(57)【要約】 【課題】記録時に、ホログラム記録材料を透過した参照光が再度ホログラム記録材料側に戻るのを完全に防止でき、ノイズ成分を無くし、Ｓ／Ｎの良好な記録を行うこと。【解決手段】ホログラム記録材料５０を透過した参照光２００の進行方向を反射ミラー２５により反射して反対向きにする共役参照光光学系３０に、記録時参照光２００のホログラム記録材料５０の透過光２０１が入射すると、前記ミラー２５の角度を変更して透過光２０１の反射光の光路を変更することにより、この透過光２０１の反射光が前記共役参照光光学系３０を逆行してホログラム記録材料５０に入射しないようにする。それ故、記録時に、ホログラム記録材料５０を透過した参照光２０１が再度ホログラム記録材料５０側に戻るのを完全に防止でき、ノイズ成分を無くし、Ｓ／Ｎの良好な記録を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間変調された記録時信号光を信号光光学系によりホログラム記録材料に集光すると共に、別途記録時参照光を同ホログラム記録材料に照射することにより、この参照光と前記記録時信号光との干渉縞を同ホログラム記録材料に記録し、再生時、前記記録時参照光と逆方向に進行する位相共役参照光をホログラム記録材料に照射して位相共役再生信号光を発生させ、この位相共役再生信号光を、前記信号光光学系を通して撮像素子に導くホログラム記録再生装置であって、
前記再生時に前記記録時参照光を前記ホログラム記録材料に記録時と同一の経路で照射した際に、同ホログラム記録材料を透過した前記参照光の進行方向を反対向きにする位相共役参照光光学系と、
前記記録時、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の光路を変更する光路変更手段と、
を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記光路変更手段は、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の進行方向を反対向きにする反射ミラーの角度を記録時に変化させて固定するミラー角度変更手段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】
前記ミラー角度変更手段は、記録時に、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の前記反射ミラーによる反射光がホログラム記録材料に入射しないような角度に当該反射ミラーの角度を変更することを特徴とする請求項２記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記光路変更手段は、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の進行方向を反対向きにする反射ミラーを前記透過参照光の光路から外して当該反射ミラーで前記透過参照光が反射されないようにするミラー移動手段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５】
前記光路変更手段は、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の光路から前記位相共役参照光光学系を外して、前記透過参照光が前記ホログラム材料に入射しないようにする光学系移動手段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６】
前記光路変更手段は、前記ホログラム記録材料を透過した参照光を反射する反射ミラーに当該参照光を集光するレンズを、前記透過参照光の光路に対して直角方向に移動させることにより、記録時に前記ホログラム記録材料を透過した参照光が当該レンズに入射する場所を変更して前記透過参照光が前記反射ミラーに入射されないようにその光路を変更するレンズ移動手段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７】
前記ホログラム記録再生装置は、前記参照光の前記ホログラム記録材料への入射角度を変更して複数のデータページを同一の記録場所に記録再生する角度多重方式を採ることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
前記ホログラム記録材料を透過した参照光を反射する反射ミラーの回転軸は、前記参照光の前記ホログラム記録材料への入射角度を変更する回転ミラーの回転軸に対して直交することを特徴とする請求項７記載のホログラム記録再生装置。
【請求項９】
空間変調された記録時信号光を信号光光学系によりホログラム記録材料に集光すると共に、別途記録時参照光を同ホログラム記録材料に照射することにより、この参照光と前記記録時信号光との干渉縞を同ホログラム記録材料に記録し、再生時、前記記録時参照光と逆方向に進行する位相共役参照光をホログラム記録材料に照射して位相共役再生信号光を発生させ、この位相共役再生信号光を、前記信号光光学系を通して撮像素子に導くホログラム記録再生方法であって、
前記再生時に、前記記録時参照光を前記ホログラム記録材料に記録時と同一の経路で照射した際に、同ホログラム記録材料を透過した前記参照光の進行方向を反対向きにして前記位相共役参照光生成し、前記記録時に、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の光路を変更して前記ホログラム記録材料に入射されないようにすることを特徴とするホログラム記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録時と再生時に同一の光学系を兼用で用いる位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置及び方法に係り、特に記録時にホログラム記録材料を透過した参照光がホログラム記録材料側に戻ることを防止する構成に関する。
【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うホログラフィックデータストレージシステム（ホログラム記録再生装置）が提案されている（例えば非特許文献１参照）。このような従来のホログラム記録再生装置では、記録用信号光光学系と再生用信号光光学系がそれぞれ別々の構成を取ることが通例であるため、どうしても光学系全体が大きくなってしまう。そこで、以下に述べる位相共役光再生方式というのが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。ホログラム記録再生装置は、レーザ光源１１、半波長板（λ／２板）１２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３、半波長板（λ／２板）１４、ビームエキスパンダ１５、回転ミラー１６、参照光光学系４０を構成するレンズ１７及び１８、ビームエキスパンダ１９、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１、イメージセンサ２６、反射型空間変調器（ＳＬＭ）２７、信号光光学系２２、アパーチャ２３、共役参照光光学系３０を形成する後段レンズ２４、反射ミラー２５及びシャッター２８を有して構成されている。
【０００４】
記録時、シャッター２８は閉じている。レーザ光源１１から出射したレーザ光は半波長板１２を通ってその偏光面が調整された後、ＰＢＳ１３により信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はビームエキスパンダ１９により平行光になり、ＰＢＳ２１によってその進路が９０度変更されてＳＬＭ２７に入射される。信号光１００はこのＳＬＭ２７に表示されたデータページで空間変調されて反射し、この反射光がＰＢＳ２１に再入射される。再入射された空間変調された信号光はＰＢＳ２１を直進し、信号光光学系２２、アパーチャ２３を通ってホログラム記録材料５０に照射される。一方、参照光２００は半波長板１４を通ってビームエキスパンダ１５により平行光となり、これが回転ミラー１６により所望の角度に変更され、参照光光学系４０を通過した後、ホログラム記録材料５０上で入射信号光１００と干渉し、ホログラムが記録される。これにより、信号光１００と参照光２００の干渉縞がホログラム記録材料５０に記録される。その際、ホログラム記録材料５０を透過した参照光２００は、共役参照光光学系３０のシャッター２８が閉じているため、ここで遮断され反射ミラー２５に光が入射せず、通常のホログラム記録が行われる。
【０００５】
再生時は、図６に示すようにシャッター２８が開いており、また、参照光２００のみがホログラム記録材料５０に入射される。記録時と同様に、参照光２００を、回転ミラー１６、参照光光学系４０を通してホログラム記録材料５０に入射させるが、その際、参照光２００は回転ミラー１６によって所望の角度に変更され、参照光光学系４０を通過してホログラム記録材料５０に達する。その時、ホログラム記録材料５０に記録されていたホログラムにより回折光が発生し、それが直接再生信号光となって共役参照光光学系３０外に出て行く。この再生された信号光は所謂直接像再生に相当し、以後、直接再生信号光と呼ぶ。しかし、再生には、後に出てくる共役再生信号光だけが必要で、この直接再生信号光を必要としない。
【０００６】
ホログラム記録材料５０に当たった参照光２００は、一部直接再生信号光となるが、大部分はそのまま回折されずにホログラム記録材料５０を透過し、この透過光２０１はホログラム記録材料５０から距離ｆ離れた位置にある焦点距離ｆを持つ後段レンズ２４を通過後、さらに距離ｆの位置にある反射ミラー２５上に集光される。透過光２０１は反射ミラー２５上に垂直に入射するため、反射ミラー２５で反射された光は、もと来た経路と同じ経路を反対向きに進む。後段レンズ２４を通過した光は、元々の参照光２００と進行方向が逆の光、すなわち共役参照光となる。この共役参照光がホログラム記録材料５０に当たると、共役再生の原理により、共役再生信号光が得られる。この共役再生信号光は記録時の信号光と逆向きに発生するため、アパーチャ２３、信号光光学系２２を通ってＰＢＳ２１に入射し、ここで進行方向を９０度変化してイメージセンサ２６に結像する。共役再生信号光はイメージセンサ２６で光電変換をされた後、画像処理を施されて再生データとなる。
【特許文献１】特開２００２−１２３１６１  （第５頁、第８図）
【非特許文献１】IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000「Holographic data storage 」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来例において、記録時にシャッター２８を閉じることで、一度ホログラム記録材料５０を通過した参照光２００はシャッター２８で遮蔽され、反射ミラー２５に到達しないため、再びホログラム記録材料５０に届くことはない。しかしながら、シャッター２８で遮蔽した場合にも完全に光を吸収できないために、ある程度シャッター２８の前面で反射を起こし、それがホログラム記録材料５０に再び到達することもある。シャッター２８はその前の後段レンズ２４よりホログラム記録材料５０側にあっても同様である。そのために、ホログラムの記録原理である干渉縞記録を行うのに余分な光が入り、記録ノイズの原因となり、場合によっては記録ができなくなったりする可能性がある。特に角度多重などにより記録密度を上げて行くと記録信号の強度が小さくなる傾向にあるためＳ／Ｎが悪化するために、このことが高密度化を阻害する要因の一つとなっている。
【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、記録時に、ホログラム記録材料を透過した参照光が再度ホログラム記録材料側に戻るのを完全に防止でき、Ｓ／Ｎの良好な記録を行うことができるホログラム記録再生装置及び方法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、空間変調された記録時信号光を信号光光学系によりホログラム記録材料に集光すると共に、別途記録時参照光を同ホログラム記録材料に照射することにより、この参照光と前記記録時信号光との干渉縞を同ホログラム記録材料に記録し、再生時、前記記録時参照光と逆方向に進行する位相共役参照光をホログラム記録材料に照射して位相共役再生信号光を発生させ、この位相共役再生信号光を、前記信号光光学系を通して撮像素子に導くホログラム記録再生装置であって、前記再生時に前記記録時参照光を前記ホログラム記録材料に記録時と同一の経路で照射した際に、同ホログラム記録材料を透過した前記参照光の進行方向を反対向きにする位相共役参照光光学系と、前記記録時、前記ホログラム記録材料を透過した参照光の光路を変更する光路変更手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、ホログラム記録材料を透過した参照光の進行方向を例えばミラーなどにより反射して反対向きにする位相共役参照光光学系に、記録時参照光のホログラム記録材料の透過光が入射すると、前記ミラーの角度を変更して前記透過光の反射光の光路を変更することにより、前記位相共役参照光光学系を逆行してホログラム記録材料に入射しないようにする。それ故、記録時に、ホログラム記録材料を透過した参照光が再度ホログラム記録材料側に戻るのを完全に防止でき、Ｓ／Ｎの良好な記録を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ホログラム記録材料を透過した参照光の進行方向を例えばミラーなどにより反射して反対向きにする位相共役参照光光学系に、記録時参照光のホログラム記録材料の透過光が入射すると、前記ミラーの角度を変更して前記透過光の反射光の光路を変更することにより、前記位相共役参照光光学系を逆行してホログラム記録材料に入射しないようにすることによって、記録時に、ホログラム記録材料を透過した参照光が再度ホログラム記録材料側に戻るのを完全に防止でき、Ｓ／Ｎの良好な記録を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
記録時に、ホログラム記録材料を透過した参照光が再度ホログラム記録材料側に戻るのを完全に防止でき、Ｓ／Ｎの良好な記録を行う目的を、ホログラム記録材料を透過した参照光の進行方向を例えばミラーなどにより反射して反対向きにする位相共役参照光光学系に、記録時参照光のホログラム記録材料の透過光が入射すると、前記ミラーの角度を変更して、前記透過光の反射光の光路を変更することにより、前記位相共役参照光光学系を逆行してホログラム記録材料に入射し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再生装置の構成を示したブロック図である。但し、従来例と同様の部分には同一符号を付して説明する。ホログラム記録再生装置は、レーザ光源１１、半波長板（λ／２板）１２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３、半波長板（λ／２板）１４、ビームエキスパンダ１５、回転ミラー１６、参照光光学系４０を構成するレンズ１７及び１８、ビームエキスパンダ１９、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１、イメージセンサ２６、反射型空間変調器（ＳＬＭ）２７、信号光光学系２２、アパーチャ２３、共役参照光光学系３０を形成する後段レンズ２４及び反射ミラー２５を有して構成され、特に反射ミラー２５を回転させて参照光２００のホログラム記録材料５０の透過光の光路を変更するミラー回転部３５が設けられている。
【００１４】
尚、アパーチャ２３は、記録時にはＳＬＭ２７の高次回折光などを遮断し、再生時にはホログラム記録材料５０による不要な散乱光や、再生に必要の無いホログラムからの回折光を遮断するための光学部品であり、ホログラムストレージには不可欠なものである。半波長板１２は、信号光１００と参照光２００の強度比を変化させるものであり、また、半波長板１４は、記録時と再生時で参照光２００の偏光面を９０度回転させ、記録時は信号光１００と偏光面をそろえてホログラム記録材料５０上での干渉性を向上させ、再生時には偏光面を９０度回転させることにより、再生された信号光がＰＢＳ２１によってイメージセンサ２６上に導かれるようにするためのものである。
【００１５】
次に本実施形態の動作について説明する。記録時、共役参照光光学系３０の反射ミラー２５はミラー回転部３５により図示のように回転した位置に固定されている。レーザ光源１１から出射したレーザ光は半波長板１２を通ってその偏光面が調整された後、ＰＢＳ１３により信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はビームエキスパンダ１９により平行光になり、ＰＢＳ２１に入射されてその進路が９０度変更されてＳＬＭ２７に入射されてこのＳＬＭ２７に表示された記録データで空間変調されて反射し、この反射光がＰＢＳ２１に再入射される。再入射された空間変調された信号光はＰＢＳ２１を直進し、信号光光学系２２、アパーチャ２３を通ってホログラム記録材料５０に照射される。一方、参照光２００は半波長板１４を通ってビームエキスパンダ１５により平行光となり、これが回転ミラー１６により所望の角度に変更され、参照光光学系４０を通過した後、ホログラム記録材料５０のところで入射信号光１００と干渉し、ホログラムが記録される。
この際、信号光１００を変調するデータページを変更する毎に回転ミラー１６を回転させて参照光２００のホログラム記録材料５０の入射角度を変えることにより、ホログラム記録材料５０の同一記録領域に角度多重による多重記録がなされる。
【００１６】
ここで、記録時に参照光２００がホログラム記録材料５０に上記のように入射すると、その一部がホログラム記録材料５０を透過し、透過光２０１が共役参照光光学系３０を形成する後段レンズ２４に入射し、反射ミラー２５のところに到達して反射される。この場合、反射ミラー２５は透過光２０１の反射波が元来た経路を逆に辿らず、後段レンズ２４に入射しないような角度になっている。そのため、反射ミラー２５の反射波はホログラム記録材料５０に入射されることがない。尚、再生時、反射ミラー２５は参照光２００の透過光２０１が反射面に垂直になるような角度になるように、ミラー回転部３５により回転されて固定されている。それにより、透過光２０１は元来た経路を逆に辿って、位相共役参照光となってホログラム記録材料５０に入射される。
【００１７】
本実施形態によれば、記録時、ホログラム記録材料５０を透過した参照光（透過光２０１）は、共役参照光光学系３０の反射ミラー２５によりホログラム記録材料５０に入射されないように反射されるため、透過光２０１の反射ミラー２５による反射波（位相共役参照光）が、シャッターを用いずにホログラム記録材料５０入射されないようにすることができる。そのため、シャッターを用い場合に、このシャッターよる透過光２０１の反射光がホログラム記録材料５０に入射して、シャッターからの散乱反射光による記録データのＳ／Ｎを悪化させることを完全に防止することができる。そのため、記録データのＳ／Ｎが良好になると共に、角度多重記録による記録密度の向上を図ることができる。また、高価なシャッターを用いないため、共役参照光光学系３０を安価に構成することができる。
【００１８】
さらに、参照光のホログラム記録材料５０への入射角を変化させる回転ミラー１６の回転軸と直交するように、反射ミラー２５の回転軸を設定すれば、再生時、回転ミラー１６と反射ミラー２５の角度を調整することにより、ホログラム記録材料５０に記録された干渉縞の変形等に２軸で対応することができ、ホログラム記録材料５０の角度補正を精度良く行うことができ、高品質の再生画像を得ることができる。
【実施例２】
【００１９】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態のホログラム記録再生装置の構成は第１の実施形態の構成とほぼ同様であるが、異なる点は共役参照光光学系３０の反射ミラー２５を、ホログラム記録材料５０からの透過光２０１の光路から外すためのミラー移動部３６が設けられている点にある。
【００２０】
それ故、本実施形態では、記録時にホログラム記録材料５０を透過した参照光（透過光２０１）が反射ミラー２５により反射してホログラム記録材料５０に入射されないようにミラー移動部３６によって、反射ミラー２５を矢印のように平行に移動して透過光２０１、の光路から外すため、透過光２０１の反射光がホログラム記録材料５０に入射して、記録データのＳ／Ｎを悪化させることを完全に防止することができ、第１の実施形態と同様の効果がある。尚、反射ミラー２５の移動は必ずしも平行移動でなくてもよい。
【実施例３】
【００２１】
図３は、本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第２の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態のホログラム記録再生装置の構成は第２の実施形態の構成とほぼ同様であるが、異なる点は光学系移動部３７により後段レンズ２４及び反射ミラー２５から成る共役参照光光学系３０が、ホログラム記録材料５０からの透過光２０１の光路から一括して外される点にある。
【００２２】
本実施形態では、記録時に、光学系移動部３７により共役参照光光学系３０が透過光２０１の光路から外されるため、第２の実施形態と同様の効果があるが、特に、後段レンズ２４及び反射ミラー２５が一括して移動するため、この移動により後段レンズ２４及び反射ミラー２５の位置関係がずれることがなく、信頼性のある記録再生動作を行うことができる。
【実施例４】
【００２３】
図４は、本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。但し、第１の実施形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態のホログラム記録再生装置の構成は第１の実施形態の構成とほぼ同様であるが、異なる点は、レンズ移動部３８によって共役参照光光学系３０の後段レンズ２９が透過光２０１の光路上を直角方向に平行移動してずれる点にある。
【００２４】
記録時に、レンズ移動部３８によって直径の大きな後段レンズ２９が透過光２０１の光路に対して直角方向に移動し、後段レンズ２９の外側の部分に透過光２０１が入射するようにする。これにより、透過光２０１の焦点は反射ミラー２５から外れたところになるため、透過光２０１は反射ミラー２５に入射されず、反射されない。これにより、透過光２０１の反射光がホログラム記録材料５０に入射して、記録データのＳ／Ｎを悪化させることを完全に防止することができ、第１の実施形態と同様の効果がある。
【００２５】
尚、再生時、レンズ移動部３８によって直径の大きな後段レンズ２９が透過光２０１の光路に対して直角方向に移動し、後段レンズ２９の中心部に透過光２０１が入射するようにする。これにより、透過光２０１は反射ミラー２５の反射面に垂直に入射して反射され、元来た経路を逆に辿り、位相共役参照光となってホログラム記録材料５０に入射される。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示したブロック図である。
【図５】従来の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の記録時の構成を示したブロック図である。
【図６】従来の位相共役光再生方式のホログラム記録再生装置の再生時の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１……レーザ光源、１２、１４……半波長板（λ／２板）、１３、２１……偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１５、１９……ビームエキスパンダ、１６……回転ミラー、１７、１８……レンズ、２２……信号光光学系、２３……アパーチャ、２４、２９……後段レンズ、２５……反射ミラー、２６……イメージセンサ、２７……反射型空間変調器（ＳＬＭ）、３０……共役参照光光学系、３５……ミラー回転部、３６……ミラー移動部、３７……光学系移動部、３８……レンズ移動部、４０……参照光光学系、５０……ホログラム記録材料。
【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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