JP2007305218A - Angle multiple hologram recording and reproducing device, and angle multiple hologram recording and reproducing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角度多重ホログラム記録再生装置および角度多重ホログラム記録再生方法に関し、特に、離散的なデジタルデータ（例えば大容量の保存用アーカイブデータ）のホログラフィックメモリへの記録再生を行う装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an angle multiplex hologram recording / reproducing apparatus and an angle multiplex hologram recording / reproducing method, and more particularly to an apparatus and method for recording / reproducing discrete digital data (for example, large-capacity archive data for storage) to / from a holographic memory. Is.
近年、情報記録において光ディスクなどの光情報記録媒体が普及しつつある。また、より高速・大容量を目指した次世代光情報記録媒体の研究・開発が活発に行われている。 In recent years, optical information recording media such as optical discs are becoming popular in information recording. In addition, research and development of next-generation optical information recording media aiming at higher speed and larger capacity is being actively conducted.
光ディスクの記録容量を高める技術としては、記録再生光の短波長化、記録再生光学系における対物レンズの高ＮＡ化（高開口数化）、記録マークの多値化、あるいは体積ホログラム記録などが挙げられる。中でも体積ホログラム記録は、従来の面内記録だけではなく、媒体の厚み方向へも記録することが可能であり、他の技術に比べて高速化と飛躍的な容量の増大が期待できるため注目を集めつつある。 Technologies for increasing the recording capacity of an optical disk include shortening the wavelength of recording / reproducing light, increasing the NA of the objective lens (high numerical aperture) in the recording / reproducing optical system, increasing the number of recording marks, or volume hologram recording. It is done. In particular, volume hologram recording can be recorded not only in the conventional in-plane recording, but also in the thickness direction of the medium, and is expected to increase speed and dramatically increase capacity compared to other technologies. Collecting.
以下、一般的な角度多重ホログラム記録再生光学系を記録系と再生系に分けて説明する。まず、図７（ａ）は、一般的な角度多重ホログラム記録系を表す概念図である（例えば、非特許文献１等を参照）。図示されないレーザ光源から出射されたコヒーレントなレーザビームはビームスプリッタ等により２系のビームに分岐され、それぞれ信号光（物体光）および参照光として機能せしめられる。 Hereinafter, a general angle-multiplexed hologram recording / reproducing optical system will be described separately for a recording system and a reproducing system. First, FIG. 7A is a conceptual diagram showing a general angle multiplex hologram recording system (for example, see Non-Patent Document 1). A coherent laser beam emitted from a laser light source (not shown) is split into two beams by a beam splitter or the like, and functions as signal light (object light) and reference light, respectively.
記録すべきデジタル情報はページデータと称される２次元配列に整列され、ＳＬＭ（空間光変調器：Spatial Light Modulator）１１４に順次表示される。ＳＬＭ１１４としては、液晶表示パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Digital Micromirror Device）等のライトバルブが用いられる。ＳＬＭ１１４上の各ピクセルがページデータ上の２値のデジタル情報に応じて光を通過（透過または反射）／遮断することで、空間的に光を変調する。この変調処理により信号光が生成される。信号光はＦＴＬ（フーリエ変換レンズ：Fourier Transform Lens）１１６によって光学的にフーリエ変換されてホログラム記録媒体１０８へ照射される。このとき記録媒体１０８中の信号光が通過する場所へ、別角度から参照光を同時に照射すると記録媒体１０８内部の体積中に光の干渉縞が生じ、この縞分布を屈折率分布などの形態で記録媒体１０８の記録領域１０９に転写することによりホログラム記録を行う。そして、異なるページデータをＳＬＭ１１４に表示させつつ、参照光の記録媒体１０８への入射角度を少しずつ変化させることにより、互いに異なるページデータを記録媒体１０８中の同一領域へ多重記録することが可能となり、高密度な情報格納が可能となる。
Digital information to be recorded is arranged in a two-dimensional array called page data, and is sequentially displayed on an SLM (Spatial Light Modulator) 114. As the SLM 114, a light valve such as a liquid crystal display panel or DMD (Digital Micromirror Device) is used. Each pixel on the
一方、図７（ｂ）は一般的な角度多重ホログラム再生系を表す概念図である。この再生系においては、上記の如くして記録した際の参照光の入射角度と同一角度で、参照光を記録媒体１０８に入射せしめることにより、同一の記録領域１０９に複数のページデータが多重記録されていても、所望するページデータのみを選択的に取り出し、ＦＴＬ１１７を介して撮像素子１１８にて受光することができる。ここに、角度多重方式は角度選択性を利用した多重記録再生方式であるといえる。 On the other hand, FIG. 7B is a conceptual diagram showing a general angle multiplex hologram reproducing system. In this reproduction system, a plurality of page data are multiplexedly recorded in the same recording area 109 by causing the reference light to enter the recording medium 108 at the same angle as the incident angle of the reference light when recording as described above. Even in such a case, only desired page data can be selectively extracted and received by the image sensor 118 via the FTL 117. Here, it can be said that the angle multiplexing method is a multiple recording / reproducing method using angle selectivity.
また、角度多重方式の特長の一つとして、記録媒体の体積収縮の影響を補正することが容易ということが挙げられる。すなわち、記録媒体材料としてフォトポリマ系材料を使用する場合、重合による体積収縮が避けられず、大きな問題となっているが、角度多重方式では、その収縮量に応じて再生時の参照光角度を僅かに補正するだけで、データ情報を良好に読み出すことができ、このような問題を解決することができる。これは、参照光の偏向手段を本来的に備えている角度多重方式ならではの特長といえる。 One of the features of the angle multiplexing method is that it is easy to correct the influence of volume shrinkage of the recording medium. That is, when using a photopolymer material as a recording medium material, volume shrinkage due to polymerization is unavoidable, which is a big problem, but in the angle multiplexing method, the reference beam angle during reproduction is set according to the shrinkage amount. Data information can be read satisfactorily with only a slight correction, and such a problem can be solved. This can be said to be a unique feature of the angle multiplexing system that inherently includes the reference light deflection means.
ところで、記録媒体中の同一領域にページデータを角度多重して記録した後、この記録媒体の空間位置をシフトさせ、同様の角度多重記録をシフトさせた他の領域において行うことにより、記録媒体全体で大量のデータを格納することが可能となる。 By the way, after page data is angle-multiplexed and recorded in the same area of the recording medium, the spatial position of the recording medium is shifted, and the same angle-multiplexed recording is performed in another shifted area, thereby the entire recording medium. It becomes possible to store a large amount of data.
しかしながら、従来の角度多重記録技術では、参照光として平面波状の波面を有する光を用いており、この場合には位置シフト量を極めて大きくしなければ、隣接する領域同士に対する記録再生を完全に分離することが困難でありクロストークが生じるため、さらなる高密度化が難しかった。したがって、今後要求される高密度記録の実現には、同一の記録領域に幾つのページデータを分離可能に角度多重できるかという角度選択性によるページ間分離に加え、記録媒体の記録領域上でどの程度の近接距離までページデータを分離可能にシフト記録できるかという位置シフト選択性による隣接領域間分離の程度が重要になってくる。 However, in the conventional angle multiplex recording technique, light having a plane wavefront is used as the reference light. In this case, unless the position shift amount is very large, recording / reproduction for adjacent areas is completely separated. Since it is difficult to perform crosstalk and it is difficult to further increase the density. Therefore, in order to realize high-density recording that will be required in the future, in addition to the separation between pages by angle selectivity of how many pieces of page data can be angle-multiplexed in the same recording area, which on the recording area of the recording medium The degree of separation between adjacent regions based on the position shift selectivity, that is, whether page data can be shifted and recorded in a separable manner up to a certain proximity distance becomes important.
図８（ａ）、（ｂ）は、従来の角度多重記録技術（参照光が平面波）を用いた場合の、角度選択性（ａ）および位置シフト選択性（ｂ）の大きさを検証する実験データを示すものである。 FIGS. 8A and 8B are experiments for verifying the degree of angle selectivity (a) and position shift selectivity (b) when a conventional angle multiplex recording technique (reference light is a plane wave) is used. Data is shown.
すなわち、図８（ａ）に示す角度選択性の実験結果によれば、再生時において参照光の角度が記録時の角度から0.2度程度ずれた場合には、データの読み出しが困難となることが明らかである。換言すれば、0.2度ずれた角度で別のページデータを記録すれば、各々のページデータを分離して再生できることを示す。このように、角度選択性は角度多重方式の多重能力における重要な指標の１つである。例えば、参照光を−10度から＋10度まで0.2度ステップで入射させることで角度多重記録すれば、同一の記録領域に101枚のページデータを記録できる。 That is, according to the experimental results of the angle selectivity shown in FIG. 8A, it is difficult to read data when the angle of the reference light is shifted by about 0.2 degrees from the recording angle during reproduction. it is obvious. In other words, each page data can be separated and reproduced by recording another page data at an angle shifted by 0.2 degrees. Thus, angle selectivity is one of the important indicators in the multiplexing capability of the angle multiplexing system. For example, 101 pages of data can be recorded in the same recording area if angle multiplex recording is performed by causing the reference light to enter from −10 degrees to +10 degrees in steps of 0.2 degrees.
一方、図８（ｂ）に示す位置シフト選択性の実験結果に示すように、Ｘ軸およびＹ軸のいずれの方向においても選択性が低いものとなっている（Ｙ軸は信号光の軸と参照光の軸とを含む面に対して垂直とし、Ｘ軸は記録媒体表面上でＹ軸と直交する軸としている（図７（ａ）参照））。このため、一の領域への情報記録を行った後、記録媒体を十分に大きな距離だけシフトさせなければ、別の領域への情報記録を行うことができないことになり、このことがさらなる高密度記録を妨げる大きな要因となっていた。 On the other hand, as shown in the experimental results of position shift selectivity shown in FIG. 8B, the selectivity is low in both the X-axis and Y-axis directions (the Y-axis is the signal light axis). The X axis is perpendicular to the Y axis on the surface of the recording medium (see FIG. 7A)). For this reason, after recording information in one area, it is impossible to record information in another area unless the recording medium is shifted by a sufficiently large distance. It was a major factor that hindered recording.
なお、１つの記録領域のサイズを小さくすれば隣接する領域間のピッチを狭くできるため高密度化が可能であるが、ＦＴＬ（収束レンズ）として高ＮＡかつ低収差のものが必要となり大幅なコストアップにつながる。あるいは、所望の領域からの再生信号と共に隣接する領域からのクロストーク成分も同時に出射されてしまうことが問題となる。すなわち、このクロストーク成分を除去するため、ポリトピックフィルタと称される開口を用いる手法が知られている（上記特許文献１参照）が、そのクロストーク成分除去にも限界があり、領域間ピッチをせいぜい数百μm程度までしか小さくできないため、記録密度の向上に制約が生じていた。 Note that if the size of one recording area is reduced, the pitch between adjacent areas can be narrowed, so that the density can be increased. However, an FTL (converging lens) with a high NA and low aberration is required, resulting in significant cost. Leading up. Alternatively, there is a problem that a crosstalk component from an adjacent region is simultaneously emitted together with a reproduction signal from a desired region. That is, in order to remove the crosstalk component, a technique using an aperture called a polytopic filter is known (see Patent Document 1). However, since it can only be reduced to several hundred μm at most, there is a restriction on improvement of recording density.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、角度多重方式によりホログラムの記録再生を行う際に、コスト上昇を抑制しつつ、位置シフト選択性による隣接領域間分離距離を短縮して、高密度の情報記録を可能とし得るホログラム情報記録再生装置および方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when performing hologram recording / reproduction by the angle multiplexing method, while suppressing an increase in cost, the separation distance between adjacent regions by position shift selectivity is shortened, and high density is achieved. It is an object of the present invention to provide a hologram information recording / reproducing apparatus and method capable of recording such information.
本発明のホログラム情報記録再生装置は、角度多重方式によりホログラムの記録再生を行う装置であって、参照光の偏向手段に位相変更手段を一体的に具備させることで、波面の自己相関が急峻なスペクトルを有する参照光を生成し、位置シフト選択性を高めることにより上記課題を解決するものである。 The hologram information recording / reproducing apparatus of the present invention is an apparatus for recording / reproducing a hologram by an angle multiplexing method, and the auto-correlation of the wavefront is abrupt by integrally providing the reference light deflecting means with the phase changing means. The above-described problem is solved by generating a reference beam having a spectrum and enhancing the position shift selectivity.
すなわち、本発明のホログラム情報記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に干渉光による干渉縞をホログラフィック記録し、記録された前記データ情報を再生する角度多重ホログラム記録再生装置において、
前記データ情報の記録再生を行う際に、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を逐次変更する参照光偏向手段と、該参照光の位相を空間的に変化させる参照光位相変更手段とを、一体的に設けるとともに、前記ホログラム記録媒体の記録再生領域を微小距離ずつシフトさせる記録媒***置シフト手段を備えたことを特徴とするものである。
That is, the hologram information recording / reproducing apparatus according to the present invention holographically records interference fringes due to interference light on a hologram recording medium by causing signal light carrying data information and reference light to interfere with each other, and recording the recorded data information. In the angle multiplexing hologram recording / reproducing apparatus to reproduce,
Reference light deflecting means for sequentially changing the incident angle of the reference light to the hologram recording medium when recording and reproducing the data information, and reference light phase changing means for spatially changing the phase of the reference light And a recording medium position shifting means for shifting the recording / reproducing area of the hologram recording medium by a minute distance.
ここで、前記参照光偏向手段が、前記参照光の反射角度を変化させ得る鏡面体から構成され、該鏡面体に前記参照光位相変更手段が付設されていることが好ましい。 Here, it is preferable that the reference light deflecting unit is composed of a mirror body capable of changing a reflection angle of the reference light, and the reference light phase changing unit is attached to the mirror body.
また、前記位相変更手段は、前記鏡面体に塗布された、微粒子を含む光拡散層から構成してもよいし、前記鏡面体に付設された、ホログラフィック拡散膜から構成してもよいし、前記鏡面体に付設された、既知の不規則パターンを有する位相板から構成してもよい。 Further, the phase changing means may be composed of a light diffusion layer containing fine particles applied to the mirror body, or may be composed of a holographic diffusion film attached to the mirror body, You may comprise from the phase plate which was attached to the said mirror surface body and has a known irregular pattern.
さらに、本発明のホログラム情報記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させてホログラム記録媒体に干渉光による干渉縞をホログラフィック記録し、記録された前記データ情報を再生する角度多重ホログラム記録再生方法において、
前記データ情報の記録再生を行う際に、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を所定のタイミングで微小角度ずつ変更するとともに、該参照光の位相を空間的に変化させ、かつ前記ホログラム記録媒体の記録再生領域を所定の微小距離ずつシフトさせることを特徴とするものである。
Further, in the hologram information recording / reproducing method of the present invention, interference light caused by interference light is holographically recorded on the hologram recording medium by causing the signal light carrying the data information and the reference light to interfere with each other, and the recorded data information is recorded. In the angle multiplexing hologram recording / reproducing method for reproducing,
When recording and reproducing the data information, the incident angle of the reference light to the hologram recording medium is changed by a minute angle at a predetermined timing, the phase of the reference light is spatially changed, and the hologram The recording / reproducing area of the recording medium is shifted by a predetermined minute distance.
本発明のホログラム情報記録再生装置によれば、参照光の偏向手段に位相変更手段を一体的に具備させることで、記録媒体にホログラフィック角度多重記録を行う際に、波面の自己相関が急峻なスペクトルを有する参照光を生成し、高ＮＡの収束レンズ等を別途用意することなく、位置シフト選択性を高めることができ、コスト上昇を抑制しつつ、位置シフト選択性による隣接領域間分離距離を短縮して、高密度の情報記録を行うことができる。さらに、媒体の体積収縮の影響を補正することが容易であるため、安定した記録再生が可能となる。特に、参照光偏向手段を、参照光の反射角度を変化させ得る鏡面体から構成し、この鏡面体に参照光位相変更手段を付設することで、装置構成が簡易なものとなる。 According to the hologram information recording / reproducing apparatus of the present invention, when the holographic angle multiplex recording is performed on the recording medium, the autocorrelation of the wavefront is steep when the reference light deflecting means is integrally provided with the phase changing means. By generating reference light having a spectrum and improving the position shift selectivity without separately providing a high NA converging lens, etc., while suppressing cost increase, the separation distance between adjacent regions by position shift selectivity can be reduced. It can be shortened and high-density information recording can be performed. Furthermore, since it is easy to correct the influence of the volume shrinkage of the medium, stable recording and reproduction can be performed. In particular, the reference light deflecting means is constituted by a mirror body capable of changing the reflection angle of the reference light, and the reference light phase changing means is attached to the mirror body, thereby simplifying the apparatus configuration.
また、本発明のホログラム情報記録再生方法によれば、データ情報の記録再生を行う際に、参照光のホログラム記録媒体への入射角度を所定のタイミングで微小角度ずつ変更するとともに、参照光の位相を空間的に変化させ、かつホログラム記録媒体の記録再生領域を所定の微小距離ずつシフトさせるようにしているので、別途の繁雑な処理等を要することなく、位置シフト選択性による隣接領域間分離距離を短縮して、高密度の情報記録を行うことができる。 According to the hologram information recording / reproducing method of the present invention, when recording / reproducing data information, the incident angle of the reference light to the hologram recording medium is changed by a minute angle at a predetermined timing, and the phase of the reference light is changed. Is spatially changed, and the recording / reproducing area of the hologram recording medium is shifted by a predetermined minute distance, so that the separation distance between adjacent areas by position shift selectivity is not required, without requiring additional complicated processing. And high-density information recording can be performed.
以下、本発明の実施形態に係るホログラム情報記録再生装置および方法を図面を参照しつつ、情報記録時と情報再生時に分けて機能的に説明する。 Hereinafter, a hologram information recording / reproducing apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be functionally described separately for information recording and information reproduction with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施形態に係るホログラム情報記録再生装置の主要光学系を示す概略図である。なお、図１において、光学系等制御のための部材や、データ解析および信号制御処理を行うコンピュータ等は図示を省略されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a main optical system of a hologram information recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, members for controlling the optical system, a computer for performing data analysis and signal control processing, and the like are not shown.
＜情報記録時＞
図１に示すように、レーザ光源１から出力され、シャッタ２を通過したレーザビーム（直線偏光とされている）は、スペイシャルフィルタ（ビームエクスパンダ）３によりビ−ム径が拡大され、λ／２板４によりビームの偏光（振動面）が所定方向に回転され、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）５によって２系に分割される。分割されたビームの一方は参照光とされ、参照光位相変更手段２０を付設された参照光偏向手段６Ａにより反射され、４−ｆ光学系（リレーレンズ光学系とも称される）７を介してホログラム記録媒体８上の所定の領域に照射される。
<When recording information>
As shown in FIG. 1, the beam diameter of the laser beam output from the laser light source 1 and passed through the shutter 2 (which is linearly polarized) is expanded by a spatial filter (beam expander) 3, and λ / 2 The polarization (vibration plane) of the beam is rotated in a predetermined direction by the plate 4 and divided into two systems by a PBS (Polarizing Beam Splitter) 5. One of the divided beams is used as reference light, is reflected by reference light deflecting means 6A provided with reference light
他方、ＰＢＳ５によって２系に分割されたうちの他方のレーザビームは、シャッタ１１、全反射ミラー１２、１３を介して、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）１４上に照射され、このＳＬＭ１４において、空間的に信号データで変調されて、白と黒のビットパターンによる２次元画像のデジタルデータ情報を担持された信号光とされる。この信号光は、偏光板１５により所定方向の直線偏光に変換され、ＦＴＬ（Fourier Transform Lens：収束レンズ）１６を介してホログラム記録媒体８上に照射されることになる。
On the other hand, the other laser beam divided into two systems by the
この結果、ホログラム記録媒体８上において、参照光と信号光とが、互いに同一方向の振動面を有する直線偏光とされることで、互いに干渉を生じ、このホログラム記録媒体８上に、ＳＬＭ１４上に表示されたデジタルデータ情報に基づく干渉縞が形成される。すなわち、この干渉縞の縞分布が屈折率分布などの形態で記録媒体８の記録領域９に転写されてホログラム記録が行われることになる。
As a result, the reference light and the signal light are linearly polarized light having vibration surfaces in the same direction on the hologram recording medium 8, thereby causing interference with each other. On the hologram recording medium 8, on the
なお、上記参照光偏向手段６Ａは、角度回転装置６Ｂに搭載されており、角度回転装置６Ｂが微小角度ずつ参照光偏向手段６Ａを回転駆動することにより、参照光のホログラム記録媒体８への入射角が変化するように構成され、これによりホログラム記録媒体８への角度多重記録が可能となる。この場合、上記回転駆動操作のタイミングと上記ＳＬＭ１４上でのデジタルデータ情報の表示のタイミングは、所定の同期がとられるように図示されないコンピュータにより制御される。
The reference light deflection means 6A is mounted on the angle rotation device 6B, and the angle rotation device 6B rotates the reference light deflection means 6A by a minute angle so that the reference light is incident on the hologram recording medium 8. The angle is changed so that angle multiplex recording on the hologram recording medium 8 becomes possible. In this case, the timing of the rotational driving operation and the timing of displaying the digital data information on the
＜情報再生時＞
また、情報再生時において、シャッタ２を通過したレーザビームは、スペイシャルフィルタ３、λ／２板４を介して、ＰＢＳ５に照射され、２系に分割されるが、情報再生時には信号光は作成されないので、信号光となるべきビームはシャッタ１１によって遮断される。参照光は、情報記録時と同様に、参照光位相変更手段２０を付設された参照光偏向手段６Ａにより反射され、４−ｆ光学系７を介してホログラム記録媒体８上の所定の領域に照射される。
<When playing back information>
During information reproduction, the laser beam that has passed through the shutter 2 is irradiated to the
なお、所望のページデータを再生する場合には、この所望のページデータを記録した情報記録時と同一の参照光射出条件となるよう、角度回転装置６Ｂにより参照光偏向手段６Ａを回転させることで、所望のページデータ情報を担持した回折光がホログラム記録媒体８から出力され、この回折光がＦＴＬ１７を介して撮像素子１８に入射し受光される。撮像素子１８により受光された画像情報を、図示されないコンピュータにより信号処理し、復号することにより情報再生処理が完了する。
When the desired page data is reproduced, the reference light deflecting means 6A is rotated by the angle rotation device 6B so that the same reference light emission conditions as those at the time of information recording when the desired page data is recorded are obtained. The diffracted light carrying the desired page data information is output from the hologram recording medium 8, and this diffracted light enters the image sensor 18 through the
ここで、上述した各部材についての補足説明を行う。
光源として上記レーザ光源１を用いたのは、上記装置におけるホログラム記録に高可干渉性が必要とされるためである。具体的には、レーザ光源１として、例えば、波長532nmの直線偏光を出力し得るＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザ装置を用いる。
また、レーザ光源１から出射されたレーザビームはビーム径が数ミリメートル程度と細いため、スペイシャルフィルタ３を用いて、ノイズを除去するとともにビ−ム径を拡大する。
Here, supplementary explanation will be given for each member described above.
The reason why the laser light source 1 is used as a light source is that high coherence is required for hologram recording in the apparatus. Specifically, for example, a DPSS (Diode Pumped Solid State) laser device that can output linearly polarized light having a wavelength of 532 nm is used as the laser light source 1.
Further, since the laser beam emitted from the laser light source 1 is as thin as several millimeters, the spatial filter 3 is used to remove noise and enlarge the beam diameter.
また、上記ＰＢＳ５に入射する偏光の振動面の方向を調整することにより、ＰＢＳ５において分割される２系のビームの光量比を調整することが可能である。そして、例えば、垂直偏光成分は９０度反射されて参照光としてＰＢＳ５から出射され、水平偏光成分は透過され信号光となるべき光として出射されるように構成することができる。
Further, by adjusting the direction of the vibration plane of polarized light incident on the
また、上記ＳＬＭ１５としては、いわゆるライトバルブとして使用される液晶表示パネル（透過型、反射型）、ＤＭＤ等を用いることができ、例えば、液晶プロジェクタ用途に量産されている一般的な透過型液晶表示パネル（0.7インチ）を使用することができる。また、ＳＬＭ１４上に表示されるデータとしては、例えば、既知のビット列を２：４変調と呼ばれる変調方式で２次元配列に変換したものを用いる。図５は、このような変換によるデータを、ＳＬＭ１４上に画像表示させた場合の具体例の一部を示すものである。
The SLM 15 may be a liquid crystal display panel (transmission type, reflection type) used as a so-called light valve, DMD, or the like. For example, a general transmission type liquid crystal display mass-produced for liquid crystal projector applications. Panels (0.7 inches) can be used. Moreover, as data displayed on the
また、上記ホログラム記録媒体８として、例えば、フォトポリマ系材料を２枚のガラス板により挟んだ構成のものを使用することができる。この場合、フォトポリマ系材料の厚みは例えば1.5mmとし、２枚のガラス板の厚みは例えば、共に1.1mmのものを用いる。 Further, as the hologram recording medium 8, for example, a structure in which a photopolymer material is sandwiched between two glass plates can be used. In this case, the thickness of the photopolymer material is 1.5 mm, for example, and the two glass plates have a thickness of 1.1 mm, for example.
ところで、従来の角度多重方式では、通常、参照光として平面波状の波面を用いていることから、参照光偏向手段としては鏡面（ミラー）が一般的に使用される。しかしながら、前述したように、平面波状の参照光では位置シフト選択性が低いため大幅な記録密度の向上が困難である。 By the way, in the conventional angle multiplexing system, since a plane wave-like wavefront is normally used as the reference light, a mirror surface (mirror) is generally used as the reference light deflecting means. However, as described above, the plane wave-like reference light has a low position shift selectivity, so that it is difficult to significantly improve the recording density.
そこで、本実施形態においては、参照光偏向手段６Ａに参照光位相変更手段２０を付設し、参照光を偏向させる際に、参照光の位相を空間的に変化せしめ、位置シフト選択性を高めることで、大幅な記録密度の向上を図っている。
Therefore, in this embodiment, the reference light
また、この結果、記録媒体８上の極めて近接した領域同士に互いに異なるデータを記録再生する必要が生じる。そこで、本実施形態においては、記録時および再生時において、ホログラム記録媒体８の記録再生領域を微小距離ずつシフトさせる記録媒***置シフト手段としてのＸ軸Ｙ軸位置シフト装置１０を備えている。Ｘ軸Ｙ軸位置シフト装置１０は、ホログラム記録媒体８を搭載したステージを、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に、それぞれ独立に、かつ極めて高精度に、移動させることができる。また、このステージの移動は、上記参照光偏向手段６Ａの回転駆動操作のタイミングや上記ＳＬＭ１４上でのデジタルデータ情報の表示のタイミングと、所定の同期がとられるように図示されないコンピュータにより制御される。
As a result, it is necessary to record and reproduce data different from each other in very close regions on the recording medium 8. Therefore, in the present embodiment, an X-axis Y-axis
以下、この参照光位相変更手段２０について、３つの具体例を挙げて説明する。
Hereinafter, the reference light
＜具体例１：微粒子を含む光拡散層からなる参照光位相変更手段＞
参照光偏向手段６Ａとしてアルミ蒸着平面ミラーを用い、その表面に、参照光位相変更手段２０としてアクリル樹脂ベースの光拡散用コーティング塗料を塗布してなる光拡散層を形成する。このような光拡散層を設けることで、コートミラーから反射した参照光の波面をランダム状とし（参照光の位相を空間的にランダム状とし）、位置シフト選択性を高める。この光拡散層表面をレーザ顕微鏡にて観察した様子を図２に示す。
<Specific example 1: Reference light phase changing means comprising a light diffusion layer containing fine particles>
An aluminum vapor deposition plane mirror is used as the reference light deflecting means 6A, and a light diffusion layer is formed on the surface by applying an acrylic resin-based light diffusion coating paint as the reference light
図３は、この具体例１における角度選択性（ａ）および位置シフト選択性（ｂ）の大きさを検証する実験データを示すものである。図３から明らかなように、本具体例により、位置シフト選択性が高められており、一の領域への情報記録を行った後、記録媒体を10μm程度位置シフトさせれば、別のデータを書き込んでもクロストークが生じず、極めて高密度に情報を記録できることがわかる。 FIG. 3 shows experimental data for verifying the magnitude of the angle selectivity (a) and the position shift selectivity (b) in Example 1. As is apparent from FIG. 3, the position shift selectivity is enhanced according to this specific example. After recording information in one area, if the recording medium is position shifted by about 10 μm, another data is stored. It can be seen that no crosstalk occurs even when writing, and information can be recorded at a very high density.
なお、上記光拡散用コーティング塗料としては、無水珪酸や炭酸カルシウム、タルク（含水珪酸マグネシウム）、高分子ゲルなどの粒子をバインダ内に一様に混合したものでもよく、その他の一般的な光拡散材料を使用することもできる。 In addition, as the above-mentioned coating material for light diffusion, particles such as anhydrous silicic acid, calcium carbonate, talc (hydrous magnesium silicate) and polymer gel may be uniformly mixed in a binder, or other general light diffusion. Materials can also be used.
次に、本実施形態を用いて実際にデータを多重記録した様子を説明する。
図４はホログラム記録媒体８内での隣接する記録領域同士の位置関係を示す図である。一つの記録領域群２１は１２個の記録領域９からなり、各記録領域９の大きさは4mm×3mmとされている。角度回転装置６Ｂにより参照光偏向手段６Ａを回転駆動して、−0.96度から＋0.96度まで0.24度ステップで角度多重し、Ｘ方向およびＹ方向に各々500μm離れた別の記録領域９に移動する毎に、同様の記録を行うことでホログラフィック角度多重記録を行う。これを12個の記録領域９について繰り返す。記録した全ページデータ数は108である。
Next, a state where data is actually multiplexed and recorded using the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between adjacent recording areas in the hologram recording medium 8. One
本具体例１を採用し、上記実施形態を用いて得られた再生データ（最終的に複号化されたデータ）を、元の記録データと比較し、この比較結果に基づいて算出された誤り率を示すグラフを図６に示す。 The reproduction data (finally decoded data) obtained by adopting this specific example 1 and using the above embodiment is compared with the original recording data, and the error calculated based on the comparison result A graph showing the rate is shown in FIG.
図６において、破線グラフは記録後にブリーチングと称される定着露光処理を行ったのち再生して得られた場合の誤り率である。この場合、情報記録時と同じ参照光入射角度としており、比較的高い誤り率となっている。これは情報記録および定着露光の各処理により記録媒体８に体積収縮が生じたためと考えられる。 In FIG. 6, a broken line graph represents an error rate when the image is obtained after reproduction after performing a fixing exposure process called bleaching after recording. In this case, the reference light incident angle is the same as that during information recording, and the error rate is relatively high. This is presumably because volume shrinkage occurred in the recording medium 8 due to each process of information recording and fixing exposure.
そこで、角度多重方式を採用した装置には元々備えられている角度回転装置６Ｂにより記録媒体８への参照光入射角度を上記体積収縮に応じて補正するようにして再生すると、図６に示す実線グラフのごとく誤り率を低く抑えることが可能となる。 Therefore, when reproduction is performed by correcting the angle of incidence of the reference light on the recording medium 8 according to the volume shrinkage by the angle rotation device 6B originally provided in the device employing the angle multiplexing method, the solid line shown in FIG. As in the graph, the error rate can be kept low.
従来の角度多重方式を採用したものでは位置シフト選択性が低く、隣接する記録領域は数ミリメートル程度の間隔をあけて配置する必要があり、記録密度の大幅な上昇を図ることができなかったが、本具体例１を用いた実施形態によれば、10μm程度まで隣接記録領域間隔を狭くすることができ、極めて高密度に情報を格納することができる。 The conventional angle multiplexing method adopts a low position shift selectivity, and adjacent recording areas need to be arranged with an interval of about several millimeters, and the recording density cannot be increased significantly. According to the embodiment using the first specific example, the interval between adjacent recording areas can be narrowed to about 10 μm, and information can be stored at an extremely high density.
＜具体例２：ホログラフィックディフューザからなる参照光位相変更手段＞
参照光偏向手段６Ａとしてアルミ蒸着平面ミラーを用い、その表面に、参照光位相変更手段２０として、拡散角度が制御されたホログラフィックディフューザを付設する。
<Specific example 2: Reference light phase changing means comprising a holographic diffuser>
An aluminum vapor deposition flat mirror is used as the reference light deflecting means 6A, and a holographic diffuser having a controlled diffusion angle is attached as a reference light
このホログラフィックディフューザとしては、例えばエドモンドオプティクス社製のシート状のものであって、厚さ0.76mmのポリカーボネイト基板上に約5μmの非周期的な凹凸パターンが形成されているもの、を用いることができる。このホログラフィックディフューザの拡散角度は５度である。このようなホログラフィックディフューザからなる参照光位相変更手段を用いた場合にも、上記具体例１を用いた場合と同様の効果が得られる。 As this holographic diffuser, for example, a sheet-like product manufactured by Edmund Optics, which has a non-periodic uneven pattern of about 5 μm formed on a polycarbonate substrate having a thickness of 0.76 mm, is used. it can. The diffusion angle of this holographic diffuser is 5 degrees. Even when the reference light phase changing means including such a holographic diffuser is used, the same effect as that obtained by using the specific example 1 can be obtained.
ところで、位置シフト選択性が高すぎると（高い位置シフト選択性を得る手法としては、USP 5,719,691(1998):K. Curtis and W. L. Wilson 等を参照）、高精度な位置決めを行い得る装置が必要となるため、敢えて位置シフト選択性を下げることで位置決めおよびサーボの各操作を容易にする手法が特開２００５−８４４０１号公報に記載されている。この公報記載の技術によれば、位置シフト選択性はスペックルパターンのスペックルサイズに依存するので、参照光の軸上にアイリスを設け、記録媒体からみたスペックルの入射角度を絞ることにより位置シフト選択性を下げることが有効であるとされている。また、低下した記録密度をスリガラスの移動によりスペックルパターンを変化させて多重することで補う手法が記載されている。しかし、このような手法を採用した場合、参照光が広い角度に亘って拡散してしまい、また、アイリスを通過しない光がロス光となり、光利用効率が悪いという問題がある。 By the way, if the position shift selectivity is too high (see USP 5,719,691 (1998): K. Curtis and WL Wilson et al. For a method for obtaining high position shift selectivity), a device capable of performing high-accuracy positioning is required. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-84401 describes a technique for facilitating each positioning and servo operation by deliberately lowering the position shift selectivity. According to the technique described in this publication, the position shift selectivity depends on the speckle size of the speckle pattern. Therefore, an iris is provided on the axis of the reference light, and the position of the speckle is reduced by narrowing the incident angle of the speckle as viewed from the recording medium. It is considered effective to lower the shift selectivity. In addition, a technique is described in which the reduced recording density is compensated by multiplexing by changing the speckle pattern by moving the ground glass. However, when such a method is employed, there is a problem that the reference light diffuses over a wide angle, and light that does not pass through the iris becomes loss light, resulting in poor light utilization efficiency.
これに対し、本具体例２のように、拡散角度の制御されたホログラフィックディフューザを、アルミ平面ミラーの表面に付設するようにすれば、拡散光の大部分がアイリス７ａを通過するようにすることができるため、光量ロスを減少させて、高効率化を図ることができる。 On the other hand, if a holographic diffuser having a controlled diffusion angle is attached to the surface of the aluminum flat mirror as in the second specific example, most of the diffused light passes through the iris 7a. Therefore, it is possible to increase the efficiency by reducing the light loss.
＜具体例３：既知の２次元不規則パターンを有する位相板からなる参照光位相変更手段＞
参照光偏向手段６Ａとしてアルミ蒸着平面ミラーを用い、その表面に、参照光位相変更手段２０として、既知の２次元不規則パターンを有する位相板（位相膜）を付設する。
この２次元不規則パターンを有する位相板（位相膜）のうち入手が容易なものとして、例えばランダム位相板がある。ランダム位相板は、２次元不規則パターンを人工的に生成した後、マスタリング手法を用いて複製し得る回折光学素子の一種である。
<Specific example 3: Reference light phase changing means comprising a phase plate having a known two-dimensional irregular pattern>
An aluminum vapor deposition flat mirror is used as the reference light deflecting means 6A, and a phase plate (phase film) having a known two-dimensional irregular pattern is attached to the surface as the reference light
Among the phase plates (phase films) having this two-dimensional irregular pattern, there is a random phase plate, for example, which is easily available. A random phase plate is a type of diffractive optical element that can be duplicated using a mastering technique after artificially generating a two-dimensional irregular pattern.
上記不規則パターンを設計する際のパラメータとしては、光の拡散角度を決定するパターンピッチおよび各要素の位相変化量と、パターン自己相関におけるスペクトルの急峻さがあり、いずれも、使用する記録再生装置に要求される位置シフト選択性の大きさを勘案して決定する。この場合にも具体例１と同様の効果が得られる。 The parameters for designing the irregular pattern include the pattern pitch for determining the light diffusion angle, the phase change amount of each element, and the steepness of the spectrum in the pattern autocorrelation. It is determined in consideration of the position shift selectivity required for. In this case, the same effect as in the first specific example can be obtained.
なお、参照光位相変更手段として上記具体例１、２のものを用いた場合には、光の波面をランダムに乱すことで光拡散させ、位置シフト選択性を高めるようにしているので、互いに異なる記録再生装置間では光拡散パターンが一致しないことになり、情報記録に係る装置と情報再生に係る装置との間での機器互換性が問題となる。 In the case of using the above-described specific examples 1 and 2 as the reference light phase changing means, the light wave front is randomly disturbed to diffuse the light and enhance the position shift selectivity, so that they are different from each other. The light diffusion patterns do not match between the recording / reproducing apparatuses, and there is a problem of device compatibility between the information recording apparatus and the information reproducing apparatus.
これに対し、本具体例３では、パターンが既知であり、同一物を製作可能な２次元不規則パターンを有する位相板（位相膜）を参照光位相変更手段としているので、これを互いに異なる記録再生装置の各々に設置することにより、機器互換性を得ることができる。 On the other hand, in the third specific example, the phase plate (phase film) having a known pattern and having a two-dimensional irregular pattern capable of producing the same object is used as the reference light phase changing means, and therefore this is recorded differently. Equipment compatibility can be obtained by installing each of the playback devices.
なお、本発明の角度多重ホログラム記録再生装置および角度多重ホログラム記録再生方法としては、上述した実施形態のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。 The angle multiplex hologram recording / reproducing apparatus and angle multiplex hologram recording / reproducing method of the present invention are not limited to those of the above-described embodiments, and various modifications can be made.
例えば、参照光偏向手段としては、必ずしも上記鏡面体に限られるものではなく、入射したビームを偏向する（ビームの進行方向を変える）ことができ、かつこの偏向角度を逐次変化させることができるものであればよく、例えば所定の光屈折体であってもよい。 For example, the reference beam deflecting means is not necessarily limited to the above-described mirror body, and can deflect the incident beam (change the traveling direction of the beam) and can sequentially change the deflection angle. For example, a predetermined photorefractive body may be used.
また、参照光位相変更手段としても、上記各具体例に示すものに限られるものではなく、その他、参照光の位相を空間的にランダム状として位置シフト選択性を高めることのできる種々の態様のものを採用可能である。 Further, the reference light phase changing means is not limited to those shown in each of the above specific examples, and other various modes that can improve the position shift selectivity by spatially randomizing the phase of the reference light. Can be adopted.
また、上記実施形態においては、ホログラム記録媒体として感光性有機材料を用いているが、フォトリフラクティブ結晶等の他の記録媒体材料を用いることが可能である。
また、透過型ホログラムの態様に替えて、反射型ホログラムの態様のものを用いることができる。
Moreover, in the said embodiment, although the photosensitive organic material is used as a hologram recording medium, it is possible to use other recording-medium materials, such as a photorefractive crystal.
Further, in place of the transmission hologram, a reflection hologram can be used.
また、レーザ光源として上記実施形態のものと異なる波長の光を出力するものを採用することが可能であり、例えば、記録密度を高め得る青紫色光あるいは紫外光を出力し得る光源を採用することも可能である。 Further, it is possible to adopt a laser light source that outputs light having a wavelength different from that of the above embodiment, for example, a light source that can output blue-violet light or ultraviolet light capable of increasing the recording density. Is also possible.
また、上記実施形態においては、ＳＬＭ等に表示するデータの信号変調方式として２：４変調を用いているが、これに限られるものではなく、例えば２：４変調以外の信号変調方式でページデータを構成するものを採用することも可能である。 In the above embodiment, 2: 4 modulation is used as a signal modulation method for data to be displayed on an SLM or the like. However, the present invention is not limited to this, and for example, page data is obtained using a signal modulation method other than 2: 4 modulation. It is also possible to adopt what constitutes.
１ レーザ光源
２、１１ シャッタ
３ スペイシャルフィルタ
４ λ／２板
５ ＰＢＳ
６Ａ 参照光偏向手段
６Ｂ 角度回転装置
７ ４−ｆ光学系
７ａ アイリス
８、１０８ ホログラム記録媒体
９、１０９ 記録領域
１０ Ｘ軸Ｙ軸位置シフト装置
１２、１３ 全反射ミラー
１４、１１４ ＳＬＭ
１５ 偏光板
１６、１７、１１６、１１７ ＦＴＬ
１８、１１８ 撮像素子
２０ 参照光位相変更手段
２１ 記録領域群
1 Laser light source 2, 11 Shutter 3 Spatial filter 4 λ / 2
6A Reference light deflecting means 6B Angular rotation device 7 4-f optical system 7a Iris 8, 108 Hologram recording medium 9, 109
15
18, 118
Claims (6)
前記データ情報の記録再生を行う際に、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を逐次変更する参照光偏向手段と、該参照光の位相を空間的に変化させる参照光位相変更手段とを、一体的に設けるとともに、前記ホログラム記録媒体の記録再生領域を微小距離ずつシフトさせる記録媒***置シフト手段を備えたことを特徴とする角度多重ホログラム記録再生装置。 In the angle multiplexing hologram recording / reproducing apparatus for causing the signal light carrying the data information to interfere with the reference light to holographically record the interference fringes due to the interference light on the hologram recording medium and reproducing the recorded data information,
Reference light deflecting means for sequentially changing the incident angle of the reference light to the hologram recording medium when recording and reproducing the data information, and reference light phase changing means for spatially changing the phase of the reference light Is provided with recording medium position shifting means for shifting the recording / reproducing area of the hologram recording medium by a minute distance.
前記データ情報の記録再生を行う際に、前記参照光の前記ホログラム記録媒体への入射角度を所定のタイミングで微小角度ずつ変更するとともに、該参照光の位相を空間的に変化させ、かつ前記ホログラム記録媒体の記録再生領域を所定の微小距離ずつシフトさせることを特徴とする角度多重ホログラム記録再生方法。
In the angle-multiplexed hologram recording / reproducing method for causing holographic recording of interference fringes due to interference light on a hologram recording medium by causing interference between signal light carrying data information and reference light, and reproducing the recorded data information,
When recording and reproducing the data information, the incident angle of the reference light to the hologram recording medium is changed by a minute angle at a predetermined timing, the phase of the reference light is spatially changed, and the hologram An angle-multiplexed hologram recording / reproducing method, wherein a recording / reproducing area of a recording medium is shifted by a predetermined minute distance.
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