(57)【要約】  【課題】  記録密度を向上することのできるホログラム記録装置を提供する。  【解決手段】ホログラム書き込み手段２は、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部２１と、物体光の振幅を空間的に変調する空間光変調部として機能する空間光変調器２２と、変調物体光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズ２３と、フーリエ変換像を逆フーリエ変換して記録媒体１中に実像を生成する実像レンズ２４と、実像に物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部２５とを含み、ホログラム読み出し手段３は、ホログラムに参照光を放射する読み出し参照光放射部３１と、ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換レンズ３２と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して実像を生成する読み出し実像レンズ３３と、実像を電気信号に光電変換する光電変換部３４とを含む。【選択図】  図１
2005331753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段と、前記ホログラム書き込み手段により前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムを読み出すホログラム読み出し手段とを備えるホログラム記録装置であって、
前記ホログラム書き込み手段が、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部と、前記物体光の振幅を実像データに基づいて空間的に変調して変調物体光とする空間光変調部と、前記変調物体光をフーリエ変換してフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像生成部と、前記フーリエ変換像を逆フーリエ変換して前記記録媒体中に前記空間光変調部の実像を生成する実像生成部と、前記記録媒体中の前記実像に前記物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部とを含み、
前記ホログラム読み出し手段が、前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムに読み出し参照光を放射する読み出し参照光放射部と、前記ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換像生成部と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して読み出し実像を生成する読み出し実像像生成部と、読み出し実像を電気信号に光電変換する光電変換部とを含むホログラム記録装置。
【請求項２】
記録媒体にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段と、前記ホログラム書き込み手段により前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムを読み出すホログラム読み出し手段とを備えるホログラム記録装置であって、
前記ホログラム書き込み手段が、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部と、前記物体光の位相および振幅を空間的に変調してフーリエ変換光とする空間光変調部と、前記フーリエ変換光を逆フーリエ変換して前記記録媒体中に前記空間光変調部の実像を生成する実像生成部と、前記実像に前記物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部とを含み、
前記ホログラム読み出し手段が、前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムに読み出し参照光を放射する読み出し参照光放射部と、前記ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換像生成部と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して読み出し実像を生成する読み出し実像像生成部と、読み出し実像を電気信号に光電変換する光電変換部とを含むホログラム記録装置。
【請求項３】
前記参照光放射部が、既にホログラムが記録されている領域に前記実像のホログラムを多重記録するために参照光のパラメータを変更する参照光パラメータ変更部を含み、
前記読み出し参照光放射部が、多重記録されている複数のホログラムの１つを読み出すために読み出し参照光のパラメータを変更する読み出し参照光パラメータ変更部を含む請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記参照光パラメータ変更部が、参照光の位相、波長、および前記記録媒体への入射角度のいずれか１つを変更するものであり、
前記読み出し参照光パラメータ変更部が、読み出し参照光の位相、波長、および前記記録媒体への入射角度のいずれか１つを変更するものである請求項３に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記フーリエ変換像生成部および実像生成部が、前記記録媒体中に前記空間光変調部の縮小像を生成するものであり、
前記読み出しフーリエ変換像生成部および読み出し実像生成部が、前記光電変換部上に前記記録媒体中に記録されているホログラムの拡大像を生成するものである請求項１または請求項２に記載のホログラム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラム記録装置に係り、特に記録密度を向上することのできるホログラム記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年情報記録のために光ディスクなどの光情報記録媒体が普及しつつあるが、特に、データを２次元あるいは３次元的に記録可能なホログラム記録装置も既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は従来提案されているホログラム記録装置のブロック図であって、光源５１は、平行光束である物体光と、一本の光束である参照光放射する。
【０００４】
物体光は空間光変調器５２を透過し、フーリエ変換レンズ（以下ＦＴレンズと記す）５３に入射する。ＦＴレンズ５３で集光された物体光は、記録媒体５４に入射するが、記録媒体５４はＦＴレンズ５３のフーリエ変換面に配置されている。
【０００５】
光源５１から放射された参照光は、反射鏡５５で反射されて記録媒体５４内で物体光と干渉し、干渉縞を生成する。
【０００６】
従って、記録媒体５４中には記録するデータに基づいて空間光変調器５２で変調された物体光のフーリエ変換像が記録されることとなる。
【０００７】
なお、記録媒体５４中に記録されているデータを読み出すときには、参照光だけを照射し、逆フーリエ変換レンズ（以下ＩＦＴレンズと記す）５６を介して、例えばＣＣＤである光電変換素子５７により電気信号としてデータを出力する。
【０００８】
通常のＮ値データにあってはデータを構成する元の出現確立は均等と考えられるため、フーリエ変換された物体光はＦＴレンズ５３の光軸周辺に強光度領域を有し、光軸から離れるに従って光強度は急激に低下することが普通である。
【０００９】
そして、中心部の強領域にはデータの変化が少ない領域、即ち、空間周波数の低い領域の情報が含まれ、周辺部の弱領域にはデータの変化が激しい領域、即ち、空間周波数の高い領域の情報が含まれるので、フーリエ変換像を正確に記録するためには、記録媒体５４は広いダイナミックレンジを有していなければならない。
【特許文献１】特開２０００−０３９８３１号公報（［０００７］、［図１］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来提案されているホログラム記録装置では、一度、光強度の大きいフーリエ変換光が書き込まれた領域に他のホログラムを多重記録することは困難であった。
【００１１】
これは、従来提案されているホログラム記憶装置で使用している記録媒体はダイナミックレンジが狭いため、大きい光強度で情報が記録された領域に弱い光で情報を多重することが困難であるためである。
【００１２】
上記の特許文献１は位相マスク５８をＦＴレンズ５３と並列に配置しフーリエ変換面の光強度を均一化することを提案しているが、構成が複雑化、高価格化することは回避できない。
【００１３】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであって、記録密度を向上することのできるホログラム記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のホログラム記録装置は、記録媒体にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段と、前記ホログラム書き込み手段により前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムを読み出すホログラム読み出し手段とを備えるホログラム記録装置であって、前記ホログラム書き込み手段が、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部と、前記物体光の振幅を実像データに基づいて空間的に変調して変調物体光とする空間光変調部と、前記変調物体光をフーリエ変換してフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像生成部と、前記フーリエ変換像を逆フーリエ変換して前記記録媒体中に前記空間光変調部の実像を生成する実像生成部と、前記実像に前記物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部とを含み、前記ホログラム読み出し手段が、前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムに読み出し参照光を放射する読み出し参照光放射部と、前記ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換像生成部と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して読み出し実像を生成する読み出し実像像生成部と、読み出し実像を電気信号に光電変換する光電変換部とを含む構成を有している。
【００１５】
この構成により、空間光変調器の実像のホログラムを記録媒体に記録することが可能となる。
【００１６】
本発明のホログラム記録装置は、記録媒体にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段と、前記ホログラム書き込み手段により前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムを読み出すホログラム読み出し手段とを備えるホログラム記録装置であって、前記ホログラム書き込み手段が、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部と、前記物体光の位相および振幅を空間的に変調してフーリエ変換光とする空間光変調部と、前記フーリエ変換光を逆フーリエ変換して前記記録媒体中に前記空間光変調部の実像を生成する実像生成部と、前記実像に前記物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部とを含み、前記ホログラム読み出し手段が、前記記録媒体に書き込まれた前記ホログラムに読み出し参照光を放射する読み出し参照光放射部と、前記ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換像生成部と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して読み出し実像を生成する読み出し実像像生成部と、読み出し実像を電気信号に光電変換する光電変換部とを含む構成を有している。
【００１７】
この構成により、空間光変調器で物体光を直接フーリエ変換光に変換することが可能となる。
【００１８】
本発明のホログラム記録装置は、前記参照光放射部が、既にホログラムが記録されている領域に前記実像のホログラムを多重記録するために参照光のパラメータを変更する参照光パラメータ変更部を含み、前記読み出し参照光放射部が、多重記録されている複数のホログラムの１つを読み出すために読み出し参照光のパラメータを変更する読み出し参照光パラメータ変更部を含む構成を有している。
【００１９】
この構成により、記録媒体の同一領域に複数のホログラムを多重することができ、多重されたホログラムの１つを選択的に読み出すことができることとなる。
【００２０】
本発明のホログラム記録装置は、前記参照光パラメータ変更部が、参照光の位相、波長、および前記記録媒体への入射角度のいずれか１つを変更するものであり、前記読み出し参照光パラメータ変更部が、読み出し参照光の位相、波長、および前記記録媒体への入射角度のいずれか１つを変更する構成を有している。
【００２１】
この構成により、参照光の周波数、位相、入射角度のいずれか１つを変更することにより記録媒体の同一領域に複数のホログラムを多重することができ、読み出し参照光の周波数、位相、入射角度のいずれか１つを変更することにより多重されたホログラムの１つを選択的に読み出すことができることとなる。
【００２２】
本発明のホログラム記録装置は、前記フーリエ変換像生成部および実像生成部が、前記記録媒体中に前記空間光変調部の縮小像を生成するものであり、前記読み出しフーリエ変換像生成部および読み出し実像生成部が、前記光電変換部上に前記記録媒体中に記録されているホログラムの拡大像を生成する構成を有している。
【００２３】
この構成により、２次元データを縮小して記録媒体中に記録することができることとなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、実像データにより空間変調された物体光をフーリエ変換像に変換するフーリエ変換像生成部と、その後さらに逆フーリエ変換して実像を生成する実像生成部とを設け記録媒体に実像を記録することにより、ホログラム記録装置の記録密度を向上することのができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明に係るホログラム記録装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態は、図１に示すように、記録媒体１にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段２と、ホログラム書き込み手段２により記録媒体１に書き込まれたホログラムを読み出すホログラム読み出し手段３とを備える。
【００２７】
ホログラム書き込み手段２は、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部２１と、物体光の振幅を空間的に変調して変調物体光とする空間光変調部として機能する空間光変調器２２と、変調物体光をフーリエ変換してフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像生成部として機能するフーリエ変換レンズ（ＦＴレンズ）２３と、フーリエ変換像を逆フーリエ変換して記録媒体１中に空間光変調器２２の実像を生成する実像生成部として機能する実像レンズ２４と、実像に物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部２５とを含む。
【００２８】
ホログラム読み出し手段３は、記録媒体１に書き込まれたホログラムに参照光を放射する読み出し参照光放射部３１と、ホログラムの読み出しフーリエ変換像を生成する読み出しフーリエ変換像生成部として機能する読み出しＦＴレンズ３２と、読み出しフーリエ変換像を逆フーリエ変換して読み出し実像を生成する読み出し実換像生成部として機能する読み出し実像レンズ３３と、読み出し実像を電気信号に光電変換する光電変換部３４とを含む。
【００２９】
なお、参照光放射部２５と読み出し参照光放射部３１とは同一の光源であってよく、物体光放射部２１から放射される物体光の一部をビームスプリッタ等により分離する構成としてもよい。
【００３０】
さらに、参照光放射部２５は、既にホログラムが記録されている領域に実像のホログラムを多重記録するために参照光のパラメータを変更する参照光パラメータ変更部を含み、読み出し参照光放射部３１が、多重記録されている複数のホログラムの１つを読み出すために読み出し参照光のパラメータを変更する読み出し参照光パラメータ変更部を含む。
【００３１】
そして、参照光パラメータ変更部は、参照光の位相、波長、および記録媒体１への入射角度のいずれか１つを変更するものである。読み出し参照光パラメータ変更部は、読み出し参照光の位相、波長、および記録媒体１への入射角度のいずれか１つを変更するものである。
【００３２】
また、フーリエ変換像生成部および実像生成部は記録媒体１中に空間光変調部の縮小像を生成するものであり、読み出しフーリエ変換像生成部および読み出し実像生成部は光電変換部３４上に、記録媒体１中に記録されているホログラムの拡大像を生成するものである。
【００３３】
空間光変調器２２としては、液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）パネル、あるいはＤ−ＩＬＡ（Direct-Drive Image Light Amplifier）等を適用することが可能である。
【００３４】
空間光変調器２２として、画素ピッチ１７ミクロン、８４８×６００画素のＤＭＤパネルを適用した場合のＦＴレンズ２３および実像レンズ２４の仕様について以下に説明する。
【００３５】
ＦＴレンズ２３の開口数ＮＡは次式で定義される。
【００３６】
【数１】
2005331753.tif 000003
【００３７】
分解能ｄ＝１０ミクロン、波長λ＝５３２ナノメートルとすると、ＦＴレンズ２３の開口数ＮＡは、０．０３２５となり、低ＮＡレンズであってよい。
【００３８】
そして、ＦＴレンズ２３の焦点距離を１００ミリメートル、実像レンズ２４の焦点距離を１０ミリメートルとすると、空間光変調器２２の記録媒体１中の実像は、１／１０に縮小される。
【００３９】
従って、空間光変調器２２の実像の画素ピッチは１．７ミクロンとなるので、実像に対する分解能を１ミクロンとすれば、実像レンズ２４の開口数ＮＡは０．３２５に設定すればよいこととなる。
【００４０】
以下、本発明の第１の実施形態の動作を説明する。
【００４１】
まず、図２を参照しつつホログラムを書き込むときの動作を説明する。
【００４２】
空間光変調器２２と、空間光変調器２２の光の流れ方向下流側に配置されたＦＴレンズ２３との距離がフレネルの回折条件を満足すれば、ＦＴレンズ２３の上流面の光の振幅分布Ｕ（ｘ，ｙ）は次式で表される。
【００４３】
【数２】
2005331753.tif 000004
【００４４】
ＦＴレンズ２３の上流面の光振幅分布Ｕ（ｘ，ｙ）と下流面の光振幅分布Ｖ（ｘ，ｙ）との間には次式が成立する。
【００４５】
【数３】
2005331753.tif 000005
【００４６】
さらに、ＦＴレンズ２３の下流面とフーリエ変換面との距離がフレネルの回折条件を満足するときは次式が成立する。
【００４７】
【数４】
2005331753.tif 000006
【００４８】
以上の３式から、空間光変調器２２の光振幅分布ｇ（ｘi，ｙi）とフーリエ変換面の光振幅分布ｈ（ｘo，ｙo）との間には次式が成立する。
【００４９】
【数５】
2005331753.tif 000007
【００５０】
ここで、ｘおよびｙに関する積分は次式に示すように定数となる。
【００５１】
【数６】
2005331753.tif 000008
【００５２】
従って、定数項を省略すると、次式が成立する。
【００５３】
【数７】
2005331753.tif 000009
【００５４】
上式から、フーリエ変換面の光振幅分布は、空間光変調器２２の光振幅分布のフーリエ変換であることが証明される。
【００５５】
同様に、フーリエ変換された光振幅分布が実像レンズ２４を通過すると、実像レンズ２４により逆フーリエ変換されて実像となることも理解できる。
【００５６】
従って、空間光変調器２２でデータに基づいて振幅が空間変調された物体光をＦＴレンズ２３および実像レンズ２４を介して記録媒体１の中に導くと、記録媒体１中には空間光変調器２２のデータの実像が形成される。このデータの実像が参照光と干渉することにより、ホログラムが形成されるので、データの実像のホログラムが記録媒体１に記録されることとなる。
【００５７】
そして、既にホログラムが記録されている記録媒体１の領域に新たなホログラムを多重するときには、参照光のパラメータ（波長、位相、あるいは記録媒体１への入射角度）の１つを変更することが必要となる。波長の変更は余り現実的ではなく、位相または入射角度を変更して多重記録することが望ましい。
【００５８】
次に、ホログラムの読み出し時の動作を説明する。
【００５９】
ホログラム読み出し時は、物体光を遮断し読み出し時参照光を記録媒体１に放射する。このとき、読み出し時参照光のパラメータを書き込み時参照光のパラメータと同一とすることにより、多重記録されているホログラムの中から特定の１つを読み出すことが可能となる。
【００６０】
読み出し時参照光が放射されると、記録媒体１に記録されているホログラムの実像が光電変換部３４上に形成され、電気信号として出力することが可能となる。
【００６１】
“０”と“１”とがランダムに出現する２値ページデータを空間光変調器２２に入力し、参照光の角度を変えて１０ページのページデータを、厚さ１ミリメートルの屈折率変調型フォトポリマである記録媒体１に多重記録した結果、記録領域の濃度はほぼ均一となった。
【００６２】
以上のように本発明に係るホログラム記録装置の第１の実施形態によれば、空間変調器の下流にＦＴレンズおよび実像レンズを配置して実像を記録媒体中に記録することにより、フーリエ変換像を記録した場合には正確な記録が困難である記録媒体であっても、多重化記録が可能となる。
【００６３】
次に、本発明に係るホログラム記録装置の第２の実施形態について説明するが、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付す。
【００６４】
本発明の第２の実施形態は、図３に示すように、記録媒体１にホログラムを書き込むホログラム書き込み手段２と、ホログラム書き込み手段２により記録媒体１に書き込まれたホログラムを読み出すホログラム読み出し手段３とを備える。
【００６５】
ホログラム書き込み手段２は、コヒーレントな物体光を放射する物体光放射部２１と、物体光の位相および振幅を空間的に変調してフーリエ変換光とする空間光変調部として機能する空間光変調器２６と、フーリエ変換光を逆フーリエ変換して記録媒体１の中に空間光変調器２６の実像を生成する実像生成部として機能する実像レンズ２４と、実像に物体光とコヒーレントな参照光を放射する参照光放射部２５とを含む。
【００６６】
ホログラム読み出し手段３は、第１の実施形態と同一の構成であるので、説明を省略する。
【００６７】
図４は、第２の実施形態で使用される空間光変調器２６の側断面図であって、物体光の振幅を空間変調する振幅空間光変調器２６１と物体光の位相を空間変調する位相空間光変調器２６２とを画素２６３をそろえて並列に配置した構成を有する。
【００６８】
次に、本発明に係るホログラム記録装置の第２の実施形態の動作を説明する。
【００６９】
記録媒体１に記録すべきデータｇ（ｘi，ｙi）のフーリエ変換は［数７］のｈ（ｘo，ｙo）で表される。
【００７０】
よって、振幅空間光変調器２６１にｈ（ｘo，ｙo）の振幅成分を入力し、位相空間光変調器２６２にｈ（ｘo，ｙo）の位相成分を入力すれば、空間光変調器２６で空間変調された物体光はデータｇ（ｘi，ｙi）のフーリエ変換光となる。
【００７１】
このデータｇ（ｘi，ｙi）のフーリエ変換光は、実像レンズ２４により逆フーリエ変換され、データｇ（ｘi，ｙi）は実像ホログラムとして記録媒体１の中に記録されることとなる。
【００７２】
なお、ホログラムの読み出し動作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
以上のように、本発明に係るホログラム記録装置の第２の実施形態によれば、物体光の位相および振幅を同時に変調する空間光変調器と、フーリエ変換光を逆フーリエ変換して実像を生成する実像レンズとを設け実像を記録媒体中に記録することにより、フーリエ変換像を記録した場合には飽和現象により正確な記録が困難である記録媒体であっても、多重化記録が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明に係るホログラム記録装置は、記録密度を向上することができるという効果を有し、光記録装置等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係るホログラム記録装置の第１の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明に係るホログラム記録装置の第１の実施形態のＦＴレンズの光経路図である。
【図３】本発明に係るホログラム記録装置の第２の実施形態のブロック図である。
【図４】本発明に係るホログラム記録装置の第２の実施形態で適用される空間光変調器の側断面図である。
【図５】従来のホログラム記録装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  記録媒体
２  ホログラム書き込み手段
２１  物体光放射部
２２、２６  空間光変調器
２３  ＦＴレンズ
２４  実像レンズ
２５  参照光放射部
３  ホログラム読み出し手段
３１  読み出し参照光放射部
３２  読み出しＦＴレンズ
３３  読み出し実像レンズ
３４  光電変換部
【図１】
2005331753.tif 000010
【図２】
2005331753.tif 000011
【図３】
2005331753.tif 000012
【図４】
2005331753.tif 000013
【図５】
2005331753.tif 000014