(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれデータ情報に応じた空間強度分布を有し、かつ互いに逆回りの円偏光を有する第１および第２の信号光が、それぞれ当該信号光の円偏光と逆回りの円偏光を有する第１および第２の参照光によって、それぞれ第１および第２のホログラムとして、同一領域に多重記録されている光記録媒体から、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る方法であって、
前記光記録媒体の前記第１および第２のホログラムが多重記録されている領域に、直線偏光の参照光を読み出し光として照射して、前記第１および第２の信号光が合成された信号光をホログラム回折光として読み出す工程と、
そのホログラム回折光の各画素部分の光強度を検出する工程と、
その各画素部分の光強度の検出値が、明レベル、暗レベル、および明レベルと暗レベルの中間のレベルのうちのいずれであるかを検出することによって、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る工程と、
を備える光再生方法。
【請求項２】
それぞれデータ情報に応じた空間強度分布を有し、かつ互いに逆回りの円偏光を有する第１および第２の信号光が、それぞれ当該信号光の円偏光と逆回りの円偏光を有する第１および第２の参照光によって、それぞれ第１および第２のホログラムとして、同一領域に多重記録されている光記録媒体から、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る装置であって、
前記光記録媒体の前記第１および第２のホログラムが多重記録されている領域に、直線偏光の参照光を読み出し光として照射して、前記第１および第２の信号光が合成された信号光をホログラム回折光として読み出す読み出し光光学系と、
そのホログラム回折光の各画素部分の光強度を検出する光検出器と、
その各画素部分の光強度の検出値が、明レベル、暗レベル、および明レベルと暗レベルの中間のレベルのうちのいずれであるかを検出することによって、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る手段と、
を備える光再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホログラムとして光記録媒体に記録されたデータ情報を光記録媒体から読み出す方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は先に、特開平１０−３４０４７９号および特開２０００−６７４５９号によって、信号光または参照光の偏光方向を変えて、複数の信号光を複数のホログラムとして、光記録媒体の同一領域に多重記録する方法を提案した。この方法によれば、高密度記録および高速転送が可能なホログラフィックメモリを実現することができる。
【０００３】
この先願の光記録方法では、例えば、信号光と参照光の直線偏光の方向を、互いに平行な方向と互いに直交する方向の２通りとすることによって、入射光の偏光状態に感応して偏光方向を記録できる光記録媒体（以下、偏光感応型の光記録媒体と称する）の同一領域に、２つの信号光を２枚のホログラムとして多重記録することができる。
【０００４】
例えば、第１段階で、信号光と参照光の直線偏光の方向を互いに平行にして、第１の信号光を１枚目のホログラムとして記録し、第２段階で、信号光の直線偏光の方向を９０°回転させることによって、信号光と参照光の直線偏光の方向を互いに直交させて、第２の信号光を２枚目のホログラムとして、１枚目のホログラムが記録された領域に、１枚目のホログラムに多重させて記録する。
【０００５】
読み出し時には、光記録媒体の１枚目および２枚目のホログラムが多重記録されている領域に、記録時の参照光と同じ読み出し光を照射することによって、１枚目および２枚目のホログラムから、それぞれ再生像を得ることができる。ただし、１枚目のホログラムからの回折光成分と、２枚目のホログラムからの回折光成分は、互いに直線偏光の方向が直交する。
【０００６】
そこで、回折光の光路上に偏光子を配置して、その方位（透過軸）を、回折光の互いに偏光方向が直交する２つの回折光成分の偏光方向に、それぞれ一致させることによって、２つの回折像を分離して読み出し、多重記録されている２つのデータを分離して読み取ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平１０−３４０４７９号および特開２０００−６７４５９号に示された方法では、多重記録された２つの信号光が同時に再生されるため、上述したように偏光子を用いて望みの回折光成分を分離する必要がある。
【０００８】
この偏光子としては、方解石の複屈折性を利用したグラントムソンプリズムや高分子の２色性を利用した偏光フィルムなどを用いることができる。しかしながら、グラントムソンプリズムは、非常に高価である。また、偏光フィルムは、安価に手に入るが、透過率が数１０パーセントで光の利用効率が低いという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光のデータ情報を、偏光子を用いずに、クロストークを生じることなく、読み出し光を１回照射するだけで、互いに分離して同時に読み出すことができるようにしたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の光再生方法は、
それぞれデータ情報に応じた空間強度分布を有し、かつ互いに逆回りの円偏光を有する第１および第２の信号光が、それぞれ当該信号光の円偏光と逆回りの円偏光を有する第１および第２の参照光によって、それぞれ第１および第２のホログラムとして、同一領域に多重記録されている光記録媒体から、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る方法であって、
前記光記録媒体の前記第１および第２のホログラムが多重記録されている領域に、直線偏光の参照光を読み出し光として照射して、前記第１および第２の信号光が合成された信号光をホログラム回折光として読み出す工程と、
そのホログラム回折光の各画素部分の光強度を検出する工程と、
その各画素部分の光強度の検出値が、明レベル、暗レベル、および明レベルと暗レベルの中間のレベルのうちのいずれであるかを検出することによって、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る工程と、
を備えるものである。
【００１１】
この発明の光再生装置は、
それぞれデータ情報に応じた空間強度分布を有し、かつ互いに逆回りの円偏光を有する第１および第２の信号光が、それぞれ当該信号光の円偏光と逆回りの円偏光を有する第１および第２の参照光によって、それぞれ第１および第２のホログラムとして、同一領域に多重記録されている光記録媒体から、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る装置であって、
前記光記録媒体の前記第１および第２のホログラムが多重記録されている領域に、直線偏光の参照光を読み出し光として照射して、前記第１および第２の信号光が合成された信号光をホログラム回折光として読み出す読み出し光光学系と、
そのホログラム回折光の各画素部分の光強度を検出する光検出器と、
その各画素部分の光強度の検出値が、明レベル、暗レベル、および明レベルと暗レベルの中間のレベルのうちのいずれであるかを検出することによって、前記第１の信号光のデータ情報と前記第２の信号光のデータ情報とを分離して読み取る手段と、
を備えるものである。
【００１２】
【作用】
“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｉｎ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｂａｃｔｅｒｉｏｒｈｏｄｏｐｓｉｎ”，Ｙ．Ｏｋａｄａ，Ｉ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，Ｊ．Ｏｔｏｍｏ  ａｎｄ  Ｈ．Ｓａｓａｂｅ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．３８２８−３８３２には、縮退４光波混合の光学配置を用い、信号光（プローブ光）、参照光（前進ポンプ光）および読み出し光（後進ポンプ光）の偏光状態を変えて、偏光感応型の光記録媒体にホログラムを記録し、これからホログラムを再生した結果が示されている。
【００１３】
具体的に、この文献には、（１）互いに逆回りの（直交する）円偏光を有する信号光および参照光によってホログラムを記録できること、（２）その記録されたホログラムは、記録時の参照光と同じ方向の円偏光を有する参照光（読み出し光）によって読み出すことができること、（３）記録時の参照光と逆回りの円偏光を有する参照光（読み出し光）では、その記録されたホログラムを読み出すことができないこと、（４）互いに逆回りの円偏光を有する信号光および参照光によって記録されたホログラムに、任意の方位の直線偏光を有する読み出し光を照射すると、記録された信号光を、これと同じ方向の円偏光を有するホログラム回折光として読み出すことができること、が示されている。
【００１４】
この発明は、この文献の方法を応用して、上述した光再生方法のように、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光のデータ情報を互いに分離して読み出すものである。
【００１５】
したがって、この発明によれば、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光のデータ情報を、偏光子を用いずに、クロストークを生じることなく、読み出し光を１回照射するだけで、互いに分離して同時に読み出すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔光記録方法および光再生方法の例〕
図１（Ａ）（Ｂ）は、この発明の光記録方法の一例を示し、図１（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、この発明の光再生方法の一例を示す。光記録媒体１０としては、後述のような偏光感応型のものを用いる。
【００１８】
（光記録方法）
記録時、まず第１段階として、図１（Ａ）に示すように、左回りの円偏光を有する信号光１Ｌと、これとは逆の右回りの円偏光を有する参照光２Ｒとを、光記録媒体１０の同一領域に同時に照射して、その領域中に第１のホログラムを記録する。
【００１９】
次に、第２段階として、図１（Ｂ）に示すように、上記の信号光１Ｌとは逆の右回りの円偏光を有する信号光１Ｒと、これとは逆の左回りの円偏光を有する参照光２Ｌとを、光記録媒体１０の第１のホログラムを記録した領域に同時に照射して、その領域中に第１のホログラムに多重させて第２のホログラムを記録する。このとき、上記（３）の原理から、第１のホログラムとして記録された左回りの円偏光の信号光１Ｌが、左回りの円偏光の参照光２Ｌによって読み出されることはない。
【００２０】
図１（Ｂ）に示す段階を第１段階とし、図１（Ａ）に示す段階を第２段階としてもよい。この場合も、第２段階のとき、上記（３）の原理から、第１のホログラムとして記録された右回りの円偏光の信号光１Ｒが、右回りの円偏光の参照光２Ｒによって読み出されることはない。
【００２１】
（光再生方法）
再生時、第１の読み出しとして、図１（Ｃ）に示すように、上記の参照光２Ｒと同じ右回りの円偏光を有する読み出し光３Ｒを、光記録媒体１０の上記の方法で２枚のホログラムが多重記録された領域に照射する。
【００２２】
これによって、上記（２）の原理から、光記録媒体１０からは、左回りの円偏光の信号光１Ｌが、ホログラム回折光４Ｌとして読み出される。しかも、このとき、上記（３）の原理から、右回りの円偏光の信号光１Ｒが、右回りの円偏光の読み出し光３Ｒによって読み出されることはない。すなわち、このとき、信号光１Ｌのみが、クロストークを生じることなく、ホログラム回折光４Ｌとして読み出される。
【００２３】
第２の読み出しとして、図１（Ｄ）に示すように、上記の参照光２Ｌと同じ左回りの円偏光を有する読み出し光３Ｌを、光記録媒体１０の上記の方法で２枚のホログラムが多重記録された領域に照射する。
【００２４】
これによって、上記（２）の原理から、光記録媒体１０からは、右回りの円偏光の信号光１Ｒが、ホログラム回折光４Ｒとして読み出される。しかも、このとき、上記（３）の原理から、左回りの円偏光の信号光１Ｌが、左回りの円偏光の読み出し光３Ｌによって読み出されることはない。すなわち、このとき、信号光１Ｒのみが、クロストークを生じることなく、ホログラム回折光４Ｒとして読み出される。
【００２５】
図１（Ｃ）の読み出しと、図１（Ｄ）の読み出しは、データ読み取りの必要に応じて、いずれを先に行ってもよく、いずれか一方のみを行ってもよい。
【００２６】
以上のように、この発明の方法によれば、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光を、偏光子を用いずに、クロストークを生じることなく、互いに分離して読み出すことができる。
【００２７】
さらに、第３の読み出しとして、図１（Ｅ）に示すように、任意の方位の直線偏光を有する読み出し光３ａを、光記録媒体１０の上記の方法で２枚のホログラムが多重記録された領域に照射する。
【００２８】
これによって、上記（４）の原理から、光記録媒体１０からは、左回りの円偏光の信号光１Ｌが、ホログラム回折光４Ｌとして読み出されると同時に、右回りの円偏光の信号光１Ｒが、ホログラム回折光４Ｒとして読み出される。すなわち、信号光１Ｌおよび１Ｒが合成された信号光が、ホログラム回折光４ａとして読み出される。
【００２９】
以上のように、この発明の方法によれば、読み出し光を右回りまたは左回りの円偏光あるいは直線偏光とすることによって、多重記録された２枚のホログラム中のいずれか所望する方のホログラムのみを独立に再生し、あるいは多重記録された２枚のホログラムを同時に再生することができる。
【００３０】
〔光記録媒体の例〕
光記録媒体１０としては、信号光と参照光の偏光状態がいかなる状態であっても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、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶、あるいは光異性化する分子を分散させた高分子が、好ましい。その光異性化する基または分子としては、アゾベンゼン骨格を含むものが、好適である。その高分子または高分子液晶としては、ポリエステル群から選択した少なくとも一種のモノマー重合体が、好ましい。
【００３１】
光記録媒体１０の最も好ましい材料の一つは、図２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である。この材料は、上記の特開平１０−３４０４７９号および特開２０００−６７４５９号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、信号光の偏光状態をホログラムとして記録することができる。ホログラム読み出し光の偏光状態を参照光のそれと等しくすれば、信号光と同じ偏光状態のホログラム回折光を得ることができる。また、信号光または参照光の偏光状態を変えて、光記録媒体の同一領域に複数のホログラムを多重記録することができる。記録されたホログラムは、室温自然光のもとで数年以上緩和することなく記録が保持される。
【００３２】
光記録媒体１０全体を、入射光の偏光状態に感応する材料で形成する必要はなく、ガラス基板などの透明基板の一面側または両面に、入射光の偏光状態に感応する材料からなる偏光感応層（記録層）を形成してもよい。
【００３３】
〔光記録装置および光再生装置の例〕
図３は、この発明の光記録装置および光再生装置の一例を示し、光記録媒体１０をディスク形状とした場合である。
【００３４】
光源３０としては、光記録媒体１０に感度のあるコヒーレント光を発するものであれば、どのようなものでもよいが、光記録媒体１０として上記の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る場合には、例えばアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを用いる。
【００３５】
この光源３０からの光は、ビームスプリッタ３１によって２光束に分割し、ビームスプリッタ３１を透過した光を、信号光用とし、ビームスプリッタ３１で反射した光を、参照光用および読み出し光用とする。
【００３６】
そして、記録時には、シャッタ３２を開けて、ビームスプリッタ３１を透過した光を、シャッタ３２を通じて取り出し、レンズ３３および３４によって口径の広い平行光にして、空間光変調器２０に入射させる。
【００３７】
空間光変調器２０は、多数の画素を２次元に形成したもので、コンピュータ５０によって、これに多数ビットの２次元２値デジタルデータの画像を表示して、空間光変調器２０を透過した光として、２次元２値デジタルデータに応じた空間強度分布を有する信号光を得る。このような空間光変調器２０としては、透過型の液晶パネルなどを用いることができる。
【００３８】
空間光変調器２０からの信号光は、さらに１／４波長板２１に入射させ、調整装置６０によって１／４波長板２１を、この１／４波長板２１を透過した信号光１として、左回りまたは右回りの円偏光が得られるように調整する。
【００３９】
そして、この１／４波長板２１を透過した、左回りまたは右回りの円偏光を有する信号光１を、レンズ３５によってフーリエ変換して、光記録媒体１０に照射する。ただし、再生時には、シャッタ３２を閉じて信号光１を遮断する。
【００４０】
一方、ビームスプリッタ３１で反射した光は、ミラー３７で反射させて、別の１／４波長板２２に入射させ、調整装置６０によって１／４波長板２２を、この１／４波長板２２を透過した光として、記録時には信号光１の円偏光の方向に応じて右回りまたは左回りの円偏光が得られ、再生時には必要に応じて右回りまたは左回りの円偏光あるいは直線偏光が得られるように調整する。
【００４１】
そして、この１／４波長板２２を透過した光を、ミラー３８で反射させて、記録時には、右回りまたは左回りの円偏光を有する参照光２として、光記録媒体１０の信号光１が照射される領域に信号光１と同時に照射し、再生時には、右回りまたは左回りの円偏光あるいは直線偏光を有する読み出し光３として、光記録媒体１０の２枚のホログラムが多重記録された領域に照射する。
【００４２】
再生時には、このように読み出し光３を照射することによって、光記録媒体１０から信号光１の再生像が、ホログラム回折光４として得られる。すなわち、図１（Ｃ）に示したような左回りの円偏光の回折光４Ｌ、または図１（Ｄ）に示したような右回りの円偏光の回折光４Ｒ、あるいは図１（Ｅ）に示したような左回りの円偏光の回折光４Ｌと右回りの円偏光の回折光４Ｒとが合成された回折光４ａが得られる。
【００４３】
この回折光４は、レンズ３６によって逆フーリエ変換して、偏光子を介することなく直接、光検出器４０に入射させ、回折光４の空間強度分布を、光検出器４０によって検出する。光検出器４０としては、２次元ＣＣＤアレイなどを用いる。
【００４４】
図では省略した駆動モータにより光記録媒体１０を回転させることによって、記録時には、光記録媒体１０の周方向に場所を変えて、それぞれの場所に２枚のホログラムを多重記録することができ、再生時には、光記録媒体１０の周方向に異なる場所から、それぞれホログラムを再生することができる。
【００４５】
さらに、光源３０、ビームスプリッタ３１、空間光変調器２０、１／４波長板２１，２２および光検出器４０などを含む光学ヘッドを光記録媒体１０の径方向に移動させることによって、光記録媒体１０中に同心円状の記録トラックを形成するようにホログラムを記録することができ、光記録媒体１０中の同心円状のそれぞれの記録トラックからホログラムを再生することができる。
【００４６】
〔実験例〕
図３に示した装置および図１に示した方法によって、実際にデータの記録再生を試みた。
【００４７】
光記録媒体１０としては、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。光源３０としては、アルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを用いた。空間光変調器２０としては、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。光検出器４０としては、空間光変調器２０と同様の画素配列の２次元ＣＣＤアレイを用いた。
【００４８】
記録の第１段階では、コンピュータ５０によって、図４（Ａ）に示すようなデジタルデータ画像を空間光変調器２０に表示し、１／４波長板２１を信号光１が右回りの円偏光となるように調整し、１／４波長板２２を参照光２が左回りの円偏光となるように調整して、信号光１と参照光２を光記録媒体１０に同時に照射し、光記録媒体１０に１枚目のホログラムを記録した。
【００４９】
記録の第２段階では、コンピュータ５０によって、図４（Ｂ）に示すような別のデジタルデータ画像を空間光変調器２０に表示し、１／４波長板２１を信号光１が左回りの円偏光となるように調整し、１／４波長板２２を参照光２が右回りの円偏光となるように調整して、信号光１と参照光２を光記録媒体１０の１枚目のホログラムを記録した領域に同時に照射し、光記録媒体１０に２枚目のホログラムを記録した。
【００５０】
再生時には、シャッタ３２を閉じて信号光１を遮断し、最初に、１／４波長板２２を読み出し光３が左回りの円偏光となるように調整して、読み出し光３を光記録媒体１０の２枚のホログラムを多重記録した領域に照射し、得られた回折光４をレンズ３６によって光検出器４０上に結像させて、再生画像を読み取った。図５（Ａ）は、このとき光検出器４０で検出された再生画像で、これが図４（Ａ）に示した入力画像と等しいことから、多重記録された２枚のホログラム中の１枚目のホログラムのみが忠実に再生できたことがわかる。
【００５１】
次に、１／４波長板２２を読み出し光３が右回りの円偏光となるように調整して、読み出し光３を光記録媒体１０の２枚のホログラムを多重記録した領域に照射し、得られた回折光４をレンズ３６によって光検出器４０上に結像させて、再生画像を読み取った。図５（Ｂ）は、このとき光検出器４０で検出された再生画像で、これが図４（Ｂ）に示した入力画像と等しいことから、多重記録された２枚のホログラム中の２枚目のホログラムのみが忠実に再生できたことがわかる。
【００５２】
以上のように、この発明の方法によれば、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光を、偏光子を用いずに、クロストークを生じることなく、互いに分離して読み出すことができる。
【００５３】
次に、１／４波長板２２を読み出し光３が直線偏光となるように調整して、読み出し光３を光記録媒体１０の２枚のホログラムを多重記録した領域に照射し、得られた回折光４をレンズ３６によって光検出器４０上に結像させて、再生画像を読み取った。図６は、このとき光検出器４０で検出された再生画像で、これが図４（Ａ）の入力画像と図４（Ｂ）の入力画像とを加算したもの（図４（Ａ）の入力画像および図４（Ｂ）の入力画像で、ともに「明」の画素は、「明」となり、ともに「暗」の画素は、「暗」となり、一方が「明」、他方が「暗」の画素は、「明」と「暗」の中間の光強度）であることから、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光が合成された信号光が再生されたことがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、２枚のホログラムとして多重記録された２つの信号光のデータ情報を、偏光子を用いずに、クロストークを生じることなく、読み出し光を１回照射するだけで、互いに分離して同時に読み出すことができる。
【００５５】
しかも、データの加算を光学的に瞬時に行えるので、コンピュータのＣＰＵの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光記録方法および光再生方法の一例を示す図である。
【図２】この発明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３】この発明の光記録装置および光再生装置の一例を示す図である。
【図４】実験例で記録したデジタルデータ画像を示す図である。
【図５】実験例で読み出し光を円偏光にした場合に再生された画像を示す図である。
【図６】実験例で読み出し光を直線偏光にした場合に再生された画像を示す図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
【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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