(57)【要約】【課題】特定の空間周波数成分を補いつつホログラムを記録することができるホログラム記録装置を提供する。【解決手段】光源１０からのコヒーレント光を空間光変調器１６によりデジタルデータに応じて変調して信号光Ｓとし、信号光Ｓに含まれる空間周波数成分のうちの一部をフィルタ部２２により通過させ、フーリエ変換レンズ２４でフーリエ変換して光記録媒体２６に照射する。フィルタ部２２は、信号光Ｓに含まれる空間周波数成分のうちのナイキスト周波数を通過させる主開口及び再生時における再生率が低くなる特定の空間周波数の整数倍の周波数を有する高調波を通過させる補助開口が形成されており、補助開口を通過する高調波により、再生率が低い空間周波数成分を補うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記信号光生成手段の画素ピッチに応じた大きさの主開口、及び前記主開口の周囲に特定の空間周波数に応じた距離前記主開口から離隔して配置された補助開口を有するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段を通過した信号光をフーリエ変換し、参照光とともに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、前記補助開口は、再生時における再生率が低い空間周波数成分の整数倍の周波数の高調波を通過させることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のホログラム記録装置において、前記主開口及び補助開口は、周縁部から中心部に向かって光透過率が高くなるように構成されていることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記フィルタ手段には、矩形である前記主開口の上下左右の位置に補助開口が４個形成されていることを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載のホログラム記録装置において、前記フィルタ手段には、矩形である前記主開口の上下左右及び対角線の延長上に補助開口が８個形成されていることを特徴とする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関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム記録・再生装置は、二値のデジタルデータ「０，１」等を、空間光変調器により例えば「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、信号光と干渉して干渉縞を生成する参照光ととも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。また、データを再生する際には、参照光を光記録媒体に照射し、回折光を光検出器で受光してデジタル画像を再生し、デジタルデータを取得する。
【０００３】
このようなホログラム記録・再生装置において、記録密度を向上させるためには、記録媒体への照射領域を小さくすることが望ましい。そのため、光記録媒体に照射する信号光の空間周波数帯域を小さくすることが望まれる。理論的には、オリジナルデータページに含まれる空間周波数成分のうち、ナイキストサイズ以上の帯域を検出できればオリジナルデータを完全に復元できる（下記非特許文献１参照）。従って、高記録密度を実現するには、信号光をナイキストサイズで帯域制限（高周波成分を除去）することが望ましい。
【０００４】
ただし、実際のホログラム記録・再生装置では、光の伝達特性及び光記録媒体の記録特性によりホログラム再生像の品質に影響が出る。すなわち、ホログラム記録・再生装置の光の伝達特性によって、空間光変調器の出射光に含まれる特定の空間周波数成分が他の空間周波数成分に比べて、記録・再生過程を経て光検出器（ＣＭＯＳカメラなど）に到達するまでに振幅が大きく減衰し、再生像のＳ／Ｎ比が劣化する。また、光記録媒体の記録特性により、信号光の空間周波数成分のうち、特定の空間周波数成分がホログラムとして記録されにくくなり、必要な空間周波数成分が再生像に現れにくくなる。この結果、再生像のスペクトル分布がオリジナルデータのスペクトル分布からずれ、再生像のＳ／Ｎ比が劣化する。
【０００５】
以上より、ホログラムの再生時における再生率が低い空間周波数成分を補えば、再生像のＳ／Ｎ比を向上することができる。
【非特許文献１】IBM J. RES. DEVELOP. VOL. 44NO. 3 MAY 2000 J. Ashley et al.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、特定の空間周波数成分を補いつつホログラムを記録することができるホログラム記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記信号光生成手段の画素ピッチに応じた大きさの主開口、及び前記主開口の周囲に特定の空間周波数に応じた距離前記主開口から離隔して配置された補助開口を有するフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した信号光をフーリエ変換し、参照光とともに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。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記補助開口が、再生時における再生率が低い空間周波数成分の整数倍の周波数の高調波を通過させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記主開口及び補助開口が、周縁部から中心部に向かって光透過率が高くなるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載の発明において、前記フィルタ手段には、矩形である前記主開口の上下左右の位置に補助開口が４個形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載の発明において、前記フィルタ手段には、矩形である前記主開口の上下左右及び対角線の延長上に補助開口が８個形成されていることを特徴とするホログラム記録装置。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、特定の空間周波数成分を補いつつ小さい記録領域を維持しながらホログラムを記録することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、再生像のＳ／Ｎ比を改善できる。
【００１４】
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、主開口及び補助開口の周縁部で発生する回折光によるサイドローブを低減できる。
【００１５】
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、再生像のＳ／Ｎ比を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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からのコヒーレント光をレンズ１２，１４によって口径の広い平行光にし、空間光変調器１６に入射させる。
【００１８】
上記空間光変調器１６は、例えば液晶パネルにより構成され、図示しないコンピュータによって２値のデジタルデータ「０，１」を例えば「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１６を通過した光は、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。この信号光Ｓは、リレーレンズ１８，２０及びその間に設けられたフィルタ部２２を通過し、フーリエ変換レンズ２４によってフーリエ変換されて光記録媒体２６に照射される。上記フィルタ部２２は、信号光Ｓに含まれる空間周波数成分のうちの一部を通過させるフィルタとして機能する。その詳細は後述する。
【００１９】
また、参照光Ｒは、上記信号光Ｓと光軸を共通にして、その外側から光記録媒体２４に照射される。この参照光Ｒも、光源１０からのコヒーレント光をレンズ１２，１４によって平行光にし、空間光変調器１６の外周領域に入射させる。空間光変調器１６の外周領域を通過した参照光Ｒは、信号光Ｓと同様にリレーレンズ１８，２０及びフィルタ部２２を通過し、フーリエ変換レンズ２４によってフーリエ変換されて光記録媒体２６に照射される。
【００２０】
以上の工程により、光記録媒体２６中でフーリエ変換後の信号光Ｓと参照光Ｒとが干渉して、光記録媒体２６に信号光Ｓがホログラムとして記録される。
【００２１】
図２には、空間光変調器１６の表示パターンが示される。図２において、中央領域Ａには、図３に例示された２値画像が表示され、外周領域Ｂには参照光Ｒが透過する。ここで、図３は、空間光変調器１６に表示される２値画像の一部分の例であるが、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３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。
【００２２】
また、図１の例は、参照光Ｒと信号光Ｓとが同軸光学系により光記録媒体２６に照射される、いわゆるコリニア方式であるが、光源１０からのコヒーレント光を図示しないビームスプリッタ及び適宜な反射鏡により信号光Ｓとは別の光路を通過する参照光Ｒ’として光記録媒体２６に照射する二光波方式としてもよい。
【００２３】
次に、図１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、光源１０からのコヒーレント光を空間光変調器１６により参照光Ｒのみとし、フーリエ変換レンズ２４によってフーリエ変換して光記録媒体２６に照射する。この場合、図２に示された空間光変調器１６において、表示パターンの中央領域Ａを透過する信号光Ｓを遮断し、参照光Ｒのみが外周領域Ｂを透過するように制御する。
【００２４】
上記参照光Ｒの照射により発生するホログラムからの回折光を逆フーリエ変換レンズ２８で平行光とし、ＣＭＯＳカメラ等により構成される光検出器３０により受光する。回折光を受光した光検出器３０の出力信号は、コンピュータ等により実現される情報取得部３２に入力され、ホログラムに含まれていた情報が取得される。
【００２５】
図４には、上述したフィルタ部２２の構成例が示される。図４において、フィルタ部２２には、主開口２２ａ及び補助開口２２ｂが形成されている。
【００２６】
主開口２２ａは、信号光Ｓに含まれる空間周波数成分のうちナイキストサイズの空間周波数帯域を通過させる大きさの矩形の開口となっている。上記ナイキストサイズをＮとすると、主開口２２ａは一辺がＮの正方形の開口となる。ここで、
Ｎ＝λｆ／ｄ
である。なお、λは信号光Ｓの波長、ｆはリレーレンズ１８の焦点距離、ｄは図３に示された画素ピッチである。
【００２７】
一般に、画素ピッチｄの光をフーリエ変換する場合、光のフーリエスペクトルがレンズの焦点を中心に上下左右に広がりを持つようになる。このとき、１辺がλｆ／ｄ（ナイキストサイズＮ）の矩形領域に集光される信号光Ｓの空間周波数成分は、信号光Ｓのナイキスト周波数となる。そこで、主開口２２ａを上記ナイキストサイズの大きさとすると、リレーレンズ１８によりフーリエ変換された信号光Ｓのうち、ナイキスト周波数が通過するフィルタとなる。
【００２８】
一方、上記ナイキスト周波数のうち高周波側には、図１に示されたホログラム記録・再生装置における伝達特性が低いもの、あるいは光記録媒体２６に記録されにくいものがある。これらの空間周波数成分は、再生時における再生率が低くなり、再生像のＳ／Ｎ比が劣化する。そこで、これらの空間周波数成分を補うために、その空間周波数成分の整数倍の高調波を通過させる補助開口２２ｂをフィルタ部２２に設けている。これにより、特定の空間周波数成分の高調波が光記録媒体２６に照射され、減衰した上記特定の空間周波数成分の振幅を回復することができる。
【００２９】
図４において、補助開口２２ｂは、矩形（正方形）の主開口２２ａの上下左右の位置に補助開口が４個形成されている。再生時における再生率が低い空間周波数成分が、Ｘ軸方向の空間周波数μ、Ｙ軸方向の空間周波数νであるとすると、これらの空間周波数成分はフーリエ面において、Ｘ０＝μλｆ，Ｙ０＝νλｆの位置に輝点を作る。また、これらの空間周波数のｍ倍（ｍは整数）の周波数を有する空間周波数成分はフーリエ変換面において、Ｘ０＝ｍμλｆ，Ｙ０＝ｍνλｆの位置に輝点を作る。そこで、リレーレンズ１８のフーリエ変換面に配置されるフィルタ部２２には、周波数μ，νの空間周波数成分を補うために、Ｘ０＝ｍμλｆ，Ｙ０＝ｍνλｆの位置に補助開口２２ｂを設け、高調波を通過させるのが好適である。図４に示された例では、ｍ＝２の位置（±２Ｘ０，±２Ｙ０）に補助開口２２ｂが４個設けられている。このように、補助開口２２ｂは、信号光Ｓの空間周波数に応じた距離だけ主開口２２ａから離隔して配置される。
【００３０】
また、上記補助開口２２ｂの大きさは、ビームウェスト（高調波のビームが一番細くなる位置）以上であることが必要である。望ましくは、ビームウェストの１倍から１．２倍、さらに望ましくは、１．２倍から１．５倍である。また、高調波の周波数が（μ−Δμ／２，ν−Δν／２）から（μ＋Δμ／２，ν＋Δν／２）までのように帯域を有する場合、補助開口２２ｂの大きさをΔＸ＝Δμλｆ，ΔＹ＝Δνλｆとする。
【００３１】
なお、図４に示された例では、補助開口２２ｂの数が４個であったが、これに限定されるものではない。例えば、上記ｍを２以上の整数とし、（±ｍＸ０，±ｍＹ０）の位置に補助開口２２ｂを設けてもよい。
【００３２】
さらに、図５には、フィルタ部２２の他の構成例が示されており、補助開口２２ｂが、矩形である主開口２２ａの上下左右の位置に加えて対角線の延長上にも設けられている。なお、この場合、対角線の延長上に設けられた補助開口２２ｂは、主開口２２ａの上下左右に設けられた補助開口２２ｂとＸ軸上及びＹ軸上の位置が同じとなるように配置される。以上により、図５の例では、補助開口２２ｂが８個設けられている
【００３３】
図６（ａ），（ｂ）には、主開口２２ａ及び補助開口２２ｂの変形例が示される。なお、図６（ａ）では、説明の便宜上主開口２２ａと補助開口２２ｂとを一つの図により表現しているが、主開口２２ａと補助開口２２ｂとが同じ大きさであることを意味するものではない。図６（ａ）において、主開口２２ａ及び補助開口２２ｂの内側に記載された線の間隔が光の透過率を示しており、線の間隔が広いほど高い透過率となっている。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の矢印Ａ方向の透過率を示している。本実施形態では、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、主開口２２ａ及び補助開口２２ｂの周縁部付近の透過率が、周縁部から中心部に向かって高くなるように構成されている。これにより、主開口２２ａ及び補助開口２２ｂの周縁部における透過率の変化が急峻である場合に、周縁部で発生する回折光によるサイドローブを低減でき、再生像のＳ／Ｎ比が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】空間光変調器の表示パターンを示す図である。
【図３】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４】フィルタ部の構成例を示す図である。
【図５】フィルタ部の他の構成例を示す図である。
【図６】主開口及び補助開口の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  光源、１２，１４  レンズ、１６  空間光変調器、１８，２０  リレーレンズ、２２  フィルタ部、２２ａ  主開口、２２ｂ  補助開口、２４  フーリエ変換レンズ、２６  光記録媒体、２８  逆フーリエ変換レンズ、３０  光検出器、３２  情報取得部。
【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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