JP2006220933A - ホログラフィを利用した光学的情報記録方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射光の利用効率を向上させ、装置の小型化もしくは記録容量の増大を容易にするホログラフィを利用する光学的情報記録方法を提供する。
【解決手段】ホログラム記録層１８を含む記録媒体１６上に、記録すべき情報に基づいて生成される０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光２１を集光させ、ホログラム記録層１８上に０次回折光と高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録する光学的情報記録方法及び装置に関する。

ホログラフィを利用する光学的情報記録方法においては、ホログラム記録層を有する記録媒体を用い、情報が担持された情報光と位相や強度が空間的に変調された参照光を干渉させて得られる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって記録を行う。一方、このようにして記録された情報の再生は、記録時に用いたのと同じ参照光を記録媒体に照射することにより行う。

非特許文献１（H. Horimai and J. Li, Optical Data Storage Topical Meeting 2004 Technical Digest, TuD5 (2004) P258）及び特許文献１（特開２００４−１３４０４８号公報）には、ホログラフィを利用して情報の記録再生を行う装置の例が示されている。この光学的情報記録再生装置によると、レーザ光源から発せられた光はレンズでコリメートされた後、空間光変調器により記録すべき情報に応じて強度変調が施されることによって、光の断面強度分布に情報が担持される。強度変調された光においては、内側に情報が担持された情報光、外側に暗号キーが担持された参照光がそれぞれ配置される。強度変調された光は、ビームスプリッタを通過した後、対物レンズにより記録媒体上に集光される。記録媒体はホログラム記録層と反射層を有し、ホログラム記録層には情報光と参照光が干渉し合って得られる干渉縞として情報が記録される。

一方、情報が記録された記録媒体上に記録時に用いた情報光と同じ強度変調が施された参照光を照射すると、ホログラフィの原理により、干渉縞として記録されている情報に対応する再生光が発生する。再生光は対物レンズを介してビームスプリッタに導かれ、ビームスプリッタで反射した後、画像検出素子に入射する。この画像検出素子から、再生された情報に応じた画像信号が出力される。
H. Horimai and J. Li, Optical Data Storage Topical Meeting 2004 Technical Digest, TuD5 (2004) P258） 特開２００４−１３４０４８号公報

従来のホログラフィを利用した光記録方法では、変調された光のうち一部を情報光とし、他の一部を参照光として扱う必要がある。従って、情報光の領域を十分確保しようとすると空間光変調器が大型化し、記録装置の小型化が困難となる。一方、空間変調器を小型化しようとすると、強度変調された光のうち情報光の領域が小さくなるため、１ページ当たりの情報量、すなわち記録容量が減少する。

本発明は、光の利用効率を向上させ、装置の小型化もしくは記録容量の増大を容易にする光学的情報記録方法及び装置を提供することを目的する。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点では、レーザ光から記録すべき情報に基づいて０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成し、ホログラム記録層を有する記録媒体に前記情報光によって前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録する光学的情報記録方法を提供する。

本発明の他の観点では、レーザ光を発生する光源と、前記レーザ光から記録すべき情報に基づいて０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成する手段と、ホログラム記録層を含む記録媒体に前記情報光によって前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録する手段とを具備する光学的情報記録装置を提供する。

本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の記録を行う場合に、記録すべき情報に基づいて生成される０次回折光と１次以上の高次回折光とを含む情報光のみで記録を行い、参照光を必要としないため、光の利用効率が高くなる。従って、装置の小型化もしくは大容量化を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１を用いて本発明の一実施形態に係る光学的情報記録装置と情報の記録過程を説明する。レーザ光源１１から発せられたレーザ光はレンズ１２によりコリメート、すなわち平行光束に変換された後、空間光変調器１３に入射する。空間光変調器１３は、例えば液晶素子あるいはＤＭＤ（digital micro mirror device）であり、マトリクス状に配列された画素アレイを有し、画素アレイの画素毎に光の透過状態と遮断状態のいずれかが選択される。これにより空間光変調器１３は、入射光に対して記録すべき情報（例えば画像情報）に応じた高い空間周波数で強度変調を施し、情報光を生成する。

この結果、例えば図２に示すように強度変調された情報光２１の断面強度分布に情報が担持される。図２の例の情報光２１のパターン（変調パターン）は、再生時に必要となる位置合わせマーカ２２を含んでいるが、これに限らず他にもさまざまな変調パターンがあり得る。

情報光２１は空間変調器１３により高い空間周波数で強度変調が施されることによって回折を受けており、０次回折光に加えて１次以上の回折光（０次回折光と区別するため、１次以上の回折光を高次回折光という）を含む。こうして空間変調器１３から出射される情報光２１は、ビームスプリッタ１４を透過して対物レンズ１５に入射し、対物レンズ１５によって記録媒体１６上に集光される。

記録媒体１６は、透明基板１７と該基板１７上に順次積層されたホログラム記録層１８及び反射層１９を有する。このような記録媒体１６上に対物レンズ１５により上述の情報光２１を集光させると、ホログラム記録層１８には０次回折光と高次回折光とが干渉し合って得られる干渉縞が形成される。すなわち、情報はホログラム記録層１８上に干渉縞として記録される。

次に、本実施形態における記録原理をさらに詳しく説明する。情報光２１に多くの情報を担持すると、情報光２１の強度分布は高い空間周波数で変調され、回折を起こす。アッベの像形成理論によると、このような回折光において空間光変調器１３により変調された光の強度分布の情報（すなわちＡＣ成分）は高次回折光によって表される。一方、回折角度がゼロである０次回折光（すなわちＤＣ成分）には情報は乗らない。このことは、空間光変調器１３による像形成に０次回折光が必要でないことを意味しない。０次回折光は高次回折光と干渉する一定の振幅を与え、空間光変調器１３により形成される像を補正する重要な役割を持つ。本実施形態では、このような原理を利用して記録・再生を行う。

非特許文献１や特許文献１に記載された従来技術でいう参照光を用いず、記録媒体１６上に集光する情報光２１に空間光変調器１３により強度変調を施して情報を担持すると、情報光２１は変調に応じて回折する。こうして得られる情報光２１を対物レンズ１５により記録媒体１６上に集光させると、回折しても進行方向が変化しない０次回折光と、回折により進行方向が変化した高次回折光との干渉による干渉縞が記録媒体１６に形成される。

このように本実施形態によると、参照光を用いず情報光２１のみで記録媒体１６上に情報を干渉縞として記録することができる。この結果、情報光２１に一定量の情報を乗せるとすれば、従来技術に比較して空間変調器１３については参照光を生成する必要がない分だけサイズを小型化できる。一方、空間光変調器１３のサイズを一定とすれば、従来技術に比較して情報光２１により多くの情報を担持することができ、１ページ当たりの記録容量が増大することになる。

次に、図３を用いて本発明の一実施形態に係る光学的情報再生装置と情報の再生過程を説明する。図３の光学的情報再生装置は、図１の光学的情報記録装置によって情報が記録された記録媒体１６からの情報の再生に適しているが、これに限られるものではなく、図１とは別の光学的情報記録装置によって記録された記録媒体からの再生にも有効である。

図３において、レーザ光源１１から発せられたレーザ光はレンズ１２によりコリメートされた後、空間光変調器１３に入射する。但し記録時と異なり、空間光変調器１３は再生時には強度変調を行わず、入射したレーザ光をそのまま出射する。すなわち、空間光変調器１３からは記録時の情報光２１に含まれる０次回折光と同様の断面強度分布を持つ図４に示すような参照光２３が出射する。

こうして空間変調器１３から出射される参照光２３は、ビームスプリッタ１４を透過して対物レンズ１５に入射し、対物レンズ１５によって記録媒体１６上に集光される。このように０次回折光である参照光２３が記録媒体１６上に集光されると、ホログラフィの原理によって、図１で記録に用いられた情報光２１に含まれる高次回折光が復元され、反射層１９で反射される。この場合、高次回折光の復元効率は実質上１００％には達しないため、反射層１９からの反射光には照射された参照光２３の成分である０次回折光も含まれる。

反射層１９からの反射光は、対物レンズ１５を記録時の情報光と逆向きに通った後、ビームスプリッタ１４で反射される。ビームスプリッタ１４で反射された光は、空間光変調器１３と光学的にほぼ共役関係の位置に配置された画像検出素子２０に入射し、記録時に用いた情報光２１の断面強度分布と同じ断面強度分布の像を形成する。画像検出素子２０としては、例えばＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子のような固体撮像素子を用いることができる。この結果、画像検出素子２０からは記録媒体１６上に干渉縞として記録された情報（画像情報）の再生信号が出力される。

なお、図４の参照光２３のパターンは、図２の情報光２１の位置合わせのためのマーカ２４を含んでいるが、これは再生信号のコントラストを改善するために行われており、これに限らず他にも様々なパターンがあり得る。

本発明の一実施形態に係る光学的情報記録装置の概略図 図１中の情報光の断面強度分布を示す図 本発明の一実施形態に係る光学的情報再生装置の概略図 図２中の参照光の断面強度分布を示す図

符号の説明

１１…レーザ光源
１２…コリメータレンズ
１３…空間光変調器
１４…ビームスプリッタ
１５…対物レンズ
１６…記録媒体
１７…透明基板
１８…ホログラム記録層
１９…反射層
２０…画像検出素子
２１…情報光
２３…参照光

Claims (5)

1. レーザ光から記録すべき情報に基づいて０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成するステップと、
   ホログラム記録層を有する記録媒体に前記情報光によって前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録するステップとを有する光学的情報記録方法。
2. レーザ光を発生する光源と、
   前記レーザ光から記録すべき情報に基づいて０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成する手段と、
   ホログラム記録層を含む記録媒体に前記情報光によって前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録する手段とを具備する光学的情報記録装置。
3. 前記情報光を生成する手段は、前記レーザ光に対して前記記録すべき情報に基づいて強度変調を施すことにより前記情報光を生成する空間光変調器である請求項１記載の光学的情報記録装置。
4. レーザ光を平行光束に変換するステップと、
   記録すべき情報に基づいてマトリクス状に配列された画素アレイを画素毎に透過状態と遮断状態のいずれかを選択して前記平行光束から０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成するステップと、
   前記情報光を、ホログラム記録層を含む記録媒体に集光して、前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録するステップとを有する光学的情報記録方法。
5. レーザ光を発生する光源と、
   前記レーザ光を平行光束に変換するレンズと、
   画素をマトリクス状に配列された画素アレイを有し、記録すべき情報に基づいて前記画素毎に前記平行光束の透過状態と遮断状態のいずれかを選択して、０次回折光と１次以上の高次回折光を含む情報光を生成する空間光変調器と、
   ホログラム記録層を含む記録媒体に前記情報光を集光して、前記０次回折光と前記高次回折光との干渉により生じる干渉縞を記録する対物レンズとを具備する光学的情報記録装置。

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