JP6029167B2 - Noise removing method and noise removing device, recording / reproducing method and recording / reproducing device, and image measuring method and image measuring device - Google Patents
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Description
ノイズ除去方法およびノイズ除去装置、記録再生方法および記録再生装置、ならびに、画像計測方法および画像計測装置に関する。 The present invention relates to a noise removing method and a noise removing device, a recording / reproducing method and a recording / reproducing device, and an image measuring method and an image measuring device.
ホログラフィは、光の強度情報のみを記録する写真技術とは異なり、光の強度情報と位相情報とを記録することができることから、三次元ディスプレイ分野や光ストレージ分野、光情報処理分野などへの応用が期待されている。ホログラフィが強度情報と位相情報との両方を記録できるのは、ホログラムが光の干渉によって形成される干渉縞を記録しているからである。この干渉縞は、被記録情報を含む物体光と、該物体光に対してコヒーレントな参照光とを干渉させることによって形成される。 Unlike photographic technology that records only light intensity information, holography can record light intensity information and phase information, so it can be applied to 3D display, optical storage, and optical information processing. Is expected. The reason why holography can record both intensity information and phase information is because the hologram records interference fringes formed by light interference. The interference fringes are formed by causing interference between object light including recorded information and reference light coherent with the object light.
こうして形成された干渉縞を光の透過率分布や屈折率分布として記録したものがホログラムである。ホログラフィでは、このホログラムに記録時に用いた参照光を照射することで、記録した物体光が回折光として現れる原理に基づいて再生が行われる。これまでに、フレネルホログラム、フラウンホーファホログラム、フーリエ変換ホログラム、イメージホログラムなど、多くのホログラムが提案されており、光学的なホログラムの実現方法は数多くある。しかしながら、これらのホログラム方式の相違は物体光の伝搬方式の相違であり、物体光と参照光との2種類の光波を必要とする点では違いはない。 A hologram is a hologram in which the interference fringes thus formed are recorded as a light transmittance distribution or a refractive index distribution. In holography, reproduction is performed based on the principle that the recorded object light appears as diffracted light by irradiating the hologram with reference light used during recording. Many holograms such as Fresnel holograms, Fraunhofer holograms, Fourier transform holograms, and image holograms have been proposed so far, and there are many methods for realizing optical holograms. However, the difference between these hologram methods is the difference in the propagation method of the object light, and there is no difference in that two types of light waves of the object light and the reference light are required.
ホログラム記録光学系の縮小化が強く求められる応用として、Blu−ray(登録商標)を凌ぐ記録容量のテラバイト光ストレージ技術であるホログラフィックメモリがある(非特許文献2)。 As an application in which reduction of the hologram recording optical system is strongly demanded, there is a holographic memory that is a terabyte optical storage technology having a recording capacity exceeding that of Blu-ray (registered trademark) (Non-patent Document 2).
このホログラフィックメモリでは、ビット情報を二次元に配列したデータページを記録媒質の同一箇所にホログラムとして多重記録することで、高記録密度を達成している。複数のページを多重記録し、所望のページを選択的に読み出すためには、データページ毎に参照光の波面(位相)や入射角度を変えるか、もしくは、記録媒質自体を変位させる必要がある。また、非再生ホログラムからの回折を避けるために最低限必要な変位量のことは、「角度選択性」または「シフト選択性」などと呼ばれている。 In this holographic memory, a high recording density is achieved by multiplex recording a data page in which bit information is arranged two-dimensionally as a hologram in the same location of a recording medium. In order to multiplex-record a plurality of pages and selectively read out a desired page, it is necessary to change the wavefront (phase) or incident angle of the reference light for each data page, or to displace the recording medium itself. The minimum amount of displacement necessary to avoid diffraction from a non-reproduced hologram is called “angle selectivity” or “shift selectivity”.
例えば、光メモリとの互換性が高いコリニアシフト多重記録方式の場合、仮に波長407nmのレーザ光源、および開口数0.65の対物レンズを用いた場合、0.4μm程度の記録媒質の面内方向のシフト選択性を誇っている(非特許文献1)。 For example, in the case of a collinear shift multiplex recording system having high compatibility with an optical memory, if a laser light source with a wavelength of 407 nm and an objective lens with a numerical aperture of 0.65 are used, the recording medium in the in-plane direction of about 0.4 μm is used. Proud of shift selectivity (Non-Patent Document 1).
しかしながら、上記の非特許文献1に記載のホログラフィックメモリシステムでは、面内方向への媒質シフトピッチはシフト選択性のおよそ25倍に相当する10μm程度に設定されており、多重方式が持つ本来の多重性能が発揮されていないという問題点がある。 However, in the holographic memory system described in Non-Patent Document 1, the medium shift pitch in the in-plane direction is set to about 10 μm, which corresponds to about 25 times the shift selectivity, and the original multiplexing system has. There is a problem that the multiple performance is not exhibited.
例えば、シフト選択性程度の記録密度で記録した場合と比較して、記憶容量は1/(25×25)=1/625になってしまう。このように、媒質シフトピッチをシフト選択性よりも大きくしているのは、シフト選択性に近いピッチでホログラムを敷き詰めると、非再生ホログラムからのクロストーク(以降、「ページ間クロストーク」と呼ぶ)が著しく再生信号の品質を劣化させ、ページ多重数を大きく制限してしまうためである。 For example, the storage capacity is 1 / (25 × 25) = 1/625 as compared with the case of recording at a recording density of about shift selectivity. In this way, the medium shift pitch is made larger than the shift selectivity when the hologram is spread at a pitch close to the shift selectivity, and crosstalk from a non-reproduced hologram (hereinafter referred to as “inter-page crosstalk”). ) Significantly deteriorates the quality of the reproduction signal and greatly limits the number of multiplexed pages.
実際、理論的な3次元記録密度限界がおよそ1PB/disc(1PB=1000TB)であるのに対して、これまでに報告されている記録密度は500GB/disc程度に過ぎず、明らかにホログラフィックメモリの潜在能力が活かされていない。以上より、実記録密度を潜在的記録密度に近づけるためには、ページ間クロストークを大幅に低減できる新技術を導入する必要があることが分かる。 In fact, the theoretical three-dimensional recording density limit is about 1 PB / disc (1 PB = 1000 TB), whereas the recording density reported so far is only about 500 GB / disc, which is clearly holographic memory. The potential of is not utilized. From the above, it can be seen that in order to bring the actual recording density closer to the potential recording density, it is necessary to introduce a new technology that can significantly reduce crosstalk between pages.
ここで、ページ間クロストークの低減に関する技術として、再生光学系にピンホール(空間フィルタ)を設置することで、高い空間周波数成分を持つページ間クロストークを取り除き、ホログラフィックメモリの記録密度向上を目指す研究が最近報告されている(非特許文献3)。 Here, as a technique for reducing crosstalk between pages, pinholes (spatial filters) are installed in the reproduction optical system to eliminate crosstalk between pages with high spatial frequency components and improve the recording density of holographic memory. Research aimed at has recently been reported (Non-Patent Document 3).
しかしながら、空間周波数領域にピンホールを設置することで高周波ノイズを分離する技術は、光学の分野で既に一般的に普及しているものである。また、ホログラフィックメモリの分野においても、非特許文献4や非特許文献5に開示されている再生光学系ではピンホールが設置されており、これを用いてようやく500GB/disc程度の記録密度を報告しているに過ぎない。このことから、ピンホールなどの空間フィルタによるページ間クロストーク低減だけでは明らかに不十分であることが分かる。 However, a technique for separating high-frequency noise by installing a pinhole in the spatial frequency region is already widely used in the field of optics. Also in the field of holographic memory, pinholes are installed in the reproduction optical systems disclosed in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5, and a recording density of about 500 GB / disc is finally reported using this. I'm just doing it. From this, it can be seen that the reduction of inter-page crosstalk by a spatial filter such as a pinhole is clearly insufficient.
また、ホログラフィックメモリの記録密度を改善するために、これまで多種多様な多重方式や多値記録技術が提案または検討されてきた。多重方式に関しては、コリニアシフト多重方式や角度多重方式を中心に実用化を視野に入れた研究開発が進められてきた。いずれの多重方式においても、多重性能の指標となるシフト選択性や角度選択性から判断される潜在的記録密度は数百TB/discを誇る。 In order to improve the recording density of the holographic memory, various multiplex systems and multilevel recording techniques have been proposed or studied. As for the multiplexing method, research and development have been promoted with a view to practical application, centering on the collinear shift multiplexing method and the angle multiplexing method. In any of the multiplexing systems, the potential recording density determined from shift selectivity and angle selectivity, which is an index of multiplexing performance, boasts several hundred TB / disc.
しかしながら、これらのいずれの多重方式においても、実際報告されている記録密度は500GB/disc程度に過ぎないのが現状である。これは、多重数の増加に伴い急激に影響力を強めるページ間クロストークを考慮し、隣接ホログラムの間隔がシフト選択性の20〜30倍に設定されているためである。つまり、現状のホログラフィックメモリでは、潜在的多重能力が抑制されてしまっていることが分かる。一方、ホログラフィックメモリは、多値記録技術に関しても、最も単純かつ効果的に記録密度を伸ばす手段として有力視されている(非特許文献6)。理想的には、m値の多値変調信号を用いた場合、従来の2値変調と比較して、1データページあたりの情報量がlog2(m)倍になる。 However, in any of these multiplexing systems, the actual recording density actually reported is only about 500 GB / disc. This is because the interval between adjacent holograms is set to 20 to 30 times the shift selectivity in consideration of inter-page crosstalk that rapidly increases its influence as the number of multiplexing increases. That is, it can be seen that the current holographic memory suppresses the potential multiplexing capability. On the other hand, the holographic memory is regarded as a promising means for extending the recording density in the simplest and most effective manner with respect to the multi-value recording technique (Non-patent Document 6). Ideally, when an m-value multilevel modulation signal is used, the amount of information per data page is log 2 (m) times as compared with conventional binary modulation.
しかしながら、例えば、m値位相変調の場合、各信号点は0と2πの間で2π/m×N(N=0,1,2,・・・,m−1)に従って振り分けられているに過ぎない。 However, for example, in the case of m-value phase modulation, each signal point is only distributed between 0 and 2π according to 2π / m × N (N = 0, 1, 2,..., M−1). Absent.
つまり、多値変調信号は、単純に各信号点間隔をより密にすることで実現されており、ノイズに対してより脆弱である。それ故、1ページで表現できる情報量が増加する一方で、記録媒質中に記録できるページ数は減少してしまう。結局のところ、ページ間クロストークと信号多値数とのトレードオフの関係を最適化することが重要になる。 That is, the multi-level modulation signal is realized simply by increasing the interval between the signal points, and is more vulnerable to noise. Therefore, while the amount of information that can be expressed in one page increases, the number of pages that can be recorded in the recording medium decreases. After all, it is important to optimize the trade-off relationship between inter-page crosstalk and signal multilevel number.
以上を踏まえると、ページ間クロストークを抑制できる技術を開発することが、記録密度を飛躍的に伸ばす最も有効な手段であり、それが多重方式や多値記録技術が持つ本来の性能を開花させることに繋がると言える。 Based on the above, the development of technology that can suppress crosstalk between pages is the most effective way to dramatically increase recording density, and it will blossom the original performance of multiplexing and multilevel recording technology. It can be said that it leads to.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、従来よりも記録、再生または計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることが可能なノイズ除去方法などを提供することにある。なお、本明細書では、対象物に単位情報を記録できる単位体積当たりの情報量、対象物から単位情報を再生できる単位面積当たりの情報量、光を照射した対象物の透過光に含まれる画像計測により単位情報を計測可能な単位体積当たりの情報量を情報量密度と称する。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to remove noise that can bring the actual information density at the time of recording, reproduction or measurement closer to the potential information density than before. It is to provide a method and the like. In this specification, the amount of information per unit volume in which unit information can be recorded on the object, the amount of information per unit area where unit information can be reproduced from the object, and the image included in the transmitted light of the object irradiated with light The amount of information per unit volume capable of measuring unit information by measurement is referred to as information amount density.
本発明のノイズ除去方法は、上記の課題を解決するために、少なくとも所定の信号光に対して空間位相変調処理を行って生成した位相変調光を対象物に照射する光照射ステップと、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the noise removal method of the present invention includes a light irradiation step of irradiating an object with phase-modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light, and the phase Output light including the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the modulated light or the phase conjugate light of the phase modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light On the other hand, the method includes a noise removal step of performing a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process.
また、本発明のノイズ除去装置は、上記の課題を解決するために、少なくとも所定の信号光に対して空間位相変調処理を行って生成した位相変調光を対象物に照射する光照射手段と、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去手段と、を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the noise removing device of the present invention includes a light irradiating unit that irradiates an object with phase modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light, For the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light And noise removal means for performing a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the emitted light.
ここで、位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅、または、所定の参照光が照射された対象物から出射される出射光(位相変調光の位相共役光を含む)による再生(または再現)成分を「再生成分」と称する。一方、複素振幅または出射光に含まれる情報の再生に必要のない成分(当然ながら再生成分に含まれる単位情報間のクロストーク成分もこの成分に含まれる)を「ノイズ成分」と呼ぶ。 Here, the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or the emitted light (including the phase conjugate light of the phase-modulated light) emitted from the object irradiated with the predetermined reference light The reproduction (or reproduction) component due to) is referred to as “reproduction component”. On the other hand, a component that is not necessary for reproduction of information included in complex amplitude or outgoing light (of course, a crosstalk component between unit information included in the reproduction component is also included in this component) is referred to as a “noise component”.
上記の方法または構成によれば、位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅または所定の参照光が照射された対象物から出射される出射光に対して、信号光に対して行われた空間位相変調処理と同一の位相変調処理が行われる。 According to the above method or configuration, the signal light is output with respect to the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light or the emitted light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light. The same phase modulation processing as the spatial phase modulation processing performed for the above is performed.
ここで、再生成分はこの位相変調処理により、信号光に対して行われた空間位相変調成分が相殺され逆拡散(収束)するが、ノイズ成分は空間位相変調成分と位相相関が全くないため広範囲に拡散して再生成分から分離される。 Here, the reproduction component is despread (converged) by canceling the spatial phase modulation component performed on the signal light by this phase modulation processing, but the noise component has no phase correlation with the spatial phase modulation component, so it has a wide range. To be separated from the regenerated components.
このため、再生成分の単位情報間のクロストーク成分も広範囲に拡散して再生成分から分離されるため、対象物に単位情報を記録できる情報量密度、対象物から単位情報を再生できる情報量密度、対象物の透過光に含まれる画像計測により単位情報を計測可能な情報量密度を圧倒的に向上させることができる。 Therefore, the crosstalk component between the unit information of the reproduction component is also diffused and separated from the reproduction component over a wide range, so that the information amount density at which the unit information can be recorded on the object and the information amount density at which the unit information can be reproduced from the object The information density that can measure unit information by measuring the image included in the transmitted light of the object can be greatly improved.
よって、従来よりも記録、再生または計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる。 Therefore, the actual information density at the time of recording, reproduction or measurement can be made closer to the potential information density than before.
また、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成ステップを含んでいても良い。 In addition to the above-described configuration, the noise removal method of the present invention can be implemented by using outgoing light emitted from an object irradiated with the phase-modulated light, or using light from which the noise component has been removed. An information generation step for performing processing for generating dimensional information may be included.
また、本発明のノイズ除去装置は、上記の構成に加えて、さらに、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成手段を備えていても良い。 In addition to the above-described configuration, the noise removal apparatus of the present invention further uses emitted light emitted from an object irradiated with the phase-modulated light, or uses light from which the noise component has been removed. Information generating means for performing processing for generating two-dimensional information may be provided.
上記の方法または構成によれば、従来よりも潜在的情報量密度に近い情報量密度で2次元情報を生成することができる。 According to the method or configuration described above, two-dimensional information can be generated with an information amount density closer to the potential information amount density than in the past.
また、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記2次元情報は、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光、または、上記ノイズ成分を除去した光を、レンズ系を用いて結像することにより生成されても良い。 In the noise removal method of the present invention, in addition to the above-described configuration, the two-dimensional information may be output light emitted from an object irradiated with the phase-modulated light, or light from which the noise component has been removed. Alternatively, it may be generated by forming an image using a lens system.
これにより、レンズ系などの光学系のみをもちいて上記の各処理を行うことが可能になる。 This makes it possible to perform each of the above processes using only an optical system such as a lens system.
また、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記光照射ステップで、上記信号光をランダム位相板に透過させることで上記位相変調光を生成されても良い。 In addition to the above configuration, the noise removal method of the present invention may generate the phase-modulated light by transmitting the signal light through a random phase plate in the light irradiation step.
これにより、ランダム位相板などの光学系のみをもちいて上記の各処理(主として記録処理)を行うことが可能になる。 This makes it possible to perform each of the above processes (mainly recording process) using only an optical system such as a random phase plate.
また、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記ノイズ除去ステップで、上記位相変調光の位相共役光を含む出射光をランダム位相板に透過させることで、上記出射光からノイズ成分を除去しても良い。 In addition to the above-described configuration, the noise removal method of the present invention transmits the emitted light including the phase conjugate light of the phase-modulated light through the random phase plate in the noise removing step, thereby allowing noise from the emitted light. Components may be removed.
これにより、ランダム位相板などの光学系のみをもちいて上記の各処理(主として読み出し・再生処理)を行うことが可能になる。 This makes it possible to perform each of the above-described processes (mainly read / reproduce processes) using only an optical system such as a random phase plate.
また、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記位相変調光が異なる位相変調パターンを付加された複数の信号を含んでいる場合に、上記ランダム位相板の配置位置を異ならせることよって上記異なる位相変調パターンを生成しても良い。 In addition to the above configuration, the noise removal method of the present invention makes the arrangement position of the random phase plate different when the phase modulation light includes a plurality of signals to which different phase modulation patterns are added. Accordingly, the different phase modulation patterns may be generated.
上記の方法によれば、各位相変調パターンの空間相互相関が十分に小さくなるように対応するランダム位相板の配置位置を調整することで、各位相変調パターン間の相互相関を低下させることができ、単位情報間のクロストーク成分を抑制することができる。 According to the above method, the cross-correlation between the phase modulation patterns can be reduced by adjusting the arrangement position of the corresponding random phase plate so that the spatial cross-correlation of each phase modulation pattern becomes sufficiently small. The crosstalk component between unit information can be suppressed.
しかしながら、このように、上記の各処理をレンズ系などの光学系のみをもちいて行う場合、以下で説明する副次的課題が生じる。 However, when each of the above processes is performed using only an optical system such as a lens system, secondary problems described below arise.
すなわち、上記の各処理を全光学的に行うためには、例えば、記録光学系に後述するランダム拡散板などの空間位相変調手段(または素子)を新たに付加する必要がある。また、例えば、読出し・再生光学系には、ホログラフィックメモリの位相共役読出しが必要になるため、系全体が複雑化し、かつ、位相共役忠実度が十分でない位相共役読出し光によって単位情報(例えば、「再生ページ」)の品質低下を招いてしまう可能性がある。 That is, in order to perform the above-described processes all optically, for example, it is necessary to newly add a spatial phase modulation means (or element) such as a random diffusion plate described later to the recording optical system. Further, for example, the readout / reproduction optical system requires phase conjugate readout of the holographic memory, which complicates the entire system, and unit information (for example, phase conjugate readout light with insufficient phase conjugate fidelity) "Reproduction page") may be degraded.
そこで、上記の副次的課題を解決するために、本発明のノイズ除去装置は、上記の構成に加えて、光照射手段は、上記信号光に対して予め上記空間位相変調処理を行った上記位相変調光を直接出射するようにしても良い。 Therefore, in order to solve the above-mentioned secondary problem, in addition to the above-described configuration, the noise removal apparatus of the present invention includes a light irradiation unit that performs the spatial phase modulation process on the signal light in advance. The phase-modulated light may be directly emitted.
これにより、ランダム拡散板などの空間位相変調手段(または素子)を新たに付加する必要がなくなる。すなわち、記録光学系を簡単化することができる。このため、系全体の構成を簡単化することができる。 This eliminates the need to newly add a spatial phase modulation means (or element) such as a random diffuser. That is, the recording optical system can be simplified. For this reason, the structure of the whole system can be simplified.
また、上記の副次的課題を解決するために、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、上記2次元情報は、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の2次元的な強度分布もしくは位相分布に対して、または、上記ノイズ成分を除去した光の2次元的な強度分布もしくは位相分布に対して、所定の関数変換を作用させることにより生成されても良い。 In order to solve the above secondary problem, in addition to the above configuration, the noise removal method of the present invention is configured so that the two-dimensional information is output from an object irradiated with the phase-modulated light. It is generated by applying a predetermined function transformation to the two-dimensional intensity distribution or phase distribution of incident light or to the two-dimensional intensity distribution or phase distribution of light from which the noise component has been removed. Also good.
これにより、例えば、所定の関数変換機能(例えば、フーリエ変換機能)または逆関数変換機能(例えば、逆フーリエ変換機能)をレンズ系などの光学系にて実現する必要がなくなる。このため、系全体の構成を簡単化することができる。 Accordingly, for example, it is not necessary to realize a predetermined function conversion function (for example, a Fourier transform function) or an inverse function conversion function (for example, an inverse Fourier transform function) with an optical system such as a lens system. For this reason, the structure of the whole system can be simplified.
また、上記の副次的課題を解決するために、本発明のノイズ除去方法は、上記の構成に加えて、さらに、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅を検出する複素振幅検出ステップを含んでおり、上記ノイズ除去ステップで、上記複素振幅検出ステップで検出した上記複素振幅に対して上記空間位相変調処理に相当する位相変調演算を行うことで上記ノイズ成分を除去しても良い。 In order to solve the above secondary problem, in addition to the above configuration, the noise removal method of the present invention further includes a complex amplitude of light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light. A complex amplitude detecting step for detecting the noise component, and performing the phase modulation calculation corresponding to the spatial phase modulation processing on the complex amplitude detected in the complex amplitude detecting step in the noise removing step. May be removed.
また、上記の副次的課題を解決するために、本発明のノイズ除去装置は、上記の構成に加えて、さらに、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅を検出する複素振幅検出手段を備えており、上記ノイズ除去手段は、上記複素振幅検出手段が検出した上記複素振幅に対して上記空間位相変調処理に相当する位相変調演算を行うことで上記ノイズ成分を除去しても良い。 In order to solve the above-mentioned secondary problem, in addition to the above-described configuration, the noise removal apparatus of the present invention further includes a complex amplitude of emitted light emitted from an object irradiated with the phase-modulated light. Complex noise detection means for detecting the noise component, and the noise removal means performs the phase modulation calculation corresponding to the spatial phase modulation processing on the complex amplitude detected by the complex amplitude detection means, thereby the noise component. May be removed.
上記の方法または構成によれば、ノイズ成分を除去する際に、対象物に再生用の参照光を照射したり、対象物からの回折光をランダム拡散板などの空間位相変調手段(または素子)に通したりする必要がなくなる。すなわち、光学的な位相共役読出し・再生が不要になる。このため、系全体の構成を簡単化することができる。 According to the above method or configuration, when removing the noise component, the object is irradiated with reproduction reference light, or the diffracted light from the object is spatially phase modulated means (or element) such as a random diffuser. There is no need to go through. That is, optical phase conjugate readout / reproduction is not required. For this reason, the structure of the whole system can be simplified.
以上のように光学的処理過程と電子的処理過程を効果的に共存させることで、従来の光学系に対して新たな光学素子を追加することなく単位情報間のクロストークを大幅に低減できる。 By effectively coexisting the optical processing process and the electronic processing process as described above, crosstalk between unit information can be greatly reduced without adding a new optical element to the conventional optical system.
また、本発明の記録再生装置は、上記の構成に加えて、上記のいずれかのノイズ除去装置を備えた記録再生装置であって、上記光照射手段は、記録用の参照光とともに上記位相変調光を上記対象物としてのホログラム記録媒体に照射して情報を記録し、上記ノイズ除去手段は、上記ホログラム記録媒体に上記所定の参照光としての再生用の参照光を照射することにより生じた上記位相共役光を含む出射光としての回折光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記回折光からノイズ成分を除去し、さらに、上記ノイズ除去手段によって上記回折光からノイズ成分が除去された光を上記ホログラム記録媒体に記録された情報の再生光として出力する再生手段を備えていても良い。 The recording / reproducing apparatus of the present invention is a recording / reproducing apparatus provided with any one of the above-described noise removing devices in addition to the above-described configuration, wherein the light irradiation means includes the phase modulation along with the recording reference light. The information is recorded by irradiating the hologram recording medium as the object with the light, and the noise removing unit is generated by irradiating the hologram recording medium with the reference light for reproduction as the predetermined reference light. By performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the diffracted light as the output light including the phase conjugate light, the noise component is removed from the diffracted light, and further, the diffraction is performed by the noise removing unit. Reproducing means for outputting the light from which the noise component has been removed from the light as the reproducing light of the information recorded on the hologram recording medium may be provided.
上記構成によれば、従来よりも記録または再生時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる記録再生装置を実現できる。また、多重化された非再生ホログラムからのクロストークを大幅に低減し、ホログラフィック記録媒体の記録密度を飛躍的に向上させることができる。 According to the above configuration, it is possible to realize a recording / reproducing apparatus capable of bringing the actual information amount density during recording or reproduction closer to the potential information amount density than before. In addition, crosstalk from multiplexed non-reproducing holograms can be greatly reduced, and the recording density of the holographic recording medium can be dramatically improved.
また、本発明の記録再生方法は、上記の構成に加えて、上記のいずれかのノイズ除去装置を用いた記録再生方法であって、上記光照射手段により記録用の参照光とともに上記位相変調光を上記対象物としてのホログラム記録媒体に照射して情報を記録する記録工程と、上記ノイズ除去手段により上記ホログラム記録媒体に上記所定の参照光としての再生用の参照光を照射することにより生じた上記位相共役光を含む出射光としての回折光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記回折光からノイズ成分を除去するノイズ除去工程と、上記ノイズ成分が除去された光を上記ホログラム記録媒体に記録された情報の再生光として出力する再生工程と、を含んでいても良い。 The recording / reproducing method of the present invention is a recording / reproducing method using any one of the above-described noise removing devices in addition to the above-described configuration, wherein the phase-modulated light is recorded together with the recording reference light by the light irradiation means. Is generated by irradiating the hologram recording medium as the object by recording information and irradiating the hologram recording medium with the reference light for reproduction as the predetermined reference light by the noise removing means. A noise removing step for removing a noise component from the diffracted light by performing the same phase modulation processing as the spatial phase modulation processing on the diffracted light as the outgoing light including the phase conjugate light, and the noise component A reproducing step of outputting the removed light as reproducing light of information recorded on the hologram recording medium.
上記方法によれば、従来よりも記録または再生時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる記録再生方法を実現できる。また、多重化された非再生ホログラムからのクロストークを大幅に低減し、ホログラフィック記録媒体の記録密度を飛躍的に向上させることができる。 According to the above method, it is possible to realize a recording / reproducing method capable of bringing the actual information amount density at the time of recording or reproducing closer to the potential information amount density than before. In addition, crosstalk from multiplexed non-reproducing holograms can be greatly reduced, and the recording density of the holographic recording medium can be dramatically improved.
また、本発明の画像計測装置は、上記の構成に加えて、上記のいずれかのノイズ除去装置を備えた画像計測装置であって、上記光照射手段は、上記位相変調光を上記対象物としての観測試料に照射し、上記ノイズ除去手段は、上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記観測試料から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去し、さらに、上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成手段を備えていても良い。 The image measurement device of the present invention is an image measurement device including any one of the above-described noise removing devices in addition to the above-described configuration, wherein the light irradiation unit uses the phase-modulated light as the object. The observation sample is irradiated with the complex amplitude of the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light or with the predetermined reference light. Noise component is removed from the emitted light by performing the same phase modulation processing as the spatial phase modulation processing on the outgoing light including the phase conjugate light of the phase modulated light emitted from Information generating means may be provided that performs processing for generating two-dimensional information using emitted light emitted from the observation sample irradiated with modulated light or using light from which the noise component has been removed.
上記構成によれば、従来よりも計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる画像計測装置を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to realize an image measurement device that can bring the actual information density at the time of measurement closer to the potential information density than before.
また、本発明の画像計測方法は、上記の構成に加えて、上記のいずれかのノイズ除去装置を用いた画像計測方法であって、上記光照射手段により上記位相変調光を上記対象物としての観測試料に照射する光照射工程と、上記ノイズ除去手段により上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記観測試料から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去工程と、上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成工程と、を含んでいても良い。 The image measurement method of the present invention is an image measurement method using any one of the above-described noise removing devices in addition to the above-described configuration, wherein the phase-modulated light is used as the object by the light irradiation means. The light irradiation step of irradiating the observation sample, and the complex amplitude of the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light by the noise removing unit, or the predetermined reference light is irradiated A process for removing noise components from the emitted light is performed by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the emitted light including the phase conjugate light emitted from the observation sample. An information production process for generating two-dimensional information using a noise removal step and outgoing light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light, or using light from which the noise component has been removed And the process may contain.
上記構成によれば、従来よりも計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる画像計測方法を実現できる。 According to the above configuration, it is possible to realize an image measurement method capable of bringing the actual information amount density at the time of measurement closer to the potential information amount density than before.
本発明のノイズ除去方法は、以上のように、少なくとも所定の信号光に対して空間位相変調処理を行って生成した位相変調光を対象物に照射する光照射ステップと、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去ステップと、を含む方法である。 As described above, the noise removal method of the present invention includes a light irradiation step of irradiating an object with phase modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light, and irradiation with the phase modulated light. With respect to the complex amplitude of the emitted light emitted from the target object or to the emitted light including the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light, A noise removal step of performing a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process.
また、本発明のノイズ除去装置は、以上のように、少なくとも所定の信号光に対して空間位相変調処理を行って生成した位相変調光を対象物に照射する光照射手段と、上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去手段と、を備える構成である。 Further, as described above, the noise removing device of the present invention includes a light irradiating unit that irradiates an object with phase modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light, and the phase modulated light described above. With respect to the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with or to the emitted light including the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light And a noise removing unit that performs a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process.
それゆえ、従来よりも記録、再生または計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる。 Therefore, the actual information density at the time of recording, reproduction or measurement can be made closer to the potential information density than before.
本発明の一実施形態について図1〜図29に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の項目で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の項目で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Descriptions of configurations other than those described in the following specific items may be omitted as necessary. However, in the case where they are described in other items, the configurations are the same. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in each item are given the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted as appropriate.
〔従来の問題点の概要〕
上記のように、現状のホログラフィックメモリでは、0.4μm程度のシフト選択性がありながら、非再生ホログラムからのページ間クロストークノイズの問題があるため、実際のシフトピッチは10μm程度に設定されており、これだけで、最大記憶容量が1/(10/0.4)^2=1/625に減殺されてしまっているという問題点がある。以下では、上記のページ間クロストークノイズを効果的に除去し、ホログララフィックメモリの記憶容量を飛躍的に増大させる本発明の実施の一形態について説明する。
[Overview of conventional problems]
As described above, the current holographic memory has a shift selectivity of about 0.4 μm, but there is a problem of inter-page crosstalk noise from a non-reproduced hologram, so the actual shift pitch is set to about 10 μm. Thus, there is a problem that the maximum storage capacity has been reduced to 1 / (10 / 0.4) ^ 2 = 1/625. In the following, an embodiment of the present invention that effectively removes the inter-page crosstalk noise and dramatically increases the storage capacity of the holographic memory will be described.
〔ノイズの除去方法〕
以下、コリニアホログラムの場合を仮定して、本実施形態の基本的な処理(ノイズの除去方法)について説明する。
[Noise removal method]
The basic processing (noise removal method) of the present embodiment will be described below assuming the case of a collinear hologram.
(ホログラム記録過程)・・・図1(a)
本実施形態のホログラム記録過程に使用される構成は、図1(a)に示す空間位相変調光学系11、レンズ12、および記録媒質(ホログラム記録媒体,対象物)13である。
(Hologram recording process) FIG. 1 (a)
The configuration used in the hologram recording process of the present embodiment is a spatial phase modulation optical system 11, a lens 12, and a recording medium (hologram recording medium, object) 13 shown in FIG.
(空間位相変調光学系11)
同図に示すように空間位相変調光学系11は、参照光Eとともに、信号光Aに対して空間位相変調処理を行って生成した位相変調光A’を記録媒質13に照射するものであり、本実施形態では、さらに、空間光変調器(光照射手段)11aおよびランダム拡散板11bを備えている。
(Spatial phase modulation optical system 11)
As shown in the figure, the spatial phase modulation optical system 11 irradiates the recording medium 13 with the reference light E and the phase modulation light A ′ generated by performing spatial phase modulation processing on the signal light A. In the present embodiment, a spatial light modulator (light irradiation means) 11a and a random diffuser plate 11b are further provided.
(空間光変調器11a)
本実施形態の空間光変調器11aは、レーザ光源およびレーザ光径を拡大する拡大光学系としてのビームエキスパンダ(BE:Beam Expander)を備えており、データページP1〜Pmのデータページ部分に対応する信号光A、参照光用リングに対応する参照光Eを出力(または表示)する。
(Spatial light modulator 11a)
The spatial light modulator 11a of this embodiment includes a beam expander (BE: Beam Expander) as a laser light source and an expanding optical system that expands the laser beam diameter, and corresponds to the data page portions of the data pages P1 to Pm. The signal light A and the reference light E corresponding to the reference light ring are output (or displayed).
空間光変調器11aによる信号変調方法は、強度変調型、位相変調型、空間直交振幅変調型、およびそれらの多値変調型などいずれでも構わない。 The signal modulation method by the spatial light modulator 11a may be any of an intensity modulation type, a phase modulation type, a spatial quadrature amplitude modulation type, and a multilevel modulation type thereof.
例えば、位相変調型の場合、信号光Aは、位相分布を有する光位相信号とする。より具体的には、空間光変調器11aによって生成される信号光Aは、例えば、0およびφの二値の位相がデータピクセル毎に2次元配置(マトリクス状に配置)された位相分布を有する信号(2次元情報)を挙示することができる。空間光変調器11aは位相のみを0〜2πの範囲で変調できることが望ましい。 For example, in the case of the phase modulation type, the signal light A is an optical phase signal having a phase distribution. More specifically, the signal light A generated by the spatial light modulator 11a has, for example, a phase distribution in which binary phases of 0 and φ are two-dimensionally arranged (arranged in a matrix) for each data pixel. Signals (two-dimensional information) can be listed. It is desirable that the spatial light modulator 11a can modulate only the phase in the range of 0 to 2π.
また、強度変調型の場合、信号光Aは、強度分布を有する光強度信号とする。すなわち、空間光変調器11aによって生成される信号光Aは、例えば、光強度が高いHigh部分と光強度が低いLow部分とがデータピクセル毎に2次元配置された強度分布を有する信号(2次元情報)を挙示することができる。 In the case of the intensity modulation type, the signal light A is a light intensity signal having an intensity distribution. That is, the signal light A generated by the spatial light modulator 11a is, for example, a signal (two-dimensional) having an intensity distribution in which a high part with high light intensity and a low part with low light intensity are two-dimensionally arranged for each data pixel. Information).
ここで、空間光変調器11aとしては、空間位相変調器または空間強度変調器のいずれも用いることができる。いずれか一台の空間光変調器によって、光の複素振幅(位相と強度の両方)を生成することができる。 Here, as the spatial light modulator 11a, either a spatial phase modulator or a spatial intensity modulator can be used. Any one of the spatial light modulators can generate a complex amplitude (both phase and intensity) of light.
(ランダム拡散板11b)
空間位相変調素子の一例であるランダム拡散板11bは、表面にランダムな凹凸分布が形成された光学素子であり、光波を拡散させる効果があるため、信号光Aは、このランダム拡散板11bに透過させると、空間位相変調処理が行われ、位相変調光A’が出力される。なお、ランダム拡散板11bの表面に形成された凹凸分布の詳細については後述する。
(Random diffuser 11b)
The random diffusion plate 11b, which is an example of the spatial phase modulation element, is an optical element having a random uneven distribution formed on the surface, and has an effect of diffusing light waves. Therefore, the signal light A is transmitted through the random diffusion plate 11b. Then, spatial phase modulation processing is performed, and phase-modulated light A ′ is output. The details of the uneven distribution formed on the surface of the random diffusion plate 11b will be described later.
また、ランダム拡散板11bの配置場所に関して特に制約はないが、図1に示す形態では、ランダム拡散板11bを信号光Aのフレネル領域に配置している。 In addition, although there is no particular restriction on the arrangement location of the random diffusion plate 11b, the random diffusion plate 11b is arranged in the Fresnel region of the signal light A in the embodiment shown in FIG.
(レンズ12、記録媒質13)
レンズ12は、コンデンサレンズ(対物レンズ)であり、参照光Eおよび位相変調光A’を集光し、記録媒質13中で干渉(結像)させて干渉縞を形成し、この干渉縞をホログラムとして記録する。なお、レンズ12の構成材料は、透光性を有するガラス材料または樹脂材料であれば良く、特に限定されない。例えば、記録媒質13としては、フォトポリマーを用いることができる。ホログラムの記録では、BEによって拡大されたビームを、レンズ12によって記録媒質13中に集光する。
(Lens 12, recording medium 13)
The lens 12 is a condenser lens (objective lens), collects the reference light E and the phase-modulated light A ′, and causes interference (image formation) in the recording medium 13 to form an interference fringe. Record as. In addition, the constituent material of the lens 12 should just be a glass material or resin material which has translucency, and is not specifically limited. For example, a photopolymer can be used as the recording medium 13. In recording the hologram, the beam expanded by BE is condensed into the recording medium 13 by the lens 12.
(記録過程の詳細)
本実施形態の記録過程は、下記の(イ)〜(ハ)の各過程を少なくとも含む。
(Details of recording process)
The recording process of the present embodiment includes at least the following processes (a) to (c).
(イ)空間光変調器11aによって、信号光Aおよび参考光Eを生成する。なお、この手順は従来通りであるのでその説明は省略する。 (A) The signal light A and the reference light E are generated by the spatial light modulator 11a. Since this procedure is the same as the conventional procedure, its description is omitted.
(ロ)この信号光Aにランダム拡散板11bを介して空間位相変調exp{jΦ}を加え、位相変調光A’=Aexp{jΦ}を得る。空間位相変調素子としては光波を拡散させる効果のあるものが望ましく、本実施形態では、ランダム拡散板11bを用いているが、これに限定されない。例えば、ランダム拡散板11bと同様の空間位相変調効果を実現する空間光変調器を用いても良い。図1(a)に示す形態では、空間位相変調処理のためのランダム拡散板11bを設置しているが、後述するように、信号生成の段階でこの空間位相変調効果を含めた信号光A’を生成することにより、図示されているランダム拡散板11bなどの付加的な光学系を除外することができる。 (B) Spatial phase modulation exp {jΦ} is added to the signal light A via the random diffuser plate 11b to obtain phase modulated light A ′ = Aexp {jΦ}. As the spatial phase modulation element, an element having an effect of diffusing light waves is desirable, and in this embodiment, the random diffusion plate 11b is used, but the present invention is not limited to this. For example, a spatial light modulator that realizes the same spatial phase modulation effect as the random diffuser plate 11b may be used. In the form shown in FIG. 1A, a random diffuser plate 11b for spatial phase modulation processing is installed, but as will be described later, signal light A ′ including this spatial phase modulation effect at the stage of signal generation. By generating, it is possible to exclude an additional optical system such as the illustrated random diffusion plate 11b.
(ハ)信号光Aおよび位相変調光A’を、レンズ12を用いて記録媒質13に集光し、記録媒質13中で干渉させて干渉縞を形成し、この干渉縞をホログラムとして記録する。この手順は従来通りである。 (C) The signal light A and the phase-modulated light A ′ are condensed on the recording medium 13 using the lens 12 and interfered in the recording medium 13 to form interference fringes, which are recorded as holograms. This procedure is conventional.
なお、実際には、必ずしもランダム拡散板11bを設置する必要はなく、信号光Aを生成する時に、ランダム拡散板11bと前後の光波伝搬効果とを含めた位相変調光A’の位相分布または強度分布を計算によって求め、この分布を、空間光変調器11aを用いて直接生成して出射するようにしても良い。 Actually, it is not always necessary to install the random diffuser plate 11b. When the signal light A is generated, the phase distribution or intensity of the phase-modulated light A ′ including the random diffuser plate 11b and the front and rear optical wave propagation effects. The distribution may be obtained by calculation, and this distribution may be directly generated and emitted using the spatial light modulator 11a.
すなわち、ランダム拡散板11bなどの空間位相変調素子と前後の光波伝搬効果を含めた位相変調光A’を計算によって求め、この分布を空間光変調器11aによって直接生成する場合には、exp{jΦ}は計算上与える既知の位相分布または強度分布であるから、あらかじめ計測する必要は生じない。 That is, in the case where the phase modulation light A ′ including the spatial phase modulation element such as the random diffuser plate 11b and the front and rear light wave propagation effects is obtained by calculation and this distribution is directly generated by the spatial light modulator 11a, exp {jΦ } Is a known phase distribution or intensity distribution given in calculation, so that it is not necessary to measure in advance.
また、これにより、ランダム拡散板11aなどの位相変調手段(または素子)を新たに付加する必要がなくなる。すなわち、記録光学系を簡単化することができる。このため、系全体の構成を簡単化することができる。 This also eliminates the need to newly add phase modulation means (or elements) such as the random diffuser plate 11a. That is, the recording optical system can be simplified. For this reason, the structure of the whole system can be simplified.
(ホログラム読出し過程)・・・図1(b)
本実施形態のホログラム読出し過程に使用される構成は、空間光変調器11a、レンズ12、記録媒質13、レンズ14および撮像素子(複素振幅検出手段)15である。
(Hologram reading process) FIG. 1 (b)
The configuration used in the hologram reading process of the present embodiment is a spatial light modulator 11 a, a lens 12, a recording medium 13, a lens 14, and an image sensor (complex amplitude detection means) 15.
(空間光変調器11a)
ホログラム読出し過程では、空間光変調器11aは、参照光用リングに対応する参照光Eのみを出力(または表示)する。
(Spatial light modulator 11a)
In the hologram reading process, the spatial light modulator 11a outputs (or displays) only the reference light E corresponding to the reference light ring.
(レンズ12、記録媒質13、レンズ14)
レンズ12および記録媒質13については上記のとおりである。レンズ14は、コリメータレンズであり、記録媒質13を透過した透過光(回折光D)をコリメートして、撮像素子15に入射させるものである。
(Lens 12, recording medium 13, lens 14)
The lens 12 and the recording medium 13 are as described above. The lens 14 is a collimator lens, and collimates the transmitted light (diffracted light D) that has passed through the recording medium 13 so as to enter the imaging element 15.
(撮像素子15)
撮像素子15は、記録媒質13を透過する透過光の複素振幅の分布(2次元情報)を位相検出法によって計測(検出する)ものである。
(Image sensor 15)
The image sensor 15 measures (detects) a complex amplitude distribution (two-dimensional information) of transmitted light that passes through the recording medium 13 by a phase detection method.
例えば、CCD(charge coupled device)およびCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)などを用いることができる。この検出においては、元の信号(データページP1〜Pm)が強度のみの情報を有する場合でも、位相と強度を含む複素振幅を計測する必要がある。位相検出手段としては、例えば、特許文献1に開示された方法を用いることができる。 For example, a charge coupled device (CCD) and a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) can be used. In this detection, even when the original signal (data pages P1 to Pm) has only information of intensity, it is necessary to measure a complex amplitude including phase and intensity. As the phase detection means, for example, the method disclosed in Patent Document 1 can be used.
次に、本実施形態では、撮像素子15により計測された複素振幅を用いて以下では、図示しない計算機内の処理によってデジタル位相共役再生過程が行われるようにしている。 Next, in the present embodiment, a digital phase conjugate reproduction process is performed by a process in a computer (not shown) below using the complex amplitude measured by the image sensor 15.
より具体的には、デジタル位相共役再生では、検出された複素振幅(以下、「複素振幅A’’」という)を用いて以下の計算を行う。 More specifically, in digital phase conjugate reproduction, the following calculation is performed using the detected complex amplitude (hereinafter referred to as “complex amplitude A ″”).
検出された複素振幅A’’の位相共役(A’’)*を計算し、これを撮像素子15の位置に表示したものと仮定して同図の左側に光波伝搬した場合の複素振幅を計算する。この計算を行うと、対応する光学モデルでは、ランダム拡散板11bの直前において、再生された光波の複素振幅は、再生信号(A’)*とノイズ成分を加えたものになっている。 The phase conjugate (A ″) * of the detected complex amplitude A ″ is calculated, and the complex amplitude when the light wave is propagated to the left side of the figure is calculated assuming that this is displayed at the position of the image sensor 15. To do. When this calculation is performed, in the corresponding optical model, the complex amplitude of the reproduced light wave just before the random diffusion plate 11b is obtained by adding the reproduction signal (A ′) * and the noise component.
ここで、(A’)*=A*exp{−jΦ}であるから、これが、ランダム拡散板11bを再透過すると、位相exp{Φ}が加えられ、透過後の信号成分A*exp{−jΦ}exp{jΦ}=A*となり信号A*が復調される。 Here, since (A ′) * = A * exp {−jΦ}, when this is retransmitted through the random diffusion plate 11b, the phase exp {Φ} is added, and the signal component A * exp {− after transmission is added. jΦ} exp {jΦ} = A * and the signal A * is demodulated.
これに対して、ノイズ成分は、ランダム拡散板11bにおいて位相exp{jΦ}が加えられることによって、ランダムに拡散し、その多くが信号領域の外部に分離されることによってノイズの低減が実現できる。 On the other hand, the noise component is randomly diffused by adding the phase exp {jΦ} in the random diffusion plate 11b, and most of the noise component is separated outside the signal region, so that noise can be reduced.
このように、通常のホログラム再生手順で再生された信号光の複素振幅を検出することにより、図1(a)に示すランダム拡散板11bによる処理はデジタル的(コンピュータ内の処理)に行うことができ、付加的な光学系は不要となる。 As described above, by detecting the complex amplitude of the signal light reproduced by the normal hologram reproducing procedure, the processing by the random diffusion plate 11b shown in FIG. 1A can be performed digitally (processing in the computer). And no additional optical system is required.
また、ランダム拡散板11bなどの空間位相変調素子を実際に設置して記録する場合には、上記の計算を行うために、ランダム拡散板11bの透過特性exp{jΦ}をあらかじめ計測しておく必要がある。しかしながら、空間位相変調素子として空間光変調器など電気的に特性(位相値)を制御できる素子を用いる場合には、空間位相変調素子の特性は既知であるから、事前計測の必要はない。また、上述したように、ランダム拡散板11bと前後の光波伝搬効果を含めた位相変調光A’の強度分布または位相分布を計算によって求め、この分布を空間光変調器11aによって生成する場合には、exp{jΦ}は計算上与える既知の強度分布または位相分布であるから、あらかじめ計測する必要は生じない。 In addition, when recording is performed by actually installing a spatial phase modulation element such as the random diffusion plate 11b, it is necessary to measure the transmission characteristic exp {jΦ} of the random diffusion plate 11b in advance in order to perform the above calculation. There is. However, when an element capable of electrically controlling the characteristic (phase value), such as a spatial light modulator, is used as the spatial phase modulation element, the characteristic of the spatial phase modulation element is known, and thus no prior measurement is necessary. Further, as described above, when the intensity distribution or phase distribution of the phase-modulated light A ′ including the random diffuser plate 11b and the front and rear light wave propagation effects is obtained by calculation, and this distribution is generated by the spatial light modulator 11a, , Exp {jΦ} is a known intensity distribution or phase distribution given in calculation, so that it is not necessary to measure in advance.
以上によれば、記録時および/または再生時にランダム拡散板11bなどの新たな光学素子を付加することなく、デジタル位相共役再生技術によって簡素な光学系を保ちながらも、データページ間(単位情報間)のクロストーク(以下、ページ間クロストークという)を大幅に低減することが可能となる。 According to the above, between the data pages (between unit information) while maintaining a simple optical system by the digital phase conjugate reproduction technology without adding a new optical element such as the random diffuser plate 11b at the time of recording and / or reproducing. ) Crosstalk (hereinafter referred to as inter-page crosstalk) can be greatly reduced.
また、上記のように、ノイズ成分としてのページ間クロストーク成分も広範囲に拡散して再生成分から分離されるため、記録媒質13にデータページを記録できる情報量密度、記録媒質13からデータページを再生できる情報量密度、対象物の透過光に含まれる画像計測により単位情報を計測可能な情報量密度を圧倒的に向上させることができる。 In addition, as described above, the inter-page crosstalk component as the noise component is also diffused over a wide range and separated from the reproduction component. Therefore, the information amount density at which the data page can be recorded on the recording medium 13 and the data page from the recording medium 13 are The reproducible information amount density and the information amount density at which unit information can be measured by image measurement included in the transmitted light of the object can be greatly improved.
よって、従来よりも記録、再生または計測時における実情報量密度を潜在的情報量密度に近づけることができる。ここに、対象物に単位情報を記録できる単位体積当たりの情報量、対象物から単位情報を再生できる単位面積当たりの情報量、光を照射した対象物の透過光に含まれる画像計測により単位情報を計測可能な単位体積当たりの情報量を情報量密度と称する。 Therefore, the actual information density at the time of recording, reproduction or measurement can be made closer to the potential information density than before. Here, the amount of information per unit volume where unit information can be recorded on the object, the amount of information per unit area where unit information can be reproduced from the object, and unit information based on image measurement included in the transmitted light of the object irradiated with light The amount of information per unit volume that can be measured is referred to as the information amount density.
(本実施形態のまとめ)
なお、以上の形態におけるポイントは、空間位相変調によるビーム拡散効果を利用することでページ間クロストークを大幅に低減し、多重記録や多値記録が持つ潜在的能力を開花させ、かつ、それを新たな光学素子を追加することなく従来と全く同じ簡素な光学系で実現することにある。
(Summary of this embodiment)
The point in the above form is that the cross-talk between pages is greatly reduced by utilizing the beam diffusion effect by spatial phase modulation, and the potential capability of multi-recording and multi-level recording is blossomed. The object is to realize the same simple optical system as before without adding a new optical element.
本実施形態では、記録時に、ランダム拡散板11bと等価な効果を持つ空間位相変調素子を用いて、信号光Aに予め空間位相変調を付加する。 In the present embodiment, spatial phase modulation is added to the signal light A in advance using a spatial phase modulation element having an effect equivalent to that of the random diffusion plate 11b during recording.
また、再生時に、ホログラムから読み出された位相共役な回折光に対して再度同様の空間位相変調を付加する。 At the time of reproduction, the same spatial phase modulation is added again to the phase conjugate diffracted light read from the hologram.
回折光に再生データページ成分とページ間クロストーク成分とが含まれている場合、再生データページ成分は、記録時に受けた位相変調が相殺され復調・再生されるが、一方のページ間クロストーク成分は、ランダム拡散板11bの位相分布とは全く位相相関が無いため、広範囲にランダムに拡散される。以上がページ間クロストーク成分を再生データページ成分から分離する基本概念である。ただし、これらの動作を全光学的に行うためには、記録光学系に空間位相変調素子を新たに付加する必要がある。また、読出し・再生光学系には、ホログラムの位相共役読出しが必要になるため、系全体が複雑化し、かつ、位相共役忠実度が十分でない位相共役読出し光によって再生ページの品質低下を招いてしまう可能性がある。本実施形態では、信号生成の段階で位相変調効果を含めた位相変調光A’を空間光変調器11aによって直接表現することで、ランダム拡散板11b等の付加的な素子を不要にし、記録光学系を簡単化する。また、通常のホログラム読出し手順で得られた回折光の複素振幅を検出し、その後の処理をデジタル的(計算機内の処理)に行うことで、光学的な位相共役読出し・再生を不要にする。以上のように、本実施形態は、光学的処理過程と電子的処理過程とを効果的に共存させることで、従来の光学系に対して新たな光学素子を追加することなくページ間クロストークを大幅に低減できるため、極めて実用性の高い形態であると言える。 If the diffracted light contains a playback data page component and an inter-page crosstalk component, the playback data page component is demodulated and played back by canceling the phase modulation received during recording. Is randomly diffused over a wide range because there is no phase correlation with the phase distribution of the random diffusion plate 11b. The above is the basic concept of separating the inter-page crosstalk component from the reproduction data page component. However, in order to perform these operations all optically, it is necessary to newly add a spatial phase modulation element to the recording optical system. In addition, since the readout / reproduction optical system requires phase conjugate readout of the hologram, the entire system becomes complicated, and phase conjugate readout light with insufficient phase conjugate fidelity leads to degradation of the quality of the reproduced page. there is a possibility. In the present embodiment, the phase-modulated light A ′ including the phase modulation effect is directly expressed by the spatial light modulator 11a at the stage of signal generation, thereby eliminating the need for additional elements such as the random diffuser plate 11b and recording optical. Simplify the system. Further, the complex amplitude of the diffracted light obtained by the normal hologram reading procedure is detected, and the subsequent processing is performed digitally (processing in the computer), thereby eliminating the need for optical phase conjugate reading / reproduction. As described above, according to the present embodiment, the optical processing process and the electronic processing process coexist effectively so that crosstalk between pages can be performed without adding a new optical element to the conventional optical system. Since it can be greatly reduced, it can be said that this is a highly practical form.
(本発明の適用範囲について)
なお、以上の説明では、ホログラム記録媒体の再生時におけるノイズ成分の除去に関する形態について説明したが、本発明を具現化した形態はこのような形態に限定されない。
(Regarding the scope of the present invention)
In the above description, the form related to the removal of the noise component at the time of reproducing the hologram recording medium has been described. However, the form embodying the present invention is not limited to such a form.
例えば、本発明は、後述するように画像計測装置などに適用することも可能である。 For example, the present invention can also be applied to an image measuring device or the like as will be described later.
この画像計測装置では、上記の空間位相変調光学系11(または空間光変調器11a)を備え、位相変調光A’を観測試料(対象物)に照射するように構成する。 This image measurement apparatus includes the spatial phase modulation optical system 11 (or the spatial light modulator 11a), and is configured to irradiate the observation sample (target object) with the phase modulation light A ′.
また、この画像計測装置では、上記の空間位相変調光学系11(または空間光変調器11a)を備え、位相変調光A’が照射された観測試料から出射される出射光の複素振幅に対して、または、上記の参照光Eが照射された観測試料から出射される位相変調光A’の位相共役光を含む出射光に対して、ランダム拡散板11bと同一の位相変調処理を行うことで、出射光からノイズ成分を除去するように構成しても良い。 In addition, this image measurement apparatus includes the spatial phase modulation optical system 11 (or spatial light modulator 11a) described above, and with respect to the complex amplitude of the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase modulated light A ′. Or, by performing the same phase modulation processing as that of the random diffusion plate 11b on the outgoing light including the phase conjugate light of the phase modulated light A ′ emitted from the observation sample irradiated with the reference light E, You may comprise so that a noise component may be removed from emitted light.
さらに、この画像計測装置では、位相変調光A’が照射された観測試料から出射される出射光を用いて、または、上記のノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報(位相分布または強度分布)を生成する処理を行うように構成しても良い。 Further, in this image measurement apparatus, two-dimensional information (phase distribution or intensity) is used by using the outgoing light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light A ′, or using the light from which the noise component is removed. (Distribution) generation processing may be performed.
〔2光束光学系〕・・・図2
本発明の適用範囲は、特定の光学系に限定されないが、以下では、図2に基づき、本発明によるページ間クロストーク低減の基本概念を二光束光学系に適用した形態について説明する。
[Two-beam optical system] ... Fig. 2
Although the scope of application of the present invention is not limited to a specific optical system, an embodiment in which the basic concept of inter-page crosstalk reduction according to the present invention is applied to a two-beam optical system will be described below based on FIG.
空間光変調器11aにおける信号変調方法については、図1に示す形態にて説明したとおりである。 The signal modulation method in the spatial light modulator 11a is as described in the form shown in FIG.
次に、ランダム拡散板11bの配置場所については、図1(a)に示すような信号光Aのフレネル領域(フレネル回折領域)に配置することも可能であるが、本実施形態では、図2(a)に示すように、最も効率的にページ間クロストーク成分を拡散させることができるフーリエ面へ配置している。なお、「フーリエ面」とは、レンズ12aの焦点とレンズ12bの焦点との一致点を含む平面のことである。 Next, the arrangement location of the random diffuser plate 11b can be arranged in the Fresnel region (Fresnel diffraction region) of the signal light A as shown in FIG. 1A, but in this embodiment, FIG. As shown to (a), it arrange | positions to the Fourier surface which can diffuse a crosstalk component between pages most efficiently. The “Fourier plane” is a plane including a coincidence point between the focal point of the lens 12a and the focal point of the lens 12b.
また、空間位相変調素子としては、ビーム拡散が可能なものであれば特に制限はないが、以下では、ランダム拡散板11bを用いることを想定して説明を進める。 In addition, the spatial phase modulation element is not particularly limited as long as it can perform beam diffusion, but in the following, description will be made assuming that the random diffusion plate 11b is used.
(ホログラム記録過程)・・・図2(a)
ここでは、図2(a)に基づき、記録過程の動作を説明する。まず、空間光変調器11aに平面波を照射することで、データページP1〜Pmが変調された信号光Aを生成する。このときの信号光振幅をaj(r)とする。添え字j(j=1,2,3・・・,m・・・)は、データページP1〜Pmのそれぞれのページ番号を示す。
(Hologram recording process) FIG. 2 (a)
Here, the operation of the recording process will be described with reference to FIG. First, the signal light A in which the data pages P1 to Pm are modulated is generated by irradiating the spatial light modulator 11a with a plane wave. The signal light amplitude at this time is defined as a j (r). The subscript j (j = 1, 2, 3,..., M...) Indicates the page number of each of the data pages P1 to Pm.
次に、レンズ12aによってフーリエ変換された信号光Aがランダム拡散板11bを透過することで、信号光Aに空間位相変調が加わり、より広範囲に拡散される。 Next, the signal light A Fourier-transformed by the lens 12a passes through the random diffusion plate 11b, so that the signal light A is subjected to spatial phase modulation and diffused in a wider range.
このとき、位相変調光A’の振幅、gj(r)は、次式(1)で与えられる。 At this time, the amplitude, g j (r) of the phase-modulated light A ′ is given by the following equation (1).
ここで、添え字j(j=1,2,3・・・,m・・・)は、データページP1〜Pmのそれぞれのページ番号を示す。 Here, the suffix j (j = 1, 2, 3,..., M...) Indicates the page number of each of the data pages P1 to Pm.
また、Aj(r)はフーリエ変換後の信号光振幅を表す。 A j (r) represents the signal light amplitude after Fourier transform.
次に、ランダム拡散板11bの位相分布φj(r)は、次式(2)で与えられる。 Next, the phase distribution φ j (r) of the random diffusion plate 11b is given by the following equation (2).
ここで、nはランダム拡散板11bの屈折率、λはレーザ光源の波長、h(r)はランダム拡散板11bのランダム凹凸分布である。 Here, n is the refractive index of the random diffusion plate 11b, λ is the wavelength of the laser light source, and h (r) is the random uneven distribution of the random diffusion plate 11b.
その後、変調信号光A’をレンズ12bとレンズ12cによる4f光学系を介して、記録媒質13に再度集光し、別光路から用意された参照光Eと干渉させることでホログラムを記録する。多重記録を行う場合は、参照光Eの入射条件(入射角度、波面位相等)をデータページ毎に逐次変位させながら、上記の記録過程を同様の手順で繰り返せば良い。 Thereafter, the modulated signal light A 'is condensed again on the recording medium 13 through the 4f optical system including the lens 12b and the lens 12c, and is made to interfere with the reference light E prepared from another optical path, thereby recording a hologram. When performing multiple recording, the above recording process may be repeated in the same procedure while sequentially shifting the incident conditions (incident angle, wavefront phase, etc.) of the reference light E for each data page.
(ホログラム読出し・再生過程)・・・図2(b)
次に、図2(b)に基づき、光学的位相共役読出し・再生過程の動作を説明する。まず、位相共役鏡16により射出された参照光Eの位相共役光E*を記録媒質13中のホログラムに照射する。なお、位相共役鏡16および位相共役光E*の基本的性質に関しては後述する補足説明の項目にて説明する。
(Hologram reading / reproducing process) ... FIG. 2 (b)
Next, the operation of the optical phase conjugate reading / reproducing process will be described with reference to FIG. First, the hologram in the recording medium 13 is irradiated with the phase conjugate light E * of the reference light E emitted from the phase conjugate mirror 16. The basic properties of the phase conjugate mirror 16 and the phase conjugate light E * will be described in the supplementary explanation items described later.
記録媒質13中にホログラムが多重記録されている場合、回折光には、位相共役な再生データページ成分以外にページ間クロストーク成分も混ざっている。記録媒質13から読み出された回折光は、その後、レンズ12cとレンズ12bを介してランダム拡散板11bの表面(以下、「拡散板面」という)に到達する。 When holograms are multiplexed and recorded in the recording medium 13, the diffracted light is mixed with inter-page crosstalk components in addition to the phase conjugate reproduction data page component. The diffracted light read from the recording medium 13 then reaches the surface of the random diffusion plate 11b (hereinafter referred to as “diffusion plate surface”) via the lens 12c and the lens 12b.
拡散板面における回折光は次式(3)によって与えられる。 The diffracted light on the diffusion plate surface is given by the following equation (3).
ここで、添え字kは再生データページの番号、第1項は位相共役な再生データページ成分、第2項はページ間クロストーク成分を表し、α(r)はランダムな強度分布、β(r)はランダムな位相分布とする。 Here, the subscript k represents the reproduction data page number, the first term represents the phase conjugate reproduction data page component, the second term represents the inter-page crosstalk component, α (r) is a random intensity distribution, and β (r ) Is a random phase distribution.
次に、この回折光がランダム拡散板11bを再透過することで記録時と同様の位相変調が次式(4)のように付加される。 Next, the diffracted light is retransmitted through the random diffusion plate 11b, so that phase modulation similar to that at the time of recording is added as shown in the following equation (4).
このとき、再生データページ成分の位相変調は相殺されるが、ランダムなページ間クロストーク成分はさらに広範囲に拡散される(次式(5)参照)。 At this time, the phase modulation of the reproduced data page component is canceled out, but the random inter-page crosstalk component is further spread over a wide range (see the following equation (5)).
Ak *(r)はレンズ3を介して撮像素子面に到達し、最終的な再生データページak *(r)が検出される。 A k * (r) reaches the image sensor surface via the lens 3, and the final reproduction data page a k * (r) is detected.
一方、第2項のページ間クロストーク成分は、記録時よりもさらに広範囲に拡散するため、その大部分がレンズ12aの外に逸れる。以上がページ間クロストーク低減の基本概念である。 On the other hand, since the inter-page crosstalk component of the second term is diffused in a wider range than during recording, most of it deviates from the lens 12a. The above is the basic concept for reducing crosstalk between pages.
(計算機内における各処理と光学モデル)・・・図3
しかしながら、上記の基本原理を図2(a)および(b)に示す通り、全光学的に実現するためには、ランダム拡散板11bやそれに付随する複数のレンズ12a〜12c、位相共役鏡16を新たに光学系に付加する必要がある。
(Each process in the computer and optical model) ... Fig. 3
However, as shown in FIGS. 2A and 2B, the random diffusion plate 11b, the lenses 12a to 12c associated therewith, and the phase conjugate mirror 16 are provided in order to realize the above-mentioned basic principle all optically. It is necessary to newly add to the optical system.
さらには、位相共役鏡16から射出される不完全な位相共役光E*によって、再生データページP1’〜Pm’の品質低下を招くことも懸念される。 Furthermore, there is a concern that the quality of the reproduced data pages P1 ′ to Pm ′ may be deteriorated by the incomplete phase conjugate light E * emitted from the phase conjugate mirror 16.
本発明者は、信号生成の段階で位相変調効果を含めた位相変調光A’を空間光変調器11aによって表現する(出射させる)ことで、ランダム拡散板11b等の付加的な素子を不要にし、記録光学系を簡素化することができることを新たに見出した。 The present inventor eliminates the need for additional elements such as the random diffuser plate 11b by expressing (emitting) the phase-modulated light A ′ including the phase modulation effect by the spatial light modulator 11a at the stage of signal generation. The present inventors have newly found that the recording optical system can be simplified.
また、通常のホログラム読出し過程で得られた回折光の複素振幅を検出し、上記の再生過程をデジタル的(計算機内の処理)に行うことで、光学的な位相共役読出しおよび再生を不要にすることができることが判明した。 In addition, the complex amplitude of the diffracted light obtained in the normal hologram reading process is detected, and the above reproduction process is performed digitally (in-computer processing), thereby eliminating the need for optical phase conjugate reading and reproduction. It turns out that you can.
以上で説明した各処理に対応する光学モデルや構成例などを図示したものを図3(a)〜(d)にそれぞれ示す。 FIGS. 3A to 3D show optical models and configuration examples corresponding to the processes described above.
図3(a)は、計算機内で処理されるデジタル変調信号生成過程の光学モデルを示す。ここでは、信号光Aに対して仮想的なランダム拡散板11bによって位相変調を付加し、変調信号光A’を生成する。本過程における計算量は、高速フーリエ変換(関数変換)と逆高速フーリエ変換(逆関数変換)、信号光Aと空間位相変調素子の透過関数との乗算のみであり、
2N2log2N+N2によって表される。
FIG. 3A shows an optical model of a digital modulation signal generation process processed in the computer. Here, phase modulation is applied to the signal light A by the virtual random diffuser plate 11b to generate the modulated signal light A ′. The amount of calculation in this process is only the fast Fourier transform (function transform) and inverse fast Fourier transform (inverse function transform), multiplication of the signal light A and the transmission function of the spatial phase modulation element,
Represented by 2N 2 log 2 N + N 2 .
ここで、N2は、面内方向の解析サンプル数とする。 Here, N 2 is the number of analysis samples in the in-plane direction.
次に、図3(b)に示す記録過程では、まず空間光変調器11aによって、通常の記録用のデータページではなく、図3(a)において計算機内で生成された変調信号の複素振幅を表現する。 Next, in the recording process shown in FIG. 3B, the complex amplitude of the modulation signal generated in the computer in FIG. 3A is used instead of the normal recording data page by the spatial light modulator 11a. Express.
空間光変調器11aによる複素振幅表現の形態としては非特許文献7に開示された方法を利用できるが、これに限定されない。例えば、この他、空間光変調器11aの1次回折光を用いる方法を利用できる。その後、生成された変調信号光A’を、レンズ12を介して記録媒質13に照射し、ホログラムを記録する。 As a form of complex amplitude expression by the spatial light modulator 11a, the method disclosed in Non-Patent Document 7 can be used, but is not limited thereto. For example, a method using the first-order diffracted light of the spatial light modulator 11a can be used. Thereafter, the generated modulated signal light A ′ is irradiated onto the recording medium 13 through the lens 12 to record a hologram.
結局、この記録光学系については、位相変調光A’(変調信号)を空間光変調器11aによって表現する点以外は、一般的なホログラフィックメモリの記録光学系と全く同一構造とすることが可能であることがわかる。 After all, this recording optical system can have the same structure as that of a general holographic memory recording optical system except that the phase-modulated light A ′ (modulation signal) is expressed by the spatial light modulator 11a. It can be seen that it is.
また、図3(c)に示す読出し過程では、実際に光学的な位相共役読出しは行わず、通常の手順に従ってホログラムから回折光を得て、その複素振幅を位相検出法によって計測する。位相検出法は、使う光学系に応じて適切に選択すれば良く、具体例として、特許文献1に開示された位相検出方法をこの読出し過程に適用した場合の計測手順、および全体の構成図を後述する補足説明の項目に示す。但し、信号の変調方式として位相変調または直交振幅変調を用いる場合は、本発明の適用の有無に関わらず、結局、位相検出器は必要になる。 In the readout process shown in FIG. 3C, optical phase conjugate readout is not actually performed, diffracted light is obtained from the hologram in accordance with a normal procedure, and the complex amplitude is measured by the phase detection method. The phase detection method may be appropriately selected according to the optical system to be used. As a specific example, a measurement procedure when the phase detection method disclosed in Patent Document 1 is applied to this reading process, and an overall configuration diagram are shown. It is shown in the item of supplementary explanation mentioned later. However, when phase modulation or quadrature amplitude modulation is used as a signal modulation method, a phase detector is eventually required regardless of whether or not the present invention is applied.
本実施形態によれば、一度、ある光波の複素振幅を計測すれば、計算機内でその光波に対して様々な操作や伝搬計算を高速かつ高精度に行うことが可能になる。 According to this embodiment, once the complex amplitude of a certain light wave is measured, various operations and propagation calculations can be performed on the light wave in the computer at high speed and with high accuracy.
また、本実施形態では、回折光の複素振幅を記録媒質13の後背に配置された位相検出器(撮像素子15)で計測し、その後の処理を計算機内に任せることで、再生光学系を完全に不要にする。 In this embodiment, the complex amplitude of the diffracted light is measured by a phase detector (imaging device 15) disposed behind the recording medium 13, and the subsequent processing is left in the computer, so that the reproducing optical system is completely To make it unnecessary.
次に、図3(d)にデジタル位相共役再生過程の光学モデルを示す。まず初めに計測した回折光の位相共役波を計算する。 Next, FIG. 3D shows an optical model of the digital phase conjugate reproduction process. First, the phase conjugate wave of the diffracted light measured is calculated.
次に、フーリエ変換を施し、再度、空間位相変調素子による位相変調exp{−iφ(r)}を付加する(位相変調演算)。 Next, Fourier transformation is performed, and phase modulation exp {−iφ (r)} by the spatial phase modulation element is added again (phase modulation calculation).
以上の一連の処理は、位相共役波を計算することなく計測した回折光自身をフーリエ変換し、符号を反転させた空間位相変調exp{iφ(r)}を掛け合わせることと等価であり、基本的にはどちらの方法でも同様のページ間クロストーク低減効果が期待できる。 The above series of processing is equivalent to performing Fourier transform on the measured diffracted light itself without calculating the phase conjugate wave and multiplying the spatial phase modulation exp {iφ (r)} with the sign inverted, Therefore, the same inter-page crosstalk reduction effect can be expected by either method.
しかしながら、位相共役波を用いて計算することで、記録・読出し光学系に位相ひずみがあった場合にそれらを補償できる可能性がある。例えば、レンズ12などの対物レンズに収差があり、かつ、その設計仕様が既知の場合には、計算機上で位相共役波を使って収差を補正できる。 However, calculation using a phase conjugate wave may compensate for phase distortion in the recording / reading optical system. For example, when an objective lens such as the lens 12 has aberration and its design specifications are known, the aberration can be corrected using a phase conjugate wave on a computer.
また、空間位相変調が再度付加された後は、逆フーリエ変換(逆関数変換)を行い、位相共役な再生データページを得る。 In addition, after the spatial phase modulation is added again, inverse Fourier transform (inverse function transform) is performed to obtain a reproduction data page that is phase conjugate.
このデジタル位相共役再生過程における計算量は、基本的にはデジタル変調信号生成過程と同様、2N2log2N+N2によって表せられる。 The amount of calculation in the digital phase conjugate reproduction process is basically represented by 2N 2 log 2 N + N 2 as in the digital modulation signal generation process.
上記の形態によれば、ノイズ成分を除去する際に、対象物に再生用の参照光Eまたは位相共役光E*を照射したり、対象物からの回折光をランダム拡散板11bなどの空間位相変調手段(または素子)に通したりする必要がなくなる。すなわち、光学的な位相共役読出し・再生が不要になる。このため、系全体の構成を簡単化することができる。 According to the above embodiment, when removing the noise component, the object is irradiated with the reproduction reference light E or the phase conjugate light E * , or the diffracted light from the object is subjected to the spatial phase of the random diffuser plate 11b or the like. It is not necessary to pass through the modulation means (or element). That is, optical phase conjugate readout / reproduction is not required. For this reason, the structure of the whole system can be simplified.
〔ノイズ除去方法の変形例〕
以下では、上述したノイズ除去方法の変形例として、ランダム拡散板11bのシフト動作の追加による性能向上、レンズ開口径の大型化に対する解決策、本発明をコリニア光学系に適用した形態の問題点とそれに対する解決策について説明する。
[Modification of noise removal method]
In the following, as a modification of the above-described noise removal method, the performance improvement by adding the shift operation of the random diffuser plate 11b, a solution to the enlargement of the lens aperture diameter, the problem of the form in which the present invention is applied to the collinear optical system A solution to that will be described.
(ランダム拡散板11bのシフト動作)・・・図4
以下で説明するようにランダム拡散板11bにシフト動作を加えることで上述した形態のさらなる性能改善が可能になる。
(Shift operation of the random diffusion plate 11b) FIG.
As will be described below, by adding a shift operation to the random diffusion plate 11b, further performance improvement of the above-described embodiment is possible.
(ホログラム記録過程)・・・図4(a)
まず、図4(a)に示す記録過程において、記録用のデータページP1〜Pm毎にランダム拡散板11bの位置を逐次変位させ、異なる位相変調パターンφk(r)を与える。
(Hologram recording process) FIG. 4 (a)
First, in the recording process shown in FIG. 4A, the position of the random diffusion plate 11b is sequentially displaced for each of the recording data pages P1 to Pm to give different phase modulation patterns φ k (r).
このとき、各位相変調パターンの空間相互相関が十分に小さくなるまでランダム拡散板11bの配置位置を異ならせる(変位させる)。これによって、各ホログラム間の相互相関を低下させることができ、ページ間クロストーク成分を抑制できる。 At this time, the arrangement position of the random diffusion plate 11b is varied (displaced) until the spatial cross-correlation of each phase modulation pattern becomes sufficiently small. Thereby, the cross-correlation between the holograms can be reduced, and the crosstalk component between pages can be suppressed.
但し、この形態は、記録媒質13から射出されるページ間クロストーク成分自体を低減することが目的であることに注意する。 However, it should be noted that this form is intended to reduce the inter-page crosstalk component itself emitted from the recording medium 13.
(ホログラム読出し・再生過程)・・・図4(b)
一方、図4(b)に示す光学的位相共役読出し・再生過程では、仮にk番目のデータページを読み出す場合、ランダム拡散板11bをk番目の位置に戻し、位相共役な回折光に対し、再度、位相変調パターンφk(r)を掛ければ良い。
(Hologram readout / reproduction process) FIG. 4 (b)
On the other hand, in the optical phase conjugate reading / reproducing process shown in FIG. 4B, when the kth data page is read out, the random diffuser plate 11b is returned to the kth position, and the phase conjugate diffracted light is again applied. The phase modulation pattern φ k (r) may be multiplied.
この改善案を光学的に実現する場合は、ランダム拡散板11bをミクロンオーダーで精密に制御するための大型な機械的駆動部が必要になる。 When this improvement plan is optically realized, a large mechanical drive unit for precisely controlling the random diffusion plate 11b on the order of microns is required.
しかしながら、上述したようにデジタル変調信号生成とデジタル位相共役再生を用いる(光学的処理過程と電子的処理過程とを効果的に共存させる)ことで、ランダム拡散板11bのシフト動作を高速かつ容易に電子処理することが可能になるため、上記した物理的な問題を容易に克服できる。すなわち、実際にランダム拡散板11bのような光学素子は設置せず、その機能をコンピュータ内に仮想的に設置されたランダム拡散板11bを操作する光学モデルを想定して計算機内による処理で表現する。 However, as described above, the digital modulation signal generation and the digital phase conjugate reproduction are used (the optical processing process and the electronic processing process are effectively coexisted), so that the shifting operation of the random diffusion plate 11b can be performed quickly and easily. Since it is possible to perform electronic processing, the above-described physical problems can be easily overcome. That is, an optical element such as the random diffusion plate 11b is not actually installed, and its function is expressed by processing in the computer assuming an optical model for operating the random diffusion plate 11b virtually installed in the computer. .
上記の形態によれば、各位相変調パターンの空間相互相関が十分に小さくなるように対応する仮想的なランダム拡散板11bの配置位置を調整することで、各位相変調パターン間の相互相関を低下させることができ、単位情報間のクロストーク成分を抑制することができる。 According to the above aspect, the cross-correlation between the phase modulation patterns is reduced by adjusting the arrangement position of the corresponding virtual random diffusion plate 11b so that the spatial cross-correlation of each phase modulation pattern is sufficiently small. The crosstalk component between unit information can be suppressed.
以上のように光学的処理過程と電子的処理過程を効果的に共存させることで、従来の光学系に対して新たな光学素子を追加することなく単位情報間のクロストークを大幅に低減できる。 By effectively coexisting the optical processing process and the electronic processing process as described above, crosstalk between unit information can be greatly reduced without adding a new optical element to the conventional optical system.
(ランダム拡散板前後のレンズについて)・・・図5
次に、図5(a)に示すように、ランダム拡散板11b等の空間位相変調素子を通過後の光波はより広角に伝搬するため、開口径がより大きいレンズを用意しなければならず、光学系全体の大型化に繋がる。
(Regarding the lenses before and after the random diffuser) FIG. 5
Next, as shown in FIG. 5A, since the light wave after passing through the spatial phase modulation element such as the random diffuser 11b propagates to a wider angle, a lens having a larger aperture diameter must be prepared. This leads to an increase in the size of the entire optical system.
この問題に対しては、例えば、図5(b)に示すようにランダム拡散板11bの前後の2枚のレンズ12a,12bで縮小光学系を組むことで、信号光Aのビーム径の拡大を防ぐことができる。また、実際には、上記のように位相変調光A’を空間光変調器11aで表現することで、縮小光学系を省略することもできる。 To solve this problem, for example, the reduction of the beam diameter of the signal light A can be achieved by assembling a reduction optical system with two lenses 12a and 12b before and after the random diffusion plate 11b as shown in FIG. Can be prevented. In practice, the reduction optical system can be omitted by expressing the phase-modulated light A 'by the spatial light modulator 11a as described above.
(コリニア光学系)・・・図6
次に、本発明をコリニア光学系に適用した場合について図6を用いて説明する。二光束光学系とは異なり、コリニア光学系を用いる場合、図6(a)に示すように、信号光Aと(変調)参照光Eとが同軸上に配置されているため、両光波共にランダム拡散板11bを通過する。その後、空間位相変調が付加された位相変調光A’と参照光Eとによってホログラムを記録する。
(Collinear optical system) ... Fig. 6
Next, a case where the present invention is applied to a collinear optical system will be described with reference to FIG. Unlike the two-beam optical system, when the collinear optical system is used, the signal light A and the (modulation) reference light E are arranged on the same axis as shown in FIG. It passes through the diffusion plate 11b. Thereafter, a hologram is recorded by the phase-modulated light A ′ to which spatial phase modulation is added and the reference light E.
次に、図6(b)に示す光学的位相共役読出し・再生過程では、参照光Eの位相共役光C(上述した位相共役光E*に相当)を記録媒質13のホログラムに照射し、回折光Dを得る。その後、参照光Eと回折光Dは、ランダム拡散板11bを再透過することで、再度、空間位相変調が付加される。このとき、再生データページ成分と参照光Eは復調・再生されるが、ページ間クロストーク成分はさらに広範囲に拡散する。その結果、信号光Aの外側に配置された参照光Eとのページ間クロストークはレンズ12aの外に分離される。 Next, in the optical phase conjugate reading / reproduction process shown in FIG. 6B, the hologram of the recording medium 13 is irradiated with the phase conjugate light C (corresponding to the above-described phase conjugate light E * ) of the reference light E, and diffraction is performed. Light D is obtained. Thereafter, the reference light E and the diffracted light D are re-transmitted through the random diffusion plate 11b, and thus spatial phase modulation is added again. At this time, the reproduction data page component and the reference light E are demodulated / reproduced, but the inter-page crosstalk component is further spread over a wide range. As a result, the inter-page crosstalk with the reference light E arranged outside the signal light A is separated out of the lens 12a.
但し、実際の所は、参照光Eは多数のホログラムが書き込まれた記録媒質13中を透過する際に位相擾乱を受けるため、参照光がランダム拡散板11bを再通過するとき、記録時に受けた空間位相変調が完全に相殺されず、再生データページ領域に参照光の成分が残留してしまい、結果的に品質劣化が生じる。 However, since the reference light E is actually subject to phase disturbance when passing through the recording medium 13 in which a large number of holograms are written, the reference light is received during recording when it passes through the random diffusion plate 11b again. Spatial phase modulation is not canceled out completely, and the reference light component remains in the reproduction data page area, resulting in quality degradation.
(信号光と参照光との分離)・・・図7
以上の問題点を解決する形態としては、例えば、参照光Eのランダム拡散板11bの透過を回避させる形態が考えられる。
(Separation of signal light and reference light) FIG. 7
As a form for solving the above problems, for example, a form for avoiding the transmission of the reference light E through the random diffuser plate 11b is conceivable.
以下、参照光Eのランダム拡散板11bの透過を回避できる二つの光学系について、図7を用いて説明する。 Hereinafter, two optical systems capable of avoiding the transmission of the reference light E through the random diffusion plate 11b will be described with reference to FIG.
図7(a)に示す光学系はレンズ開口径の外側に参照光Eを配置しランダム拡散板11bを透過しないように工夫した光学系である。 The optical system shown in FIG. 7A is an optical system devised so that the reference light E is arranged outside the lens aperture diameter so as not to pass through the random diffusion plate 11b.
一方、図7(b)に示す光学系は、信号光Aがランダム拡散板11bを透過した後に、別光路から参照光Eを用意する光学系である。なお、参照光データページRは、記録用のデータページP1〜Pmの「データページ」の部分を除いた参照光リングのみを含むデータページである。 On the other hand, the optical system shown in FIG. 7B is an optical system that prepares the reference light E from another optical path after the signal light A has transmitted through the random diffusion plate 11b. The reference light data page R is a data page including only the reference light ring excluding the “data page” portion of the recording data pages P1 to Pm.
しかしながら、図7(a)に示す光学系は、例えば、ランダム拡散板11bの手前のレンズ12aを支える柱の部分を参照光Eが透過することができないという別の問題点が生じる。 However, the optical system shown in FIG. 7A has another problem that the reference light E cannot pass through a column portion that supports the lens 12a in front of the random diffusion plate 11b.
一方、図7(b)に示す光学系も、参照光E用に別光路が必要なため、系全体の簡素さや振動に強い等といったコリニア光学系の長所を失うという別の問題が生じる。すなわち、参照光Eのランダム拡散板11bの透過を光学的に回避することは難しいことが分かる。 On the other hand, the optical system shown in FIG. 7B also requires another optical path for the reference light E, which causes another problem of losing the advantages of the collinear optical system such as simplicity of the entire system and resistance to vibration. In other words, it is difficult to optically avoid the transmission of the reference light E through the random diffusion plate 11b.
(参照光のランダム拡散板の透過効果をデジタル処理により実現)・・・図8
但し、以上のような問題も、上述したように、予めランダム拡散板11bの効果を含めた変調信号光A’とその周囲を囲む非変調参照光を空間光変調器11aで表現することで解決できる。
(The transmission effect of the reference light random diffuser is realized by digital processing) FIG.
However, as described above, the above-described problem is solved by expressing the modulated signal light A ′ including the effect of the random diffusion plate 11b and the unmodulated reference light surrounding the periphery in advance by the spatial light modulator 11a. it can.
より具体的には、図8(a)に示す光学モデルに基づいて計算機内で処理される信号生成過程では、ランダム拡散板11bによって空間位相変調が付加された位相変調光A’を空間光変調器11aにて直接生成する。すなわち、図8(b)に示す記録過程では、変調信号光A’とその周囲を囲む(非変調)参照光Eを空間光変調器11aで表現する。 More specifically, in the signal generation process processed in the computer based on the optical model shown in FIG. 8A, the phase-modulated light A ′ to which spatial phase modulation is added by the random diffusion plate 11b is spatially modulated. Directly generated by the vessel 11a. That is, in the recording process shown in FIG. 8B, the modulated signal light A 'and the surrounding (unmodulated) reference light E surrounding it are expressed by the spatial light modulator 11a.
一方、図8(c)に示す読出し過程では。参照光Eを用いて記録媒質13から回折光Dを取り出し、撮像素子15(位相検出器)によって回折光Dの複素振幅を計測する。参照光Eに関しては、同図に示すように光学的に空間フィルタリングを行うか、もしくは、複素振幅を検出した後、計算機内で仮想的にフィルタリングを掛けてもどちらでも構わない。図8(d)に示すデジタル位相共役再生過程では、これまでと同様の手順を踏む。 On the other hand, in the reading process shown in FIG. The diffracted light D is extracted from the recording medium 13 using the reference light E, and the complex amplitude of the diffracted light D is measured by the image sensor 15 (phase detector). The reference light E may be either optically spatially filtered as shown in the figure, or may be virtually filtered within the computer after detecting the complex amplitude. In the digital phase conjugate reproduction process shown in FIG. 8D, the same procedure as before is taken.
ホログラフィックメモリでは、データページP1〜Pmをホログラムとして記録媒質13に多重記録することで、高記録密度を達成している。その一方で、多数のホログラムを重ね書きする故にページ間クロストークが非常に大きな影響力を持ち、多重方式の潜在的能力が大きく制限されてしまっている。以上の背景において、本実施形態によれば、従来の簡素な構造の光学系を完全に維持しながらも、ページ間クロストークを大幅に低減することができる。このため、各多重方式が有する選択性と等価な極小の間隔で多重記録が可能になり、10倍以上の飛躍的な記録密度の向上が期待できる。 In the holographic memory, a high recording density is achieved by multiplex recording data pages P1 to Pm on the recording medium 13 as holograms. On the other hand, crosstalk between pages has a great influence because a large number of holograms are overwritten, and the potential of the multiplexing method is greatly limited. In the above background, according to the present embodiment, it is possible to greatly reduce crosstalk between pages while completely maintaining the conventional optical system having a simple structure. For this reason, multiplex recording is possible at a minimum interval equivalent to the selectivity of each multiplexing method, and a dramatic improvement in recording density of 10 times or more can be expected.
現在、記録媒質13や信号処理技術の性能改善を図ることで地道に記録密度の向上を目指す研究が多い中(非特許文献8参照)、本実施形態は飛躍的な記録密度の向上が可能であり、ブレークスルーとなり得る。例えば、上述した形態によって、10〜100TB/disc程度の超高記録密度を持つ光メモリデバイスを構築できることから、スーパーハイビジョン映像やデジタルアーカイブ、データセンター等の多種多様な領域において活躍が期待できる。また、光メモリの長期信頼性・省電力性を活かし、グリーンITにも大きく貢献できる。具体的には、近年消費電力が大きな問題となっているデータセンターにおいて、HDD(Hard Disk Drive)を光メモリに置換することができれば、4分の1程度の省電力化が可能である。 Currently, there are many studies aiming to improve the recording density steadily by improving the performance of the recording medium 13 and signal processing technology (see Non-Patent Document 8), and this embodiment can dramatically improve the recording density. Yes, it can be a breakthrough. For example, according to the above-described embodiment, an optical memory device having an ultrahigh recording density of about 10 to 100 TB / disc can be constructed, so that it can be expected to play an active role in various areas such as super high-definition video, digital archives, and data centers. In addition, the long-term reliability and power saving of optical memory can be utilized to make a significant contribution to green IT. Specifically, in a data center where power consumption has become a major issue in recent years, if an HDD (Hard Disk Drive) can be replaced with an optical memory, power savings of about a quarter can be achieved.
〔基本動作の確認と有効性の実証〕・・・図9、図26
以下では、上述した基本動作の確認と有効性の実証を行う。さらに、ランダム拡散板11bのシフト動作を追加することで性能をさらに改善できることを実証する。
[Confirmation of basic operation and demonstration of effectiveness]...
In the following, the basic operation described above is confirmed and the effectiveness is verified. Furthermore, it will be demonstrated that the performance can be further improved by adding the shift operation of the random diffuser plate 11b.
ここで、これらの評価は全て数値計算により行なわれ、不均一媒質内における光波の伝搬計算には、高速フーリエ変換ビーム伝搬法を用いた(非特許文献9)。 Here, all of these evaluations are performed by numerical calculation, and the fast Fourier transform beam propagation method is used for the propagation calculation of the light wave in the inhomogeneous medium (Non-patent Document 9).
また、記録媒質13はフォトポリマーを仮定し、信号光Aと参照光Eとの干渉縞が次式(6)に従って屈折率分布(ホログラム)へ変換されるものとした。 The recording medium 13 is assumed to be a photopolymer, and the interference fringes between the signal light A and the reference light E are converted into a refractive index distribution (hologram) according to the following equation (6).
ここで、Δnmaxは、屈折率変調量の最大振幅、ΔnN−1(x,y,z)は、(N−1)回目の記録時における屈折率分布、IN(x,y,z)は、N回目の記録における干渉縞の強度(W/cm2)、Tは露光時間(s)、Esatは飽和エネルギー流束密度(J/cm2)である。 Here, Δn max is the maximum amplitude of the refractive index modulation amount, Δn N−1 (x, y, z) is the refractive index distribution at the (N−1) th recording, and I N (x, y, z). ) Is the interference fringe intensity (W / cm 2 ) in the Nth recording, T is the exposure time (s), and E sat is the saturation energy flux density (J / cm 2 ).
さらに、空間位相変調素子としては、ガウシアン型の自己相関を有するランダム拡散板を想定した(非特許文献10)。加えて、以下の数値計算で用いる解析モデルと解析パラメータを図9および図26にそれぞれ示す。本解析では、記録・再生光学系にそれぞれピンホールを設置しており、その開口サイズはナイキスト開口の2倍に設定している。 Further, a random diffusion plate having a Gaussian autocorrelation is assumed as the spatial phase modulation element (Non-patent Document 10). In addition, analysis models and analysis parameters used in the following numerical calculations are shown in FIGS. 9 and 26, respectively. In this analysis, pinholes are installed in the recording / reproducing optical system, respectively, and the aperture size is set to twice the Nyquist aperture.
(基本動作の確認)・・・図8、図10〜図16
以下では、図8に示すコリニア光学系に従いながら上述した形態の基本動作を確認していく。
(Confirmation of basic operation) ... FIG. 8, FIG. 10 to FIG.
Hereinafter, the basic operation of the above-described embodiment will be confirmed while following the collinear optical system shown in FIG.
まず、図8(a)に示すデジタル変調信号生成過程(実際も計算機内で処理される)において、図10に示すデータページを変調した信号光Aを生成する。 First, in the digital modulation signal generation process (actually processed in the computer) shown in FIG. 8A, signal light A obtained by modulating the data page shown in FIG. 10 is generated.
次に、信号光Aがランダム拡散板11bを透過した直後の光波伝搬の様子を図11に示す。 Next, FIG. 11 shows a state of light wave propagation immediately after the signal light A has passed through the random diffusion plate 11b.
拡散角θdif=0.0°(図11(a))の場合と比較して、θdif=10.0°(図11(b))の場合は、信号光Aが広範囲に拡散していることが観察できる。ここで用いたランダム拡散板11bの透過関数を図12に示す。また、本来であれば、位相変調光A’の領域と参照光Eの領域に重なりが無いように縮小光学系を組む必要があるが、本解析では簡単化のためにこれを省略し、代わりにランダム拡散板11bの透過前の信号光サイズを予め小さく設定している。 Compared with the diffusion angle θ dif = 0.0 ° (FIG. 11A), when θ dif = 10.0 ° (FIG. 11B), the signal light A diffuses over a wide range. Can be observed. The transmission function of the random diffusion plate 11b used here is shown in FIG. Further, originally, it is necessary to construct a reduction optical system so that there is no overlap between the region of the phase modulated light A ′ and the region of the reference light E. However, in this analysis, this is omitted for the sake of simplicity. In addition, the signal light size before transmission through the random diffusion plate 11b is set to be small in advance.
次に、図8(b)に示す記録過程において、図13のように位相変調光A’に通常のリング型の参照光Eを付加する。この分布が、実際の空間光変調器11aによって表現されることになる。信号光領域を見ると、元のデータページP1〜Pmの構造を全く判別できない状態に変化していることが分かる。その後、この位相変調光A’と参照光Eとはレンズ12によって集光され、その干渉縞がホログラムとして記録媒質13中に記録される。このとき、ページ間クロストークを発生させる目的で、図10に示すデータページ以外にも3枚の異なるデータページを同様の手順で多重記録しておいた。 Next, in the recording process shown in FIG. 8B, the normal ring-type reference light E is added to the phase-modulated light A ′ as shown in FIG. This distribution is expressed by the actual spatial light modulator 11a. Looking at the signal light region, it can be seen that the structure of the original data pages P1 to Pm has changed to a state where it cannot be discriminated at all. Thereafter, the phase-modulated light A ′ and the reference light E are collected by the lens 12, and the interference fringes are recorded in the recording medium 13 as a hologram. At this time, for the purpose of generating crosstalk between pages, in addition to the data page shown in FIG. 10, three different data pages were recorded in a multiplexed manner by the same procedure.
次に、図8(c)に示す読出し過程では、まず、空間光変調器11aによって図13に示す通常の読出し参照光を生成する。その後、レンズ12を通してこの参照光Eを記録媒質13中のホログラムに照射することで、図14に示す回折光Dが得られる。この回折光Dには、再生データページ成分と非再生ページ成分であるページ間クロストーク成分が含まれている。再生データページ成分は、全くノイズ成分が含まれていない純粋な成分として扱っている。最後に、この回折光Dの複素振幅を撮像素子15(位相検出器)によって測定する。但し、今回は数値計算で行うため、特に位相検出法による複素振幅計測は行っていない。 Next, in the reading process shown in FIG. 8C, first, the normal reading reference light shown in FIG. 13 is generated by the spatial light modulator 11a. Thereafter, the reference light E is irradiated onto the hologram in the recording medium 13 through the lens 12 to obtain the diffracted light D shown in FIG. The diffracted light D includes a reproduction data page component and an interpage crosstalk component which is a non-reproduction page component. The reproduction data page component is handled as a pure component that does not contain any noise component. Finally, the complex amplitude of the diffracted light D is measured by the image sensor 15 (phase detector). However, since this time it is performed by numerical calculation, complex amplitude measurement by the phase detection method is not performed.
次に、図8(d)に示すデジタル位相共役再生過程では、まず、取得した回折光Dの位相共役波を計算する。次に、その位相共役波をフーリエ変換し、拡散板面の複素振幅を計算する。その後、その複素振幅とランダム拡散板11bの透過関数とを掛け合わせる。このとき、再生ページ成分とページ間クロストーク成分とがそれぞれランダム拡散板11bを再透過した直後の光波伝搬を図15に示す。 Next, in the digital phase conjugate reproduction process shown in FIG. 8D, first, the phase conjugate wave of the acquired diffracted light D is calculated. Next, the phase conjugate wave is Fourier transformed to calculate the complex amplitude of the diffusion plate surface. Thereafter, the complex amplitude is multiplied by the transmission function of the random diffusion plate 11b. FIG. 15 shows the light wave propagation immediately after the reproduction page component and the inter-page crosstalk component retransmit the random diffusion plate 11b.
図15(a)では、再生ページ成分は、信号生成過程において受けた空間位相変調が補償され、逆拡散している様子が観察できる。一方、図15(b)では、ページ間クロストーク成分は、ランダム拡散板11bと全く位相相関がないために広範囲に拡散しているのが観察できる。最後に、出力面OSにおける再生データページの強度分布を図16に示す。同図によれば、非常に高い品質でデータページが再生されていることが分かる。 In FIG. 15A, it can be observed that the reproduction page component is despread after the spatial phase modulation received in the signal generation process is compensated. On the other hand, in FIG. 15B, it can be observed that the inter-page crosstalk component is diffused over a wide range because there is no phase correlation with the random diffusion plate 11b. Finally, the intensity distribution of the reproduction data page on the output surface OS is shown in FIG. According to the figure, it can be seen that the data page is reproduced with very high quality.
〔有効性の実証〕・・・図17〜図21
次に、以下では、上述した形態よってページ間クロストークを大幅に低減できることを実証する。
[Demonstration of effectiveness]...
Next, in the following, it will be demonstrated that the crosstalk between pages can be greatly reduced by the above-described embodiment.
なお、本発明は、あらゆる多重方式に応用可能であるが、以下では、スペックルシフト多重方式とコリニアシフト多重方式における実証例をそれぞれ示す。 Note that the present invention can be applied to any multiplexing scheme, but in the following, demonstration examples in the speckle shift multiplexing scheme and the collinear shift multiplexing scheme are shown.
また、多重記録時に用いるページ配置を図17(a)および(b)に示す。各ページ配置のシフト間隔は、図18に示すシフト選択性の3倍程度に設定している。 In addition, FIG. 17A and FIG. 17B show page layouts used for multiplex recording. The shift interval of each page arrangement is set to about 3 times the shift selectivity shown in FIG.
これは、選択性の20〜30倍程度に設定されている実際のシフト間隔と比較すると十分に小さい値である。 This is a sufficiently small value compared to the actual shift interval set to about 20 to 30 times the selectivity.
(スペックルシフト多重方式)
ここで、本発明をスペックルシフト多重方式に適用した場合(実施例1)の有効性を実証する。
(Speckle shift multiplex method)
Here, the effectiveness when the present invention is applied to the speckle shift multiplexing system (Example 1) will be demonstrated.
スペックルシフト多重方式とは、ランダム位相マスクによって生成されたスペックル状の参照光を用いて、媒質位置を面内方向へ僅かに変位させながらデータページを多重記録する形態である。 The speckle shift multiplexing method is a form in which data pages are multiplexed and recorded using a speckle-shaped reference beam generated by a random phase mask while slightly shifting the medium position in the in-plane direction.
図19(a)および(b)は、多重数Mの増加に伴う再生データページのノイズ成分と信号対雑音比(SNR: Signal to Noise Ratio)の推移を示す。ここで、SNRは以下の定義式(7)に従う。 FIGS. 19A and 19B show the transition of the noise component of the reproduction data page and the signal-to-noise ratio (SNR) as the multiplexing number M increases. Here, the SNR follows the following definition formula (7).
ここで、μonはonピクセルの平均強度、μoffはoffピクセルの平均強度、σonはonピクセルの分散、σoffはoffピクセルの分散とする。 Here, μ on is the average intensity of on pixels, μ off is the average intensity of off pixels, σ on is the variance of on pixels, and σ off is the variance of off pixels.
また、ノイズ成分の強さは、 Also, the strength of the noise component is
で表す。 Represented by
図19(a)によれば、本発明を適用した実施例1の方が、通常のスペックルシフト多重方式の場合と比較して、明らかにノイズ成分が低減されている。この結果は、本発明によってピンホールでは取り除くことのできないページ間クロストークが劇的に抑制されたことを示している。 According to FIG. 19A, the noise component is clearly reduced in the first embodiment to which the present invention is applied, compared with the case of the normal speckle shift multiplexing system. This result shows that crosstalk between pages that cannot be removed by the pinhole is dramatically suppressed by the present invention.
一方、図19(b)によれば、従来方式の場合はページ間クロストークの影響でSNRが急激に劣化しているが、本発明を適用した実施例1の場合はページ間クロストークが大幅に抑制されるため、高いSNRが維持されている。 On the other hand, according to FIG. 19 (b), the SNR rapidly deteriorates due to the influence of inter-page crosstalk in the case of the conventional method, but the inter-page crosstalk is greatly increased in the case of the first embodiment to which the present invention is applied. Therefore, a high SNR is maintained.
以上に加えて、本発明を適用した実施例1の場合の多重数M=64のときのSNRと、従来方式の場合の多重数M=11のときのSNRが一致している。このことは、およそ6倍の記録密度向上の可能性があることを示している。 In addition to the above, the SNR when the multiplex number M = 64 in the first embodiment to which the present invention is applied and the SNR when the multiplex number M = 11 in the conventional method are the same. This indicates that there is a possibility of improving the recording density by about 6 times.
しかしながら、本解析で設定したよりも大きな拡散角を持つランダム拡散板11bを用いることで、さらに記録密度を向上できる余地は残されている。 However, there remains room for further improving the recording density by using the random diffusion plate 11b having a larger diffusion angle than that set in this analysis.
(コリニアシフト多重方式)
次に、本発明をコリニアシフト多重方式に適用した実施例2の有効性を実証する。
(Collinear shift multiplexing)
Next, the effectiveness of the second embodiment in which the present invention is applied to the collinear shift multiplexing method will be demonstrated.
コリニアシフト多重方式とは、コリニア光学系を用いて、媒質位置を面内方向へ僅かに変位させながらデータページP1〜Pmを多重記録する形態のことを指す。 The collinear shift multiplexing system refers to a mode in which data pages P1 to Pm are multiplexed and recorded using a collinear optical system while slightly displacing the medium position in the in-plane direction.
図20(a)および(b)では、多重数Mに伴い再生データページP1’〜Pm’のノイズ成分とSNRがどのように推移するかを示している。図20(a)および(b)によれば、上述した実施例1と同様の傾向が見て取れるため、コリニアシフト多重方式に対しても本発明が有用であることが示されている。 20A and 20B show how the noise components and the SNR of the reproduction data pages P1 'to Pm' change with the number M of multiplexing. 20 (a) and 20 (b) show the same tendency as in Example 1 described above, indicating that the present invention is useful for the collinear shift multiplexing method.
(ランダム拡散板11bのシフト動作による更なるページ間クロストーク低減)
次に、ランダム拡散板11bのシフト動作を追加することで更なるページ間クロストークの低減が可能であることを、スペックルシフト多重方式を用いて実証する。
(More crosstalk reduction between pages by the shift operation of the random diffuser plate 11b)
Next, it is demonstrated using the speckle shift multiplexing method that the crosstalk between pages can be further reduced by adding the shift operation of the random diffusion plate 11b.
但し、本解析では、簡単化のため。ランダム拡散板11bを実際にシフト動作させるのではなく、ページ毎にランダムな拡散板プロファイルを逐次生成した。 However, in this analysis, for simplicity. Instead of actually shifting the random diffusion plate 11b, a random diffusion plate profile was sequentially generated for each page.
図21(a)および(b)では、多重数Mの増加に伴う再生データページのノイズ成分とSNRの推移を拡散板シフト機能の有無によって比較している。 21 (a) and 21 (b), the noise component of the reproduction data page and the SNR transition with the increase of the multiplexing number M are compared with the presence or absence of the diffusion plate shift function.
図21(a)によれば、ランダム拡散板11bのシフト機能を加えることでページ間クロストークを抑制できていることが見て取れる。また、図21(b)によれば、ページ間クロストークの抑制によって再生データページのSNRも当然ながら改善されていることが見てとれる。加えて、ランダム拡散板11bのシフト機能を加えた場合の多重数M=64のときのSNRは、ランダム拡散板11bのシフト機能が無い場合の多重数M=34のときのSNRと一致している。このことは、ランダム拡散板11bのシフト動作を追加することでさらに2倍近い記録密度の向上が可能であることを示している。 According to FIG. 21A, it can be seen that the inter-page crosstalk can be suppressed by adding the shift function of the random diffusion plate 11b. Further, according to FIG. 21B, it can be seen that the SNR of the reproduction data page is naturally improved by suppressing the crosstalk between pages. In addition, the SNR when the multiplexing number M = 64 when the shifting function of the random diffusion plate 11b is added coincides with the SNR when the multiplexing number M = 34 when the shifting function of the random diffusion plate 11b is not provided. Yes. This indicates that the recording density can be further improved by nearly twice by adding the shift operation of the random diffusion plate 11b.
以上のように、上述した形態による記憶容量の改善効果は12倍(今後のシステム最適化により100倍程度まで拡張可能性がある)。 As described above, the effect of improving the storage capacity according to the above-described embodiment is 12 times (it may be expanded to about 100 times by future system optimization).
また、上述した形態は、角度多重型ホログラムメモリ、コリニア型ホログラムメモリを含む、既存のあらゆるホログラムメモリにおける記憶容量の改善に幅広く適用可能である。 Further, the above-described embodiment can be widely applied to the improvement of the storage capacity in all existing hologram memories including an angle multiplexed hologram memory and a collinear hologram memory.
また、上述した形態は、強度変調型、位相変調型、空間直交振幅変調型、および、それらの多値変調型などのあらゆる変調方式に対応可能である。 Further, the above-described embodiment can be applied to all modulation methods such as intensity modulation type, phase modulation type, spatial quadrature amplitude modulation type, and multi-level modulation type thereof.
さらに、上述した形態は、光メモリだけではなく、デジタルカメラ・3D撮像などの画像処理装置におけるノイズ低減にも応用可能である。 Furthermore, the above-described embodiment is applicable not only to optical memory but also to noise reduction in image processing apparatuses such as digital cameras and 3D imaging.
〔補足説明〕・・・図22〜25
(通常の鏡と位相共役鏡との機能の違い)・・・図22
位相共役光とは、ある光波に対して、空間に依存する項が互いに複素共役であり、同一の波面を有し逆方向に伝搬する光波のことである。
[Supplemental explanation] ... 22 to 25
(Difference in function between normal mirror and phase conjugate mirror) FIG.
The phase conjugate light is a light wave that has a complex conjugate in terms of space with respect to a certain light wave and has the same wavefront and propagates in the opposite direction.
z軸方向に沿って伝搬する電磁波の電場を、 The electric field of electromagnetic waves propagating along the z-axis direction
と書く。 Write.
ここで、ωは角周波数、kは波数ベクトルであり、振幅Aと位相φは位置(x,y,z)の実関数である。 Here, ω is an angular frequency, k is a wave number vector, and amplitude A and phase φ are real functions of position (x, y, z).
この任意の電磁波に対して、その位相共役波は、 For this arbitrary electromagnetic wave, its phase conjugate wave is
である。 It is.
ここで、EとEcは共役な関係にある。 Here, E and E c is the conjugate relationship.
この2つの光波は空間の任意の点で全く同じ波面を持つ。しかしながら、これら2つの波面の動きは逆の方向である。 These two light waves have exactly the same wavefront at any point in space. However, the motions of these two wavefronts are in opposite directions.
事実、Eにおいてtの符号を反転させるとEcを得る。 In fact, reversing the sign of t in E yields E c .
よって、位相共役波はしばしば「時間反転波」と呼ばれる。 Therefore, the phase conjugate wave is often called a “time reversal wave”.
ここで、通常の鏡により反射した光と位相共役光の性質の違いを図22に示す。同図は、平面波が拡散板等の位相歪み物体を透過後、通常の鏡あるいは位相共役鏡に入射する場合を表している。 Here, FIG. 22 shows the difference in properties between the light reflected by a normal mirror and the phase conjugate light. This figure shows a case where a plane wave passes through a phase-distorted object such as a diffuser plate and then enters a normal mirror or a phase conjugate mirror.
図22(a)は、通常の鏡により入射光が反射する場合を示す。この場合、位相歪み物体を透過して波面の一部の位相が遅れた入射光に対して、反射光は鏡面により折り返した波面となる。従って、反射光が再び位相歪み物体を透過すると、位相遅れは2倍になる。 FIG. 22A shows a case where incident light is reflected by a normal mirror. In this case, with respect to incident light that has passed through the phase-distorted object and the phase of a part of the wavefront is delayed, the reflected light has a wavefront that is folded back by the mirror surface. Therefore, when the reflected light passes through the phase-distorted object again, the phase delay is doubled.
一方、図22(b)は、位相共役鏡により入射光の位相共役光を発生する場合を示す。この場合、位相共役鏡への入射光と同じ波面が逆方向に伝搬するため、再び位相歪み物体を透過した場合、波面の位相遅れは相殺される。このように、位相共役光は、入射波面の歪みに対する補正作用を有している。 On the other hand, FIG. 22B shows a case where phase conjugate light of incident light is generated by a phase conjugate mirror. In this case, since the same wavefront as the light incident on the phase conjugate mirror propagates in the opposite direction, the phase delay of the wavefront is canceled when the light passes through the phase-distorted object again. As described above, the phase conjugate light has a correction effect on the distortion of the incident wavefront.
(信号光および参照光によるホログラムの形成方法)・・・図23、24
次に、空間光変調器11aの1次光を用いることにより、任意の信号光の複素振幅分布を生成することができることを示す。
(Hologram Forming Method Using Signal Light and Reference Light) FIGS. 23 and 24
Next, it is shown that a complex amplitude distribution of arbitrary signal light can be generated by using the primary light of the spatial light modulator 11a.
以下では、その原理について説明する。図23に示すように、信号光Asおよび参照光Arがそれぞれ、記録媒質13に、角度0°とθで入射した場合を考える。Asは信号光の複素振幅を、Arは参照光の複素振幅を示す。 Hereinafter, the principle will be described. As shown in FIG. 23, the signal light A s and the reference light A r, respectively, the recording medium 13, a case where incident at an angle 0 ° and theta. A s is the complex amplitude of the signal light, A r represents the complex amplitude of the reference beam.
これらは、以下の式によって表現されるものとする。 These are expressed by the following equations.
ここで、as(x,y)およびar(x,y)とはそれぞれ信号光および参照光の振幅分布であり、φ(x,y)は、信号光が持つ空間位相分布である。 Here, a s (x, y) and a r (x, y) are amplitude distributions of the signal light and the reference light, respectively, and φ (x, y) is a spatial phase distribution of the signal light.
ここで、記録媒質はz=0の位置にあるとすると、AsおよびArは、それぞれ以下のように書き直せる。 Here, when the recording medium is in a position of z = 0, A s and A r are each rewritten as follows.
これら2光波の干渉により記録媒質中には、以下に示すホログラムが記録される。 Due to the interference of these two light waves, the following hologram is recorded in the recording medium.
その後、このホログラムに参照光Asを照射すると、次の式で表される回折光が得られる。 Then, by irradiating the reference beam A s in the hologram, diffracted light is expressed by the following equation is obtained.
このとき、図24に示すように、0次光方向には|As|2Arと|Ar|2Ar、+1次光方向にはAs|Ar|2、−1次光方向にはAs *Ar 2がそれぞれ回折される。信号光の複素振幅Asは+1次光方向へ回折されるため、式(B−6)の右辺第1項と第2項は不要な情報であり、第3項と第4項のみ必要な情報であることが分かる。 At this time, as shown in FIG. 24, the 0-order light direction | A s | 2 A r and | A r | 2 A r, the + 1-order light direction A s | A r | 2, -1 order light In the direction, A s * A r 2 is diffracted. Since the complex amplitude A s of the signal light is diffracted into the +1 order light direction, a right side first term and the second term unnecessary information of formula (B-6), required only the third and fourth terms It turns out that it is information.
以上より、空間光変調器によって第3項と第4項のホログラム分布を表示させ、参照光Arである平面波を角度θで照射すると、+1次光方向に信号光Aの複素振幅Asが得られる。ここで、空間光変調器としては、空間位相変調器または空間強度変調器のいずれも用いることができる。いずれか一台の空間光変調器によって、光の複素振幅(位相と強度の両方)を生成することができる。 As described above, to display a hologram distribution of the third and fourth terms by the spatial light modulator is irradiated with plane wave is a reference beam A r at angle theta, + 1 complex amplitude A s of the primary light direction signal light A can get. Here, as the spatial light modulator, either a spatial phase modulator or a spatial intensity modulator can be used. Any one of the spatial light modulators can generate a complex amplitude (both phase and intensity) of light.
式(B−5)の第3項と第4項を変形すると、 When the third term and the fourth term of the formula (B-5) are transformed,
となる。 It becomes.
ここで、参照光Eの振幅ar(x,y)は平面波であると考えると、
式(B−7)は、
Here, when the amplitude a r (x, y) of the reference light E is considered to be a plane wave,
Formula (B-7) is
と書ける。よって、空間光変調器11aには、式(B−8)に示す信号光の振幅as(x,y)に、cos{kxsinθ+φ(x、y)}という波を掛け合わせた画像を与えれば良いことになる。空間光変調器として、空間強度変調器を用いる場合には、表示される値が負値にならないように、式(B−8)のホログラム分布に一定の値を加えたものを表示する。 Can be written. Therefore, if the spatial light modulator 11a is provided with an image obtained by multiplying the amplitude a s (x, y) of the signal light shown in Expression (B-8) by the wave of cos {kxsinθ + φ (x, y)}. It will be good. When a spatial intensity modulator is used as the spatial light modulator, a value obtained by adding a certain value to the hologram distribution of Expression (B-8) is displayed so that the displayed value does not become a negative value.
〔読出し過程に2ch−HDIを適用した場合の構成例〕・・・図25
次に、2チャンネルホログラフィックダイバーシティ干渉法(2ch−HDI)によって回折光の複素振幅計測を行う場合の手順を説明する。
[Configuration Example when 2ch-HDI is Applied to Reading Process] FIG. 25
Next, a procedure for performing complex amplitude measurement of diffracted light by 2-channel holographic diversity interferometry (2ch-HDI) will be described.
図3(c)の読出し過程に、2ch−HDIを適用した場合の構成図を図25に示す。 FIG. 25 shows a configuration diagram when 2ch-HDI is applied to the reading process of FIG.
まず、回折光Dと干渉光はそれぞれ1/2波長板WB1および1/4波長板WB2を透過することで、45度直線偏光と円偏光になる。 First, the diffracted light D and the interference light are respectively transmitted through the half-wave plate WB1 and the quarter-wave plate WB2 to become 45-degree linearly polarized light and circularly polarized light.
次に、BS(BS:Beam Splitter)によって回折光Dと干渉光の2つの光波を結合させる。 Next, two light waves of the diffracted light D and the interference light are combined by BS (BS: Beam Splitter).
その後、偏光BSによってπ/2の空間位相差を有する2つの干渉縞が撮像素子(複素振幅検出手段)15aと撮像素子(複素振幅検出手段)15b上に生成される。 Thereafter, two interference fringes having a spatial phase difference of π / 2 are generated on the image sensor (complex amplitude detector) 15a and the image sensor (complex amplitude detector) 15b by the polarization BS.
撮像素子15aと撮像素子15bとで計測される光強度分布を、それぞれV0,Vπ/2とし、あらかじめ測定された参照光の光強度分布をR0とすると、次式(C−1)によって複素振幅を求めることができる。 When the light intensity distributions measured by the image sensor 15a and the image sensor 15b are V 0 and V π / 2 respectively, and the light intensity distribution of the reference light measured in advance is R 0 , the following equation (C-1) To obtain the complex amplitude.
ここで、I0は、 Where I 0 is
である。これより、位相分布および強度分布のそれぞれは、次式(C−3)によって求められる。 It is. From this, each of phase distribution and intensity distribution is calculated | required by following Formula (C-3).
〔画像(生体試料等)計測への応用〕
本発明は画像計測分野にも適用することができる。例えば、本発明を適用した画像計測装置によって、物体光が撮像素子15(光検出器)に到達する間に混入する種々のノイズ成分を大幅に低減することができる。図27にその概念図を示す。
[Application to image (biological sample) measurement]
The present invention can also be applied to the field of image measurement. For example, the image measurement apparatus to which the present invention is applied can greatly reduce various noise components mixed while the object light reaches the image sensor 15 (photodetector). FIG. 27 shows a conceptual diagram thereof.
(位相変調過程)
図27(a)に示す位相変調過程では、まず、平面波を測定対象となる物体18に照射する。次に、得られた物体光Oはビーム拡散の効果を有するランダム拡散板11bを透過することで空間位相変調が付加される。
(Phase modulation process)
In the phase modulation process shown in FIG. 27A, first, a plane wave is irradiated onto the object 18 to be measured. Next, the obtained object light O passes through the random diffusion plate 11b having the effect of beam diffusion, so that spatial phase modulation is added.
ランダム拡散板11bと撮像素子15(複素振幅の測定機能を有する)との間に、各光学素子の反射光や背景光などのノイズ成分が存在する場合、ノイズ成分が混入した変調物体光O’が撮像素子15によって計測される。 When there is a noise component such as reflected light or background light of each optical element between the random diffuser plate 11b and the image sensor 15 (having a complex amplitude measurement function), the modulated object light O ′ mixed with the noise component is present. Is measured by the image sensor 15.
本実施形態では、図27(b)に示す位相復調過程の光学的なプロセスを、計測した複素振幅の分布を用いてコンピュータ内でこれと等価な計算を行うことによって物体光Oに含まれるノイズ成分を除去することができる。 In the present embodiment, the noise included in the object light O is obtained by performing an equivalent calculation in the computer using the measured complex amplitude distribution for the optical process of the phase demodulation process shown in FIG. Components can be removed.
具体的には、まず、検出された光波分布(複素振幅の分布)の位相共役波を計算する。次に、その位相共役波の光波伝搬計算を行い、ランダム拡散板11bの拡散板面における複素振幅の分布を求める。そして、この分布と予め測定しておいたランダム拡散板11bの位相分布とを掛け合わせる。このとき、物体光Oの位相変調が相殺される一方、ノイズ成分はランダム拡散板11bの位相分布と相関が無いため広範囲に拡散する。その結果、ノイズ成分が大幅に分離された物体光Oの複素振幅の分布が得られる。本実施形態では、計測する画像の位相と強度の一方あるいは両方のノイズ成分を低減して検出することができる。 Specifically, first, a phase conjugate wave of the detected light wave distribution (complex amplitude distribution) is calculated. Next, the light wave propagation calculation of the phase conjugate wave is performed, and the distribution of the complex amplitude on the diffusion plate surface of the random diffusion plate 11b is obtained. And this distribution and the phase distribution of the random diffuser plate 11b measured in advance are multiplied. At this time, the phase modulation of the object light O is canceled out, but the noise component is diffused over a wide range because there is no correlation with the phase distribution of the random diffusion plate 11b. As a result, a complex amplitude distribution of the object light O from which noise components are largely separated is obtained. In this embodiment, one or both noise components of the phase and intensity of the image to be measured can be reduced and detected.
〔2ch−HDIを用いた画像計測への応用〕
次に、本発明を上述した2ch−HDIを用いた画像計測に応用した場合の種々のノイズ成分を図28に示す。
[Application to image measurement using 2ch-HDI]
Next, FIG. 28 shows various noise components when the present invention is applied to the image measurement using the 2ch-HDI described above.
例えば、レンズ12bの反射光が図示するようにノイズ源となる。レンズ12bは、反射防止膜がコーティングされている場合でも1%弱の反射率を有しており、位相検出エラーを招く反射光を生じさせる。同様に、BSや偏光BSの反射光もノイズ源になる。さらに、これら光学素子の反射光以外にも、背景光が撮像素子15に入る場合も想定される。本実施形態の2ch−HDIを用いた画像計測では、これらのノイズ源の大部分を大幅に低減でき、位相検出精度を高めることができる。 For example, the reflected light of the lens 12b becomes a noise source as shown. The lens 12b has a reflectance of less than 1% even when the antireflection film is coated, and generates reflected light that causes a phase detection error. Similarly, the reflected light of the BS and the polarization BS becomes a noise source. Further, in addition to the reflected light of these optical elements, it is also assumed that background light enters the image sensor 15. In the image measurement using the 2ch-HDI of this embodiment, most of these noise sources can be greatly reduced, and the phase detection accuracy can be increased.
〔光トモグラフィ(光CT、光断層映像法、光断層イメージング)への応用〕
次に、生体内の断層映像(3次元映像)を取得することは、医療分野において幅広く必要とされている。
[Application to optical tomography (optical CT, optical tomography, optical tomography)]
Next, it is widely required in the medical field to acquire a tomographic image (three-dimensional image) in a living body.
高空間分解能(10μm程度)を有する断層イメージング技術として、光コヒーレンストモグラフィが実用化されている。これは、低コヒーレンス光干渉を利用して、光軸に沿う反射点の位置をコヒーレンス長の分解能で識別できるという事実に基づいた計測法である。 Optical coherence tomography has been put into practical use as a tomographic imaging technique having high spatial resolution (about 10 μm). This is a measurement method based on the fact that the position of the reflection point along the optical axis can be identified with the resolution of the coherence length using low coherence light interference.
通常、利用されているOCT技術は、横と深さ方向への走査を交互に行い、点検出器で光干渉信号を検出する方式であるため、断層画像化の速度は数フレーム/秒(fps)である。高速化のため機械的な光遅延操作を必要としない方式として、検出光を分光器で周波数領域に変換するFD−OCT(Fourier domain OCT)や、波長可変レーザの発振周波数を直線的に変化させ、生体の深さ方向の反射光強度を得るSS−OCT(Swept Source OCT)などが開発されている。いずれの技術も広帯域レーザ光源または波長可変レーザ光源が必要とされる。 In general, the OCT technique used is a method in which scanning in the horizontal and depth directions is alternately performed and an optical interference signal is detected by a point detector, so that the tomographic imaging speed is several frames / second (fps). ). FD-OCT (Fourier domain OCT) that converts the detection light into the frequency domain with a spectroscope and linearly changing the oscillation frequency of the wavelength tunable laser as a method that does not require mechanical optical delay operation for speeding up. SS-OCT (Swept Source OCT) for obtaining reflected light intensity in the depth direction of a living body has been developed. Both techniques require a broadband laser light source or a wavelength tunable laser light source.
なお、実用化されているOCT装置は、非特許文献11に示すように、光ファイバを用いた干渉計を用いているため、計測試料の横方向に対しては機械的な走査が必要になる(非特許文献12)。 Since the OCT apparatus in practical use uses an interferometer using an optical fiber, as shown in Non-Patent Document 11, mechanical scanning is required in the lateral direction of the measurement sample. (Non-patent document 12).
以下では、生体画像計測、特に、医療上重要な応用である光断層イメージング(光CT)への本発明の適用を考える。断層イメージングで重要となるポイントは、計測物体の多数の断層面から生ずる散乱光(ノイズ成分)の中から、必要となる断層面からの散乱光(信号成分)のみを抽出する技術である。これは、光メモリ内に蓄積された多数の画像の中から、特定の画像のみを選択的に抽出する操作との類似性が高い。すなわち、本実施形態によれば、特定の断層面からの画像の抽出おいて、OCT(optical CT)で必要とされるコヒーレンス性の制御技術などが不要である。また、本発明を生体画像計測に応用することで、現在のOCT等の光CT技術と比較して、大幅に低価格な光断層イメージング装置が開発可能であり、また、より高精度かつ高速に生体の断層画像を計測することが可能になる。さらに、従来の光断層イメージングでは、画像の強度情報だけが計測されたが、本実施形態の方法では、画像の強度情報だけではなく画像の位相情報をも取得することが可能になり、医療の進歩に大きく貢献できる。 In the following, the application of the present invention to biological image measurement, particularly optical tomographic imaging (optical CT), which is a medically important application, will be considered. An important point in tomographic imaging is a technique for extracting only the necessary scattered light (signal component) from the tomographic plane from the scattered light (noise components) generated from a number of tomographic planes of the measurement object. This is highly similar to the operation of selectively extracting only a specific image from a large number of images stored in the optical memory. That is, according to the present embodiment, a coherence control technique required for OCT (optical CT) or the like is not required for extracting an image from a specific tomographic plane. In addition, by applying the present invention to biological image measurement, it is possible to develop an optical tomographic imaging apparatus that is significantly less expensive than the current optical CT technology such as OCT, and more accurately and quickly. A tomographic image of a living body can be measured. Furthermore, in the conventional optical tomographic imaging, only the intensity information of the image is measured. However, in the method of this embodiment, it is possible to acquire not only the intensity information of the image but also the phase information of the image. Can contribute greatly to progress.
本発明を生体画像計測に応用する場合の概略を、図29に従いながら順を追って説明する。 An outline of the case where the present invention is applied to biological image measurement will be described step by step with reference to FIG.
まず、図29(a)に示す生体試料19の測定過程において、レーザ光源から射出された平面波Pをフーリエ面に配置されたランダム拡散板11bに透過させる。これによって、平面波Pに空間位相変調φが付加され、位相変調光Pexp{−iφ}=P’が生成される。 First, in the measurement process of the biological sample 19 shown in FIG. 29A, the plane wave P emitted from the laser light source is transmitted through the random diffusion plate 11b disposed on the Fourier plane. As a result, spatial phase modulation φ is added to the plane wave P, and phase-modulated light Pexp {−iφ} = P ′ is generated.
次に、位相変調光P’はレンズ12bおよびレンズ12cを介して生体試料19に到達する。生体試料19内におけるフーリエ面と一致する層(対象層)が振幅反射率分布S(x,y)を有していると仮定すると、位相変調光Pexp{−iφ}に対象層の振幅反射率分布S(x,y)が付加された以下の変調物体光が生成される。このS(x,y)が検出したい信号成分となる。 Next, the phase-modulated light P ′ reaches the biological sample 19 via the lens 12 b and the lens 12 c. Assuming that the layer (target layer) that coincides with the Fourier plane in the biological sample 19 has the amplitude reflectance distribution S (x, y), the phase-modulated light Pexp {−iφ} has the amplitude reflectance of the target layer. The following modulated object light to which the distribution S (x, y) is added is generated. This S (x, y) is a signal component to be detected.
このとき、同図に示すように、非対象層からの多重散乱光(ノイズ成分)も変調物体光に混入する。加えて、レンズ12a〜レンズ12c、撮像素子15(位相検出器)内における光学素子などの反射光も混入すると仮定すると、これら光波は以下の式(D−2)によって表現される。 At this time, as shown in the figure, the multiple scattered light (noise component) from the non-target layer is also mixed into the modulated object light. In addition, assuming that reflected light from the optical elements in the lenses 12a to 12c and the image sensor 15 (phase detector) is also mixed, these light waves are expressed by the following equation (D-2).
ここで、Bjはランダムな散乱ノイズ、添え字jは層番号、kは対象層の番号(検出対象の信号を有する深さ方向の位置)、Mは層数、Cは各光学素子の反射ノイズとする。また、「層」とは生体試料19内に仮想的にモデル化された深さ方向の構造のことで、生体試料19が、多数の層から構成されていると仮定している。実際の生体試料19ではこのような層が存在するわけではなく、本検出系の深さ方向の分解能が層の厚さに相当する量になる。 Here, B j is random scattering noise, the subscript j is the layer number, k is the number of the target layer (the position in the depth direction having the signal to be detected), M is the number of layers, and C is the reflection of each optical element. Let it be noise. The “layer” is a structure in the depth direction virtually modeled in the biological sample 19, and it is assumed that the biological sample 19 is composed of a number of layers. In an actual biological sample 19, such a layer does not exist, and the resolution in the depth direction of the detection system is an amount corresponding to the thickness of the layer.
最後に、レンズ12cを介した後、撮像素子15によってノイズ成分と変調を受けた信号光(位相変調光P’)が混ざった光の複素振幅を計測する。計測される分布は、レンズ12cの作用によって上式(D−2)を空間フーリエ変換した分布になる。 Finally, after passing through the lens 12c, the complex amplitude of the light in which the noise component and the signal light modulated by the imaging element 15 (phase modulated light P ') are mixed is measured. The distribution to be measured is a distribution obtained by spatial Fourier transform of the above equation (D-2) by the action of the lens 12c.
なお、測定する対象層を変えたい場合は、測定装置全体または生体試料19自体を光軸方向移動させるか、もしくは、レンズ12cを空間光変調器または可変焦点レンズに置き換え、焦点位置を光軸方向に操作すれば良い。空間光変調器を用いて焦点操作を行う場合には、深さ方向、横方向ともに可動部が全く不要になる。 When it is desired to change the target layer to be measured, the entire measuring apparatus or the biological sample 19 itself is moved in the optical axis direction, or the lens 12c is replaced with a spatial light modulator or a variable focus lens, and the focal position is changed in the optical axis direction. You just need to operate. When performing a focus operation using a spatial light modulator, no movable part is required in both the depth direction and the lateral direction.
従来のOCTでは、生体試料19の反射率分布を点走査によって求めているが、本実施形態では、反射率分布を横方向面単位で一括して求めることが可能である。 In the conventional OCT, the reflectance distribution of the biological sample 19 is obtained by point scanning, but in the present embodiment, the reflectance distribution can be obtained collectively in units of lateral planes.
このため、上述したように本実施形態の生体計測では、従来のOCTと比較して、計測時間の大幅な短縮が可能である。また、従来のOCTでは、数10μm程度のコヒーレンス長を持つ特殊なレーザ光源が必要であるが、本実施形態の生体計測では、通常の安価なレーザ光源を用意すれば良い。加えて、反射防止膜がコーティングされていない低品質なレンズ等の光学素子を用いることができるため、本実施形態の生体計測によれば、装置全体のコストを大幅に抑えることができる。 For this reason, as described above, in the living body measurement according to the present embodiment, the measurement time can be significantly shortened as compared with the conventional OCT. In addition, in the conventional OCT, a special laser light source having a coherence length of about several tens of μm is necessary. However, in the living body measurement of the present embodiment, a normal inexpensive laser light source may be prepared. In addition, since an optical element such as a low-quality lens that is not coated with an antireflection film can be used, the cost of the entire apparatus can be significantly reduced according to the biological measurement of this embodiment.
次に、物体光のデジタル抽出過程について説明する。その光学モデルを図29(b)に示す。以下では、光学モデルに沿って説明するが、以下の各処理はコンピュータ内でデジタル的に処理することができため、実際には物理的に光学系(素子)は不要である。まず、検出した光波の位相共役波を計算し、次に、この位相共役波をフーリエ変換し、ランダム拡散板11bの拡散板面における複素振幅を求める。 Next, a process for digitally extracting object light will be described. The optical model is shown in FIG. The following description will be made along an optical model. However, since the following processes can be digitally processed in a computer, an optical system (element) is not actually physically required. First, a phase conjugate wave of the detected light wave is calculated, and then this phase conjugate wave is Fourier transformed to obtain a complex amplitude on the diffusion plate surface of the random diffusion plate 11b.
この後、ランダム拡散板11bを透過することで、ランダム拡散板11bの空間位相変調が以下のように再度付加される。 Thereafter, by passing through the random diffusion plate 11b, the spatial phase modulation of the random diffusion plate 11b is added again as follows.
その結果、変調物体光の位相変調は相殺される。一方、散乱ノイズや各素子の反射光は付加された空間位相の効果によって広範囲に拡散する。 As a result, the phase modulation of the modulated object light is canceled out. On the other hand, scattered noise and reflected light of each element are diffused over a wide range by the effect of the added spatial phase.
非対象層からの散乱ノイズ等から抽出された物体光は、レンズ12bとレンズ12cを介して、最終的に出力面で観測される。上式(D−5)における第2項、第3項のノイズ成分は、信号光の外側に拡散するため容易に分離することができる。 The object light extracted from the scattering noise from the non-target layer is finally observed on the output surface via the lens 12b and the lens 12c. The noise components of the second term and the third term in the above equation (D-5) are easily separated because they diffuse outside the signal light.
このとき、P*は平面波(一様な振幅分布)であるため、対象層の振幅反射率S(x,y)*が得られる。 At this time, since P * is a plane wave (uniform amplitude distribution), the amplitude reflectance S (x, y) * of the target layer is obtained.
〔本発明の別の表現〕
本発明は、以下のように表現することもできる。
[Another expression of the present invention]
The present invention can also be expressed as follows.
本発明の一態様に係るノイズ除去方法は、位相変調光を対象物に照射するステップと、上記対象物から得られる透過光または反射光または散乱光からノイズ成分を除去するステップと、上記対象物の2次元情報を構成するステップとを含んでいても良い。 A noise removal method according to an aspect of the present invention includes a step of irradiating a target with phase-modulated light, a step of removing a noise component from transmitted light, reflected light, or scattered light obtained from the target, and the target The step of constructing the two-dimensional information may be included.
「位相変調光」とは、平面光をランダム位相板に通した光のことである。「対象物」とは、ホログラムメモリにおいては、ホログラムの記録メディア、画像計測装置においては、観察する試料のことである。また、「2次元情報の構成」とは、光学素子による場合は、レンズ系を利用した結像系であり、計算処理により行う場合は、強度・位相分布からフーリエ変換などにより再構成する処理のことである。 “Phase-modulated light” is light obtained by passing planar light through a random phase plate. The “object” is a hologram recording medium in the hologram memory, or a sample to be observed in the image measuring device. The “configuration of two-dimensional information” is an imaging system using a lens system in the case of an optical element, and in the case of calculation processing, reconstruction processing is performed from the intensity / phase distribution by Fourier transformation or the like. That is.
また、従来のOCTでは、光のコヒーレンス性を用いて被計測物体の深さ方向を識別するのに対して、本発明の一態様に係るノイズ除去方法は、空間位相変調とデジタル位相共役再生を用いて検出対象の特定の深さからの信号(散乱光)のみを抽出しても良い。 Further, in the conventional OCT, the depth direction of the object to be measured is identified using the coherence of light, whereas the noise removal method according to one aspect of the present invention performs spatial phase modulation and digital phase conjugate reproduction. Only a signal (scattered light) from a specific depth of the detection target may be extracted.
動作原理の相違から、本発明の一態様に係る画像計測方法によれば、従来のOCTで必要とされる光ファイバ干渉計とそれに付随する機械的な走査系が不要となる。これは、本発明の一態様に係る画像計測方法が光CT装置の低コスト化に大きく貢献できることと、本発明の一態様に係る画像計測方法が潜在的に高速性、高空間分解能特性を有していることの1つの根拠になり得る。 Because of the difference in operation principle, the image measurement method according to one aspect of the present invention eliminates the need for an optical fiber interferometer and a mechanical scanning system associated therewith required in conventional OCT. This is because the image measurement method according to one aspect of the present invention can greatly contribute to the cost reduction of the optical CT apparatus, and the image measurement method according to one aspect of the present invention has potentially high speed and high spatial resolution characteristics. It can be a basis for what you are doing.
また、従来の光ファイバ干渉計では一度に一点の計測しかできない。上述したように、時間領域のOCTを改良したものとして、周波数空間を用いて媒質の深さ方向zを同時に計測するFD−OCTや、周波数を変更しながら計測するSS−OCTがある。 In addition, the conventional optical fiber interferometer can measure only one point at a time. As described above, improvements in time-domain OCT include FD-OCT that simultaneously measures the depth direction z of a medium using a frequency space, and SS-OCT that measures while changing the frequency.
これに対して、本発明の一態様に係る画像計測方法では、画像計測を基本にするため2次元(x,y)同時計測が可能である。 On the other hand, in the image measurement method according to one aspect of the present invention, two-dimensional (x, y) simultaneous measurement is possible because image measurement is the basis.
本発明の一態様に係る画像計測方法における深さ方法zの制御は、拡散性のある位相変調光の焦点位置を制御することで行う。一般的には測定系の微動またはレンズ制御によって焦点位置を制御する。しかし、レンズの代わりに、空間光変調器を用いて焦点位置を制御することも可能であり、この場合は、可動部がまったく不要な測定系を実現できる。 The depth method z in the image measurement method according to one aspect of the present invention is controlled by controlling the focal position of the diffusive phase-modulated light. Generally, the focal position is controlled by fine movement of the measurement system or lens control. However, it is also possible to control the focal position using a spatial light modulator instead of the lens, and in this case, a measurement system that does not require any movable part can be realized.
また、本発明の一態様に係る画像計測方法によれば、1つの固定した焦点位置の情報から、複数の深さ方向の情報を同時に計測する3次元(x,y,z)同時計測も可能である。 Further, according to the image measurement method according to one aspect of the present invention, three-dimensional (x, y, z) simultaneous measurement that simultaneously measures information in a plurality of depth directions from information on one fixed focal position is also possible. It is.
図中の層kの位置に焦点位置を設定した時(この層における空間位相変調φ)、kとは異なる層k’における空間位相変調φ’を計算または実測しておき、逆伝搬計算式として上式(D−3)〜(D−5)を行うときに空間位相変調φ’を用いることで、kの層に焦点位置のある時の実測データから、k’の断層面の情報を復調できる。 When the focal position is set at the position of the layer k in the figure (spatial phase modulation φ in this layer), the spatial phase modulation φ ′ in the layer k ′ different from k is calculated or measured, and the back propagation calculation formula is obtained. By using the spatial phase modulation φ ′ when performing the above equations (D-3) to (D-5), the information on the tomographic plane of k ′ is demodulated from the measured data when the focus position is on the k layer. it can.
本発明の一態様に係る画像計測方法における横方向空間分解能(x,y)は、位相検出技術の空間分解能に依存するが、位相検出技術の空間分解能は、撮像素子(CCD/CMOSなど)の分解能と基本的には同一であるため、OCTと比較して高速・高分解能計測が期待できる。 The lateral spatial resolution (x, y) in the image measurement method according to one aspect of the present invention depends on the spatial resolution of the phase detection technology, but the spatial resolution of the phase detection technology is that of an image sensor (CCD / CMOS or the like). Since the resolution is basically the same, high-speed and high-resolution measurement can be expected compared to OCT.
本発明の一態様に係る画像計測方法における深さ方向分解能(z)は、用いるレンズの焦点深度によって定まり、開口数NA=0.6程度のレンズでも5μm程度の選択性があるので、OCT(10μm程度)と比べて優位性がある。高NA(numerical Aperture)レンズを用いれば、層厚1μm以下の断層撮影も理論上は可能である。なお、この計算値は、多層化メモリでの選択性を基準にしているため若干修正される可能性がある。 The depth direction resolution (z) in the image measurement method according to one embodiment of the present invention is determined by the focal depth of the lens used, and even a lens having a numerical aperture NA of about 0.6 has selectivity of about 5 μm. (About 10 μm). If a high NA (numerical Aperture) lens is used, tomography with a layer thickness of 1 μm or less is theoretically possible. Note that this calculated value may be slightly modified because it is based on selectivity in a multi-layered memory.
次に、従来の光断層イメージングでは、画像の強度情報だけが計測されたが、本発明の一態様に係る画像計測方法では、画像の強度情報だけではなく画像の位相情報をも取得することが可能である。 Next, in the conventional optical tomographic imaging, only the intensity information of the image is measured, but in the image measuring method according to one aspect of the present invention, not only the intensity information of the image but also the phase information of the image can be acquired. Is possible.
また、光源に関しては、OCTでは、広帯域光源や波長可変光源など高価で特殊な光源が必要になるが、本発明の一態様に係る画像計測方法では、一般的な安価なレーザ光源で十分であり、光CT技術の低コスト化に大きく貢献することができる。 As for the light source, OCT requires an expensive and special light source such as a broadband light source or a wavelength tunable light source. However, a general inexpensive laser light source is sufficient for the image measurement method according to one aspect of the present invention. This can greatly contribute to the cost reduction of the optical CT technology.
また、本発明の一態様に係る画像計測方法によれば、位相計測技術を基に、一般的な画像計測光学系(観測対象にレーザを照射し、それを撮像する光学系)が与えられれば、それ以外の特殊な光源、精密な干渉計、機械的な走査系、多くの計算量など要せずに、生体などの断層イメージングを可能になる。 In addition, according to the image measurement method according to an aspect of the present invention, if a general image measurement optical system (an optical system that irradiates an observation target with a laser and images it) is provided based on the phase measurement technique. Other than that, it is possible to perform tomographic imaging of a living body without requiring a special light source, a precise interferometer, a mechanical scanning system, and a large amount of calculation.
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、大容量光メモリ、画像処理および3D撮像などの技術に適用することができる。例えば、本発明は、角度多重型ホログラムメモリ、コリニア型ホログラムメモリを含む、既存のあらゆるホログラムメモリにおける記憶容量の改善に幅広く適用可能である。また、本発明は、強度変調型、位相変調型、空間直交振幅変調型、および、それらの多値変調型などのあらゆる変調方式に適用可能である。 The present invention can be applied to technologies such as a large-capacity optical memory, image processing, and 3D imaging. For example, the present invention can be widely applied to the improvement of the storage capacity in all existing hologram memories including an angle multiplexed hologram memory and a collinear hologram memory. In addition, the present invention can be applied to all modulation schemes such as an intensity modulation type, a phase modulation type, a spatial quadrature amplitude modulation type, and a multilevel modulation type thereof.
また、本発明は、光メモリだけではなく、デジタルカメラ・3D撮像などの画像処理装置におけるノイズ低減にも適用可能である。 The present invention is applicable not only to optical memories but also to noise reduction in image processing apparatuses such as digital cameras and 3D imaging.
11 空間位相変調光学系
11a 空間光変調器(光照射手段)
11b ランダム拡散板
12 レンズ
12a〜12c レンズ
13 記録媒質(ホログラム記録媒体,対象物)
14 レンズ
14a,14b レンズ
15 撮像素子(複素振幅検出手段)
15a,15b 撮像素子(複素振幅検出手段)
16 位相共役鏡
18 物体
19生体試料
A 信号光
A’ 位相変調光
A’’ 複素振幅
C 位相共役光
D 回折光
E 参照光
O 物体光
O’ 位相変調光
P 平面波
P’ 位相変調光
IS 入力面
OS 出力面
P1〜Pm データページ
P1’〜Pm’ 再生データページ
R 参照光データページ
11 Spatial phase modulation optical system 11a Spatial light modulator (light irradiation means)
11b Random diffuser plate 12 Lens 12a to 12c Lens 13 Recording medium (hologram recording medium, object)
14 Lens 14a, 14b Lens 15 Imaging device (complex amplitude detecting means)
15a, 15b Image sensor (complex amplitude detection means)
16 phase conjugate mirror 18 object 19 biological sample A signal light A ′ phase modulated light A ″ complex amplitude C phase conjugate light D diffracted light E reference light O object light O ′ phase modulated light P plane wave P ′ phase modulated light IS input surface OS output surface P1 to Pm Data page P1 'to Pm' Reproduction data page R Reference beam data page
Claims (13)
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去ステップと、
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成ステップと、
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅を検出する複素振幅検出ステップと、を含んでおり、
上記ノイズ除去ステップで、
上記複素振幅検出ステップで検出した上記複素振幅に対して上記空間位相変調処理に相当する位相変調演算を行うことで上記ノイズ成分を除去することを特徴とするノイズ除去方法。 A light irradiation step of irradiating an object with phase modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light; and
For the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light A noise removal step for performing a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the emitted light;
An information generation step for performing processing for generating two-dimensional information using the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light or using the light from which the noise component has been removed;
A complex amplitude detection step of detecting a complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, and
In the above noise removal step,
A noise removal method, wherein the noise component is removed by performing a phase modulation calculation corresponding to the spatial phase modulation process on the complex amplitude detected in the complex amplitude detection step .
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光、または、
上記ノイズ成分を除去した光を、レンズ系を用いて結像することにより生成されることを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去方法。 The above two-dimensional information is
Light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or
2. The noise removing method according to claim 1 , wherein the light from which the noise component is removed is generated by forming an image using a lens system.
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の2次元的な強度分布もしくは位相分布に対して、または、
上記ノイズ成分を除去した光の2次元的な強度分布もしくは位相分布に対して、
所定の関数変換を作用させることにより生成されることを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去方法。 The above two-dimensional information is
For the two-dimensional intensity distribution or phase distribution of the outgoing light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or
For the two-dimensional intensity distribution or phase distribution of light from which the noise component has been removed,
The noise removal method according to claim 1 , wherein the noise removal method is generated by applying a predetermined function transformation.
上記信号光をランダム位相板に透過させることで上記位相変調光を生成することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載のノイズ除去方法。 In the light irradiation step,
Noise removing method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to generate the phase modulated light by transmitting a random phase plate the signal light.
上記位相変調光の位相共役光を含む出射光をランダム位相板に透過させることで、上記出射光からノイズ成分を除去することを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載のノイズ除去方法。 In the above noise removal step,
The noise component is removed from the said emitted light by transmitting the emitted light containing the phase conjugate light of the said phase modulation light to a random phase plate, The any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. Noise removal method.
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記対象物から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去手段と、
上記位相変調光が照射された対象物から出射される出射光の複素振幅を検出する複素振幅検出手段と、を備えており、
上記ノイズ除去手段は、
上記複素振幅検出手段が検出した上記複素振幅に対して上記空間位相変調処理に相当する位相変調演算を行うことで上記ノイズ成分を除去することを特徴とするノイズ除去装置。 Light irradiating means for irradiating an object with phase modulated light generated by performing spatial phase modulation processing on at least predetermined signal light; and
For the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, or the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the object irradiated with the predetermined reference light A noise removing unit that performs a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the emitted light;
A complex amplitude detecting means for detecting the complex amplitude of the emitted light emitted from the object irradiated with the phase-modulated light, and
The noise removing means is
A noise removing apparatus that removes the noise component by performing a phase modulation calculation corresponding to the spatial phase modulation processing on the complex amplitude detected by the complex amplitude detecting means .
上記光照射手段は、
記録用の参照光とともに上記位相変調光を上記対象物としてのホログラム記録媒体に照射して情報を記録し、
上記ノイズ除去手段は、
上記ホログラム記録媒体に上記所定の参照光としての再生用の参照光を照射することにより生じた上記位相共役光を含む出射光としての回折光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記回折光からノイズ成分を除去し、
さらに、上記ノイズ除去手段によって上記回折光からノイズ成分が除去された光を上記ホログラム記録媒体に記録された情報の再生光として出力する再生手段を備えることを特徴とする記録再生装置。 A recording / reproducing apparatus comprising the noise removing apparatus according to any one of claims 7 to 9 ,
The light irradiation means is
The information is recorded by irradiating the hologram recording medium as the object with the phase-modulated light together with the recording reference light,
The noise removing means is
The same phase modulation as the spatial phase modulation processing is applied to the diffracted light as the outgoing light including the phase conjugate light generated by irradiating the hologram recording medium with the reference light for reproduction as the predetermined reference light. By removing the noise component from the diffracted light,
The recording / reproducing apparatus further comprises reproducing means for outputting the light from which the noise component has been removed from the diffracted light by the noise removing means as the reproducing light of the information recorded on the hologram recording medium.
上記光照射手段は、上記位相変調光を上記対象物としての観測試料に照射し、
上記ノイズ除去手段は、
上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光の複素振幅に対して、または、
所定の参照光が照射された上記観測試料から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、
上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去し、
さらに、上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光を用いて、または、
上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成手段を備えることを特徴とする画像計測装置。 An image measuring device comprising the noise removing device according to any one of claims 7 to 9 ,
The light irradiation means irradiates the observation sample as the object with the phase-modulated light,
The noise removing means is
For the complex amplitude of the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light, or
For the outgoing light including the phase conjugate light of the phase-modulated light emitted from the observation sample irradiated with the predetermined reference light,
By performing the same phase modulation processing as the spatial phase modulation processing, noise components are removed from the emitted light,
Furthermore, using the outgoing light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light, or
An image measuring apparatus comprising: information generation means for performing processing for generating two-dimensional information using light from which the noise component has been removed.
上記光照射手段により記録用の参照光とともに上記位相変調光を上記対象物としてのホログラム記録媒体に照射して情報を記録する記録工程と、
上記ノイズ除去手段により上記ホログラム記録媒体に上記所定の参照光としての再生用の参照光を照射することにより生じた上記位相共役光を含む出射光としての回折光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記回折光からノイズ成分を除去するノイズ除去工程と、
上記ノイズ成分が除去された光を上記ホログラム記録媒体に記録された情報の再生光として出力する再生工程と、を含むことを特徴とする記録再生方法。 A recording / reproducing method using the noise removing device according to any one of claims 7 to 9 ,
A recording step of recording information by irradiating the hologram recording medium as the object with the phase-modulated light together with the recording reference light by the light irradiation means;
The spatial phase modulation process on the diffracted light as the output light including the phase conjugate light generated by irradiating the hologram recording medium with the reproduction reference light as the predetermined reference light by the noise removing unit A noise removing step of removing a noise component from the diffracted light by performing the same phase modulation processing as
A reproduction step of outputting the light from which the noise component has been removed as reproduction light of information recorded on the hologram recording medium.
上記光照射手段により上記位相変調光を上記対象物としての観測試料に照射する光照射工程と、
上記ノイズ除去手段により上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光の複素振幅に対して、または、所定の参照光が照射された上記観測試料から出射される上記位相変調光の位相共役光を含む出射光に対して、上記空間位相変調処理と同一の位相変調処理を行うことで、上記出射光からノイズ成分を除去する処理を行うノイズ除去工程と、
上記位相変調光が照射された上記観測試料から出射される出射光を用いて、または、上記ノイズ成分を除去した光を用いて2次元情報を生成する処理を行う情報生成工程と、を含むことを特徴とする画像計測方法。 An image measurement method using the noise removal device according to any one of claims 7 to 9 ,
A light irradiation step of irradiating the observation sample as the object with the phase-modulated light by the light irradiation means;
The phase-modulated light emitted from the observation sample irradiated with the predetermined reference light with respect to the complex amplitude of the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light by the noise removing unit A noise removal step of performing a process of removing a noise component from the emitted light by performing the same phase modulation process as the spatial phase modulation process on the emitted light including the phase conjugate light;
An information generation step of performing processing for generating two-dimensional information using the emitted light emitted from the observation sample irradiated with the phase-modulated light or using the light from which the noise component has been removed. An image measurement method characterized by the above.
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