JP2000284672A

JP2000284672A - 光記録方法および光記録装置

Info

Publication number: JP2000284672A
Application number: JP8764499A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Niitsu; 岳洋新津; Katsunori Kono; 克典河野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP4045390B2

Abstract

(57)【要約】【課題】データ情報を保持する物体光のフーリエ変換
像をホログラムとして記録する場合に、フーリエ変換像
の各次成分につき均一で十分な干渉効果が得られて、物
体光のデータ画像を良好に再生できるようにする。【解決手段】物体光のデータ画像をフーリエ変換し、
そのフーリエ変換像の０次光から例えば５次光までの成
分を、遮光体２０の光透過部２１を透過させて光記録媒
体に照射する。光透過部２１は、その全域で光透過率を
一定とする。空間的に一定強度の平行光を、中心部で透
過率が最大で、周辺にいくに従って透過率が小さくなる
空間透過率分布を有する強度変調フィルタ１７を透過さ
せ、その透過した光を、参照光として、遮光体２０の光
透過部２１を透過させて、または光透過部２１を介する
ことなく直接、光記録媒体の、フーリエ変換像の０〜５
次光が照射される領域に照射する。このとき、光記録媒
体上において、参照光の強度が最大の中心部がフーリエ
変換像の強度が最大の０次光と重なり合うようにする。
再生時には、記録時の参照光と同じ波面を有する読み出
し光を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、データ情報をホ
ログラムとして記録する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】次世代のコンピュータファイルメモリと
して、３次元的記録領域に由来する大容量性と２次元一
括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えたホログ
ラムメモリが注目されている。

【０００３】ホログラムメモリでは、同一体積内に多重
させて複数のデータページを記録することができ、かつ
各ページごとにデータを一括して読み出すことができ
る。アナログ画像ではなく、二値のデジタルデータ
「０，１」を「明、暗」としてデジタル画像化し、ホロ
グラムとして記録再生することによって、デジタルデー
タの記録再生も可能となる。最近では、このデジタルホ
ログラムメモリシステムの具体的な光学系や、体積多重
記録方式に基づくＳＮ比やビット誤り率の評価、または
２次元符号化についての提案がなされ、光学系の収差の
影響など、より光学的な観点からの研究も進展してい
る。

【０００４】図７に、文献「Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，Ｍ．
Ｌｅｖｅｎｅ，Ａ．Ｐｕ，Ｇ．Ｂａｒｂａｓｔａｔｈｉ
ｓａｎｄＫ．Ｃｕｒｔｉｓ；Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２
０（１９９５）７８２」に示された、体積多重記録方式
の一例であるシフト多重記録方式を示す。

【０００５】この文献に示されたシフト多重記録方式で
は、ホログラム記録媒体９１をディスク形状とし、空間
光変調器９２を介して得られた物体光９３を、レンズ９
４によってフーリエ変換して、ホログラム記録媒体９１
に照射すると同時に、対物レンズ９５を介して得られた
球面波の参照光９６を、ホログラム記録媒体９１に照射
して、ホログラム記録媒体９１の回転によって同じ領域
に複数のホログラムを重ね書きする。例えば、ビーム径
を１．５ｍｍφとすると、ホログラム記録媒体９１を数
十μｍ移動させるだけで、ほぼ同じ領域に別のホログラ
ムを、クロストークを生じることなく記録することがで
きる。これは、参照光９６が球面波であるため、ホログ
ラム記録媒体９１の移動によって参照光９６の角度が変
化したのと等価になることを利用したものである。

【０００６】この球面参照波シフト多重記録の移動距
離、すなわち互いのホログラムを独立に分離できる距離
δは、上記文献にも示されているように、 δspherical ＝δBragg ＋δNA ≒（λｚｏ／（Ｌｔａｎθｓ））＋λ／（２ＮＡ）…（１）で表される。ここで、λは物体光の波長、ｚｏは球面参
照波を形成する対物レンズと記録媒体との距離、Ｌは記
録媒体の膜厚、θｓは物体光と球面参照波の交差角、Ｎ
Ａは上記対物レンズの開口数である。

【０００７】この式（１）から、記録媒体の膜厚Ｌが大
きいほど、シフト量δが小さくなって、多重度を増すこ
とができ、記録容量を増大させることができる。さら
に、シフト多重記録で、より効果的に記録容量の増大を
図るには、記録領域を微小化すればよい。微小領域に多
重記録することによって、より高密度の体積多重記録を
実現することができる。

【０００８】そのため、ホログラムメモリシステムで
は、物体光をレンズによってフーリエ変換して記録媒体
に照射する。物体光の画像が細かいピッチ（高い空間周
波数）を有する場合、このとき、記録媒体面での物体光
の広がりζは、 ζ＝ｋλｆωｘ …（２）で表される。ｋは比例定数、λは物体光の波長、ｆはフ
ーリエ変換用のレンズの焦点距離、ωｘは物体光の空間
周波数である。したがって、フーリエ変換用のレンズと
して焦点距離ｆが小さいものを用いれば、記録領域の微
小化が可能である。

【０００９】さらに、記録媒体の前方にアパーチャーを
配して、フーリエ変換後の物体光の必要な空間周波数成
分のみを取り出して記録することによって、記録領域を
微小化することも考えられている。

【００１０】ホログラムとして記録するデータ画像を、
例えば、図１のような画像とする。図中の白い部分がデ
ータ“１”を表し、黒い部分がデータ“０”を表すよう
にすることによって、二値の２次元デジタルデータをペ
ージごとに記録することができる。ｄ×ｄの一画素の大
きさが、１ビットデータに対応する。

【００１１】このような画像の物体光を、レンズによっ
てフーリエ変換すると、変換後のフーリエ変換像は、図
２に示すように、０次光Ｆ０（ωｘ＝０，ωｙ＝０）を
中心に、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれにつき、１次光
Ｆ１、２次光Ｆ２、３次光Ｆ３…が、プラス方向および
マイナス方向に対称に広がったものになるとともに、そ
の光強度は、図２で強度の強い成分ほど大きな点として
示し、かつ図３の曲線Ｐ１で示すように、０次光Ｆ０が
著しく強く、高次になるほど弱くなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ホログラムは、記録媒
体中で物体光と参照光を干渉させることによって形成す
るもので、物体光と参照光の強度が等しいほど、干渉効
果が大きく、再生時の回折効率が高くなる。逆に、物体
光と参照光の強度が極端に異なるときには、干渉効果が
小さいため、再生時の回折効率が低くなる。

【００１３】そのため、図２および図３に示したように
各次の成分の強度が異なるフーリエ変換像をホログラム
として記録する場合には、各次の成分につき、均一で十
分な干渉効果が得られず、均一で十分な回折効率になら
ない。

【００１４】例えば、参照光を０次光Ｆ０と同じ強度に
した場合には、１次以降の成分、特に２次光Ｆ２、３次
光Ｆ３というような高次成分についての干渉効果が小さ
くなり、高次成分については回折効率が低下して、フー
リエ変換像は高次成分に輪郭情報を多く含んでいること
から、再生画像は、高次成分の再生が不十分な、輪郭が
ぼやけた画像になってしまう。

【００１５】逆に、例えば、参照光を３次光Ｆ３と同じ
強度にした場合には、０次光Ｆ０、１次光Ｆ１というよ
うな低次成分についての干渉効果が小さくなり、低次成
分については回折効率が低下して、フーリエ変換像は低
次成分に光量情報を多く含んでいることから、再生画像
は、低次成分の再生が不十分な、光量が不足した画像に
なってしまう。

【００１６】そのため、一般には、図３の直線Ｐ２で示
すように、参照光を０次光Ｆ０と高次光との間の中間的
な強度にする。しかし、このようにしても、各次の成分
につき、均一で十分な干渉効果は得られず、均一で十分
な回折効率にならない。

【００１７】そこで、この発明は、データ情報を保持す
る物体光のフーリエ変換像をホログラムとして記録する
場合に、フーリエ変換像の各次成分につき均一で十分な
干渉効果が得られて、物体光のデータ画像を良好に再生
することができるようにしたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の光記録方法で
は、データ情報を保持する物体光のフーリエ変換像と、
このフーリエ変換像の強度の強いところでは強度が強
く、強度の弱いところでは強度が弱い空間強度分布を有
する参照光とを、同時に光記録媒体に照射して、前記フ
ーリエ変換像をホログラムとして前記光記録媒体に記録
する。

【００１９】

【作用】上記の方法の、この発明の光記録方法では、フ
ーリエ変換像の強度の強い低次成分と干渉する参照光成
分は強度が強く、フーリエ変換像の強度の弱い高次成分
と干渉する参照光成分は強度が弱いので、フーリエ変換
像と参照光のいずれか一方の強度が弱い方が、他方の強
度が強い方に埋もれてしまうようなことがなく、フーリ
エ変換像の各次成分につき均一で十分な干渉効果が得ら
れて、物体光のデータ画像が良好に再生される。

【００２０】

【発明の実施の形態】〔光記録方法の一例〕データを高
密度に記録するには、図１のようなデータ画像の一画素
の面積を小さくして、すなわちｄの値を小さくして、１
ページ内に、より多くのビットデータを詰め込むことが
望ましい。これによって、高密度の記録に加えて、高速
の記録再生を実現することができる。

【００２１】しかし、データ画像のｘ，ｙ軸方向の空間
周波数ωｘ，ωｙは、１／ｄに比例するので、このよう
に一画素の面積を小さくすると、空間周波数ωｘ，ωｙ
が大きくなって、光記録媒体上で、物体光としてのデー
タ画像のフーリエ変換像が、式（２）に従って広がって
しまう。

【００２２】そこで、一部に光透過部を形成した遮光体
を光記録媒体の前方に配置し、データ画像のフーリエ変
換像を、その光透過部を透過させて光記録媒体に照射す
ることによって、光記録媒体上の記録領域を微小化する
ことが望ましい。

【００２３】記録する画像（物体光）は、アナログ画像
ではなく、二値のデータ画像であるので、フーリエ変換
像として、空間周波数ωｘ，ωｙが無限大の成分まで記
録する必要はなく、３〜５次程度の高次成分まで記録す
れば十分である。

【００２４】そこで、以下に示す、この発明の光記録方
法の一例では、フーリエ変換像の０次光から５次光まで
の成分のみを、ホログラムとして光記録媒体に記録す
る。

【００２５】図４は、この発明の光記録方法の一例を示
す。この方法では、同図（Ａ）に示すような光透過部２
１を形成した遮光体２０を光記録媒体の前方に配置し、
図２に示したようなフーリエ変換像の０次光から５次光
までの成分を、光透過部２１を透過させて光記録媒体に
照射する。光透過部２１は、その全域で光透過率を一定
とする。

【００２６】一方、同図（Ｂ）に示すような、光透過部
２１に相当する円内において、中心部で透過率が最大
で、周辺にいくに従って透過率が小さくなる空間透過率
分布を有する強度変調フィルタ１７を、空間的に一定強
度の平行光の光路上に配置し、その一定強度の平行光
を、強度変調フィルタ１７を透過させて、その透過した
光を、参照光として、光記録媒体の、フーリエ変換像の
０次光から５次光までの成分が照射される領域に照射す
る。

【００２７】この場合、強度変調フィルタ１７を透過し
た参照光は、フーリエ変換像と同様に遮光体２０の光透
過部２１を透過させて光記録媒体に照射し、または光透
過部２１を介することなく直接、光記録媒体に照射す
る。ただし、いずれの場合にも、光記録媒体上におい
て、参照光の強度が最大の中心部がフーリエ変換像の強
度が最大の０次光と重なり合うようにする。

【００２８】これによれば、光記録媒体に照射される参
照光は、図４（Ｃ）の破線Ｐ３で示すように、実線Ｐ１
で示すフーリエ変換像の空間強度分布と同様の空間強度
分布を有するものとなり、すなわち、フーリエ変換像の
強度の強い成分に対しては強度が強く、フーリエ変換像
の強度の弱い成分に対しては強度が弱いものとなる。

【００２９】したがって、フーリエ変換像と参照光のい
ずれか一方の強度が弱い方が、他方の強度が強い方に埋
もれてしまうようなことがなく、フーリエ変換像の各次
成分につき均一で十分な干渉効果が得られて、物体光の
データ画像を良好に再生することができる。

【００３０】〔光記録装置の一例〕図５は、この発明の
光記録装置の一例を示し、光再生装置を兼ねる場合であ
る。

【００３１】光源６からのコヒーレント光を、ビームス
プリッタ１２で２つの光に分け、記録時にはシャッタ１
５を開けて、ビームスプリッタ１２を透過した光を、レ
ンズ１０ａ，１０ｂで口径の広い平行光にして、空間光
変調器４に入射させる。

【００３２】図では省略したコンピュータによって、空
間光変調器４には、図１に示したような二値の２次元デ
ジタルデータ画像を表示する。これによって、空間光変
調器４を通過した光は、デジタルデータ画像の各画素の
値に応じて強度変調されて、デジタルデータ画像の情報
を有する物体光１となる。

【００３３】この物体光１を、レンズ７によってフーリ
エ変換し、その変換後の図２に示したようなフーリエ変
換像１ｆの０次光から５次光までの成分を、図４（Ａ）
に示した遮光体２０の光透過部２１を透過させて、光記
録媒体５に照射する。

【００３４】同時に、ビームスプリッタ１２で反射した
光を、ミラー１３および１４で反射させた後、図４
（Ｂ）に示した強度変調フィルタ１７を透過させて、上
述したようにフーリエ変換像１ｆの空間強度分布に対応
する空間強度分布を有する参照光２を得、その参照光２
を、遮光体２０の光透過部２１を透過させて、光記録媒
体５のフーリエ変換像１ｆの０次光から５次光までの成
分が照射される領域に照射する。

【００３５】これによって、光記録媒体５中で、フーリ
エ変換像１ｆの０次光から５次光までの成分と、その空
間強度分布に対応する空間強度分布を有する参照光２と
が干渉して、光記録媒体５中にフーリエ変換ホログラム
が記録される。この場合、駆動手段４０によって光記録
媒体５を所定のシフト方向に移動させて、ホログラムを
シフト多重記録する。

【００３６】再生時には、シャッタ１５を閉じて物体光
１を遮断し、強度変調フィルタ１７を透過させた、記録
時の参照光２と同じ光を読み出し光として、遮光体２０
の光透過部２１を透過させて、光記録媒体５のホログラ
ムが記録されている領域に照射する。照射された読み出
し光２は、ホログラムによって回折される。

【００３７】その回折光３を、レンズ８によって逆フー
リエ変換して、ＣＣＤなどの光検出器９上に結像させ、
データ情報を読み取る。

【００３８】〔実験による検証〕上述した方法および装
置で、実際にデータ情報の記録再生を試みた。光記録媒
体５としては、ホログラムを記録できるものであれば、
どのようなものでもよいが、ここでは、図６に示す化学
式で表される、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリ
エステルを用いた。この材料は、特願平１０−３２８３
４号に詳細に記載されているように、側鎖のシアノアゾ
ベンゼンの光異性化による光誘起異方性によって、ホロ
グラムの記録、再生および消去が可能である。

【００３９】光源６には、光記録媒体５としての、側鎖
にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルに感度のあ
るアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを使用し
た。

【００４０】空間光変調器４には、一画素の大きさが４
２μｍ×４２μｍで６４０×４８０画素のプロジェクタ
用液晶パネル１．３型を用いた。一画素を１ビットとし
て、図１のように二値化されたパターンをコンピュータ
で作成して、空間光変調器４に入力した。したがって、
物体光１のデータ画像は、ｄ＝４２μｍのピッチに対応
する空間周波数成分を有することになる。物体光１をフ
ーリエ変換するレンズ７としては、焦点距離ｆが５５ｍ
ｍのものを用いた。

【００４１】強度変調フィルタ１７としても、空間光変
調器４と同じ液晶パネルを用いた。あらかじめ、ＣＣＤ
カメラで光記録媒体５上の位置でのフーリエ変換像の空
間強度分布を測定して、空間強度分布データを得た。

【００４２】まず、比較のために、従来の方法でホログ
ラムを記録した。上記のあらかじめ得た空間強度分布デ
ータから、０次光、２次光および５次光の強度を検出
し、これらと同じ強度の参照光によってホログラムを記
録した。

【００４３】最初に、０次光と同じ強度の参照光を照射
してホログラムを記録した後、物体光を遮断して参照光
と同じ読み出し光を照射し、得られた回折光からデータ
画像を再生したところ、明度は高いが、輪郭がぼやけた
再生画像が得られた。次に、５次光と同じ強度の参照光
を照射してホログラムを記録した後、物体光を遮断して
参照光と同じ読み出し光を照射し、得られた回折光から
データ画像を再生したところ、輪郭ははっきりしている
が、明度の低い再生画像が得られた。これらの結果か
ら、参照光が０次光と同じ強度の場合には、高次成分が
十分に再生されず、逆に参照光が５次光と同じ強度の場
合には、低次成分が十分に再生されないことが確認され
た。

【００４４】さらに、２次光と同じ強度の参照光を照射
してホログラムを記録した後、物体光を遮断して参照光
と同じ読み出し光を照射し、得られた回折光からデータ
画像を再生したところ、明度は落ちるものの、輪郭のぼ
やけが少し改善された。従来の方法は、このように再生
画像を確認しながら参照光の強度を変えて、最も好まし
い再生画像が得られる参照光の強度を選択するものであ
る。

【００４５】次に、この発明の方法でホログラムを記録
した。まず、上記のあらかじめ得た空間強度分布データ
をもとにコンピュータで強度変調データを作成して、強
度変調フィルタ１７を形成する液晶パネルに表示した。

【００４６】次に、再び光記録媒体５上の位置にＣＣＤ
カメラを配置して、強度変調フィルタ１７を透過した参
照光の空間強度分布を測定し、参照光の空間強度分布が
フーリエ変換像の空間強度分布と同じになるように強度
変調データを調整した。調整後、強度変調フィルタ１７
を透過した参照光によってホログラムを記録した。その
後、物体光を遮断して参照光と同じ読み出し光を照射
し、得られた回折光からデータ画像を再生したところ、
明度が高く、かつ輪郭がはっきりした再生画像が得ら
れ、この発明の方法の効果が確認された。

【００４７】〔他の例〕物体光のデータ画像をレンズに
よってフーリエ変換する代わりに、データ情報からコン
ピュータによってフーリエ変換像のデータを得、それに
よって空間光変調器にフーリエ変換像を表示して、光記
録媒体にフーリエ変換像を照射するようにしてもよい。

【００４８】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、フ
ーリエ変換像の各次成分につき均一で十分な干渉効果が
得られて、物体光のデータ画像を良好に再生することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】物体光の一例を示す図である。

【図２】フーリエ変換像の一例を示す図である。

【図３】フーリエ変換像の光強度分布を示す図である。

【図４】この発明の光記録方法の一例を示す図である。

【図５】この発明の光記録装置の一例を示す図である。

【図６】光記録媒体の材料の一例の化学式を示す図であ
る。

【図７】シフト多重記録方式を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…物体光１ｆ…フーリエ変換像２…参照光（読み出し光）３…回折光４…空間光変調器５…光記録媒体６…光源７…フーリエ変換用レンズ８…逆フーリエ変換用レンズ９…光検出器１２…ビームスプリッタ１５…シャッタ１７…強度変調フィルタ２０…遮光体２１…光透過部４０…駆動手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2K008 AA04 BB04 EE01 FF07 FF21 HH26 5D090 AA01 BB16 BB18 CC01 DD03 DD05 FF42 FF50

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データ情報を保持する物体光のフーリエ変
換像と、このフーリエ変換像の強度の強いところでは強
度が強く、強度の弱いところでは強度が弱い空間強度分
布を有する参照光とを、同時に光記録媒体に照射して、
前記フーリエ変換像をホログラムとして前記光記録媒体
に記録する光記録方法。
【請求項２】請求項１の光記録方法において、前記参照光は、空間的に一定強度の平行光を、前記フー
リエ変換像の空間強度分布に応じた空間透過率分布を有
する強度変調フィルタを透過させることによって得るこ
とを特徴とする光記録方法。
【請求項３】請求項１または２の光記録方法において、前記物体光は、前記データ情報に応じて強度が二値化さ
れた画像とすることを特徴とする光記録方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの光記録方法にお
いて、前記物体光をレンズによってフーリエ変換して前記フー
リエ変換像を得ることを特徴とする光記録方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの光記録方法にお
いて、前記光記録媒体の前方に、一部に光透過部を形成した遮
光体を配置し、前記フーリエ変換像の０次から所定次ま
での成分を、前記光透過部を透過させて前記光記録媒体
に照射することを特徴とする光記録方法。
【請求項６】コヒーレント光を発する光源と、データ情報に応じて前記光源からの光を変調して、その
波面により前記データ情報を保持する物体光を得る空間
光変調器と、前記物体光をフーリエ変換して、そのフーリエ変換像を
光記録媒体に照射する結像光学系と、前記光源からの光から参照光を得て、前記光記録媒体に
照射する参照光光学系と、前記参照光を、前記フーリエ変換像の強度の強いところ
では強度が強く、強度の弱いところでは強度が弱い空間
強度分布を有するものとする強度変調フィルタと、を備える光記録装置。
【請求項７】請求項６の光記録装置において、前記空間光変調器は、前記物体光として、前記データ情
報に応じて強度が二値化された画像を生成することを特
徴とする光記録装置。
【請求項８】データ情報を保持する物体光のフーリエ変
換像と、このフーリエ変換像の強度の強いところでは強
度が強く、強度の弱いところでは強度が弱い空間強度分
布を有する参照光とが、同時に照射されて、前記フーリ
エ変換像がホログラムとして記録された光記録媒体に、
前記参照光と同じ波面を有する読み出し光を照射して、
前記ホログラムを回折光として再生する光再生方法。
【請求項９】請求項８の光再生方法において、前記回折光を逆フーリエ変換して、前記データ情報を読
み取ることを特徴とする光再生方法。