(57)【要約】【課題】不要露光が少ない角度多重記録を行えるホログラム記録装置及びホログラム記録方法を提供する。【解決手段】空間光変調器２４で変調した信号光Ｓと変調板４０により所定の画素ピッチで変調した参照光Ｒとを合波手段３４で合波し、フーリエ変換レンズ５０で集光して光記録媒体５２に照射して光記録媒体５２に信号光Ｓのホログラムを記録する。この場合、上記合波手段３４を反射角度制御部で回転させて参照光Ｒの光記録媒体５２への入射角度を変化させ、または受光角度制御部５３により、光記録媒体５２が合波された信号光Ｓと参照光Ｒを受光する際の受光角度を変化させて、角度多重方式のホログラム記録を行う。【選択図】図１
2009048683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分を通過させるとともに、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分を前記信号光の低次成分の光路方向に反射させ、前記信号光の低次成分と前記参照光の高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波手段における前記参照光の反射角度を制御する反射角度制御手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
請求項１記載のホログラム記録装置において、前記反射角度制御手段は、前記合波手段を回転させることにより前記反射角度を制御することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項３】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
前記光記録媒体の受光角度を制御する受光角度制御手段と、
を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項４】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分を通過させるとともに、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分を前記信号光の低次成分の光路方向に反射させ、前記信号光の低次成分と前記参照光の高次成分とを合波する工程と、
前記参照光の反射角度を制御する工程と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、
を備えることを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項５】
デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、
前記光記録媒体の受光角度を制御する工程と、
を備えることを特徴とするホログラム記録方法。
【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及びホログラム記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録装置は、二値のデジタルデータ「０，１」等を例えば「明，暗」としてデジタル画像化した信号光をホログラムとして記録再生することによりデジタルデータの記録再生を行うものである。フーリエ変換ホログラムの場合、信号光はレンズによりフーリエ変換され、フーリエ変換像が光記録媒体に照射される。また、信号光と干渉して干渉縞を生成する参照光も同時に光記録媒体に照射され、生じた干渉縞がホログラムとして光記録媒体に記録される。
【０００３】
このようなホログラム記録装置において、光記録媒体の記録容量を向上させるために、様々な多重記録方法が提案されている。例えば、下記非特許文献１には、光記録媒体に照射される参照光の入射角度を変えながら記録する角度多重記録方法が開示されている。角度多重記録方法の場合、信号光と重ならない参照光が光記録媒体を無駄に露光させる、いわゆる不要露光を以下に減少させるかが光記録媒体の記録容量向上にとって重要である。
【非特許文献１】Opt.Lett.29,1402(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、不要露光が少ない角度多重記録を行えるホログラム記録装置及びホログラム記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載のホログラム記録装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分を通過させるとともに、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分を前記信号光の低次成分の光路方向に反射させ、前記信号光の低次成分と前記参照光の高次成分とを合波する合波手段と、前記合波手段における前記参照光の反射角度を制御する反射角度制御手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記反射角度制御手段が、前記合波手段を回転させることにより前記反射角度を制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載のホログラム記録装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、前記光記録媒体の受光角度を制御する受光角度制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載のホログラム記録方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分を通過させるとともに、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分を前記信号光の低次成分の光路方向に反射させ、前記信号光の低次成分と前記参照光の高次成分とを合波する工程と、前記参照光の反射角度を制御する工程と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載のホログラム記録方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する工程と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する工程と、前記光記録媒体の受光角度を制御する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１から請求項３の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、不要露光が少ない角度多重記録を実現できる。
【００１１】
請求項４及び請求項５の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、不要露光が少ない角度多重記録を実現できるホログラム記録方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１３】
図１には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例が示される。図１において、信号光をホログラムとして記録する際には、光源１０からの直線偏光のコヒーレント光をλ／２板１２を介して偏光ビームスプリッタ１４に入射し、信号光Ｓ用の光と参照光Ｒ用の光に分離する。ここで、λ／２板１２は、光源１０からの直線偏光の偏光方向（振動方向）を、所定の偏光方向に回転させる。この所定の偏光方向により、偏光ビームスプリッタ１４を通過する信号光Ｓ用の光と、偏光ビームスプリッタ１４で反射する参照光Ｒ用の光の割合を調整する。なお、光源１０から出射される光が直線偏光でない場合は、λ／２板１２の替わりに偏光子を配し、光源１０からのコヒーレント光を所定の偏光方向の直線偏光に変換すればよい。
【００１４】
信号光Ｓ用の光は、適宜なミラー１６により必要に応じて光路の方向を変更し、レンズ１８，２０によって口径の広い平行光にし、偏光ビームスプリッタ２２を通過させて空間光変調器２４に入射させる。なお、λ／２板１２、偏光ビームスプリッタ２２及び空間光変調器２４等の配置によってはミラー１６はなくてもよい。また、信号光Ｓ用の光の光路には、信号光Ｓの直流成分を抑制するランダム位相マスク２６等を配置してもよい。この場合には、ランダム位相マスク２６と空間光変調器２４との間にリレーレンズ２８，３０を配置してもよい。
【００１５】
上記空間光変調器２４は、例えば液晶パネルにより構成され、例えばコンピュータ等により２値のデジタルデータ「０，１」を「明，暗」としたデジタル画像（２値画像）を表示する。これによって、空間光変調器２４を反射した光は、２値画像の各画素の値に応じて強度変調されて信号光Ｓとなる。図１の例では、空間光変調器２４で信号光Ｓが反射する際に、偏光方向が９０度回転し、参照光Ｒの偏光方向と一致する。これにより、信号光Ｓは偏光ビームスプリッタ２２で反射し、集光レンズ３２で合波手段３４の位置に集光される。この合波手段３４は、中央部分に光通過部３５が形成されたミラーであり、図１の例においては、信号光Ｓの一部あるいは全てが光通過部３５を通過する構成となっている。一般に、レンズにより光をフーリエ変換（集光）した場合、レンズの焦点及びその近傍には低次成分（低空間周波数成分）が集光され、高次成分（高空間周波数成分）ほど焦点から遠い位置に集光される。従って、上記光通過部３５を通過する信号光Ｓの成分は、集光レンズ３２の焦点及びその近傍に集光される低次成分（低空間周波数成分）となっている。
【００１６】
なお、図１の例では、空間光変調器２４が光を反射する反射型として記載されているが、光を透過する透過型としてもよい。この場合には、信号光Ｓの偏光方向を９０度回転させる必要がある。具体的な手段としては、光路上にλ／２板を配置する等が考えられる。
【００１７】
図２には、空間光変調器２４に表示される２値画像の一部分の例が示される。上述したように、２値画像は、２値のデジタルデータ「０，１」が「明，暗」として表示されている。図２において、白及び黒の矩形のパターンが上記「明，暗」として表示された２値画像であり、各白及び黒の矩形領域は、例えばｄ×ｄ＝２×２画素により構成されている。本実施形態においては、この矩形領域を画素単位と呼び、その１辺の長さｄを「画素ピッチ」と記載する。
【００１８】
次に、参照光Ｒ用の光は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されて光路が変更され、レンズ３６，３８によって平行光にされ、参照光Ｒを変調する変調板４０に入射する。この変調板４０には、例えば白黒のパターンが形成され、白の部分のみ光を透過させる強度変調タイプと、上記白黒の変わりに表面に凹凸のパターンが形成され、凹部と凸部とで透過する光の位相を異ならせる位相変調タイプとがある。
【００１９】
図３には、上記変調板４０の構成例が示される。図３は、強度変調タイプの変調板４０の例である。図３において、変調板４０には、白及び黒の矩形領域が図のｘ方向及びｙ方向に交互に並んだチェッカーパターンが形成されている。本例では、黒のパターンの部分で光を遮り、白のパターンの部分で光を透過する。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、画素ピッチがＤとなっている。このＤの値は、変調板４０の全領域が白または黒になる値を除いて任意に決定することができるが、変調後の参照光Ｒが上記信号光Ｓの空間周波数以上の高次成分を含むように変調できる値に設定する。
【００２０】
図４（ａ），（ｂ）には、変調板４０の他の構成例が示される。図４（ａ），（ｂ）は、位相変調タイプの変調板４０の例である。図４（ａ）において、変調板４０は、ガラス等の光透過性材料で構成され、凹凸の矩形パターンが図のｘ方向及びｙ方向にランダムに並べられたランダムパターン、あるいは交互に周期的に形成されて、チェッカーパターンとなっている。このうち、位相差をπとする２種類のパターンを周期的に配置したチェッカーパターンが好ましい。これは、そのようなパターンで変調された光をフーリエ変換したときに０次成分がほぼなくなるため、合波手段３４で除去される光の量を低減することができ、光の利用効率が高くなるからである。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、画素ピッチがＤとなっている。このＤの値は、変調板４０の全領域が一様な厚さとなる値を除いて任意に決定することができるが、変調後の参照光Ｒが上記信号光Ｓの空間周波数以上の高次成分を含むように変調できる値に設定する。
【００２１】
図４（ｂ）は、図４（ａ）においてチェッカーパターンが周期的である一例のｂ−ｂ断面図であり、長さＤ毎に凸面αと凹面βとが交互に形成されている。なお、図４（ｂ）の断面図は、図４（ａ）のｘ方向の断面であるが、ｙ方向の断面図も図４（ｂ）と同様になる。光が本例の変調板４０を透過すると、凸面を透過した光と凹面を透過した光との間で位相が異なって出射される。凸面と凹面との厚さを適宜調整すれば、例えば光の位相を０とπの二値で周期的に変調することができる。
【００２２】
変調板４０を透過した参照光Ｒは、レンズ４２で合波手段３４の位置に集光される。上述したように、合波手段３４には、中央部分に光通過部３５が形成されており、レンズ４２で集光（フーリエ変換）された参照光Ｒのうち、レンズ４２の焦点及びその近傍に集光される低次成分（低空間周波数成分）が除去される。すなわち、合波手段３４は、参照光Ｒの空間周波数に関して低空間周波数成分を除去する空間周波数フィルタとして機能する。ここで、合波手段３４により除去される空間周波数成分は、フーリエ変換された場合に集光位置が信号光Ｓと重なる空間周波数成分である。この結果、合波手段３４で除去されずに残る参照光Ｒの空間周波数成分は、信号光Ｓの低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分（高空間周波数成分）となる。
【００２３】
参照光Ｒのうち、レンズ４２の焦点及びその近傍を除いた成分（高空間周波数成分）は、合波手段３４で、光通過部３５を通過してきた信号光Ｓの低次成分の光路方向に反射されて合波される。ここで合波とは、互いに光軸を一致させた状態で、信号光Ｓと参照光Ｒとが空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。
【００２４】
上記合波手段３４は、反射角度制御部４４により参照光Ｒの反射角度が制御される。この反射角度制御部４４は、回転ステージ４６上に合波手段３４を載せ、回転ステージ４６を回転することにより合波手段３４を回転させ、参照光Ｒの反射角度を制御する。なお、合波手段３４を回転させる手段は、回転ステージ４６に限定されるものではない。例えば、適宜な回転軸を合波手段３４に接合し、この回転軸により合波手段３４を回転させる構成としてもよい。このように、反射角度制御部４４により合波手段３４における参照光Ｒの反射角度を変えると、後述する光記録媒体５２への参照光Ｒの入射角度を変化させることができる。この結果、角度多重方式のホログラム記録を行うことができる。
【００２５】
これまでホログラム記録を行う場合には、信号光と参照光とが空間的に分離した位置にあるため、実質的には信号光と参照光とが干渉するわずかな領域（実際上はレンズのフーリエ変換面付近のみであることが多い）でホログラムを形成していた。従って、信号光と参照光とが空間的に重ならない部分が多く、角度多重方式を採用した場合に、互いに重ならず、干渉縞が生じていない光による不要露光が多くなる。その結果、光記録媒体の大容量化が困難であった。
【００２６】
また、一般的に同軸型ホログラムと呼んでいる記録法式においても、信号光と参照光の光軸を共通にしているのみであり、やはり信号光と参照光は空間的に分離されていた。
【００２７】
もし信号光と参照光とを空間的に重ねて記録したとすると、信号光と参照光が広い範囲で干渉するため、再生時のＳ／Ｎ比を高くしたり、不要露光を減少させて光記録媒体の膜厚方向に有効にホログラムを記録したりすることができる。そこで、本発明では、信号光と参照光とを空間的に重ねて記録し、参照光の光記録媒体への入射角度を変化させることにより、信号光と参照光とを十分に重ねた上で角度多重方式のホログラム記録を実現している。
【００２８】
図１に戻り、合波手段３４で信号光Ｓと参照光Ｒとが合波された光は、レンズ４８で平行光にされ、フーリエ変換レンズ５０で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５２に照射される。この場合、光記録媒体５２は、フーリエ変換レンズ５０のフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置を含むように配置される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体５２に記録することができる。このとき、フーリエ変換レンズ５０のフーリエ変換面上に光記録媒体５２がなくてもよい。なお、レンズ４８とフーリエ変換レンズ５０との間にλ／４板５４を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
【００２９】
角度多重方式のホログラム記録を行うためには、上述した反射角度制御部４４により合波手段３４を回転する代わりに、受光角度制御部５３により、光記録媒体５２が合波された信号光Ｓと参照光Ｒを受光する際の受光角度を変化させてもよい。受光角度制御部５３は、適宜な回転軸または回転ステージにより光記録媒体５２を回転させて、上記受光角度を制御する。
【００３０】
以上のように、信号光Ｓと合波される参照光Ｒの光記録媒体５２への入射角度または光記録媒体５２の合波された信号光Ｓと参照光Ｒの受光角度を制御することにより、不要露光を少なくしつつ角度多重方式のホログラム記録を実現できる。
【００３１】
次に、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、参照光Ｒのみを光記録媒体５２に照射する。図１の場合、λ／２板１２を調整することで、理想的には光源１０からのすべての光が偏光ビームスプリッタ１４で反射される光となるように調整できる。この参照光Ｒにも、上記同様に合波手段３４で０次光を含む低空間周波数成分が除去される。本実施形態では、この参照光Ｒが、光記録媒体５２にホログラムとして記録された情報を読み出すための読み出し光として使用される。
【００３２】
上記参照光Ｒの照射により光記録媒体５２のホログラムから発生する回折光（信号光Ｓ）及び参照光Ｒを逆フーリエ変換レンズ５６で平行光とし、レンズ５８により集光する。レンズ５８の焦点位置（フーリエ変換面）には、ローパスフィルタ６０が設けられている。このローパスフィルタ６０は、レンズ５８の焦点及びその近傍に集光される光、すなわち低い空間周波数で変調された光を通過させるフィルタである。
【００３３】
上述したように、合波手段３４では、参照光Ｒの高次成分（高空間周波数成分）を反射させる構成となっているので、上記ローパスフィルタ６０が通過させる光の範囲は、上記参照光Ｒの空間周波数より低い空間周波数の信号光Ｓとする。これにより、参照光Ｒと分離して信号光Ｓを抽出することができる。
【００３４】
参照光Ｒと分離された信号光Ｓは、レンズ６２により平行光とされ、光検出器６４により受光され、ホログラムに含まれていた情報が取得される。
【００３５】
図５には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例が示され、図１と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図５の例では、合波手段３４としてビームスプリッタを使用している。また、合波手段３４には、レンズによって集光せずに信号光Ｓと参照光Ｒとを導入して合波している。また、参照光Ｒの光路には、参照光Ｒから信号光Ｓの空間周波数と重なる空間周波数成分を除去するハイパスフィルタ６６が配置されている。このハイパスフィルタ６６は、レンズ４２により集光された参照光Ｒから、レンズ４２の集光スポットにおいて、集光点の中心部及びその近傍の０次光（直流成分）を除去するフィルタである。
【００３６】
ハイパスフィルタ６６を通過した参照光Ｒは、レンズ６８で平行光にされて合波手段３４に導入される。合波手段３４では、信号光Ｓを通過させ、参照光Ｒを信号光Ｓの光路方向に反射することにより、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波する。
【００３７】
合波手段３４で合波された光は、フーリエ変換レンズ５０で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５２に照射される。なお、合波手段３４とフーリエ変換レンズ５２との間にλ／４板５４を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
【００３８】
図５においては、受光角度制御部５３により、光記録媒体５２が合波された信号光Ｓと参照光Ｒを受光する際の受光角度を変化させることにより角度多重方式のホログラム記録を行っている。図１で説明したように、受光角度制御部５３は、適宜な回転軸または回転ステージにより光記録媒体５２を回転させて、上記受光角度を制御している。
【００３９】
また、図５において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図１の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体５２に照射する。
【００４０】
以上、本発明の実施形態をいくつか紹介したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】空間光変調器に表示される２値画像の一部分の例を示す図である。
【図３】変調板の構成例を示す図である。
【図４】変調板の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  光源、１２  λ／２板、１４，２２  偏光ビームスプリッタ、１６  ミラー、１８，２０，３６，３８，４２，４８，５８，６２，６８  レンズ、２４  空間光変調器、２６  ランダム位相マスク、２８，３０  リレーレンズ、３２  集光レンズ、３４  合波手段、３５  光透過部、４０  変調板、４４  反射角度制御部、４６  回転ステージ、５０  フーリエ変換レンズ、５２  光記録媒体、５３  受光角度制御部、５４  λ／４板、５６  逆フーリエ変換レンズ、６０  ローパスフィルタ、６４  光検出器、６６  ハイパスフィルタ。
【図１】
2009048683.tif 000003
【図２】
2009048683.tif 000004
【図３】
2009048683.tif 000005
【図４】
2009048683.tif 000006
【図５】
2009048683.tif 000007