(57)【要約】【課題】暗号化機能を有するホログラム記録装置および再生装置を提供する。【解決手段】記録データに応じた記録データ信号光パターンを信号光空間光変調部４６に表示しながら記録データ信号光パターンに対応して特定される記録データ参照光パターンを参照光空間光変調部４７に表示して記録層の所定領域に記録データホログラムを形成するとともに、記録データホログラムを暗号化するための信号光パターンである暗号用信号光パターンを信号光空間光変調部４６に表示しながら暗号用信号光パターンに対応して特定される暗号用参照光パターンを参照光空間光変調部４７に表示して記録層の所定領域と同一領域に暗号用ホログラムを形成する。このようにしてホログラム媒体の記録層の同一領域に記録データホログラムと暗号用ホログラムとが多重書きされ、記録時に用いた参照光を用いなければ再生ができない。【選択図】図４
2007273068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
前記信号光を発生させるための信号光パターンを表示する信号光空間光変調部と、
前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、
前記信号光空間光変調部および前記参照光空間光変調部に表示する信号光パターンの態様および参照光パターンの態様を制御する制御部と、
を備え、
前記記録データに応じた信号光パターンである記録データ信号光パターンを前記信号光空間光変調部に表示しながら前記記録データ信号光パターンに対応して特定される記録データ参照光パターンを前記参照光空間光変調部に表示して前記記録層の所定領域に記録データホログラムを形成するとともに、
前記記録データホログラムを暗号化するための信号光パターンである暗号用信号光パターンを前記信号光空間光変調部に表示しながら前記記録データ参照光パターンとは異なる態様の暗号用参照光パターンを前記参照光空間光変調部に表示して前記記録層の前記所定領域と同一領域に暗号用ホログラムを形成することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記暗号用参照光パターンと記録データ参照光パターンとの各々を表示する前記参照光空間光変調部の同一のピクセルがともに前記光源からの光ビームを透過または反射するものではないことを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記暗号用信号光パターンと記録データ信号光パターンとの各々を表示する前記信号光空間光変調部の同一のピクセルがともに前記光源からの光ビームを透過または反射するものではないことを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記信号光空間光変調部に表示される記録データ信号光パターンおよび前記暗号用信号光パターンは、前記信号光空間光変調部の所定の面積範囲ごとの空間的なブロックコードとされることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
前記信号光および前記参照光が通過する対物レンズと、
前記信号光空間光変調部と前記参照光空間光変調部との両方を同一平面上に有する空間光変調器と、
を具備する請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項６】
前記記録データホログラムを形成後に、前記暗号用ホログラムを形成することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項７】
前記暗号用ホログラムを形成後に、前記記録データホログラムを形成することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項８】
前記暗号用ホログラムまたは前記記録データホログラムのいずれか一方を先に形成した後に生じる前記記録層の変形を補正するように前記光源の波長を変化させ、前記暗号用ホログラムまたは前記記録データホログラムの他方を形成することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項９】
前記暗号用参照光パターンは、前記記録データ参照光パターンと無相関なパターンであることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項１０】
前記暗号用信号光パターンは、利用価値のある有意なる情報に応じたものであることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
【請求項１１】
信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させて記録データに応じて形成された記録データホログラムと、前記記録データホログラムを形成するときとは異なる信号光および参照光を用いて形成された暗号用ホログラムと、が同一領域に形成されたホログラム記録媒体に参照光を照射して回折光から記録データを再生するホログラム再生装置であって、
前記記録データを記録する際に用いられた参照光と同一の参照光を発生するための記録データ参照光パターンの情報を取得する記録データ参照光パターン取得手段と、
前記記録データ参照光パターン取得手段から得られた前記記録データ参照光パターンの情報に応じて記録データ参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、
を備え、
前記記録データホログラムから前記記録データを再生することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項１２】
さらに、前記記録データホログラムを形成するときとは異なる参照光を発生するための参照光パターンの情報を取得する参照光パターン取得手段を備え、
前記暗号用ホログラムから利用価値のある有意なる情報を再生することを特徴とする請求項１１に記載のホログラム再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録装置およびホログラム再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高記録密度を達成するとともに、高転送速度で記録データを記録再生することが可能な記録再生装置であるホログラフィックメモリが注目を集めている。ホログラフィックメモリでは、記録媒体の厚み方向も活用し、記録に際しては、２次元の情報を１ページ単位として記録データに応じたページデータに基づき参照光と信号光との干渉縞を、ホログラム記録媒体の中にホログラムとして形成して、３次元的に一度に記録するものである。また、再生に際しては、このようにして形成されたホログラムに参照光を照射して発生する回折光を得て記録データを再生する（特許文献１、非特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−２２６８２１号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号１０６頁〜１１４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような、ホログラム記録媒体に記憶できる記録データの容量は従来の記録媒体に較べて桁違い大きい。このために、重要な記録データが、第三者によって容易に読み出しが可能であるとすると、機密事項、または、個人情報が従来にはないほど大量に流出する可能性があり、この流出によって重大な社会問題を引き起こす危険性を従来よりも一層有している。そこで、ホログラム記録媒体からの情報の読み出しに際しては、第三者が記録データを読み出すことが困難な暗号化の技術が要望されるが、ホログラム記録再生の特徴を活かした暗号化の技術は未だ提供されていない。
【０００４】
そこで、本発明は、ホログラム記録再生の特徴を活かした暗号化機能を有するホログラム記録装置およびそのようなホログラム記録装置によって記録されたホログラム記録媒体から記録データを再生するホログラム再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のホログラム記録置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、前記信号光を発生させるための信号光パターンを表示する信号光空間光変調部と、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、前記信号光空間光変調部および前記参照光空間光変調部に表示する信号光パターンの態様および参照光パターンの態様を制御する制御部と、を備え、前記記録データに応じた信号光パターンである記録データ信号光パターンを前記信号光空間光変調部に表示しながら前記記録データ信号光パターンに対応して特定される記録データ参照光パターンを前記参照光空間光変調部に表示して前記記録層の所定領域に記録データホログラムを形成するとともに、前記記録データホログラムを暗号化するための信号光パターンである暗号用信号光パターンを前記信号光空間光変調部に表示しながら前記記録データ参照光パターンとは異なる態様の暗号用参照光パターンを前記参照光空間光変調部に表示して前記記録層の前記所定領域と同一領域に暗号用ホログラムを形成する。
【０００６】
このホログラム記録置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、信号光空間光変調部と参照光空間光変調部と制御部とを備える。信号光空間光変調部は信号光を発生させるための信号光パターンを表示する。また、参照光空間光変調部は参照光を発生させるための参照光パターンを表示する。また、制御部は信号光空間光変調部および前記参照光空間光変調部に表示する信号光パターンの態様および参照光パターンの態様を制御する。そして、記録データに応じた信号光パターンである記録データ信号光パターンを信号光空間光変調部に表示しながら記録データ信号光パターンに対応して特定される記録データ参照光パターンを参照光空間光変調部に表示して記録層の所定領域に記録データホログラムを形成するとともに、前記記録データホログラムを暗号化するための信号光パターンである暗号用信号光パターンを前記信号光空間光変調部に表示しながら前記記録データ参照光パターンとは異なる態様の暗号用参照光パターンを前記参照光空間光変調部に表示して前記記録層の前記所定領域と同一領域に暗号用ホログラムを形成する。このようにしてホログラム媒体の記録層の同一領域に記録データホログラムと暗号用ホログラムとが多重書きされ、記録時に用いた参照光を用いなければ記録データの再生ができない。
【０００７】
本発明のホログラム再生装置は、信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させて記録データに応じて形成された記録データホログラムと、前記記録データホログラムを形成するときとは異なる信号光および参照光を用いて形成された暗号用ホログラムと、が同一領域に形成されたホログラム記録媒体に参照光を照射して回折光から記録データを再生するホログラム再生装置であって、前記記録データを記録する際に用いられた参照光と同一の参照光を発生するための記録データ参照光パターンの情報を取得する記録データ参照光パターン取得手段と、前記記録データ参照光パターン取得手段から得られた前記記録データ参照光パターンの情報に応じて記録データ参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、を備え、前記記録データホログラムから前記記録データを再生する。
【０００８】
このホログラム再生装置は、信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させて記録データに応じて形成された記録データホログラムと、記録データホログラムを形成するときとは異なる信号光および参照光を用いて形成された暗号用ホログラムとが同一領域に形成されたホログラム記録媒体に参照光を照射して回折光から記録データを再生するホログラム再生装置である。そして、記録データ参照光パターン取得手段は記録データを記録する際に用いられた参照光を発生する記録データ参照光パターンの情報を取得し、参照光空間光変調部は取得手段からの情報に応じて記録データ参照光パターンを表示する。これによって、ホログラム媒体の記録層の同一領域に多重書きされた記録データホログラムから記録データを再生する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、暗号化機能を有するホログラム記録装置を提供できる。また、そのようなホログラム記録装置によって記録されたホログラム記録媒体から記録データを再生するホログラム再生装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、ホログラム記録再生装置の一例として、コアキシャル光学系を有してなるコアキシャル方式のホログラム記録再生装置について簡単に説明し、その後、ホログラム記録再生装置における暗号器の原理、具体的な例について順次説明する。
【００１１】
（コアキシャル方式のホログラム記録再生装置）
コアキシャル方式のホログラム記録装置では、後述する信号光と参照光との各々について、光ビームの光路の一部を共有することによって、同一の対物レンズを用いて、記録再生を行うことができるため、光学系の簡略化ができる。さらに従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクと互換性が比較的に容易であるために、将来の記録再生装置として注目を集めている。
【００１２】
図１にコアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系１０の概念図を示す。コアキシャル光学系１０は、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、透過型液晶等で構成された空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３、対物レンズ２４を主要なる光学部品として備える。
【００１３】
レーザ光源２０から出た光ビームは、コリメートレンズ２１で平行光とされ、空間光変調器２２を透過する。そして、空間光変調器２２は、記録データに基づく信号光パターンを表示する信号光空間光変調部４６（図２を参照）と参照光パターンを表示する参照光空間光変調部４７（図２を参照）との２つの光ビームの透過領域を有している。これらの２つに領域が分けられた空間光変調器２２の各々の領域を通過する光ビームは、同じ中心線を有して同軸状に配置される信号光４０および参照光４１として、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４の共通の光学部品を通過し、すなわち、光路を信号光４０および参照光４１が共通として、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図４を参照）に入射される。そして、信号光空間光変調部４６によって生じる信号光４０と参照光空間光変調部４７によって生じる参照光４１とは記録層５０ａにおいて干渉する。そして、この干渉の態様に応じて記録層５０ａの微小領域における屈折率が変化をして、屈折率パターンに応じた回折格子（ホログラム）として記録データが記録される。
【００１４】
図２に空間光変調器２２に表示される信号光パターンおよび参照光パターンの一例を示す。このパターンでは、より中心にちかい部分である信号光空間光変調部４６には信号光パターンが表示され、その周りの参照光空間光変調部４７には参照光パターンが表示されるという形になっている。図２において、黒い部分（黒部）は光ビームを遮る部分であり、白抜き部分（白部）は光ビームが透過する部分であり、黒部と白部の配置に応じて信号光および参照光が変化するものである。
【００１５】
ここで、記録データ用参照光パターンの一例としては、図２に示すスポーク状のパターンのみならず、例えば、予め、乱数を発生させてランダムに空間的に配置される白部を有するランダムパターンであっても良く、さらに、個人に特有な情報（指紋など）を含み、この指紋を図示しないイメージセンサで読み込み、所定の信号処理をおこない、この信号処理の結果を、記録データ用参照光パターンとして用いるものであっても良い。
【００１６】
図３に概念図として、コアキシャル方式のホログラム再生装置に用いるコアキシャル光学系１１の概念図を示す。コアキシャル方式のホログラム再生装置では、上述した、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４に加えて、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等で構成されたイメージセンサ２５を備える。
【００１７】
再生においては、空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に参照光パターンのみを表示させ、信号光空間光変調部４６は全黒のパターン（光ビームの透過を阻止する黒のみのパターン）とする。この参照光空間光変調部４７からの参照光４１をビームスプリッタ２３および対物レンズ２４を通過させ、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａに形成されたホログラムに入射させることによって記録データを再生する。ここで、この参照光によってホログラムに応じた回折光４２が生じ、この回折光４２は、ビームスプリッタ２３によって光ビームの進行方向を変化させ、再生光（回折光）４３としてイメージセンサ２５を照射する。そして、このイメージセンサ２５からの電気信号はホログラムの形状、すなわち、記録データに応じた信号であるので、制御部６０（図４を参照）において、この電気信号から記録データが再生できる。
【００１８】
ここで、ホログラム記録再生装置（記録および再生の両方が行える装置）においては、コアキシャル光学系１０とコアキシャル光学系１１の両方の構成を備えるもの、すなわち、コアキシャル光学系１１と同様の構成を有して、空間光変調器２２には、記録時においては、信号光空間光変調部４６およびその周りの参照光空間光変調部４７に図２に示すような信号光パターンおよび参照光パターンの表示をし、再生時においては、参照光空間光変調部４７に参照光パターンの表示をし、信号光空間光変調部４６に対応する領域は光ビームを透過することがない上述した全黒のパターンを表示できるようにして、記録および再生ができるようになされている。この空間光変調器２２における表示パターンの内容（態様）の制御は、制御部６０からの制御信号によっておこなわれる。
【００１９】
図４は、装置の主要部である光学部を中心として示した本実施形態のホログラム記録再生装置１００の模式図である。これまでの説明において引用した部分と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
ホログラム記録再生装置１００には、サーボ用光学系３０が配されている。サーボ用光学系３０を構成する主要な光学部品にのみ符号を付して簡単に説明する。サーボ用光源２８はサーボ用の光ビームを射出する。サーボ用の光ビームは、記録再生のためのレーザ光源２０からの光ビームの波長とは異なり、より長波長の光ビーム（例えば、赤色レーザビーム）として、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとが分離可能とできるようにされている。
【００２１】
ビームスプリッタ２７は、ホログラム記録媒体５０からの戻り光をフォトディテクタ２９に導くためのものであり、フォトディテクタ２９は、例えば、フォーカスサーボについては、アスティグマ法、ラジアル（トラッキング）サーボについては、プッシュプル法に対応するようにディテクタを複数に分割した構成を有している。また、ダイクロイックミラー３４は、サーボ用光学系３０と記録再生用光学系とに共通する光学部品であり、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとを分離する波長分離素子である。また、反射ミラー５６は、サーボ用の光ビームおよび記録再生用光ビームの進行方向を変化させて、対物レンズ２４へ導き、ホログラム記録媒体５０のアドレスグルーブ５０ｃ（図５を参照）およびホログラムからの各々の回折光の進行方向を変化させて、サーボ用光学系３０および記録再生用光学系へ導くものである。
【００２２】
また、スピンドルモータ５１は、従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクと同様な外形形状を有するホログラム記録媒体５０の円盤形状の幾何学的中心を中心として回転させるものであり、制御部６０からの制御信号によってホログラム記録媒体５０の回転位置が制御されている。
【００２３】
ホログラム記録再生装置１００の動作を簡単に説明する。まず、記録時の動作を説明する。
【００２４】
レーザ光源２０からの光ビームはコリメートレンズ２１を通過し空間光変調器（ＳＬＭ）２２に入射する。ここで、空間光変調器２２に表示されるパターンは、図２に示すと同様のパターンであり、信号光空間光変調部４６と参照光空間光変調部４７とを有している。空間光変調器２２ではホログラム記録媒体５０に記録を行うために、記録データに基づき、信号光空間光変調部４６に信号光を発生させるための信号光パターンを表示し、参照光空間光変調部４７に参照光を発生させるための参照光パターンを発生する。ここで、コアキシャル方式を採用しているホログラム記録再生装置１００では、空間光変調器２２は信号光空間光変調部４６と前記参照光空間光変調部４７との両方を有して構成されており、制御部６０からの制御信号に基づき空間光変調器２２の領域を分けて同一平面上に両者が各々構成されるようになされている。
【００２５】
信号光および参照光の各々は、ビームスプリッタ２３、ダイクロイックミラー３４を通過して、反射ミラー５６で反射され、対物レンズ２４で記録再生に適したビームサイズに絞られてホログラム記録媒体５０に照射され、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図５を参照）で信号光と参照光とが重なり合いホログラムを形成することによって記録データが記録される。
【００２６】
この場合において、記録再生を行う光ビームはホログラム記録媒体５０の記録層に焦点を結び、所定のラジアル方向の位置に光ビームが配置されるように、サーボ用光学系３０を含むフォーカスおよびラジアルサーボ系によって制御がなされ、ホログラム記録媒体５０が所定の回転角度となるようにスピンドルモータ５１を含むスピンドルサーボ系によって制御がなされている。このようなサーボ系は、フォトディテクタ２９からの電気信号を処理する制御部６０を主要部として構成される。また、サーボ用光学系３０からの光ビームはダイクロイックミラー３４と反射ミラー５６とで反射し、対物レンズ２４を通過してホログラム記録媒体５０に照射され、一方、記録再生用光学系からの光ビームはダイクロイックミラー３４を透過して反射ミラー５６で反射し、対物レンズ２４を通過してホログラム記録媒体５０に照射される。なお、コアキシャル方式を採用しているホログラム記録再生装置１００では、信号光、参照光および回折光はすべて対物レンズ２４を通過する。
【００２７】
ここで、ホログラム記録媒体５０には記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置決めをするためのアドレスグルーブ５０ｃが配置されており、サーボ用光学系３０は、従来のＣＤ、ＤＶＤ等におけると同様な構成を有して、ホログラム記録媒体５０における記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置がフォトディテクタ２９からの電気信号に基づいて検出できるようにされている。すなわち、記録再生用の光ビームとサーボ用の光ビームとの相互の関係は記録再生用の光学系とサーボ用のサーボ用光学系３０の各々を構成する光学部品の配置の相対関係によって一義的に相互の関係が定められているので、サーボ用の光ビームとホログラム記録媒体５０との位置関係を上述したフォーカスおよびラジアルサーボ系、スピンドルサーボ系によって決めることによって、結果として、記録再生用の光ビームの位置関係も制御できるようになされている。
【００２８】
すなわち、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９からは、いわゆる、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出され、その各々のエラー信号に基づきフォーカスアクチュエータおよびトラッキングアクチュエータとで構成される対物レンズアクチュエータ５４が、制御部６０に配されたフォーカス・トラッキングサーボ回路（図示せず）により制御されて図４において、符号Ｆおよび符号Ｔで示す方向に対物レンズ２４を変位させ、サーボ用の光ビームおよび記録再生用の光ビームの各々の光ビームがホログラム記録媒体５０の目標位置を照射するようにされている。
【００２９】
図４に示すホログラム記録再生装置１００は、記録と再生との両方の機能を備えるホログラム記録再生装置であるとして、上述の説明をおこなってきたが、ホログラム記録再生装置１００において、再生の機能に関する部分、例えば、イメージセンサ２５を備えず、再生の機能がない装置として本実施形態のホログラム記録装置を構成しても良く、ホログラム記録再生装置１００において、記録の機能に関する部分、例えば、信号光空間光変調部４６を備えず、記録の機能がない装置として本実施形態のホログラム再生装置を構成しても良いものである。
【００３０】
（ホログラム記録媒体の構造）
図５は、上述した、ホログラム記録媒体５０の断面積方向に切断した構造を模式的に示し、さらに、信号光４０および回折光４２（破線の内側を通過する）、参照光４１（実線と破線の間を通過する）およびサーボ用の光ビーム（一点鎖線の内側を通過する）がどのように対物レンズ２４に入射するかを模式的に示す図である。ホログラム記録媒体５０は記録層５０ａ、記録再生用の光ビームの反射膜５０ｂ、アドレスグルーブ５０ｃを有するものである。
【００３１】
記録時においては、記録層５０ａには、信号光４０と参照光４１との干渉によって生じる干渉縞の形状に応じてホログラムが形成され。再生時においては、このホログラムに参照光４１のみが照射されることによって、記録時における信号光４０と略同一の領域に、ホログラムに応じた回折光４２が反射膜５０ｂで反射されて、対物レンズ２４を通過してイメージセンサ２５に像を生じる。一方、サーボ用の光ビームは、波長選択特性を有する反射膜５０ｂを透過して、アドレスグルーブ５０ｃが形成されたアルミ反射膜で反射して、ＣＤ、ＤＶＤにおけると同様の原理によって、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９から検出した電気信号に基づいて、制御部６０で、上述した、フォーカスサーボ、ラジアルサーボ、スピンドルサーボの処理のために必要とされる各々のサーボのためのエラー信号、さらには、ホログラム記録媒体５０における光ビームが照射されるホログラム記録媒体５０の記録層５０ａの位置の特定のためのアドレス信号が得られる。
【００３２】
（暗号化についての基本概念）
このようなホログラム記録媒体に記録する暗号化の方法としては、例えば、デフューザのようなランダム位相マスクを用いるものや、位相変調器を用いて参照光に光変調を施し、再生時において、記録時における光変調に用いたと同一のランダム位相マスク用いて参照光を生じさせ、または、位相変調器を用いて参照光に記録時と同様な光変調を施し、これによって回折光を得ることが考えられる。例えば、ランダム位相マスク（光ビームが通過する位置の各々において、光ビームに空間的な規則性がない位相変化を与える位相マスク）を用いる場合においては、記録データの再生においては、記録におけると同一の位相マスクを用いないと回折光から記録データを再生することは困難であり、暗号化の効果を生じさせることができ、この結果、記録時点に用いたランダム位相マスクを用いることができない第三者に対して情報のセキュリティは守られる。しかしながら、ホログラム記録装置とホログラム再生装置とが異なる場合には、同一形状のランダム位相マスクの複製が困難であるという問題がある。
【００３３】
また空間位相変調器によってページごとに位相変調をおこなう方法では、高価な空間位相変調器を用いることが必要とされ、民生用のメモリ装置として、低価格なる暗号化の機能を有するホログラム記録媒体、ホログラム記録再生装置の提供が困難であるという問題がある。
【００３４】
ここで、ホログラム記録再生における暗号化の概念を明確にするために、まず、図６を参照して、参照光パターンをオールホワイトとする場合のイメージセンサ２５における再生像の例を示す。図４に示すホログラム記録再生装置１００において、図２に示す参照光パターンを用いて記録し、記録時と同一の参照光パターンを用いて再生して、イメージセンサ２５に得た再生像を図６（Ａ）に示すものであり、下段が全体の再生像、上段が拡大図を各々示すものである。一方、図６（Ｂ）は、参照光パターンを図６（Ｃ）に示すようにオールホワイト(参照光空間光変調部４７の全面を光ビームが透過する白部のみの参照光パターン)とするもので再生したときに、イメージセンサ２５に得た再生像を図６（Ｂ）に示すものであり、下段が全体の再生像、上段が拡大図を各々示すものである。
【００３５】
図６（Ａ）と図６（Ｂ）との比較から明らかなように、再生に用いられる参照光パターンがオールホワイトである場合には、記録時における参照光を用いる場合に比較して、より広範囲な領域に渡りホログラムに参照光が照射されるために、ホログラムからは、直接に記録データの再生には関与しない余分な回折光が発生してしまい、この分ノイズは増えるものの、図６（Ｂ）に示す再生像は、図６（Ａ）に示す再生像の特徴的な部分は残している。すなわち、参照光パターンがオールホワイトである場合の回折光から記録データを復調する可能性は一般的には高いものである。なぜならば、通常のホログラム記録再生装置においては、誤り訂正符号が用いられており、ノイズによって生じる記録データの復調の誤りの個数が所定の範囲内であれば、完全に記録データを再生することが可能となるからである。よって参照光空間光変調部４７に配された黒白で構成される参照光パターンを特別なものとしても、これのみでは、このように簡単に記録データが再生されてしまい、ホログラム記録再生における第三者のホログラム記録媒体からの情報の収集を防止するための暗号化をおこなうことはできない。
【００３６】
（本明細書で用いる用語の説明について）
暗号化に用いる信号光パターンおよび参照光のパターンについて、さらに、説明を進めるに際して、一の参照光パターンとこれと異なる他の参照光パターンとの関係についての概念を表す用語として、無相関の用語を以下用いる。無相関とは、空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に表示される一の参照光パターンと他の参照光パターンとの同一表示位置（同一の位置にあるピクセル）が両方とも白部（光を透過するピクセル）とはならないことを意味するものである。また、無相関の用語は、参照光パターンについて用いられるのみではなく、このような参照光パターンから生じる参照光の相互についても使われるものである。また、無相関の用語は、一の信号光パターンとこれと異なる他の信号光パターンとの関係についても用いられ、さらには、このような信号光パターンから生じる信号光の相互についても使われるものである。
【００３７】
また、ホワイトレートの用語を以下において用いる。ホワイトレートとは、参照光パターンが黒部（光を阻止するピクセル）と白部との２値情報の組み合わせで形成されている場合に、空間光変調器２２の全体のピクセルの数に対する白部のピクセルの数の割合である。また、記録データを記録する時の参照光パターンのホワイトレートを１とした場合の暗号用参照光パターンのホワイトレートを基準化ホワイトレートと称する。また、ホワイトレートおよび基準化ホワイトレートの用語は、信号光パターンについても用いられる。
【００３８】
また、別の概念を表す用語として、Ｍ／＃（エム・ナンバー）を用いる。Ｍ／＃とは、ホログラム記録媒体における重ね書きの指標であり、Ｍ／＃の値が大きいほど、記録層の同一領域における重ね書きの回数を大きくすることができるものである。
【００３９】
また、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンの用語を用いる。記録データ信号光パターンは記録データに対応して空間光変調器２２の信号光空間光変調部４６に表示される信号光パターンであり、暗号用信号光パターンは暗号化のための空間光変調器２２の信号光空間光変調部４６に表示される信号光パターンである。また、さらに、記録データ参照光パターンと暗号用参照光パターンの用語を用いる。記録データ参照光パターンは記録データ信号光パターンとともに空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に表示される参照光パターンであり、暗号用信号光パターンは暗号用信号光パターンとともに空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に表示される参照光パターンである。
【００４０】
また、記録データホログラムおよび暗号用ホログラムの用語を用いる。記録データホログラムは記録データに応じた信号光パターンである記録データ信号光パターンを信号光空間光変調部に表示しながら記録データ信号光パターンに対応して特定される記録データ参照光パターンを参照光空間光変調部に表示して記録層の所定領域に形成されたホログラムであり、暗号用ホログラムは記録データホログラムを暗号化するための信号光パターンである暗号用信号光パターンを信号光空間光変調部に表示しながら暗号用信号光パターンに対応して特定される暗号用参照光パターンを参照光空間光変調部に表示して記録層の所定領域に形成されたホログラムである。記録データホログラムおよび暗号用ホログラムの各々が形成される所定領域は同一の領域である。
【００４１】
また、空間光変調器およびイメージセンサについてピクセルの用語を用いる。ピクセルとは、制御部から空間光変調器に対して信号光パターンまたは参照光パターンの形状を制御できる最小の単位の範囲を言い、また、イメージセンサの再生像を制御部に取り込むことができる最小の単位の範囲を言うものである。
【００４２】
また、１シンボルの用語を用いる。１シンボルの用語は、空間光変調器に２次元に配置される複数のピクセルによって構成される単位であって、例えば、縦４列、横４行のピクセルの集合等によって１シンボルが形成される。この１シンボルに対して、所定ビット長ごとのブロック符号（デジタルデータ）が対応する。１シンボルは同様にイメージセンサに２次元に配置される複数のピクセルによって構成される単位をも指す用語として用いられる。この他にいくつかの用語が用いられるが、あまり一般的ではない用語については、引用の都度、用語の意味を簡単に説明する。
【００４３】
（本実施形態の暗号化の概念について）
図７、図８を引用して、本実施形態の暗号化（ホログラム記録媒体への記録の過程）の概念を示す。図７は暗号化の過程を模式的に示すものであり、図８は復号の過程を模式的に示すものである。
【００４４】
図７（Ａ）は、空間光変調器２２に表示される、信号光パターン４６ａは４シンボル分を模式的示すものであり、図の中心部に信号光パターン４６ａの一部を模式的に示し、外周部に参照光パターン４７ａが配置される位置のみを模式的に示す。図７（Ｂ）は、空間光変調器２２に表示される、図７（Ａ）とは異なる別の信号光パターン４６ｂを模式的示すものであり、図の中心部に信号光パターン４６ｂの一部を模式的に示し、外周部に参照光パターン４７ｂが配置される位置のみを模式的に示す。ここで、参照光パターン４７ａと参照光パターン４７ｂとは無相関なパターンである。そして、信号光パターン４６ａを記録データ信号光パターン、参照光パターン４７ａを記録データ参照光パターン、信号光パターン４６ｂを暗号用信号光パターン、参照光パターン４７ｂを暗号用参照光パターンであるとして以下の説明をおこなう。
【００４５】
空間光変調器２２に表示するこの２組の各々の信号光パターンおよび参照光パターンを用いて、暗号化を以下の手順によっておこなう。まず、図７（Ａ）に示す信号光パターン４６ａをその一部に含む信号光パターンおよび参照光パターン４７ａを空間光変調器２２に表示し、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａにホログラム（記録データホログラム）を形成する。次に、図７（Ｂ）に示す信号光パターン４６ｂをその一部に含む信号光パターンおよび参照光パターン４７ｂを空間光変調器２２に表示し、図７（Ａ）に示す信号光パターン４６ａをその一部に含む信号光パターンおよび参照光パターン４７ａによってホログラム（記録データホログラム）が形成された領域と同一領域に重ねてホログラム（暗号用ホログラム）を形成する。このようにして、同一領域に、少なくとも２回重ね書きすることによって暗号化した記録データの記録は終了する。ここで、参照光パターン４７ａと参照光パターン４７ｂは無相関なパターンである。
【００４６】
次に、復号化（ホログラム記録媒体からの再生の過程）について説明する。図８（Ａ）は、上述したようにして暗号化された（２重書きされた）ホログラムに、参照光パターン４７ａによって発生させた参照光を照射して、イメージセンサ２５に得られる再生像Ｉ２５ａの一部（４シンボル分）を模式的に示すものであり、図８（Ｂ）は、暗号化されたホログラムに、オールホワイトの参照光パターン（図６（Ｃ）を参照）によって発生させた参照光を照射して、イメージセンサ２５に得られる再生像Ｉ２５ｗの一部を模式的に示すものである。
【００４７】
図８（Ａ）と図７（Ａ）とを比較すると、図８（Ａ）に示す再生像Ｉ２５ａは、図７（Ａ）に示す空間光変調器２２に表示される信号光パターン４６ａを完全に再現することができる。すなわち、記録データ信号光パターンが完全に再生できることなり、イメージセンサ２５からの電気信号を制御部６０で処理して記録データが完全に再生できることとなる。一方、図８（Ｂ）に示す再生像Ｉ２５ｗは、信号光パターン４６ａと信号光パターン４６ｂとが入り交じった再生像が得られ、この入り交じった再生像から信号光パターン４６ａの再生像を得ることは困難である。よって、記録データの再生は困難である。
【００４８】
また、上述したようにして暗号化されて形成されたホログラムに対して、再生時の参照光パターンとして、オールホワイトの参照光パターンに替えて、参照光パターン４７aと無相関ではなく、かつ、参照光パターン４７ｂとも無相関ではなく、両方の各々に対して、白部の重なる位置が略同数の信号光パターン（ランダムパターン）を用いても信号光パターン４６aと信号光パターン４６ｂとの交じり合った信号パターンが再生されてしまい、信号光パターン４６ａの再生、記録データの再生は困難である。
【００４９】
（参照光パターンについて）
【００５０】
以上の説明から、記録データ参照光パターンと暗号用参照光パターンとを用いて暗号化を行う場合には、両者が無相関であることが望ましいことが理解できる。なぜなら、図８（Ａ）において、信号光パターン４６ａ、すなわち、記録データ参照光パターンが完全に再現できたのは、両者が無相関であったからであり、相関がある部分（両方の参照光の白部分の位置が一致する部分）については、記録データ参照光パターンを用いて再生したときには、暗号用信号光パターンによって形成されるホログラムからの回折光がノイズとなり、再生信号の品質が劣化（再生特性が劣化）するからである。
【００５１】
また、暗号化用参照光パターンのホワイトレートについては、記録データ参照光パターンとホワイトレートが等しいことが望ましい。なぜなら、例えば、オールホワイトの参照光パターンで再生したときには、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとに基づく両方の情報が再生され、その時に、参照光の強度(明のピクセル数)に応じて回折光のパワーが変わり、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとが、このパワーの違いによって分別されてしまう場合があるからである。一方、暗号化用参照光パターンと記録データ参照光パターンとのホワイトレートが略等しい場合には、両情報を分別することが難しくなるので、暗号化した情報の復号がより困難となるためである。
【００５２】
また、暗号化の機能とは、別の観点から見て、参照光のホワイトレートは、Ｍ／＃との関係において、重要なファクタである。１枚のホログラム記録媒体で容量を確保するためにはＭ／＃がある程度大きくなければならない。すなわち、本実施形態の暗号化では、同一領域に異なるホログラムを重ね書きして形成するために、Ｍ／＃が小さい場合には、いわゆる、多重記録における多重化の回数が、従来に較べてより制限を受けるためにホログラム形成領域の増加を出来るだけ減らすことが重要になる。参照光のホワイトレートが大きい場合には、Ｍ／＃は実質的に小さくなり、使用可能となる多重回数は小さくなり（以下、Ｍ／＃の消費が大きいという用語を用いる）、参照光のホワイトレートが小さい場合には、Ｍ／＃は実質的に大きくなり、使用可能となる多重回数は大きくなる（以下、Ｍ／＃の消費が小さいという用語を用いる）。
【００５３】
一方、ホワイトレートを小さくし過ぎると、暗号化の効果も薄れるので、暗号化のための参照光パターンの白部のピクセル数を暗号化に支障をきたさないように、ある程度大きくする必要がある。したがって、Ｍ／＃の消費を大きくしない範囲でありながら暗号化の効果を生じる範囲での最小のホワイトレートとすることが望ましい。ここで、上述した基準化ホワイトレートの値としては、例えば、１．５から０．１の範囲が望ましい。なお、以上は、空間光変調器２２における参照光パターンの白部は完全に光ビームを透過させるものとして、基準化ホワイトレートの値の望ましい範囲を定めるものであったが、白部のピクセル数に制限を加えるのではなく、空間光変調器２２において、記録データ参照光パターンの白部に対応する光ビームの透過率に較べ、暗号用参照光パターンの白部の透過率をより小さいものとして、Ｍ／＃の消費を小さくするようにしても良い。例えば、記録データ用参照光パターンのホワイトレートは、例えば、０．０１ないし０．５の範囲が望ましい範囲として挙げられる。
【００５４】
（信号光パターンについて）
さらに、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの関係について、さらに、詳細に説明する。信号光パターンは、記録データを所定のフォーマットに基づき空間的に変調して得るものである。ここで、所定のフォーマットとは、アドレス付与のスキーム、誤り訂正のスキーム、記録データの空間変調のスキーム等を含むものである。例えば、本実施形態では空間変調のスキームを、所定長のビット（ブロック）に対して１６ピクセルを対応させるブロックコードとしている。そして、１６ピクセルのうち３ピクセルが白部（光ビームが透過する部分）としている。このようなブロックコードは、１６：３符号と称される。１６：３符号を用いて記録した場合に、図９を参照して暗号化のための信号光パターンについて説明する。
【００５５】
図９（Ａ）は記録データに応じた空間光変調器２２における記録データ信号光パターンを示すものであり、白部（白抜きの部分）は、光ビームが透過する部分を表し、黒部（黒い部分）は光ビームが透過しない部分を表すものである。また、図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）の各々は、参照光として図６（Ｃ）に示す参照光空間光変調部４７をすべて白としたオールホワイトの参照光パターンを用いた場合のイメージセンサ２５に回折光によって生じる再生像である。ここで、図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）を得るに際しては、相互に異なるパターンを有する図示しない暗号用信号光パターンを用いるものである。
【００５６】
図９（Ｂ）は、空間光変調器２２に表示される記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの各々に属するピクセルの白部の位置がすべての箇所において異なる場合（同一位置にあるピクセルは、ともに白部となることはない）に、暗号用ホログラムと記録データホログラムとが２重記録された領域からの回折光によって生じるイメージセンサ２５における再生像を示すものである。図９（Ｃ）は、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの各々に属するピクセルの白部の位置が１箇所において同じときに形成される暗号用ホログラムと記録データホログラムとの２重記録部分からの回折光によって生じるイメージセンサ２５における再生像を示すものである。図９（Ｄ）は、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの各々に属するピクセルの白部の位置が２箇所において同じときに形成される暗号用ホログラムと記録データホログラムとの２重記録部分からの回折光によって生じるイメージセンサ２５における再生像を示すものである。図９（Ｅ）は、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの各々に属するピクセルの白部の位置が３箇所において同じときに形成される暗号用ホログラムと記録データホログラムとの２重記録部分からの回折光によって生じるイメージセンサ２５における再生像を示すものである。この場合において、記録時における暗号用参照光パターンは、記録データ参照光パターンとは無相関であるものを使用するものとした。
【００５７】
ここで、イメージセンサ２５の再生像の一部を模式的に示す図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）の各々において、白部（白抜きの部分）は、斜線部（斜線を施した部分）の略２倍の光量（光輝度）が照射されることを模式的に表し、黒部（黒い部分）は光が照射されない部分を模式的に表すものである。このイメージセンサ２５に生じる像を空間光変調器２２に表示される像と対応づけると、斜線部は、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとにおける白部の位置（ピクセル）が一致しない部分（空間光変調器２２の一の位置のピクセルにおいて、一方の信号光パターンを表示する場合にのみ白部となる部分）を示すものであり、白部は記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとにおける白部の位置（ピクセル）が一致する部分（空間光変調器２２の一の位置のピクセルにおいて、両方の信号光パターンでともに白部となる部分）を示すものである。なお、上述したように、オールホワイトの参照光パターンを用いて再生する場合には、図示はしないが、図９（Ｅ）に示す再生像の白部はノイズによって少し黒にちかいものとなり、黒部はノイズによって少し白にちかいものとなる。
【００５８】
なお、図９には図示をしていないが、空間光変調器２２に表示される、図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）に対応する各々の暗号用信号光パターンは、図９（Ａ）に対応する位置にある斜線部を除いた、斜線部と白部とが白部となり、その他の部分が黒部となるパターンによって構成されるものである。例えば、図９（Ｂ）の白部は、図９（Ａ）に示す記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターン（図示しない）との空間光変調器２２に表示される各々の像の同じ位置に白部のピクセルがあることを示し、斜線部は、記録データ信号光パターンまたは暗号用信号光パターンのいずれか一方の空間光変調器２２に表示される像の位置に白部のピクセルがあることを示すものである。すなわち、図９（Ｂ）に対応する暗号用信号光パターンの白部は、図面の、左側から２列目の上から１行目、左側から３列目の上から２行目、左側から４列目の上から１行目であることとなる。また、図９（Ｃ）に対応する暗号用信号光パターンの白部は、図面の、左側から２列目の上から１行目、左側から３列目の上から２行目、左側から４列目の上から３行目であることとなる。また、図９（Ｄ）に対応する暗号用信号光パターンの白部は、図面の、左側から１列目の上から２行目、左側から２列目の上から１行目、左側から４列目の上から３行目であることとなる。さらに、図９（Ｅ）に対応する暗号用信号光パターンの白部は、図面の、左側から１列目の上から２行目、左側から２列目の上から４行目、左側から４列目の上から３行目であることとなる。
【００５９】
このような、図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）に示す、イメージセンサ２５の像から記録データを得るための復号化の一手法として、各々のピクセルから検出される１６個のデータ（１シンボル）をＡ／Ｄ変換器で取り込み、それらのＡ／Ｄ変換器で取り込んだ値のレベルが大きいものから（輝度が高いものから）順に３個を選択し、その３個が存在する位置を求めて復号する手法が一般的である。このような場合には、図９（Ｂ）に示す場合には、実質的に６個から３個の位置を特定することとなり、暗号化が良好に行われていることとなる。一方、図９（Ｄ）に示す場合には、実質的に４個から３個の位置を特定することとなり、この１６個から再生される１シンボル分の記録データについては、暗号化の前の記録データ信号光パターンを確率１／２で再生できることとなり暗号化の効果は低減するものとなる。
【００６０】
すなわち、イメージセンサ２５において、図９（Ｂ）に示す様な、暗号の解読が困難な再生像をイメージセンサ２５に得るためには、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとを無相関とすることが最も好ましく、さらに、上述したように記録時において、記録データ参照光パターンと暗号用参照光パターンとを無相関とすることがより望ましい。
【００６１】
ここで、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとを無相関とするには、１ページごとに無相関なる１ページ分の暗号用信号光パターンを生成しても良いが、空間変調のスキームがブロックコードによりおこなわれるものであるので、より簡単には、記録データ信号光パターンに対応する１６個のデータを取り込むごとに、この１６個のデータから得られる無相関な暗号用信号光パターンを表示するための１６個のデータを得ることが容易にできるものである。この場合には、予めすべての組み合わせからなる１シンボルの記録データに対応する無相関なコードの対応表を制御部６０に設けたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）に書き込んでおくことによってこの変換は簡単なものとできる。また、記録データ参照光パターンと暗号用参照光パターンとを無相関とするには、予め記録データ参照光パターンが分かっているので、空間光変調器２２に表示される暗号用参照光パターンの全領域について、ＲＯＭに予め記憶しておくことも容易にできるものである。
【００６２】
さらに、ＲＯＭを用いることなく、制御部６０で、１６個の数の範囲の乱数を３個ずつ順次発生させ、その乱数が示す位置が白部となるランダムなパターンを用いることもできる。この場合には、無相関であることが保証されないので、暗号化の効果はＲＯＭを用いて無相関を保証する場合に比べて損なわれるものの十分に良好な効果を得られるものである。また暗号用信号光パターンの白部についても参照光の場合と同様に数を少なくするほど、暗号化の効果は低減するもののＭ／＃の消費が少なくすることができるので、白部の数が１６個のうちで、例えば、２個である３個以下の数を用いても良いものである。すなわち、暗号用信号光パターンを用いて形成される暗号用ホログラムから利用価値ある有意なる情報を再生しない用途であれば、暗号用信号光パターンは、記録データ信号光パターンとの関係のみで選択することができるので、暗号用信号光パターンを記録データ信号光パターンと無相関、あるいは、無相関ではなくとも相関の度合（暗号用信号光パターンを記録データ信号光パターンとの共通するピクセルがともに白部となる度合）を小さいものとすることは比較的容易にできるものである。
【００６３】
（暗号情報の数について）
図９（Ｂ）ないし図９（Ｅ）を引用した上述の説明では、記録データ信号光パターンについて１の暗号用信号光パターンを記録する方法について説明したが、暗号用信号光パターンは、２以上であっても良いものである。この場合において、記録データ信号光パターンおよび暗号用信号光パターンのホワイトレートおよびＭ／＃が暗号用信号光パターンの数に制限を加えるが、暗号用信号光パターンの数が多くなるほど暗号化の効果は高いものとなる。
【００６４】
（暗号化の空間的な分布について）
暗号用信号光パターンの記録は、すべてのページに対して行っても良い。しかし、上述したようにＭ／＃の消費を抑えるという意味では、図１０に示すように所定の間隔、例えば、５ページごとに暗号化をおこなうページを空間的に分布させるものであっても良い。この所定の間隔は２ページないし１０００ページの範囲としても良いものである。この場合には、他の暗号化していないページは再生されてしまうが、ページ間インターリーブをおこない、このインターリーブの長さを長くすればするほど所定の間隔を長くしても暗号化の効果が生じるものである。このようにすれば、暗号化のために、ホログラム記録媒体の記録容量をあまり減らさずに暗号化の効果を得ることができるものである。またホログラム記録媒体５０の内周部にある一定のディスク再生のための認証パターンを用意して、そのパターンの再生を防ぐためにここに暗号化パターンを記録しても良い。
【００６５】
（暗号化情報の記録順について）
記録データホログラムと同じ領域に暗号用ホログラムを書き込むに際しては、記録データホログラムを記録した時間的に直後に、暗号用ホログラムを２重に書き込むようにしても良く、暗号用ホログラムを記録した時間的な直後に記録データホログラムを２重に書き込むようにしても良いものである。このようにすれば、記録データホログラムと暗号用ホログラムとの記録時の環境温度が等しいので、記録データホログラムと暗号用ホログラムとの分離が容易にできる。すなわち、記録データホログラムの環境温度に依存したホログラムの形状変化と、暗号用ホログラムの環境温度に依存したホログラムの形状変化とが、両者の各々の記録直後に略同等に及ぶのみならず、その後の環境変化、例えば、記録時と再生時の温度変化量が、記録データホログラムおよび暗号用ホログラムに与える影響も略同等となるからである。このように、記録データホログラムを記録した直後に暗号用ホログラムを２重に書き込むようにする場合には、暗号化は、理想状態で精度良くおこなわれ、再生における情報の品質（Ｓ／Ｎ）は向上する。
【００６６】
また、複数の記録データホログラムを順次記録した後に、その順次記録された複数の記録データホログラムの各々について、その各々の記録データホログラムが形成されたと同一の領域に各々の暗号用ホログラムを書き込むようにしても良い。このようにすれば、記録データホログラムを高速に書き込み、その後の空き時間（記録または再生をしない時間）に、暗号用ホログラム書き込み記録時間の節約ができる。
【００６７】
さらに、予め暗号用ホログラムをホログラム記録媒体の所定位置に書き込んでおき、その各々の暗号用ホログラムが形成されたと同一の領域に各々の記録データホログラムを書き込むようにしても良い。このようにすれば、予め暗号用ホログラムが形成された領域に記録データホログラムのみを書き込むので記録の速度を向上させることができる。
【００６８】
上述したように２重に書き込む場合において、記録データホログラムを記録した記録層５０ａの位置と略同一の場所に事後的に暗号用ホログラムを記録、または、暗号用ホログラムを記録した記録層５０ａの位置と略同一の場所に事後的に記録データホログラムを記録する必要があり、両者の位置ずれの許容範囲は、例えば、１μｍ以下であることが望ましく、このために、記録位置の検出にはサーボ方式などを用いておこなわれる。
【００６９】
（記録データ参照光パターンについて）
記録データ信号光パターンを用いて記録データホログラム記録するときの参照光パターンについては一定のパターンを用いても良いが、例えば、記録時間に応じて、または、ホログラム記録媒体における記録位置に応じて、さらには、予め定める順序にしたがって、記録データ参照光パターンのパターンを可変にしてもかまわない。そうすることによってよりセキュリティはアップする。その際には暗号化に用いる暗号用参照光パターンも各々の記録データ参照光パターンと無相関になるように可変にして暗号化の性能を向上させることが望ましい。
【００７０】
（記録における収縮の対策について）
記録層５０ａはホログラム形成後に僅かではあるが収縮する。この記録層５０ａの収縮に対応するために、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとを記録する際に光ビームの波長を異ならせて、記録された、記録データ信号光パターンおよび暗号用信号光パターンに基づくホログラムが収縮の影響を受けないように記録しても良い。この場合、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとのいずれを、先のホログラムの形成に用いるものであっても良い、すなわち、記録データホログラムを形成後に暗号用ホログラムを形成しても、暗号用ホログラムを形成後に記録データホログラムを形成してもが、光ビームの波長は、先に書くか、後に書くかに対応させて変化させるものとする。ここで、光ビームの波長を変化させる場合には、いわゆる、リトロウ型可変波長レーザ光源またはリットマン型可変波長レーザ光源を用いる。
【００７１】
（実験結果について）
図１１、図１２を参照して、実施例を実験結果として示す。実験に用いた空間変調の符号化のスキームは、上述した、縦４列、横４行で構成される１６ピクセルのうち３ピクセルが白であるコード（１６：３符号）を用いた。また参照光のホワイトレートは１／３とした。図１１（Ａ）に空間光変調器２２に表示される記録データ信号光パターンおよび記録データ参照光パターンを示す。
【００７２】
図１１（Ｂ）は、暗号化なしでの記録、すなわち、２重書きをおこなうことがない記録をおこない、記録データ参照光パターンと同一の参照光パターンによって発生される参照光（記録時におけると同一の参照光）を用いての再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示す。また、図１１（Ｃ）は、暗号化なしでの記録を行い、記録データ参照光パターンと無相関の参照光パターンによって発生される参照光（記録時におけると無相関の参照光）を用いての再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示す。図１１（Ｄ）は、暗号化なしでの記録を行い、オールホワイトの参照光パターンによって発生される参照光（オールホワイトの参照光）を用いての再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示す。
【００７３】
記録データ参照光パターンと同一の参照光パターンとによって発生される参照光での再生をおこなった場合には、１シンボルの記録データが１６個のピクセルに対応して構成されるブロックコードであるものとして、１６３２個のシンボルの中で３個（シンボル）のエラーであった。また、記録データ参照光パターンと無相関の参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合には１６３２個のシンボルのすべてがエラーであった。また、オールホワイトの参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合には、１６３２個のシンボルの中で４４個のエラーとなっている。この４４個のエラー数であれば誤り訂正符号（Ｅｒｒｏｒ  Ｃｏｒｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｄｅ）を付加して記録し、再生時において、誤り訂正符号に基づき誤り訂正が可能となる。このように、暗号化なしで記録した場合には、どのように、記録データ参照光パターンを変えて記録しても、記録データの再生が可能となる。
【００７４】
一方、図１２は、暗号化して記録をおこなったときの結果を示す。ここで、暗号化は、記録データ参照光パターンと暗号用参照光パターンとは無相関のパターンを用い、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとは同様に無相関のパターンを用いて、暗号化の回数は１回とし、暗号化のための記録領域は記録データを記録する領域と同一の領域とした。この場合において、図１２（Ａ１）は、記録データ参照光パターンと同一の参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示し、図１２（Ａ２）はその一部の拡大部分を示すものである。また、図１２（Ｂ１）は、暗号用参照光パターンと同一の参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示し、図１２（Ｂ２）はその一部の拡大部分を示すものである。また、図１２（Ｃ１）は、オールホワイトの参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合のイメージセンサ２５に生じた再生像を示し、図１２（Ｃ２）はその一部の拡大部分を示すものである。
【００７５】
このとき、記録データ参照光パターンと同一の参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合には、１６３２個のシンボルの中で１５個のエラーが発生した。また、暗号用参照光パターンと同一の参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合には、ときには１６３２個のシンボルの中で１６３２個のシンボルのすべてがエラーとなった。また、オールホワイトの参照光パターンによって発生される参照光での再生をおこなった場合には、１６３２個のシンボルの中で１３９８個のシンボルがエラーとなった。
【００７６】
（本実施形態の暗号化方式を用いるに好適なる分野）
上述した暗号化方式は映画や音楽などを記録したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  ＯＮＬＹ  ＭＥＭＯＲＹ）タイプのホログラム記録媒体（以下、ＲＯＭホログラム記録媒体と称する）に使用する際にも効果が得られる。これらの形態では、このＲＯＭホログラム記録媒体は、通常の再生は問題なく行えるが、複製などを防ぐことが目的となる。本方式ではキーの情報となる記録データ参照光パターンが分からずに、ＲＯＭホログラム記録媒体から再生した電気信号を用いて、その電気信号をそのままディスクを複製すると、その複製されたディスクは、その後に記録データ参照光パターンを知ったとしても再生できないものとなる。なぜなら、キーの情報となる記録データ参照光パターンを知らずに複製する時には、記録データホログラムと暗号用ホログラムとの両方のホログラムからの回折光を受光して、この回折光に応じてイメージセンサ２５に再生像を形成して復調された電気信号を複製のためのホログラム記録媒体に記録して複製することとなるからである。
【００７７】
しかしながら、暗号化が施されたホログラムの形状の複製を正確におこなう場合には記録データ信号光パターンに基づくホログラム（記録データホログラム）と暗号用信号光パターンに基づくホログラム（暗号用ホログラム）とは別々に記録データ信号光パターンまたは暗号用信号光パターンのいずれかに固有の参照光と干渉させて記録しなくてはならず、上述のようにして復調された電気信号をホログラム記録媒体に記録すると、もはや、記録データ信号光パターンに基づき記録データを実質に分離することは不可能となる。
【００７８】
ここで、記録データ参照光パターンはホログラム再生装置の中に保存しても良く、この場合には、上述したようにして暗号化のために、多重書き込みがなされたホログラムから記録データを再生するに際しては、記録データ参照光パターンを空間光変調器に発生させることができる再生装置においてしか、暗号化されたホログラムから記録データの再生ができない。すなわち、特別な形状とされた記録データ参照光パターンを空間光変調器に発生させることができない、第三者の有する通常の記録再生装置によっては、記録データを再生することが困難である。
【００７９】
または、特別のユーザ、例えば、料金を支払いダウンロードのためのパスワードを周知したユーザ、または、予めダウンロードのパスワードを知っているユーザのみが、インターネットネット配信などによって、記録データ参照光パターンをダウンロードして、ホログラム再生時においてそれを利用することができるようにしても良い。
【００８０】
このようにして、記録データ参照光パターンの内容をどのように記録しておいても良く、または、どのようにして配布するものであっても良いが、記録データ参照光パターンの内容を、特別のユーザ以外の第三者が知ることができないようにして、第三者に対しては暗号化の効果を発揮することができるものである。
【００８１】
上述したように記録データ参照光パターンに関する情報の取得は、記録データ参照光パターン取得手段によっておこなわれる。本実施形態においては、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０に配されるＲＯＭ中に記録データ参照光パターンを保存して、これを制御部６０の機能で読み取る構成、インターネットネット配信された記録データ参照光パターンを制御部６０の制御によって読み取る構成、ホログラム記録媒体の特定領域に記録データ参照光パターンを予め記録しておき制御部６０の制御によって読み取る構成のいずれもが、記録データ参照光パターン取得手段の実施形態の一例である。
【００８２】
（暗号化の効果について）
上述した暗号化が施され記録データホログラムと暗号用ホログラムとが２重書きされ記録されたホログラムから記録データを、再生する場合に、例えば、記録データ参照光パターンを知らない第三者が参照光の全数検索によって復号することが考えられる。この場合には、数１で表すパターン数の検索数が必要となる。ここでＮを参照光のピクセル数、ｎをホワイトレートとするものである。
【００８３】
【数１】
2007273068.tif 000003
【００８４】
これは１つのページを再生する場合であるため、ページごとに暗号用参照光パターンターンを変えて、記録データを解読する場合には、全てのページにおいてこの作業を行う必要があり、解読はより困難なものとできる。また、イメージセンサ２５からの再生信号に基づき、ブロックコードとされた１シンボルのデータを正しく解読するためには、上述した実施例の場合においては、１シンボルについて３つの記録データ信号光パターンに基づく白部と３つの暗号用参照光パターンに基づく白部とが有るので、合計して２０通りの組み合わせがある。ここで、１ページについて、例えば、１６３２個のシンボルがあるので１ページでは２０１６３２個のパターンの組み合わせがあることになり、３つの記録データ信号光パターンに基づく白部が、その組み合わせの中のいずれであるかを見つけて、暗号を解読することはほとんど不可能である。
【００８５】
（実施形態の変形例）
上述した実施形態の変形例をさらに説明する。暗号化のための暗号ホログラムの多重化の数は、当然に２以上であっても良く、多重化の回数が多くなるほど暗号化の効果も増大するものである。
【００８６】
一方、多重化の数が多くなると相互に無相関である参照光パターンを選ぶことが困難となる。このときに、記録データ参照光パターンと暗号化用参照光パターンとの相関については、無相関であることが最も望ましいものであるが、相関の度合が低ければ必ずしも無相関ではなくとも十分に暗号化の機能を達成できるものである。したがって、多重化の数と相関の度合との関係を適宜組み合わせることによって用途に最も適した暗号化が可能とできるものである。
【００８７】
また、多重化の領域については、上述したように、記録データホログラムと暗号用ホログラムとの記録領域を一致させるのみではなく、記録データホログラムと暗号用ホログラムの記録領域をずらすことによっても暗号化の効果を生じることができる。従来からシフト多重方式として知られている記録再生方式においては、ホログラムの相互が所定範囲以上に重なった場合には、記録再生が困難であったが、実施形態の暗号化方式では同一領域にホログラムを形成するのみならず、微小なる量シフトさせるシフト多重記録と併用することもできる。このようにすれば、常時ゆっくりと、ホログラム記録媒体を移動させながら、連続的に暗号化記録をおこなうことができ、また、暗号化されたホログラム領域からの記録データの再生が可能とできる。
【００８８】
また、暗号用信号光パターンについては、暗号化に適した態様とするのみではなく、利用価値のある有意なる情報（有意暗号データ）に応じたものとできる。これによって、暗号化と有意なる情報の多重化との両方の利益を得ることができる。すなわち、Ｍ／＃の無駄な消費がない暗号化方式が可能になる。つまりこの暗号化方式では、利用価値のある有意なる情報に応じた暗号用ホログラムを記録データホログラムと同一の領域に記録することとなる。この場合においても、参照光パターンは相互に無相関なものを用いるのが望ましいものである。
【００８９】
この暗号化方式では、記録データ参照光パターンに関する情報のみならず、暗号用参照光パターンの情報も暗号を解く鍵となるので、この暗号用参照光パターンの情報を知らない場合には、正常に有意暗号データを再生することが難しい。このパターンを知らない者が、暗号用参照光パターンとは異なるパターンでの再生を行った場合には、複数の多重化された情報が混ざって再生される。この再生されたパターンは全て信号として用いられたものではあるが、これらのパターンは分離して再生されなければ通常のデータは再生されないために、高度な暗号化を実現できる。
【００９０】
この場合において、参照光パターンを相互に無相関または相関の度合いが低いものとすれば、信号光パターンには制約を課すことなく（つまり、有意暗号データに制限を課すことなく）多重記録をおこなって、記録データおよび有意暗号データの復調ができるものである。例えば、記録データおよび有意暗号データの処理を制御部６０において何ら区別することなく、同一の信号処理の手順によっておこなうことができる。しかしながら、Ｓ／Ｎ（信号対雑音）比をさらに向上させて、記録再生特性を向上させるためには、信号光パターンは相互に無相関なものと用いるのが望ましいものである。この場合においては、有意な情報に応じた暗号用信号光パターンを記録データ信号光パターンと無相関とすることは一般的に困難である。そのために、例えば、暗号用信号光パターンは、記録データ信号光パターンと相関の度合がなるべく低いものとして、また、２以上の暗号用信号光パターンを用いる場合においても、それらの相互の相関の度合はなるべく、低いものとすることが望ましい。例えば、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとの発生のスキームを異ならせ、暗号用信号光パターンは記録データ信号光パターンとは異なるフォーマットで構成されるブロックコードとして無相関とすることもできる。
【００９１】
信号光パターンの相互の相関の度合をなるべく低いものとするには、例えば、１６：３符号を用いる場合においては、１のシンボルデータに対するパターンの冗長度があることを利用して、１のシンボルデータに対して、複数の信号光パターンを割り振る。記録データに割り付けられた１（冗長度が小さく、すべてのシンボル対して複数のパターンの割付がない場合は１となる場合があるので１も含む）または複数のパターンと有意暗号データに割り付けられた１または複数のパターンとの相関の度合を制御部６０が判断して、最も相関の度合が低い記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンの組み合わせを選択することができる。
【００９２】
信号光パターンの相互を無相関とするには、例えば、１６：３符号を用いる場合においては、記録データの変換スキームは１６：３とし、有意暗号データの変換スキームは１６：１として、有意暗号データの情報密度を低くし、その効果として、有意暗号データの１シンボルに対して多くの暗号用信号光パターンを割り当て、記録データに割り付けられた１または複数のパターンと有意暗号データに割り付けられた複数のパターンとの相関の度合を制御部６０が判断して、最も相関の度合が低い記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンの組み合わせを選択して、記録データ信号光パターンと暗号用信号光パターンとを無相関とすることができる。また、このようにして、暗号用信号光パターンの相互を無相関とすることができる。
【００９３】
上述したように記録データ参照光パターンに関する情報の取得と同様に、暗号用信号光パターンに関する情報の取得は暗号用信号光パターン取得手段によっておこなわれる。本実施形態においては、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０に配されるＲＯＭ中に暗号用信号光パターンを保存して、これを制御部６０の機能で読み取る構成、インターネットネット配信された暗号用信号光パターンを制御部６０の制御によって読み取る構成、ホログラム記録媒体の特定領域に暗号用信号光パターンを予め記録しておき制御部６０の制御によって読み取る構成等が、暗号用信号光パターン取得手段の実施形態の一例として挙げられる。
【００９４】
上述した実施形態は、いずれも、本発明の一実施形態に過ぎず、上述の実施形態に本発明が限定されるものではない。例えば、上述の説明では、信号光と参照光とを同軸状に配するコアキシャル方式について説明したが、信号光と参照光とを異なる光学部品を介してホログラム記録媒体に入射させる二光束方式においても同一の技術思想に基づき実施が可能なものである。また、例えば、空間光変調器に関しても、透過型、反射型を問わず、いずれを用いても実施が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】ホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系の概念を示す図である。
【図２】空間光変調器に表示される信号光パターンおよび参照光パターンの一例を示すものである。
【図３】ホログラム再生装置におけるコアキシャル光学系の概念を示す図である。
【図４】装置の主要部である光学部を中心として示した本実施形態のホログラム記録再生装置の模式図である。
【図５】ホログラム記録媒体の断面積方向に切断した構造を模式的に示すものである。
【図６】参照光パターンをオールホワイトとする場合のイメージセンサにおける再生像を示す図である。
【図７】暗号化の過程を模式的に示す図である。
【図８】復号の過程を模式的に示す図である。
【図９】暗号化のための信号光パターンについて説明するための図である。
【図１０】暗号化をおこなうページを空間的に分布させる場合を示す図である。
【図１１】暗号化をしないで記録したホログラムを、記録時におけると同一の参照光、記録時と無相関の参照光、オールホワイトの参照光、の各々を用いて再生をおこなった場合のイメージセンサ生じる再生像を示す。
【図１２】暗号化をおこなって記録したホログラムを、記録時におけると同一の参照光、記録時と無相関の参照光、オールホワイトの参照光、の各々を用いて再生をおこなった場合のイメージセンサ生じる再生像を示す。
【符号の説明】
【００９６】
１０、１１  コアキシャル光学系、２０  レーザ光源、２１  コリメートレンズ、２２  空間光変調器、２３  ビームスプリッタ、２４  対物レンズ、２５  イメージセンサ、２７  ビームスプリッタ、２８  サーボ用光源、２９  フォトディテクタ、３０  サーボ用光学系、３４  ダイクロイックミラー、４０  信号光、４１  参照光、４２  回折光、４６  信号光空間光変調部、４６ａ、４６ｂ  信号光パターン、４７  参照光空間光変調部、４７ａ、４７ｂ  参照光パターン、５０  ホログラム記録媒体、５０ａ  記録層、５０ｂ  反射膜、５０ｃ  アドレスグルーブ、５１  スピンドルモータ、５４  対物レンズアクチュエータ、５６  反射ミラー、６０  制御部、１００  ホログラム記録再生装置
【図１】
2007273068.tif 000004
【図２】
2007273068.tif 000005
【図３】
2007273068.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2007273068.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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