JP5040482B2 - Hologram recording apparatus, hologram reproducing apparatus, hologram recording method, and hologram reproducing method - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法に関する。 The present invention relates to a hologram recording device, a hologram reproducing device, a hologram recording method, and a hologram reproducing method.
ホログラム記録再生方法は、二値のデジタルデータ「０，１」を例えば「明，暗」としてデジタル画像化した信号光をホログラムとして記録再生することによりデジタルデータの記録再生を行うものである。フーリエ変換ホログラムの場合、信号光はレンズによりフーリエ変換され、フーリエ変換像が光記録媒体に照射される。また、信号光と干渉して干渉縞を生成する参照光も同時に光記録媒体に照射される。 In the hologram recording / reproducing method, digital data is recorded / reproduced by recording / reproducing signal light, which is a digital image of binary digital data “0, 1”, for example, “bright, dark” as a hologram. In the case of a Fourier transform hologram, the signal light is Fourier transformed by a lens, and a Fourier transform image is irradiated onto the optical recording medium. In addition, the optical recording medium is also irradiated with reference light that interferes with the signal light and generates interference fringes.
信号光と参照光とを空間的に重ねて記録すると、信号光と参照光が広い範囲で干渉する。ただしこの場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、下記特許文献１には、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離する技術が開示されている。
本発明の目的は、入射光の偏光方向を記録できるような特殊な光記録媒体を使用せず、信号光と参照光とを空間的に重ねてホログラムを記録することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及びホログラム再生方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram capable of recording a hologram by spatially superimposing signal light and reference light without using a special optical recording medium capable of recording the polarization direction of incident light. An object is to provide a reproducing apparatus, a hologram recording method, and a hologram reproducing method.
上記目的を達成するために、請求項１記載のホログラム記録装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備え、前記参照光生成手段は、参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去するフィルタ手段を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a hologram recording apparatus according to claim 1 is characterized in that a signal light generating means for generating signal light modulated in accordance with digital data and a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light. A reference light generating means for generating the reference light modulated by the low-order component obtained by Fourier transforming the signal light, and the low-order component of the signal light obtained by Fourier transforming the reference light Comprises a multiplexing means for combining higher-order components corresponding to different spatial frequency regions, and an irradiation optical system for irradiating the combined signal light and reference light onto an optical recording medium, the reference light generating means, from the reference light, and wherein Rukoto that having a filter means for removing components of the region corresponding to the position of the bright spot is focused on the Fourier transform domain of the signal light used for recording.
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記信号光の画素ピッチの２倍以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とする。 According to a second aspect of the invention of claim 1 Symbol placement, the reference light generating means, characterized by modulating the reference beam at twice or less of the pixel pitch of the pixel pitch of the signal light.
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記信号光の画素ピッチ以下の画素ピッチで前記参照光を変調することを特徴とする。 According to a third aspect of the invention of claim 1 Symbol placement, the reference light generating means, characterized by modulating the reference beam in the pixel pitch or less of the pixel pitch of the signal light.
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光を位相変調することを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the reference light generation means phase-modulates the reference light.
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光を位相差がπである二値で周期的に位相変調することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4 , wherein the reference light generation means periodically phase-modulates the reference light with a binary value having a phase difference of π.
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項記載の発明において、前記参照光生成手段が、前記参照光をチェッカーパターンにより変調することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the reference light generation unit modulates the reference light with a checker pattern.
請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項記載の発明において、前記光記録媒体が、前記照射光学系に含まれるフーリエ変換レンズのフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置に配置されることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical recording medium is closer to the optical path than the Fourier transform plane of a Fourier transform lens included in the irradiation optical system. It is arrange | positioned in the position of back or a back position.
請求項８記載のホログラム記録装置の発明は、コヒーレント光を出射する光源と、前記光源からの光を分岐する分岐手段と、前記分岐手段からの一方の光をデジタルデータに応じて変調し信号光を生成する信号光生成手段と、前記分岐手段からの他方の光を、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調し参照光を生成する参照光生成手段と、前記信号光をフーリエ変換する信号光フーリエ変換光学系と、前記参照光をフーリエ変換する参照光フーリエ変換光学系と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、を備えることを特徴とする。 The invention of a hologram recording apparatus according to claim 8 is a light source for emitting coherent light, a branching unit for branching light from the light source, and one light from the branching unit modulated according to digital data to generate signal light. Signal light generating means for generating the reference light, reference light generating means for modulating the other light from the branching means with a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light to generate reference light, and Fourier transforming the signal light A signal light Fourier transform optical system, a reference light Fourier transform optical system for Fourier transforming the reference light, a low-order component obtained by Fourier transforming the signal light, and a Fourier transform of the reference light, A multiplexing unit that combines a higher-order component corresponding to a spatial frequency region different from the lower-order component of the signal light, and irradiation optics that irradiates the optical recording medium with the combined signal light and reference light system , Characterized in that it comprises a.
請求項９記載のホログラム再生装置の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する読み出し光生成手段と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する読み出し光照射光学系と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する信号光抽出手段と、を備えることを特徴とする。 The hologram reproducing apparatus according to claim 9 is a reference in which a low-order component obtained by Fourier transforming signal light modulated in accordance with digital data and a pixel pitch modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light. Irradiating an optical recording medium on which a hologram of the signal light is recorded by combining a higher order component corresponding to a spatial frequency region different from the lower order component of the signal light, obtained by Fourier transforming the light, Read light generation means for generating read light modulated in the same manner as the reference light, read light irradiation optical system for irradiating the read light to the optical recording medium, and Fourier for Fourier transforming the diffracted light from the optical recording medium And a signal light extraction means for extracting the signal light component in a Fourier transform plane by the Fourier transform means.
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記信号光抽出手段が、参照光の空間周波数より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, the signal light extraction unit includes a filter unit that allows light having a spatial frequency lower than that of the reference light to pass therethrough.
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記信号光抽出手段が、参照光の空間周波数の２倍より低い空間周波数の光を通過させるフィルタ手段を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the invention according to claim 9 , characterized in that the signal light extraction means includes filter means for allowing light having a spatial frequency lower than twice the spatial frequency of the reference light to pass therethrough.
請求項１２記載のホログラム記録方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光を生成する工程と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成し、該参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去する工程と、前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射するする工程と、を備えることを特徴とする。
The invention of a hologram recording method according to
請求項１３記載のホログラム再生方法の発明は、デジタルデータに応じて変調された信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波して信号光のホログラムを記録した光記録媒体に照射する、前記参照光と同一に変調された読み出し光を生成する工程と、前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する工程と、前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換する工程と、前記フーリエ変換する工程におけるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する工程と、を備えることを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the invention, there is provided a hologram reproducing method according to the present invention, wherein a low-order component obtained by Fourier transforming signal light modulated according to digital data and a reference modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light. Irradiating an optical recording medium on which a hologram of the signal light is recorded by combining a higher order component corresponding to a spatial frequency region different from the lower order component of the signal light, obtained by Fourier transforming the light, Generating read light modulated in the same manner as reference light, irradiating the read light on the optical recording medium, Fourier transforming diffracted light from the optical recording medium, and Fourier transforming And a step of extracting the signal light component in the Fourier transform plane.
請求項１の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録でき、再生時に信号光と参照光とを容易に分離できる。 According to the first aspect of the present invention , the hologram can be recorded in a state where the overlap between the signal light and the reference light in the optical recording medium is larger than in the case where the present configuration is not provided, and the signal light and the reference are referred at the time of reproduction. Light can be easily separated.
請求項２の発明によれば、信号光のナイキスト周波数の範囲の空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報の欠落を防止できる。
According to the invention of
請求項３の発明によれば、信号光の全ての空間周波数成分を再生に使用できるので、本構成を有していない場合に比べて、デジタル情報をより正確に再現できる。
According to the invention of
請求項４の発明によれば、参照光を強度変調する場合に比べて光の利用効率を高くすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the light use efficiency can be increased as compared with the case where the intensity of the reference light is modulated.
請求項５の発明によれば、位相変調された参照光は、フーリエ変換面において理想的には０次光の輝点が存在せず０次光を除去する必要がないので、本構成を有していない場合に比べて、光の利用効率を高くすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the phase-modulated reference light ideally has no bright spot of zero-order light on the Fourier transform plane, and it is not necessary to remove the zero-order light. Compared with the case where it is not, the utilization efficiency of light can be made high.
請求項６の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、フーリエ変換面での信号光と参照光との重なりを低減でき、再生時における信号光と参照光との分離を容易に行うことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, compared with the case where this configuration is not provided, the overlap between the signal light and the reference light on the Fourier transform plane can be reduced, and the signal light and the reference light can be separated at the time of reproduction. It can be done easily.
請求項７の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体に記録されるホログラムの厚さを厚くすることができ、再生時のＳ／Ｎ比を向上することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the hologram recorded on the optical recording medium can be made thicker and the S / N ratio at the time of reproduction can be improved as compared with the case where this configuration is not provided. Can do.
請求項８の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録できる。 According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to record a hologram in a state where the overlap between the signal light and the reference light in the optical recording medium is larger than in the case where this configuration is not provided.
請求項９の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the signal light can be reproduced without using a special optical recording medium capable of recording the polarization direction of the incident light when reproducing the hologram recorded by spatially superimposing the signal light and the reference light. And reference light can be easily separated and reproduced.
請求項１０の発明によれば、信号光の再生に必要な全ての空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報をより正確に再現できるホログラム再生装置を提供できる。
According to the invention of
請求項１１の発明によれば、信号光のナイキスト周波数の範囲の空間周波数成分を再生に使用できるので、デジタル情報の欠落を防止して再生できるホログラム再生装置を提供できる。 According to the eleventh aspect of the present invention, since the spatial frequency component in the range of the Nyquist frequency of the signal light can be used for reproduction, it is possible to provide a hologram reproduction apparatus that can reproduce without loss of digital information.
請求項１２の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、光記録媒体中での信号光と参照光との重なりが大きい状態でホログラムを記録できるホログラム記録方法を提供できる。 According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to provide a hologram recording method capable of recording a hologram with a large overlap between the signal light and the reference light in the optical recording medium as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１３の発明によれば、信号光と参照光とを空間的に重畳させて記録したホログラムの再生時に、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、信号光と参照光とを容易に分離して再生することができるホログラム再生方法を提供できる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, the signal light can be reproduced without using a special optical recording medium capable of recording the polarization direction of the incident light when reproducing the hologram recorded by superimposing the signal light and the reference light. And a reference beam can be easily separated and reproduced.
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.
図１には、本発明にかかるホログラム記録方法の一実施形態の概念図が示される。図１において、デジタルデータに応じて変調された信号光Ｓと、信号光の画素ピッチ（詳細は後述する）とは異なる画素ピッチで変調された参照光Ｒとが、合波手段１に入射して合波される。合波手段１としては、例えばビームスプリッタ等を使用することができる。図１の例では、信号光Ｓを透過し、参照光Ｒを信号光Ｓの透過方向に反射するビームスプリッタにより合波手段１が構成されている。ここで合波とは、信号光Ｓと参照光Ｒとが、互いに光軸を一致させた状態で、空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。 FIG. 1 shows a conceptual diagram of an embodiment of a hologram recording method according to the present invention. In FIG. 1, a signal light S modulated in accordance with digital data and a reference light R modulated with a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light (details will be described later) are incident on the multiplexing means 1. Are combined. As the multiplexing means 1, for example, a beam splitter or the like can be used. In the example of FIG. 1, the multiplexing unit 1 is configured by a beam splitter that transmits the signal light S and reflects the reference light R in the transmission direction of the signal light S. Here, multiplexing means that the signal light S and the reference light R are spatially superimposed with their optical axes aligned with each other. “Optical axis coincides” includes a normal range of design error and does not allow any small deviation.
合波手段１により信号光Ｓと参照光Ｒとを合波した光は、フーリエ変換レンズ２によりフーリエ変換されて光記録媒体３に照射される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体３に記録することができる。
The light obtained by combining the signal light S and the reference light R by the multiplexing means 1 is Fourier-transformed by the
図１の例では、上記フーリエ変換レンズ２は、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波後、両者をまとめて同一のフーリエ変換レンズ２でフーリエ変換する構成となっている。ただし、これに限定されず、両者を別のレンズでそれぞれフーリエ変換してから合波手段１で合波してもよい。なお、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波した後にのみ、同一のフーリエ変換レンズ２でフーリエ変換して記録する場合には、後述するように、参照光Ｒを位相変調し、参照光Ｒに０次光（直流成分）を含まないようにする。これにより、再生時に信号光Ｓと参照光Ｒとを容易に分離することができる。それ以外の場合には、あらかじめ参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去しておく必要がある。
In the example of FIG. 1, the Fourier
図２には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の一実施形態の構成例が示される。図２において、信号光Ｓをホログラムとして記録する際には、光源１０からの直線偏光のコヒーレント光をλ／２板１２を介して偏光ビームスプリッタ１４に入射し、信号光Ｓ用の光と参照光Ｒ用の光に分離する。ここで、λ／２板１２は、光源１０からの直線偏光の偏光方向を、所定の偏光方向に回転させる。この所定の偏光方向により、偏光ビームスプリッタ１４を通過する信号光Ｓ用の光と、偏光ビームスプリッタ１４で反射する参照光Ｒ用の光の割合を調整する。なお、光源１０から出射される光が直線偏光でない場合は、λ／２板１２の替わりに偏光子を配し、光源１０からのコヒーレント光を所定の偏光方向の直線偏光に変換すればよい。
FIG. 2 shows a configuration example of an embodiment of a hologram recording / reproducing apparatus according to the present invention. In FIG. 2, when recording the signal light S as a hologram, linearly polarized coherent light from the
信号光Ｓ用の光は、適宜なミラー１６により必要に応じて光路の方向を変更し、レンズ１８，２０によって口径の広い平行光にし、偏光ビームスプリッタ２２を通過させて空間光変調器２４に入射させる。なお、λ／２板１２、偏光ビームスプリッタ２２及び空間光変調器２４等の配置によってはミラー１６はなくてもよい。また、信号光Ｓ用の光の光路には、信号光Ｓの直流成分を抑制するランダム位相マスク２６等を配置してもよい。この場合には、ランダム位相マスク２６と空間光変調器２４との間にリレーレンズ２８，３０を配置してもよい。
The light for the signal light S is changed in the direction of the optical path by an
上記空間光変調器２４は、例えば液晶パネルにより構成され、例えばコンピュータ等により２値のデジタルデータ「０，１」を「明，暗」としたデジタル画像（２値画像）を表示する。これによって、空間光変調器２４を反射した光は、２値画像の各画素の値に応じて強度変調されて信号光Ｓとなる。図２の例では、空間光変調器２４で信号光Ｓが反射する際に、偏光方向が９０度回転し、参照光Ｒの偏光方向と一致する。これにより、信号光Ｓは偏光ビームスプリッタ２２で反射し、集光レンズ３２でビームスプリッタ３４の位置に集光される。
The spatial
なお、図２の例では、空間光変調器２４が光を反射する反射型として記載されているが、光を透過する透過型としてもよい。この場合には、信号光Ｓの偏光方向を９０度回転させる必要がある。具体的な手段としては、光路上にλ／２板を配置する等が考えられる。
In the example of FIG. 2, the spatial
図３には、上記空間光変調器２４に表示される２値画像の一部分の例が示される。上述したように、２値画像は、２値のデジタルデータ「０，１」が「明，暗」として表示されている。図３において、白及び黒の矩形のパターンが上記「明，暗」として表示された２値画像であり、各白及び黒の矩形領域は、例えばｄ×ｄ＝２×２画素により構成されている。本実施形態においては、この矩形領域を画素単位と呼び、その１辺の長さｄを「画素ピッチ」と記載する。
FIG. 3 shows an example of a part of a binary image displayed on the spatial
次に、参照光Ｒ用の光は、偏光ビームスプリッタ１４で反射されて光路が変更され、レンズ３６，３８によって平行光にされ、参照光Ｒを変調する変調板４０に入射する。この変調板４０には、例えば白黒のパターンが形成され、白の部分のみ光を透過させる強度変調タイプと、上記白黒の変わりに表面に凹凸のパターンが形成され、凹部と凸部とで透過する光の位相を異ならせる位相変調タイプとがある。
Next, the light for the reference light R is reflected by the
図４には、上記変調板４０の構成例が示される。図４は、強度変調タイプの変調板４０の例である。図４において、変調板４０には、白及び黒の矩形領域が図のｘ方向及びｙ方向に交互に並んだチェッカーパターンが形成されている。本例では、黒のパターンの部分で光を遮り、白のパターンの部分で光を透過する。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。
FIG. 4 shows a configuration example of the
図５（ａ），（ｂ）には、変調板４０の他の構成例が示される。図５（ａ），（ｂ）は、位相変調タイプの変調板４０の例である。図５（ａ）において、変調板４０は、ガラス等の光透過性材料で構成され、凹凸の矩形パターンが図のｘ方向及びｙ方向にランダムに並べられたランダムパターン、あるいは交互に周期的に形成されて、チェッカーパターンとなっている。このうち、位相差をπとする２種類のパターンを周期的に配置したチェッカーパターンが好ましい。これは、そのようなパターンで変調された光をフーリエ変換したときに理想的には０次成分がほぼなくなるため、後述するハイパスフィルタ４４で除去される光の量を低減することができ、光の利用効率が高くなるからである。また、各矩形領域の大きさはＤ×Ｄとなっており、上記空間光変調器２４に形成された白黒パターンの大きさｄに対して、Ｄの値を２ｄ以下またはｄ以下とするのが好適である。その理由については後述する。
5A and 5B show other configuration examples of the
図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ断面図であり、長さＤ毎に凸面αと凹面βとが交互に形成されている。なお、図５（ｂ）の断面図は、図５（ａ）のｘ方向の断面であるが、ｙ方向の断面図も図５（ｂ）と同様になる。光が本例の変調板４０を透過すると、凸面を透過した光と凹面を透過した光との間で位相が異なって出射される。凸面と凹面との厚さを適宜調整すれば、例えば光の位相を０とπの二値で周期的に変調することができる。
FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 5A, and the convex surface α and the concave surface β are alternately formed for each length D. 5B is a cross section in the x direction of FIG. 5A, the cross sectional view in the y direction is the same as that in FIG. When the light passes through the
変調板４０を透過した参照光Ｒは、レンズ４２で集光され、ハイパスフィルタ４４で直流成分を除去された後、レンズ４６で平行光にされ、レンズ４８でビームスプリッタ３４の位置に集光される。ここで、上記ハイパスフィルタ４４は、レンズ４２の集光スポットにおいて、集光点の中心部及びその近傍の０次光（直流成分）を除去するフィルタである。なお、変調板４０として、位相差がπである二値を周期的に配置したチェッカーパターンで位相変調するタイプを使用した場合には、後述するようにハイパスフィルタ４４は用いなくても良い。
The reference light R that has passed through the
ビームスプリッタ３４では、レンズ３２で集光された信号光Ｓとレンズ４８で集光された参照光Ｒとが合波される。ここで合波とは、図１で説明したように、信号光Ｓと参照光Ｒとが、互いに光軸を一致させた状態で、空間的に重ね合わされることをいう。なお、「光軸が一致」には通常の設計誤差の範囲を含み、どんな小さなずれも許さないというものではない。
In the
これまで、ホログラム記録を行う場合には、信号光と参照光が空間的に分離した位置にあるため、実質的には信号光と参照光とが干渉するわずかな領域（実際上はレンズのフーリエ変換面付近のみであることが多い）でホログラムを形成していた。従って、光記録媒体を厚膜化しても膜厚方向に有効にホログラムを記録することができず、再生時のＳ／Ｎ比を高くすることができない。その結果、大容量化が困難であった。 Until now, when performing hologram recording, since the signal light and the reference light are in a spatially separated position, a practically small area where the signal light and the reference light interfere (actually the Fourier of the lens) In many cases, it is only near the conversion surface). Therefore, even if the optical recording medium is thickened, a hologram cannot be recorded effectively in the film thickness direction, and the S / N ratio during reproduction cannot be increased. As a result, it was difficult to increase the capacity.
また、一般的に同軸型ホログラムと呼んでいる記録法式においても、信号光と参照光の光軸を共通にしているのみであり、やはり信号光と参照光は空間的に分離されている。したがって、本発明で言う「合波」には該当しない。 In the recording method generally called a coaxial hologram, only the optical axes of the signal light and the reference light are made common, and the signal light and the reference light are also spatially separated. Therefore, it does not correspond to “combining” in the present invention.
もし信号光と参照光とを空間的に重ねて記録したとすると、信号光と参照光が広い範囲で干渉するため、再生時のＳ／Ｎ比を高くしたり、光記録媒体の膜厚方向に有効にホログラムを記録したりすることができる。ただしこの場合、再生時に信号光と参照光とを分離することが必要となるため、前述の特開２０００−２９８８３７号公報では、信号光と参照光とに偏光方向の異なる直線偏光を重ね、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体にホログラムを記録することにより、再生時に信号光と参照光とを分離している。 If the signal light and the reference light are spatially overlapped and recorded, the signal light and the reference light interfere with each other over a wide range, so that the S / N ratio during reproduction is increased or the film thickness direction of the optical recording medium is increased. It is possible to record a hologram effectively. However, in this case, since it is necessary to separate the signal light and the reference light at the time of reproduction, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-289837, the signal light and the reference light are overlapped with linearly polarized light having different polarization directions. By recording a hologram on a special optical recording medium that can record the polarization direction of light, the signal light and the reference light are separated during reproduction.
しかし、本発明では、信号光と参照光とを空間的に重ねて記録した上で、入射光の偏光方向を記録できる特殊な光記録媒体を用いなくても、再生時に信号光と参照光とを分離することが可能になる。その理由は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて後述する。 However, in the present invention, the signal light and the reference light are recorded at the time of reproduction without using a special optical recording medium that can record the polarization direction of the incident light after spatially superposing the signal light and the reference light. Can be separated. The reason will be described later with reference to FIGS. 6 (a), (b), and (c) .
図２に戻り、ビームスプリッタ３４で信号光Ｓと参照光Ｒとが合波された光は、レンズ５０で平行光にされ、フーリエ変換レンズ５２で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５４に照射される。この場合、光記録媒体５４は、フーリエ変換レンズ５２のフーリエ変換面より光路上で手前の位置または後ろの位置に配置される。これにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により生成された干渉縞をホログラムとして光記録媒体５４に記録することができる。なお、レンズ５０とフーリエ変換レンズ５２との間にλ／４板５６を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
Returning to FIG. 2, the light obtained by combining the signal light S and the reference light R by the
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）には、合波された信号光Ｓと参照光Ｒとの挙動の説明図が示される。図６（ａ）において、ビームスプリッタ３４で合波された信号光Ｓと参照光Ｒは、上述したようにレンズ５０で平行光にされ、フーリエ変換レンズ５２で集光される。ビームスプリッタ３４からフーリエ変換レンズ５２のフーリエ変換面の手前までの領域では、信号光Ｓと参照光Ｒとの合波により干渉縞が生じている。一方、上記フーリエ変換面では、フーリエ変換の結果、信号光Ｓと参照光Ｒとが分離される。
6A, 6 </ b> B, and 6 </ b> C are explanatory diagrams of the behavior of the combined signal light S and reference light R. FIG. In FIG. 6A, the signal light S and the reference light R combined by the
図６（ｂ）は、図６（ａ）の破線で囲まれたフーリエ変換面における信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置の説明図である。フーリエ変換面上での信号光Ｓと参照光Ｒの集光位置が異なっている。 FIG. 6B is an explanatory diagram of the condensing positions of the signal light S and the reference light R on the Fourier transform plane surrounded by the broken line in FIG. The condensing positions of the signal light S and the reference light R on the Fourier transform plane are different.
一般に、画素ピッチｄの光をフーリエ変換する場合、フーリエ変換レンズ５２の焦点距離をｆ、光の波長をλとすると、光のフーリエスペクトルがフーリエ変換レンズ５２の焦点を中心に上下左右にλｆ／ｄの広がりを持つようになる。従って、光のフーリエスペクトルは、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の範囲内に集光される。この様子が、図６（ｃ）に示される。図６（ｃ）において、フーリエ変換レンズ５２の焦点を中心として１辺が２λｆ／ｄの矩形領域が破線で示されており、この矩形領域が、画素ピッチｄの光が集光される領域である。
In general, when Fourier transforming light having a pixel pitch d, if the focal length of the
また、参照光Ｒについては、大きさがＤ×Ｄのチェッカーパターンが形成された変調板４０で変調されており、フーリエ変換レンズ５２でフーリエ変換すると、フーリエ変換面上で周期的な輝点に変換される。ここで、Ｄ＝ｄとすると、この輝点は１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。この輝点が、図６（ｃ）において白点として表される。また、Ｄ＝２ｄとした場合には、上記輝点は１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置することになる。
Further, the reference light R is modulated by the
なお、参照光Ｒに０次光が含まれている場合には、フーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ５２の焦点位置（図６（ｃ）において破線で示された矩形領域の中心）に０次光が変換された輝点が存在する。しかし、本実施形態においては、参照光Ｒを変調する変調板４０として強度変調タイプやランダムパターンで位相変調するタイプを使用した場合、ハイパスフィルタ４４で直流成分（０次光）を除去するので、参照光Ｒには０次光が含まれない。また、変調板４０として位相差がπである二値を周期的に配置したチェッカーパターンで位相変調するタイプを使用した場合には、フーリエ変換面上で０次光が打ち消しあうので、ハイパスフィルタ４４を使用しなくても参照光Ｒには０次光が含まれない。従って、いずれの場合においてもフーリエ変換面上でフーリエ変換レンズ５２の焦点位置に、参照光Ｒの０次光が変換された輝点が存在しないことになる。
When the 0th order light is included in the reference light R, the 0th order is present at the focal position of the
以上に述べたように、Ｄ＝ｄの場合には、信号光Ｓと参照光Ｒとは、フーリエ変換面上で重ならず、Ｄ＝２ｄの場合にも、フーリエ変換面上での重なりは十分とは言えない。このため、光記録媒体５４にホログラムを記録するためには、光記録媒体５４をフーリエ変換面より光路上で手前（フーリエ変換レンズ５２側）のフレネル領域を含めるように配置する必要がある。フレネル領域では信号光Ｓと参照光Ｒとが重なって、干渉縞が発生しているからである。なお、光記録媒体５４は、フーリエ変換面より光路上で後ろ（フーリエ変換レンズ５２と反対側）の位置に配置してもよい。
As described above, when D = d, the signal light S and the reference light R do not overlap on the Fourier transform plane, and even when D = 2d, the overlap on the Fourier transform plane does not overlap. That's not enough. For this reason, in order to record a hologram on the
次に、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、参照光Ｒのみを光記録媒体５４に照射する。図２の場合、λ／２板１２を調整することで、理想的には光源１０からのすべての光が偏光ビームスプリッタ１４で反射される光となるように調整できる。この参照光Ｒにも、上記同様に０次光が含まれない。本実施形態では、この参照光Ｒが、光記録媒体５４にホログラムとして記録された情報を読み出すための読み出し光として使用される。
Next, when reproducing information from the diffracted light of the hologram, the
上記参照光Ｒの照射により光記録媒体５４のホログラムから発生する回折光（信号光Ｓ）及び参照光Ｒを逆フーリエ変換レンズ５８で平行光とし、レンズ６０により集光する。レンズ６０の焦点位置（フーリエ変換面）には、ローパスフィルタ６２が設けられている。このローパスフィルタ６２は、レンズ６０の焦点及びその近傍に集光される光、すなわち低い空間周波数で変調された光を通過させるフィルタである。
Diffracted light (signal light S) and reference light R generated from the hologram of the
上述したように、参照光Ｒを変調する変調板４０が、大きさＤ×Ｄの矩形領域が形成されたチェッカーパターンである場合に、Ｄ＝ｄとすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は、図６（ｃ）に示されるように、１辺が２λｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置する。また、変調された参照光Ｒの空間周波数は、信号光Ｓの空間周波数と同じとなる。なお、Ｄがｄより小さくなると（参照光Ｒの空間周波数が信号光Ｓの空間周波数より高くなると）、輝点は２λｆ／ｄの矩形の外側方向にさらに広がって行く。そこで、上記ローパスフィルタ６２が通過させる光の範囲を、１辺が２λｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち参照光Ｒの空間周波数より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、参照光Ｒと分離しつつ、信号光Ｓの周波数成分をすべて抽出することができる。
As described above, when the
また、Ｄ＝２ｄとすると、参照光Ｒがフーリエ変換された輝点は、１辺がλｆ／ｄの矩形の各辺の上に位置する。また、変調された参照光Ｒの空間周波数は、信号光Ｓの空間周波数の１／２倍となる（信号光Ｓの空間周波数は参照光Ｒの空間周波数の２倍となる）。なお、Ｄが２ｄより小さくなると（参照光Ｒの空間周波数が信号光Ｓの空間周波数の１／２倍より高くなると）、輝点はλｆ／ｄの矩形の外側方向にさらに広がって行く。そこで、上記ローパスフィルタ６２が通過させる光の範囲を、１辺がλｆ／ｄの矩形領域の内側全て、すなわち参照光Ｒの空間周波数の２倍より低い空間周波数の信号光Ｓとすると、信号光Ｓの周波数成分の一部を抽出することができる。ここで、１辺がλｆ／ｄの矩形領域に集光される信号光Ｓの周波数成分は、信号光Ｓのナイキスト周波数となる。信号理論によれば、ナイキスト周波数の範囲の空間周波数が再生されれば、再生画像は劣化するものの情報は欠落しないので、デジタルデータの再生が可能となる。
When D = 2d, the bright spot obtained by Fourier transforming the reference light R is positioned on each side of the rectangle having one side of λf / d. Further, the spatial frequency of the modulated reference light R is ½ times the spatial frequency of the signal light S (the spatial frequency of the signal light S is twice the spatial frequency of the reference light R). When D is smaller than 2d (when the spatial frequency of the reference light R is higher than 1/2 of the spatial frequency of the signal light S), the bright spot further spreads outward in the rectangle of λf / d. Therefore, if the range of light transmitted by the low-
以上より、参照光Ｒを変調板４０により信号光Ｓの空間周波数の１／２倍以上の空間周波数（信号光Ｓの画素ピッチの２倍以下の画素ピッチ）または信号光Ｓの空間周波数以上の空間周波数（信号光Ｓの画素ピッチ以下の画素ピッチ）に変調することにより、ホログラムからの回折した信号光Ｓを参照光Ｒと分離することができる。なお、この場合の信号光Ｓの周波数成分は、ホログラムとして記録される低次成分である。低次成分とは、信号光Ｓのフーリエ変換成分のうち、少なくとも信号光Ｓのナイキスト領域（ナイキスト周波数の光が集光される領域）を含む成分であり、好ましくはナイキスト領域の２倍（面積は４倍）を含む領域の成分のことを意味する。また、参照光Ｒの周波数成分は、上記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分（高空間周波数成分）が使用される。 From the above, the reference light R has a spatial frequency (pixel pitch not more than twice the pixel pitch of the signal light S) equal to or higher than the spatial frequency of the signal light S or higher than the spatial frequency of the signal light S. The signal light S diffracted from the hologram can be separated from the reference light R by modulating to a spatial frequency (pixel pitch equal to or less than the pixel pitch of the signal light S). In this case, the frequency component of the signal light S is a low-order component recorded as a hologram. The low-order component is a component including at least the Nyquist region of the signal light S (region where light having a Nyquist frequency is collected) among the Fourier transform components of the signal light S, and is preferably twice (area) the Nyquist region. Means a component of a region including (4 times). As the frequency component of the reference light R, a high-order component (high spatial frequency component) corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component is used.
上述したようにして参照光Ｒと分離された信号光Ｓは、レンズ６４により平行光とされ、光検出器６６により受光され、ホログラムに含まれていた情報が取得される。
The signal light S separated from the reference light R as described above is converted into parallel light by the
図７には、本発明にかかるホログラム記録・再生装置の他の実施形態の構成例が示され、図２と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。図７において特徴的な点は、ビームスプリッタ３４にレンズを使用しないで、すなわち集光しないで信号光Ｓと参照光Ｒとを導入して合波する点にある。また、参照光Ｒの光路には、参照光Ｒから信号光Ｓの空間周波数と重なる空間周波数成分を除去するハイパスフィルタ４４が配置されている。このハイパスフィルタ４４は、レンズ４２により集光された参照光Ｒから、レンズ４２の集光スポットにおいて、集光点の中心部及びその近傍の０次光（直流成分）を除去するフィルタである。
FIG. 7 shows a configuration example of another embodiment of the hologram recording / reproducing apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. The characteristic point in FIG. 7 is that the signal beam S and the reference beam R are introduced and combined without using a lens for the
ハイパスフィルタ４４を通過した参照光Ｒは、レンズ４６で平行光にされてビームスプリッタ３４に導入される。上述したように、ビームスプリッタ３４では、信号光Ｓを通過させ、参照光Ｒを信号光Ｓの光路方向に反射することにより、信号光Ｓと参照光Ｒとを合波する。
The reference light R that has passed through the high-
ビームスプリッタ３４で合波された光は、フーリエ変換レンズ５２で集光（フーリエ変換）されて光記録媒体５４に照射される。なお、ビームスプリッタ３４とフーリエ変換レンズ５２との間にλ／４板５６を配置し、円偏光に変換してからホログラムを記録してもよい。
The light combined by the
また、図７において、ホログラムの回折光から情報を再生する際には、図２の例と同様にして、参照光Ｒのみを光記録媒体５４に照射する。
Further, in FIG. 7, when information is reproduced from the diffracted light of the hologram, the
以上、本発明の実施形態をいくつか紹介したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Although several embodiments of the present invention have been introduced above, the present invention is not limited to the above embodiments.
１０ 光源、１２ λ／２板、１４ 偏光ビームスプリッタ、１６ ミラー、１８，２０，３６，３８，４２，４６，４８，５０，６０，６４ レンズ、２２ 偏光ビームスプリッタ、２４ 空間光変調器、２６ ランダム位相マスク、２８，３０ リレーレンズ、３２ 集光レンズ、３４ ビームスプリッタ、４０ 変調板、４４ ハイパスフィルタ、５２ フーリエ変換レンズ、５４ 光記録媒体、５６ λ／４板、５８ 逆フーリエ変換レンズ、６２ ローパスフィルタ、６６ 光検出器。 10 light source, 12 λ / 2 plate, 14 polarization beam splitter, 16 mirror, 18, 20, 36, 38, 42, 46, 48, 50, 60, 64 lens, 22 polarization beam splitter, 24 spatial light modulator, 26 Random phase mask, 28, 30 Relay lens, 32 Condensing lens, 34 Beam splitter, 40 Modulation plate, 44 High pass filter, 52 Fourier transform lens, 54 Optical recording medium, 56 λ / 4 plate, 58 Inverse Fourier transform lens, 62 Low pass filter, 66 photodetector.
Claims (13)
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
を備え、前記参照光生成手段は、参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去するフィルタ手段を有することを特徴とするホログラム記録装置。 Signal light generating means for generating signal light modulated according to digital data;
Reference light generating means for generating reference light modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light;
A low-order component obtained by Fourier transform of the signal light and a high-order component corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component of the signal light obtained by Fourier transform of the reference light are combined. A means of combining,
An irradiation optical system for irradiating the optical recording medium with the combined signal light and reference light;
Wherein the reference light generating means, from the reference light, wherein Rukoto that having a filter means for removing components corresponding region to the position of the bright spot is focused on the Fourier transform domain of the signal light used during recording Hologram recording device.
前記光源からの光を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段からの一方の光をデジタルデータに応じて変調し信号光を生成する信号光生成手段と、
前記分岐手段からの他方の光を、前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調し参照光を生成する参照光生成手段と、
前記信号光をフーリエ変換する信号光フーリエ変換光学系と、
前記参照光をフーリエ変換する参照光フーリエ変換光学系と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する合波手段と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射する照射光学系と、
を備えることを特徴とするホログラム記録装置。 A light source that emits coherent light;
Branching means for branching light from the light source;
Signal light generating means for modulating one light from the branching means according to digital data and generating signal light; and
Reference light generating means for modulating the other light from the branching means at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light and generating reference light;
A signal light Fourier transform optical system for Fourier transforming the signal light;
A reference light Fourier transform optical system for Fourier transforming the reference light;
A low-order component obtained by Fourier transform of the signal light and a high-order component corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component of the signal light obtained by Fourier transform of the reference light are combined. A means of combining,
An irradiation optical system for irradiating the optical recording medium with the combined signal light and reference light;
A hologram recording apparatus comprising:
前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する読み出し光照射光学系と、
前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する信号光抽出手段と、
を備えることを特徴とするホログラム再生装置。 The signal light obtained by Fourier transforming a low-order component obtained by Fourier transforming signal light modulated according to digital data and a reference light modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light. A high-order component corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component is multiplexed to irradiate an optical recording medium on which a hologram of signal light is recorded, and generates read light modulated in the same manner as the reference light Reading light generation means for
A reading light irradiation optical system for irradiating the optical recording medium with the reading light;
Fourier transform means for Fourier transforming the diffracted light from the optical recording medium;
In the Fourier transform plane by the Fourier transform means, signal light extraction means for extracting the signal light component;
A hologram reproducing apparatus comprising:
前記信号光の画素ピッチとは異なる画素ピッチで変調された参照光を生成し、該参照光から、記録時に用いる信号光のフーリエ変換領域に集光される輝点の位置に相当する領域の成分を除去する工程と、
前記信号光をフーリエ変換して得られる低次成分と、前記参照光をフーリエ変換して得られる、前記信号光の前記低次成分とは異なる空間周波数領域に相当する高次成分とを合波する工程と、
前記合波された信号光と参照光とを光記録媒体に照射するする工程と、
を備えることを特徴とするホログラム記録方法。 Generating signal light modulated according to digital data;
A component of a region corresponding to the position of a bright spot that generates reference light modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light and is focused from the reference light on a Fourier transform region of the signal light used during recording Removing the
A low-order component obtained by Fourier transform of the signal light and a high-order component corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component of the signal light obtained by Fourier transform of the reference light are combined. And a process of
Irradiating an optical recording medium with the combined signal light and reference light;
A hologram recording method comprising:
前記読み出し光を前記光記録媒体に照射する工程と、
前記光記録媒体からの回折光をフーリエ変換する工程と、
前記フーリエ変換する工程におけるフーリエ変換面において、前記信号光成分を抽出する工程と、
を備えることを特徴とするホログラム再生方法。 The signal light obtained by Fourier transforming a low-order component obtained by Fourier transforming signal light modulated according to digital data and a reference light modulated at a pixel pitch different from the pixel pitch of the signal light. A high-order component corresponding to a spatial frequency region different from the low-order component is multiplexed to irradiate an optical recording medium on which a hologram of signal light is recorded, and generates read light modulated in the same manner as the reference light And a process of
Irradiating the optical recording medium with the readout light;
Fourier transforming the diffracted light from the optical recording medium;
In the Fourier transform plane in the Fourier transforming step, extracting the signal light component;
A hologram reproducing method comprising:
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