レーザ光のパルス幅を記録状況により変化させることができ、記録される干渉パターンの強度振幅を一定以上に保つことが可能となる。
本発明に係わる第１記録再生装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録し再生する記録再生装置であって、前記コヒーレント光を発生するパルス発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段と、前記レーザーのパルス発振の発振タイミングを制御するパルス発振制御手段とを備える。即ち、当該発明に係わる記録再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録し、更にこのホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム記録再生装置からなる。
本発明の第１記録再生装置によれば、コヒーレント光の信号光と参照光とを、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ）等のフォトリフラクティブ記録媒体からなる記録媒体中で干渉させ、屈折率の空間的な変化として干渉パターンを記録する。信号光と参照光はパルス発振のレーザー、例えば半導体レーザーの光ビームを分岐して用いられ、また、所定の光パワーとなるようにフィルタで減光して調整される。信号光は信号光光学系に設けられた空間変調手段によって記録すべきデータに対応した信号に変換される。空間変調手段はたとえば光透過性あるいは光反射性のある画像表示手段を用い、記録すべきデータを二次元のドットパターンとして表示する。この二次元のドットパターンにしたがって変調された信号光は記録媒体中で参照光と干渉し、その干渉縞がデータとして記録される。また、再生においてはコヒーレント光の参照光を、記録媒体中に形成した例えばホログラムを構成する干渉縞に照射し、屈折率の空間的な変化として記録されているデータを回折光として再生する。回折光は逆フーリエ変換レンズを介して光検出手段上に集光され、二次元の画像データとして検出される。尚、再生中は信号光が記録媒体に入射することをシャッタ手段等によって防止する。
本発明の第１記録再生装置の特徴の一つは光源として発振パワーの大きなパルス発振するレーザーを用い、このレーザーのパルス発振タイミングをパルス発振制御手段によって制御することにあり、また、外部装置側によって制御が可能であることにある。これにより、大きなパワーで短時間に例えばホログラムを構成する干渉縞を形成することができ、また再生することができるので、変調度の大きな高品位のデータの記録再生が可能となり、この効果により、記録再生時に記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、変調度の大きな干渉パターンを形成することができ、また、変調度の大きな再生信号が再生される。従って、例えばディスク状の記録媒体を回転しながらデータを高品位で記録再生することが可能となり、音楽や映像等の連続した情報の記録においても適するものである。
本発明に係わる第２記録再生装置は、少なくとも２つのコヒーレント光の光干渉パターンを、屈折率の空間的な変化として記録媒体に記録し再生する記録再生装置であって、前記コヒーレント光を発生する連続発振のレーザーと、前記コヒーレント光によるコヒーレントな信号光を、フーリエ変換レンズを介して前記記録媒体に入射する信号光光学系と、前記コヒーレント光によるコヒーレントな参照光を、前記記録媒体に入射する参照光光学系と、前記信号光光学系に設けられた空間変調手段と、前記信号光光学系に設けられた、前記信号光の透過又は非透過を選択する第一の光シャッタ手段と、前記参照光光学系に設けられた、前記参照光の透過又は非透過を選択する第二の光シャッタ手段と、前記第一の光シャッタ手段及び前記第二の光シャッタ手段の開口時間と開口タイミングを制御する光シャッタ制御手段と、前記参照光による前記記録媒体からの回折光を、逆フーリエ変換レンズを介して受光する光検出手段とを備える。即ち、当該発明に係わる記録再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録し、更にこのホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム記録再生装置からなる。
本発明の第２記録再生装置によれば、光源として連続発振のレーザー、例えば半導体レーザーを用い、信号光と参照光は連続発振のレーザーの光ビームを分岐して用いる。信号光光学系にこのレーザーの発する光ビームに対して透過又は非透過の制御を行う第一の光シャッタが設けられ、信号光の照射時間は光シャッタ制御手段により第一の光シャッタの開口時間や開口タイミングを制御することで行われる。また、再生は参照光を記録媒体中に形成した例えばホログラムを構成する干渉縞に照射し、屈折率の空間的な変化として記録されているデータを回折光として再生する。回折光は逆フーリエ変換レンズを介して光検出手段上に集光され、二次元の画像データとして検出される。記録媒体に照射する時間とタイミングは参照光光学系に設けられた第二の光シャッタ手段を光シャッタ制御手段により開閉制御することで行われる。尚、再生中は信号光が記録媒体に入射しないように第一の光シャッタは閉じられる。
本発明の第２記録再生装置の特徴の一つは、光源として連続発振するレーザーを用いることであり、このレーザーの信号光ビームと参照光ビームを光シャッタ制御手段によって、信号光、参照光が記録媒体に照射される時間、タイミング等が制御され、また、この制御は外部装置側によって行うことが可能であることにある。例えばホログラムを構成する干渉縞を形成するに十分大きな光パワーの照射時間を制御することができるので、変調度の大きなデータ記録が可能となり、また、ＳＮ比の良い再生が可能となる。従って、記録時及び再生時に記録媒体と信号光又は参照光との間に相対的な位置の移動がある場合においても、高品位でデータの記録再生が可能となり、音楽や映像等の連続した情報の記録再生においても適するものである。また、連続発振するレーザーを用いることで回路等、光源としての取り扱いが容易である。
本発明の第１又は第２記録再生装置の一態様では、当該記録再生装置は、前記記録媒体と前記信号光及び前記参照光との間に相対的な位置を移動する移動手段を備える。
この態様によれば、前記記録媒体を移動させる手段としては、例えばディスク形状であれば、これを回転させるためのスピンドルモータや半径方向に移動させるためのスライダがあり、また、カード形状であればＸ−Ｙ平面内で直線移動させるためのスライダがある。また、前記記録媒体に対して光学系側を移動させる構成にしても良い。このような移動手段を用いることで、音楽や映像等の時間的に連続した情報を記録し再生することにおいても適するものである。
本発明の第１又は第２記録再生装置の他の態様では、前記空間変調手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスである。例えば、液晶デバイスを用いる。
この態様によれば、空間変調手段は記録するデータを二次元のドットパターンによる画像情報に変換するものであり、光透過性を有すると共に高速なデータ表示、データ交換が必要である。空間変調手段として液晶デバイスが好適な手段として用いることが可能である。
本発明の第２記録再生装置の他の態様は、前記第一の光シャッタ手段及び第二の光シャッタ手段は位相変調あるいは振幅変調デバイスである。例えば、液晶デバイスを用いる。
この態様によれば、光シャッタ手段は高速にＯＮ、ＯＦＦの動作と、光透過／非透過の高い比率が要求され、液晶デバイスが好適な手段として用いることが可能である。
本発明の第１又は第２記録再生装置の他の態様では、前記光検出手段は例えば、ＣＣＤデバイスを用いる。
この態様によれば、光検出手段としてＣＣＤデバイスが用いられ、参照光の照射時間内に蓄積された電荷が再生信号として出力され、ＳＮ比の良い、レベルの大きな信号が得られる。
本発明の第１又は第２記録再生装置の他の態様では、前記光検出手段は例えば、ＣＭＯＳデバイスを用いる。
この態様によれば、光検出手段としてＣＭＯＳデバイスが用いられ、高速で参照光の照射時の信号が出力される。従って、記録媒体と参照光に相対的な移動がある場合において特に好適である。
本発明の第１記録再生装置の他の態様では、前記パルス発振制御手段はレーザ光のパルス幅を制御することを特徴とする。
この態様によれば、レーザ光のパルス幅を記録状況により変化させることができ、記録される干渉パターンの強度振幅を一定以上に保つことが可能となる。
本発明におけるこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施例から更に明らかにされる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明に係わる記録装置の実施例の構成を示す図である。
図２は、本発明に係わる記録装置の記録時の動作の流れを示すフローチャートである。
図３は、干渉縞を形成する際に、同一光軸上から信号光と参照光とを入射する構成を示し、（ａ）は共に平面波の場合であり、（ｂ）は一方が平面波、他の一方が球面波の場合であり、（ｃ）は共に球面波の場合である。
図４は、干渉縞を形成する際に、所定の角度を有して信号光と参照光とを入射する構成を示し、（ａ）は共に平面波の場合であり、（ｂ）は一方が平面波、他の一方が球面波の場合であり、（ｃ）は共に球面波の場合である。
図５は、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合の干渉縞形成の影響を示し、（ａ）は相対的移動がない場合であり、（ｂ）は記録媒体が信号光及び参照光に対して矢印Ｒの方向に相対的移動がある場合である。
図６は、記録媒体が信号光及び参照光に対して相対的移動がある場合の干渉縞位置の強度について示す図である。
図７は、記録媒体と信号光及び参照光とに相対的移動がない場合の干渉縞強度について示す図である。
図８は、記録媒体と信号光及び参照光とに相対的移動がある場合の干渉縞強度について示す図である。
図９は、本発明に係わる再生装置の実施例の構成を示す図である。
図１０は、本発明に係わる再生装置の再生時の動作の流れを示すフローチャートである。
図１１は、本発明に係わる記録再生装置の第一の実施例の構成を示す図である。
図１２は、本発明に係わる記録再生装置の第二の実施例の構成を示す図である。
図１３は、本発明に係わる再生画像の処理方法を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （記録装置の実施例）
本発明の記録装置の実施例について図１〜図４を参照して説明する。ここで、図１は本発明に係わる記録装置の実施例の構成を示す図であり、図２は本発明に係わる記録装置の記録時の動作の流れを示すフローチャートである。また、図３及び図４は記録装置に用いられる記録媒体と信号光及び参照光との関係を示す。図３は同一光軸上から信号光と参照光とを入射する構成を示し、同図（ａ）は共に平面波の場合であり、同図（ｂ）は一方が平面波、他の一方が球面波の場合であり、同図（ｃ）は共に球面波の場合である。また、図４は所定の角度を有して信号光と参照光とを入射する構成を示し、同図（ａ）は共に平面波の場合であり、同図（ｂ）は一方が平面波、他の一方が球面波の場合であり、同図（ｃ）は共に球面波の場合である。
尚、以下に説明する本実施例の記録装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録するホログラム記録装置である。
図１に示すように、本実施例の記録装置１０１の構成は、光学系としてパルス発振するレーザー１１、レーザー１１のパルス発振光を信号光２と参照光３に分割するハーフミラー１２、信号光２の光路中に設けられた光シャッタ１３、信号光２を所定の径を有する光ビームに変換するビームエキスパンダ１４、記録するデータをドットパターンの二次元の画像情報に変換する空間変調器１５、空間変調器１５で変調された信号光２を記録媒体１に照射するフーリエ変換レンズ１６、参照光３を所定の角度を有して記録媒体１に照射させるためのミラー１７、１８を備え、更にシステム制御部２１、レーザードライバー２２、システムコントローラ２３、記録媒体駆動機構２４、変調器ドライバー２５、データ入力部２６ａ、データ処理部２７等を備えて構成される。
レーザー１１から出射された光ビームをハーフミラー１２で信号光２となる光ビームと参照光３となる光ビームの２つに分け、それぞれは信号光光学系及び参照光光学系の光路に導かれる。このときレーザー１１から出射された光ビーム、或いは信号光２及び参照光３は夫々ＮＤフィルタ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒ）により所定の光強度になるように調整されるようにしても良い。
ハーフミラー１２を透過した信号光２は、信号光光学系において、光シャッタ１３、ビームエキスパンダ１４、空間変調器１５、及びフーリエ変換レンズ１６を通して記録媒体１に照射される。光シャッタ１３は記録時に信号光２を通過させ、通過した信号光２はビームエキスパンダ１４により所定径の平行ビームに拡大される。さらにその平行ビーム中に置かれた記録するデータをドットパターンの二次元画像情報に変換する空間変調器１５によりデータが空間変調された後、即ち信号光２が各画素の透過或いは非透過の二次元格子パターンとして空間変調された後、フーリエ変換レンズ１６によりフーリエ変換され、記録媒体１に集光され、記録媒体１内にフーリエ変換像として結像される。尚、光シャッタ１３、空間変調器１５として例えば液晶デバイス等が用いられる。
一方、参照光３はミラー１７、１８により、所定の角度で記録媒体１へ入射され、記録媒体１内で信号光２と交差される。尚、参照光３は信号光２と同様にビームエキスパンダにより所定の径を有する光ビームに変換しても良い。また、ミラー１７、１８はこれに限ることはなく、所定の角度で参照光３が記録媒体１に照射される構成であれば良い。
フーリエ変換レンズ１６を透過した信号光２と、参照光３は記録媒体１内の交差部位で干渉縞を形成する。即ち、データを記録するときには信号光２と参照光３を同時に記録媒体１に照射し、媒体内にて屈折率が変化した干渉縞を形成し記録する。干渉縞の形成時間はレーザー１１のパルス発振時間で制御される。レーザー１１のパルス発振強度が充分に高ければ、極めて短時間で例えばホログラムを構成する干渉縞の形成が可能であり、記録媒体１と信号光２及び参照光３とに相対的な移動があったとしても、極めて変調度の高い干渉縞を記録することが可能となる。
また、レーザのパルス発振のタイミングは、記録媒体中に予め記録されている同期信号を検出し、この同期信号に基づいてレーザをパルス発振するようにしてもよい。
さらに、レーザのパルス幅は、記録する干渉縞の間隔と、記録媒体と信号光及び参照光との相対移動速度の比に対応して決定してもよい。
システム制御部２１はメインＣＰＵを備え、記録装置１０１全体の動作制御を行う。レーザードライバー２２はシステム制御部２１のもとでレーザー１１のパルス発振、即ちパルス幅、発振時間、発振間隔を制御し、システムコントローラ２３は例えば光シャッタ１３や空間変調器１５等の制御を行う。
また、記録媒体駆動機構２４は、記録媒体１と信号光２及び参照光３とに相対的な位置の移動を与えるものであって、例えば記録媒体１を信号光２の光軸に垂直な面において回転させる機構、或いはＸ−Ｙ方向に直線的な移動を与える機構等がある。また、信号光２及び参照光３側を記録媒体１に対して移動させるようにしても良い。
変調器ドライバー２５は空間変調器１５に記録するデータを入力し駆動するものであり、データ入力部２６ａは記録するデータ、例えば音楽や映像等のデータを取り込む部位であり、更にデータ処理部２７は取り込まれたデータを記録フォーマットに基づいて変換し、信号処理用のデータを付加し、或いはエラー訂正用の処理等を行う。データ処理部２７で処理されたデータが変調器ドライバー２５を介して空間変調器１５に入力される。
尚、パルス発振のレーザーの共振器内に光スイッチを設け、この光スイッチによりレーザーのパルス動作をさらに綿密に制御するようにしても良い。
次に、上述した記録装置１０１の記録動作の流れを、図２を参照して説明する。まず、記録動作の開始まではシャッタ１３を閉じて信号光２に対し記録媒体１を光学的に分離しておく（ステップ１０１）。ステップ１０１の状態において記録媒体１を記録媒体駆動機構２４に装填し（ステップ１０２）、記録媒体１を移動して記録開始位置に設定する（ステップ１０３）。その後、シャッタ１３を開いて信号光２が記録媒体１に照射されるようにし（ステップ１０４）、記録媒体１を信号光２及び参照光３に対して移動を開始させる（ステップ１０５）。即ち、記録媒体１を回転させ、或いは直線移動させることになる。
一方、記録するために取り込まれたデータは（ステップ１０６）、記録するための所定のフォーマットに基づいてエンコードされ（ステップ１０７）、バッファメモリに一旦記憶される（ステップ１０８）。その後、記録タイミングに従って順次空間変調器１５に入力され表示される（ステップ１０９）。
次に、レーザー１１をパルス発振させ（ステップ１１０、ステップ１１１）、空間変調器１５に入力されてドットパターンの二次元画像として表示されているデータを記録媒体１に干渉縞として記録する。次に記録を続けるか否かを判別し（ステップ１１２）、続ける場合はステップ１０９に戻って次の記録すべきデータを空間変調器１５に表示させ、つづいてステップ１１０、ステップ１１１を行う。このとき記録媒体１は移動していて、隣接する位置に次のデータが記録されることになる。一方、記録を終了する場合は記録媒体１の移動を停止し（ステップ１１３）、終了する（ステップ１１４）。
以上、説明したように本発明の記録装置の実施例によれば、記録媒体に信号光と参照光によりデータに対応した例えばホログラムを構成する干渉縞を形成して記録するために、光源としてパルス発信レーザーを用いることで出力が大きくでき、短時間の光照射で記録を行うことができ、記録媒体と信号光及び参照光とが相対的な位置の移動があっても、強度振幅の大きな変調度の高い例えばホログラムを構成する干渉縞を形成することが可能となる。
ここで、記録媒体１と信号光２及び参照光３の関係について説明する。本発明に係わる記録装置１０１に用いられる信号光２及び参照光３は図３に示すように信号光２と参照光３は同一光軸上で記録媒体１に入射する構成と、図４に示すように信号光２と参照光３は所定の角度を有して記録媒体１に入射する構成の何れも用いることが可能である。図３及び図４の夫々（ａ）は共に平面波の場合であり、（ｂ）は一方が平面波、他の一方が球面波の場合であり、（ｃ）は共に球面波の場合である。尚、信号光２と参照光３は互いに入れ替わった関係にしても良い。
また、記録媒体１には三次元的な光干渉パターンを記録媒体内の屈折率の空間的な変化として記録する光感応媒体、例えばニオブ酸リチウム（ＬＮ）が多く用いられる。例えばホログラム多重記録用としてＬＮは、記録後の保存寿命が比較的長いこと、定着が可能なこと、扱いやすいこと等の長所があるためである。
次に、記録装置１０１によって形成される干渉縞について説明する。図５に示すように記録媒体１に入射する信号光２と参照光３により、記録媒体１内に干渉縞４ａ（図５（ａ））、干渉縞４ｂ（図５（ｂ））が形成される。ここで、同図（ａ）は記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がない場合であり、同図（ｂ）は相対的な移動がある場合である。
即ち、図５（ａ）は記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がないため、記録媒体１内に信号光２と参照光３により形成される干渉縞４ａは変調度の良い干渉縞となる。本発明に係わる記録装置１０１はパルス発振のレーザーにより、短時間でパワーの大きな信号光２と参照光３を用いるため、記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がある場合であっても、図５（ａ）に示すような良好な干渉縞４ａを形成することが可能となる。
一方、図５（ｂ）は記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動があり、更に干渉縞を形成するために長時間の光照射をする場合、例えばレーザーパワーが小さく長時間の光照射を必要とする場合等に形成される干渉縞４ｂである。即ち信号光２及び参照光３に対して記録媒体１が矢印Ｒの方向に移動しているとすると、記録媒体１内に信号光２と参照光３により形成される干渉縞４ｂは記録媒体１内でその位置が移動しつつ形成されるため変調度の劣化した干渉縞となる。
図６は図５に示す関係を干渉縞の位置とその強度の関係として示した図であって、図６の上図は干渉縞４を示し、下図はその干渉縞４の位置に対する強度を示す。下図において符号Ａは記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がない場合の干渉縞強度であり、符号Ｂは記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がある場合の干渉縞強度である。
上述したように、記録媒体と信号光及び参照光に相対的な移動がある場合、移動量が少ないうちに記録することが必要である。例えば、波長λ（ｍ）の信号光と参照光で、パワーＰ、ミキシング角θ（ｒａｄ）で記録媒体が相対的に動かないようにして記録し、ピッチＫ（ｍ）の干渉縞をＳ（ｓｅｃ）で記録が終了する場合を想定する。このとき記録に必要なエネルギーはＰ×Ｓであらわされる。また、ピッチはＫ＝λ／（２×Ｓｉｎ（θ／２））で決まる。
次に、記録媒体を信号光及び参照光に対して相対的に速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）で動かしながら記録する場合、図６の符号Ａに対して符号Ｂの強度振幅が０．２５以上を必要とした場合、干渉縞のピッチに対して７８％以内の動きで記録を完了しなければならない。従って、（０．７８×Ｋ）／Ｖ（ｓｅｃ）以内のパルスでＰ×（０．７８×Ｋ）／Ｖ以上のエネルギーをかけて記録する。このような一例の条件に合致する光源としてパルス発振のレーザーが、そのパワー及び発振制御性において好適に用いられる。
また、レーザのパルス幅は、記録する干渉縞の間隔と、記録媒体と信号光及び参照光との相対移動速度の比に対応して決定するようにしてもよい。
また、図７は記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がない場合の干渉縞強度について示す図である。同図の符号ａは時刻ｔ０において形成される干渉縞の強度であり、符号ｂは時刻ｔ０から僅かに経過した時刻ｔ１において形成される干渉縞の強度であり、符号ｃはこれら干渉縞を合成した結果の強度である。記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がないため、干渉縞は同じ位置に形成され、符号ｃの干渉縞の強度は図６の符号Ａに示すように変調度の良いものとなる。
一方、図８は記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動がある場合の干渉縞強度について示す図である。同図の符号ａは時刻ｔ０において形成される干渉縞の強度であり、符号ｂは時刻ｔ０から僅かに経過した時刻ｔ１において形成される干渉縞の強度であり、符号ｃはこれら干渉縞を合成した結果の強度である。記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な移動があるため、干渉縞は空間的に移動した位置に形成されるので、符号ｃの干渉縞の強度はそれらの強度を空間的に合成され、図６の符号Ｂに示すように変調度が少ないものとなる。
（再生装置の実施例）
本発明の再生装置の実施例について図９を参照して説明する。
尚、以下に説明する本実施例の再生装置は好適には、ホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム再生装置である。
図９に示すように、本実施例の再生装置１０２の構成は、光学系としてパルス発振するレーザー１１、参照光３を所定の角度を有して記録媒体１に入射させるためのミラー１８、記録媒体１からの回折光５を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換レンズ１９、逆フーリエ変換された画像を検出する二次元の画像検出器２０を備え、更にシステム制御部２１、レーザードライバー２２、システムコントローラ２３、記録媒体駆動機構２４、データ入力部２６ｂ、データ処理部２７、検出器コントローラ２８等を備えて構成される。
レーザー１１から出射された光ビームは参照光３として、ミラー１８により記録媒体１に対して所定の角度、即ち記録する際に用いられた参照光３の入射角度と同じ角度で入射するように設定される。このときレーザー１１から出射された光ビームはＮＤフィルタにより所定の光強度になるように調整されるようにしても良い。
参照光３が記録媒体１に照射され、記録媒体１からの回折光５は逆フーリエ変換レンズ１９を介して画像検出器２０に結像する。画像検出器２０として例えばＣＣＤやＣＭＯＳによる二次元検出器アレイが用いられる。画像検出器２０の画素として、記録装置の空間変調器に用いられる液晶の画素とは１対１に対応することに限ることなく、１対４または４対１等の種々の対応パターンが存在する。このように、記録データを再生するときは記録媒体１に記録された干渉縞に参照光３のみを照射することで読み出すことができる。参照光３の光強度は、記録媒体の特性によっては、記録情報を消去しないように記録時と比較して充分に低い値に設定する場合が想定される。
システム制御部２１はメインＣＰＵを備え、再生装置１０２全体の動作制御を行う。レーザードライバー２２はシステム制御部２１のもとでレーザー１１のパルス発振を制御し、システムコントローラ２３は例えば画像検出器２０等の光学系の制御を行う。
ここで再生時のパルス幅は、記録時と条件が同じとすると、干渉縞どおしを分離するために、画像検出器２０の露光時間はＴｍａｘ（０．７８×Ｋ）／Ｖ（ｓｅｃ）以下の露光時間であることが必要である。さらに画像検出器２０にて干渉縞を検出するのに必要な受光エネルギーから、Ｔｍｉｎ（Ｃ×Ｎ）／（Ｐ×η）（ｓｅｃ）である必要がある（ここで、Ｐは光源のパワー、ηは干渉縞の回折効率、Ｎは画像検出器２０の画素数、Ｃは画像検出器２０の１画素あたりが必要な受光エネルギーである）。つまり、レーザドライバー２２は、パルス幅をＴｍａｘからＴｍｉｎの間になるように制御する。
さらに、記録媒体に同期信号が記録されている場合は、この同期信号をまず読み出し、この同期信号に基づいてパルスの発振間隔を制御するようにしてもよい。
また、記録媒体駆動機構２４は、記録媒体１と参照光３とに相対的な位置の移動を与えるものであって、例えば記録媒体１を参照光３と所定の入射角を保持して回転させる機構、或いはＸ−Ｙ方向に直線的な移動を与える。尚、参照光３側を記録媒体１に対して移動させるようにしても良い。また、参照光３がレーザー１１から所定の角度を有して直接照射されるようにしても良い。この場合、ミラー１８は省かれる。
検出器コントローラ２８は画像検出器２０の動作を制御し、画像検出器２０上に結像された、記録データに対応する二次元画像情報を読み出す。また、データ処理部２７は検出器コントローラ２８で読み出されたデータを記録フォーマットに基づいて変換し、或いはエラー訂正の処理等をおこなって記録されたデータを再生する。再生されたデータ、例えば音楽や映像等のデータはデータ出力部２６ｂを介して外部装置に出力する。
次に、上述した再生装置１０２の再生動作の流れを、図１０を参照して説明する。まず、記録媒体１を記録媒体駆動機構２４に装填し（ステップ２０１）、次に記録媒体１を移動し再生開始位置に設定する（ステップ２０２）。その後、記録媒体１を参照光３に対して移動を開始させる（ステップ２０３）。即ち、記録媒体１を回転させ、或いは直線移動させる。記録媒体１に記録されている目的のデータが再生位置にきたらレーザー１１を発振させ（ステップ２０４）、所定のパルス幅の後、発振を停止する（ステップ２０９）。
一方、画像検出器２０は、レーザー１１が発振している間に参照光３による記録媒体１からの回折光５を逆フーリエ変換レンズ１９により変換された画像を検出する（ステップ２０５）。画像検出器２０として、たとえばＣＣＤ型検出器ではレーザー１１が発振している間の電荷が蓄積される。検出された画像データは、例えば検出器コントローラ２８に備わるバッファメモリに一旦蓄積され（ステップ２０６）、データ処理部２７でデコードされ（ステップ２０７）、再生データとしてデータ出力部２６ｂから外部装置に対して出力される（ステップ２０８）。
次に再生を続けるか否かを判別し（ステップ２１０）、続ける場合はステップ２０４に戻って次の再生すべきデータに参照光３となるレーザー光照射し、ステップ２０５からをステップ２０８の再生動作を行う。一方、再生を終了する場合は記録媒体１の移動を停止し（ステップ２１１）、終了する（ステップ２１２）。このときに再生を終了するための所定の手続きを行うことは当然である。
以上、説明したように本発明の再生装置の実施例によれば、記録媒体に参照光としてパルス発振のレーザーを用いることで出力が大きくでき、短時間の光照射で再生を行うことができ、記録媒体と参照光とが相対的な位置の移動があっても、ＳＮ比のよいデータを再生することが可能となる。
（記録再生装置の第一実施例）
本発明の記録再生装置の第一実施例について図１１を参照して説明する。本実施例は光源としてパルス発振するレーザーを用い、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合でも、記録するデータの二次元画像データに対応する例えばホログラムを構成する干渉縞を変調度が大きな状態で記録媒体に形成することができ、またＳＮ比のよいデータを再生することが可能となるものである。
尚、以下に説明する本実施例の記録再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録し、更にこのホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム記録再生装置である。
図１１に示すように、本実施例の記録再生装置１０３の構成は、光学系としてパルス発振するレーザー１１、レーザー１１のパルス発振光を信号光２と参照光３に分割するハーフミラー１２、信号光２の光路中に設けられた光シャッタ１３、信号光２を所定の径を有する光ビームに変換するビームエキスパンダ１４、記録するデータを二次元の画像情報に変換する空間変調器１５、空間変調器１５で変調された信号光２を記録媒体１に照射するフーリエ変換レンズ１６、参照光３を所定の角度を有して記録媒体１に入射させるためのミラー１７、１８、記録媒体１からの回折光５を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換レンズ１９、逆フーリエ変換された画像を検出する二次元の画像検出器２０を備え、更にシステム制御部２１、レーザードライバー２２、システムコントローラ２３、記録媒体駆動機構２４、変調器ドライバー２５、データ入出力部２６ｃ、データ処理部２７、検出器コントローラ２８等を備えて構成される。
次に記録再生装置１０３の記録動作について説明する。
レーザー１１から出射された光ビームをハーフミラー１２で信号光２となる光ビームと参照光３となる光ビームの２つに分け、それぞれは信号光光学系及び参照光光学系の光路に導かれる。このときレーザー１１から出射された光ビーム、或いは信号光２及び参照光３は夫々ＮＤフィルタにより所定の光強度になるように調整されるようにしても良い。
ハーフミラー１２を透過した信号光２は、信号光光学系において、光シャッタ１３、ビームエキスパンダ１４、空間変調器１５、及びフーリエ変換レンズ１６を通して記録媒体１に照射される。光シャッタ１３は記録時に信号光２を通過させ、通過した信号光２はビームエキスパンダ１４により所定径の平行ビームに拡大される。さらにその平行ビーム中に置かれた記録するデータをドットパターンの二次元画像情報に変換する空間変調器１５によりデータが空間変調された後、即ち信号光２が各画素の透過或いは非透過の二次元格子パターンとして空間変調された後、フーリエ変換レンズ１６によりフーリエ変換され、記録媒体１に集光され、記録媒体１内にフーリエ変換像として結像される。尚、光シャッタ１３、空間変調器１５として例えば液晶デバイス等が用いられる。
一方、参照光３はミラー１７、１８により、所定の角度で記録媒体１へ入射され、記録媒体１内で信号光２と交差される。尚、参照光３は信号光２と同様にビームエキスパンダにより所定の径を有する光ビームに変換しても良い。また、ミラー１７、１８はこれに限ることはなく、所定の角度で参照光３が記録媒体１に照射される構成であれば良い。
フーリエ変換レンズ１６を透過した信号光２と、参照光３は記録媒体１内の交差部位で例えばホログラムを構成する干渉縞を形成する。即ち、データを記録するときには信号光２と参照光３を同時に記録媒体１に照射し、媒体内にて屈折率が変化した干渉縞を形成し記録する。
次に記録再生装置１０３の再生動作について説明する。
レーザー１１から出射された光ビームは参照光３として、ミラー１７、１８により記録媒体１に対して所定の角度、即ち記録する際に用いられた参照光３の入射角度と同じ角度で入射するように設定される。このときレーザー１１から出射された光ビームはＮＤフィルタにより所定の光強度になるように調整されるようにしても良い。このとき、光シャッタ１３は完全に閉じられ、ビームエキスパンダ１４、空間変調器１５、フーリエ変換レンズ１６、変調器ドライバー２５は用いない。
参照光３が記録媒体１に照射され、記録媒体１からの回折光５は逆フーリエ変換レンズ１９を介して画像検出器２０に結像する。画像検出器２０として例えばＣＣＤやＣＭＯＳによる二次元検出器アレイが用いられる。画像検出器２０の画素として、記録装置の空間変調器に用いられる液晶の画素とは１対１に対応することに限ることなく、１対４または４対１等の種々の対応パターンが存在する。このように、記録データを再生するときは記録媒体１に記録された干渉縞に参照光３のみを照射することで読み出すことができる。参照光３の光強度は、記録媒体の特性によっては記録情報を消去しないように記録時と比較して充分に低い値に設定する場合が想定される。
上述した記録動作、再生動作を制御するものとして、システム制御部２１はメインＣＰＵを備え、記録装置１０３全体の動作制御を行う。レーザードライバー２２はシステム制御部２１のもとでレーザー１１のパルス発振、即ちパルス幅、発振時間を制御し、システムコントローラ２３は例えば光シャッタ１３や空間変調器１５等の制御を行う。
また、記録媒体駆動機構２４は、記録媒体１と信号光２及び参照光３とに相対的な位置の移動を与えるものであって、例えば記録媒体１を信号光２の光軸に垂直な面において回転させる機構、或いはＸ−Ｙ方向に直線的な移動を与える機構等がある。また、信号光２及び参照光３側を記録媒体１に対して移動させるようにしても良い。
変調器ドライバー２５は空間変調器１５に記録するデータを入力し駆動するものであり、データ入出力部２６ｃは記録するデータ、再生したデータの入出力を行う。データ処理部２７は記録するデータを記録フォーマットに基づいて変換し、信号処理用のデータを付加し、或いはエラー訂正用の処理等を行い、また再生されたデータのエラー訂正、復号化等を行う。また、検出器コントローラ２８は画像検出器２０の動作を制御し、画像検出器２０上に結像された、記録データに対応する二次元画像情報を読み出す。
上述した記録再生装置の実施例によれば、記録媒体に記録し再生することが可能となり、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合でも、記録するデータに対応した二次元画像データと参照光との干渉縞を変調度が大きな状態で記録媒体に形成することができ、またＳＮ比のよいデータを再生することが可能となる。
（記録再生装置の第二実施例）
本発明の記録再生装置の第二実施例について図１２を参照して説明する。本実施例は光源として連続発振するレーザーを用い、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合でも、記録するデータに対応した二次元画像データと参照光との干渉縞を強度振幅が大きな状態で記録媒体に形成することができ、またＳＮ比のよいデータを再生することが可能となるものである。
尚、以下に説明する本実施例の記録再生装置は好適には、例えば、ホログラム記録媒体に、情報を光干渉パターンである干渉縞として記録し、更にこのホログラム記録媒体から、光干渉パターンである干渉縞として記録された情報を再生するホログラム記録再生装置である。
図１２に示すように、本実施例の記録再生装置１０４の構成は、光学系として連続発振するレーザー１１ａ、レーザー１１ａの連続発振光を信号光２と参照光３に分割するハーフミラー１２、信号光２の光路中に設けられた光シャッタ１３、及び光シャッタ１３ａ、信号光２を所定の径を有する光ビームに変換するビームエキスパンダ１４、記録するデータを二次元の画像情報に変換する空間変調器１５、空間変調器１５で変調された信号光２を記録媒体１に照射するフーリエ変換レンズ１６、参照光光学系に設けられた光シャッタ１３ｂ、参照光３を所定の角度を有して記録媒体１に入射させるためのミラー１７、１８、記録媒体１からの回折光５を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換レンズ１９、逆フーリエ変換された画像を検出する二次元の画像検出器２０を備え、更にシステム制御部２１、レーザードライバー２２、システムコントローラ２３、記録媒体駆動機構２４、変調器ドライバー２５、データ入出力部２６ｃ、データ処理部２７、検出器コントローラ２８等を備えて構成される。
まず、記録動作はレーザー１１ａを連続で発振させておき、信号光２は記録する微小な時間だけ光シャッタ１３ａがオープンして通過する。通過した信号光２はビームエキスパンダ１４によって所定の径を有する平行ビームに変換され、平行ビーム中に置かれた空間変調器１５に入射する。空間変調器１５を透過した信号光２はフーリエ変換レンズ１６で、フーリエ変換され、記録媒体１に照射される。一方、参照光３はハーフミラー１２で分岐され、ミラー１７、１８により、所定の角度で記録媒体１へ入射され、記録媒体１内で信号光２と交差される。信号光２と参照光３との交差する点に干渉縞が形成され、データが記録される。
記録媒体１と信号光２及び参照光３との間に相対的な位置の移動がある場合、記録媒体１に形成される干渉縞の変調度が低下するが、光シャッタ１３ａを微小な時間だけオープンにすることで変調度の良い干渉縞を形成することが可能となる。この場合、光シャッタ１３ａのオープン時間は、例えばホログラムを構成する干渉縞が形成されるために充分なエネルギーが得られる時間であり、連続発振するレーザー１１ａのパワーに依存する。従って、オープン時間を短くするためにレーザー１１ａのパワーが大きいものが好ましいことは当然である。
また、光シャッタ１３ａのオープン時間は、前述の記録装置で述べたパルス幅の制御と同様にして設定してもよく、さらに、記録媒体に同期信号が記録されている場合は、この同期信号をまず読み出し、この同期信号に基づいて光シャッタ１３ａを開く間隔を制御するようにしてもよい。
尚、参照光３は信号光２と同様にビームエキスパンダにより所定の径を有する光ビームに変換しても良い。また、参照光光学系に設けられた光シャッタ１３ｂは、記録時はオープンの状態でも良く、または光シャッタ１３ａと同期して開閉を行っても良い。また、光シャッタ１３ａ、１３ｂは液晶デバイス等が用いられる。
一方、再生動作はレーザー１１ａを連続で発振させておき、光シャッタ１３は閉じて、信号光２が記録媒体１に到達することがない状態とし、参照光３を記録時の参照光３の入射角度と同一の角度で記録媒体に照射する。参照光３が記録媒体１に照射され、記録媒体１からの回折光５は逆フーリエ変換レンズ１９を介して画像検出器２０に結像する。この画像検出器２０からの出力が再生信号となる。
このとき、光シャッタ１３ｂは再生のタイミングで微少な時間だけオープンするように制御する。記録媒体と参照光との間に相対的な位置の移動がある場合、画像検出器２０に結像する像も移動するが、参照光照射時間を短くすることで、ＳＮ比のよいデータを再生することが可能となる。
再生時に照射するエネルギーを充分に確保しようとする場合、一定時間光シャッタ１３ｂを開く必要がある。この場合、画像検出器２０上で再生画像が流れる影響が生じるが、その対策として、画素数の多い検出器を用い、再生された画像情報をバッファメモリに蓄積する等の、信号処理を施すことにより、再生画像が流れる影響を除去することも可能である。
以下図を用いて説明する。
図１３は空間変調器の画素に対して画像検出器の画素数を１：９とした場合で、画像検出器上でチェッカーマトリクスの再生画像がＳ方向に流れている場合の一例である（画像検出器上の一部９×９画素を抜き出し、便宜上、行をＬ１〜Ｌ９、列をＣ１〜Ｃ９とした）。
図１３（ａ）は時刻ｔ０における画像検出器上の再生画像、図１３（ｂ）は時刻ｔ０から僅かに経過した時刻ｔ１における画像検出器上の再生画像、図１３（ｃ）は時刻ｔ０から一定時間経過した時刻ｔ２における画像検出器上の再生画像、図１３（ｄ）はさらに一定時間経過した時刻ｔ３における画像検出器上の再生画像である。
図１３（ａ）ではチェッカーマトリクスの再生画像が綺麗に画像検出器の画素にマッチングされているが、図１３（ｂ）では再生画像がＳ方向に動いてしまい、図１３（ｃ）、（ｄ）ではさらにＳ方向に移動している。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の画像検出器の画素をよく見ると、（Ｌ２，Ｃ２）、（Ｌ２，Ｃ３）、（Ｌ３，Ｃ２）、（Ｌ３，Ｃ３）の４画素はいずれも黒であり、（Ｌ２，Ｃ５）、（Ｌ２，Ｃ６）、（Ｌ３，Ｃ５）、（Ｌ３，Ｃ６）の４画素はいずれも白である。他の場所でも４画素（これを領域Ａとする）に限っては再生画像が動いた影響を受けていない。また図１３（ｃ）と（ｄ）の画像検出器の画素を良く見ると、（Ｌ３，Ｃ３）、（Ｌ３，Ｃ４）、（Ｌ４，Ｃ３）、（Ｌ４，Ｃ４）の４画素はいずれも黒であり、（Ｌ３，Ｃ６）、（Ｌ３，Ｃ７）、（Ｌ４，Ｃ６）、（Ｌ４，Ｃ７）の４画素はいずれも白である。他の場所でも４画素（これを領域Ｂとする）に限っては再生画像が動いた影響を受けていない。
従って再生時間が時刻ｔ０からｔ２以下の場合は、領域Ａの４画素のデータ群だけの情報を使用すればよい。再生時間が長く時刻ｔ２を越えｔ３までの場合は、領域Ｂの４画素のデータ群だけの情報を使用するように切り替える。さらに再生時間が長くなる場合は、同様に使用する領域を切り替えることで良好な再生像が得られる。
図１３の例では画素に対して斜めに再生画像が動く例を示したが、再生画像が動く方向はどの方向でも適応できる。また空間変調器の画素と画像検出器の画素数が１：９の場合を示したが、空間変調器の１画素に対して画像検出器の複数画素で検出する場合には同様の手法が使用できる。
また領域の切替を自動で判別するために、一旦画像検出器の出力をバッファメモリに取り込んで切り替えるタイミングを決めるようにしても良い。
また、光シャッタ１３ｂのオープン時間は、前述の再生装置で述べたパルス幅の制御と同様にして設定してもよく、さらに、記録媒体に同期信号が記録されている場合は、この同期信号をまず読み出し、この同期信号に基づいて光シャッタ１３ａを開く間隔を制御するようにしてもよい。
上述した記録動作、再生動作を制御するものとして、システム制御部２１はメインＣＰＵを備え、記録装置１０４全体の動作制御を行う。レーザードライバー２２はシステム制御部２１のもとでレーザー１１ａの連続発振を制御し、システムコントローラ２３は例えば光シャッタ１３、１３ａ、１３ｂや空間変調器１５等の制御を行う。
また、記録媒体駆動機構２４は、記録媒体１と信号光２及び参照光３とに相対的な位置の移動を与えるものであって、例えば記録媒体１を信号光２の光軸に垂直な面において回転させる機構、或いはＸ−Ｙ方向に直線的な移動を与える機構等がある。また、信号光２及び参照光３側を記録媒体１に対して移動させるようにしても良い。
変調器ドライバー２５は空間変調器１５に記録するデータを入力し駆動するものであり、データ入出力部２６ｃは記録するデータ、再生したデータの入出力を行う。データ処理部２７は記録するデータを記録フォーマットに基づいて変換し、信号処理用のデータを付加し、或いはエラー訂正用の処理等を行い、また再生されたデータのエラー訂正、復号化等を行う。また、検出器コントローラ２８は画像検出器２０の動作を制御し、画像検出器２０上に結像された、記録データに対応する二次元画像情報を読み出す。
また、記録再生装置１０４の記録系と再生系を夫々個別に構成して記録装置及び再生装置として構成することも可能である。この記録装置はパルス発振のレーザーを用いた記録装置１０１とは、信号光及び参照光の照射時間をパルス発振のパルス幅で制御するのに対して、連続発振のレーザーを光シャッタで光ビーム通過時間を制御することにおいて異なる。また、再生装置はパルス発振のレーザーを用いた記録装置１０２とは、参照光の照射時間をパルス発振のパルス幅で制御するのに対して、連続発振のレーザーを光シャッタで光ビーム通過時間を制御することにおいて異なる。
以上説明したように、連続発振するレーザーを用い、記録媒体と信号光及び参照光との間に相対的な位置の移動がある場合でも、記録するデータに対応する二次元画像データと参照光との干渉縞を強度振幅が大きな状態で記録媒体に形成することができ、またＳＮ比のよいデータを再生することが可能となる。
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う記録装置、再生装置及び記録再生装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】  本発明に係る記録装置、再生装置及び記録再生装置は、例えばホログラム記録媒体に大量のデータを記録し或いはこれから大量のデータを再生する、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置及びホログラム記録再生装置などに利用可能である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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