JP2020107377A - Hologram recording/reproducing device and hologram recording/reproducing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法に関するものである。 The present invention relates to a hologram recording/reproducing device and a hologram recording/reproducing method.
ホログラム記録再生技術(ホログラムメモリー技術)は、高転送速度・高記録密度で長期保存可能な光記録技術として注目されており、次世代のマルチメディアストレージとしての実用化が期待されている。デジタル情報を記録再生するホログラムメモリーは、2次元化されたデジタルビットパターン(ページデータ)を記録媒体にホログラムとして多重記録することにより高転送速度・高記録密度の大容量光メモリを実現可能にするものである。 The hologram recording/reproducing technology (hologram memory technology) is drawing attention as an optical recording technology capable of long-term storage at a high transfer rate and a high recording density, and is expected to be put to practical use as a next-generation multimedia storage. A hologram memory that records and reproduces digital information makes it possible to realize a large-capacity optical memory with a high transfer rate and a high recording density by multiple-recording a two-dimensionalized digital bit pattern (page data) as a hologram on a recording medium. Is.
ホログラムメモリーの記録方法は、ページデータに基づいて空間光変調された信号光と、この信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内で干渉させることでホログラムを形成し、ページデータの2次元パターンをホログラムとして記録媒体に記録している。そして、ホログラムメモリーの再生方法は、記録に用いた参照光を記録媒体に記録されているホログラムに照射することにより回折光(再生光)を発生させ、この回折光をイメージセンサで受光することで、ホログラムとして記録されているページデータを2次元パターンの画像として再生している。 A hologram memory recording method forms a hologram by causing a signal light spatially light-modulated based on page data and a reference light coherent with the signal light to interfere with each other in a recording medium to form a two-dimensional pattern of page data. Is recorded as a hologram on the recording medium. The hologram memory is reproduced by irradiating the hologram recorded on the recording medium with the reference light used for recording to generate diffracted light (reproduced light), and the diffracted light is received by the image sensor. The page data recorded as a hologram is reproduced as a two-dimensional pattern image.
このようなホログラムメモリーは、再生用の参照光の照射条件が記録時と一致しているときだけブラッグ回折条件が満たされ、高い強度の再生光が得られる。このため参照光の照射条件を変えて記録再生することで、記録媒体の同じ領域に分離再生できる別のホログラムを多重記録することが可能になる。ホログラムメモリーの多重記録方式としては、角度多重記録方式(下記特許文献1参照)、球面参照光シフト多重記録方式(下記特許文献2参照)などが知られている。
In such a hologram memory, the Bragg diffraction condition is satisfied only when the irradiation condition of the reference light for reproduction coincides with that at the time of recording, and the reproduction light of high intensity can be obtained. Therefore, by changing the irradiation condition of the reference light and performing recording/reproduction, it becomes possible to multiplex-record another hologram that can be separated/reproduced in the same region of the recording medium. Known multiplex recording methods for hologram memory include an angle multiplex recording method (see Patent Document 1 below) and a spherical reference light shift multiplex recording method (see
ホログラムメモリーの記録再生精度を低下させる要因の一つにスペックルノイズがある。スペックルノイズは、散乱したコヒーレント光が互いに不規則な位相関係で干渉することによって生じる斑点状の干渉パターンであり、ホログラムメモリーにおいては、ホログラム記録時に信号光に担持されるデータ情報の2次元パターンと共に記録面に記録され、ホログラム再生時には、記録されたスペックルノイズと、新たに再生光の散乱で生じるスペックルノイズとが合わさって再生面(イメージセンサの受光面)に付加される。このようなスペックルノイズは、ページデータの2次元パターンに加わることで、データのビットパターンとの区別が付かなくなって、データの読み取りエラーの原因になる。 Speckle noise is one of the factors that reduce the recording and reproducing accuracy of the hologram memory. Speckle noise is a speckled interference pattern caused by scattered coherent light beams interfering with each other in an irregular phase relationship. In a hologram memory, a two-dimensional pattern of data information carried in signal light during hologram recording. At the same time, the recorded speckle noise is recorded on the recording surface, and at the time of hologram reproduction, the recorded speckle noise and the speckle noise newly generated by scattering of the reproduction light are combined and added to the reproduction surface (light receiving surface of the image sensor). When such speckle noise is added to the two-dimensional pattern of page data, it becomes indistinguishable from the bit pattern of data, which causes a data reading error.
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、ホログラム記録再生装置において、スペックルノイズに起因するデータの読み取りエラーを抑止することを課題としている。 The present invention has been proposed to address such a problem. That is, it is an object of the hologram recording/reproducing apparatus to suppress a data reading error due to speckle noise.
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
データ情報を担持した信号光と参照光とを記録媒体に照射してデータ情報をホログラムとして記録媒体に記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムとして記録されているデータ情報の画像を再生するホログラム記録再生装置であって、信号光を記録媒体に照射する信号光照射部と、参照光を記録媒体に照射する参照光照射部と、前記信号光照射部と前記参照光照射部に対して記録媒体を相対的に移動させるシフト多重記録機構と、単体のホログラムが記録又は再生される時間内で前記参照光照射部を常時微小変動させるノイズ除去機構とを備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
In order to solve such a problem, the present invention has the following configurations.
The recording medium is irradiated with the signal light carrying the data information and the reference light to record the data information as a hologram on the recording medium, and the recording medium having the hologram recorded thereon is irradiated with the reference light to be recorded as the hologram. A hologram recording/reproducing apparatus for reproducing an image of data information, in which a signal light irradiation unit that irradiates a recording medium with signal light, a reference light irradiation unit that irradiates a recording medium with reference light, and the signal light irradiation unit A shift multiplex recording mechanism that moves the recording medium relative to the reference light irradiation unit, and a noise removal mechanism that constantly minutely changes the reference light irradiation unit within a time period during which a single hologram is recorded or reproduced. A hologram recording/reproducing apparatus characterized by the above.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1に本発明の一実施形態に係るホログラム記録再生装置の構成例を示す。なお、本発明の構成は特に図示の例に限定されるものではない。図1に示すように、ホログラム記録再生装置1は、ホログラム記録媒体Mに信号光L1を照射する信号光照射部2と、ホログラム記録媒体Mに参照光L2を照射する参照光照射部3と、再生光L3を受光してホログラム記録媒体Mにホログラムとして記録されているデータ情報を2次元画像として出力する再生光検出部4とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a hologram recording/reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention. The configuration of the present invention is not particularly limited to the illustrated example. As shown in FIG. 1, the hologram recording/reproducing apparatus 1 includes a signal
信号光照射部2は、コヒーレント光源(例えば、レーザー光源)5から出射された光にデータ情報を担持させた信号光L1をホログラム記録媒体Mの特定位置に照射するための光学系であり、データ情報に基づいてコヒーレント光源からの光を空間光変調するDMDなどの空間光変調器20を備えている。
The signal
より具体的な図示の構成例を説明すると、コヒーレント光源5から出射された光は、例えば、ビーム成形レンズ50、アイソレータ51、1/2波長板52、シャッタ53、ミラー54、ピンホール55を間に挟むリレーレンズ56,57、1/2波長板58を経由して、光分離要素(ハーフプリズム)59に入射され、光分離要素59にて信号光L1になる光L10と参照光L2になる光L20に分離される。そして、信号光L1になる光L10は、ミラー21で反射され、空間光変調器20で空間光変調されることでデータ情報を担持した信号光L1となり、信号光L1は、リレーレンズ22、ナイキストフィルタ25、リレーレンズ23を通過し集光レンズ24にて集光されてホログラム記録媒体Mに照射される。
Explaining a more specific illustrated configuration example, the light emitted from the
参照光照射部3は、信号光L1とコヒーレントな光(参照光L2)を信号光L1が照射されているホログラム記録媒体Mの特定位置に照射する光学系である。より具体的な図示の構成例を説明すると、光分離要素59で分離された光L20は、1/2波長板31、リレーレンズ32,33、ミラー34,35などを経た後、集光レンズ30にて集光されてホログラム記録媒体Mに照射される。照射された信号光L1と参照光L2はホログラム記録媒体M内で干渉してホログラムを形成する。
The reference
ホログラム記録媒体Mは、例えば、光反応性モノマーよりなる記録層を備えたものを用いることができる。光反応性モノマーは、光(信号光と参照光)が照射されるとポリマーに変換されて、その結果、屈折率分布を有する領域が形成される。ホログラム記録媒体Mの記録層には、信号光L1と参照光L2の干渉縞が屈折率分布として記録されることで、データ情報を含むホログラムが記録される。 As the hologram recording medium M, for example, one provided with a recording layer made of a photoreactive monomer can be used. The photoreactive monomer is converted into a polymer when irradiated with light (signal light and reference light), and as a result, a region having a refractive index distribution is formed. In the recording layer of the hologram recording medium M, interference fringes of the signal light L1 and the reference light L2 are recorded as a refractive index distribution, so that a hologram including data information is recorded.
再生光検出部4は、再生光集光レンズ40とイメージセンサ41を備えている。イメージセンサ41は、ホログラム記録媒体Mに記録されているホログラムに参照光L2を照射することで発生する再生光L3を、再生光集光レンズ40を介して受光するものであり、再生光L3の受光によってホログラムとして記録されているデータ情報を2次元画像として再生する。
The reproduction light detector 4 includes a reproduction
ホログラム記録再生装置1は、シフト多重記録機構6(光学系シフト機構60,記録媒体シフト機構61)を備えている。シフト多重記録機構6は、信号光照射部2と参照光照射部3に対してホログラム記録媒体Mを相対的に移動させる機構であり、信号光照射部2と参照光照射部3を備える光学機構7をホログラム記録媒体Mに対して移動させる光学系シフト機構60と光学機構7に対してホログラム記録媒体Mを移動させる記録媒体シフト機構61の一方又は両方によって構成される。
The hologram recording/reproducing apparatus 1 includes a shift multiplex recording mechanism 6 (optical
シフト多重記録機構6は、ホログラム記録媒体Mにおける所定の領域に、信号光L1と参照光L2との干渉縞をホログラムとして記録した後、信号光照射部2と参照光照射部3を備える光学機構7をホログラム記録媒体Mの表面に沿って一方向に移動させるか、或いは光学機構7に対してホログラム記録媒体Mを一方向に移動させた状態において、新たなホログラムをその記録領域の一部が既に記録されているホログラムの記録領域と重なる状態で記録する操作を繰り返し行うものである。
The shift
これによって、図2に示すように、各単体のホログラムHが互いに一部が重なる状態で一方向に並ぶように記録されたシフト多重ホログラム列Hsが記録される。ここで、単体のホログラムHは、例えば直径dが1mm程度であって、シフト量は例えば10μm程度に設定することができる。このように多重記録されたシフト多重ホログラム列Hsは、各単体のホログラムHを独立して再生できる(クロストーク無く再生できる)ように、各ホログラムが異なるブラッグ回折条件で記録再生されることになる。 As a result, as shown in FIG. 2, the shift-multiplexed hologram sequence Hs is recorded in which the holograms H of the single bodies are recorded so as to be aligned in one direction in a state where the holograms H overlap each other. Here, the hologram H as a single body has a diameter d of, for example, about 1 mm, and the shift amount can be set to, for example, about 10 μm. In the shift-multiplexed hologram array Hs thus multiple-recorded, each hologram is recorded and reproduced under different Bragg diffraction conditions so that each single hologram H can be independently reproduced (reproduction without crosstalk). ..
そして、ホログラム記録再生装置1は、ノイズ除去機構8を備えている。このノイズ除去機構8は、単体のホログラムHが記録又は再生される時間内で参照光照射部3を常時微小変動させることで、記録又は再生時に生じるスペックルノイズを除去するものである。図示の例では、集光レンズ30に対してノイズ除去機構8を設けた例を示しているが、特にこれに限定されるものではなく、参照光照射部3を構成する光学系や光学要素にノイズ除去機構8を設けることができる。
The hologram recording/reproducing apparatus 1 includes a
ノイズ除去機構8の動作は、単体のホログラムHの記録時であれば、特定のブラッグ回折条件で生じる干渉縞がホログラム記録媒体Mに記録される時間内で参照光L2の状態を常時微小変動させるものであり、単体のホログラムHを記録する際のブラッグ回折条件が満たされている範囲で、参照光L2の状態を常時微小変動させている。このため、ノイズ除去機構8の動作は、単体のホログラムHをブラッグ回折条件を変えて多重記録する動作とは根本的に異なっている。
The operation of the
また、単体のホログラムHの再生時におけるノイズ除去機構8の動作は、ホログラム記録媒体Mに記録されている単体のホログラムHを特定のブラッグ回折条件で再生する際に、多重記録されたホログラムのうち単体のホログラムが再生される時間内で、単体のホログラムHを再生する際のブラッグ回折条件が満たされている範囲で、参照光L2の状態を常時微小変動させている。
In addition, the operation of the
図3及び図4は、ノイズ除去機構8の動作例を示している。図3(a)に示した例は、参照光照射部3の集光レンズ30を光軸方向に沿って微小変動させる動作を行っている。図3(b)に示した例は、参照光照射部3の集光レンズ30を光軸と交差する方向に沿って微小変動させる動作を行っている。図3(c)に示した例は、参照光照射部3の集光レンズ30を光軸方向と交差する軸周りに回動するように微小変動させる動作を行っている。
3 and 4 show an operation example of the
また、図4(a)に示した例では、参照光照射部3の集光レンズ30の入射側に平行平面基板30Pを配置し、この平行平面基板30Pを光軸と交差する軸周りに回動させる微小変動を行っている。図4(b)に示した例では、参照光照射部3の集光レンズ30の入射側に平行平面基板30Pを配置し、この平行平面基板30Pを光軸周りに回動させる微小変動を行っている。図4(c)に示した例では、参照光照射部3の集光レンズ30の入射側にウエッジ板30Qを配置し、このウエッジ板30Qを光軸周りに回動させる微小変動を行っている。
Further, in the example shown in FIG. 4A, a
このようなノイズ除去機構8によると、ホログラム記録再生装置1において、参照光L2の状態(位相)を変化させることで、信号光L1と参照光L2の散乱光の干渉によって生じるスペックルノイズを時間的に平均化することができる。スペックルノイズは、参照光L2の状態が時間的に変化すると瞬時に異なる空間で発生することになり、同じ位置に重なって記録再生されることを回避することができる。このため、ホログラム記録時には、スペックルノイズが時間的に平均化されたデータ情報をホログラムとして記録することができ、ホログラム再生時には、イメージセンサ41の出力において、スペックルノイズが時間的に平均化されたデータ情報を2次元画像として再生することができる。
According to the
図1に示したホログラム記録再生装置1は、制御部9を備えている。制御部9は、シフト多重記録機構6とノイズ除去機構8の動作を制御しながら、空間光変調器20に、2次元化されたデジタルビットパターンからなるページデータPの時系列データ情報を送信している。
The hologram recording/reproducing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a control unit 9. The control unit 9 controls the operations of the shift
これによると、ホログラム記録再生装置1は、ページデータPを担持した信号光L1と参照光L2とをホログラム記録媒体Mに照射してページデータPをホログラムとしてホログラム記録媒体Mに記録すると共に、ホログラムが記録されたホログラム記録媒体Mに参照光L2を照射することによりホログラムとして記録されているページデータPの2次元画像を再生する。この際、制御部9がシフト多重記録機構6を動作制御することで、信号光L1と参照光L2に対してホログラム記録媒体Mを相対的に移動させてページデータPの時系列データ情報をホログラムとしてシフト多重記録する。
According to this, the hologram recording/reproducing apparatus 1 irradiates the hologram recording medium M with the signal light L1 carrying the page data P and the reference light L2 to record the page data P as a hologram on the hologram recording medium M, and at the same time, the hologram. The two-dimensional image of the page data P recorded as a hologram is reproduced by irradiating the hologram recording medium M on which is recorded with the reference light L2. At this time, the control unit 9 controls the operation of the shift
そして、制御部9は、ノイズ除去機構8を動作制御することで、一つのページデータPを含む単体のホログラムが記録又は再生される時間内で、ページデータPのデジタルビットパターンの記録再生に影響しない範囲で、参照光L2をホログラム記録媒体Mに照射する参照光照射部3を常時微小変動させている。ここでの微小変動幅は、例えば、ホログラム記録媒体Mの記録面での信号光L1と参照光L2の振れ幅が、ホログラムとして記録されるページデータPのビット間隔より小さくなるように設定される。
Then, the control unit 9 controls the operation of the
これによって、ホログラム記録再生装置1は、スペックルノイズの除去を図りながら、ページデータPの時系列データ情報をホログラム記録媒体Mにシフト多重記録することができ、また、スペックルノイズの除去を図りながら記録されたページデータPの時系列データ情報を2次元画像として再生することができる。これにより、ホログラム記録再生装置1は、スペックルノイズに起因するデータの読み取りエラーを抑止することができる。 As a result, the hologram recording/reproducing apparatus 1 can shift-multiplex-record the time-series data information of the page data P on the hologram recording medium M while attempting to remove speckle noise, and also remove speckle noise. However, the time series data information of the recorded page data P can be reproduced as a two-dimensional image. As a result, the hologram recording/reproducing apparatus 1 can suppress a data reading error due to speckle noise.
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and changes in design within the scope not departing from the gist of the present invention. Even so, it is included in the present invention. Further, the respective embodiments described above can be combined by diverting each other's technology as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
1:ホログラム記録再生装置,
2:信号光照射部,3:参照光照射部,4:再生光検出部,
5:コヒーレント光源,6:シフト多重記録機構,
60:光学系シフト機構,61:記録媒体シフト機構,
7:光学機構,8:ノイズ除去機構,9:制御部,
20:空間光変調器,21,34,35,54:ミラー,
22,23,32,33,56,57:リレーレンズ,
24,30:集光レンズ,25:ナイキストフィルタ,
31,52,58:1/2波長板,
50:ビーム成形レンズ,51:アイソレータ,53:シャッタ,
55:ピンホール,59:光分離要素,
L1:信号光,L2:参照光,L3:再生光,
M:ホログラム記録媒体,H:ホログラム,Hs:シフト多重ホログラム列,
P:ページデータ
1: Hologram recording/reproducing device,
2: signal light irradiation unit, 3: reference light irradiation unit, 4: reproduction light detection unit,
5: coherent light source, 6: shift multiplex recording mechanism,
60: optical system shift mechanism, 61: recording medium shift mechanism,
7: optical mechanism, 8: noise removing mechanism, 9: control unit,
20: spatial light modulator, 21, 34, 35, 54: mirror,
22, 23, 32, 33, 56, 57: relay lens,
24, 30: condenser lens, 25: Nyquist filter,
31, 52, 58: 1/2 wave plate,
50: beam shaping lens, 51: isolator, 53: shutter,
55: pinhole, 59: light separating element,
L1: signal light, L2: reference light, L3: reproduction light,
M: hologram recording medium, H: hologram, Hs: shift multiplex hologram sequence,
P: Page data
Claims (5)
信号光を記録媒体に照射する信号光照射部と、
参照光を記録媒体に照射する参照光照射部と、
前記信号光照射部と前記参照光照射部に対して記録媒体を相対的に移動させるシフト多重記録機構と、
単体のホログラムが記録又は再生される時間内で前記参照光照射部を常時微小変動させるノイズ除去機構とを備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。 By irradiating the recording medium with the signal light carrying the data information and the reference light to record the data information as a hologram on the recording medium, the hologram is recorded as a hologram by irradiating the recording medium with the reference light. A hologram recording/reproducing apparatus for reproducing an image of data information,
A signal light irradiating unit for irradiating the recording medium with the signal light,
A reference light irradiation unit for irradiating the recording medium with the reference light,
A shift multiplex recording mechanism that moves a recording medium relative to the signal light irradiation unit and the reference light irradiation unit;
A hologram recording/reproducing apparatus comprising: a noise removing mechanism for constantly minutely changing the reference light irradiating unit within a time period during which a single hologram is recorded or reproduced.
信号光と参照光に対して記録媒体を相対的に移動させてページデータのホログラムをシフト多重記録し、
一つのページデータを含む単体のホログラムが記録又は再生される時間内で、ページデータのデジタルビットパターンの記録再生に影響しない範囲で、参照光を記録媒体に照射する参照光照射部を常時微小変動させることを特徴とするホログラム記録再生方法。 The recording medium is irradiated with signal light and reference light carrying page data having a two-dimensionalized digital bit pattern to record the page data as a hologram on the recording medium, and the reference light is recorded on the recording medium on which the hologram is recorded. A hologram recording/reproducing method for reproducing a two-dimensional image of page data recorded as a hologram by irradiating
The recording medium is moved relative to the signal light and the reference light to shift-multiplex-record the page data hologram.
Within the time when a single hologram containing one page data is recorded or reproduced, the reference light irradiation unit that irradiates the recording medium with the reference light is constantly minutely changed within the range that does not affect the recording and reproduction of the digital bit pattern of the page data. A hologram recording/reproducing method characterized by:
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