JP4730081B2 - ホログラム記録方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録方法及び装置に関し、特に、特に、明暗画像で表現されたデジタルデータをフーリエ変換ホログラムとして記録するホログラム記録方法及び装置に関する。

ホログラフィック・データ・ストレージでは、二値のデジタルデータ「０，１」が「明、暗」としてデジタル画像（信号光）化され、信号光はレンズによりフーリエ変換されて光記録媒体に照射される。そして、光記録媒体にはフーリエ変換像がホログラムとして記録される。しかしながら、デジタルデータのフーリエ変換像は０次に極めて強いピーク強度を有しているので、ホログラフィック・データ・ストレージでは、この０次成分（直流成分）により光記録媒体のダイナミックレンジが浪費され、多重度（多重記録されるホログラムの数）を大きくしようとすると、再生像のＳ／Ｎ（シグナル−ノイズ比）が大きく低下してしまう。そのために多重度を大きくできない、という問題がある。

この問題を解決するために、信号光のフーリエ変換像の直流成分を遮断する方法が種々提案されている（特許文献１、２）。例えば、特許文献１に記載された方法では、レンズと光記録媒体との間に遮光体を配置し、この遮光体により信号光の０次成分を遮断する。そして、信号光の特定次数の成分だけが、遮光体に形成したアパーチャを通過するようにして、信号光の画像エッジ部分をホログラムとして記録する。この方法によれば、０次成分による無駄な露光を抑制することでダイナミックレンジの浪費を防止し、各データページの記録領域を小さくすることができる。
特開２０００−６６５６５号公報 特開２００４−１９８８１６号公報

しかしながら、信号光のフーリエ変換像から０次成分を除去すると、元のデジタル画像とは異なる強度パターンが再生像に現れ、二値のデジタルデータを正確に復号することができない、という問題がある。即ち、信号光のフーリエ変換像から０次成分を除去してホログラムの記録、再生を行うと、再生像の強度パターンは、記録時に空間光変調器で生成された強度パターンとは異なるパターンとなる。例えば、特許文献１に記載された方法では、画像エッジ部分だけが再生される。これでは、二値のデジタルデータを正確に復号することができない。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、本発明の目的は、光記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用できると共に、記録されたホログラムから元の信号光を復元して再生することができるホログラム記録方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換し、直流成分にのみブラッグ条件が一致する体積ホログラム素子を用いて、減衰後の直流成分の減衰前の直流成分に対する比率が１０％〜５０％の範囲となるように、フーリエ変換された信号光の直流成分を減衰させ、直流成分が減衰された信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法である。

本発明のホログラム記録方法では、信号光と参照光とをフーリエ変換し、得られたフーリエ変換像から信号光の直流成分を減衰させ、直流成分が減衰された信号光と参照光とを用いてホログラムを記録するので、０次成分による無駄な露光を抑制することでダイナミックレンジの浪費が防止され、光記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用できる。また、フーリエ変換像の直流成分が完全に除去される訳ではないので、記録されたホログラムから元の信号光を復元して再生することができる。

また、信号光の直流成分と共に参照光の直流成分を減衰させてもよい。

以上説明したように本発明によれば、光記録媒体のダイナミックレンジを有効に活用できると共に、記録されたホログラムから元の信号光を復元して再生することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。第３の実施の形態が「本発明の実施の形態」に相当する。第３の実施の形態で、第１、第２の実施の形態と同様とされた点は、第１、第２の実施の形態で説明した内容が、第３の実施の形態にも適用される。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。図示した通り、この記録再生装置では信号光と参照光とを同軸で光記録媒体に照射することができる。

このホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源１０が設けられている。光源１０のレーザ光照射側には、レンズ１２、１４からなるビームエキスパンダ１５が配置されている。ビームエキスパンダ１５の光透過側には、所定方向の偏光だけを透過すると共にそれ以外の偏光を反射する偏光ビームスプリッタ１６が配置されている。以下では、偏光ビームスプリッタ１６は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものとして説明する。

偏光ビームスプリッタ１６の光反射側には、反射型の空間光変調器１８が配置されている。空間光変調器１８は、パターン発生器３２を介してパーソナルコンピュータ３０に接続されている。パターン発生器３２は、パーソナルコンピュータ３０から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器１８に表示するパターンを生成し、空間光変調器１８は、表示パターンに応じて入射したレーザ光を変調し、ページ毎のデジタル画像（信号光）と参照光とを生成する。生成された信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ１６の方向に反射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過する。

偏光ビームスプリッタ１６の信号光透過側には、１/４波長板２０、レンズ２２、２４、フーリエ変換レンズ２６が光路に沿ってこの順に配置されている。また、レンズ２２とレンズ２４との間には、信号光及び参照光のフーリエ変換像の直流成分を減衰させる減衰フィルタ３８が光路に対し挿入及び退避可能に配置されている。また、減衰フィルタ３８は、減衰フィルタ３８を駆動する駆動装置３４を介してパーソナルコンピュータ３０に接続されている。

減衰フィルタ３８としては、例えば、フーリエ変換像の直流成分を選択的に減衰させるＮＤフィルタ等を用いることができる。減衰フィルタ３８は、フーリエ変換像の直流成分を１０％以上は透過させるものが好ましく、３０％以上は透過させるものがより好ましい。フーリエ変換像の直流成分が１０％未満になると、ＢＥＲ（ビットエラーレート）が急激に増加し、Ｓ／Ｎが低下する。

ホログラム再生時、光記録媒体２８に参照光が照射されると、照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体２８の反射層２８ａでフーリエ変換レンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１６の回折光反射側には、ＣＣＤやＣＭＯＳアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する光検出器３６が配置されている。光検出器３６は、パーソナルコンピュータ３０に接続されている。

次に、パーソナルコンピュータ３０によって実行される記録再生処理の処理ルーチンについて説明する。図２は記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。まず、ユーザは入力装置（図示せず）を操作して、記録処理か再生処理かを選択する。デジタルデータをホログラムとして記録する場合には、記録するデジタルデータを予めパーソナルコンピュータに入力しておく。

ステップ１００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ１０２で、駆動装置３４を駆動して減衰フィルタ３８を光路に挿入する。次のステップ１０４で、光源１０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ３０からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源１０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により大径のビームにコリメートされて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、空間光変調器１８の方向に反射される。パーソナルコンピュータ３０からデジタルデータが入力されると、パターン発生器３２において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器１８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器１８では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光と参照光とが生成される。

例えば、図３に示すように、空間光変調器１８の中央部分をデータ表示用（信号光用）に使用すると共に、空間光変調器１８の周辺部分を参照光用に使用する。空間光変調器１８の中央部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、信号光が生成される。一方、空間光変調器１８の周辺部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。

空間光変調器１８で偏光変調された信号光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ１６に照射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、１/４波長板２０で円偏光に変換され、レンズ２２によりフーリエ変換される。フーリエ変換された信号光及び参照光は、減衰フィルタ３８に照射され、信号光及び参照光のフーリエ変換像の直流成分が減衰される。

減衰フィルタ３８を透過した信号光及び参照光は、レンズ２４で逆フーリエ変換され、レンズ２６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体２８に同時に且つ同軸で照射される。これによって、光記録媒体２８中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。

図２のステップ１００で、再生処理が選択された場合には、ステップ１０６で、駆動装置３４を駆動して減衰フィルタ３８を光路に挿入する。次のステップ１０８で、光源１０からレーザ光を照射し、ホログラムの再生処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの再生処理について説明する。
光源１０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により大径のビームにコリメートされて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、空間光変調器１８の方向に反射される。パーソナルコンピュータ３０から駆動信号が入力されると、パターン発生器３２において、信号光を遮断するための遮光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器１８に表示されるパターンが生成される。

図４に示すように、空間光変調器１８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）を表示し、空間光変調器１８の周辺部分には記録時と同じ参照光パターンを表示する。空間光変調器１８では、遮光パターンに応じてレーザ光が遮断されると共に、参照光パターンに応じてレーザ光が偏光変調され、参照光が生成される。

空間光変調器１８で生成された参照光は、偏光ビームスプリッタ１６に照射され、偏光ビームスプリッタ１６を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、１/４波長板２０で円偏光に変換され、レンズ２２によりフーリエ変換される。フーリエ変換された参照光は、減衰フィルタ３８に照射される。減衰フィルタ３８を透過した参照光は、レンズ２４で逆フーリエ変換され、レンズ２６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体２８のホログラムが記録された領域に照射される。

光記録媒体２８に照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体２８の反射層２８ａでレンズ２６の方向に反射される。反射された回折光は、レンズ２６より逆フーリエ変換され、レンズ２４、２２でリレーされ、１/４波長板２０でＳ偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタ１６に入射し、光検出器３６の方向に反射される。レンズ２２の焦点面では再生像を観察することができる。この再生像が光検出器３６によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器３６によってＡ／Ｄ変換され、再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ３０に入力される。

以上説明した通り、本実施の形態では、信号光と参照光とをフーリエ変換し、得られたフーリエ変換像の直流成分を減衰させ、直流成分が減衰された信号光と参照光とを用いてホログラムを記録しているので、ホログラムの記録時に直流成分による不要露光が防止され、ダイナミックレンジを有効に活用することができ、多重度が向上する。

また、本実施の形態では、フーリエ変換像の直流成分が完全に除去される訳ではないので、記録されたホログラムから元の信号光パターン（明暗画像）を再生することができる。これにより、信号光に保持されたデジタルデータを正確に復号することができる。

なお、上記では減衰フィルタを移動可能に配置したが、減衰フィルタは固定配置されていてもよい。減衰フィルタを固定配置した場合には、減衰フィルタを駆動する駆動装置も不要となり、ホログラム記録再生装置の構成が簡単になる。また、再生の際、減衰フィルタを光路から除去してもよい。特に、出力の小さい光源を用いて、高速に再生像を取得したい場合のように、明るい再生像を取得したい場合には、再生の際に減衰フィルタを光路から除去することが望ましい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、反射型の空間光変調器と反射型の光記録媒体とを用いる記録再生装置について説明したが、第２の実施の形態では、透過型の空間光変調器と透過型の光記録媒体とを用いる記録再生装置について説明する。なお、信号光と参照光とを同軸で光記録媒体に照射することができる点は、第１の実施の形態と同様である。

図５は第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。
このホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を発振する光源５０が設けられている。光源５０のレーザ光照射側には、レンズ５２、５４からなるビームエキスパンダー５５が配置されている。ビームエキスパンダ５５の光透過側には、透過型の空間光変調器５８が配置されている。空間光変調器５８は、パターン発生器６０を介してパーソナルコンピュータ５６に接続されている。

パターン発生器６０は、パーソナルコンピュータ５６から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器５８に表示するパターンを生成し、空間光変調器５８は、表示パターンに応じて入射したレーザ光を変調し、ページ毎のデジタル画像（信号光）と参照光とを生成する。

空間光変調器５８の光透過側には、図示しない偏光板、レンズ６２、６４、光記録媒体７２に信号光及び参照光を照射するフーリエ変換レンズ６６が光路に沿ってこの順に配置されている。また、レンズ６２とレンズ６４との間には、信号光及び参照光のフーリエ変換像の直流成分を減衰させる減衰フィルタ６８が、光路に対し挿入及び退避可能に配置されている。また、減衰フィルタ６８は、減衰フィルタ６８を駆動する駆動装置７０を介してパーソナルコンピュータ５６に接続されている。

減衰フィルタ６８としては、例えば、フーリエ変換像の直流成分を選択的に減衰させるＮＤフィルタ等、第１の実施の形態と同様の減衰フィルタを用いることができる。

ホログラム再生時、光記録媒体７２に参照光が照射されると、照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して、フーリエ変換レンズ７４の方向に射出される。光記録媒体７２の回折光出射側には、フーリエ変換レンズ７４を介して、ＣＣＤやＣＭＯＳアレイ等の撮像素子で構成され、受光した再生光（回折光）を電気信号に変換して出力する光検出器７６が配置されている。光検出器７６は、パーソナルコンピュータ５６に接続されている。

第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、第１の実施の形態に係る装置とは構成が異なり、ホログラムの記録方法、再生方法が異なる。パーソナルコンピュータ５６によって実行される記録再生処理の処理ルーチンを、図６に示す。

まず、ステップ２００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ２０２で、駆動装置７０を駆動して減衰フィルタ６８を光路に挿入する。次のステップ２０４で、光源５０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ５６からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源５０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５５により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器５８に照射される。パーソナルコンピュータ５６からデジタルデータが入力されると、パターン発生器６０において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器５８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器５８では、表示されたパターンに応じてレーザ光が強度変調され、信号光と参照光とが生成される。

第１の実施の形態と同様に、空間光変調器５８の中央部分をデータ表示用（信号光用）に使用すると共に、空間光変調器５８の周辺部分を参照光用に使用する（図３参照）。空間光変調器５８の中央部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、信号光が生成される。一方、空間光変調器５８の周辺部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。その後、信号光と参照光は、図示しない偏光板を透過して、振幅分布に変換される。

空間光変調器５８で生成された信号光及び参照光は、レンズ６２によりフーリエ変換される。フーリエ変換された信号光及び参照光は、減衰フィルタ６８に照射され、信号光及び参照光のフーリエ変換像の直流成分が減衰される。減衰フィルタ６８で遮断されなかった信号光及び参照光は、レンズ６４で逆フーリエ変換され、レンズ６６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体７２に同時に且つ同軸で照射される。これによって、光記録媒体７２中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。

図６のステップ２００で、再生処理が選択された場合には、ステップ２０６で、駆動装置７０を駆動して減衰フィルタ６８を光路から退避させる。次のステップ２０８で、光源１０からレーザ光を照射し、ホログラムの再生処理を実行して、ルーチンを終了する。

次に、ホログラムの再生処理について説明する。
光源５０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５５により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器５８に入射される。パーソナルコンピュータ５６から駆動信号が入力されると、パターン発生器６０において、信号光を遮断するための遮光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器５８に表示される表示パターンが生成される。

図４に示すように、空間光変調器１８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）を表示し、空間光変調器５８の周辺部分には記録時と同じ参照光パターンを表示する。空間光変調器５８では、遮光パターンに応じてレーザ光が遮断されると共に、参照光パターンに応じてレーザ光が偏光変調され、参照光が生成される。

空間光変調器５８で生成された参照光は、レンズ６２によりフーリエ変換される。フーリエ変換された参照光は、レンズ６４で逆フーリエ変換され、レンズ６６により再びフーリエ変換されて、光記録媒体７２のホログラムが記録された領域に照射される。

光記録媒体７２に照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して射出される。光記録媒体７２を透過した回折光と信号光の直流成分とは、レンズ７４により逆フーリエ変換され、光検出器７６に入射する。レンズ７４の焦点面では再生像を観察することができる。

図７は、計算機実験の結果を示すグラフである。横軸は０次成分の強度比率を表し、縦軸はＢＥＲ（ビットエラー率）、ＳＮＲ（シグナル−ノイズ比）を表す。ＳＮＲにおいては、０次成分を減衰しなかった場合のＳＮＲにおいて規格化して評価した。

計算機実験では信号光のデータ画像を次のように作成した。即ち、二値のデジタルデータ「０，１」を黒画素（輝度０）、白画素（輝度２５５）とし、更に、データ画像全体に照射光の強度分布やノイズの影響を加えるために、黒画素の分布は平均輝度１０、分散１０とし、白画素の分布は平均輝度２２０、分散１０とした。このデータ画像（図８に示す信号光パターン）を用いてシミュレーションを行い、信号光（データ画像）をフーリエ変換し、信号光のフーリエ変換像の直流成分（０次成分）の強度を変調して、逆フーリエ変換した。そして、逆フーリエ変換像のヒストグラムを生成し、評価した。ここでは、０次成分の強度変調は、信号光における減衰後の直流成分の減衰前の直流成分に対する比率を表す。同時に、０次成分の強度変調は、再生像において、信号光の０次成分の回折光成分に対する比率を変えることに相当する。

実験結果から分かるように、０次成分が大きいほどＳ／Ｎ、ＢＥＲは良好になるが、５０％ほどで飽和する。また、０次成分が１０％以上含まれていれば、ＢＥＲは１０^−４以下のオーダーであり、既存のエラー訂正法により十分に実用レベルを達成できる。従って、Ｓ／Ｎ，ＢＥＲの観点からは、０次成分が１０％以上含まれていることが好ましく、３０％以上含まれていることがより好ましい。０次成分が１０％を下回るとＳ／ＮとＢＥＲとが急激に悪化する。一方、不要露光を防止する観点からは、０次成分が少ない方が好ましく、５０％以下がより好ましい。

以上説明した通り、本実施の形態では、信号光と参照光とをフーリエ変換し、得られたフーリエ変換像の直流成分を減衰させ、直流成分が減衰された信号光と参照光とを用いてホログラムを記録しているので、ホログラムの記録時に直流成分による不要露光が防止され、ダイナミックレンジを有効に活用することができ、多重度が向上する。

また、本実施の形態では、フーリエ変換像の直流成分が完全に除去される訳ではないので、記録されたホログラムから元の信号光パターン（明暗画像）を再生することができる。これにより、信号光に保持されたデジタルデータを正確に復号することができる。

また、第１の実施の形態では、レンズの焦点位置と光記録媒体の反射層の位置とが一致している必要があるが、光記録媒体が反射層と一体化しているため、光記録媒体のデフォーカスの自由度が小さい。即ち、信号光と参照光とが重なる領域が大きくなるように光記録媒体を移動させることが難しい。これに対し、本実施の形態では、透過型の光記録媒体を用いるため、デフォーカスの自由度が大きく、記録条件を設計しやすいという長所がある。

（第３の実施の形態）
第１及び第２実施の形態では、直流成分を減衰させる減衰フィルタを用いて信号光のフーリエ変換像の直流成分を減衰させる例について説明したが、第３の実施の形態では、直流成分を回折させる回折素子を用いて直流成分を減衰させる例について説明する。なお、信号光と参照光とを同軸で光記録媒体に照射することができる点は、第１及び第２の実施の形態と同様である。

図９は、第３の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。第２の実施の形態に係る装置と同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。このホログラム記録再生装置では、空間光変調器５８の光透過側に、図示しない偏光板があり、その光透過側に、信号光のフーリエ変換像の直流成分を減衰させる体積ホログラム素子８０と、光記録媒体７２に信号光及び参照光を照射するフーリエ変換レンズ６６と、がこの順に配置されている。また、体積ホログラム素子８０は、駆動装置８２を介してパーソナルコンピュータ５６に接続され、駆動装置８２により光路に対し挿入及び光路から退避するように駆動される。

体積ホログラム素子８０としては、空間光変調器５８で生成された信号光の直流成分（０次成分）にブラッグ（Bragg）条件が一致する素子を使用する。この体積ホログラム素子８０によれば、空間光変調器５８で生成された信号光の直流成分だけが所定方向に回折される。一方、信号光の直流成分以外の成分は、ブラッグ条件が一致しないため、体積ホログラム素子８０で回折されずに、体積ホログラム素子８０を透過する。これにより、信号光のフーリエ変換像の直流成分が体積ホログラム素子８０の回折効率に応じて減衰される。

第３の実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、第２の実施の形態に係る装置とは構成が異なり、ホログラムの記録方法、再生方法は異なるが、パーソナルコンピュータ５６によって実行される記録再生処理の処理ルーチンは、図６に示したルーチンと同様である。但し、第３の実施の形態では、減衰フィルタ６８に代えて体積ホログラム素子８０が、駆動装置８２により光路に挿入又は光路から退避される。

まず、ステップ２００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ２０２で、駆動装置８０を駆動して体積ホログラム素子８０を光路に挿入する。次のステップ２０４で、光源５０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ５６からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。

ステップ２００で、再生処理が選択された場合には、ステップ２０６で、駆動装置８０を駆動して体積ホログラム素子８０を光路から退避させる。次のステップ２０８で、光源５０からレーザ光を照射し、ホログラムの再生処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの記録処理について説明する。
光源５０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５５により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器５８に照射される。パーソナルコンピュータ５６からデジタルデータが入力されると、パターン発生器６０において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器５８に表示されるパターンが生成される。空間光変調器５８では、表示されたパターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光と参照光とが生成される。その後、信号光と参照光は、図示しない偏光板を透過して、振幅分布に変換される。

第１の実施の形態と同様に、空間光変調器５８の中央部分をデータ表示用（信号光用）に使用すると共に、空間光変調器５８の周辺部分を参照光用に使用する（図３参照）。空間光変調器５８の中央部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、信号光が生成される。一方、空間光変調器５８の周辺部分に入射したレーザ光は、表示パターンに応じて偏光変調され、参照光が生成される。その後、偏光板を透過することによって、直線偏光の振幅分布に変換される。

空間光変調器５８で生成された信号光及び参照光は、体積ホログラム素子８０に照射され、信号光及び参照光のフーリエ変換像の直流成分が減衰される。体積ホログラム素子８０を透過した信号光及び参照光は、レンズ６６によりフーリエ変換されて、光記録媒体７２に同時に且つ同軸で照射される。これによって、光記録媒体７２中で信号光と参照光とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。

次に、ホログラムの再生処理について説明する。
光源５０から発振されたレーザ光は、ビームエキスパンダ５５により大径のビームにコリメートされて、空間光変調器５８に入射される。パーソナルコンピュータ５６から駆動信号が入力されると、パターン発生器６０において、信号光を遮断するための遮光パターンが生成され、参照光パターンと合成されて、空間光変調器５８に表示される表示パターンが生成される。

第１の実施の形態と同様に、空間光変調器５８の中央部分に遮光パターン（全部、黒画素）を表示し、空間光変調器５８の周辺部分には記録時と同じ参照光パターンを表示する（図４参照）。空間光変調器５８では、遮光パターンに応じてレーザ光が遮断されると共に、参照光パターンに応じてレーザ光が偏光変調され、参照光が生成される。その後、参照光は、図示しない偏光板を透過して、振幅分布に変換される。

空間光変調器５８で生成された参照光は、レンズ６６によりフーリエ変換されて、光記録媒体７２のホログラムが記録された領域に照射される。光記録媒体７２に照射された参照光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体７２を透過して射出される。光記録媒体７２を透過した回折光は、レンズ７４により逆フーリエ変換され、光検出器７６に入射する。レンズ７４の焦点面では再生像を観察することができる。この再生像が光検出器７６によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器７６によってＡ／Ｄ変換され、再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ５６に入力される。

以上説明した通り、本実施の形態では、信号光と参照光とをフーリエ変換し、得られたフーリエ変換像の直流成分を減衰させ、直流成分が減衰された信号光と参照光とを用いてホログラムを記録しているので、ホログラムの記録時に直流成分による不要露光が防止され、ダイナミックレンジを有効に活用することができ、多重度が向上する。

また、本実施の形態では、フーリエ変換像の直流成分が完全に除去される訳ではないので、記録されたホログラムから元の信号光パターン（明暗画像）を再生することができる。これにより、信号光に保持されたデジタルデータを正確に復号することができる。

第１及び第２の実施の形態では、直流成分を減衰させる減衰フィルタを設置するために、２つのレンズを使用していた（図１のレンズ２２と２４、図５のレンズ６２と６４）。そのため、光学系が大きくなり、また、部品数が多くなってしまう。一方、本実施の形態では、２つのレンズと減衰フィルタとの役割を体積ホログラム１つで担えるため、光学系の小型化、部品数の減少を実現できるという長所がある。

なお、上記の第１乃至第３の実施の形態では、信号光と参照光とを光記録媒体に同軸で照射する例について説明したが、信号光と参照光とを異なる方向から照射してホログラムを記録してもよい。この場合は、信号光の光路上に減衰フィルタや体積ホログラム素子を配置して、信号光フーリエ変換像から直流成分を除去する。

第１の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。 第１の実施の形態の記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 記録処理時の空間光変調器の表示画像を示す図である。 再生処理時の空間光変調器の表示画像を示す図である。 第２の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。 第２の実施の形態の記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 信号光の０次成分比率とＢＥＲ及びＳＮＲとの関係を示すグラフである。 記録する信号光パターンを示す図である。 第３の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 光源
１２、１４ レンズ
１５ ビームエキスパンダー
１６ 偏光ビームスプリッタ
１８ 空間光変調器
２０ １／４波長板
２２ レンズ
２４ レンズ
２６ フーリエ変換レンズ
２８ 光記録媒体
２８ａ 反射層
３０ パーソナルコンピュータ
３２ パターン発生器
３４ 駆動装置
３６ 光検出器
３８ 減衰フィルタ
５０ 光源
５２、５４ レンズ
５５ ビームエキスパンダー
５６ パーソナルコンピュータ
５８ 空間光変調器
６０ パターン発生器
６２ レンズ
６４ レンズ
６６ フーリエ変換レンズ
６６ レンズ
６８ 減衰フィルタ
７０ 駆動装置
７２ 光記録媒体
７４ フーリエ変換レンズ
７４ レンズ
７６ 光検出器
８０ 体積ホログラム素子
８２ 駆動装置

Claims (4)

1. 二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換し、
   直流成分にのみブラッグ条件が一致する体積ホログラム素子を用いて、減衰後の直流成分の減衰前の直流成分に対する比率が１０％〜５０％の範囲となるように、フーリエ変換された信号光の直流成分を減衰させ、
   直流成分が減衰された信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射することにより、
   前記光記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法。
2. フーリエ変換された前記参照光の直流成分を減衰させる請求項１に記載のホログラム記録方法。
3. 減衰後の直流成分の減衰前の直流成分に対する比率が３０％〜５０％の範囲となるように、前記直流成分を減衰させる請求項１又は２に記載のホログラム記録方法。
4. 二値のデジタルデータを明暗画像で表す信号光と参照光とをフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
   直流成分にのみブラッグ条件が一致する体積ホログラム素子で構成され、減衰後の直流成分の減衰前の直流成分に対する比率が１０％〜５０％の範囲となるように、フーリエ変換像の直流成分を減衰させる減衰手段と、
   直流成分が減衰された信号光と参照光とを光記録媒体に同時に照射することにより、前記光記録媒体にホログラムを記録する記録手段と、
   を備えたホログラム記録装置。