JP3954067B2 - ホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置及びミラー角度サーボ装置 - Google Patents

Description

本発明はホログラフィックデジタルデータシステム（ＨＤＤＳ：Holographic Digital Data System）に関し、より詳しくは、ホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置及びミラー角度サーボ装置に関する。

最近、ホログラフィックデジタルデータを記録する技術は、例えば半導体レーザ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの発達に支えられて、様々な分野で活発な研究が行われている。このような研究の結果としては、指紋を記録して再生する指紋認識システムなどが実用化されており、さらには大容量の保存能力と超高速データ伝送速度の利点を応用できる様々な分野に広がりつつある。このうち、大容量データを保存するホログラフィックデジタルデータシステムは、信号光と参照光を互いに干渉させる際に発生する干渉縞を干渉縞の強度に敏感に反応する、例えば光屈折性クリスタルなどの格納媒体（記録媒体）に記録するものであって、物体の３次元相を表示することができ、且つ、２進データからなるページ単位で構成される数百から数千個のホログラムデータを同じ場所に格納することができる。

図１は従来のホログラフィックデジタルデータシステムを示す構成図である。図１を参照して、従来のホログラフィックデジタルデータシステムは、光源１０、光拡大レンズ１２、ビームスプリッタ１４、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）１６、集光レンズ１８、第１及び第２ミラー２０、２４、遅延レンズ２２、格納媒体２６、対物レンズ２８、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）３０などから構成されている。

光源１０で発生したレーザ光は、光拡大レンズ１２を通してビームスプリッタ１４で参照光と信号光とに分離される。このとき、信号光は空間光変調器（ＳＬＭ）１６に入力されて変調される。すなわち、信号光は、空間光変調器（ＳＬＭ）１６で入力されたデータが実際のピクセルがなす明暗の２進データの１ページ単位に変調された後に、集光レンズ１８を通して格納媒体２６に入射される。

第１ミラー２０は、ビームスプリッタ１４で分離された参照光を反射して遅延レンズ２２を通過させて第２ミラー２４に入射させる。第２ミラー２４は、第１ミラー２０から入射された参照光が格納媒体２６に入射するように角度を調整して、参照光を再び反射する。このとき、第２ミラー２４の角度は図示しないアクチュエータで調整する。

空間光変調器（ＳＬＭ）１６から伝達された信号光と第２ミラー２４で反射された参照光の干渉により発生した干渉縞が格納媒体２６の記録層に記録される。このとき、発生した干渉縞の強度によって格納媒体２６内部の移動電荷の光誘起現象（Light-induced generation of mobile Charge）が生じ、記録層に干渉縞が記録される。

また、従来のホログラフィックデジタルデータシステムは、格納媒体２６に記録されたデータを次のようにして再生する。格納媒体２６に記録されているデータを読み出すためには、信号光を遮断したまま参照光のみを格納媒体２６に照射する。このために、ビームスプリッタ１４を通して分離された信号光はビームスプリッタ１４と空間光変調器（ＳＬＭ）１６との間にあるシャッタ（図示せず）がクローズされることによって遮断され、分離された参照光はビームスプリッタ１４と第１ミラー２０との間にある他のシャッタ（図示せず）がオープンされることによって第１ミラー２０に入射される。

第１ミラー２０と第２ミラー２４を経由して伝達された参照光は干渉縞のデータが記録された格納媒体２６に記録時と同じ角度で入射される。すると、格納媒体２６の記録層に記録された干渉縞が参照光を回折させて元のデータ、すなわちピクセル明暗からなる１ページの２進データ（格子状の縞）を再生する。格納媒体２６から再生された２進データ（１ページ単位）は対物レンズ２８を通してＣＣＤ３０に伝達され、ＣＣＤ３０は再生されたデータイメージを撮影して電気的なデータに変換して出力する。

上記した従来のホログラフィックデジタルデータシステムでは、再生時における格納媒体２６に参照光を入射させるための第２ミラー２４の角度調整が重要である。そのため、従来は、第２ミラー２４の再生時の角度が記録時の角度と同じになるようにアクチュエータにより調整するようにしているが、ミラー角度のエラーを測定してこれをサーボ制御する別途の装置はなかった。このため、ホログラフィックデジタルデータシステムによる正確な再生の実現が困難であるという問題があった。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、再生時にミラー角度のエラーを測定でき、これのサーボ制御を行うことができるホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置及びミラー角度サーボ装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置は、格納媒体（記録媒体）にデジタルデータを記録する、又は格納媒体に記録されているデジタルデータを再生するために、参照光を格納媒体に入射させるホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置であって、前記参照光を反射して前記格納媒体に入射させる第１反射面を前面に有しており、前記格納媒体に入射する前記参照光の入射角度を調整するのに用いられる第２反射面を後面に有する第１ミラーと、前記第２反射面に測定光を入射させる伝達ユニットと、前記第２反射面で反射された測定光が入射され、その入射された測定光を再び反射して前記第２反射面に戻す第２ミラーと、前記第２ミラーから戻された後、前記第２反射面で再び反射されて前記伝達ユニットに戻る前記測定光の光量を検出する光検出部とを備え、前記光検出部で検出された光量を比較することによって前記第１ミラーの角度を調整することを特徴とする。

また、前記課題を解決するため、本発明のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置は、格納媒体（記録媒体）にデジタルデータを記録する、又は格納媒体に記録されているデジタルデータを再生するために、参照光を格納媒体に入射させるホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置であって、前記参照光を反射して前記格納媒体に入射させる第１反射面を前面に有しており、前記格納媒体に入射する前記参照光の入射角度を調整するのに用いられる第２反射面を後面に有する第１ミラーと、前記第２反射面に測定光を入射させる伝達ユニットと、前記第２反射面で反射された測定光が入射され、その入射された測定光を再び反射して前記第２反射面に戻す第２ミラーと、前記第２ミラーから戻された後、前記第２反射面で再び反射されて前記伝達ユニットに戻る前記測定光の光量を検出する光検出部と、前記第１ミラーの角度を調整するアクチュエータと、前記光検出部で検出された光量を比較することによって前記アクチュエータを駆動するサーボ制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ホログラフィックデジタルデータシステムにおいて、格納媒体に参照光を入射させるミラーの後面にも反射面をさらに設け、ミラーの後面の反射面とその後面の反射面に対向する他のミラーとの間で反射作用を経た光の光量を検出するミラー角度測定装置を備えることによって、再生時にミラー角度のエラーを測定することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、格納媒体に参照光を入射させるミラーの後面から反射された光を検出し、その検出結果によってミラーのアクチュエータを調整するサーボ制御部を備えることによって、再生時にミラー角度を、設定された角度に合わせるサーボ制御が可能になる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。なお、本実施形態での「第２ミラー１１４」は［特許請求の範囲］の「第１ミラー」に相当し、「第４ミラー１２８」は［特許請求の範囲］の「第２ミラー」に相当する。

図２は、本発明に係るホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置（以下、単に「ミラー角度測定装置」という）を示す構成図である。図２を参照して、本発明が適用されるホログラフィックデジタルデータシステムは、光源１００、光拡大レンズ１０２、第１ビームスプリッタ１０４、空間光変調器（ＳＬＭ）１０６、集光レンズ１０８、第１及び第２ミラー１１０，１１４、遅延レンズ１１２、格納媒体（記録媒体）１１６、対物レンズ１１８、ＣＣＤ１２０などから構成されている。

そして、ミラー角度測定装置は、第３及び第４ミラー１２２，１２８、第２ビームスプリッタ１２４、λ／４プレート１２６、フーリエ方式の集光レンズ１３０、光検出部（ＰＤＩＣ：Photo Detect Intergrated Circuit）１３２などから構成されている。第４ミラー１２８は、第２ミラー１１４に対して平行に配置されている。

ホログラフィックデジタルデータシステムの光拡大レンズ１０２、第１ビームスプリッタ１０４、空間光変調器１０６、集光レンズ１０８、第１及び第２ミラー１１０、１１４、遅延レンズ１１２、格納媒体１１６、対物レンズ１１８、ＣＣＤ１２０は、従来のシステムと同様であるため、これらについての説明は省略する。ただし、格納媒体１１６に参照光を入射させる回転型の第２ミラー１１４は、前面だけでなく、後面にも反射面が形成されている。第２ミラー１１４の表の反射面（第１反射面）は第１ミラー１１０から入射した光を格納媒体１１６に向けて反射し、第２ミラー１１４の裏の反射面（第２反射面）は第２ビームスプリッタ１２４から入射された光を第４ミラー１２８に向けて反射する。なお、第２ビームスプリッタ１２４は、第２ミラー１１４の角度を測定するための光経路（第２ミラー１１４と光検出部１３２を結ぶ光路）上に設けられている。

ミラー角度測定装置について詳しく説明する。光源１００で発生したレーザ光（垂直偏光）は第３ミラー１２２に入射され、第３ミラー１２２で第２ビームスプリッタ１２４に向けて反射する。第２ビームスプリッタ１２４に入射する光は垂直偏光であるため、第２ビームスプリッタ１２４はその垂直偏光をλ／４プレート１２６に向けて反射する。λ／４プレート１２６は第２ビームスプリッタ１２４から入射した垂直偏光をλ／４だけ遅延させて円偏光に変換した後、その円偏光を第２ミラー１１４の裏の反射面に入射させる。なお、λ／４プレート１２６は、第２ミラー１１４の角度を測定するための光経路上に設けられている（第２ミラー１１４と第２ビームスプリッタ１２４との間）。

第２ミラー１１４は、裏の反射面に入射した円偏光を第４ミラー１２８に向けて反射する。第４ミラー１２８は、第２ミラー１１４から入射した円偏光を反射して、第２ミラー１１４の裏の反射面に再び入射させる。記録時に、第２ミラー１１４の前面の反射面が第１ミラー１１０から入射した参照光を格納媒体１１６に向けて反射しているとき、λ／４プレート１２６から第２ミラー１１４の後面の反射面に入射した光（円偏光）は第４ミラー１２８に向けて反射される。このとき、第４ミラー１２８の角度は、第２ミラー１１４から入射する光に対して垂直となるようにする。

そして、再生時は、第２ミラー１１４の角度が記録時に設定された角度と正確に一致するようにする。このとき、第２ミラー１１４から第４ミラー１２８に入射する光は、第４ミラー１２８により反射されて同じ光経路を戻ってきて第２ミラー１１４の裏の反射面に入射する。そして、第２ミラー１１４の裏の反射面は、第４ミラー１２８から入射した光（円偏光）をλ／４プレート１２６に向けて反射する。λ／４プレート１２６に入射した円偏光は、λ／４プレート１２６でλ／４だけ遅延されて水平偏光に変換された後、第２ビームスプリッタ１２４に入射する。

第２ビームスプリッタ１２４は水平偏光をそのまま通過させる特性があるため、λ／４プレート１２６から入射した水平偏光は、第２ビームスプリッタ１２４と集光レンズ１３０を通過して光検出部１３２に入射する。光検出部１３２は、第２ビームスプリッタ１２４と集光レンズ１３０を経由して入射された光を、分割されたセンサ領域Ａ、Ｂで検出する。光検出部１３２である２分割されたセンサ領域Ａ、Ｂがそれぞれ検知した光量データが互いに同じである場合は、システム内のサーボ制御部（図示せず）は第２ミラー１１４の角度が正確に合っている（再生時の角度と記録時の角度が合っている）と判断して、第２ミラー１１４の角度の調整を終了する。逆に、センサ領域Ａ、Ｂがそれぞれ検知した光量データが互いに同じではない場合は、第２ミラー１１４の再生時の角度が記録時の角度と合っていないと判断して、第２ミラー１１４の角度のエラーを測定して、その測定結果に基づいて前記サーボ制御部が第２ミラー１１４の角度の調整を行う。

図３は、ミラー角度測定装置の他の実施形態を示す構成図である。図３に示すミラー角度測定装置は、図２に示したミラー角度測定装置の第４ミラー１２８を、複数の反射面を有する多重ミラー１２８ａに変更したものである。例えば、多重ミラー１２８ａの反射面間の内部角度がθ１、θ２（θ１＝θ２、又はθ１≠θ２）になっている場合は、多重ミラー１２８ａの各反射面により第２ミラー１１４から入射された光を互いに異なる角度で反射させることができる。

図３に示すミラー角度測定装置では、記録時に、第２ミラー１１４の後面の反射面によって反射されて多重ミラー１２８ａに入射する光が多重ミラー１２８ａの反射面と互いに垂直になるように、多重ミラー１２８ａの角度を調整する。そして、再生時には、第２ミラー１１４の裏の反射面から入射した光を光検出部１３２で検出して、第２ミラー１１４の角度が記録時の角度と正確に一致するかを測定する。

図４は、本発明に係るホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置（以下、単に「ミラー角度サーボ装置」という）を示す構成図である。図４に示すミラー角度サーボ装置は、図２に示したミラー角度測定装置に、サーボ制御部１３４及びアクチュエータ１３６などのサーボ装置を追加したものである。

図４に示すミラー角度サーボ装置では、再生時に、光検出部１３２で検出されたセンサ領域Ａ、Ｂのそれぞれの光量データが、サーボ制御部１３４に伝達される。サーボ制御部１３４は光検出部１３２から伝達された２つの光量データを比較して、その比較結果によって第２ミラー１１４の角度を調整するアクチュエータ１３６に対してのサーボ制御を行う。

すなわち、光検出部１３２で検出された２分割センサ領域Ａ、Ｂの光量データが互いに同じである場合は、サーボ制御部１３４は第２ミラー１１４の角度が設定された角度と合っている（再生時の角度と記録時の角度が合っている）と判断し、第２ミラー１１４のアクチュエータ１３６を駆動させない。逆に、光検出部１３２で検出された２分割センサ領域Ａ、Ｂの光量データが互いに同じではない場合は、サーボ制御部１３４は第２ミラー１１４の角度が設定された角度と合っていない（再生時の角度が記録時の角度と合っていない）と判断し、第２ミラー１１４のアクチュエータ１３６を駆動させて第２ミラー１１４の角度を調整する。

その後、第２ミラー１１４の角度がきちんと調整されているかを再確認するために、再び光源１００で発生したレーザ光を、第３ミラー１２２、第２ビームスプリッタ１２４、λ／４プレート１２６を経由して第２ミラー１１４の裏の反射面に入射させる。第２ミラー１１４の裏の反射面に入射した光は、第４ミラー１２８に向けて反射される。第４ミラー１２８は入射した光を第２ミラー１１４の裏の反射面に向けて反射する。第２ミラー１１４の裏の反射面に再び入射した光は反射されて、λ／４プレート１２６、第２ビームスプリッタ１２４、集光レンズ１３０を経由して光検出部１３２に伝達される。

光検出部１３２で検出された光は再びサーボ制御部１３４に伝達され、サーボ制御部１３４は光検出部１３２の分割されたセンサ領域の光量データが互いに同じであるかを比較して、その比較結果によってアクチュエータ１３６の駆動を制御する。すなわち、サーボ制御部１３４は光検出部１３２で検出されたデータが設定された値と一致するまでアクチュエータ１３６を駆動して参照光を格納媒体１１６に入射させる第２ミラー１１４の角度を調整する。

以上の内容は本発明の好ましい実施の形態を例示したものに過ぎず、本発明は、請求範囲に開示された本発明の範疇内で多様に変更及び修正可能である。

従来のホログラフィックデジタルデータシステムを示す構成図である。 本発明に係るホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置を示す構成図である。 ミラー角度測定装置の他の実施形態を示す構成図である。 本発明に係るホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置を示す構成図である。

符号の説明

１００ 光源
１１０ 第１ミラー
１１４ 第２ミラー
１１６ 格納媒体
１２２ 第３ミラー
１２４ 第２ビームスプリッタ１２４
１２６ λ／４プレート
１２８ 第４ミラー
１３０ 集光レンズ
１３２ 光検出部（ＰＤＩＣ）

Claims (9)

1. 格納媒体にデジタルデータを記録する、又は格納媒体に記録されているデジタルデータを再生するために、参照光を格納媒体に入射させるホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置であって、
   前記参照光を反射して前記格納媒体に入射させる第１反射面を前面に有しており、前記格納媒体に入射する前記参照光の入射角度を調整するのに用いられる第２反射面を後面に有する第１ミラーと、
   前記第２反射面に測定光を入射させる伝達ユニットと、
   前記第２反射面で反射された測定光が入射され、その入射された測定光を再び反射して前記第２反射面に戻す第２ミラーであって、前記第２反射面から入射される測定光に対して垂直になるような角度に配置され、入射された測定光を垂直に反射する、該第２ミラーと、
   前記第２ミラーで反射された後、前記第２反射面で再び反射されて前記伝達ユニットに戻る前記測定光の光量を検出する光検出部であって、少なくとも２つ以上に分割されたセンサ領域を有するセンサである、該光検出部とを備え、
   前記光検出部の２つ以上に分割されたセンサ領域のそれぞれで検出された光量を比較することによって前記第１ミラーの角度を調整することを特徴とするホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置。
2. 前記伝達ユニットはビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置。
3. 前記ビームスプリッタと前記第１ミラーとの間にはλ／４プレートが設けられることを特徴とする請求項２に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置。
4. 前記第２ミラーは複数の反射面を有する多重ミラーであることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度測定装置。
5. 格納媒体にデジタルデータを記録する、又は格納媒体に記録されているデジタルデータを再生するために、参照光を格納媒体に入射させるホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置であって、
   前記参照光を反射して前記格納媒体に入射させる第１反射面を前面に有しており、前記格納媒体に入射する前記参照光の入射角度を調整するのに用いられる第２反射面を後面に有する第１ミラーと、
   前記第２反射面に測定光を入射させる伝達ユニットと、
   前記第２反射面で反射された測定光が入射され、その入射された測定光を再び反射して前記第２反射面に戻す第２ミラーであって、前記第２反射面から入射される測定光に対して垂直になるような角度に配置され、入射された測定光を垂直に反射する、該第２ミラーと、
   前記第２ミラーで反射された後、前記第２反射面で再び反射されて前記伝達ユニットに戻る前記測定光の光量を検出する光検出部であって、少なくとも２つ以上に分割されたセンサ領域を有するセンサである、該光検出部と、
   前記第１ミラーの角度を調整するアクチュエータと、
   前記光検出部の２つ以上に分割されたセンサ領域のそれぞれで検出された光量を比較することによって前記アクチュエータを駆動するサーボ制御部とを備えることを特徴とするホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置。
6. 前記伝達ユニットはビームスプリッタであることを特徴とする請求項５に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置。
7. 前記ビームスプリッタと前記第１ミラーとの間にはλ／４プレートが設けられることを特徴とする請求項６に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置。
8. 前記第２ミラーは複数の反射面を有する多重ミラーであることを特徴とする請求項５に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置。
9. 前記サーボ制御部は前記光検出部の２つ以上に分割されたセンサ領域のそれぞれで検出された光量を比較して、前記第１ミラーの再生時の角度が記録時の角度と一致しないと判断した場合に前記アクチュエータを駆動させることを特徴とする請求項５に記載のホログラフィックデジタルデータシステムのミラー角度サーボ装置。

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