(57)【要約】【課題】ホログラムとして高密度に記録された二次元情報を高速に検索するシステム及びかかるシステムにおいて使用されるホログラフィック記録媒体を提供する。【解決手段】ホログラフィック記録媒体２０には、記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄが同時に又は時分割で結像する情報光３２と、参照光パターンに基づいて生成された参照光３３とを照射して形成されたホログラム２４が記録され、検索光生成手段（空間光変調器４３）によって、空間的に分割されたＮ個の領域４３３ａ〜４３３ｄに、検索用の空間変調パターンＳを同時に結像する検索光３６を生成し、検索光３６をホログラフィック記録媒体２０に照射させて、再生された再生光３７を検出手段５３によって検出し、検索二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索する。【選択図】図１
2012141378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次元情報から検索二次元情報に類似する二次元情報を検索する検索システムであって、
記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の各領域に、異なる二次元情報から生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光と、参照光パターンに基づいて生成された参照光とを対物レンズによって照射して形成されたホログラムが記録されたホログラフィック記録媒体と、
前記検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンに基づいて検索光を生成する検索光生成手段と、
前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体に対して照射する対物レンズを含む光学系と、
前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体のホログラムに照射することによって再生された再生光を検出する検出手段と、
情報処理装置と、を備え、
前記情報処理装置は、
前記検索光生成手段によって、前記情報光のＮ個に分割された各領域に対応して、前記光学系の対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を生成し、
前記光学系によって、前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体に照射させて、前記ホログラフィック記録媒体から再生された再生光を前記検出手段によって検出し、
前記検出した再生光に基づいて、前記検索二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索することを特徴とする検索システム。
【請求項２】
前記情報光は、空間光変調器に情報光領域を設け、前記情報光領域をＮ個の領域に分割し、各領域に前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンを同時に又は時分割で表示することによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の検索システム。
【請求項３】
前記ホログラフィック記録媒体には、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に結像する情報光と、一つの参照光とを干渉させることにより形成されたホログラムが記録されることを特徴とする請求項１又は２に記載の検索システム。
【請求項４】
前記ホログラフィック記録媒体には、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが時分割で結像するＮ種類の情報光と、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、互いに重畳しないＮ種類の参照光とを時分割で干渉させることにより形成されたＮ個のホログラムが前記ホログラフィック記録媒体の同一の記録位置に記録されることを特徴とする請求項１又は２に記載の検索システム。
【請求項５】
前記検出された再生光に基づいて、前記検索二次元情報に類似する二次元情報から生成された記録用の空間変調パターンが、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面における空間的に分割されたＮ個の領域の何れに配置されていたのかを特定することを特徴とする請求項４に記載の検索システム。
【請求項６】
前記参照光は、空間光変調器に参照光領域を設け、前記参照光領域をＮ個の領域に分割し、各領域に参照光パターンを時分割で表示することによって生成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の検索システム。
【請求項７】
前記Ｎ種類の情報光とそれぞれ対応するＮ種類の参照光とは、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、光軸に対して対向するように配置されていることを特徴とする請求項４ないし６の何れか１項に記載の検索システム。
【請求項８】
前記Ｎ種類の情報光とそれぞれ対応するＮ種類の参照光とは、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、光軸に対して同一の方向に配置されていることを特徴とする請求項４ないし６の何れか１項に記載の検索システム。
【請求項９】
前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、前記参照光は、前記情報光の外側に設けられることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の検索システム。
【請求項１０】
前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、前記参照光は、前記情報光の内側に設けられることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の検索システム。
【請求項１１】
前記検出手段は、４分割ディテクタであることを特徴とする請求項１０に記載の検索システム。
【請求項１２】
複数の二次元情報がホログラムとして記録されたホログラフィック記録媒体であって、
前記ホログラムは、
対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光と、参照光パターンに基づいて生成された参照光とを対物レンズによって照射して形成されたホログラムが記録されており、
前記情報光のＮ個に分割された各領域に対応して、光学系の対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を照射して、前記複数の二次元情報から前記検索二次元情報に類似する二次元情報を検索する検索システムにおいて、前記複数の二次元情報のデータベースとして使用されることを特徴とするホログラフィック記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光相関を利用して、二次元情報を検索する技術に関し、特に、複数のホログラムが記録されているホログラフィック記録媒体から検索したい二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索する検索システム及びそこで使用されるホログラフィック記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像や動画の検索技術としては、画像や動画にキーワードを設定しておき、検索者がキーワードを入力して、キーワードに合致する画像や動画を検索する技術が大半であった。しかし、キーワードを用いた検索方法では、設定したキーワードが不適切であった場合には、適切な検索をすることができない点が問題だった。さらに、キーワードの設定には、個人差が存在し、また個人の主観の違いや表現の違いによってキーワードが必ずしも一致しない点でも問題であり、さらにキーワードが一致した場合には、目的の画像や動画以外の動画であっても検索されてしまう点でも問題がある。
【０００３】
このため、画像や動画をより高精度に行うためには、入力情報にも画像を用いた２次元データ同士の相関により検索を行うことが望まれる。従来の光相関を利用する画像検索技術は、大量の記録された画像データから入力された画像を検索するにあたって、厚みのない液晶素子や薄いホログラムなどを表示素子として光相関を用いるものがあった。しかし、液晶素子は、大量の記録された画像データを切り替えながら光相関を行うが、画像の切り替えに電気制御が必要であり、１回の相関にかかる時間が制限される。また、記録媒体から蓄積された画像を液晶表示素子に転送してから光相関を行うため転送速度によっても光相関の速度が制限されていた。また、薄いホログラムでは記録容量や記録密度を上げることが困難であった。
【０００４】
他方で、ホログラムの干渉縞の間隔に比べて記録層の膜厚が大きい体積型（厚い）ホログラムを利用した場合には、記録容量や記録密度を上げることが可能であるが、ホログラムを記録するための光学系が複雑であり、記録時と再生時とで同一の波長及び同一の入射角の参照光が必要であり、厳密な位置合わせ及び照射条件が要求されるため、実用化には大きな課題が残っていた。
【０００５】
しかし、最近、同軸上で参照光と情報光を干渉させて体積型（厚い）ホログラムを記録するコリニア方式のホログラフィックメモリが開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。コリニア方式の光情報記録再生装置は、空間光変調器によって空間的に変調された情報光と参照光とが同軸上に配置されて記録媒体に照射される。ホログラフィック記録媒体に照射された情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラムによって、ホログラフィック記録媒体のホログラム記録層内の感光性材料に光反応を生じさせ、ホログラム記録層にホログラムを定着させる。コリニア方式のホログラフィックメモリは、ディスク状のホログラフィック記録媒体を回転させながら記録再生するので、既存のＤＶＤやＣＤなどの光ディスク技術と親和性が高く、光学系を簡易且つ小型化することが可能であること、また既存のＤＶＤやＣＤに類似したアドレス方式やサーボ技術なども取り入れられており、厳密な位置合わせが実現可能であることから、次世代の記録方式として期待されている。
【０００６】
コリニア方式のホログラフィックメモリでは、記録媒体にホログラムを記録する際に、既に記録されたホログラムに対し、一部が重なるようにホログラムを多重させて記録することができる。この多重記録を行うことにより、多重記録する際のホログラムの間隔（ホログラムピッチ）に応じて、ホログラフィック記録媒体の記録密度及び記録容量を向上させることができる。
【０００７】
さらに、このようなコリニア式のホログラフィックメモリである体積型（厚い）ホログラムを用いることにより光相関演算を行って顔画像を照合することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、ホログラムの書き込み時には、空間光変調器の１画素をオン状態として参照光とし、その付近に顔画像を表示して情報光とし、それらの光を対物レンズによってフーリエ変換して記録媒体中で重ね合わせて干渉させホログラムを記録している。また、光相関演算時には、書き込み時と同じ位置に検索したい顔画像を表示することにより、ホログラムから再生された光を検出して相関演算を行っていた。ホログラムとして記録された顔画像と検索したい顔画像とが同一又は類似していると、ホログラムからは参照光が再生され、かかる参照光の強度は、類似度が高い程強くなるので、ホログラムから再生された光を相関値として利用することができる。
【０００８】
ところで、近年、小説、音楽、映画、写真など情報のデジタル化及びインターネットの普及に伴いインターネット上での著作権侵害が問題視されている。これは、情報をデジタル化することにより、品質を落とさず正確に複製することが可能であり、また情報の編集、翻案などの二次利用や三次利用が容易であること、さらにインターネットを通じて公衆送信できることから、他人の著作物を利用しやすい環境であることに起因する。特に、企業等の団体だけではなく、各個人においてもこれらの環境下にあるため、著作権侵害の予防、管理を困難なものとしている。
【０００９】
最近、インターネット上で動画を共有する動画共有サービスが提供されているが、この動画共有サービスにおいて著作権侵害が大きな問題となっている。動画共有サービスとは、あるユーザーがアップロードした動画データを共有化することで、他のユーザーにもダウンロード可能な状態とさせ、動画を公開、閲覧できるようにしたサービスである。この動画共有サービスには、一日に何万件もの動画データが投稿されており、それらの動画データの中には、著作権を侵害する違法なものも多数含まれているのが現状である。例えば、映画、テレビ番組、ライブ映像、プロモーションビデオなどが著作権者に無断でアップロードされている。
【００１０】
従来、動画共有サービスにおける著作権の管理は、利用規約などに著作権を侵害する動画データの投稿を禁止する旨を記載するだけで、各ユーザーの倫理に委ねており、特別な検閲システムを設けていなかった。仮に違法な動画データがアップロードされた場合であっても、第三者から違法な動画データとして指摘されたものについて削除するだけであった。著作権者などは、動画データを再生して、視認することによって違法な動画データを検索し、通報していたが、日々何万件も増加する動画データの全てを確認することは現実的ではなかった。しかも、違法な動画データは、通報して削除されても、ユーザーによって再び投稿されることが多く、従来の対策は実効的なものではなかった。
【００１１】
なお、ホログラムを利用した動画検索の技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された照合システムは、動画情報の各フレーム画像を情報光とし、情報光を参照光と干渉させることによって、ホログラムを大容量のホログラフィック記録媒体に記録する。そして、閲覧可能な動画情報から抽出された静止画（フレーム）から生成された検索画像情報とホログラムとして記録された動画情報のフレームとを照合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３４０３０６８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０３５０３２号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】「全光型超高速光相関による画像検索エンジン」  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｊａｐａｎ  ２００５  講演予稿集  ｐｐ２６０−２６１、２００５年  渡邉恵理子他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非特許文献１の顔画像を照合するためのシステムでは、ホログラフィック記録媒体を回転させながら画像を照合しているので、照合速度を向上させるためには、ホログラフィック記録媒体の記録密度を高く、即ち単位面積当たりのホログラムの数を多くすればよい。そして、ホログラフィック記録媒体の記録密度を高くするには、前述したとおり、多重記録におけるホログラムピッチを短くすればよい。ホログラムピッチを短くすることにより、同じ回転速度であっても、照合できるホログラムの数が多くなり、照合速度を向上させることができる。しかし、多重度にはホログラフィック記録材料に固有のＭ／＃（ダイナミックレンジ）等の限界があるし、ホログラムピッチを短くすると、クロストークによってエラーレートが高くなり、検索の精度が低下する問題もあった。
【００１５】
一方、空間光変調器の解像度を高くすることにより、一つのページデータ（空間光変調器の表示領域）として表示できる画素数（データ量）が多くなり、一つのホログラムに記録可能なデータ容量を増加させることができる。しかし、一つのページデータ（空間光変調器の表示領域）に表示されるフレーム画像を高画質としても、動画像においてはフレーム画像の数自体が多いため、照合速度を向上させることはできなかった。
【００１６】
本発明は、前述した問題に鑑みてなされたものであって、ホログラムとして高密度に記録された二次元情報を高速に検索するシステム及びかかるシステムにおいて使用されるホログラフィック記録媒体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】
【００１７】
前述した課題を解決するため、本発明の検索システムは、複数の二次元情報から検索二次元情報に類似する二次元情報を検索する検索システムであって、記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の各領域に、異なる二次元情報から生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光と、参照光パターンに基づいて生成された参照光とを対物レンズによって照射して形成されたホログラムが記録されたホログラフィック記録媒体と、前記検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンに基づいて検索光を生成する検索光生成手段と、前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体に対して照射する対物レンズを含む光学系と、前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体のホログラムに照射することによって再生された再生光を検出する検出手段と、情報処理装置と、を備え、前記情報処理装置は、前記検索光生成手段によって、前記情報光のＮ個に分割された各領域に対応して、前記光学系の対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を生成し、前記光学系によって、前記検索光を前記ホログラフィック記録媒体に照射させて、前記ホログラフィック記録媒体から再生された再生光を前記検出手段によって検出し、前記検出した再生光に基づいて、前記検索二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索することを特徴とする。
【００１８】
また、前記検索システムにおいて、前記情報光は、空間光変調器に情報光領域を設け、前記情報光領域をＮ個の領域に分割し、各領域に前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンを同時に又は時分割で表示することによって生成されることが好ましい。
【００１９】
また、前記検索システムにおいて、前記ホログラフィック記録媒体には、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に結像する情報光と、一つの参照光とを干渉させることにより形成されたホログラムが記録されることが好ましい。
【００２０】
また、前記検索システムにおいて、前記ホログラフィック記録媒体には、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが時分割で結像するＮ種類の情報光と、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、互いに重畳しないＮ種類の参照光とを時分割で干渉させることにより形成されたＮ個のホログラムが前記ホログラフィック記録媒体の同一の記録位置に記録されることが好ましい。
【００２１】
また、前記検索システムにおいて、前記検出された再生光に基づいて、前記検索二次元情報に類似する二次元情報から生成された記録用の空間変調パターンが、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面における空間的に分割されたＮ個の領域の何れに配置されていたのかを特定することが好ましい。
【００２２】
また、前記検索システムにおいて、前記参照光は、空間光変調器に参照光領域を設け、前記参照光領域をＮ個の領域に分割し、各領域に参照光パターンを時分割で表示することによって生成されることが好ましい。
【００２３】
また、前記検索システムにおいて、前記Ｎ種類の情報光とそれぞれ対応するＮ種類の参照光とは、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、光軸に対して対向するように配置されていてもよいし、光軸に対して同一の方向に配置されていてもよい。
【００２４】
また、前記検索システムにおいて、前記記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、前記参照光は、前記情報光の外側に設けられていてもよいし、前記情報光の内側に設けられていてもよい。
【００２５】
また、前記検索システムにおいて、前記参照光が前記情報光の内側に設けられた場合、前記検出手段は、４分割ディテクタであることが好ましい。
【００２６】
前述した課題を解決するため、本発明のホログラフィック記録媒体は、複数の二次元情報がホログラムとして記録されたホログラフィック記録媒体であって、前記ホログラムは、対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の領域に、前記複数の二次元情報のそれぞれから生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光と、参照光パターンに基づいて生成された参照光とを対物レンズによって照射して形成されたホログラムが記録されており、前記情報光のＮ個に分割された各領域に対応して、光学系の対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を照射して、前記複数の二次元情報から前記検索二次元情報に類似する二次元情報を検索する検索システムにおいて、前記複数の二次元情報のデータベースとして使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、１回の検索光の照射によって、一つの記録領域に記録されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の二次元情報を検索できるので、ハードウェアの処理能力を上げなくても、時間当たりの検索数を大きくすることができる。また、Ｎ種類の情報光とＮ種類の参照光とを時分割で対応させて照射することによって、一つの記録領域にＮ個のホログラムを記録することもできる。この場合は、検索時において、ホログラムから再生した再生光に基づいて、Ｎ個のホログラムの何れが検索二次元情報に類似するのか特定することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態のホログラム記録時の対物レンズの入射瞳面及び記録動作を説明する図、（Ｃ）及び（Ｄ）は、ホログラム検索時の対物レンズの入射瞳面及び検索動作を説明する図
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態のホログラム記録時の対物レンズの入射瞳面を説明する図、（Ｅ）は、ホログラム検索時の対物レンズ５０の入射瞳面３４を説明する図
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態のホログラム記録時の対物レンズの入射瞳面及び記録動作を説明する図、（Ｅ）及び（Ｆ）は、ホログラム検索時の対物レンズの入射瞳面及び検索動作を説明する図
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施形態のホログラム検索時の入射瞳面における再生光のパターン及び再生光の光強度を示す説明図
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、情報光領域、参照光領域及び検索光領域の形状、分割方法、各情報光と対応する各参照光の関係等に関する変形例を示す図
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、情報光領域、参照光領域及び検索光領域の形状、分割方法、各情報光と対応する各参照光の関係等に関する他の変形例を示す図
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、情報光領域、参照光領域及び検索光領域の形状、分割方法、各情報光と対応する各参照光の関係等に関する他の変形例を示す図
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、情報光領域、参照光領域及び検索光領域の形状、分割方法、各情報光と対応する各参照光の関係等に関する他の変形例を示す図
【図９】検索システムの構成の例を示す概略ブロック図
【図１０】光学系及びホログラフィック記録媒体の構成の例を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
【００３０】
本発明の検索システムは、複数の二次元情報がホログラムとして記録されているホログラフィック記録媒体から検索したい二次元情報（以下「検索二次元情報」という。）に類似する二次元情報を含むホログラムを検索する。本発明の検索システムでは、対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個（Ｎは２以上の整数。以下同じ）の各領域に、異なる二次元情報から生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光を使用することによって、ホログラフィック記録媒体の同一の記録位置に複数の二次元情報がホログラムとして記録されている。かかるホログラフィック記録媒体に対し、本発明の検索システムでは、情報光のＮ個に分割された各領域に対応したＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を照射する。このため、本発明では、最大Ｎ個の二次元情報を一つの記録領域に記録することができ、また、検索光を１回照合することによって、同一の記録位置に記録されたＮ個の二次元情報に対して光相関演算を行うことができ、検索二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索することができる。
【００３１】
記録時において、Ｎ個の記録用の空間変調パターンを同時に結像する情報光を使用した場合は、Ｎ個の記録用の空間変調パターンによって空間的に変調されたＮ種類の情報光の束が情報光となり、参照光パターンに基づいて生成された一つの参照光と共に対物レンズによってホログラフィック記録媒体に照射されることによって、ホログラフィック記録媒体の一つの記録領域にＮ個の二次元情報を含む一つのホログラムが形成される。かかるホログラムには、Ｎ種類の情報光の束と参照光との干渉縞だけではなく、Ｎ種類の情報光が相互に干渉した干渉縞も含まれる。かかる実施形態については図１を用いて説明する。
【００３２】
また、記録時において、Ｎ個の記録用の空間変調パターンを時分割で結像する情報光を使用した場合は、Ｎ個の記録用の空間変調パターンによって空間的に変調されたＮ種類の情報光と、それぞれ対応する参照光パターンに基づいて生成されたＮ種類の参照光とが、時分割で対物レンズによってホログラフィック記録媒体に照射され、ホログラフィック記録媒体の一つの記録領域にＮ個の二次元情報を含むＮ個のホログラムが形成される。各ホログラムには、Ｎ種類の情報光の一つとＮ種類の参照光の一つとの干渉縞は含まれるが、Ｎ種類の情報光が相互に干渉した干渉縞は含まれない。かかる実施形態については図２ないし図８を用いて説明する。
【００３３】
本明細書において、「二次元情報」とは、例えば、顔、人物、指紋、虹彩、手のひら静脈等の画像情報、動画から抽出されたフレームの情報、二次元バーコード、ＱＲコード等である。また、二次元情報は、ホログラムとして記録される前に前処理が施されることもあるが、これらの前処理が施された情報も含む。なお、前処理が施される前の二次元情報を「原二次元情報」ということもある。
【００３４】
［第１の実施形態］図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態のホログラム記録時の対物レンズ５０の入射瞳面３４及び記録動作を説明する図であり、図１（Ｃ）及び（Ｄ）は、本発明の第１の実施形態のホログラム検索時の対物レンズ５０の入射瞳面３４及び検索動作を説明する図である。図１（Ｂ）に示すように、情報光３２及び参照光３３は、対物レンズ５０によってホログラフィック記録媒体２０に対して照射され、ホログラム記録層２１にホログラム２４を形成する。また、図１（Ｄ）に示すように、検索光３６は、対物レンズ５０によってホログラフィック記録媒体２０に対して照射され、ホログラム記録層２１のホログラム２４から再生した再生光３７は、検出手段５３によって検出される。
【００３５】
ホログラフィック記録媒体２０は、表面保護層２２と反射層２３との間に感光材料を含有するホログラム記録層２１を挟み込んだ反射型の記録媒体である。ホログラム記録層２１は、情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラム２４を記録する。ホログラム記録層２１の厚さをホログラムの干渉縞の間隔に比べて大きく設計し、ホログラムをホログラム記録層２１の厚み方向に立体的に記録することによって、二次元情報を体積型のホログラム（厚いホログラムともいう）として記録することができる。ホログラフィック記録媒体２０は、アドレス層を備えていてもよい。なお、ホログラフィック記録媒体２０は透過型であってもよい。
【００３６】
図１（Ａ）及び（Ｂ）の情報光３２及び参照光３３並びに図１（Ｃ）及び（Ｄ）の検索光３６は、対物レンズ５０の入射瞳面３４において、それらの空間変調パターンが結像するように構成されている。例えば、対物レンズ５０の入射瞳面３４又は入射瞳面３４と共役な面に、光を空間的に変調する空間光変調器４３の表示面を配置して空間光変調器に空間変調パターンを表示したり、空間変調パターンの開口を有するマスクを配置したりすれば、対物レンズ５０の入射瞳面３４に情報光３２等の空間変調パターンを結像させることができる（なお、本明細書においては、対物レンズ５０の入射瞳面３４に空間変調パターンが結像するとは、入射瞳面３４において空間変調パターンを表示することも含む。）。図１においては、共役な面に空間光変調器４３の表示面を配置し、情報光生成手段及び参照光生成手段並びに検索光生成手段として機能させている。したがって、入射瞳面３４における情報光及び参照光の空間変調パターンや検索光の空間変調パターンは、空間光変調器４３の表示面に表示されたパターンと対応するものであるから、以下の説明において、便宜上、空間光変調器４３の表示面における表示方法について述べることもあるが、かかる説明は入射瞳面３４における情報光及び参照光の空間変調パターンや検索光の空間変調パターンにも該当する。なお、一つの空間光変調器を用いているが、情報光を生成するための空間光変調器と参照光を生成するための空間光変調器を異なる共役な面に配置して、対物レンズの入射瞳面において合成されるようにしてもよいし、Ｎ個に分割された各領域に対応して、Ｎ個の空間光変調器を異なる共役な面に配置して、対物レンズの入射瞳面において合成されるようにしてもよい。
【００３７】
記録時において、空間光変調器４３の表示面には、二次元情報から生成される記録用の空間変調パターンを表示する情報光領域４３１と、参照光を生成する参照光領域４３２とが形成され、さらに、情報光領域４３１は、Ｎ個の領域に分割されている。情報光領域４３１の分割数Ｎは、分割された一つの領域が二次元情報を表示できるだけの画素数を有していればよく、使用する空間光変調器の画素数、情報光領域の割合や形状、二次元情報の画素数等によって適宜設定される。また、情報光領域は、各領域の大きさや形状が等しくなるように、情報光領域の中心を軸とする軸対称な図形となるように分割することが好ましいが、軸対称な図形に限定されるわけではない。中心点を通らない線によって各領域に分割されてもよく、分割された各領域は、大きさは同じでなくてもよいし、相似形でなくてもよい。
【００３８】
図１（Ａ）においては、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に円形の情報光領域４３１を配置し、その周囲に、円環状の参照光領域４３２を配置しており、情報光領域４３１は、光軸を中心とした十字によって、４個の領域４３１ａ〜４３１ｄに分割されている。分割された各領域４３１ａ〜４３１ｄは、４分円の形状であり、４個の異なる二次元情報から生成された記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄが表示される。検索システムが備える空間光変調器は、複数の画素を有し、各画素毎に光の属性を変化させることによって、光を空間的に変調する。空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）には、例えば、液晶表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等を使用することができる。
【００３９】
図１（Ａ）では、空間光変調器４３の表示面及び情報光領域４３１を円形としているが、表示面の形状は円形に限定されない。例えば、表示面は、長方形、正方形、その他の多角形であってもよい。また、情報光領域４３１は、長方形、正方形、その他の多角形であってもよいし、円環状又は多角系環状等であってもよい。例えば、図５〜８には、情報光領域の他の形状、配置及び分割例について示されている。これらの図については後述する。
【００４０】
空間光変調器４３の表示面に表示される記録用の空間変調パターンは、情報処理装置（図示省略）において、記録する二次元情報に基づいて生成される。記録用の空間変調パターンは、原二次元情報をそのまま使用してもよいし、一つ又は複数の前処理を施したものであってもよい。前処理としては、例えば、グレースケール化処理、２値画像化処理、解像度を変更する画像処理、原画像情報の一部を切り取るトリミング処理、エッジ強調処理等である。特に、エッジ強調処理は、画像情報の特徴である構図の要素を明らかにするので、有効な前処理である。さらに、画像を分割して並び変えるランダム変換処理を施してもよい。なお、ランダム変換処理については、本出願人が出願した特開２０１０−６０６０５号公報に記載されているので、詳細な説明を省略する。なお、本発明では、情報光領域を分割するため、各空間変調パターンの解像度はある程度制限される。このため、原二次元情報が高解像度の画像データであった場合、その解像度を前処理において所定の範囲まで低下させることが好ましい。
【００４１】
生成された記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄは、情報処理装置（図示省略）によって、空間光変調器４３の表示面の各領域４３１ａ〜４３１ｄに表示される。ただし、分割された全部の領域に空間変調パターンを表示する必要はなく、例えば、４個の領域のうちの３個の領域４３１ａ〜４３１ｃに、空間変調パターンＡ〜Ｃを表示してもよい。また、第１の実施形態においては、光相関演算によっては、検索用二次元情報が、同時に表示された記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄの何れかと類似することまでしか特定できないため、表示するＮ個の記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄについて関連性を持たせることが好ましい。例えば、同一の動画データから抽出された複数のフレーム画像を同時に表示する。
【００４２】
参照光領域４３２は、参照光を生成するための領域である。参照光領域４３２に表示されたオン画素とオフ画素とからなるパターンによって、空間的に変調された強度分布を有する参照光が生成されてもよいし、強度分布のない一様な参照光が生成されてもよい。前者の場合は、参照光領域４３２に表示されたパターンが参照光パターンであり、後者の場合は参照光領域４３２の形状それ自体が参照光パターンとなる。図１（Ａ）においては、参照光領域４３２は、情報光領域４３１の外側に円環状に形成されているが、かかる形状や配置に限定されない。例えば、情報光領域４３１の内側に配置してもよいし、一つ又は複数の長方形、正方形、その他の多角形、多角形環状等に形成することができる。例えば、図５〜８には、Ｎ個に分割した例ではあるが、他の形状及び配置の参照光領域について示されている。これらの図については後述する。
【００４３】
空間光変調器４３は、表示面の情報光領域４３１に表示された記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄによって、照射された光を空間的に変調して情報光３２を生成する。また、空間光変調器４３は、表示面の参照光領域４３２に表示された参照光パターンによって参照光３３を生成する。図１（Ａ）の情報光３２を詳細にみると、Ｎ個に分割された各領域４３１ａ〜４３１ｄに異なる記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄが表示されているため、各領域４３１ａ〜４３１ｄから、それぞれ異なる情報（記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄ）を担持したＮ種類の情報光が同時に生成されたとみることもできる。しかし、Ｎ種類の情報光は、その後分離されることなく、一緒に対物レンズ５０によってホログラフィック記録媒体２０に照射されるため、結局、Ｎ種類の情報光が束となった一つの情報光３２（各領域４３１ａ〜４３１ｄに表示された記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄを情報として担持した情報光）となる。
【００４４】
情報光３２及び参照光３３は、微細な画素によって空間的に変調されているため、微細な画素によって回折され、入射瞳面３４からの発散光となっているが、対物レンズ５０によってフーリエ変換され、平行光となって、ホログラフィック記録媒体２０の厚いホログラム記録層２１に照射される（検索光３６についても同じである）。このため、情報光３２及び参照光３３は、ホログラム記録層２１において相互に干渉し、４個の異なる空間変調パターンＡ〜Ｄに基づいて、ホログラフィック記録媒体２０の一つの記録領域に一つの体積ホログラム２４が形成される。
【００４５】
次に検索時において、空間光変調器４３の表示面には、検索二次元情報から生成される検索用の空間変調パターンＳを表示する検索光領域４３３が形成され、さらに、検索光領域４３３は、情報光領域４３１に対応して、Ｎ個の領域に分割されている。図１（Ｃ）においては、図１（Ａ）の情報光領域４３１と同じく、表示面の中心近傍に円形の検索光領域４３３を配置し、検索光領域４３３は、光軸を中心とした十字によって、４個の領域４３３ａ〜４３３ｄに分割されている。分割された各領域４３３ａ〜４３３ｄは、４分円の形状であり、何れも同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンＳが表示される。なお、検索光領域４３３の分割された各領域４３３ａ〜４３３ｄと、情報光領域４３１の分割された各領域４３１ａ〜４３１ｄとは、形状が相似であればよく、検索光領域４３３の大きさが情報光領域４３１の大きさと異なってもよい。これは、光学系４０（図１０参照）によって、対物レンズ５０の入射瞳面３４に結像される大きさを変更できるためである。
【００４６】
検索用の空間変調パターンＳは、情報処理装置（図示省略）において、検索二次元情報に基づいて生成される。検索用の空間変調パターンＳの生成方法は、相関値を高めるために、記録用の空間変調パターンの生成方法と同じ方法とすることが好ましい。例えば、ホログラム記録時において、前処理が施された二次元情報によって空間変調パターンＡ〜Ｄが生成された場合、検索二次元情報にも同じ前処理を施すことが好ましい。
【００４７】
生成された検索用の空間変調パターンＳは、情報処理装置（図示省略）によって、空間光変調器４３の表示面の全ての領域４３３ａ〜４３３ｄに同時に表示される。空間光変調器４３は、検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンＳに基づいて検索光３６を生成する。本発明の検索光３６は、同じ検索用の空間変調パターンＳがＮ個に分割された各領域４３３ａ〜４３３ｄに表示された情報を担持した検索光３６が生成される。
【００４８】
検索光３６は、情報光３２と同様に、対物レンズ５０によってフーリエ変換され、平行光となって、ホログラフィック記録媒体２０の厚いホログラム記録層２１に記録されたホログラム２４と干渉すると、記録時の参照光３３に相当する再生光３７が再生される。
検出手段５３は、再生光３７を検出するものであり、再生光３７が結像するため、対物レンズ５０の入射瞳面３４又は入射瞳面３４と共役な面に配置することが好ましい。図１（Ｄ）においては、図１（Ａ）の参照光３３と同様に、円環状の参照光が再生されるので、実際には、検索光３６と再生光３７とを分離したうえで、再生光３７を集光レンズ（図１０のレンズ５２参照）によって検出手段５３に集束させればよい。
【００４９】
再生光３７の光強度は、ホログラム２４として記録された複数の二次元情報と検索二次元情報との類似度に応じて変化する。つまり、領域４３１ａの空間変調パターンＡと領域４３３ａの空間変調パターンＳとの類似度、領域４３１ｂの空間変調パターンＢと領域４３３ｂの空間変調パターンＳとの類似度、領域４３１ｃの空間変調パターンＣと領域４３３ｃの空間変調パターンＳとの類似度、領域４３１ｄの空間変調パターンＤと領域４３３ｄの空間変調パターンＳとの類似度の総和が、再生光３７の光強度として出力される。このように、各記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄは、それぞれ検索用の空間変調パターンＳと光相関演算されており、その結果が再生光３７の光強度に反映される。よって、再生光３７の光強度が大きいホログラム２４には、検索二次元情報と類似する二次元情報が記録されている可能性が高い。
【００５０】
ところで、第１の実施形態では、情報光領域４３１の４つの領域４３１ａ〜４３１ｄに記録用の空間変調パターンＡ〜Ｄが同時に表示された変調パターンを担持した情報光と、一つの参照光とによってホログラム２４が形成されているため、再生光の光強度は、ホログラムとして記録されたＮ個の二次元情報の類似度を個別に特定することができず、その総和が検出される。よって、ホログラムとして記録されたＮ個の二次元情報の何れが検索二次元情報と相関が高いのか正確には特定できない。このため、検索二次元情報と類似する二次元情報を特定することが難しい場合もある。例えば、Ｎ個の二次元情報の一つと検索二次元情報とが一致しているが、他の二次元情報が全く類似していない場合と、検索二次元情報と一致しないが、Ｎ個の二次元情報が何れも多少類似する場合とでは、再生光の強度（類似度の総和）が全体として、前者の方が小さくなることもありえる。ただし、検索の目的によっては、Ｎ個の二次元情報の何れかと一致することを確認できれば足りる場合もある。例えば、著作権の違法動画を検索する場合には、所定の動画に含まれるか否かを照合すればよく、何れのフレーム画像であるかまで特定する必要はない。このため、ある動画の中の異なるフレーム画像をＮ個の二次元情報として記録しておけば、検索二次元情報の相関値が検出されれば、検索二次元情報が当該動画のフレーム画像であることを特定でき、動画の一部であることを確認できる。特に、一度に記録するＮ個の二次元情報として、時間的に近接するフレーム画像とすれば、他の二次元情報も検索二次元情報との類似度が高くなり、信頼性を高くすることが可能である。
【００５１】
なお、情報処理装置は、検出手段５３によって検出された再生光３７の光強度を取得し、再生光の光強度に基づいて、相関値を演算してもよい。相関値は、ホログラムとして記録された二次元情報と検索二次元情報との類似度を示す信号である。情報処理装置は、検出された参照光３７の光強度をそのまま相関値としてもよい。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、Ｎ個の異なる二次元情報から生成された空間変調パターンに基づいてホログラムを記録するので、１回の情報光及び参照光の照射によって、ホログラフィック記録媒体の一つの記録領域にＮ個の二次元情報を記録することができる。また、１回の検索光の照射によって、一つのホログラムとして記録されたＮ個の二次元情報を検索するので、ハードウェアの処理能力を上げなくても、時間当たりの検索数を大きくすることができる。
【００５３】
[第２の実施形態]上記第１の実施形態では、ホログラム記録時においてＮ個の二次元情報から生成された空間変調パターンを空間光変調器の表示面に同時に表示し、Ｎ種類の情報光が束となった一つの情報光３２によってホログラムを形成しているため、検索二次元情報が類似する二次元情報を含むホログラムを特定できても、Ｎ個の二次元情報の何れと類似するのかまでは限定できない。この点、以下に述べる第２の実施形態においては、ホログラムから再生した再生光に基づいて、Ｎ個のホログラムの何れが検索二次元情報に類似するのか特定することができる。
【００５４】
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２の実施形態のホログラム記録時の対物レンズ５０の入射瞳面３４を説明する図であり、図２（Ｅ）はホログラム検索時の対物レンズ５０の入射瞳面３４を説明する図である。また、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２の実施形態のホログラム記録時の対物レンズ５０の入射瞳面３４及び記録動作を説明する図であり、図３（Ｅ）及び（Ｆ）は、本発明の第２の実施形態のホログラム検索時の対物レンズ５０の入射瞳面３４及び検索動作を説明する図である。さらに、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、再生光３７のパターン及び光強度を示す図である。
【００５５】
第２の実施形態では、Ｎ個の記録用の空間変調パターンを時分割で結像するＮ種類の情報光を使用し、また、互いに重畳しないＮ個の参照光パターンを時分割で結像するＮ種類の参照光を使用している。例えば、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、空間光変調器の表示面の情報光領域４３１を４個の領域４３１ａ〜４３１ｄに分割し、各領域に、タイミングを変えて順次空間変調パターンＡ〜Ｄを表示することにより、時分割で結像する４種類の情報光を生成できる。また、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、空間光変調器の表示面の参照光領域４３２を４個の領域４３２ａ〜４３２ｄに分割し、各領域に、タイミングを変えて参照光パターンを表示することにより、時分割で結像する４種類の参照光を生成できる。
【００５６】
図２（Ａ）ないし（Ｄ）においては、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に円形の情報光領域４３１を配置し、その周囲に、円環状の参照光領域４３２を配置しており、情報光領域４３１及び参照光領域４３２は、光軸を中心とした十字によって、それぞれ４個の情報光領域４３１ａ〜４３１ｄ及び４個の参照光領域４３２ａ〜４３２ｄに分割されている。
【００５７】
ホログラム記録時において、第１のタイミング（図２（Ａ）及び図３（Ａ））では、分割された情報光領域４３１ａに空間変調パターンＡを表示して情報光３２ａ（図３（Ｂ）参照）を生成し、情報光領域４３１ａと光軸に対して対向する分割された参照光領域４３２ｃに参照光パターンを表示して参照光３３ｃ（図３（Ｂ）参照）を生成する。情報光３２ａ及び参照光３３ｃは、図３（Ｂ）に示すように、対物レンズ５０によって平行光となり、ホログラフィック記録媒体２０に照射される。情報光３２ａ及び参照光３３ｃは、ホログラム記録層２１で交差し、干渉縞を形成することによって、ホログラム記録層２１に第１のホログラム２４ａを記録する。
【００５８】
次に、第２のタイミング（図２（Ｂ）及び図３（Ｃ））では、分割された情報光領域４３１ｂに空間変調パターンＢを表示して情報光３２ｂ（図３（Ｄ）参照）を生成し、情報光領域４３１ｂと光軸に対して対向する分割された参照光領域４３２ｄに参照光パターンを表示して参照光３３ｄ（図３（Ｄ）参照）を生成する。情報光３２ｂ及び参照光３３ｄは、図３（Ｄ）に示すように、対物レンズ５０によって平行光となり、ホログラフィック記録媒体２０に照射される。情報光３２ｂ及び参照光３３ｄは、ホログラム記録層２１で交差し、干渉縞を形成することによって、ホログラム記録層２１に第２のホログラム２４ｂを記録する。
【００５９】
同様に、第３のタイミング（図２（Ｃ））では、情報光領域４３１ｃに空間変調パターンＣを表示して情報光を生成し、参照光領域４３２ａに参照光パターンを表示して参照光を生成し、これらの情報光及び参照光によって、ホログラム記録層２１に第３のホログラムを記録する（図示省略）。最後に、第４のタイミング（図２（Ｄ））では、情報光領域４３１ｄに空間変調パターンＤを表示して情報光を生成し、参照光領域４３２ｂに参照光パターンを表示して参照光を生成し、これらの情報光及び参照光によって、ホログラム記録層２１に第４のホログラムを記録する（図示省略）。
【００６０】
こうして、空間光変調器４３のＮ個に分割された情報光領域及び参照光領域に時分割で記録用の空間変調パターン及び参照光パターンをそれぞれ表示することにより、対物レンズ５０の入射瞳面３４において、各パターンが時分割で結像するＮ種類の情報光及び参照光を生成することができ、Ｎ種類の情報光及び参照光によって、ホログラフィック記録媒体の同一の位置に、Ｎ個のホログラムを記録することができる。Ｎ種類の情報光を一度に照射すれば、第１の実施形態における情報光と同じであり、Ｎ種類の参照光を一度に照射すれば、第１の実施形態における参照光と同じである。したがって、記録された情報量や、使用する空間光変調器の画素数や解像度は、第１の実施形態と第２の実施形態とで変わらない。しかし、以下に述べるように、検索時において、同一の位置に記録されたＮ個のホログラムに対して、第１の実施形態と同じ検索光を照射した場合は、再生される再生光は第１の実施形態とは異なる。
【００６１】
図２（Ｅ）に示すように、第２の実施形態において使用される検索光の空間光変調パターンは、検索光領域４３３が、情報光領域４３１に対応して、Ｎ個の領域４３３ａ〜４３３ｄに分割されており、何れの領域４３３ａ〜４３３ｄにも同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンＳが配置されており、第１の実施形態における検索光の空間光変調パターン（図１（Ｃ））と同じである。そして、検索光３６は、図３（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、情報光３２と同様に、対物レンズ５０によってフーリエ変換され、平行光となって、ホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１に記録されたＮ個のホログラム２４ａ〜２４ｄに照射される。Ｎ個のホログラム２４ａ〜２４ｄの何れかと干渉すると、再生光３７が再生される。再生された再生光３７は、少なくともＮ個の受光領域を有する光検出手段５３によって検出される。なお、光検出手段５３としては、Ｎ個の光検出手段５３を使用してもよいし、光強度分布を検出できる一つの光検出手段５３を使用してもよい。
【００６２】
Ｎ個のホログラム２４ａ〜２４ｄは、それぞれ各参照光領域４３２ａ〜４３２ｄによって生成された参照光３３ａ〜３３ｄが順次照射されて記録されたものであるから、例えば検索二次元情報がホログラム２４ａ〜２４ｄとして記録された二次元情報の何れかと相関が高い場合、かかる二次元情報が記録されたホログラムが強く再生されるため、再生光に強度分布ができる。例えば、検索二次元情報が記録用の空間変調パターンＢと類似していた場合、検索光３６は、情報光３２ｂと参照光３３ｄとによって形成された第２のホログラム２４ｂと強く干渉する。このため、参照光３３ｄに相当する再生光が強く再生されるため、図４（Ａ）に示す再生光３７のパターンは、領域４４０ｂの光強度が強くなる。なお、図４（Ａ）の再生光３７のパターンは、記録媒体の反射面によって反射されているため、参照光領域４３２の各領域の配置とは鏡像の関係となっている。
【００６３】
図４（Ｂ）は、光検出器５３の各領域４４０ａ〜４４０ｄにおける再生光の光強度を示すものであり、横軸が時間を示し、縦軸が検出された再生光３７ａ〜３７ｄの光強度を示す。再生光３７ａは、領域４４０ａにおける光強度であり、ホログラム２４ａから再生された再生光の光強度が反映される。また、再生光３７ｂ〜ｄは、それぞれ領域４４０ｂ〜ｄにおける光強度であり、ホログラム２４ｂ〜ｄから再生された再生光の光強度が反映される。図４（Ｂ）においては、再生光３７ｂが強いピークを持つことが示されている。再生光３７ｂが現れた領域４４０ｂは、ホログラム２４ｂの記録時に照射された参照光３３ｄが生成された領域４３２ｄに対応する。よって、検索二次元情報は、ホログラム２４ｂと相関が高い、すなわち、空間変調パターンＢを生成した二次元情報と相関が高いことを特定できる。
【００６４】
情報処理装置は、各領域４４０ａ〜４４０ｄに現れる再生光３７ａ〜３７ｄの光強度に基づいて、相関値Ｒａ〜Ｒｄを演算する。なお、再生光３７ａ〜３７ｄの光強度をそのまま相関値Ｒａ〜Ｒｄとしてもよい。そして、情報処理装置は、相関値Ｒａ〜Ｒｄに基づいて、検索二次元情報がホログラム２４ａ〜２４ｄの何れと類似するか特定する。例えば、下記の式１〜式４に基づいて計算された値を所定の閾値と比較してもよい。下記の式によれば、再生光が領域４４０ａ〜４４０ｄの何れに再生したかを特定することができる。
【００６５】
Ｒａ−（Ｒｂ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）／３  ・・・（式１）
Ｒｂ−（Ｒａ＋Ｒｃ＋Ｒｄ）／３  ・・・（式２）
Ｒｃ−（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｄ）／３  ・・・（式３）
Ｒｄ−（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）／３  ・・・（式４）
例えば、式２の出力値が所定の閾値を超える場合、ＲｂがＲａ、Ｒｃ、Ｒｄの平均値よりも高いことになる。すなわち、相関値Ｒｂが強いピーク値を持つ再生光であると判定される。相関値Ｒｂは領域４４０ｂの再生光３７ｂに基づくものであり、再生光３７ｂは記録時の参照光３３ｄに対応するものであるので、検索二次元情報は、一つの記録領域に記録されたホログラム２４ａ〜２４ｄのうち、ホログラム２４ｂを形成する二次元情報と相関が高いと判定することができる。
【００６６】
なお、第２の実施形態では、各ホログラム２４ａ〜２４ｄが時分割で生成された各情報光３２ａ〜３２ｄを用いて形成されているため、第１の実施形態と比べて、各ホログラム２４ａ〜２４ｄに対する検索光３７の水平方向（記録媒体表面と平行な向き）におけるトレランス（シフト許容値、シフト選択性）を大きくすることができる。つまり、検索光３７がホログラムの記録位置に対して水平方向に位置がずれたとしても、再生光を再生できる範囲が広がる。これは、情報光の領域が小さいため、検索光の照射位置がホログラムの中心からずれた場合であっても、再生光領域４３７の各領域４３７ａ〜４３７ｄに再生した再生光同士の位相差が小さくなるので、再生光の強度が上がるためである。
【００６７】
図５ないし図８は、空間光変調器に表示される情報光領域、参照光領域及び検索光領域の形状、分割方法、各情報光と対応する各参照光の関係等に関する変形例を示すものである。なお、以下に説明する各領域の形状及び分割方法は、第１の実施形態にも適用することができる。ただし、第１の実施形態では、参照光領域については分割しなくてもよい。
【００６８】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、図２（Ａ）〜（Ｄ）と各領域の形状及び分割方法は同じであるが、各情報光と対応する各参照光の関係が異なる例である。図５（Ａ）〜（Ｄ）においては、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に円形の情報光領域４３１を配置して、その周囲に、円環状の参照光領域４３２を配置する。情報光領域４３１及び参照光領域４３２は、光軸を中心として、４個の領域４３１ａ〜４３１ｄ及び領域４３２ａ〜４３２ｄに分割されている。そして、ホログラム記録時において、各情報光と対応する各参照光とが、光軸に対して同一の方向に配置されている。すなわち、情報光領域４３１ａに空間変調パターンＡを表示した時は、隣接する参照光領域４３２ａに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図５（Ａ））。同様に、情報光領域４３１ｂ〜ｄに空間変調パターンＢ〜Ｄを表示した時は、それぞれ隣接する参照光領域４３２ｂ〜ｄに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図５（Ｂ）〜（Ｄ））。なお、検索時における検索光は、第１及び第２の実施形態と同じである（図５（Ｅ））。
【００６９】
なお、図２及び図５では、情報光領域、参照光領域及び検索光領域は４個に分割されたが、分割数は４個に限定されず、２個又は３個でもよいし、５個以上でもよい。また、隣接する領域同士を組み合わせるのではなく、他の領域同士を組み合わせてもよい。例えば、領域４３１ａと領域４３２ｂとを組み合わせてもよい。
【００７０】
また、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示したとおり、情報光領域の分割された領域と参照光領域の分割された領域とが隣接する組み合わせを用いると、生成されるホログラムの空間周波数が低くなるため、さらにシフトのトレランスが広くなる。
【００７１】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に円形の参照光領域４３５を配置して、その周囲に、円環状の情報光領域４３４を配置し、それぞれ４分割し、各情報光と対応する各参照光の関係が光軸に対して対向するように配置した変形例である。
【００７２】
図６では、ホログラム記録時において、領域４３４ａに空間変調パターンＡを表示した時は、光軸に対して対向する領域４３５ｃに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図６（Ａ））。同様に、情報光領域４３４ｂ、４３４ｃ、４３４ｄに空間変調パターンＢ〜Ｄを表示した時は、それぞれ光軸に対して対向する参照光領域４３５ｄ、４３５ａ、４３５ｂに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図６（Ｂ）〜（Ｄ））。
【００７３】
検索時においては、図６（Ｅ）に示すように、検索光領域４３６は、情報光領域４３４の分割された各領域４３４ａ〜４３４ｄに対応して、領域４３６ａ〜４３６ｄに分割される。そして、検索二次元情報から生成された空間変調パターンＳを分割された各領域４３６ａ〜４３６ｄに同時に表示して検索光を生成する。
【００７４】
図６（Ａ）〜（Ｄ）のように、情報光領域の分割された領域と参照光領域の分割された領域とが対向する組み合わせを用いると、図２の例と同様に、温度のトレランスが広くなる。なお、図６においては、情報光領域、参照光領域及び検索光領域は４個に分割されたが、分割数は４個に限定されず、２個又は３個でもよいし、５個以上でもよい。また、各情報光と対応する各参照光の関係が光軸に対して対向するように配置したがこれに限定されるものではなく、例えば、光軸に対して同一の方向に配置してもよい。さらに、各領域の分割は、光軸を中心として分割しなくてもよく、分割された各領域の一つの頂点が光軸の中心に一致しなくてもよい。
【００７５】
図７は、分割された各領域の形状が相似形ではない例である。図７（Ａ）〜（Ｃ）においては、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に円形の参照光領域４３５を配置して、その周囲に、円環状の情報光領域４３４を配置しているが、情報光領域４３４は、光軸を中心として、上下に二分割し、さらに、上側の領域は左右に分割して、３個の領域４３４ａ、４３４ｂ及び４３４ｅに分割した。参照光領域４３５も、同じく上下に二分割し、さらに、上側の領域は左右に分割して、３個の領域４３５ａ、４３５ｂ及び４３５ｅに分割した。なお、情報光領域４３４の分割と参照光領域４３５の分割とが対応していなくてもよい。例えば、図７に示す情報光領域４３４の分割方法と、図６に示す参照光領域４３５の分割方法を採用してもよい。この場合は、４分割された参照光領域４３５ａ〜ｄの一つは使用しない。
【００７６】
図７では、ホログラム記録時において、領域４３４ａに空間変調パターンＡを表示した時は、光軸に対して同一の方向の領域４３５ａに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図７（Ａ））。同様に、情報光領域４３４ｂ及び４３４ｅに空間変調パターンＢ〜Ｃを表示した時は、それぞれ光軸に対して同一の方向の参照光領域４３５ｂ及び４３５ｅに参照光パターンを表示して情報光及び参照光を生成する（図７（Ｂ）及び（Ｃ））。
【００７７】
検索時においては、図７（Ｄ）に示すように、検索光領域４３６は、情報光領域４３４の分割された各領域４３４ａ、４３４ｂ及び４３４ｅに対応して、領域４３６ａ、４３６ｂ及び４３６ｅに分割される。そして、検索二次元情報から生成された空間変調パターンＳを分割された各領域４３６ａ、４３６ｂ及び４３６ｅに同時に表示して検索光を生成する。
【００７８】
図６及び図７のように、中心部分に参照光領域を形成すると、検索時において検索光と参照光とを分離するために、中心部分に参照光領域の形状に対応した開口を有するアパーチャーを配置すればよいだけなので設計が容易である。さらに、中心部分の方が対物レンズ５０等の収差が少なく、再生される再生光について収差の影響を減らすことができる。また、空間光変調器４３の表示面の中心に４個の領域に分割された参照光領域が形成されているので、再生光領域の形状も光軸を中心とした４分円の形状となる。よって、検出手段５３として、位置決め手段として公知の４分割ディテクタを採用することができる。４分割ディテクタは、４個の独立した受光素子によって構成される。各受光素子は、四分円であり、例えば、約０．０５ｍｍ分離して配置される。
【００７９】
図８（Ａ）〜（Ｄ）では、空間光変調器４３の表示面の中心近傍に四角形の情報光領域４３７を配置し、その周囲に、複数の四角形の参照光領域４３８を配置し、各領域を十字に４分割した変形例である。また、図８（Ｅ）では、検索光領域４３９は、情報光領域４３７の分割された各領域４３７ａ〜４３７ｄに対応して、領域４３９ａ〜４３９ｄに分割される。図８の変形例は、情報光領域及び参照光領域の形状が異なることを除けば、これまで説明した実施形態と同様に記録、検索される。
【００８０】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、１回の検索光の照射によって、一つの記録領域に記録されたＮ個の二次元情報を検索するので、ハードウェアの処理能力を上げなくても、時間当たりの検索数を大きくすることができる。
【００８１】
また、第２の実施形態によれば、ホログラム記録時に、Ｎ個の異なる二次元情報から生成された空間変調パターンに基づいて生成される各情報光を時分割して照射し、参照光領域の分割された各領域によって生成された参照光を時分割して照射することによって、一つの記録領域にＮ個のホログラムを順次記録するので、ホログラム検索時に、検索光が検索二次元情報と相関の高いホログラムに照射されると、再生光領域の分割された領域のうちの一つの領域に再生光が強く現れる。これによって、Ｎ個のホログラムの何れが検索二次元情報に類似するのか特定することができる。
【００８２】
また、本発明の検索システムは、様々な用途に応用することが可能である。例えば、検索二次元情報と一致する二次元情報を検索するだけではなく、類似する二次元情報の曖昧検索も行うことができる。また、二次元情報として、顔、指紋、静脈、虹彩などのバイオメトリクス情報を記録すれば、本発明の検索システムは、バイオメトリクス認証を利用した管理・認証システムに利用することができる。
【００８３】
また、動画情報から抽出された静止画像をデータベースに格納することによって、動画情報を検索することもでき、動画フィルタリングシステムを構築することも可能である。さらに、本発明の検索システムは、著作権により保護されている動画情報をあらかじめデータベースに格納し、ネットワーク上のサイトにおいて閲覧可能な状態とされる動画情報から生成された静止画像をデータベースに格納し、これらを照合することにより、違法な動画情報を特定することができ、検閲することができる。動画情報からフレームを抽出する場合、変化の激しい場面では記録するフレーム数を増やし、変化の少ない場面では記録するフレーム数を減らして、記録する単位時間あたりのフレーム数（ｆｐｓ：フレーム数／秒）を可変とすることが好ましい。例えば、一般的なデジタル化された動画情報は、ＶＢＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｂｉｔ  Ｒａｔｅ：可変ビットレート）を利用して圧縮されており、変化の激しい場面ではビットレートが高く、変化の少ない場面ではビットレートが低い。よって、映像のビットレートに基づいてｆｐｓを変更するのが好ましい。
【００８４】
以下、検索システムのより具体的な構成及び動作について説明する。
【００８５】
図９は、検索システムの構成を示す概略ブロック図である。検索システムは、ホログラフィック記録媒体に複数の二次元情報を記録し、記録された二次元情報から検索二次元情報に類似する二次元情報を光相関によって検索するシステムである。
【００８６】
検索システムは、少なくとも情報処理装置３０、光学系４０及びホログラフィック記録媒体２０を備えている。情報処理装置３０と光学系４０とは、直接又は図示しない通信ネットワーク（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、ＩＰネットワーク等）を介して接続される。検索システムは、図示しない通信ネットワークを介して、他の情報処理装置（コンピュータ、サーバ）、ストレージシステム、監視カメラシステム、携帯情報端末等に接続してもよい。これによって、検索システムは、他の情報処理装置等に検索サービスを提供してもよい。
【００８７】
情報処理装置３０は、ホログラムを記録する処理、二次元情報を検索する処理等を実行する装置である。情報処理装置３０には、例えば、コンピュータ、サーバ等を使用することができる。情報処理装置３０は、図示しない通信ネットワークを介して接続された他の情報処理装置等から検索二次元情報を取得してもよいし、他の情報処理装置等に検索結果を出力してもよい。情報処理装置３０は、記憶装置３、ＣＰＵ４、メモリ１０を備える。情報処理装置３０の各部は、図示しない内部バスで接続される。また、情報処理装置３０は、図示しない入出力装置（例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス等）を備えてもよい。
【００８８】
記憶装置３は、例えば、ディスク装置であり、図示しない各種プログラム及び各種データを格納する。ＣＰＵ４は、各種処理を実行するプロセッサである。ＣＰＵ４は、記憶装置３に格納された各種プログラムをメモリ１０に格納し、メモリ１０に格納された各種プログラムを実行することによって、ホログラム記録処理部１１、ホログラム検索処理部１２の処理を実現する。
【００８９】
ホログラム記録処理部１１は、空間光変調器４３を制御して、情報光及び参照光をホログラフィック記録媒体２０に照射し、ホログラムを記録する。ホログラム検索処理部１２は、空間光変調器４３を制御して、検索光をホログラフィック記録媒体２０に照射し、検出手段５３によって検出された再生光に基づいて相関値を演算する。ホログラム検索処理部１２は、相関値があらかじめ実験等によって定められた閾値を超えた場合に、ホログラムとして記録された二次元情報が検索二次元情報と一致又は類似していると判定し、検索結果を出力する。ホログラフィック記録媒体２０は、ホログラムを記録する媒体であり、例えば、光ディスクである。ホログラフィック記録媒体２０の詳細な構成については、図１０を用いて後述する。
【００９０】
光学系４０は、情報光及び参照光をホログラフィック記録媒体２０に照射し、ホログラムをホログラフィック記録媒体２０に記録する。また、光学系４０は、検索光をホログラフィック記録媒体２０に照射し、ホログラムから再生光を再生する。光学系４０は、空間光変調器４３及び検出手段５３を含む。空間光変調器４３は、情報光生成手段、参照光生成手段及び検索光生成手段の一例である。
【００９１】
空間光変調器４３は、情報処理装置３０の制御に基づいて、二次元情報から生成される記録用の空間変調パターンを情報光領域に表示し、情報光を生成する。また、空間光変調器４３は、参照光パターンを参照光領域に表示し、参照光を生成する。さらに、検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを検索光領域に表示し、検索光を生成する。検出手段５３は、ホログラムから再生された再生光を検出する。光学系４０の詳細な構成については、図１０を用いて後述する。なお、図９では、１台の情報処理装置３０が図示されているが、２台以上の情報処理装置が備えられてもよい。また、複数の光学系４０及び複数のホログラフィック記録媒体２０を備え、複数のホログラフィック記録媒体２０を並列的に検索することができる構成としてもよい。
【００９２】
図１０は、光学系及びホログラフィック記録媒体の構成の例を示す概略構成図である。まず、ホログラフィック記録媒体２０の構成について説明する。ホログラフィック記録媒体２０は、表面保護層２２と反射層２３との間に感光材料を含有するホログラム記録層２１を挟み込んだ反射型の記録媒体である。ホログラム記録層２１は、情報光と参照光とを干渉させて形成されたホログラム２４を記録する。ホログラム記録層２１の厚さをホログラムの干渉縞の間隔に比べて大きく設計し、ホログラムをホログラム記録層２１の厚み方向に立体的に記録することによって、二次元情報を体積型のホログラム（厚いホログラムともいう）として記録することができる。
【００９３】
また、ホログラフィック記録媒体２０は、アドレス層を備えてもよい。アドレス層は、ホログラム２４の記録位置を特定するアドレス情報及び／又は位置合わせ（サーボ）をするサーボ情報を記録する。以下、アドレス情報とサーボ情報とを合わせて、単に「アドレス情報」という。例えば、アドレス層として反射層２３を利用した場合、反射層２３の表面に設けられた凹凸形状のピットを形成し、このピットをアドレス情報としてもよい。表面保護層２２には、例えば、ガラス基板、樹脂基板又は樹脂のコーティング膜を利用することができる。これによって、温度変化等による収縮等を抑えることができる。反射層２３には、アルミニウム等の金属材料を利用することができる。
【００９４】
なお、ホログラフィック記録媒体２０は、図示しない記録媒体保持機構によって保持されている。記録媒体保持機構は、回転駆動装置を備え、ホログラフィック記録媒体２０を回転可能に構成するのが好ましい。さらに、位置合わせ（サーボ）のため、ホログラフィック記録媒体２０及び光学系４０は、相対的に移動可能に構成されるのが好ましい。具体的には、記録媒体保持機構は、駆動装置を備え、駆動装置によって、ホログラフィック記録媒体２０をＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸方向に移動させる。ここで、Ｘ軸方向は、光軸に対して垂直な任意の方向である。Ｙ軸方向は、光軸及びＸ軸方向に対して垂直な方向である。Ｚ軸方向は、光軸と平行な方向である。なお、ホログラフィック記録媒体２０を移動させるのではなく、光学系４０を移動させることによって、位置合わせ（サーボ）してもよい。
【００９５】
記録速度及び検索速度を高めるためには、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら記録及び検索することが好ましい。特に、迅速性が求められる検索時においては、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら検索することが好ましい。ホログラムの記録処理は、逐次追加される可能性はあるが、ホログラフィック記録媒体の記録容量を上限とする有限な処理である。これに対し、二次元情報の検索処理では、検索二次元情報が入力された後、できるだけ早くホログラフィック記録媒体内に検索二次元情報に対応するホログラムが存在するか否かを判定しなければならない。しかも、例えば、顔認証、指紋認証等のバイオメトリクス認証を利用した管理システムでは、本人確認のために、同じ検索二次元情報を何度も検索する必要があり、検索が無限に実行されることがある。
【００９６】
このため、検索処理においてはより迅速性が求められる。この場合、ホログラフィック記録媒体２０の形状としては、円盤状とすることが好ましい。なお、ホログラフィック記録媒体２０は、円盤状に限定されず、その他の形状、例えば矩形のカード状として回転させる構成であってもよい。さらに、ホログラフィック記録媒体２０を回転させつつ、光学系４０又はホログラフィック記録媒体２０を半径方向に移動させてトラッキングサーボを行うことができる。
【００９７】
次に、光学系４０について説明する。光学系４０は、空間光変調器４３及び検出手段５３のほか、例えば、ホログラム用光源４１、ミラー４２、偏光ビームスプリッタ４４、第１リレーレンズ４５、ミラー４６、第２リレーレンズ４７、ビームスプリッタ４８、四分の一波長板４９、対物レンズ５０、アパーチャー５１、集光レンズ５２、を備える。さらに、アドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３を備えるのが好ましい。なお、図１０において、記録時の情報光及び参照光の光路並びに検索時の検索光の光路は点線で、検索時の再生光の光路は一点鎖線で、アドレス光の光路は二点鎖線で示されている。
【００９８】
ホログラム用光源４１は、ホログラムを記録するための情報光及び参照光の光源、二次元情報を検索するための検索光の光源である。ホログラム用光源４１には、例えば、断続的にレーザー光を出す高出力のパルスレーザーが使用される。パルスレーザーは、複数の波長で位相をそろえて同時に発振させるモード同期法及びＱスイッチ法によって、瞬間的に非常に強いレーザーを出力することができる。ホログラム用光源４１のパルスレーザーとしては、例えば、ＹＡＧレーザー等の固体レーザー、及びＨｅ−Ｎｅレーザー等の気体レーザーが好ましい。ホログラム用光源４１では、ホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１内の感光材料が感度を示す波長の光が選択される。
【００９９】
ここで、ホログラム用光源４１として高出力のパルスレーザーを使用すると、瞬間的に照射される高出力の情報光及び参照光によってホログラムが記録される。このため、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら複数のホログラムを記録することができる。すなわち、回転するホログラフィック記録媒体２０に対し、パルス状の情報光及び参照光を照射すると、最初のパルスの情報光及び参照光は、回転するホログラフィック記録媒体２０の所定の位置に瞬間的に照射され、最初のホログラムが記録される。次のパルスの情報光及び参照光は、回転によって、最初のホログラムから移動したホログラフィック記録媒体２０の別の位置に瞬間的に照射され、次のホログラムが記録される。そして、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に連続的に移動させることにより、複数のホログラムを螺旋状に配列させて記録することができ、ホログラフィック記録媒体２０の全面にホログラムを比較的高速で記録することができる。なお、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に段階的に移動させれば、複数のホログラムを同心円状に配列させて記録することができる。
【０１００】
また、ホログラムを記録するための光源と二次元情報を検索するための光源とをそれぞれ別に設けてもよい。ホログラムを記録するための光源は、高出力のパルスレーザーである必要があるが、二次元情報を検索するための光源は、検索光の光強度が記録時の情報光及び参照光に比べて弱くてもよいので、例えば、ＣＷレーザー（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  ＬＡＳＥＲ）であってもよい。
【０１０１】
ＣＷレーザーは、パルスレーザーと比べると瞬間的なパワーは低いが、一定の強度の光を照射し続けることができ、また、小型、軽量かつ安価である。記録用の光源とは別に検索用の光源を設ける場合、検索用の光源には、ホログラム記録層２１内に記録されたホログラムと干渉する波長の光を持つものを使用し、好ましくは記録用光源からの光の波長と同じ波長の光を持つものを選択するのがよい。なお、二次元情報を記録せず、検索するだけの検索システムにおいては、二次元情報を検索するための光源としてＣＷレーザーだけを設ければよい。
【０１０２】
なお、検索用の光源としてＣＷレーザーを使用すると、検索光を照射しながらホログラフィック記録媒体２０を回転させることによって、円周方向に配列して記録された複数のホログラムに対し、連続的に検索光を照射することができる。このため、各ホログラムからの再生光の光強度も連続的に検出できるので、ホログラフィック記録媒体２０の回転速度を速くすることができ、さらに検索速度（二次元情報の転送速度）も速くすることができる。そして、ホログラフィック記録媒体２０を回転させながら光学系４０を回転の中心から半径方向に連続的又は段階的に移動させることにより、ホログラフィック記録媒体２０の全面に記録された複数のホログラムを高速で検索することができる。一方、検索用の光源としてパルスレーザーを使用した場合には、各ホログラムが検索光の照射位置を通過するタイミングとパルスレーザーの周波数とを同期させる必要があり、回転速度の制限となり、また照射位置ずれが誤差となり、信頼性が低下する。
【０１０３】
ホログラム用光源４１から照射された光は、図示しないビーム成形光学系によって、空間光変調器４３の表示面よりも大きな断面を有する略平行光に成形される。ビーム成形光学系としては、例えば、発散光を平行光に加工するコリメータレンズ、ビームの口径を大きくするビームエキスパンダー等が含まれる。略平行光は、ミラー４２によって空間光変調器４３に向かって反射され、空間光変調器４３に表示された記録用の空間変調パターンによって空間的に変調され、情報光が生成され、参照光が生成される。また、略平行光は、ミラー４２によって空間光変調器４３に向かって反射され、空間光変調器４３に表示された検索用の空間変調パターンによって空間的に変調され、検索光３６が生成される。
【０１０４】
空間光変調器４３は、複数の画素を有し、各画素毎に光の属性を変化させることによって、光を空間的に変調する空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。空間光変調器４３には、例えば、液晶表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等を使用することができる。ここでは、空間光変調器４３にＤＭＤを用いている。このため、ミラー４２は、ホログラム用光源４１から照射された光を空間光変調器４３に向けて反射させる。
【０１０５】
偏光ビームスプリッタ４４は、空間光変調器４３から照射された情報光、参照光及び検索光が入射すると、直交する偏光方向の一方をホログラフィック記録媒体２０に向けて透過させる。また、偏光ビームスプリッタ４４は、ホログラフィック記録媒体２０から再生された再生光が入射すると、前述した直交する偏光方向の他方を、検出手段５３に向けて反射させる。なお、光学系の構成に応じて、情報光、参照光及び検索光をホログラフィック記録媒体２０に向けて反射させ、再生光を検出手段５３に向けて透過させる構成であってもよい。
【０１０６】
第１リレーレンズ４５及び第２リレーレンズ４７は、空間光変調器４３に表示された二次元情報を対物レンズ５０の焦点面に結像させる。ミラー４６は、第１リレーレンズ４５と第２リレーレンズ４７との間の焦点位置に配置されており、情報光、参照光及び検索光を反射する。ミラー４６は、光学系４０の大きさを小型化するために設けられている。
【０１０７】
ビームスプリッタ４８は、アドレス用レーザー６０からのレーザー光をホログラフィック記録媒体２０に向けて反射させる。四分の一波長板４９は、直線偏光を円偏光に変換させる。光が四分の一波長板４９を２回透過すると、直線偏光の方向は９０度回転される。このため、照射時に参照光が偏光ビームスプリッタ４４に入射されると、偏光ビームスプリッタ４４は入射光を透過する。一方、再生時にホログラフィック記録媒体２０から再生された再生光はこの四分の一波長板４９を２回透過し、直線偏光の方向が９０度回転しているので、再生光が偏光ビームスプリッタ４４に入射されると、偏光ビームスプリッタ４４は、再生光を検出手段５３に向けて反射させる。
【０１０８】
対物レンズ５０は、情報光及び参照光をフーリエ変換してホログラフィック記録媒体２０のホログラム記録層２１に照射し、情報光と参照光との干渉によって形成されたホログラム２４をホログラム記録層２１に記録する。また、対物レンズ５０は、検索光をフーリエ変換してホログラム記録層２１に記録されたホログラム２４に照射する。検索光とホログラム２４との干渉によって再生光が再生される。再生光３７は、ホログラフィック記録媒体２０から射出され、照射時とは反対方向に、対物レンズ５０、四分の一波長板４９、ビームスプリッタ４８、第２リレーレンズ４７、ミラー４６及び第１リレーレンズ４５を経て、偏光ビームスプリッタ４４に入射する。
【０１０９】
再生光は、記録時の参照光に相当するものであるところ、参照光はホログラフィック記録媒体２０に照射される際に四分の一波長板４９を通過して円偏光に変換されていたため、再度、再生光として四分の一波長板４９を通過すると、四分の一波長板４９を透過した再生光は、参照光とは直交する偏光方向の直線偏光となる。よって、再生光は、参照光を透過した偏光ビームスプリッタ４４によって反射され、アパーチャー５１を通過し、集光レンズ５２によって検出手段５３に集光される。反射層２３で反射された検索光は、ホログラフィック記録媒体２０から射出され、再生光と同様の光学系を経て偏光ビームスプリッタ４４によって反射されるが、アパーチャー５１によって遮光される。
【０１１０】
なお、対物レンズ５０によってフーリエ変換された情報光と参照光とを記録媒体において干渉させてホログラムを記録する場合、情報光及び参照光の空間変調パターンは、対物レンズ５０の入射瞳面において結像されている必要がある。また、ホログラムに対しフーリエ変換された検索光を照射する場合、検索光の空間変調パターンは、対物レンズ５０の入射瞳面において結像されている必要がある。
【０１１１】
アパーチャー５１は、ホログラフィック記録媒体２０で反射された検索光を遮光し、再生された再生光のみを検出手段５３に向けて通過させる開口を有する。アパーチャー５１を第１リレーレンズ４５の焦点面に配置すると、検索光の回折光によるノイズを低減することができるので好ましい。ここでは、アパーチャー５１には、中心に開口が設けられているが、開口の位置は中心に限られない。再生光が通過する位置に、再生光が通過できる形状の開口が設けられてよい。例えば、再生光が複数の場合には、アパーチャー５１に複数の開口を設ければよいし、ホログラム記録時に用いられた参照光が空間変調パターンによって空間的に変調されている場合には、アパーチャー５１に参照光領域と相似の形状の開口を設ければよい。
【０１１２】
検出手段５３は、再生光の光強度を検出する光検出器である。再生光領域が検出手段５３の受光領域よりも小さい場合（つまり、記録時における参照光領域が検出手段５３の受光領域よりも小さい場合）には、検出手段５３として、非常に感度の高い光検出素子（例えば、光電子倍増管（ＰＭＴ：Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ））を利用することができる。また、安価で小型な半導体検出器として、例えば、ピンフォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等を利用することができる。
【０１１３】
再生光領域が空間的に変調されており強度分布を有している場合（つまり、記録時における参照光が複数の場合や空間変調パターンで空間的に変調されている場合）には、集光レンズ５２が再生光を集光してもよい。また、再生光領域が検出手段５３の受光領域よりも大きい場合には、集光レンズ５２が再生光を集光してもよい。また、再生光領域が検出手段５３の受光領域よりも小さい場合であっても、集光レンズ５２を利用すれば信頼性を高めることができる。なお、光検出素子が二次元的に配置された光強度分布を検出できる光検出器でも、全ての光検出素子の強度を総和することで再生光の光強度を検出することができ、検出手段５３として利用できる。なお、参照光領域が光軸の中心付近に形成され、４個の領域に分割される場合（例えば、図６参照）には、検出手段５３として４分割ディテクタを採用することができる。
【０１１４】
また、図４に示したとおり、再生光領域４４０の各領域４４０ａ〜４４０ｄに対応する再生光を検出する場合、例えば、アパーチャー５１は、再生光領域４４０と相似の開口を持つのが好ましい。また、この場合、例えば、４個の集光レンズ５２及び４個の検出手段５３を備えてもよい。各集光レンズ５２は、各領域４４０ａ〜４４０ｄに対応して配置され、アパーチャー５１の開口を通過した再生光を集光し、集光された再生光を４個の検出手段５３に向けて射出する。
【０１１５】
アドレス用レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２及びアドレス光検出器６３は、ホログラフィック記録媒体２０にアドレス層が設けられた場合、このアドレス層からアドレス情報を取得し、照射位置を特定し、また、位置合わせするために使用される。アドレス用レーザー６０としては、ホログラム記録層２１の感光材料が感光しない波長が好ましく、赤色光等の比較的長波長の半導体レーザーを利用することが好ましい。アドレス光検出器６３としては、安価で小型な半導体検出器を使用することができる。
【０１１６】
続いて、アドレス用レーザー６０によるアドレス情報を取得する動作を簡単に説明する。アドレス用レーザー６０は、アドレス光を照射する。照射されたアドレス光は、ビームスプリッタ６１を透過してミラー６２によって反射され、さらにビームスプリッタ４８によって反射され、四分の一波長板４９を透過し、対物レンズ５０によってホログラフィック記録媒体２０のアドレス層に照射される。ホログラフィック記録媒体２０のアドレス層によって反射された反射光は、対物レンズ５０、４９、４８、６２を逆方向に通過し、ビームスプリッタ６１によって反射され、アドレス光検出器６３に入射する。アドレス光検出器６３は、入射した反射光から、ホログラフィック記録媒体２０のアドレス情報を取得する。
【０１１７】
なお、参照光は、対物レンズ５０によってフーリエ変換されることが好ましいが、フーリエ変換せずに実空間像を情報光のフーリエ変換像と干渉させてもよい。また、空間光変調器４３を用いて参照光を生成したが、空間光変調器４３とは別に参照光生成手段を設けてもよい。例えば、ホログラム用光源４１からのレーザー光をビームスプリッタによって二光束に分離し、そのうちの一方を空間光変調器４３に照射して情報光を生成し、他方をホログラフィック記録媒体２０に照射して参照光とする構成でもよい。この場合、対物レンズ５０に入射する前に、参照光と物体光とを同軸とすることで、コリニア方式の光学系とすることもできるし、ホログラフィック記録媒体２０において情報光と交差するように参照光をそのまま照射すれば、二光束干渉型の光学系によって、情報光のフーリエ変換像と参照光の実空間像との干渉縞が記録される。
【０１１８】
また、本実施の形態においては、コリニア方式の光学系において説明したが、その他の方式であっても、記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、空間的に分割されたＮ個の各領域に、異なる二次元情報から生成された異なる記録用の空間変調パターンが同時に又は時分割で結像する情報光と、参照光パターンに基づいて生成された参照光とを対物レンズによって照射してホログラムを形成すれば、空間的に分割されたＮ個の領域に、同じ検索二次元情報から生成された検索用の空間変調パターンを同時に結像する検索光を照射することで、検索二次元情報に類似する二次元情報を含むホログラムを検索することができる。特に、Ｎ種類の情報光と、記録する際に用いる対物レンズの入射瞳面において、互いに重畳しないＮ種類の参照光とを時分割で干渉させることによりＮ個のホログラムをホログラフィック記録媒体の同一の記録位置に記録すれば、Ｎ個のホログラムの何れが検索二次元情報に類似するのか特定することもできる。
【符号の説明】
【０１１９】
２０  ホログラフィック記録媒体
２４、２４ａ〜２４ｄ  ホログラム
３０  情報処理装置
３２、３２ａ〜３２ｄ  情報光
３３、３３ａ〜３３ｄ  参照光
３６  検索光
３７、３７ａ〜３７ｄ  再生光
４０  光学系
４３  空間光変調器
４３１、４３４、４３７  情報光領域
４３２、４３５、４３８  参照光領域
４３３、４３６、４３９  検索光領域
４４０  再生光領域
５０  対物レンズ
５３  検出手段
【図１】
2012141378.tif 000003
【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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【図１０】
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