(57)【要約】【課題】大型で解像度の低い空間光変調器やＣＣＤイメージセンサといった電子デバイスを使用しつつ、装置の小型化を図る。【解決手段】フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆは、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’よりも長く設定されている。そのため、信号光のビーム径が空間光変調器１０４よりも手前で拡大されたとしても、空間光変調器１０４、フーリエ変換レンズ１０５および逆フーリエ変換レンズ１０６を順に通過した後に得られる信号光のビーム径は、フーリエ変換レンズ１０５に入射する前の信号光のビーム径よりも小さくなる。再生時には参照光のみが照射され、これが干渉パターンによって信号光の光軸方向に回折されることで再生光が生成されるが、再生光はホログラム記録媒体１１１を通過した後の信号光と同じく細いビーム径をもって出射される。【選択図】  図１
2004279713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と参照光をホログラム記録媒体に照射することによりデータを光の位相情報として記録するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光の光路上に、空間光変調器、フーリエ変換レンズ、逆フーリエ変換レンズおよびＣＣＤイメージセンサを少なくとも備え、
前記フーリエ変換レンズおよび前記逆フーリエ変換レンズの間に前記ホログラム記録媒体が配置され、
前記フーリエ変換レンズの焦点距離と前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離が異なっていることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記フーリエ変換レンズの焦点距離は、前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離は、前記フーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記フーリエ変換レンズと前記逆フーリエ変換レンズとの間の共焦点に配置されたピンホールをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項にホログラム記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム記録再生装置に関し、より詳細には、大型で解像度の低い電子デバイスを使用しつつ、装置の小型化を図ることが可能なホログラム記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報の高密度記録を実現する方法の一つとしてホログラム記録再生方法が知られている。一般的なホログラム記録再生方法では、情報が二次元的に付加された信号光と参照光をホログラム記録媒体の内部で重ね合わせて、そのとき形成される干渉縞を書き込むことによって情報が記録される。こうしてホログラム記録媒体に記録された情報は、参照光を照射することによって再生することができる。記録媒体に照射された参照光が干渉縞の格子により回折することで情報が二次元的に浮かび上がり、情報が再生される。このような記録媒体においては、信号光に付加されたイメージ情報が参照光の入射で一度に再生されるため、高速再生を実現することが可能である。
【０００３】
ホログラム記録再生装置では、通常、レーザ光源から出射したビームをビームスプリッタで拡大することが行われている（特許文献１参照）。これにより、空間光変調器を用いて信号光を変調する際に、空間光変調器の画面全体が有効利用される。また、ノイズを除去するため、信号光または参照光の光路上であってホログラム記録媒体の直前に、空間フィルタを設ける方法や、空間フィルタを含むビームエキスパンダを設ける方法も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、複数のピクセルに分割された光変調部と、ピクセルごとに少なくとも２枚以上のマイクロレンズアレイによって構成され、各ビーム径変換光学系が入射光のビーム径よりも細いビーム径の光束を光変調部の各ピクセルに入射させるビーム径変換光学系を備えた空間光変調器も知られている（特許文献３）。これによれば、空間光変調器のピクセルをＣＣＤイメージセンサのピクセルに正確に対応するように結像させることができ、ＣＣＤイメージセンサのピクセル数を増やすことなく、処理する情報量と情報の転送速度を向上させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２３１６１号公報
【特許文献２】特開平０８−３１４３６１号公報
【特許文献３】特開２０００−１５５２９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、空間光変調器やＣＣＤイメージセンサといった電子デバイスの解像度は、ホログラム記録媒体（感光材料）の解像度よりも低いため、ホログラム記録媒体の解像度が電子デバイスによって犠牲になっているという問題がある。また、従来の光学系では、空間光変調器またはＣＣＤイメージセンサのうち最も大型で解像度の低いものに合わせてビーム径が設定されていたため、ビーム径が大きくなってしまうという問題があった。ビーム径が大きい場合には、光路上に配置するビームスプリッタやレンズ等の光学素子自体も大きくする必要があり、また光路長も長くなるため、光学系全体、すなわちホログラム記録再生装置全体も大型化するという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、大型で解像度の低い空間光変調器やＣＣＤイメージセンサといった電子デバイスを使用しつつ、装置の小型化を図ることが可能なホログラム記録再生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、信号光と参照光をホログラム記録媒体に照射することによりデータを光の位相情報として記録するホログラム記録再生装置であって、前記信号光の光路上に、空間光変調器、フーリエ変換レンズ、逆フーリエ変換レンズおよびＣＣＤイメージセンサを少なくとも備え、前記フーリエ変換レンズおよび前記逆フーリエ変換レンズの間に前記ホログラム記録媒体が配置され、前記フーリエ変換レンズの焦点距離と前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離が異なっていることを特徴とするホログラム記録再生装置によって達成される。
【０００９】
本発明によれば、大型で解像度の低い空間光変調器やＣＣＤイメージセンサといった電子デバイスを使用しつつ、装置の小型化を図ることが可能なホログラム記録再生装置を提供する
【００１０】
本発明の好ましい実施形態において、前記フーリエ変換レンズの焦点距離は、前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、フーリエ変換レンズの焦点距離が逆フーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されているので、光路長が短くなるとともに、空間光変調器よりも小型で解像度の高いＣＣＤイメージセンサを採用することが可能となり、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい実施形態において、前記逆フーリエ変換レンズの焦点距離は、前記フーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されている。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、逆フーリエ変換レンズの焦点距離がフーリエ変換レンズの焦点距離よりも長く設定されているので、光路長が短くなるとともに、ＣＣＤイメージセンサよりも小型で解像度の高い空間光変調器を採用することが可能となり、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１４】
本発明のさらに好ましい実施形態において、前記ホログラム記録再生装置は、前記フーリエ変換レンズと前記逆フーリエ変換レンズとの間の共焦点に配置されたピンホールをさらに備えている。
【００１５】
本発明のさらに好ましい実施形態によれば、共焦点にピンホールを設けることによって空間フィルタの機能を付加することができ、記録再生時においてノイズ成分を除去することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【００１８】
図１に示されるように、このホログラム記録再生装置１００は、記録再生用のレーザ光源１０１と、レーザ光源１０１から発せられたビームを拡大するビームエキスパンダ１０２と、拡大されたビームを分割するビームスプリッタ（ＢＳ）１０３と、ビームスプリッタ１０３によって分割された一方のビームの光路上に配置された空間光変調器（ＳＬＭ）１０４、フーリエ変換レンズ１０５、逆フーリエ変換レンズ１０６及びＣＣＤイメージセンサ１０７を備えている。ホログラム記録媒体１１１は、フーリエ変換レンズ１０５と逆フーリエ変換レンズ１０６との間に配置される。さらに、ホログラム記録再生装置１００は、分割された他方のビームをホログラム記録媒体１１１に導くためその光路を変更させる第１及び第２のミラー１０８、１０９と、フーリエ変換レンズ１１０を備えている。詳細は後述するが、２つのビームはホログラム記録媒体内の同じ位置に照射される。
【００１９】
レーザ光源１０１は信号光及び参照光の生成に共通の光源であって、例えばＹＡＧレーザとＳＨＧの組み合わせによって構成されている。レーザ光源１０１から発せられたビームは、ビームエキスパンダ１０２によってそのビーム径が拡大され、かつ平行光にされた後、ビームスプリッタ１０３によって信号光と参照光に分割される。信号光は、空間光変調器に入射する。
【００２０】
空間光変調器１０４は、格子状に配列された多数の画素を有し、画素ごとに光の透過状態（オン）と遮断状態（オフ）とを選択することによってビームの強度を空間的に変調して、情報を担持した信号光を生成する。空間光変調器１０４としては例えば液晶素子が用いられるが、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を用いることもできる。空間光変調器１０４の各画素は３ミクロン程度と比較的大きく、そのため画面全体の面積も大きくならざるを得ないが、ビームエキスパンダ１０２によってビーム径を拡大することで空間光変調器１０４の画面全体が有効利用される。
【００２１】
記録時には、図示されていないエンコーダによって記録データが二次元的なドットマトリックス成分に変換され、空間光変調器１０４に入力される。空間光変調器１０４の各画素は、入力データに応じてオン状態又はオフ状態とされることによって信号光が変調される。空間光変調器１０４を通過した信号光は、フーリエ変換レンズ１０５を通してホログラム記録媒体１１１に照射される。フーリエ変換レンズ１０５は、信号光のドットマトリックス成分をフーリエ変換するとともに、ホログラム記録媒体１１１内の記録位置よりもわずかに前方（又は後方）で焦点が結ばれるようにビームを集光して、ホログラム記録媒体の所定の位置に照射する。一方、参照光は第１及び第２のミラー１０８、１０９によって進行方向を変えられ、フーリエ変換レンズ１１０を通過した後、ホログラム記録媒体１１１に照射される。参照光は信号光と同じ位置に照射され、信号光と参照光とがホログラム記録媒体１１１内で重ね合わせられることで、これらの干渉による干渉パターンが形成され、データが光の位相情報として記録される。
【００２２】
再生時には、空間光変調器１０４の各画素をすべてオフ状態にすることによって信号光の通過が遮断される。したがって、参照光のみがホログラム記録媒体１１１に照射される。記録位置に入射した参照光は干渉パターンによって変調されて、信号光と同様に情報を担持したビームが再生される。この再生光は干渉パターンによって信号光の光軸方向に回折して、逆フーリエ変換レンズ１０６に入射する。再生光は逆フーリエ変換レンズによって逆フーリエ変換されてドットマトリックス成分を含むビームに変換され、かつ平行光にされた後、ＣＣＤイメージセンサ１０７に照射される。ＣＣＤイメージセンサ１０７は、画素ごとにビーム強度を電気的なデジタル信号に変換する。さらに、図示しないデコーダによってもとのデータに復調される。
【００２３】
本実施形態において、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆは、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’よりも長く設定されている。そのため、信号光のビーム径が空間光変調器１０４よりも手前で拡大されたとしても、空間光変調器１０４、フーリエ変換レンズ１０５および逆フーリエ変換レンズ１０６を順に通過した後に得られる信号光のビーム径は、フーリエ変換レンズ１０５に入射する前の信号光のビーム径よりも小さくなる。再生時には参照光のみが照射され、これが干渉パターンによって信号光の光軸方向に回折されることで再生光が生成されるが、再生光はホログラム記録媒体１１１を通過した後の信号光と同じく細いビーム径をもって出射される。したがって、空間光変調器１０４の解像度によらず、小型で解像度の高いＣＣＤイメージセンサ１０７を使用することができる。
【００２４】
さらに、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’およびこれと等しく設定された逆フーリエ変換レンズ１０６とＣＣＤイメージセンサ１０７との間の距離ｆ’は、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆおよびこれと等しく設定された空間光変調器１０４とフーリエ変換レンズ１０５の間の距離ｆよりも短く設定されているため、信号光の結像点からＣＣＤイメージセンサ１０７までの光路長を短くすることができ、ホログラム記録再生装置１００全体を小型化することができる。
【００２５】
図２は、本発明の他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【００２６】
図２に示されるように、このホログラム記録再生装置２００では、図１に示したものとは逆に、空間光変調器１０４よりも大型で解像度の低いＣＣＤイメージセンサ１０７が使用される。そのため、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’は、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆよりも長く設定されている。そして、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’およびこれと等しく設定された逆フーリエ変換レンズ１０６とＣＣＤイメージセンサ１０７との間の距離ｆ’は、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆおよびこれと等しく設定された空間光変調器１０４とフーリエ変換レンズ１０５の間の距離ｆよりも長く設定されている。
【００２７】
そのため、信号光のビーム径はフーリエ変換レンズ１０５の手前まで比較的小さなままであるが、フーリエ変換レンズ１０５および逆フーリエ変換レンズ１０６を順に通過した後に得られる信号光のビーム径は、フーリエ変換レンズ１０５に入射する前の信号光のビーム径よりも大きくなる。再生時には参照光のみが照射され、参照光が干渉パターンによって信号光の光軸方向に回折されることで再生光が生成されるが、再生光はホログラム記録媒体を通過した後の信号光と同じく太いビーム径をもって出射される。したがって、ＣＣＤイメージセンサ１０７の解像度によらず、小型で解像度の高い空間光変調器を使用することができる。
【００２８】
さらに、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離ｆおよびこれと等しく設定された空間光変調器１０４とフーリエ変換レンズ１０５の間の距離ｆは、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離ｆ’およびこれと等しく設定された逆フーリエ変換レンズ１０６とＣＣＤイメージセンサ１０７との間の距離ｆ’よりも短く設定されているため、空間光変調器１０４から信号光の結像点までの光路長を短くすることができ、ホログラム記録再生装置２００全体を小型化することができる。
【００２９】
図３は、本発明のさらに他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【００３０】
図３に示されるように、このホログラム記録再生装置３００は、ピンホール３０１をさらに備えている。本実施形態において、フーリエ変換レンズ１０５の結像点はホログラム記録媒体１１１よりも後方に設定されており、ピンホール３０１はフーリエ変換レンズ１０５と逆フーリエ変換レンズ１０６との間の共焦点に設けられる。すなわち、ホログラム記録媒体１１１よりも後方に設けられる。共焦点にピンホール３０１を設けることによって空間フィルタの機能を付加することができ、再生時における再生光のノイズ成分を除去ことができる。
【００３１】
図４は、本発明のさらに他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【００３２】
図４に示されるように、このホログラム記録再生装置４００もピンホール４０１をさらに備えているが、本実施形態においては、フーリエ変換レンズ１０５の結像点がホログラム記録媒体１１１よりも前方に設定されている。したがって、ピンホール４０１はフーリエ変換レンズ１０５と逆フーリエ変換レンズ１０６との間の共焦点であって、ホログラム記録媒体１１１よりも前方に設けられる。共焦点にピンホール４０１を設けることによって空間フィルタの機能を付加することができ、記録時における信号光のノイズ成分を除去ことができる。
【００３３】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。
【００３４】
例えば、前記実施形態においては、フーリエ変換レンズ１０５と逆フーリエ変換レンズ１０６との間の共焦点にピンホール３０１、４０１を設けた場合について説明したが、ビームエキスパンダ１０２の共焦点にそのようなピンホールが設けられていても構わない。
【００３５】
また、前記実施形態においては、信号光の光路上に、空間光変調器１０４、フーリエ変換レンズ１０５、逆フーリエ変換レンズ１０６およびＣＣＤイメージセンサ１０７が順に配置されており、信号光と参照光との間にホログラム記録媒体１１１が配置されている構成を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば空間光変調器１０４とフーリエ変換レンズ１０５と間にミラーなどの光学素子が挿入される場合のように、フーリエ変換レンズ１０５の直前に空間光変調器１０４が配置されていなくてもよく、逆フーリエ変換レンズ１０６の直後にＣＣＤイメージセンサ１０７が配置されていなくてもよい。
【００３６】
すなわち、信号光の光路上に少なくともフーリエ変換レンズ１０５および逆フーリエ変換レンズ１０６が設けられており、フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離と逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離が異なっていればよい。フーリエ変換レンズ１０５の焦点距離を逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離よりも長く設定すれば空間光変調器１０４よりも小型で解像度の高いＣＣＤイメージセンサ１０７を採用することが可能となり、逆フーリエ変換レンズ１０６の焦点距離をフーリエ変換レンズ１０５の焦点距離よりも長く設定すればＣＣＤイメージセンサ１０７よりも小型で解像度の高い空間光変調器１０４を採用することが可能となる。その結果、最終的にはホログラム記録再生装置の小型化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フーリエ変換レンズがビームエキスパンダを兼ねる構成により、空間光変調器、ＣＣＤイメージセンサのいずれか一方の解像度が低い場合でも、光路上に配置するビームスプリッタやレンズ等の光学素子自体も大きくする必要がなく、また光路長も短くすることができ、光学系全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【図２】本発明の他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【図３】本発明のさらに他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【図４】本発明のさらに他の好ましい実施形態にかかるホログラム記録再生装置の構成を示す略ブロック図である。
【符号の説明】
１００      ホログラム記録再生装置
１０１      レーザ光源
１０２      ビームエキスパンダ
１０３      ビームスプリッタ
１０４      空間光変調器
１０５      フーリエ変換レンズ
１０６      逆フーリエ変換レンズ
１０７      イメージセンサ
１０８      ミラー
１０９      ミラー
１１０      フーリエ変換レンズ
１１１      ホログラム記録媒体
２００      ホログラム記録再生装置
３００      ホログラム記録再生装置
３０１      ピンホール
４００      ホログラム記録再生装置
４０１      ピンホール
【図１】
2004279713.tif 000003
【図２】
2004279713.tif 000004
【図３】
2004279713.tif 000005
【図４】
2004279713.tif 000006