(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元デジタルデータ画像の信号光のフーリエ変換像を、ホログラムとして光記録媒体にシフト多重記録する光記録方法であって、
前記光記録媒体上で後のフーリエ変換像の成分が前のフーリエ変換像の成分の隙間を埋めるように、前記フーリエ変換像の０次光成分と各１次光成分とを結ぶ複数の直線を、それぞれシフト多重記録の進行方向に対して傾けて、前記フーリエ変換像を前記光記録媒体にシフト多重記録することを特徴とする光記録方法。
【請求項２】
請求項１の光記録方法において、
前記０次光成分および前記各１次光成分の前記シフト多重記録の進行方向に対する正射影ポイントの隣接する２つのポイント間の距離のうちの最小の距離が最も大きくなるように、前記複数の直線を前記シフト多重記録の進行方向に対して傾けることを特徴とする光記録方法。
【請求項３】
請求項１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を前記光透過部を透過させて前記光記録媒体に照射して、前記光記録媒体に所定の形状および大きさのホログラムを記録することを特徴とする光記録方法。
【請求項４】
請求項１の光記録方法において、
前記フーリエ変換像の、互いに直交する軸によって区画される４つの象限のうちの、軸上の成分を含む１象限の成分のみを、前記光記録媒体に記録することを特徴とする光記録方法。
【請求項５】
コヒーレント光を発する光源と、
２次元デジタルデータ情報に応じて前記光源からの光を変調して、２次元デジタルデータ画像の信号光を得る空間光変調器と、
前記信号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、
前記光記録媒体上で後のフーリエ変換像の成分が前のフーリエ変換像の成分の隙間を埋めるように、前記フーリエ変換像の０次光成分と各１次光成分とを結ぶ複数の直線を、それぞれシフト多重記録の進行方向に対して傾けて、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シフト多重記録するように前記光記録媒体を移動させる駆動手段と、
を備える光記録装置。
【請求項６】
請求項５の光記録装置において、
前記０次光成分および前記各１次光成分の前記シフト多重記録の進行方向に対する正射影ポイントの隣接する２つのポイント間の距離のうちの最小の距離が最も大きくなるように、前記複数の直線を前記シフト多重記録の進行方向に対して傾けることを特徴とする光記録装置。
【請求項７】
請求項５の光記録装置において、
一部に光透過部が形成されて前記光記録媒体の前方に配置され、その光透過部を透過させて前記フーリエ変換像および前記参照光を前記光記録媒体に照射させる遮光体を備えることを特徴とする光記録装置。
【請求項８】
請求項５の光記録装置において、
前記フーリエ変換像の、互いに直交する軸によって区画される４つの象限のうちの、軸上の成分を含む１象限の成分のみを、前記光記録媒体に記録することを特徴とする光記録装置。
【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シフト多重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。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。
【０００３】
図８に、文献「Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，Ｍ．Ｌｅｖｅｎｅ，Ａ．Ｐｕ，Ｇ．Ｂａｒｂａｓｔａｔｈｉｓ  ａｎｄ  Ｋ．Ｃｕｒｔｉｓ；ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．７（１９９５）ｐ７８２」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。
【０００４】
シフト多重記録方式では、信号光３１と同時にホログラム記録媒体３５に照射する参照光３２として球面波を用いるとともに、ホログラム記録媒体３５をディスク形状とし、ディスク３５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、ディスク３５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３２が球面波であるため、ディスク３５の移動によって参照光３２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。
【０００５】
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は信号光の波長、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は信号光と球面参照波の交差角、ＮＡは上記対物レンズの開口数である。
【０００６】
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。
【０００７】
上記の目的のために、ホログラムメモリシステムでは、信号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。信号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、記録媒体面での信号光の広がりζは、
ζ＝ｋλｆωｘ  …（２）
で表される。ここで、ｋは比例定数、λは信号光の波長、ｆはフーリエ変換用のレンズの焦点距離、ωｘは信号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。
【０００８】
さらに、記録媒体の前方にアパーチャーを配することによって、記録領域を微小化することが考えられている。例えば、特開昭５５−４１４８０号には、図９に示すように、中心に向かうに従って光の透過率が緩やかに増加する円形アパーチャー３８を有するアパーチャーボード３９を、記録媒体の前方に配置することによって、信号光および参照光の無用な広がりを制限し、記録領域を微小化することが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法でも、高密度化のために信号光の画像を細かくすると、空間周波数ωｘが大きくなることにより、式（２）に従ってフーリエ変換像が広がってしまうため、それに応じてアパーチャー径を大きくせざるを得ず、実際上は、必ずしも十分な高密度化を期待することはできない。
【００１０】
さらに、より問題とすべきは、シフト多重記録方式では、以下に示すように、先に書き込まれたデータが後で重ね書きしたデータによって徐々に劣化し、シフト量を小さくして記録密度を高くすると、それが、より顕著になることである。
【００１１】
ホログラムとして記録するデータページを、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。
【００１２】
このようなデジタルホログラムメモリでは、記録密度を向上させるために、またはホログラムにシフトインバリアントな特性を持たせるために、上述したように、レンズによってデータ画像（信号光）のフラウンフォーファ回折像（フーリエ変換像）を記録する。これは、図１に示したようなデータ画像の振幅分布のフーリエ変換に比例することから、フーリエ変換ホログラムと呼ばれる。図２に、図１のデータ画像のフーリエ変換像を示す。これは、上記の式（２）から求めることができる。
【００１３】
デジタルデータを高密度に記録するには、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れる。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。
【００１４】
しかし、一画素の面積を小さくすると、記録媒体上で、データ画像（信号光）のフーリエ変換像が、式（２）に従って広がってしまう。これは、上述したように、信号光の画像が細かくなると、１／ｄに比例する空間周波数ωｘが大きくなることによる。
【００１５】
これを回避する方法としては、信号光の波長λを小さくする方法、または焦点距離ｆの短いレンズを用いて信号光のフーリエ変換像を形成する方法などが考えられる。しかしながら、光源の波長λを短くし、またはレンズの焦点距離ｆを短くすることによって、フーリエ変換像を小さくしても、原理的にフーリエ変換像は、その焦点面で無限の広がりを有するため、記録領域の微小化には十分でない。
【００１６】
図２に示したフーリエ変換像のｘ軸方向の広がりは、図１に示したデータ画像のｘ軸方向の空間周波数ωｘに対応し、ｘ軸方向についてみると、フーリエ変換像は、０次光（ωｘ＝０）Ｆ０を中心にプラス方向およびマイナス方向に対称に広がっている。ｙ軸方向についても、同様である。このように空間周波数はプラスとマイナスの値を有するが、信号光のデータ画像を記録再生するには、いずれか一方の符号成分があればよい。
【００１７】
さらに、記録する画像（信号光）は、アナログ画像ではなく、二値のデジタルデータ画像であるので、空間周波数ωｘ，ωｙが無限大の成分まで取り出して記録する必要はなく、デジタルデータ画像の一画素程度を周期とする空間周波数の成分が記録されれば十分である。
【００１８】
そこで、図３に示すような光透過部２１を形成した遮光体を光記録媒体の前方に配置し、その光透過部２１を透過させて、フーリエ変換後の信号光と参照光とを光記録媒体に照射することによって、記録領域を微小化して、フーリエ変換ホログラムをシフト多重記録することが考えられる。
【００１９】
この場合、光記録媒体を図の左方向に移動させ、図の右方向をシフト方向（シフト多重記録の進行方向）とするとして、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に一致させ、光透過部２１は、例えばフーリエ変換像の０次光Ｆ０および全ての方向の１次光Ｆ１を透過させるものとする。
【００２０】
したがって、光透過部２１内の黒く塗り潰したフーリエ変換像は、最初に記録する（記録した）データ、グレーで薄く塗り潰したフーリエ変換像は、次に記録する（記録した）データ、塗り潰さないで破線で０次光Ｆ０のみを示したフーリエ変換像は、その次に記録する（記録した）データである。
【００２１】
これから明らかなように、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に一致させてシフト多重記録すると、光記録媒体上で、前後のフーリエ変換像の成分の重なりを生じやすく、その一方で、フーリエ変換像の成分が書き込まれる領域と、書き込まれない領域との、むらが生じやすくなる。
【００２２】
そして、このように局部的に前後のフーリエ変換像が重なると、先に書き込まれたデータが後で重ね書きしたデータによって徐々に劣化して、先に書き込まれたデータのＳＮ比が低下し、しかも、シフト量δを小さくして多重度を大きくするほど、データの劣化ないしＳＮ比の低下が顕著になって、場合によってはデータの欠落を生じる。
【００２３】
そのため、光透過部２１によって記録領域を微小化しても、シフト量δを図示する量より大きくして、多重度を小さくせざるを得ず、結果的に高密度のシフト多重記録を実現することができない。
【００２４】
そこで、この発明は、データ情報をホログラムとしてシフト多重記録する方法において、シフト多重記録によるデータの劣化を軽減することができ、記録密度を向上させることができるようにしたものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明の光記録方法は、
２次元デジタルデータ画像の信号光のフーリエ変換像を、ホログラムとして光記録媒体にシフト多重記録する光記録方法であって、
前記光記録媒体上で後のフーリエ変換像の成分が前のフーリエ変換像の成分の隙間を埋めるように、前記フーリエ変換像の０次光成分と各１次光成分とを結ぶ複数の直線を、それぞれシフト多重記録の進行方向に対して傾けて、前記フーリエ変換像を前記光記録媒体にシフト多重記録することを特徴とする。
【００２６】
【作用】
上記の方法による、この発明の光記録方法では、光記録媒体上で、先に書き込まれたデータのフーリエ変換像の成分の隙間を埋めるように、後のデータのフーリエ変換像の成分が書き込まれるようになり、前後のフーリエ変換像の局部的な重なりが少なくなる。したがって、先に書き込まれたデータの、後で重ね書きしたデータによる劣化が少なくなり、シフト量を小さくして多重度を大きくしても、データを高ＳＮ比で読み取ることができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔光記録方法の実施形態〕
図４は、この発明の光記録方法の一例を示す。
【００２８】
光記録媒体を図の左方向に移動させ、図の右方向をシフト方向（シフト多重記録の進行方向）とするとして、この発明では、図示するように、光記録媒体上でフーリエ変換像のωｘ軸（またはωｙ軸）をシフト方向に対して所定角度θで傾ける。角度θは、４５°にすると、フーリエ変換像のωｘ軸とωｙ軸の間の軸がシフト方向に一致するので、０°＜θ＜４５°の範囲で、後述のように設定する。
【００２９】
さらに、この例では、円形の光透過部２１を形成した遮光体を光記録媒体の前方に配置し、フーリエ変換像の０次光Ｆ０および全ての方向の１次光Ｆ１からなる９個の成分を、その光透過部２１を透過させて光記録媒体に記録する。
【００３０】
したがって、光透過部２１内の黒く塗り潰したフーリエ変換像は、最初に記録する（記録した）データ、グレーで薄く塗り潰したフーリエ変換像は、次に記録する（記録した）データ、塗り潰さないで実線で０次光Ｆ０のみを示したフーリエ変換像は、その次に記録する（記録した）データである。
【００３１】
フーリエ変換像の光記録媒体に記録される９個の成分（ドット）の中心の、シフト方向に対する正射影ポイントａ１，ａ２，‥‥ａ９の位置および間隔は、角度θに応じて変化するが、図示するように、その正射影ポイントａ１〜ａ９が互いに重ならないように、角度θを設定する。
【００３２】
より具体的には、正射影ポイントａ１〜ａ９の隣接する２つのポイント間の距離ａ１〜ａ２，ａ２〜ａ３，‥‥ａ８〜ａ９のうちの最小の距離が最も大きくなるように、角度θを設定する。これによって、シフト多重記録した場合の隣接するフーリエ変換像の成分の重なりが最も少なくなる。
【００３３】
このようにフーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に対して所定角度θで傾けることによって、図示するように、光記録媒体上で、先に書き込まれたデータのフーリエ変換像の成分の隙間を埋めるように、後のデータのフーリエ変換像の成分が書き込まれるようになり、前後のフーリエ変換像の局部的な重なりが少なくなる。したがって、先に書き込まれたデータの、後で重ね書きしたデータによる劣化が少なくなり、シフト量δを小さくして多重度を大きくしても、データを高ＳＮ比で読み取ることができるようになる。
【００３４】
なお、フーリエ変換像の個々のドット（成分）の大きさは、書き込みエネルギーによって変化する。したがって、書き込みエネルギーが小さく、個々のドットが小さい場合には、それぞれのドットの中心のシフト方向に対する正射影ポイントａ１〜ａ９が互いに重ならない範囲で、角度θを自由に設定することができる。
【００３５】
図５は、この発明の光記録方法の他の例を示す。この例においても、光記録媒体上でフーリエ変換像のωｘ軸（またはωｙ軸）をシフト方向に対して所定角度θで傾けるが、この例では、遮光体の光透過部２１をシフト方向に対して傾いた矩形のものとし、フーリエ変換像のωｘ軸およびωｙ軸によって区画される４つの象限のうちの、ωｘ軸上およびωｙ軸上を含む１象限の、３次までの１０個の成分を、その光透過部２１を透過させて光記録媒体に記録する。
【００３６】
したがって、黒く塗り潰したフーリエ変換像は、最初に記録する（記録した）データ、グレーで薄く塗り潰したフーリエ変換像は、次に記録する（記録した）データ、塗り潰さないで実線で０次光Ｆ０のみを示したフーリエ変換像は、その次に記録する（記録した）データである。
【００３７】
この場合も、フーリエ変換像の光記録媒体に記録される１０個の成分（ドット）の中心の、シフト方向に対する正射影ポイントａ１，ａ２，‥‥ａ１０が互いに重ならないように、より具体的には、正射影ポイントａ１〜ａ１０の隣接する２つのポイント間の距離ａ１〜ａ２，ａ２〜ａ３，‥‥ａ９〜ａ１０のうちの最小の距離が最も大きくなるように、角度θを設定する。
【００３８】
図４の例のように、フーリエ変換像の全ての方向の成分を記録する場合に、２次光、３次光というような高次の成分まで記録すると、記録される各成分の中心のシフト方向に対する正射影ポイントが互いに重ならないようにすることが困難になるとともに、記録領域が大きくなる。
【００３９】
これに対して、図５の例のように、フーリエ変換像のωｘ軸上およびωｙ軸上の成分を含む１象限の成分のみを記録する場合には、２次光、３次光というような高次の成分まで記録するときでも、記録される各成分の中心のシフト方向に対する正射影ポイントが互いに重ならないようにすることができるとともに、記録領域が大きくならない。
【００４０】
〔光記録装置の実施形態と光再生方法〕
図６は、この発明の光記録装置の一実施形態を示し、光再生装置を兼ねる場合である。上述した遮光体２０は、光記録媒体５の前方に配置する。
【００４１】
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１５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。
【００４２】
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信号光１となる。
【００４３】
この信号光１を、レンズ７によってフーリエ変換し、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。同時に、ビームスプリッタ１２で反射した光を、参照光２として、ミラー１３および１４で反射させ、遮光体２０の光透過部２１を透過させて、光記録媒体５のフーリエ変換後の信号光１が照射される領域に照射する。
【００４４】
これによって、光記録媒体５中でフーリエ変換後の信号光１と参照光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。
【００４５】
読み出し時には、シャッタ１５を閉じて信号光１を遮断し、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た領域に照射する。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。
【００４６】
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、信号光１のデータ情報を読み取る。
【００４７】
〔実施例〕
上述した方法で、実際に記録再生を試みた。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７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１０−３２８３４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（光誘起複屈折性、光誘起２色性）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。実際には、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルの膜厚５０μｍの薄膜を用いた。
【００４８】
データ情報の記録には、図６に示した光記録装置を用いた。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。
【００４９】
空間光変調器４には、一画素の大きさが４２μｍ×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に示したチェスボード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、信号光１のデータ画像は、ｄ＝４２μｍのピッチに対応した空間周波数成分を有することになる。
【００５０】
信号光１をフーリエ変換するレンズ７としては、焦点距離ｆが５５ｍｍのものを用いた。遮光体２０としては、図４に示したように光透過部２１が円形で、その直径が２ｍｍのものを用いた。
【００５１】
シフト多重は、駆動手段４０によって光記録媒体５を一方向に移動させることによって行い、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に対して２２．５°傾け、フーリエ変換像と光透過部２１とを図４に示したような位置関係とした。比較のために、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に一致させ、フーリエ変換像と光透過部２１とを図３に示したような位置関係にした記録も行った。
【００５２】
図６に示した光再生装置によって、上記のように記録したホログラムからデータを読み出すことを試みた。光源６には、記録時と同じアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを用いた。シャッタ１５を閉じて信号光１を遮断し、記録時の参照光２と同じ光を読み出し光として光記録媒体５に照射した。
【００５３】
その結果、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に一致させてシフト多重記録した場合には、シフト量が１００μｍまでは、回折光３として信号光１と同じチェスボードパターンが再生されたが、シフト量を１００μｍより小さくしたときには、チェスボードパターンが再生されなかった。これに対して、フーリエ変換像のωｘ軸をシフト方向に対して２２．５°傾けてシフト多重記録した場合には、シフト量を７０μｍまで小さくしても、鮮明なチェスボードパターンが再生された。この結果からも、フーリエ変換像の軸をシフト方向に対して傾けた方が高密度に記録できることがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
上述したように、この発明の光記録方法および光記録装置によれば、シフト多重記録によるデータの劣化を軽減することができ、記録密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光記録方法で記録する信号光の一例を示す図である。
【図２】図１の信号光のフーリエ変換像を示す図である。
【図３】シフト多重記録方法の考えられる例を示す図である。
【図４】この発明の光記録方法の一例を示す図である。
【図５】この発明の光記録方法の他の例を示す図である。
【図６】この発明の光記録方法および光記録装置の一実施形態を示す図である。
【図７】この発明の光記録方法で用いる光記録媒体の材料の一例の化学式を示す図である。
【図８】シフト多重記録方式を説明するための図である。
【図９】従来の光記録方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１…信号光
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
９…光検出器
１２…ビームスプリッタ
１５…シャッタ
２０…遮光体
２１…光透過部
４０…駆動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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