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技術 ホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法

出願人 株式会社ブイ・テクノロジー学校法人東京理科大学
発明者 下浦厚志梶山康一海老塚顯皓山本学堀内秀真
出願日 2018年12月27日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2018-245102
公開日 2020年7月9日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-107377
状態 未査定
技術分野 光学的記録再生1 ホログラフィ 光ヘッド
主要キーワード ウエッジ板 特定位 離再生 ホログラムメモリー 微小変動 ブラッグ回折条件 光反応性モノマー 平行平面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年7月9日)のものです。
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図面 (5)

課題

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。

解決手段

データ情報担持した信号光参照光とを記録媒体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、信号光照射部と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。

概要

背景

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。

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参照光とを記録媒体内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。

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。

概要

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。データ情報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、信号光照射部と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。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

データ情報担持した信号光参照光とを記録媒体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。

請求項2

前記ノイズ除去機構は、前記参照光照射部における集光レンズを微小変動させることを特徴とする請求項1記載のホログラム記録再生装置。

請求項3

前記データ情報は、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であり、前記単体のホログラムは、一つのページデータを記録再生することを特徴とする請求項1又は2記載のホログラム記録再生装置。

請求項4

前記ノイズ除去機構は、前記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前記参照光照射部を変動させることを特徴とする請求項3記載のホログラム記録再生装置。

請求項5

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を担持した信号光と参照光とを記録媒体に照射してページデータ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ページデータの2次元画像を再生するホログラム記録再生方法であって、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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

0003

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参照光とを記録媒体内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。

0004

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。

先行技術

0005

特開2010−238305号公報
特開2017−162524号公報

発明が解決しようとする課題

0006

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。

0007

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。

課題を解決するための手段

0008

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。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施形態に係るホログラム記録再生装置を示した説明図である。
シフト多重ホログラム列を示した説明図である。
ノイズ除去機構の動作を示す説明図である((a)が集光レンズ光軸方向に微小変動させる例、(b)が集光レンズを光軸と交差する方向に微小変動させる例、(c)が集光レンズを光軸と交差する軸周り回動するように微小変動させる例)。
ノイズ除去機構の動作を示す説明図である((a)が平行平面基板を光軸と交差する軸周りに回動するように微小変動させる例、(b)が平行平面基板を光軸周りに回動するように微小振動させる例、(c)がウエッジ板を光軸周りに回動するように微小変動させる例)。

実施例

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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

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