JP4650409B2 - ホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生方法、ホログラム再生装置、及び光記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生方法、ホログラム再生装置、及び光記録媒体に関する。

ホログラフィック・データ・ストレージでは、二値のデジタルデータの「０，１」が明暗画像としてデジタル画像（信号光）化され、信号光はレンズによりフーリエ変換されて光記録媒体に照射される。そして、光記録媒体にはフーリエ変換像がホログラムとして記録される。このとき、信号光と参照光を同一のレンズに入射させ、光記録媒体中で両者のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録する同軸型のホログラム記録方式が提案されている（特許文献１）。

この記録方式によれば、信号光と参照光を別々の光路で光記録媒体に入射させ、光記録媒体中で交差させる記録方式と比較して、記録再生光学系を小型化することができる。信号光のデジタルパターンは、可干渉性の光ビームを空間光変調器で変調することにより生成される。

また、空間光変調器で生成された信号光は、空間的な変調によらず常に同じ波面となる０次光（０次成分）と、空間的な変調に応じた回折光（高次成分）とから構成されている。光記録媒体にこの信号光のみを照射し、光記録媒体中でこれら０次光と回折光のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録する新たな記録方式が提案されている（特許文献２）。

この記録方式では、記録時には、可干渉光を記録情報に応じて空間的に変調して信号光を生成し、信号光を記録媒体に照射する。これにより、信号光の０次光と回折光とが干渉する部位に、光干渉パターンによる回折格子が形成される。この回折格子に参照光として０次光を照射すると、信号光の回折光が再生される。

しかしながら、特許文献２の記録方式では、信号光の０次光と回折光の偏光面の方向が同一の場合にのみホログラムの記録が可能であるとされていた。また、再生された回折光の強度が０次光の強度に比べて小さいため、再生された回折光を０次光から分離して検出しなければならず、この方式での記録・再生には、特殊な機構を備えた記録媒体や複雑な光学系が必要である。

例えば、Ｐ偏光の０次光とＰ偏光の回折光とを干渉させてホログラムを記録した場合には、Ｐ偏光の０次光を参照光としてホログラムに照射すると、Ｐ偏光の回折光が再生される。特許文献２の記録方式では、再生光の出射側に入射光処理領域が設けられている。この入射光処理領域は、０次光の偏光面を回転させる０次光処理領域と、回折光の偏光面を回転させずに透過する回折光処理領域とに区分されている。

これら参照光と再生光とを、入射光処理領域を通過させて互いに異なる偏光面の偏光とすることで、偏光ビームスプリッタ等で参照光と再生光とを分離することができる。即ち、Ｐ偏光の回折光は、回折光処理領域を透過して検出センサに入射するのに対し、Ｐ偏光の０次光は、０次光処理領域で偏光面が回転してＳ偏光の０次光となり、偏光ビームスプリッタで反射され、検出センサには到達しない。

特開２００３−１７８４６０号公報 特開２００５−２１５３８１号公報

本発明は、非常に簡易な方法で信号光の０次成分と高次成分のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録することができると共に、記録されたホログラムに０次光を照射してホログラムを再生する場合にも、得られた再生光から０次光を分離することなく、高いＳ／Ｎで信号光を再生することができるホログラム記録方法、ホログラム記録装置、ホログラム再生方法、ホログラム再生装置、及び光記録媒体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成し、前記信号光が表すデジタルデータをホログラムとして記録するホログラム記録方法であることを特徴としている。
ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。

請求項２に記載の発明は、可干渉性の光を照射する照射光源と、前記照射光源から照射された前記可干渉性の光を透過又は反射する画素を複数配列して構成され、前記可干渉性の光を透過又は反射することにより画素毎に変調する空間光変調器と、照射光源から照射された可干渉性の光が、デジタルデータに応じて空間的に変調されてデジタルデータを明暗画像で表す信号光が生成されるように、前記空間光変調器の各画素を制御する制御手段と、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記空間光変調器で生成された信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射する照射手段と、を備えたホログラム記録装置であることを特徴としている。
ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。

請求項３に記載の発明は、デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成することで記録されたホログラムから、前記信号光が表すデジタルデータを再生するホログラム再生方法であって、前記光記録媒体に形成された前記回折格子に０次光を照射し、前記回折格子からの回折により生成された再生光を検出し、検出された再生光の明暗を反転させて前記信号光を復元し、前記信号光が表すデジタルデータを再生することを特徴としている。
ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。

請求項４に記載の発明は、デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成することで、記録されたホログラムから、前記信号光が表すデジタルデータを再生するホログラム再生装置であって、前記光記録媒体に形成された前記回折格子に０次光を照射する０次光照射手段と、前記回折格子からの回折により生成された再生光を検出する検出手段と、検出された再生光の明暗を反転させて前記信号光を復元する復元手段と、を備えたことを特徴としている。
ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。

請求項５に記載の発明は、デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射することで、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子が形成され、前記信号光が表すデジタルデータをホログラムとして記録された光記録媒体であることを特徴としている。
ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。

本発明によれば、非常に簡易な方法で信号光の０次成分と高次成分のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録することができると共に、記録されたホログラムに０次光を照射してホログラムを再生する場合にも、得られた再生光から０次光を分離することなく、高いＳ／Ｎで信号光を再生することができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

（ホログラム記録再生装置）
図１は、本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。このホログラム記録再生装置には、コヒーレント光であるレーザ光を連続発振する光源１０が設けられている。光源１０のレーザ光照射側には、レーザ光を遮断するためのシャッター１２が、光路に対し挿入及び退避可能に配置されている。シャッター１２は、コンピュータ５０からの制御信号に基づいて駆動装置５４により駆動される。

シャッター１２の光透過側には、１／２波長板１４、偏光ビームスプリッタ１６、及び１／２波長板１８がこの順に配置されている。１／２波長板１８の光透過側には、レーザ光の光路を変更するためのミラー２０が配置されている。ミラー２０の光反射側には、入射されたビームを大径のビームにコリメートするためのビームエキスパンダ２２が配置されている。

ビームエキスパンダ２２の光透過側には、所定方向の偏光だけを透過する偏光ビームスプリッタ２４が配置されている。偏光ビームスプリッタ２４の光反射側には、反射型の空間光変調器２６が配置されている。空間光変調器２６は、パターン発生器５２を介してパーソナルコンピュータ５０に接続されている。

パターン発生器５２は、パーソナルコンピュータ５０から供給されたデジタルデータに応じて空間光変調器２６に表示するパターンを生成する。空間光変調器２６は、表示パターンに応じて入射したレーザ光を変調し、ページ毎のデジタル画像（信号光）を生成する。また、後述する通り、ホログラムの再生時には、無変調でレーザ光を反射させることにより、再生用の０次光を生成する。以下では、再生用の０次光を「読み出し光」ともいう。生成された信号光又は読み出し光は、偏光ビームスプリッタ２４の方向に反射され、偏光ビームスプリッタ２４を透過する。

偏光ビームスプリッタ２４の光透過側には、リレーレンズ２８、３２が配置されている。レンズ３２の光透過側には、ステージ３８に保持された光記録媒体３６に信号光又は読み出し光を照射するフーリエ変換レンズ３４が配置されている。なお、光記録媒体３６は透過型の記録媒体であり、板状に形成されている。光記録媒体３６は、フォトポリマーやアゾポリマー等、照射される光の強度に応じて屈折率等が変化し回折格子を形成可能な記録材料が板状に成型されたものでもよく、板状の透明基板上にこれら記録材料からなる記録層が形成されたものでもよい。

ホログラムの再生時、光記録媒体３６に読み出し光が照射されると、照射された読み出し光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体３６から射出される。従って、光記録媒体３６の回折光射出側には、フーリエ変換レンズ４０、及びリレーレンズ４２、４４が配置されている。フーリエ変換レンズ４０の光透過側には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサアレイ等の撮像素子で構成され、受光した回折光を電気信号に変換して出力する光検出器４８が配置されている。光検出器４８は、パーソナルコンピュータ５０に接続されている。

（記録・再生の動作）
次に、パーソナルコンピュータ５０によって実行される記録再生処理の処理ルーチンについて説明する。図２は記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。まず、ユーザは入力装置（図示せず）を操作して、記録処理か再生処理かを選択する。

（１）ホログラムの記録処理
ステップ１００で、記録処理が選択されたか、再生処理が選択されたかを判断し、記録処理が選択された場合には、ステップ１０２で、駆動装置５４によりシャッター１２を退避させて、レーザ光が通過できるようにする。次のステップ１０４で、光源１０からレーザ光を照射すると共にパーソナルコンピュータ５０からデジタルデータを所定のタイミングで出力し、ホログラムの記録処理を実行して、ルーチンを終了する。

ここで、ホログラムの記録処理について説明する。光源１０から発振されたレーザ光は、１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタ１６とにより光量が調整され、１／２波長板１８で所定方向の偏光（図１では紙面と垂直な方向の偏光：ｓ偏光）に調整されて、ミラー２０に照射される。ミラー２０で反射されたレーザ光はビームエキスパンダ２２に入射し、ビームエキスパンダ２２により大径のビームにコリメートされる。コリメートされたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２４に入射し、空間光変調器２６の方向に反射される。

パーソナルコンピュータ５０からデジタルデータが入力されると、パターン発生器５２において、供給されたデジタルデータに応じて信号光パターンが生成され、例えば、図３のような表示パターンが、空間光変調器２６に表示される。空間光変調器２６では、表示パターンに応じてレーザ光が偏光変調され、信号光が生成される。

空間光変調器２６で偏光変調された信号光は、偏光ビームスプリッタ２４に照射され、偏光ビームスプリッタ２４を透過して直線偏光の振幅分布に変換される。その後、レンズ２８、３２でリレーされ、レンズ３４によりフーリエ変換されて、光記録媒体３６に照射される。これによって、光記録媒体３６中で信号光の高次成分と信号光の０次成分とが干渉して、干渉パターンがホログラムとして記録される。

本実施の形態では、図１に示すように、フーリエ変換レンズ３４の焦点位置が、光記録媒体３６の外部に位置するように、光記録媒体３６を配置する。これにより信号光の０次成分は、光記録媒体３６の外部で焦点を結ぶようになる。以下、このように光記録媒体３６を焦点位置からずらして配置することを、デフォーカスと称する。なお、デフォーカスについては後述する。

（２）ホログラムの再生処理
図２のステップ１００で、再生処理が選択された場合には、ステップ１０６で、駆動装置５４によりシャッター１２を退避させて、レーザ光が通過できるようにする。次のステップ１０８で、再生画像の取得処理を開始する。即ち、光源１０からレーザ光を照射し、再生画像の取得処理を実行する。

ここで、再生画像の取得処理について説明する。
空間光変調器２６に、図４に示すように、読み出し光パターンを表示する。これにより、空間光変調器２６に入射したレーザ光が変調されずに反射されて再生用の０次光が生成され、偏光ビームスプリッタ２４を透過して、光記録媒体３６のホログラムが記録された領域に照射される。

照射された０次光は、ホログラムによって回折され、回折光は光記録媒体３６から出射される。出射された回折光は、レンズ４０により逆フーリエ変換され、レンズ４２、４４でリレーされて、光検出器４８に入射する。レンズ４４の焦点面では再生像を観察することができる。本実施の形態では、信号光を表す明暗画像とは明暗が反転した反転画像が、高いＳ／Ｎで再生される。反転画像が再生されるのは、信号光から０次成分が除去され、高次成分が再生されているためである。

この再生像が光検出器４８によって検出される。検出されたアナログデータは光検出器４８によってＡ／Ｄ変換され、再生画像の画像データがパーソナルコンピュータ５０に入力され、ＲＡＭ（図示せず）に保持される。光検出器４８の各画素で検出された輝度値（画像データ）は、空間光変調器２６の各画素と対応付けられて、パーソナルコンピュータ５０に入力される。

図２のステップ１０８で、再生画像の取得処理が終了すると、次のステップ１１０に進み、ＲＡＭに保持された再生画像の画像データを読み出し、次のステップ１１２に進む。ステップ１１２では、画像データから元のデジタルデータを復号する。本実施の形態では反転画像が再生されるので、反転画像から得られた画像データの「０，１」等の符号を反転させる反転処理を実施して、元のデジタルデータを復号する。これにより、信号光に保持されたデジタルデータが精度よく復号される。

（デフォーカス記録）
上述した通り、本実施の形態では、光記録媒体３６をフーリエ変換レンズ３４の焦点位置からずらして配置するデフォーカスの状態でホログラムを記録する。ここで、デフォーカスの意義について説明する。

図１０は信号光の０次成分と高次成分の広がりの関係を示す図である。点線で示したように、信号光のデータパターンは、フーリエ変換レンズの焦点面Ｆに結像される。データパターンは０次成分と高次成分とを含んでおり、実線で示したように、０次成分はフーリエ変換レンズの焦点面Ｆに焦点を結ぶ。

ここで、フーリエ変換前の信号光のデータパターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、空間光変調器の画素サイズ（画素の一辺の長さ）をｄとすると、焦点面Ｆでのフーリエパターンの広がりはλｆ／ｄとなる。長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、及び長さｄの各々は同じ単位系で表される。例えば、ｍ、μｍ等の単位で表すことができる。

焦点面Ｆから数ｍｍ以内でのフーリエパターンの広がりは略一定であり、その大きさはλｆ／ｄと近似することができる。従って、０次成分のビームの拡がりがフーリエパターンの拡がりと等しい大きさとなるのは、焦点面Ｆからλｆ^２／ｄｌだけ離れた位置となる。本実施の形態では、デフォーカスの状態とすることで、０次成分の強度が最大となる焦点位置以外で０次成分と高次成分とを干渉させる。０次成分に対する高次成分の割合が増加することで、高いＳ／Ｎ（シグナル−ノイズ比）で記録や再生を行うことが可能となるのである。

次に、図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して好適なデフォーカス量について説明する。光記録媒体３６に対し光入射側又は光出射側のどちらに焦点位置をずらしてもよい。ここでは、フーリエ変換レンズの焦点面Ｆに対し、厚さｔの光記録媒体３６を空間光変調器２６側に配置する場合について説明する。光記録媒体３６の厚さ方向の中間位置をｍとする。この中間位置ｍの焦点面Ｆからの距離ｘがデフォーカス量である。なお、本実施の形態では、光記録媒体は全体が記録材料で構成されている。また、一点鎖線は光軸を表す。

焦点面Ｆが光記録媒体３６の内部に存在すると、０次成分の強度が最大となる焦点位置で０次成分と高次成分とを干渉させることになりＳ／Ｎが低下する。従って、図１１（Ａ）に示すように、デフォーカス量ｘはｔ／２より大きくする必要がある。一方、０次成分のビームの拡がりがフーリエパターンの拡がりより大きくなると、不要な領域への０次光照射が増し且つ０次成分の強度も低下するために、却ってＳ／Ｎが低下する。従って、図１１（Ｂ）に示すように、デフォーカス量の上限はλｆ^２／ｄｌにｔ／２を加えた値とすることが好ましい。よって、デフォーカス量ｘは下記式（１）の範囲とすることが好ましい。

ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ^２／ｄｌ＋ｔ／２ （１）

また、空間光変調器２６の複数画素を基本単位とした場合には、デジタルデータの一画素のサイズをｐ（例えばｐ＝３ｄ）とした場合には、デフォーカス量ｘは下記式（２）の範囲とすることが好ましい。

ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ^２／ｐｌ＋ｔ／２ （２）

なお、光記録媒体３６厚さｔは、０次成分と高次成分とが交差する領域で必要なフーリエパターンの拡がりを有効に記録するために、下記式（３）の条件を満たすことが好ましい。

t≧λｆ^２／ｄｌ （３）

例えば、厚さ５００（μｍ）の光記録媒体を用いた場合には、フーリエ変換前の信号光のデータパターンの一辺の長さを８．６７（ｍｍ）、信号光の波長を５３２ｎｍ、フーリエ変換レンズの焦点距離を１０（ｍｍ）、デジタルデータの一画素のサイズを３８（μｍ）とすると、上記式（２）より、デフォーカス量ｘは、２５０μｍ〜７２４μｍの範囲が好ましく、２５０μｍ〜４０８μｍの範囲がより好ましい。

以上説明した通り、本実施の形態では、信号光の０次成分が光記録媒体の外部で焦点を結ぶように、信号光をフーリエ変換して光記録媒体に照射するという非常に簡易な方法で、信号光の０次成分と高次成分のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録することができる。また、こうして記録されたホログラムでは、０次光を照射してホログラムを再生する場合にも、得られた再生光から０次光を分離することなく、高いＳ／Ｎで信号光を再生することができる。

従って、信号光の０次成分と高次成分のフーリエ変換パターンを干渉させてホログラムを記録する場合であっても、０次光を分離するための特殊な機構を備えた記録媒体や複雑な光学系は不要である。例えば、特開２００５−２１５３８１号公報に記載されるように、記録媒体を０次光処理領域と回折光処理領域とに区分する必要はなく、記録ページあたりの情報量を増加し、大容量記録を実現することができる。

なお、上記の実施の形態では、反射型の空間光変調器を用いる例について説明したが、透過型の空間光変調器を用いて信号光を生成してもよい。

また、上記の実施の形態では、反転画像が再生される例について説明したが、記録材料にフォトポリマーを用いた場合は、信号光を表す明暗画像と同じ画像が再生される。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すホログラム記録再生装置と同じ構成の装置を用いて実験を行った。
光源１０としては、コヒレント社製の連続発振グリーンレーザ「Ｖｅｒｄｉ」（波長：５３２ｎｍ）を用いた。反射型の空間光変調器２６としては、Ｈｏｌｏｅｙｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＡＧ社製のＬＣＤ空間光変調器「ＬＣｏＳ」（ピクセル：１０２４（横）×７６８（縦）、ピクセルピッチ：１９μｍ（リレーレンズによりフーリエ変換レンズの直前では１２．７μｍに縮小される。）、表示面積：１９．６ｍｍ×１４．６ｍｍ）を用いた。光検出器４８としては、Ｌｕｍｅｎｅｒａ社製のＣＭＯＳセンサアレイ（ピクセル：１２８０（横）×１０２４（縦）、ピクセルピッチ：６．７μｍ、撮像面積：８．６ｍｍ×６．９ｍｍ）を用いた。

フーリエ変換レンズ３４、４０としては、顕微鏡等に用いられる高ＮＡ（開口率）の対物レンズ（ＮＡ：０．６、焦点距離：１０ｍｍ）を用いた。リレーレンズ２８、３２の焦点距離の比率は１．５：１、リレーレンズ４２、４４の焦点距離の比率は１：１とした。光記録媒体３６としては、厚さ５００μｍのシート状のアゾポリマーを用いた。使用したアゾポリマーの構造を下記に示す。

上記のアゾポリマーは、側鎖モノマーとして、５−｛６−［４−（４−メチルフェニルアゾ）フェノキシ］ヘキシルオキシ｝イソフタル酸ジエチルと、５−｛６−［４−（４−シアノフェニル）フェノキシ］ヘキシルオキシ｝イソフタル酸ジエチルを、主鎖部モノマーとして、６，６'−（４，４'−スルホニルジフェニレンジオキシ）ジヘキサノールを用い、溶融重縮合により、色素（メチルアゾベンゼン）を側鎖に有する高分子材料を合成した。式中、ｘ＝０．３、ｙ＝０．７、ｐ＝５〜２０００である。なお、合成方法の詳細については、特開２００４−５９８９７号公報に記載されている。

光記録媒体３６は、フーリエ変換レンズ３４の焦点面に対し、空間光変調器２６側に３５０μｍずらして配置した。なお、上述した通り、デフォーカス量は、光記録媒体３６の厚さ方向の中間位置ｍの焦点面からの距離である。

空間光変調器２６の３×３画素をデジタルデータを構成する１ピクセルとし、その９ピクセルで５ビットを表現する２：９変調符号で表現した信号光パターンを、空間光変調器２６に表示し（図３参照）、この空間光変調器２６に波長５３２ｎｍのレーザ光を照射して、信号光のデジタルパターンを生成した。デジタルパターンを構成する画素の一辺の長さは５７μｍ（空間光変調器の３画素分であり、リレーレンズによりフーリエ変換レンズの直前では３８μｍに縮小される。）である。この信号光を、フーリエ変換レンズ３４を介して光記録媒体３６に照射し、フーリエ変換像をホログラムとして記録した。

次に、記録したホログラムに波長５３２ｎｍのレーザ光で読み出し光パターン(図４参照)を照射し、再生された回折光をフーリエ変換レンズ４４により逆フーリエ変換して、フーリエ変換レンズの焦点面に結像された再生画像を光検出器４８で検出した。図５に示すように、表示パターン（図３）の反転画像が再生された。

光検出器４８で検出された再生画像の画像データの符号を反転させ、元のデジタルデータを復号した。このときのＢＥＲ（ビットエラーレート）は０であり、高いＳ／Ｎが実現されていることが分かる。なお、ＢＥＲは復号したデータのうち発生した誤りデータ数の割合である。

デフォーカス量を−９５０μｍ〜９５０μｍの範囲で変化させて同様の実験を行い、復号したデータからＢＥＲとＳ／Ｎを求めた。結果を以下に示す。

図６は、デフォーカス量に対するＢＥＲの変化を示す図であり、図７は、デフォーカス量に対するＳ／Ｎの変化を示す図である。デフォーカス量は、フーリエ変換レンズ３４の焦点位置の、光記録媒体３６の厚さ方向の中心位置からのずれ量を表す。図中、斜線を付した領域は、光記録媒体内に焦点位置が存在する領域を表している。 図６及び図７から分かるように、フーリエ変換レンズ３４の焦点位置が光記録媒体３６

の内部に存在するときは、反転画像が得られないため、Ｓ／Ｎが極端に低下する。フーリ
エ変換レンズ３４の焦点位置が、光記録媒体３６の厚さ方向の中心位置から所定範囲（前後２ヶ所）に存在する場合に、ＢＥＲとＳ／Ｒの両方が向上することが分かる。

（実施例２）
光記録媒体３６として、厚さ２５０μｍのシート状のフォトポリマーを用いた実験を行った。記録再生装置は実施例１と同様である。また、デフォーカス量は、２５０μｍとした。空間光変調器２６の３×３画素をデジタルデータを構成する１ピクセルとし、その２ピクセルで１ビットを表現する微分コード法で表現した信号光パターンを、空間光変調器２６に表示した(図８参照)。この信号光パターンのデータ量は、３２９Ｂｙｔｅである。再生の結果、図９に示すように、表示パターン（図８）の再生画像が得られた。このときのＢＥＲ（ビットエラーレート）は２．２３×１０^−３であった。また、ＢＥＲ＝２．２３×１０^−３という値は、例えば、巡回ハミング（７，４）符号等の既知のエラー補正方法を用いることにより、３２９Ｂｙｔｅ／ページのデータをエラー０で記録再生することができることを示している。記録材料を代えても、デフォーカスで記録することにより、高いＳ／Ｎが実現されていることが分かる。

本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置の概略構成を示す図である。 記録再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。 空間光変調器に表示される信号光パターンを示す図である。 空間光変調器に表示される読み出し光パターンを示す図である。 実施例１で検出された再生画像を示す図である。 デフォーカス量に対するＢＥＲの変化を示す図である。 デフォーカス量に対するＳＮＲの変化を示す図である。 実施例２で用いた信号光パターンを示す図である。 実施例２で検出された再生画像を示す図である。 信号光の０次成分と高次成分の広がりの関係を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は好適なデフォーカス量を説明するための図である。

符号の説明

１０ 光源
１２ シャッター
１４ 波長板
１６ 偏光ビームスプリッタ
１８ 波長板
２０ ミラー
２２ ビームエキスパンダ
２４ 偏光ビームスプリッタ
２６ 空間光変調器
２８ レンズ
３２ レンズ
３４ フーリエ変換レンズ
３６ 光記録媒体
３８ ステージ
４０ レンズ
４２ レンズ
４４ レンズ
４８ 光検出器
５０ パーソナルコンピュータ
５２ パターン発生器
５４ 駆動装置

Claims (5)

1. デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、
   前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、
   前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成し、
   前記信号光が表すデジタルデータをホログラムとして記録するホログラム記録方法。
   ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
   上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。
2. 可干渉性の光を照射する照射光源と、
   前記照射光源から照射された前記可干渉性の光を透過又は反射する画素を複数配列して構成され、前記可干渉性の光を透過又は反射することにより画素毎に変調する空間光変調器と、
   照射光源から照射された可干渉性の光が、デジタルデータに応じて空間的に変調されてデジタルデータを明暗画像で表す信号光が生成されるように、前記空間光変調器の各画素を制御する制御手段と、
   前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記空間光変調器で生成された信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射する照射手段と、
   を備えたホログラム記録装置。
   ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
   上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。
3. デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成することで記録されたホログラムから、前記信号光が表すデジタルデータを再生するホログラム再生方法であって、
   前記光記録媒体に形成された前記回折格子に０次光を照射し、
   前記回折格子からの回折により生成された再生光を検出し、
   検出された再生光の明暗を反転させて前記信号光を復元し、
   前記信号光が表すデジタルデータを再生するホログラム再生方法。
   ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
   上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。
4. デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射し、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子を形成することで、記録されたホログラムから、前記信号光が表すデジタルデータを再生するホログラム再生装置であって、
   前記光記録媒体に形成された前記回折格子に０次光を照射する０次光照射手段と、
   前記回折格子からの回折により生成された再生光を検出する検出手段と、
   検出された再生光の明暗を反転させて前記信号光を復元する復元手段と、
   を備えたホログラム再生装置。
   ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
   上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。
5. デジタルデータを明暗画像で表すように空間的に変調された信号光を生成し、前記信号光の０次成分が光記録媒体の外部で且つ前記光記録媒体の厚さ方向の中間点から下記関係式（１）で表される距離ｘだけ離間された焦点位置で焦点を結ぶように、前記信号光をフーリエ変換レンズでフーリエ変換して前記光記録媒体に照射することで、前記光記録媒体中に前記信号光の０次成分と前記信号光の高次成分との干渉による回折格子が形成され、前記信号光が表すデジタルデータをホログラムとして記録された光記録媒体。
   ｔ／２＜｜ｘ｜≦λｆ ^２ ／ｄｌ＋ｔ／２ 式（１）
   上記式（１）において、フーリエ変換前の信号光を表す明暗画像の矩形パターンの一辺の長さをｌ、信号光の波長をλ、フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ、前記明暗画像の各画素の一辺の長さをｄ、前記光記録媒体の厚さをｔとする。なお、上記式（１）において、長さｌ、波長λ、焦点距離ｆ、長さｄ、厚さｔ、及び距離ｘの各々は同じ単位系で表される。