JPS5925429B2 - ホログラム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホログラム装置に関し、特に画像および音声の
パッケージシステムとして最適な光ビデイオ゜ディスク
装置、音声ファイ歩装置を提供することにある。

従来、画像および音のパッケージ・システムにはＶＴＲ
．ＥＶＲなどのテープ状の装置が広く用いられてきたが
、これに対して円板の面の凹凸で装置を構成するビデイ
オ・ディスクが注目されてきた。

周知の音のレコード板と同様、この種のディスク板はマ
スタからレプリカをとる操作が簡単なブレス作業で可能
なため、安価に多数の複製ディスクを作ることができる
点が大きな魅力であつた。ところでピイデオ・ディスク
は大別してビット・バイ・ビット方式とホログラフイ方
式とに分けられる。

前者はディスクのほ〜全面にわたつて画像、音声の情報
を時系列信号に展関してらせん状に記録する方法である
。この場合、単位信号の占めるディスク面上での面積は
１μｍ×．１μｍ程度と極度に小さくなり、如何にして
これを間違いなくトレースして信号を読みとり再生する
かＫ犬きな技術上の問題点であつた。いわゆるトラッキ
ングの問題である。これに対してホログラフィックなビ
デイオ・ディスクは、たとえば第１図のように１画面に
対応する情報を１個のホログラム１とし、該ホログラム
１を円板２の上に複数個螺旋状に配列し、円板２を回転
しながらレーザ光源３の出力であるレーザ光束４がホロ
グラム１をつぎつぎに照明する如く構成し、ホログラム
１からの再生像５を撮像管などの光検知器６でとらえて
テレビモニタ７で再生する構成を基本とする。このよう
な構成において、単位ホログラムの大きさは直径１闘の
程度でぁって、レーザ光束とホログラムの合せ精度の問
題は全くなく、装置を簡単にする方向で極めて好ましい
ものである。ところで、このようなディスク状ホログラ
ム装置における技術上の問題点は如何にして各１画面に
対応する音の信号をホログラム中に含ませるかであつて
、多くの方式が提案されているものの決め手を欠いてい
るのが実態である。

例えば、既提案の中のあるものは、画像のホログラムを
螺旋状に配列する場合、半径方向のホログラム列とホロ
グラム列の間にわずかな螺旋状の隙間を設け、ここに従
来の音のレコード溝を設けようという考えである。この
方式を第２図に示す。第２図で８で示した螺旋が音のレ
コード溝である。しかしこのような方式では円板面の大
部分の面積に画像情報が記録されている以上、普通のレ
コードと同じ程度の面積の円板では極く少量の音″唐報
が記録できるにすぎず、この点が大きな実用上の制約と
なる。本発明の目的は、上述した従来技術を改善しその
欠点を解消し、高品質の画像と音声を記録媒体上に長時
間分記録する新規なホログラフィック情報記録装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、高品質の画像
と音声を１枚の円板上に収め、かつ、必要に応じて任意
の画像と音声とをとり出して再生することを可能ならし
める新規なディスク状ホログラフィック情報記録再生装
置を提供するものである。

本発明の一実施例を示すと次の通りである。

すなわち、複数個のホログラムを同心円状もしくは螺旋
状に配列した円板または円筒状のホログラム記録媒体と
、発光源と、ホログラムの再生像を読み出す複数個の光
検知器とを備え、上記記録媒体を回転しつつ光源からの
光束光路を制御することによつて各ホログラムからの再
生像が上記複数個の光検知器上につぎつぎに結像するよ
うにし、しかも、上記記録媒体上の複数個のホログラム
の中の一部もしくは全部が、ほぼ長方形状をなし、その
長方形の長辺と短辺がそれぞれ回転面の軸を中心とする
放射方向とこれにほぼ直交する方向に配置されているこ
とを特徴とするホログラム装置である。上記の通り、本
発明は画像と音声を高密度を円板または円筒状のホログ
ラム記録媒体に記録し再生する場合に、その効果が顕著
に現われるが、本発明は音声だけの高密度記録再生にも
著しい効果をもたらすものであるので、以下では、まず
この音声だけの場合について記述し、その後、画像と音
声の両方を高密度に記録するにあたつて著しい飛躍をも
たらすことを説明する。

第３図は本発明の基本的な構成の説明図であつて、実質
的に長方形と見なしうるホログラム１が、その長辺を円
板２の半径方向に、短辺がそれとほぼ直交する方向に密
に配列されている。

各ホログラムはホログラムとほぼ同じ大きさの矩形のス
リット１２を介してレーザ光源３の出力レーザ光束４に
よつて照明されている。各ホログラムは円板２の回転に
よつてスリット１２を通過するが、その通過時間に相当
するある短かい時間相当分の音の情報をコード情報（た
とえばそれ自体周知のＰＣＭコード、ディジタル情報な
ど）として含んでいる。すなわち、各ホログラムは音声
信号を所定の周期でサンプリングした時の複数サンプリ
ング点のコード化情報からなり、これらコード化情報が
その長手方向と直角な方向に一次元的に配列されている
。なお、場合によつては各サンプリング点の抽出情報を
コード化することなくそのまＸホログラムとして記録す
るようにしてもよい。ホログラム１はレーザ光束４に照
明されることによりコード情報５を再生するが、そのコ
ード情報は光のオン・オフによつて示されており、その
読みとりは１６の光学系を介し、ホログラム再生像の長
手方向に一次元的に配列された光検知器６によつて行な
われ、情報処理プロセッサ１５を通り音の再生装置９か
ら聴覚にうつたえる状態となつて出力される。ホログラ
ム１の形状は正確に長方形である必要はないが、第４図
に示すょぅに惰円もしくはその変形であつても、これに
外接する長方形をもつて論じて一向に差し支えないので
、以下単にほぼ長方形として記述することにする。さて
本発明の大きな特徴の１つはこのホログラムの形状が円
や正方形でなく細長い長方形であることに基づいている
。第４図を参照するに、ホログラム１の短辺ａと長辺ｂ
の比ａ／ｂは小さいほどよく、その比は１／１０程度以
下に抑えるのが好ましい。後述するように、一例をあげ
ればａは１０μｍに、ｂは１００μｍに選定される。そ
してスリット１２を通過するレーザ光がこの単一のホロ
グラムを照明している時間が極めて短かくなるように長
辺ｂを円板の半径方向に、短辺をホログラムのレーザ光
束通過方向に向けて配置されているのがもう１つの特徴
である。元来、音の情報は時系列的なものであつて、時
々刻々の情報をそのまＸ処理する系によつて扱かうのが
最良であるが、完全に時系列化することは、その記録を
一次元的にらせんに沿つて行なうことと等価である。と
ころでこれでは先に述べたように、もし記録密度を光の
記録密度の極限まで高めればトラッキングの問題が生じ
、従来の音のレコードの記録方式では情報量に対する限
界が厳しい。そこで、本発明では例えばレコードの記録
溝幅程度（１００μｍ）に選定し、かつその溝幅の単位
長当りに光記録密度の極限の情報量をホログラフィック
に記録する。

ホログラフィックな情報記録方式の情報記録密度は通常
１０５ビット／ＭｌＬ程フ度であるので、１００μｍの
帯には１ｍＴ１Ｌ長当り１０４ビットの情報が入ること
になる。

１０４ビットの情報量はビデイオ・パッケージにおける
１フレーム分の音の情報量に等しい。

しかし本実施例ではこれをさらに１００分割し、長さ方
向を１０μｍずつに区分し、こＸにホログラムとして１
０２ビットの情報を記録している。つまり、第３図のコ
ード情報５のビット数がこれに対応する。このように情
報量を低減した第一の理由は、情報量を並列に処理しう
る光検知器の汎用品は１０２ビット程度に技術的に制約
されていることにある。第二の理由は、光束に空間的に
並列に情報を送り込むいわゆる空間変調素子の技術が現
状では未完成の域を出ず、事実上一次元のシャッタアレ
イ程度の動作で済ますためにも現実の問題としてはこの
程度に制約されることである。第三の理由は本来的なも
ので、光源の出力と、ホログラムの再生効率（ホログラ
ムに照射するレーザ光パワーとホログラムからの像再生
に役立つレーザ光パワーの比）が＝定値であるとすれば
、光検知器の１ビット当りに入射する光のパワーは１つ
のホログラムの有する情報量のビット数に逆比例するた
め、汎用の光検知器の使用を考える以上、情報量はある
値以下に抑えなければならないのである。しかも第５図
に示すようにホログラム１とホログラムを照明するレー
ザ光束４との相対運動はほぼ長方形のホログラムの長辺
を横切る方向であるので、ホログラムが記録されている
円板の回転やレーザ光の進路に多少の機械的振動やぶれ
が生じてもホログラムの全面からレーザ光束が外れるこ
とはまずなく、ホログラム記録の大きな特徴である冗長
性により多少のずれは再生される信号の明るさがやＸ減
少する程度でコード情報としての意味は全くそこなわれ
ることがないのである。

第３図の実施例ではこのようなホログラムが直径２５？
のディスク２上の直径２０？の円周の近傍に１００周ほ
どのらせんに配列されているが、これは音の再生時間に
して３５分間分である。つぎに上述したほＫ長方形の細
長いホログラムに並列のコード情報を書き込む方式の一
実施例を第６図に示す。

第６図で２０は電気光学的光シャッタアレイを示す。こ
れは光シャッタ２１のそれぞれほ〜長方形状の電気光学
結晶（たとえばモリブデン酸ガドリニウム）に透明電極
を付したものである。制御部１８からの電気信号によつ
てこのような装置が光をオン・オフに切換えうる原理は
すでに知られている。レーザ光源３から出たレーザ光束
４がこの電気光学的光シャッタアレイ２０を通過すると
き、制御部１８からの音声に対応したコードを表わす電
気信号により音のＰＣＭコード情報が付与され、光シャ
ッタ２１のそれぞれはコードが１、０のいずれかによつ
てオン・オフの状態となる。光シャッタ２１を通過した
光はレンズ２２によりホログラム記録用の記録材料２３
を塗布した円板２の上に集光される。こ匁にはレーザ光
束４の一部がビーム・スプリッタ２４によつて分割され
た参照光２５が重なり合うように指向せしめられており
、こＸにホログラム１が作成される。この際電気光学的
シャッタアレイ２０とレンズ２２の間隔と、レンズ２２
とホログラム記録用の記録材料２３の間隔がそれぞれレ
ンズの焦点距離ｆに等しく配置されており、ホログラム
内での情報の記録状態は電気光学的シャッタアレイ２０
を通過した光束の分布の２次元フーリエ変換となつてい
る。

レンズ１７は平行光束を得るためのものである。フーリ
エ変換によつて長方形状の図形を得る原図が、その長方
形と相似でかつ光軸に対して９０図傾いている図形であ
ることは知られており、本実施例において細長い長方形
のシャッタを用いているのはこのためである。細長いシ
ャッタアレイを用いて書き込んだ情報は再生時に細長い
光の像となるのは当然であるが、このことが本発明の効
果をさらにいちじるしくしている。つまり、光検知器と
してはたとえば１次元の固体光センサを用いるのである
が、再生像の位置と、固体センサの位置との合わせ方の
むずかしさは、光の像が細長い効果によつて大幅に緩和
されるのである。

第８図はこれを説明するための図で、シャッタアレイの
再生像４１が細長いため、固体光センサ４０と再生像４
１の上下方向の位置合せを厳密にする必要のないことを
示している。

本発明の第２実施例を第７図に示す。

第ｒ図においては円板２の上に配列されているホログラ
ムの中の一群がほ〜円形の形状をなし、他の一群がほ寸
長方形状をなし、これらのホログラム群がそれぞれらせ
ん状に、しかも半径方向に配列されているのが特徴であ
る。こＸで、ほＮ円形のホログラム１牡画像情報を含み
、ほ〜長方形のホログラム１は音の情報を含んでいる。
情報の読み出しはレーザ光源から出たレーザ光束４と４
′によつてそれぞれ行なわれ、ホログラム１の再生像５
は光検知器６でとらえられ、ホログラム１′ｆ）再生像
５″は光検知器６／でとらえられる。ホログラム１″は
一画面の情報を含み、ホログラム「はホログラム１の直
径とほＫ等しい長さに入つている一系列で一画面に必要
な音の情報を含んでいる。たとえばほ〜円形のホログラ
ム「の直径を１ｍｍ、第３図および第４図で説明したよ
うに、ほ寸長方形状のホログラム１の長辺ｂを１００μ
ｍ１短辺ａを１０μｍとすれば、１個のホログラム１′
の周辺には１００個のホログラム１が配置されているこ
とになる。わかり易くいえばこの１００個のホログラム
１が一画面の説明に必要な音の情報を含んでいるのであ
る。円板２が回転すると、レーザ光束４′をホログラム
「が横切る間に、レーザ光束４をホログラム１が１００
個横切ることになる。このことは画像情報が肉眼に対し
て静止もしくはゆつくりした動きであるのに対して音の
情報が聴覚に対して時時刻々早く変化すべきものである
という事実に対応しており、同時に画像と音の位相の対
応が明確であり、しかも音の情報が画像情報の他の画像
情報の境界のスペースを有効に活用することによつて総
合的に情報記録密度を低下させることがないことなどに
著るしい特徴を有する。第９図はこのような実施例に対
応した記録方式を説明する図である。

図中特に断らない限り記号の意味は第１図ないし、第８
図までの場合と同じである。図中３０はホログラムＶと
して記録すべき画像の原情報であつて、本実施例では写
真フィルムが用いられている。３１は画像情報から有効
情報分を丸穴でサンプリングするサンプリングメッシュ
、３２はそれ自体既に提案実施され、ホログラム作成に
いちじるしい効果を発揮することが知られているランダ
ム・フェーズ・シフタ、３３は画像原情報１フレーム分
を透過した光をたとえば直径１ｍ７１Ｌの円に集光する
レンズである。

画像の原情報３０とレンズ３３の間隔、およびレンズ３
３とホログラム記録材料２３の間隔はそれぞれレンズ３
３の焦点距離ｆ′となつているので、情報光は記録材料
面上で画像の原情報の２次元プーリ工変換となつている
。フーリエ変換によつて円形状の図形を得る原図が、同
じく円形であつことが知られており、このため画像の原
情報３０は丸穴の！Ｍ密な配列によつてなるサンプリン
グ・メッシュ３１で情報のサンプリングが行なわれてい
るのである。図中２５′はレーザ光束４の一部がビーム
・スプリッタ（図示せず）によつて分割された参照光で
あり、ホログラム記録材料面上で前記の情報光と重なり
合うよう指向せしめられている。こＸにホログラム１″
が形成される。本実施例において音の情報がコード化さ
れて細長い長方形のホログラム１として記録される経過
は第６図の場合と全く同じであるので説明は省略する。
本発明のさらに特徴ある実施例として第１０図を示す。

これはホログラムを配列する回転面として、円筒表面１
００を用い、円筒表面の回転速度方向にほ〜長方形のホ
ログラム１を配列したホログラム群１０１をさらに円筒
面上回転軸方向にＮ列配置したホログラム装置である。
これのホログラム情報の記録再生はこれまでの場合と同
じであるのでその詳細ほ省略する。本実施例のいちじる
しい特徴は次の２点にある。第１はＮ列のホログラム群
１０１のホログラムの数は全て等しくとれるので、ホロ
グラム群１０１をもつてある有意な一連の情報としてお
けば、Ｎ列のホログラム中のどの列を選定するかによつ
てアツト・ランダムに一連の情報をとりだすことができ
ることである。こうした使い方の典型的な応用としては
音声のファイルがある。たとえば円筒の回転数を２０秒
／回転としＮを１０００と定めれば、２０秒である意味
を有する情報を１０００種類ファイルしてアツト・ラン
ダムに必要な音声情報を再生して聴くことができるので
ある。第２は円筒面１００上のどの列を指定するかは外
部信号入力によつて決められるが、具体的には円筒の回
転軸方向にレーザ光源３と光検知器６を同じ速度で平行
移動する極めて簡単なメカニズムで達成できるので装置
は極めて安価にできあがることである。しかもアクセス
速度は１秒以下程度と高速にできるのである。本発明の
効果はホログラムの記録をプラスチックなどの誘電体材
料に凹凸の形状で行なう場合にいちじるしく高まるので
ある。たとえば第７図に示した画像、音声同時記録のビ
デイオ・ディスクの場合、円板全面にわたつてホログラ
ムが凹凸記フ録であれば、１枚のマスタから多数の複製
がブレス加工でできるのである。

このことの原理自体はたとえばセレクタ・ビジョンにお
いて知られていたが、音の情報の記録までも、同時に凹
凸ホログラムとして行なうことは従来には見られなかつ
た新しい提案であり、その効果は実用上極めて顕著なも
のがある。第１１図はこのようなホログラムの１つの断
面を拡大して示したもので、２３がその凹凸状態を表わ
している。本発明にはいくつかの変形が容易に行なわれ
得る。

ホログラムを記録する際の光シャッタ・アレイは必らず
しも一列に限定されない。二列、三列であつてもよい。
またホログラム記録材料は誘電体材料に限定されない。
それ自体周知の銀塩写真感光材料ダイクロメートゼラチ
ンなども用いることはできる。またホログラム再生用光
源はレーザが最も適当であるが、半導体エミッティング
・ダイオード、白色ランプなども限定的には使えるので
ある。更に、ホログラム記録媒体は円板や円筒に限定さ
れる必要もなく、また、場合によつては光源、光検知器
等のホログラム再生光学系を移動させ、記録媒体を固定
にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のホログラフィックなどビデイオ・ディス
クの構成を示す図である。 第２図は従来の音のレコード溝とホログラムをもつデイ
スタを示す図である。第３図は本発明の基本構成を示す
図である。第４図は本発明中のホログラムの形状を示す
図である。第５図は本発明中のホログラムとホログラム
を照明するレーザ光束との関係を示す。第６図は本発明
におけるほぼ長方形の細長いホログラムに並列のコード
情報を書き込む方式の実施例である。第Ｔ図は画像情報
と音声情報をディスク上に記録する本発明の第２の実施
例を示す図である。第８図は本発明中のホログラムから
の再生像と固体センサの位置関係を示す図である。第９
図は本発明中のホログラムの記録方式に関する図である
。第１０図は円筒にホログラムを書き込む本発明の第３
の実施例を示す図である。第１１図は本発明に関する凹
凸ホログラムの断面の拡大図である。１・・・・・・ホ
ログラム、２・・・・・・円板、３・・・・・・レーザ
光源、４・・・・・・レーザ光束、５・・・・・・再生
像、６・・・・・・光検知器、７・・・・・・テレビモ
ニタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホログラムがトラック上に複数個所定間隔に配列さ
   れている記録媒体と、該ホログラムから再生像を得るた
   めの再生系と、再生像を検知するための光検出器と、前
   記記録媒体と再生系とを相対的に上記トラック方向に移
   動せしめる手段とを有し、上記ホログラムの各々は、上
   記トラック方向に対して直角な方向に細長い形状を有す
   るものであり、かつ、細長い複数のビット像からなり、
   そのビット像の長手方向と直角な方向に一次元的に配列
   された像を再生するものであり、上記光検出器は、上記
   ホログラム再生ビット像の配列方向と同方向に一次元的
   に複数個配列された光センサからなることを特徴とする
   ホログラム装置。 ２ 特許請求の範囲第１項のホログラム装置において、
   前記各ホログラムは、時間的に変化する量を表わす信号
   を所定の周期でサンプリングして得たコード情報を前記
   ビット像として再生するものであり、前記再生系は、前
   記トラック上に配列したホログラムから該コード情報を
   順次再生するものであり、該光検出器は、さらに該順次
   再生されるコード情報から、上記時間的変化量信号を復
   調する手段を有することを特徴とするホログラム装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のホログラム装置におい
   て、記録媒体は円板状をなし、複数個の長細いホログラ
   ムがその長手方向を該円板の半径方向に合せて記録され
   ていることを特徴とするホログラム装置。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のホログラム装置におい
   て、記録媒体は円筒状をなしており、前記細長いホログ
   ラムの長手方向が円筒の回転方向とほぼ直角に配列され
   ていることを特徴とするホログラム装置。