情報記録装置および情報再生装置
【課題】信号光に振幅変調の他に位相変調を与えた場合にも光学系が複雑とならない情報記録装置および当該情報記録装置で記録された情報を再生する情報再生装置を提供する。
【解決手段】情報記録装置１００は、レーザ光ＰＬを出射するレーザ１と、レーザ光ＰＬを受けて信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬを生成する空間光振幅変調器４と、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する空間光位相変調器５と、信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとをホログラム記録媒体１５で干渉させる光学系とを備える。空間光位相変調器５は、イメージ情報ＩＭの２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセル５ＰＸを含む。
【解決手段】情報記録装置１００は、レーザ光ＰＬを出射するレーザ１と、レーザ光ＰＬを受けて信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬを生成する空間光振幅変調器４と、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する空間光位相変調器５と、信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとをホログラム記録媒体１５で干渉させる光学系とを備える。空間光位相変調器５は、イメージ情報ＩＭの２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセル５ＰＸを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、情報記録装置および情報再生装置に関し、より特定的には、信号光と参照光とによる干渉縞をホログラム記録媒体に記録する情報記録装置、および当該ホログラム記録媒体に参照光を照射してデータを再生する情報再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ホログラム記録は、信号光と参照光とからできる干渉縞をホログラム記録媒体に書き込むことによって行なわれる。具体的には、まず、光源から出射された光ビームを参照光と信号光とに分岐し、空間光変調器で信号光に振幅変調を行なって信号光にイメージ情報を持たせる。この信号光および参照光を集光レンズで集光し、フーリエ変換像としてホログラム記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞をホログラム記録媒体に書き込む。
【０００３】
ここで、イメージ情報とは、「０」と「１」とからなるビットデータをエンコーダによって符号化した２次元のデータパターンである。空間光変調器は、これらのデータパターンに応じて信号光にデータ変調を与える。空間光変調器の一例であるデジタルミラーデバイスは、「１」を表わす領域と「０」を表わす領域とで反射方向を変化させることで、信号光に振幅変化を与える。
【０００４】
ホログラム記録媒体に記録された情報の再生時には、そのホログラム記録媒体に記録された干渉縞に参照光を照射する。これにより、参照光は干渉縞によって一部回折され、イメージ情報を持った信号光（再生光）が再生される。再生光は、レンズ、偏光ビームスプリッタなどによって撮像素子まで導かれる。撮像素子は、再生光の強度に応じた電気信号をイメージ情報として取り込む。
【０００５】
また、従来のホログラフィック記録再生装置は、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが１つの位相変調素子として平面的に配置された構成を有する（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１０７６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ホログラム記録において、上記のように振幅変調を用いてデータ変調を行なう場合、２次元データパターンに応じて信号光の一部は不要な光として反射される。そのため、信号光の強度が損失し、ホログラム記録時の光利用効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、フーリエ変換によりホログラム記録を行なう場合、一般には、信号光を集光レンズでホログラム記録媒体に集光し、そこに収束する又は平行な参照光を照射して情報を記録する。ここで、信号光に振幅変調のみが与えられた場合、信号光の空間周波数分布のうち、低周波成分は振幅変調に伴う位相ずれの影響を受けないのに対し、高周波成分は振幅変調に伴う各点からの位相ずれの影響を受ける。
【０００８】
そのため、信号光に振幅変調のみが与えられた場合、信号光が集光された焦点面では、信号光の空間周波数分布のうち低周波成分の光強度が、データパターンの再生に必要な高周波成分の光強度と比較して非常に大きくなる。その結果、ホログラム記録媒体の感度を浪費してしまうという問題があった。
【０００９】
特許文献１のホログラフィック記録再生装置では、上記したホログラム記録媒体の感度浪費を抑える手法として、信号光にデータパターンとして振幅変調を与えるとともに、位相マスクを挿入し、信号光に位相変調を与えている。これにより、信号光の低周波成分においても位相ずれが生じるため、低周波成分の光強度が抑制される。
【００１０】
しかしながら、信号光にデータの振幅変調を与えるとともに位相マスクを挿入した場合、位相マスクにより信号光が回折され、高次の回折光が生じる。この高次の回折光を除去するために、特許文献１のホログラフィック記録再生装置では、空間光振幅変調器の後にリレー光学系が少なくとも１組は必要となる。このため、情報記録再生装置の光学系が複雑になるという問題があった。
【００１１】
それゆえに、この発明の目的は、信号光に振幅変調の他に位相変調を与えた場合にも光学系が複雑とならない情報記録装置および当該情報記録装置で記録された情報を再生する情報再生装置を提供することである。
【００１２】
この発明の他の目的は、信号光に位相変調のみを与えた場合にも光学系が複雑とならない情報記録装置および当該情報記録装置で記録された情報を再生する情報再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のある局面によれば、記録媒体内で参照光と信号光とを干渉させ、干渉縞として情報を記録する情報記録装置であって、光ビームを出射する光源と、イメージ情報に基づいて信号光の位相をデータ変調する空間光位相変調器とを備える。空間光位相変調器は、イメージ情報の２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセルを含む。
【００１４】
好ましくは、光ビームを受けて信号光および参照光を生成する光学素子をさらに備える。光学素子は、空間光振幅変調器を含む。
【００１５】
好ましくは、空間光位相変調器は、イメージ情報が「１」の場合には隣り合うピクセルの位相差を与えず、イメージ情報が「０」の場合には隣り合うピクセルの位相差を与える。
【００１６】
好ましくは、空間光位相変調器は、イメージ情報が「０」の場合には隣り合うピクセルの位相差をπとする。
【００１７】
この発明の他の局面によれば、記録媒体に参照光を照射し情報を再生する情報再生装置であって、光ビームを出射する光源と、記録媒体からの再生光を受光する撮像素子とを備える。撮像素子は、再生光の位相変調によって引き起こされる干渉縞の明暗の分布に基づく強度変化を検出する複数のピクセルを含む。
【００１８】
好ましくは、光ビームを受けて参照光を生成する光学素子をさらに備える。光学素子は、空間光振幅変調器を含む。
【００１９】
好ましくは、撮像素子は、隣接するピクセルの境界において、位相変調によって与えられた再生光の情報を干渉によって生じる強度分布として検出する。
【００２０】
好ましくは、撮像素子は、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する構造を有する。
【００２１】
好ましくは、撮像素子は、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を検出し、データ変調と関係しない方向の明暗分布を検出しない矩形形状の受光部を含む。
【００２２】
好ましくは、撮像素子は、六角形の形状を有する複数のピクセルをハニカム形状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する。
【００２３】
好ましくは、撮像素子は、複数のピクセルを格子状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する。
【００２４】
好ましくは、撮像素子で検出された検出像に基づいて、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布をデータ変調に用い、データ変調と関係しない方向の明暗分布をデータ変調のエラー訂正に用いるデコーダをさらに備える。
【００２５】
好ましくは、撮像素子は、光軸方向において結像位置付近で干渉縞の明暗分布が最大となる位置に配置される。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、信号光に振幅変調の他に位相変調を与えた場合にも光学系が複雑とならずに済む。
【００２７】
また、この発明によれば、信号光に位相変調を与えることで、情報の記録再生を行なうことが可能となり、信号光の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した図である。図１を参照して、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光振幅変調器４と、空間光位相変調器５と、偏光ビームスプリッタ６と、リレーレンズ１０，１２と、空間フィルタ１１と、１／４波長板１３と、対物レンズ１４と、撮像素子１８と、エンコーダ２０と、デコーダ２２とを備える。ホログラム記録再生装置１００Ａは、反射膜１６を有するホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５から情報を再生する。
【００３０】
ホログラム記録再生装置１００Ａの記録動作について説明する。
レーザ１から出射されたレーザ光ＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、空間光振幅変調器４に導かれる。レーザ光ＰＬは、空間光振幅変調器４により信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとに分割され、空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する。なお、レーザ光ＰＬを信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとに分割する素子は、空間光振幅変調器４のほかに、可動マスクまたは光シャッターであってもよい。
【００３１】
参照光ＲＦＬは、位相分布が一様の光であってもよいし、空間光位相変調器５によって位相変調を受けた光であってもよい。信号光ＳＧＬの位相変調パターンは、下記に一例として説明するように、「０」と「１」とのビットデータ列をエンコーダ２０で符号化したイメージ情報ＩＭに基づいて生成される。
【００３２】
図２は、空間光位相変調器５において与えられる位相変調の基本パターンを示した模式図である。図２を参照して、（ａ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（０，０）の場合、（ｂ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（π，π）の場合を示している。図２（ａ）、（ｂ）の場合、隣り合うピクセル５ＰＸの位相差は０となり、これに対応するイメージ情報ＩＭの値は「１」となる。
【００３３】
また、図２において、（ｃ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（０，π）の場合、（ｄ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（π，０）の場合を示している。図２（ｃ）、（ｄ）の場合、隣り合うピクセル５ＰＸの位相差はπとなり、これに対応するイメージ情報ＩＭの値は「０」となる。
【００３４】
図３は、イメージ情報ＩＭの２次元データパターンの一例を示した模式図である。図４は、図３のイメージ情報ＩＭに対応する空間光位相変調器５での位相変調パターンを示した模式図である。図３に示す２次元データパターンのイメージ情報ＩＭに基づいて空間光位相変調器５で位相変調することによって、図４に示す位相変調パターンにデータ変調された信号光ＳＧＬが得られる。なお、図４では矢印Ａの方向に信号光ＳＧＬが位相変調されるとして説明したが、後に説明するように、ピクセル５ＰＸが隣接している方向であればデータ配列の方向は矢印Ａの方向には限られない。
【００３５】
図１に戻って、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、経路Ｐ１をたどって共に偏光ビームスプリッタ６を透過し、リレーレンズ１０によって集光される。リレーレンズ１０の集光面には、空間フィルタ１１が挿入されている。空間フィルタ１１は、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの０次回折光を透過させ、位相変調によって生じた高次の回折光を遮断する。その後、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、リレーレンズ１２によって再び平行光に戻され、１／４波長板１３により円偏光に変換される。
【００３６】
円偏光に変換された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、対物レンズ１４によりホログラム記録媒体１５内に集光される。集光された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体１５内で干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される。ホログラム記録媒体１５の位置を面内方向にシフトさせ、ホログラムを多重記録するシフト多重を行なうことで、ホログラム記録媒体１５の記録容量を増大させることができる。さらに、空間光振幅変調器４で生成される参照光ＲＦＬの位置、形状、変調パターンを変化させることで、ホログラム記録媒体１５に多重記録を行ない、ホログラム記録媒体１５の記録容量を増大させることも可能となる。ホログラム記録媒体１５は、たとえば回転光ディスク型またはカード型であり、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬが入射する面と反対側の面には反射膜１６が形成されている。
【００３７】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ａの再生動作について説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ａは、再生時の空間光振幅変調器４では、参照光ＲＦＬのみを生成し、信号光ＳＧＬは生成しない。空間光振幅変調器４によって生成された参照光ＲＦＬは、空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、記録時に与えられたのと等しい位相変調を参照光ＲＦＬに与える。直線偏光の参照光ＲＦＬは、記録時と同様に、経路Ｐ１の偏光ビームスプリッタ６、リレーレンズ１０、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１２をたどって、１／４波長板１３により円偏光に変換される。
【００３８】
円偏光に変換された参照光ＲＦＬは、対物レンズ１４によりホログラム記録媒体１５内の記録されたホログラムに集光される。これにより、ホログラム記録媒体１５内では、記録された干渉縞で参照光ＲＦＬが回折され、記録された位相情報が再生される。こうして生成された再生光ＣＦＬは、対物レンズ１４を通って１／４波長板１３で円偏光から直線偏光に変換され、再生時の経路Ｐ２であるリレーレンズ１２、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１０をたどって、偏光ビームスプリッタ６により反射される。
【００３９】
偏光ビームスプリッタ６で反射された再生光ＣＦＬは、撮像素子１８に導かれる。撮像素子１８は、再生光ＣＦＬを受けて、記録時に位相変調によって与えられたデータ変調を隣接したピクセル間での干渉により強度変化として再生する。
【００４０】
図５は、再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の１局面を示した図である。図５に示すように、撮像素子１８の検出面上において、矢印Ａの方向に隣接したピクセル１８ＰＸで検出される光の位相差がπであれば、その境界では干渉により光強度が弱められる（暗部ＤＰ）。一方、矢印Ａの方向に隣接したピクセル１８ＰＸで検出される光の位相差が０であれば、その境界では干渉により光強度が強められる（明部ＢＰ）。
【００４１】
上記の明暗の分布を撮像素子１８で検出することにより、信号光ＳＧＬに与えられた位相の変化を強度の変化として検出することができる。撮像素子１８は、検出された検出像ＧＮをデコーダ２２に送出する。デコーダ２２は、検出像ＧＮに基づいてホログラム記録媒体１５の再生信号を生成する。
【００４２】
図６は、再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の他の局面を示した図である。図６に示すように、撮像素子１８の検出面上において、干渉による明暗の分布は、図５の矢印Ａの方向だけでなく、図６の矢印Ｂの方向に隣接したピクセル１８ＰＸの境界にも生じる。しかし、矢印Ｂ方向の明暗の分布ＵＢＤは、データ変調とは直接関係しないため、撮像素子１８に検出されないようにする必要がある。
【００４３】
図７は、撮像素子１８の一例である撮像素子１８Ａの構造を示した図である。図７の撮像素子１８Ａでは、ピクセル１８ＰＸａの受光部８１の形状を矩形としている。これにより、矢印Ａ方向の明暗の分布ＢＤのみを検出し、矢印Ｂ方向の明暗の分布ＵＢＤは検出されないようにすることができる。
【００４４】
図８は、撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｂの構造を示した図である。図８の撮像素子１８Ｂでは、六角形の形状を有するピクセル１８ＰＸｂをハニカム状に配列している。この配列により、矢印Ａの方向に生じた明暗の分布ＢＤおよび矢印Ｂの方向に生じた明暗の分布ＵＢＤをピクセル１８ＰＸｂと１対１に対応させ、効率よく再生光の強度分布を検出することができる。
【００４５】
図９は、撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｃの構造を示した図である。図９の撮像素子１８Ｃでは、菱形の形状を有するピクセル１８ＰＸｃをマトリックス状に配列している。言い換えると、図９の撮像素子１８Ｃでは、ピクセル１８ＰＸｃを格子状に配列している。この配列により、図８と同様に、矢印Ａの方向に生じた明暗の分布ＢＤおよび矢印Ｂの方向に生じた明暗の分布ＵＢＤをピクセル１８ＰＸｃと１対１に対応させ、効率よく再生光の強度分布を検出することができる。
【００４６】
図８，９の場合において、矢印Ｂの方向に生じた強度分布を用いて信号処理をすることで、矢印Ａの方向に生じたデータ変調のエラー訂正をすることができる。撮像素子１８の光軸方向の位置を調整することによって、撮像素子１８を焦点位置からデフォーカスさせる。これにより、再生光を回折させ、隣接するピクセル１８ＰＸ間の干渉領域を拡大させることができる。また、干渉光の暗部の領域を拡大させることができる。
【００４７】
なお、上記では、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともにホログラム記録媒体１５から情報を再生するホログラム記録再生装置１００Ａを例に説明した。しかし、これは一例であって、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するホログラム情報記録装置と、ホログラム記録媒体１５から情報を再生するホログラム情報再生装置とを独立に構成することも可能である。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態１では、空間光位相変調器を用いて信号光の位相のみを変化させることで、信号光にデータ変調を与える。これにより、ホログラム記録時における信号光の強度損失を減らし、ホログラム記録装置のホログラム情報記録装置の光利用効率を高めることができる。また、信号光の空間周波数分布のうち低周波成分の光強度を抑制することができる。
【００４９】
また、情報の再生時には、位相変調によって与えられた信号光の情報を、撮像素子面において隣接したピクセル同士で干渉させることで、信号光の位相変調を強度変調として読み取る。通常、光の位相変化を撮像素子で直接検出することは難しい。しかし、撮像素子面において隣接するピクセルの位相変化量がπであれば、その境界では干渉により光強度が０となる。このため、信号光の位相変化を強度変化として撮像素子で検出することができる。これにより、光学系を従来のように複雑化させることなく、信号光の位相変化量を検出することができる。
【００５０】
また、データ変調時に信号光に与える位相変化量を０またはπとすることで、撮像素子面での干渉のコントラストを高めることができる。これにより、ホログラム記録媒体の再生信号の品質を向上させることができる。
【００５１】
また、撮像素子の各ピクセルにおける受光部の形状を矩形にすることで、データ変調と無関係の干渉光を除去することができる。これにより、ホログラム記録媒体の再生信号の品質を向上させることができる。
【００５２】
また、撮像素子を集光レンズの焦点位置から光軸方向にシフトさせ、撮像素子面で再生像を回折させる。これにより、隣接したピクセルの干渉領域を増大させ、信号光の品質を向上させることができる。
【００５３】
また、光軸方向において、撮像素子を再生像の結像位置付近で、隣接したピクセルの干渉領域が増大する位置に配置することで、信号光の品質を向上させることができる。
【００５４】
また、撮像素子として、六角形の形状のピクセルをハムカム状に配列させることができる。同様に、撮像素子として、菱形の形状のピクセルをマトリックス状に配列させることができる。これらにおいて、撮像素子面のすべての境界で生じる明暗の強度分布と撮像素子のピクセルとを１対１に対応させ得る。これにより、再生光の強度分布を効率よく検出することができる。さらに、これらの強度分布情報をデータ変調およびそのエラー訂正信号として用いることができる。
【００５５】
［実施の形態２］
図１０は、この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および記録時の動作を示した図である。図１０を参照して、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光位相変調器５と、偏光ビームスプリッタ６，２６と、リレーレンズ１０，１２と、空間フィルタ１１と、１／４波長板１３，３２と、対物レンズ１４と、撮像素子１８と、エンコーダ２０と、デコーダ２２と、１／２波長板２３と、ビームエキスパンドレンズ２４，２５と、回転駆動ミラー２７，３３と、照射位置調整用レンズ２８〜３１とを備える。
【００５６】
ホログラム記録再生装置１００Ｂは、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５から情報を再生する。ホログラム記録媒体１５は、カード型、回転ディスク型のどちらであっても構わない。
【００５７】
図１０を参照して、ホログラム記録再生装置１００Ｂの記録動作について説明する。
レーザ１から出射されたレーザ光ＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、１／２波長板２３で偏光方向が回転させられる。１／２波長板２３での回転角は、ホログラム記録媒体１５上での信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとの光強度比が最適化されるように調整される。レーザ光ＰＬは、偏光ビームスプリッタ６により、経路Ｐ３を通る信号光ＳＧＬと経路Ｐ４を通る参照光ＲＦＬとに分離される。
【００５８】
信号光ＳＧＬは、ビームエキスパンドレンズ２４，２５によってビーム径を拡大され、経路Ｐ５に沿って偏光ビームスプリッタ２６を透過する。透過した信号光ＳＧＬは、１／４波長板１３を通って円偏光に変換され、反射型の空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する。イメージ情報ＩＭは、実施の形態１の図３で例示したように、エンコーダ２０によって符号化された「０」と「１」とのビットデータ列である。空間光位相変調器５によって与えられる位相変調は、実施の形態１の図２〜４において説明したとおりである。
【００５９】
空間光位相変調器５で変調された信号光ＳＧＬは、１／４波長板１３によって空間光位相変調器５への入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換され、経路Ｐ６に沿って偏光ビームスプリッタ２６で反射される。反射された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１０によって集光される。リレーレンズ１０の集光面に挿入された空間フィルタ１１は、集光された信号光ＳＧＬのうち位相変調によって生じた高次の回折光を遮断する。高次の回折光が除去された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１２によって再び平行光に戻され、対物レンズ１４により、ホログラム記録媒体１５内に集光される。
【００６０】
一方、参照光ＲＦＬは、回転駆動ミラー２７および照射位置調整用レンズ２８，２９によって、信号光ＳＧＬの焦点位置と重なるようにホログラム記録媒体１５内に導かれる。信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体１５内で干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される。回転駆動ミラー２７を回転させて参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ２８への入射角を変化させることにより、参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる。これにより、ホログラム記録媒体１５への角度多重記録を行なうことが可能となる。
【００６１】
図１１は、この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および再生時の動作を示した図である。ホログラム記録再生装置１００Ｂの構成は、図１０において既に説明したので、ここでは説明を繰り返さない。
【００６２】
図１１を参照して、ホログラム記録再生装置１００Ｂの再生動作について説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ｂは、再生時には、参照光ＲＦＬのみを発生させるように、１／２波長板２３の回転角が調整される。参照光ＲＦＬは、記録時と同じ経路Ｐ４のコリメートレンズ２、１／２波長板２３、偏光ビームスプリッタ６、回転駆動ミラー２７および照射位置調整用レンズ２８，２９を通り、ホログラム記録媒体１５を透過する。回転駆動ミラー２７を回転させて参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ２８への入射角を変化させることにより、記録時と同様に、参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる。
【００６３】
ホログラム記録媒体１５を透過した参照光ＲＦＬは、さらに照射位置調整用レンズ３０，３１を通り、経路Ｐ７の１／４波長板３２によって円偏光に変換され、回転駆動ミラー３３に入射する。回転駆動ミラー３３は、参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー３３に対して垂直に入射するように角度が調整されている。この結果、参照光ＲＦＬは、元来た経路Ｐ７と逆方向の経路Ｐ８を通って１／４波長板３２を再び通過し、偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換される。上述したように参照光ＲＦＬの入射角を変化させた場合には、その都度、参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー３３に対して垂直に入射するように回転駆動ミラー３３の角度を調整する必要がある。
【００６４】
１／４波長板３２で直線偏光に変換された参照光ＲＦＬは、照射位置調整用レンズ３０，３１を通ってホログラム記録媒体１５に入射する。このとき、参照光ＲＦＬは、記録時と逆の方向から入射するので、記録時の参照光ＴＦＬと位相共役な光となってホログラム記録媒体１５に照射される。これにより、ホログラム記録媒体１５内では、記録された干渉縞で参照光ＲＦＬが回折され、記録された位相情報が再生される。こうして生成された再生光ＣＦＬは、対物レンズ１４によって平行光にされ、再生時の経路Ｐ９上のリレーレンズ１２、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１０を通って、偏光ビームスプリッタ２６を透過する。
【００６５】
偏光ビームスプリッタ２６を透過した再生光ＣＦＬは、撮像素子１８に導かれる。撮像素子１８は、再生光ＣＦＬを受けて、隣接したピクセル間での干渉により、記録時に位相変調によって与えられたデータ変調を強度変化として再生する。再生光に付与されたデータの読取り方法は、実施の形態１の図５〜９において説明したとおりである。
【００６６】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、回転駆動ミラーを回転させるなどして参照光の照射位置調整用レンズへの入射角を変化させることにより、参照光がホログラム記録媒体へ入射する角度を変化させることができる。これにより、ホログラム記録媒体への角度多重記録を行なうことが可能となる。
【００６７】
また、ホログラム記録媒体へ入射する参照光の角度を信号光および再生光とは異なる経路上で調整することによって、参照光の入射角度を信号光および再生光とは独立に調整することができる。さらに、信号光に与えた位相変調を強度変化として検出するため、撮像素子を用いた簡便なホログラム記録再生装置を構成することが可能となる。
【００６８】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した図である。
【図２】空間光位相変調器５において与えられる位相変調の基本パターンを示した模式図である。
【図３】イメージ情報ＩＭの２次元データパターンの一例を示した模式図である。
【図４】図３のイメージ情報ＩＭに対応する空間光位相変調器５での位相変調パターンを示した模式図である。
【図５】再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の１局面を示した図である。
【図６】再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の他の局面を示した図である。
【図７】撮像素子１８の一例である撮像素子１８Ａの構造を示した図である。
【図８】撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｂの構造を示した図である。
【図９】撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｃの構造を示した図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および記録時の動作を示した図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および再生時の動作を示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ レーザ、２ コリメートレンズ、４ 空間光振幅変調器、５ 空間光位相変調器、５ＰＸ，１８ＰＸ ピクセル、６，２６ 偏光ビームスプリッタ、１０，１２ リレーレンズ、１１ 空間フィルタ、１３，３２ １／４波長板、１４ 対物レンズ、１５ ホログラム記録媒体、１６ 反射膜、１８，１８Ａ〜１８Ｃ 撮像素子、２０ エンコーダ、２２ デコーダ、２３ １／２波長板、２４，２５ ビームエキスパンドレンズ、２７，３３ 回転駆動ミラー、２８〜３１ 照射位置調整用レンズ、８１ 受光部、１００Ａ，１００Ｂ ホログラム記録再生装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、情報記録装置および情報再生装置に関し、より特定的には、信号光と参照光とによる干渉縞をホログラム記録媒体に記録する情報記録装置、および当該ホログラム記録媒体に参照光を照射してデータを再生する情報再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ホログラム記録は、信号光と参照光とからできる干渉縞をホログラム記録媒体に書き込むことによって行なわれる。具体的には、まず、光源から出射された光ビームを参照光と信号光とに分岐し、空間光変調器で信号光に振幅変調を行なって信号光にイメージ情報を持たせる。この信号光および参照光を集光レンズで集光し、フーリエ変換像としてホログラム記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞をホログラム記録媒体に書き込む。
【０００３】
ここで、イメージ情報とは、「０」と「１」とからなるビットデータをエンコーダによって符号化した２次元のデータパターンである。空間光変調器は、これらのデータパターンに応じて信号光にデータ変調を与える。空間光変調器の一例であるデジタルミラーデバイスは、「１」を表わす領域と「０」を表わす領域とで反射方向を変化させることで、信号光に振幅変化を与える。
【０００４】
ホログラム記録媒体に記録された情報の再生時には、そのホログラム記録媒体に記録された干渉縞に参照光を照射する。これにより、参照光は干渉縞によって一部回折され、イメージ情報を持った信号光（再生光）が再生される。再生光は、レンズ、偏光ビームスプリッタなどによって撮像素子まで導かれる。撮像素子は、再生光の強度に応じた電気信号をイメージ情報として取り込む。
【０００５】
また、従来のホログラフィック記録再生装置は、信号光に位相変調を与える位相マスク構造を有する信号用位相変調部と、参照光に位相変調を与える位相マスク構造を有する参照光用位相変調部とが１つの位相変調素子として平面的に配置された構成を有する（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１０７６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ホログラム記録において、上記のように振幅変調を用いてデータ変調を行なう場合、２次元データパターンに応じて信号光の一部は不要な光として反射される。そのため、信号光の強度が損失し、ホログラム記録時の光利用効率が低下するという問題があった。
【０００７】
また、フーリエ変換によりホログラム記録を行なう場合、一般には、信号光を集光レンズでホログラム記録媒体に集光し、そこに収束する又は平行な参照光を照射して情報を記録する。ここで、信号光に振幅変調のみが与えられた場合、信号光の空間周波数分布のうち、低周波成分は振幅変調に伴う位相ずれの影響を受けないのに対し、高周波成分は振幅変調に伴う各点からの位相ずれの影響を受ける。
【０００８】
そのため、信号光に振幅変調のみが与えられた場合、信号光が集光された焦点面では、信号光の空間周波数分布のうち低周波成分の光強度が、データパターンの再生に必要な高周波成分の光強度と比較して非常に大きくなる。その結果、ホログラム記録媒体の感度を浪費してしまうという問題があった。
【０００９】
特許文献１のホログラフィック記録再生装置では、上記したホログラム記録媒体の感度浪費を抑える手法として、信号光にデータパターンとして振幅変調を与えるとともに、位相マスクを挿入し、信号光に位相変調を与えている。これにより、信号光の低周波成分においても位相ずれが生じるため、低周波成分の光強度が抑制される。
【００１０】
しかしながら、信号光にデータの振幅変調を与えるとともに位相マスクを挿入した場合、位相マスクにより信号光が回折され、高次の回折光が生じる。この高次の回折光を除去するために、特許文献１のホログラフィック記録再生装置では、空間光振幅変調器の後にリレー光学系が少なくとも１組は必要となる。このため、情報記録再生装置の光学系が複雑になるという問題があった。
【００１１】
それゆえに、この発明の目的は、信号光に振幅変調の他に位相変調を与えた場合にも光学系が複雑とならない情報記録装置および当該情報記録装置で記録された情報を再生する情報再生装置を提供することである。
【００１２】
この発明の他の目的は、信号光に位相変調のみを与えた場合にも光学系が複雑とならない情報記録装置および当該情報記録装置で記録された情報を再生する情報再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のある局面によれば、記録媒体内で参照光と信号光とを干渉させ、干渉縞として情報を記録する情報記録装置であって、光ビームを出射する光源と、イメージ情報に基づいて信号光の位相をデータ変調する空間光位相変調器とを備える。空間光位相変調器は、イメージ情報の２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセルを含む。
【００１４】
好ましくは、光ビームを受けて信号光および参照光を生成する光学素子をさらに備える。光学素子は、空間光振幅変調器を含む。
【００１５】
好ましくは、空間光位相変調器は、イメージ情報が「１」の場合には隣り合うピクセルの位相差を与えず、イメージ情報が「０」の場合には隣り合うピクセルの位相差を与える。
【００１６】
好ましくは、空間光位相変調器は、イメージ情報が「０」の場合には隣り合うピクセルの位相差をπとする。
【００１７】
この発明の他の局面によれば、記録媒体に参照光を照射し情報を再生する情報再生装置であって、光ビームを出射する光源と、記録媒体からの再生光を受光する撮像素子とを備える。撮像素子は、再生光の位相変調によって引き起こされる干渉縞の明暗の分布に基づく強度変化を検出する複数のピクセルを含む。
【００１８】
好ましくは、光ビームを受けて参照光を生成する光学素子をさらに備える。光学素子は、空間光振幅変調器を含む。
【００１９】
好ましくは、撮像素子は、隣接するピクセルの境界において、位相変調によって与えられた再生光の情報を干渉によって生じる強度分布として検出する。
【００２０】
好ましくは、撮像素子は、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する構造を有する。
【００２１】
好ましくは、撮像素子は、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を検出し、データ変調と関係しない方向の明暗分布を検出しない矩形形状の受光部を含む。
【００２２】
好ましくは、撮像素子は、六角形の形状を有する複数のピクセルをハニカム形状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する。
【００２３】
好ましくは、撮像素子は、複数のピクセルを格子状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する。
【００２４】
好ましくは、撮像素子で検出された検出像に基づいて、反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布をデータ変調に用い、データ変調と関係しない方向の明暗分布をデータ変調のエラー訂正に用いるデコーダをさらに備える。
【００２５】
好ましくは、撮像素子は、光軸方向において結像位置付近で干渉縞の明暗分布が最大となる位置に配置される。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、信号光に振幅変調の他に位相変調を与えた場合にも光学系が複雑とならずに済む。
【００２７】
また、この発明によれば、信号光に位相変調を与えることで、情報の記録再生を行なうことが可能となり、信号光の利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した図である。図１を参照して、実施の形態１のホログラム記録再生装置１００Ａは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光振幅変調器４と、空間光位相変調器５と、偏光ビームスプリッタ６と、リレーレンズ１０，１２と、空間フィルタ１１と、１／４波長板１３と、対物レンズ１４と、撮像素子１８と、エンコーダ２０と、デコーダ２２とを備える。ホログラム記録再生装置１００Ａは、反射膜１６を有するホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５から情報を再生する。
【００３０】
ホログラム記録再生装置１００Ａの記録動作について説明する。
レーザ１から出射されたレーザ光ＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、空間光振幅変調器４に導かれる。レーザ光ＰＬは、空間光振幅変調器４により信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとに分割され、空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する。なお、レーザ光ＰＬを信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとに分割する素子は、空間光振幅変調器４のほかに、可動マスクまたは光シャッターであってもよい。
【００３１】
参照光ＲＦＬは、位相分布が一様の光であってもよいし、空間光位相変調器５によって位相変調を受けた光であってもよい。信号光ＳＧＬの位相変調パターンは、下記に一例として説明するように、「０」と「１」とのビットデータ列をエンコーダ２０で符号化したイメージ情報ＩＭに基づいて生成される。
【００３２】
図２は、空間光位相変調器５において与えられる位相変調の基本パターンを示した模式図である。図２を参照して、（ａ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（０，０）の場合、（ｂ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（π，π）の場合を示している。図２（ａ）、（ｂ）の場合、隣り合うピクセル５ＰＸの位相差は０となり、これに対応するイメージ情報ＩＭの値は「１」となる。
【００３３】
また、図２において、（ｃ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（０，π）の場合、（ｄ）は隣り合うピクセル５ＰＸに与えられる位相の組が（π，０）の場合を示している。図２（ｃ）、（ｄ）の場合、隣り合うピクセル５ＰＸの位相差はπとなり、これに対応するイメージ情報ＩＭの値は「０」となる。
【００３４】
図３は、イメージ情報ＩＭの２次元データパターンの一例を示した模式図である。図４は、図３のイメージ情報ＩＭに対応する空間光位相変調器５での位相変調パターンを示した模式図である。図３に示す２次元データパターンのイメージ情報ＩＭに基づいて空間光位相変調器５で位相変調することによって、図４に示す位相変調パターンにデータ変調された信号光ＳＧＬが得られる。なお、図４では矢印Ａの方向に信号光ＳＧＬが位相変調されるとして説明したが、後に説明するように、ピクセル５ＰＸが隣接している方向であればデータ配列の方向は矢印Ａの方向には限られない。
【００３５】
図１に戻って、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、経路Ｐ１をたどって共に偏光ビームスプリッタ６を透過し、リレーレンズ１０によって集光される。リレーレンズ１０の集光面には、空間フィルタ１１が挿入されている。空間フィルタ１１は、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬの０次回折光を透過させ、位相変調によって生じた高次の回折光を遮断する。その後、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、リレーレンズ１２によって再び平行光に戻され、１／４波長板１３により円偏光に変換される。
【００３６】
円偏光に変換された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、対物レンズ１４によりホログラム記録媒体１５内に集光される。集光された信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体１５内で干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される。ホログラム記録媒体１５の位置を面内方向にシフトさせ、ホログラムを多重記録するシフト多重を行なうことで、ホログラム記録媒体１５の記録容量を増大させることができる。さらに、空間光振幅変調器４で生成される参照光ＲＦＬの位置、形状、変調パターンを変化させることで、ホログラム記録媒体１５に多重記録を行ない、ホログラム記録媒体１５の記録容量を増大させることも可能となる。ホログラム記録媒体１５は、たとえば回転光ディスク型またはカード型であり、信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬが入射する面と反対側の面には反射膜１６が形成されている。
【００３７】
次に、ホログラム記録再生装置１００Ａの再生動作について説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ａは、再生時の空間光振幅変調器４では、参照光ＲＦＬのみを生成し、信号光ＳＧＬは生成しない。空間光振幅変調器４によって生成された参照光ＲＦＬは、空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、記録時に与えられたのと等しい位相変調を参照光ＲＦＬに与える。直線偏光の参照光ＲＦＬは、記録時と同様に、経路Ｐ１の偏光ビームスプリッタ６、リレーレンズ１０、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１２をたどって、１／４波長板１３により円偏光に変換される。
【００３８】
円偏光に変換された参照光ＲＦＬは、対物レンズ１４によりホログラム記録媒体１５内の記録されたホログラムに集光される。これにより、ホログラム記録媒体１５内では、記録された干渉縞で参照光ＲＦＬが回折され、記録された位相情報が再生される。こうして生成された再生光ＣＦＬは、対物レンズ１４を通って１／４波長板１３で円偏光から直線偏光に変換され、再生時の経路Ｐ２であるリレーレンズ１２、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１０をたどって、偏光ビームスプリッタ６により反射される。
【００３９】
偏光ビームスプリッタ６で反射された再生光ＣＦＬは、撮像素子１８に導かれる。撮像素子１８は、再生光ＣＦＬを受けて、記録時に位相変調によって与えられたデータ変調を隣接したピクセル間での干渉により強度変化として再生する。
【００４０】
図５は、再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の１局面を示した図である。図５に示すように、撮像素子１８の検出面上において、矢印Ａの方向に隣接したピクセル１８ＰＸで検出される光の位相差がπであれば、その境界では干渉により光強度が弱められる（暗部ＤＰ）。一方、矢印Ａの方向に隣接したピクセル１８ＰＸで検出される光の位相差が０であれば、その境界では干渉により光強度が強められる（明部ＢＰ）。
【００４１】
上記の明暗の分布を撮像素子１８で検出することにより、信号光ＳＧＬに与えられた位相の変化を強度の変化として検出することができる。撮像素子１８は、検出された検出像ＧＮをデコーダ２２に送出する。デコーダ２２は、検出像ＧＮに基づいてホログラム記録媒体１５の再生信号を生成する。
【００４２】
図６は、再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の他の局面を示した図である。図６に示すように、撮像素子１８の検出面上において、干渉による明暗の分布は、図５の矢印Ａの方向だけでなく、図６の矢印Ｂの方向に隣接したピクセル１８ＰＸの境界にも生じる。しかし、矢印Ｂ方向の明暗の分布ＵＢＤは、データ変調とは直接関係しないため、撮像素子１８に検出されないようにする必要がある。
【００４３】
図７は、撮像素子１８の一例である撮像素子１８Ａの構造を示した図である。図７の撮像素子１８Ａでは、ピクセル１８ＰＸａの受光部８１の形状を矩形としている。これにより、矢印Ａ方向の明暗の分布ＢＤのみを検出し、矢印Ｂ方向の明暗の分布ＵＢＤは検出されないようにすることができる。
【００４４】
図８は、撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｂの構造を示した図である。図８の撮像素子１８Ｂでは、六角形の形状を有するピクセル１８ＰＸｂをハニカム状に配列している。この配列により、矢印Ａの方向に生じた明暗の分布ＢＤおよび矢印Ｂの方向に生じた明暗の分布ＵＢＤをピクセル１８ＰＸｂと１対１に対応させ、効率よく再生光の強度分布を検出することができる。
【００４５】
図９は、撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｃの構造を示した図である。図９の撮像素子１８Ｃでは、菱形の形状を有するピクセル１８ＰＸｃをマトリックス状に配列している。言い換えると、図９の撮像素子１８Ｃでは、ピクセル１８ＰＸｃを格子状に配列している。この配列により、図８と同様に、矢印Ａの方向に生じた明暗の分布ＢＤおよび矢印Ｂの方向に生じた明暗の分布ＵＢＤをピクセル１８ＰＸｃと１対１に対応させ、効率よく再生光の強度分布を検出することができる。
【００４６】
図８，９の場合において、矢印Ｂの方向に生じた強度分布を用いて信号処理をすることで、矢印Ａの方向に生じたデータ変調のエラー訂正をすることができる。撮像素子１８の光軸方向の位置を調整することによって、撮像素子１８を焦点位置からデフォーカスさせる。これにより、再生光を回折させ、隣接するピクセル１８ＰＸ間の干渉領域を拡大させることができる。また、干渉光の暗部の領域を拡大させることができる。
【００４７】
なお、上記では、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともにホログラム記録媒体１５から情報を再生するホログラム記録再生装置１００Ａを例に説明した。しかし、これは一例であって、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するホログラム情報記録装置と、ホログラム記録媒体１５から情報を再生するホログラム情報再生装置とを独立に構成することも可能である。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態１では、空間光位相変調器を用いて信号光の位相のみを変化させることで、信号光にデータ変調を与える。これにより、ホログラム記録時における信号光の強度損失を減らし、ホログラム記録装置のホログラム情報記録装置の光利用効率を高めることができる。また、信号光の空間周波数分布のうち低周波成分の光強度を抑制することができる。
【００４９】
また、情報の再生時には、位相変調によって与えられた信号光の情報を、撮像素子面において隣接したピクセル同士で干渉させることで、信号光の位相変調を強度変調として読み取る。通常、光の位相変化を撮像素子で直接検出することは難しい。しかし、撮像素子面において隣接するピクセルの位相変化量がπであれば、その境界では干渉により光強度が０となる。このため、信号光の位相変化を強度変化として撮像素子で検出することができる。これにより、光学系を従来のように複雑化させることなく、信号光の位相変化量を検出することができる。
【００５０】
また、データ変調時に信号光に与える位相変化量を０またはπとすることで、撮像素子面での干渉のコントラストを高めることができる。これにより、ホログラム記録媒体の再生信号の品質を向上させることができる。
【００５１】
また、撮像素子の各ピクセルにおける受光部の形状を矩形にすることで、データ変調と無関係の干渉光を除去することができる。これにより、ホログラム記録媒体の再生信号の品質を向上させることができる。
【００５２】
また、撮像素子を集光レンズの焦点位置から光軸方向にシフトさせ、撮像素子面で再生像を回折させる。これにより、隣接したピクセルの干渉領域を増大させ、信号光の品質を向上させることができる。
【００５３】
また、光軸方向において、撮像素子を再生像の結像位置付近で、隣接したピクセルの干渉領域が増大する位置に配置することで、信号光の品質を向上させることができる。
【００５４】
また、撮像素子として、六角形の形状のピクセルをハムカム状に配列させることができる。同様に、撮像素子として、菱形の形状のピクセルをマトリックス状に配列させることができる。これらにおいて、撮像素子面のすべての境界で生じる明暗の強度分布と撮像素子のピクセルとを１対１に対応させ得る。これにより、再生光の強度分布を効率よく検出することができる。さらに、これらの強度分布情報をデータ変調およびそのエラー訂正信号として用いることができる。
【００５５】
［実施の形態２］
図１０は、この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および記録時の動作を示した図である。図１０を参照して、実施の形態２のホログラム記録再生装置１００Ｂは、レーザ１と、コリメートレンズ２と、空間光位相変調器５と、偏光ビームスプリッタ６，２６と、リレーレンズ１０，１２と、空間フィルタ１１と、１／４波長板１３，３２と、対物レンズ１４と、撮像素子１８と、エンコーダ２０と、デコーダ２２と、１／２波長板２３と、ビームエキスパンドレンズ２４，２５と、回転駆動ミラー２７，３３と、照射位置調整用レンズ２８〜３１とを備える。
【００５６】
ホログラム記録再生装置１００Ｂは、ホログラム記録媒体１５に対して情報を記録するとともに、ホログラム記録媒体１５から情報を再生する。ホログラム記録媒体１５は、カード型、回転ディスク型のどちらであっても構わない。
【００５７】
図１０を参照して、ホログラム記録再生装置１００Ｂの記録動作について説明する。
レーザ１から出射されたレーザ光ＰＬは、コリメートレンズ２によって平行光にされ、１／２波長板２３で偏光方向が回転させられる。１／２波長板２３での回転角は、ホログラム記録媒体１５上での信号光ＳＧＬと参照光ＲＦＬとの光強度比が最適化されるように調整される。レーザ光ＰＬは、偏光ビームスプリッタ６により、経路Ｐ３を通る信号光ＳＧＬと経路Ｐ４を通る参照光ＲＦＬとに分離される。
【００５８】
信号光ＳＧＬは、ビームエキスパンドレンズ２４，２５によってビーム径を拡大され、経路Ｐ５に沿って偏光ビームスプリッタ２６を透過する。透過した信号光ＳＧＬは、１／４波長板１３を通って円偏光に変換され、反射型の空間光位相変調器５に導かれる。空間光位相変調器５は、エンコーダ２０から供給されるイメージ情報ＩＭに基づいて信号光ＳＧＬの位相をデータ変調する。イメージ情報ＩＭは、実施の形態１の図３で例示したように、エンコーダ２０によって符号化された「０」と「１」とのビットデータ列である。空間光位相変調器５によって与えられる位相変調は、実施の形態１の図２〜４において説明したとおりである。
【００５９】
空間光位相変調器５で変調された信号光ＳＧＬは、１／４波長板１３によって空間光位相変調器５への入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換され、経路Ｐ６に沿って偏光ビームスプリッタ２６で反射される。反射された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１０によって集光される。リレーレンズ１０の集光面に挿入された空間フィルタ１１は、集光された信号光ＳＧＬのうち位相変調によって生じた高次の回折光を遮断する。高次の回折光が除去された信号光ＳＧＬは、リレーレンズ１２によって再び平行光に戻され、対物レンズ１４により、ホログラム記録媒体１５内に集光される。
【００６０】
一方、参照光ＲＦＬは、回転駆動ミラー２７および照射位置調整用レンズ２８，２９によって、信号光ＳＧＬの焦点位置と重なるようにホログラム記録媒体１５内に導かれる。信号光ＳＧＬおよび参照光ＲＦＬは、ホログラム記録媒体１５内で干渉し、その干渉縞がホログラム記録媒体１５に記録される。回転駆動ミラー２７を回転させて参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ２８への入射角を変化させることにより、参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる。これにより、ホログラム記録媒体１５への角度多重記録を行なうことが可能となる。
【００６１】
図１１は、この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および再生時の動作を示した図である。ホログラム記録再生装置１００Ｂの構成は、図１０において既に説明したので、ここでは説明を繰り返さない。
【００６２】
図１１を参照して、ホログラム記録再生装置１００Ｂの再生動作について説明する。
ホログラム記録再生装置１００Ｂは、再生時には、参照光ＲＦＬのみを発生させるように、１／２波長板２３の回転角が調整される。参照光ＲＦＬは、記録時と同じ経路Ｐ４のコリメートレンズ２、１／２波長板２３、偏光ビームスプリッタ６、回転駆動ミラー２７および照射位置調整用レンズ２８，２９を通り、ホログラム記録媒体１５を透過する。回転駆動ミラー２７を回転させて参照光ＲＦＬの照射位置調整用レンズ２８への入射角を変化させることにより、記録時と同様に、参照光ＲＦＬがホログラム記録媒体１５へ入射する角度を変化させることができる。
【００６３】
ホログラム記録媒体１５を透過した参照光ＲＦＬは、さらに照射位置調整用レンズ３０，３１を通り、経路Ｐ７の１／４波長板３２によって円偏光に変換され、回転駆動ミラー３３に入射する。回転駆動ミラー３３は、参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー３３に対して垂直に入射するように角度が調整されている。この結果、参照光ＲＦＬは、元来た経路Ｐ７と逆方向の経路Ｐ８を通って１／４波長板３２を再び通過し、偏光方向が９０度回転した直線偏光に変換される。上述したように参照光ＲＦＬの入射角を変化させた場合には、その都度、参照光ＲＦＬが回転駆動ミラー３３に対して垂直に入射するように回転駆動ミラー３３の角度を調整する必要がある。
【００６４】
１／４波長板３２で直線偏光に変換された参照光ＲＦＬは、照射位置調整用レンズ３０，３１を通ってホログラム記録媒体１５に入射する。このとき、参照光ＲＦＬは、記録時と逆の方向から入射するので、記録時の参照光ＴＦＬと位相共役な光となってホログラム記録媒体１５に照射される。これにより、ホログラム記録媒体１５内では、記録された干渉縞で参照光ＲＦＬが回折され、記録された位相情報が再生される。こうして生成された再生光ＣＦＬは、対物レンズ１４によって平行光にされ、再生時の経路Ｐ９上のリレーレンズ１２、空間フィルタ１１およびリレーレンズ１０を通って、偏光ビームスプリッタ２６を透過する。
【００６５】
偏光ビームスプリッタ２６を透過した再生光ＣＦＬは、撮像素子１８に導かれる。撮像素子１８は、再生光ＣＦＬを受けて、隣接したピクセル間での干渉により、記録時に位相変調によって与えられたデータ変調を強度変化として再生する。再生光に付与されたデータの読取り方法は、実施の形態１の図５〜９において説明したとおりである。
【００６６】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、回転駆動ミラーを回転させるなどして参照光の照射位置調整用レンズへの入射角を変化させることにより、参照光がホログラム記録媒体へ入射する角度を変化させることができる。これにより、ホログラム記録媒体への角度多重記録を行なうことが可能となる。
【００６７】
また、ホログラム記録媒体へ入射する参照光の角度を信号光および再生光とは異なる経路上で調整することによって、参照光の入射角度を信号光および再生光とは独立に調整することができる。さらに、信号光に与えた位相変調を強度変化として検出するため、撮像素子を用いた簡便なホログラム記録再生装置を構成することが可能となる。
【００６８】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態１によるホログラム記録再生装置１００Ａの概略的な構成を示した図である。
【図２】空間光位相変調器５において与えられる位相変調の基本パターンを示した模式図である。
【図３】イメージ情報ＩＭの２次元データパターンの一例を示した模式図である。
【図４】図３のイメージ情報ＩＭに対応する空間光位相変調器５での位相変調パターンを示した模式図である。
【図５】再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の１局面を示した図である。
【図６】再生光を受けた撮像素子１８における干渉縞の明暗分布の他の局面を示した図である。
【図７】撮像素子１８の一例である撮像素子１８Ａの構造を示した図である。
【図８】撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｂの構造を示した図である。
【図９】撮像素子１８の他の一例である撮像素子１８Ｃの構造を示した図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および記録時の動作を示した図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるホログラム記録再生装置１００Ｂの概略的な構成および再生時の動作を示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ レーザ、２ コリメートレンズ、４ 空間光振幅変調器、５ 空間光位相変調器、５ＰＸ，１８ＰＸ ピクセル、６，２６ 偏光ビームスプリッタ、１０，１２ リレーレンズ、１１ 空間フィルタ、１３，３２ １／４波長板、１４ 対物レンズ、１５ ホログラム記録媒体、１６ 反射膜、１８，１８Ａ〜１８Ｃ 撮像素子、２０ エンコーダ、２２ デコーダ、２３ １／２波長板、２４，２５ ビームエキスパンドレンズ、２７，３３ 回転駆動ミラー、２８〜３１ 照射位置調整用レンズ、８１ 受光部、１００Ａ，１００Ｂ ホログラム記録再生装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体内で参照光と信号光とを干渉させ、干渉縞として情報を記録する情報記録装置であって、
光ビームを出射する光源と、
イメージ情報に基づいて前記信号光の位相をデータ変調する空間光位相変調器とを備え、
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報の２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセルを含む、情報記録装置。
【請求項２】
前記光ビームを受けて前記信号光および前記参照光を生成する光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、空間光振幅変調器を含む、請求項１に記載の情報記録装置。
【請求項３】
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報が「１」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差を与えず、前記イメージ情報が「０」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差を与える、請求項１に記載の情報記録装置。
【請求項４】
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報が「０」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差をπとする、請求項３に記載の情報記録装置。
【請求項５】
記録媒体に参照光を照射し情報を再生する情報再生装置であって、
光ビームを出射する光源と、
前記記録媒体からの再生光を受光する撮像素子とを備え、
前記撮像素子は、前記再生光の位相変調によって引き起こされる干渉縞の明暗の分布に基づく強度変化を検出する複数のピクセルを含む、情報再生装置。
【請求項６】
前記光ビームを受けて前記参照光を生成する光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、空間光振幅変調器を含む、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項７】
前記撮像素子は、隣接する前記ピクセルの境界において、位相変調によって与えられた前記再生光の情報を干渉によって生じる強度分布として検出する、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項８】
前記撮像素子は、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する構造を有する、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を検出し、データ変調と関係しない方向の明暗分布を検出しない矩形形状の受光部を含む、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、六角形の形状を有する前記複数のピクセルをハニカム形状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、前記複数のピクセルを格子状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１２】
前記撮像素子で検出された検出像に基づいて、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布をデータ変調に用い、データ変調と関係しない方向の明暗分布を前記データ変調のエラー訂正に用いるデコーダをさらに備える、請求項５〜１１のいずれかに記載の情報再生装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、光軸方向において結像位置付近で干渉縞の明暗分布が最大となる位置に配置される、請求項５〜１１のいずれかに記載の情報再生装置。
【請求項１】
記録媒体内で参照光と信号光とを干渉させ、干渉縞として情報を記録する情報記録装置であって、
光ビームを出射する光源と、
イメージ情報に基づいて前記信号光の位相をデータ変調する空間光位相変調器とを備え、
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報の２次元データパターンに基づいて位相差が与えられる複数のピクセルを含む、情報記録装置。
【請求項２】
前記光ビームを受けて前記信号光および前記参照光を生成する光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、空間光振幅変調器を含む、請求項１に記載の情報記録装置。
【請求項３】
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報が「１」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差を与えず、前記イメージ情報が「０」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差を与える、請求項１に記載の情報記録装置。
【請求項４】
前記空間光位相変調器は、前記イメージ情報が「０」の場合には隣り合う前記ピクセルの位相差をπとする、請求項３に記載の情報記録装置。
【請求項５】
記録媒体に参照光を照射し情報を再生する情報再生装置であって、
光ビームを出射する光源と、
前記記録媒体からの再生光を受光する撮像素子とを備え、
前記撮像素子は、前記再生光の位相変調によって引き起こされる干渉縞の明暗の分布に基づく強度変化を検出する複数のピクセルを含む、情報再生装置。
【請求項６】
前記光ビームを受けて前記参照光を生成する光学素子をさらに備え、
前記光学素子は、空間光振幅変調器を含む、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項７】
前記撮像素子は、隣接する前記ピクセルの境界において、位相変調によって与えられた前記再生光の情報を干渉によって生じる強度分布として検出する、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項８】
前記撮像素子は、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する構造を有する、請求項５に記載の情報再生装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布を検出し、データ変調と関係しない方向の明暗分布を検出しない矩形形状の受光部を含む、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、六角形の形状を有する前記複数のピクセルをハニカム形状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、前記複数のピクセルを格子状に配列することにより、データ変調と関係する方向の明暗分布を、データ変調と関係しない方向の明暗分布と分離して検出する、請求項８に記載の情報再生装置。
【請求項１２】
前記撮像素子で検出された検出像に基づいて、前記反射光による干渉縞の明暗分布のうち、データ変調と関係する方向の明暗分布をデータ変調に用い、データ変調と関係しない方向の明暗分布を前記データ変調のエラー訂正に用いるデコーダをさらに備える、請求項５〜１１のいずれかに記載の情報再生装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、光軸方向において結像位置付近で干渉縞の明暗分布が最大となる位置に配置される、請求項５〜１１のいずれかに記載の情報再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１３０１３７（Ｐ２００８−１３０１３７Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１２７１７（Ｐ２００６−３１２７１７）
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２０日（２００６．１１．２０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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