JP2005135479A - ホログラム記録再生装置、ホログラム記録再生方法、位相変調パターンの表示方法及び位相変調パターンの作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変調多重方式によりデータを多重記録した際に、位相変調パターンを形成する部分パターンの空間周波数によらずどの部分でも目的の変調量で精度良く光位相変調することができるようにすること。
【解決手段】制御部２８は光位相変調情報を与える位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では表示信号レベルを大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを位相変調器２２に表示する。これにより、位相変調器２２では空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して参照光又は再生光を精度良く光位相変調することができ、これにより、クロストークを抑えて、Ｓ／Ｎ比の良好な記録再生を行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、位相変調多重方式によりホログラムを記録再生するホログラム記録再生装置及び方法に係り、特に参照光または再生光を空間光位相変調（以降単に光位相変調と称する）する際に用いる位相変調パターンの表示方法及び位相変調パターンの作成方法に関する。

近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージの候補として注目を集めているホログラフィックメモリの実用化へ向けて、急速に開発が進められており、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ム記録再生システムが提案されている。

このホログラムストレージの記録再生システムでは、図１１に示すように、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッター４を通してビームスプリッター６に入射し、信号光１００と参照光２００に分岐される。信号光１００はミラー８を介して空間光変調器１０に入射され、信号光はデータページを表示した空間光変調器１０で強度変調される。変調された信号光はレンズ１２によりホログラム記録メディア１４に集光される。一方、参照光２００はミラー１６を介してホログラム記録メディア１４を照射するため、ホログラム記録メディア１４内において、この信号光１００と参照光２００が重ねあわされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１４に微細な疎密パターンとして記録される。

ホログラム記録メディア１４に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の再生光をホログラム記録メディア１４に入射させることにより、ホログラム記録メディア１４に記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光がレンズ（逆フーリエレンズ）１８によりＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２０に結像される。撮像素子２０は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は解析されて画像データとして再生される。

ところで、ホログラフィックメモリの記憶容量は、光ディスクの記憶容量が面記録密度で決められるに対して体積記録密度で決められる。データをホログラフィックに記録する場合、ホログラム記録メディア１４には記録データが直接記録されるのではなく、信号光と参照光の干渉縞が記録されるため、ひとつのホログラムスポット（データページ）に１Ｍバイトのデータを割り当てるということも可能となる。ホログラム記録メディアの体積を利用し、このデータページの多重記録を繰り返して行くと、数１００Ｇバイトを上回る大容量を実現できることになる。通常の体積ホログラムの多重は、各データページに関して参照光を固定せずに、何らかの変化を持たせて同じ場所に或いは、ほとんど同じ場所に異なる干渉縞を記録し、異なる参照光（再生光）間でＢｒａｇｇ選択性を持たせることにより実現される。代表的な多重方式としては、角度多重、シフト多重、波長多重、位相変調多重などがある。

上記のような多重方式の中で位相変調多重方式に着目すると、この位相変調多重方式は他の方式と大きく異なる点があり、それは光学系内でメカニカルに参照光の角度を変化させたり、ホログラム記録メディアをシフトさせたりするのではなく、光学部品は全て固定したままで、参照光を空間光変調器で光位相変調して様々な位相を有する参照光を生成し、各参照光毎に信号光と干渉させてホログラム記録メディアの同一記録領域（スポット）にデータを多重記録する方式で、この光の位相という特性を用いることにより、再生データのＳ／Ｎ比を低下させる原因の一つであるクロストークを大幅に減らせるという利点がある。

これまでに報告されている位相変調多重方式を用いたホログラムメモリに関する文献は、いずれも１次元の空間光位相変調器を用いた場合についてのものばかりである。１次元の位相変調器を使った実験で１８０多重したという報告が、１９９８年にＤｅｎｚらによってなされている（例えば非特許文献１参照）。

位相変調多重方式において、クロストークのない多重記録を実現するために実際の光学系に課せられる条件は、まず参照光が均一な明るさで且つ、後述するように正確に０かπに変調されることである。この条件は空間光位相変調器が１次元の場合でも２次元の場合でも変わらないが、いずれにしても空間光相変調器のサイズが大きくなるほど参照光での均一照射は困難になる。また、レンズの収差によっても参照光の領域によって光波の平行度が異なってくるため、直交性が満たされない状況になってしまう。

空間光位相変調器を２次元化することによる利点は、効率良く多重度を増やせるといことにある。空間光位相変調器に位相変調パターン（位相アドレスパターン）を表示するとき、ある分解能より細かいピッチでパターンを表示しても、それらのパターンの間に選択性が作用しなくなるために、異なるデータページを独立に再生することが不可能となる。この分解能の限界は、Ｂｒａｇｇ条件でも決まるが、実際にホログラムとして記録されているのは、参照光の光学系に組まれている拡散体によるスペックルパターンである。よって、実際には空間光位相変調器の解像度にも依存することになる。それ故、分解能が決まってしまうと、多重度を増していくためには空間光位相変調器のサイズを大きくしていかなければならないことになるが、たとえば、同じ多重度を確保するために１次元空間光位相変調器の横寸法（幅）は、２次元の場合の平方倍となる。先ほど述べたが、空間光位相変調器の表示領域が大きくなるほど、光学的に不利な条件も増すので、２次元パターンで表示できた方が有利となるのは明らかである。
C. Denz, Kai-Oliver Muller, Thorsten Heimann, and Theo Tschudi, "Volume Holographic Storage Demonstrator Based on Phase-Coded Multiplexing ", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 832(1998)

上記のように位相変調多重方式では、２次元の空間光位相変調器を用いることが光学的な負担が少なく有利である。この２次元の空間光位相変調器により参照光を光位相変調するには位相変調情報を与える位相アドレスコードに対応する位相変調パターンを作成し、この位相変調パターンが表示された空間光位相変調器により参照光を光位相変調する。これにより、位相変調パターン毎に光位相変調された参照光を生成し、各参照光と信号光の干渉縞を同一記録領域に多重記録する。その際、位相アドレスコードはパターンもその周波数も直交コード同士で異なっている。このため、空間光位相変調器に表示される位相変調パターンの中である部分のパターンは空間周波数が低いため良好な精度で光位相変調されるが、別の部分のパターンは空間周波数が高いため、光位相変調が目的の変調量からずれるということが生じる。このような空間光位相変調器による光位相変調に斑が生じると、クロストークが増加して、再生信号のＳ／Ｎ比が悪化するという問題が生じる。

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、位相変調多重方式によりデータを多重記録した際に、位相変調パターンを形成する部分パターンの空間周波数によらずどの部分でも目的の変調量で精度良く光位相変調することができるホログラム記録再生装置、ホログラム記録再生方法、位相変調パターンの表示方法及び位相変調パターンの作成方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成する位相変調パターン作成手段と、前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示し、この表示された位相変調パターンによって前記第２の光ビームを光位相変調する光位相変調手段とを具備し、前記光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一領域に多重記録することを特徴とする。

このように本発明のホログラム記録装置では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では表示信号レベル（輝度レベルに対応）を大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して第２の光ビーム（参照光）を精度良く光位相変調することができ、クロストークを抑えて、Ｓ／Ｎ比の良好な記録を行うことができる。

また、本発明は、干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生装置であって、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成する位相変調パターン作成手段と、前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示し、この表示された位相変調パターンによって前記光ビームを光位相変調する光位相変調手段とを具備し、前記光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体に照射して前記回折光を得ることを特徴とする特徴とする。

このように本発明のホログラム再生装置では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では表示信号レベルを大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して光ビーム（再生光）を精度良く光位相変調することができ、クロストークを抑えて、前記回折光からＳ／Ｎ比の良好な再生信号を得ることができる。

また、本発明は、記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示するステップと、前記表示された位相変調パターンによって前記第２の光ビームを光位相変調するステップとを具備し、前記光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一領域に多重記録することを特徴とする。

このように本発明のホログラム記録方法では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、例えは空間周波数が高い部分では表示信号レベルを大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して第２の光ビーム（参照光）を精度良く光位相変調することができ、クロストークを抑えて、Ｓ／Ｎ比の良好な記録を行うことができる。

また、本発明は、干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生方法であって、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示するステップと、前記表示された位相変調パターンによって前記光ビームを光位相変調するステップとを具備し、前記光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体に照射して前記回折光を得ることを特徴とする。

このように本発明のホログラム再生方法では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、例えは空間周波数が高い部分では表示信号レベルを大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して光ビーム（再生光）を精度良く光位相変調することができ、クロストークを抑えて、前記回折光からＳ／Ｎ比の良好な再生信号を得ることができる。

また、本発明は、光ビームを光位相変調する際に空間光位相変調器に表示する位相変調パターンの表示方法であって、位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを前記空間光位相変調器に表示するステップを有することを特徴とする。

このように本発明の位相変調パターンの表示方法では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では表示信号レベルを大きくし、低い部分では表示信号レベルを小さくするように変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して光ビームを精度良く光位相変調することができる。

また、本発明は、空間光位相変調器により光ビームを光位相変調する際に前記空間光位相変調器に表示する位相変調パターンの作成方法であって、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測するステップと、前記計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定するステップと、前記設定した表示信号レベルを前記作成された位相変調パターンにリンクするステップとを具備することを特徴とする。

このように本発明の位相変調パターンの作成方法では、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測し、計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定し、この設定された表示信号レベルを位相変調パターンにリンクしてあるため、この位相変調パターンをリンクしてある表示信号レベルにしたがって空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して光ビームを精度良く光位相変調することができる。

本発明によれば、光位相変調情報を与える位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて、空間周波数が高い部分では空間光位相変調器への表示時の信号レベルを大きくし、低い部分では信号レベルを小さくするように変化させて表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して参照光及び再生光を精度良く光位相変調することができ、これにより、クロストークを抑えて、Ｓ／Ｎ比の良好な記録再生を行なうことができる。
また、上記効果により位相変調多重記録の多重度を上げても、クロストークが少ないＳ／Ｎ比の良い再生信号を得ることができるため、ホログラム記録メディアの記録容量を増大させることができる。

位相変調多重方式によりデータを多重記録した際に、位相変調パターンを形成する部分パターンの空間周波数によらずどの部分でも目的の変調量で精度良く光位相変調する目的を、位相アドレスコードから作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて前記位相変調パターンを空間光位相変調器に表示することにより、空間周波数の高低により目的の変調量からのずれを補正して参照光及び再生光を精度良く光位相変調することよって実現した。

図１は、本発明の一実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示した概略図である。但し、従来例と同一の部分は同一符号を用いて説明する。ホログラム記録再生装置は、レーザー光源２、シャッター４、ビームスプリッター６、ミラー８、空間光変調器１０、信号光用レンズ（フーリエレンズ）１０、ホログラム記録メディア１４、ミラー１６、レンズ（逆フーリエレンズ）１８、ＣＣＤ等の撮像素子２０、２次元の空間光位相変調器（以降、単に位相変調器と称する）２２、レンズレットアレイ２４、参照光（または再生光）用レンズ（フーリエレンズ）２６を有して構成されている。但し、特許請求の範囲のホログラム記録媒体はホログラム記録メディア１４に相当し、光位相変調手段は制御部２８（図２参照）と空間光位相変調器２２に相当し、受光素子は撮像素子２０に相当する。

図２は図１に示したホログラム記録再生装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。信号処理系は、パーソナルコンピュータなどの制御部２８がシャッター４の開閉制御、空間光変調器１０のデータページの表示制御、後述する位相アドレスコードに対応する位相変調パターンの２次元の位相変調器２２への表示制御、撮像素子２０の受光信号から画像データを再生する制御を行うように構成されている。但し、特許請求の範囲の位相変調パターン作成手段は制御部２８に相当する。

図３は図１に示した位相変調器２２の構成を示した斜視図である。位相変調器２２は液晶表示部（ＬＣＤ）２２１と透明電極部２２２との間に液晶層２２３が挟持されて構成され、液晶表示部２２１の液晶層２２３側の面には光の強度により電圧が変わる透明な光導電層（図示せず）が貼られている。後述する位相変調パターンが液晶表示部２２１に表示されると、書き込み光９１の透過度が黒（０変調）と白（π変調）部分で異なるため、光導電層の電圧が変調度に対応して変わる。このため、一定の電圧が印加されている透明電極部２２２との間にある液晶層２２３にかかる電圧が変調度に対応して変わり、その間の液晶層２２３の屈折率が変調度に対応して制御されることになる。これにより、液晶表示部２２１に表示される位相変調パターンに応じて、液晶表示部２２１の背後から入射される書き込み光（参照光２００又は再生光）９１は液晶層２２３を通過する時に位相変調され、位相変調された読み出し光（位相変調された参照光２００又は再生光）９２が透明電極部２２２から出射する。

尚、２次元の位相変調器２２としては、浜松ホトニクス製のＰＰＭＸ８２６７を用い、その性能は、入力信号ＸＧＡレベル、制御画素数約５９００００（画素）、有効画面サイズ２０×２０ｍｍ、位相変調量２π以上である。

次に本実施の形態の動作について説明する。まず、制御部２８は空間光変調器１０に記録するデータページを表示すると共に、２次元の位相変調器２２に位相変調パターンを表示した後、シャッター４を開く。これにより、レーザー光源２から出射された干渉性を持つレーザー光はシャッター４を通してビームスプリッター６に入射し、信号光（第１の光ビーム）１００と参照光（第２の光ビーム）２００に分岐される。信号光１００はミラー８を介して空間光変調器１０に入射され、信号光１００はデータページを表示した空間光変調器１０で強度変調される。強度変調された信号光１００はレンズ１２によりホログラム記録メディア１４に集光される。

一方、参照光２００はミラー１６を介して２次元の位相変調器２２に入射され、ここで光位相変調（以降単に位相変調と称する）された後、レンズレットアレイ２４、レンズ２６を介してホログラム記録メディア１４に上記信号光１００に重なるように集光される。これにより、ホログラム記録メディア１４の記録領域において、この信号光１００と参照光２００が重ねあわされて、その結果形成される干渉縞がホログラム記録メディア１４に微細な疎密パターンとして記録される。

ホログラム記録メディア１４に記録されたデータを再生するには、参照光２００と同一の再生光をホログラム記録メディア１４に入射させることにより、ホログラム記録メディア１４に記録されている干渉縞に対応する回折光としてデータが再生され、この回折光がレンズ１８によりＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２０に結像される。撮像素子２０は受光した回折光を光電変換し、得られた受光信号は制御部２８により解析されて画像データとして再生される。

ここで、参照光２００を変調する２次元の位相変調器２２に表示される位相変調パターンについて図４を参照してさらに詳しく説明する。位相変調器２２には、参照光２００を光位相変調する位相変調パターンが図４に示すように表示される。参照光２００は位相変調器２２に平面波として入射し、位相変調パターンにより記録多重度に応じて光位相変調される。

その後に、レンズ２６によってそれぞれの位相を持った参照光２００がホログラム記録メディア１４の同一の領域に入射し、空間光変調器１０で強度変調を受け、レンズ１２により入射される信号光１００と干渉縞を形成する。位相変調多重記録されたデータページを再生する際は、各データページを記録した際に用いた位相変調パターンと同一の位相変調パターンで光位相変調された再生光を、記録時と同一角度でホログラム記録メディア１４に入射させると、同一の記録領域から対応するデータページを独立に再生することができる。

ところで、ホログラム記録メディア１４のひとつの記録領域に位相変調多重方式でデータページを多重記録した場合、各データページ間でクロストークのない状況は、以下の式（１）で表される。

この式（１）において、χ・χ＊はユニタリ行列で、ｉ番目のデータページの記録に用いた参照光２００の位相アドレスが示されている。この式（１）の行列から、互いに直交するＮ個の列（あるいは行）が得られ、行列要素が位相アドレスコードの位相項に相当し、これが最大多重（Ｎ多重）可能な位相アドレスコードとなる。

この位相アドレスコードは、一般に、Ｗａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄ（アダマール）行列（Ｈ−行列）を用いて生成される。このＨ−行列は、行列の２辺の要素を除いて１と−１を同数含んでおり、以下のようなアルゴリズムでＨ−行列は生成される。

ここで、式（２）で示されるＨ−行列各要素の１を変調０、−１を変調πに対応させれば、式（１）を満たす位相直交アドレスコードとなる。

位相変調多重方式の場合、以上で示したようにＢｒａｇｇ条件に従って回折される光波のうち、クロストークに寄与する余計な光波同士が干渉して弱められ、消失するという特徴をもっている。この原理によりデータの多重記録が可能で、他の多重方式と比較してＳ／Ｎ比を飛躍的に向上させることができる。

次にＨ−行列によって得られる直交コード（位相アドレスコード）と、位相変調器２２で表示する位相変調パターンとの対応関係について説明する。直交コードを位相変調器２２の表示パターンに対応させる方法として、最も簡単なのは、参照光２００を２次元格子状に多重度Ｎ分割し、各セルに直交コードのひとつの要素を対応させるという方法である。Ｈ−行列のＨ（４）の場合は、式（３）に示すように表され、位相アドレスコードは（φｉ１、φｉ２、φｉ３、φｉ４）となる。

この式（３）の右辺で示した位相アドレスコードφ１、φ２、φ３、φ４に対応して位相変調パターンが作成される。これら位相変調パターンにより位相アドレスコードは２次元の平面上に割り振られることになる。したがって、位相変調パターンは図５（Ａ）に示すように、位相変調器２２の表示面を４分割し、各分割部に０かπに対応するパターンを有している。図５（Ｂ）は実際の位相変調パターンを示したもので、０は黒で、πは白で表している。この図５（Ｂ）では、位相アドレスコードφ１、φ２、φ３、φ４に対応する位相変調パターンがそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示されている。

そこで、制御部２８は、図５（Ｂ）で示される位相変調パターンＰ１を位相変調器２２に表示すると共に、データページＤ１（図示せず）を空間光変調器１０に表示して、前述した如く、ホログラム記録メディア１４の記録領域にデータページＤ１をホログラム記録する。次に、制御部２８は、図５（Ｂ）で示される位相変調パターンＰ２を位相変調器２２に表示すると共に、データページＤ２を空間光変調器１０に表示して、ホログラム記録メディア１４の前記と同一の記録領域にデータページＤ２をホログラム記録する。これを繰り返すことにより、データページＤ１からＤ４までの４ページのデータがホログラム記録メディア１４の同一の記録領域に位相変調多重記録される。

再生時には、位相変調器２２に位相変調パターンＰ１からＰ２を順次表示して、参照光２００と同一の再生光を生成し、これら再生光をホログラム記録メディア１４の前記記録領域に照射することにより、順次データページＤ１〜Ｄ４を読み出して再生することができる。

ところで、ホログラムの多重度に比例して位相変調器２２のピクセルアレイの分割数も増やしていく必要がある。図６（Ａ）は多重度が少ない位相変調パターン例で、図６（Ｂ）は多重度が多い位相変調パターン例であり、多重度が高くなるとパターンの空間周波数が高くなっているため、上記のように位相変調器２２のピクセルアレイの分割数も増加している。その上、図６（Ｂ）に示すように、分割数が増えた位相アドレスパターンには、１ページのパターン中に、０とπの変調領域の繰り返しが非常に疎な部分もあれば、逆に密な部分もある。

これまでのところ実現されている位相変調器では、１ピクセルサイズが２６μｍでＸＧＡの信号を表示できるものが存在する（例えば浜松ホトニクス社製）。この位相変調器（Ｐ−ＳＬＭモジュール）の特徴は、一般的な電気信号入力型ＬＣＤと比べて光利用効率が大きいことにあるが、その理由は、Ｐ−ＳＬＭモジュールでは、光学像伝達素子により電気アドレス型ＬＣＤと位相変調ＳＬＭを結合させて非画素化構造を実現していることに因る。この構造では、光の利用効率が高いという利点がある反面、ＭＴＦ（変調伝達関数）の限界によって隣りの画素情報の漏れこみが生じる。この漏れこみは、位相変調コードの直交性に影響を与えるため、クロストークを生じやすい位相アドレスコードができてしまうという不都合がある。本実施の形態では、位相変調器２２として浜松ホトニクス社製の位相変調器と同構造の位相変調器を用いることを想定しているため、上記不都合を以下に説明する方法により解決している。

Ｐ−ＳＬＭモジュールにおける画素情報とは、グレースケールの信号レベル（位相変調パターンを表示する液晶表示部２２１に印加する信号レベル（表示信号レベル））を指しており、この信号レベルに光の位相変調量が対応している。仮に、ＭＴＦ＝１とすると、変調量０とπに対応した信号レベルを図７（Ａ）に示すようにＰ−ＳＬＭの１画素ごと交互に与えれば、各画素ごとに光は正確に０とπに変調される。しかしながら、ＭＴＦ≠１だと、０とπに対応した信号レベルを図７（Ｂ）に示すように各画素に与えたとしても、それらの信号間でクロストークが生じて本来２値の信号が連続的に変化する値を持ってしまい、位相の変調量もそれに応じた連続値となってしまう。

位相アドレスコードはパターンもその周波数も直交コード同士で異なっており、あるパターンは周波数が低いため良好な精度で位相変調でき、ある別のパターンの周波数が高い部分で位相変調が目的の変調量からずれてしまう。このように位相アドレスコードの直交性が満たされなくなる、すなわち変調量が目的の値からずれると、多重記録したホログラムのクロストークが発生する。

この位相アドレスコードから生成される位相変調パターンの周波数とクロストークによるノイズとの関係を実験的に調べると、パターンの空間周波数が高くなればなるほど、位相変調器２２に表示する際のπ変調領域の信号レベルを大きくすれば、直交条件を満足した状態になり、ノイズを最も小さくすることができる。これは、高周波パターンで完全に正確に２値の変調ができなくとも、パターンの周波数に応じて信号レベルをコントロールすることによって、クロストークを情報読み出しに影響を与えない程度にまで抑え込むことができることを意味する。

そこで、本実施の形態の制御部２８は図８のフローチャートに示すような位相変調パターン及びそれに割り当てる信号レベル（ＰＰＭ入力信号）を作成して、位相変調パターンの空間周波数に応じて、位相変調器２２への表示時の信号レベルを変化させる制御を行っている。まず、位相変調多重記録する際の最大多重度に対応する行列サイズｍが指定されて入力されると（ステップＳ１）、ｍ×ｍのアダマール行列Ｈ（ｍ）を生成し（ステップＳ２）、作成したアダマール行列Ｈ（ｍ）から第１列の要素を除去する（ステップＳ３）。第１列の要素を除去したアダマール行列Ｈ（ｍ）の第２列、第３列、…、第ｎ列をアドレスコードφ１、φ２、…、φｍ−１とし、位相アドレスコード（φ１、φ２、…、φｍ−１）を作成する（ステップＳ４）。

次に、この位相変調アドレスコードのφ１、φ２、…、φｍ−１に対応するｍ−１個の２次元の位相変調パターンを作成する（ステップＳ５）。作成した各位相変調パターンの空間周波数を計数して（ステップＳ６）、位相変調パターンの空間周波数に対応した信号レベルを割り当てる（ステップＳ７）。

ここで、位相変調パターンの空間周波数に対応した信号レベルの割り当てについて詳しく述べる。例えば、位相変調パターンが図９に示すような形態の場合、空間周波数が低いＱ１の部分は、図１０に示した空間周波数（ピクセル数に対応）とπ変調信号レベルの対応テーブルを参照すると、ピクセル数６４以上の部分であるため信号レベルとして１００を割り当てる。図９のＱ２で示した部分はピクセル数１６〜３２までに相当する部分であるため信号レベルとして１０８を割り当てる。但し、パターンを構成する格子の大きさがピクセル数に比例しており、ピクセル数が小さいほど空間周波数が高い部分に対応する。また、Ｑ３で示したパターンの黒の部分は変調０であるため信号のレベルは周波数に拘りなく全てゼロである。

制御部２８は空間周波数毎に表示時の信号レベルを割り当てた位相変調パターンを、内蔵のメモリに記憶する（ステップＳ８）。その後、制御部２８は前記メモリから位相変調パターンを読み出し、空間周波数毎に割り当てられた信号レベルを位相変調器２２に印加して当該位相変調パターンを位相変調器２２に表示する（ステップＳ９）。

位相変調器２２には上記のように空間周波数に応じて信号レベルを変化させて位相変調パターンが表示されているため、位相変調パターンの空間周波数に拘らず全てのパターン部分で目的の位相変調量で光位相変調が行われ、参照光２００の光空間位相変調を良好な精度で行うことができ、それ故クロストークを減少させてＳ／Ｎ比の良い再生信号を得ることができる。

したがって、位相変調多重記録の多重度を上げても、クロストークが少ない、Ｓ／Ｎ比の良い再生信号を得ることができるため、ホログラム記録メディア１４の記録容量を増大させることができる。

また、本発明は上記実施の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。上記実施の形態では本発明をホログラム記録再生装置に適用する例で説明したが、空間光位相変調器を用いて光ビームの光位相空間変調を行う装置であれば、本発明を適用して、目的の変調量からずれない精度の良い光位相変調を行う効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係るホログラム記録再生装置の構成を示した概略図である。 図１に示したホログラム記録再生装置の信号処理系の構成を示したブロック図である。 図１に示した空間光位相変調器の構成例を示した斜視図である。 図１に示した参照光を光位相変調する２次元の位相変調器の動作を説明する斜視図である。 図１に示した２次元の位相変調器に表示される位相変調パターンの生成方法を示した説明図である。 多重度の多寡に応じた位相変調パターン例を示した図である。 図３に示した液晶表示部に変調度に応じて印加される信号レベルを示した波形図である。 図２に示した制御部の位相変調コード及び位相変調パターンの作成手順を示したフローチャートである。 位相変調パターンとその各部に割り当てる信号レベルを示した図である。 図２に示した制御部が位相変調パターンに割り当てる信号レベルを設定する際に参照する空間周波数と信号レベルとの対応関係を示したテーブル図である。 従来のホログラムストレージの記録再生システムの構成例を示した概略図である。

符号の説明

２……レーザー光源、４……シャッター、６……ビームスプリッター、８、１６……ミラー、１０……空間光変調器、１２……信号光用レンズ（フーリエレンズ）、１４……ホログラム記録メディア、１８……レンズ（逆フーリエレンズ）、２０……撮像素子、２２……空間光位相変調器、２４……レンズレットアレイ、２６……参照光用レンズ（フーリエレンズ）、２８……制御部、２２１……液晶表示部（ＬＣＤ）、２２２……透明電極部、２２３……液晶層２２３。

Claims (13)

1. 記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、
   光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成する位相変調パターン作成手段と、
   前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示し、この表示された位相変調パターンによって前記第２の光ビームを光位相変調する光位相変調手段とを具備し、
   前記光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一領域に多重記録することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記光位相変調手段は、前記位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測し、計測した空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
3. 前記光位相変調手段は、２次元の位相変調パターンを表示する空間光位相変調器を有することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
4. 干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生装置であって、
   光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成する位相変調パターン作成手段と、
   前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示し、この表示された位相変調パターンによって前記光ビームを光位相変調する光位相変調手段とを具備し、
   前記光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体に照射して前記回折光を得ることを特徴とするホログラム再生装置。
5. 前記光位相変調手段は、前記位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測し、計測した空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定することを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。
6. 前記光位相変調手段は、２次元の位相変調パターンを表示する空間光位相変調器を有することを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。
7. 記録データによって空間光変調された第１の光ビームを第２の光ビームと干渉させることにより生じる干渉縞をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、
   光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、
   前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示するステップと、
   前記表示された位相変調パターンによって前記第２の光ビームを光位相変調するステップとを具備し、
   前記光位相変調された第２の光ビームと前記空間光変調された第１の光ビームの干渉縞を前記ホログラム記録媒体の同一領域に多重記録することを特徴とするホログラム記録方法。
8. 前記位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測するステップと、前記計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定するステップとを具備することを特徴とする請求項７記載のホログラム記録方法。
9. 干渉縞が記録されているホログラム記録媒体に光ビームを照射することにより発生する回折光を受光素子で受光することにより読み出してデータを再生するホログラム再生方法であって、
   光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、
   前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを表示するステップと、
   前記表示された位相変調パターンによって前記光ビームを光位相変調するステップとを具備し、
   前記光位相変調された光ビームを前記ホログラム記録媒体に照射して前記回折光を得ることを特徴とするホログラム再生方法。
10. 前記位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測するステップと、前記計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定するステップとを具備することを特徴とする請求項９記載のホログラム再生方法。
11. 光ビームを光位相変調する際に空間光位相変調器に表示する位相変調パターンの表示方法であって、
    位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数に応じて表示信号レベルを変化させて当該位相変調パターンを前記空間光位相変調器に表示するステップを有することを特徴とする位相変調パターンの表示方法。
12. 前記位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測するステップと、前記計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定するステップとを具備することを特徴とする請求項１１記載の位相変調パターンの表示方法。
13. 空間光位相変調器により光ビームを光位相変調する際に前記空間光位相変調器に表示する位相変調パターンの作成方法であって、
    光位相変調情報を与える位相アドレスコードから位相変調パターンを作成するステップと、
    前記作成された位相変調パターンを形成する各部のパターンの空間周波数を計測するステップと、
    前記計測された空間周波数に対応する表示信号レベルを前記各部のパターン毎に設定するステップと、
    前記設定した表示信号レベルを前記作成された位相変調パターンにリンクするステップと、
    を具備することを特徴とする位相変調パターンの作成方法。
    
    
    
    
    
    
    
    

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