JP2005301038A - 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、及び情報保持体 - Google Patents
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Abstract
【課題】支持体、特に、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に付加されたホログラム記録層から、該記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生する。
【解決手段】ホログラム記録時に、信号光をフーリエ変換し、焦点をホログラム記録層の外側に結ぶように記録（デフォーカス記録）すると共に、ホログラム再生時に、再生された信号光（再生光）の出射側にアパーチャ４０を配置し、アパーチャ４０に再生光の焦点を結ばせて、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させ、透過光のみを検出する。
【選択図】図６
【解決手段】ホログラム記録時に、信号光をフーリエ変換し、焦点をホログラム記録層の外側に結ぶように記録（デフォーカス記録）すると共に、ホログラム再生時に、再生された信号光（再生光）の出射側にアパーチャ４０を配置し、アパーチャ４０に再生光の焦点を結ばせて、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させ、透過光のみを検出する。
【選択図】図６
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、及び情報保持体に係り、支持体、特に、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に付加されたホログラム記録層から、該記録層にホログラムとして記録された情報を再生するための、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、及び情報保持体に関する。
近年、情報通信機器の発達、通信インフラの整備、パーソナルコンピュータの普及等に伴い、電子化された情報を記録、伝達する電子メディアを介して多くの情報を取得すると共に、コンピュータ上でその情報を加工することが可能になった。一方、情報を記録、伝達する情報メディアとしては、紙メディアが古くから使用されてきた。現在でも様々な情報の発信や交換が、はがき、手紙、書籍、新聞等の紙メディアにより行われている。
両者には各々長所がある。電子メディアは、情報の加工性、再利用性、検索性、情報間の関連づけの容易さ等の面で優れている。一方、紙メディアは、一覧性、可搬性、実在性等の面で優れている。従って、電子メディアが紙メディアに取って代わるのではなく、両者が互いの長所を生かしながら相互に補完し合うことが理想である。
「印刷」により、電子メディア上の情報を紙メディア上の情報に変換することが可能である。しかしながら、印刷の過程で電子メディアのデジタル情報は失われてしまう。また、ＯＣＲ（Optical Character Reader；光学的文字読み取り装置）等の文字認識装置により、紙メディア上の情報を電子メディア上の情報に変換することが可能である。しかしながら、画像認識による手法では、認識性能や変換速度に限界がある。
これらの問題を解決するために、グリフコードや二次元バーコード等のデジタル変換が可能なコードを紙メディアに印刷する方法が種々提案されている。例えば、紙メディアに印刷された情報に関連するＵＲＬ（Uniform Resource Locators）を２次元コードで表現し、この２次元コードを紙メディアに印刷することで、ＷＷＷ（World Wide Web）上の情報と紙メディア上の情報とを融合するシステムが提案されている（非特許文献１）。
２次元コードとしては、例えば「ＱＲコード（Ｒ）」が利用可能である。４１×４１セルのＱＲコード（Ｒ）によれば１３４バイトのデータを記憶することが可能で、ＵＲＬ情報あるいはＩＤ情報を記述するには十分である。このシステムを用いることで、紙メディアに付与されたＱＲコード（Ｒ）を読み取って、ＷＷＷ上のＵＲＬにアクセスすることが可能になり、必要に応じて紙メディア上の情報に対応した電子情報を得ることができる。
最近では、記憶したデータを外部から非接触で読み取ることができ、紙などにも埋め込むことが可能な超小型の半導体チップ、「ミューチップ（Ｒ）」が開発されている（非特許文献２）。ＵＲＬ情報やＩＤ情報を記憶したミューチップ（Ｒ）を紙メディアに埋め込むことで、これらの情報を非接触で読み取ることが可能となる。
また、ホログラムパターンが予め形成された転写箔リボンを用い、サーマルヘッドで紙等の表示媒体にホログラム画像を転写、印字する印字装置と、その印字装置で作成された表示媒体とが提案されている（特許文献１）。
「２次元コードを利用したＷＷＷと紙メディアとの融合の試み」、ヒューマンインターフェイス76-1 情報メディア33-1、1998.1.29 MYCOM PC WEB, NEWS HEADLINE, 2001年7月5日; http://pcweb.mycom.co.jp/news/2001/07/05/22.html 特開２０００−２１１２５７号公報
「２次元コードを利用したＷＷＷと紙メディアとの融合の試み」、ヒューマンインターフェイス76-1 情報メディア33-1、1998.1.29 MYCOM PC WEB, NEWS HEADLINE, 2001年7月5日; http://pcweb.mycom.co.jp/news/2001/07/05/22.html
しかしながら、上述の２次元コードや半導体チップは、高々数百バイトの記憶容量しか備えていない。この記憶容量は、ＵＲＬ情報やＩＤ情報を記憶するには十分であるが、多様な情報処理に活用するための記憶容量としては十分とはいえない。
また、ミューチップ（Ｒ）は厚さが６０〜１２０μｍ程度であるため、厚さ２００μｍ以上のいわゆる厚紙にしか埋め込むことはできない。更に、無線で情報を飛ばすため、情報保持メディア側の機構や暗号化の手法が複雑になりやすい。。
一方、ホログラムは２次元コードや半導体チップに比べ記憶容量が大きく、ホログラム記録層はシート状に形成可能で、紙メディアへの貼り付けも容易である。しかしながら、信号光（物体光）を記録したホログラムに参照光を照射して、ホログラムからの回折により信号光を再生するので、ホログラム記録層を、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に貼り付けたのでは、シート部材表面での乱反射やシート部材のたわみにより信号光を高いＳ／Ｎ比で読み出すことができない、という問題があった。
例えば、記録層に対し信号光と参照光とを同じ側から照射して記録された透過型ホログラムの場合は、信号光の出射側を薄膜の反射層を介してシート部材に貼り付けるが、反射層はシート部材表面の凹凸に沿って形成されるので、ホログラムの再生時には、再生された信号光が反射層で反射される際に散乱されてしまう。このため読み取りエラーが増加する。また、記録層に対し信号光と参照光とを異なる側から照射して記録された反射型ホログラムの場合は、再生された信号光はシート部材表面の凹凸の影響を受けないが、照射された参照光がシート部材表面で散乱され、再生された信号光が散乱光に埋もれて検出できない。
また、この問題を解消するためには、従来のホログラム記録媒体と同様に、記録層を光学品質の表面を有し且つ剛性のある基板上に支持させることが考えられる。しかしながら、ホログラム記録層が変形しないよう、その周辺部分だけが頑強に構成されているような情報保持体では、ホログラムメモリと支持体との一体性が失われて使用感が大幅に損なわれてしまう。
なお、特許文献１のホログラム画像が印刷された表示媒体は、ホログラム画像を視覚的（装飾）に利用するに過ぎず、不可視の電子情報を表示媒体に付加するものではないため、再生精度は問題とならない。
本発明は、上記課題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、支持体、特に、紙、プラスチックカード等の非光学品質のシート部材上に付加されたホログラム記録層から、該記録層にホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で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、及び情報保持体を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明のホログラム記録方法は、支持体の面上に付加されて再生されるホログラム記録層にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、参照光とフーリエ変換された信号光とを前記ホログラム記録層の同じ側から照射してホログラムを記録する場合には、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から前記ホログラム記録層の厚みを出射方向に超えた位置に焦点を結ぶように信号光を照射し、参照光とフーリエ変換された信号光とを前記ホログラム記録層の異なる側から照射してホログラムを記録する場合には、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から出射方向に離間した位置に焦点を結ぶように信号光を照射することを特徴としている。
また、本発明のホログラム再生方法は、本発明のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生するホログラム再生方法であって、参照光を照射して得られる再生光の出射側であり、該再生光の焦点形成位置に、該再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさのアパーチャを配置し、前記アパーチャーを透過後の再生光から前記ホログラム記録層に記録されたホログラムを再生することを特徴としている。
本発明によれば、光学品質以下の面を有する支持体上にホログラム記録層を支持させた情報保持体であっても、再生時に支持体の表面で散乱された光は、再生光の出射側に配置されたアパーチャを通過できずに遮断されるので、ホログラム記録層に記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。
（発明の概要）
本発明は、支持体の面上に付加されたホログラム記録層から、該記録層にホログラムとして記録された情報を再生する方法及び装置に関するものである。特に、支持体の面が非光学品質の場合に有効な技術であり、支持体として非光学品質の表面を備えるシート部材を用い、該シート部材の表面にホログラム記録層を設けた情報保持体（ホログラムメモリ・オン・シート）とすることで、更に有用性が高まる。
（発明の概要）
本発明は、支持体の面上に付加されたホログラム記録層から、該記録層にホログラムとして記録された情報を再生する方法及び装置に関するものである。特に、支持体の面が非光学品質の場合に有効な技術であり、支持体として非光学品質の表面を備えるシート部材を用い、該シート部材の表面にホログラム記録層を設けた情報保持体（ホログラムメモリ・オン・シート）とすることで、更に有用性が高まる。
非光学品質の支持体とは、いわゆる光学的粗面を備えた支持体であり、情報保持体として形成された時から、支持体の表面が、再生光の１／２波長以上の最大表面粗さを有している、及び／又は、再生光の照射領域内で１／２波長以上のたわみ・うねり等の起伏を有している。又は、当初は光学品質の表面であっても使用時間が経過することで、支持体の表面に、曲げ、凹み、たわみ等の起伏が形成され、非光学品質に至るような部材である。
即ち、本発明は、ホログラム記録層自体が破壊されていない状態であって、支持体の表面形状によって再生が困難とされているホログラムの読み出しに極めて有効となる発明である。換言すれば、表面が非常に平滑な支持体や非光学品質の支持体上に記録層を形成した場合だけでなく、一旦はホログラム記録層が大きく変形してそのままでは再生不可能であっても、押し当て等によって再生可能な程度（再生に必要な干渉条件が成立する程度）に記録層を平坦化できるが、支持体自体の表面は十分に平滑化できない素材（紙や樹脂シート、金属板等）により支持体を構成する場合にも有効となる。
なお、ホログラム記録層には、情報がフーリエ変換像として記録光の照射範囲に渡って記録されるため、一部が欠損した場合であっても、Ｓ／Ｎの劣化は避けられないが、再生できる許容度が高い。従って、本発明は、記録光の照射領域全体にわたって記録層のフーリエ変換像が回復困難に破壊されている状態でなければ、適用される。
支持体の形状はその用途に応じて任意とすることができ、缶のような円柱状や立方体形状、カード状などとすることができる。但し、特にシート状の部材とすることで、特にホログラム記録層とシート部材とが一体化した多用な情報保持体を形成することができる。更に、シート部材の皺や折り曲げ等の取り扱いに要する使用者の配慮を低減できるため、取り扱いがより手軽になる。
シート部材の材質は、紙以外に、金属（アルミニウム等）、プラスチック、セラミック（アルミナ等）等でもよい。非光学品質のシート部材には、普通紙、塗工紙のほか、ＯＨＰシート、プラスチックカード等が含まれる。例えば、普通紙の表面粗さは８〜１３μm程度であり、プラスチックカードの表面粗さは１μｍ以上である。
上述した通り、支持体上に保持されたホログラム記録層は、支持体表面での乱反射により、ホログラムとして記録された情報を高いＳ／Ｎ比で読み出すことができないという問題がある。本発明では、以下の方法により情報の記録・再生を行うことで、情報の読み出し精度を向上させる。
（１）ホログラム記録時に、信号光をフーリエ変換し、焦点をホログラム記録層の外側に結ぶように記録する（デフォーカス記録）。
（２）ホログラム再生時に、再生された信号光（再生光）の出射側にアパーチャを配置し、アパーチャに再生光の焦点を結ばせて、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させ（ノイズ除去）、透過光のみを検出する。
（１）ホログラム記録時に、信号光をフーリエ変換し、焦点をホログラム記録層の外側に結ぶように記録する（デフォーカス記録）。
（２）ホログラム再生時に、再生された信号光（再生光）の出射側にアパーチャを配置し、アパーチャに再生光の焦点を結ばせて、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させ（ノイズ除去）、透過光のみを検出する。
（ホログラムメモリ・オン・シート）
本実施の形態では、図１に示すように、シート状のホログラム記録層１２が用紙１０上に付加されている場合について説明する。ホログラム記録層１２には、反射型ホログラムが記録されている。反射型ホログラムは、後述する通り、参照光と信号光とをホログラム記録層１２の異なる側から照射して記録される。
本実施の形態では、図１に示すように、シート状のホログラム記録層１２が用紙１０上に付加されている場合について説明する。ホログラム記録層１２には、反射型ホログラムが記録されている。反射型ホログラムは、後述する通り、参照光と信号光とをホログラム記録層１２の異なる側から照射して記録される。
ホログラム記録層１２は、用紙１０の画像が形成される面（表面）に付加してもよく、画像が形成されない面（裏面）に付加してもよい。用紙１０の表面に付加する場合には、例えば、図１に示すように、画像が形成された領域を避けて、該領域の周辺にある余白部に付加することが好ましい。
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ホログラム記録層１２が付加された用紙１０の一例を示す図である。ホログラム記録層１２は、厚さが数十μｍで且つ面積が数ｍｍ角のシート状に形成された小片が、透明な保護フィルム１４によって用紙１０に貼り付けられて形成されている。なお、以下では、用紙１０に貼り付ける前のシート状の小片も「ホログラム記録層１２」と称する。また、図３に示すように、ホログラム記録層１２の一方の面を接着層１６を介して用紙１０上に直接貼り付け、他方の面を保護フィルム１４で保護してもよい。
ホログラム記録層１２は、ホログラムの書き込みが可能な記録層であれば特に制限はなく、記録層を構成する材料としては、デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」等のフォトポリマー、フォトリフラクティブ効果を示すポリマー材料、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステル（特開平１０−３４０４７９号公報参照）等の偏光感応材料が使用される。光誘起屈折率変化あるいは光誘起二色性を示すと共にこれらの特性が常温で保持されるフォトリフラクティブ材料、偏光感応材料は、光照射により記録されたホログラムを消去して、新たなホログラムを記録すること、即ち、ホログラムの書き換えが可能であり、特に好ましい。
これらの中でも、側鎖に光異性化する基を有する高分子、例えば、ポリエステル群から選ばれた少なくとも一種の重合体であって、その側鎖に光異性化する基、例えば、アゾベンゼン骨格を有する材料が好適である。
アゾベンゼンは、光の照射によってトランス−シス−トランスの異性化サイクルを繰り返す。光照射前は、光記録層にはトランス体のアゾベンゼン分子が多く存在する。これらの分子はランダムに配向しており、マクロに見て等方的である。直線偏光を照射すると、偏光方向と同じ方位に吸収軸を持つアゾベンゼン分子は選択的にトランス−シス異性化される。偏光方向と直交した吸収軸を持つトランス体に緩和した分子は、もはや光を吸収せずその状態に固定される。結果として、マクロに見て吸収係数及び屈折率の異方性、つまり二色性と複屈折が誘起される。このような光異性化基を含む高分子は、光異性化により高分子自身の配向も変化し大きな複屈折を誘起することができる。このように誘起された複屈折は高分子のガラス転移温度以下で安定であり、ホログラムの記録に好適である。
例えば、下記の化学式で示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（特開平１０−３４０４７９号公報参照）は、上述した機構によってホログラムを記録する材料として好適である。このポリエステルは、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起因して、信号光の偏光方向をホログラムとして記録することができ、室温でホログラムを記録可能であり、消去光を照射しない限り記録されたホログラムは半永久的に保持される。
ホログラム記録層１２の厚さは、嵩高さを防止する観点から、０．１μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、回折効率を高くとるためには１０μｍ〜３０μｍの範囲がより好ましい。ホログラム記録材料は、射出成形により板状の成形物を作製した後、この板状の成形物を１対の離型性の樹脂フィルムで挟持して真空下でホットプレスすることで、シート状に形成される。シート状のホログラム記録材料は、樹脂フィルムから剥離され、数ｍｍ角（例えば、８ｍｍ角）の小片にカットされて使用される。加熱温度は、記録材料のＴｇ以上の温度とし、プレス圧力は０．０１〜０．１ｔ／ｃｍ2とするのが好ましい。離型性の樹脂フィルムとしては、例えば、離型剤としてシリコーン樹脂を表面に塗布したポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルムを用いることができる。このシート状のホログラム記録材料を用紙１０に貼り付ける。
保護フィルム１４は、記録・再生に使用するレーザ光に対し透明で且つフレキシブルな樹脂フィルムから構成されている。保護フィルム１４は、粘着性を有する粘着層を備えていてもよく、該粘着層上にシート状のホログラム記録層１２を保持することができる。圧着により十分に用紙１０にホログラム記録層１２を装着できる場合は粘着層を必要としないが、記録層１２が厚い場合や長期安定性を望む場合などには、保護フィルム１４上に粘着層を持つことが好ましい。また、保護フィルム１４でラミネートする代わりに、樹脂を塗布することにより、ホログラム記録層１２を被覆する保護膜を形成することもできる。
保護フィルム１４の厚さは、嵩高さを防止する観点から、１μｍ〜２００μｍの範囲が好ましく、この範囲の中では薄ければ薄いほど好ましい。保護フィルム１４の記録・再生に使用するレーザ光の透過率は、光利用効率の観点から、５０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。このような保護フィルムとしては、日東電工（株）製の「ＯＰＰテープ（Ｒ）」等を用いることができる。
上記のホログラムメモリ・オン・シートは、シート状のホログラム記録層１２にホログラムをデフォーカス記録した後、このホログラム記録層１２を用紙１０に付加することにより作製される。
図４に、ホログラムを記録するための記録装置を示す。この記録装置は、レーザ光源２０を備えており、レーザ光源２０からは、コヒーレント光であるレーザ光が発振され、照射される。レーザ光源２０のレーザ光照射側には、レーザ光を参照光用の光と信号光用の光とに分離する偏光ビームスプリッタ２２が配置されている。
偏光ビームスプリッタ２２の光透過側には、参照光用のレーザ光を反射して光路をホログラム記録層１２の方向に変更する反射ミラー２４が配置されている。反射ミラー２４は、反射したレーザ光を、ホログラム記録層１２に参照光として照射する。偏光ビームスプリッタ２２の光反射側には、信号光用のレーザ光を所定の反射角で反射して光路をホログラム記録層１２の方向に変更する反射ミラー２６と、レンズ２８、３０、３２で構成されたレンズ系とが順に配置されている。
レンズ３０とレンズ３２との間には、液晶表示素子等で構成され、制御部（図示せず）から供給された記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムを記録するための信号光を生成する透過型の空間光変調素子３４が配置されている。レンズ２８、３０は、レーザ光を大径のビームにコリメートして空間光変調素子３４に照射し、レンズ３２は、空間光変調素子３４で変調されて透過された信号光を集光させる。
このとき、信号光は、ホログラム記録層１２の出射側の面から離間した位置に焦点を結ぶように集光され、フーリエ変換された信号光と参照光とが同時にホログラム記録層１２に照射される。これによりフーリエ変換ホログラムが記録される。
ここで、図５に示すように、信号光の光軸と参照光とが交差する点Ａから焦点位置Ｂまでの距離ｄ1をデフォーカス量と定義する。デフォーカス量ｄ1は、ｆ／２０以上、より望ましくは、ｆ／１０以上の範囲が好ましい。この領域外では、信号光の直流成分が強く、良好なホログラム記録ができない。一方、フーリエ変換ホログラムの特徴である耐傷性、耐たわみ性を実現する観点から、デフォーカス量ｄ1は、ｆ／２以下が好ましい。なお、ｆは、信号光のフーリエ変換に用いたレンズ３２の焦点距離である。例えば、信号光のフーリエ変換に焦点距離２００ｍｍのレンズを用いた場合には、デフォーカス量ｄ1を１０ｍｍ、より好ましくは２０ｍｍとする。
以上の方法によりホログラムが記録されたホログラム記録層１２は、用紙１０上に付加される。付加方法としては、例えば、上述した通り、透明な保護フィルム１４によって用紙１０に貼り付けてもよく、用紙１０上に直接貼り付けてもよい。
（ホログラムの再生）
次に、用紙１０に付加されたホログラム記録層１２から、記録されたホログラムを再生する方法について説明する。なお、ホログラム記録層１２は、図３に示す構成により、用紙１０に付加されている場合を例に説明する。
次に、用紙１０に付加されたホログラム記録層１２から、記録されたホログラムを再生する方法について説明する。なお、ホログラム記録層１２は、図３に示す構成により、用紙１０に付加されている場合を例に説明する。
図６に、ホログラムを再生するための再生装置を示す。この再生装置は、レーザ光源３６を備えている。レーザ光源３６からは、コヒーレント光であるレーザ光が発振され、用紙１０に付加されたホログラム記録層１２に、参照光（読み出し光）として照射される。ホログラム記録層１２の再生光出射側には、アパーチャ４０、レンズ４２、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成された検出器４４が配置されている。検出器４４は、制御部（図示せず）に接続されている。
ホログラム記録層１２に読み出し光が照射されると、記録された反射型ホログラムにより参照光が回折され、信号光が再生される。このとき、再生された信号光は用紙１０の表面の凹凸の影響を受けないが、一部の参照光は用紙１０の表面で乱反射される。しかしながら、アパーチャ４０は、再生光が焦点を結ぶ位置に配置されているので、再生光はアパーチャ４０を通過するが、散乱光は遮断される。アパーチャ４０を通過した再生光はレンズ４２によりコリメートされて、検出器４４により受光される。受光された再生光は、検出器４４により電気信号に変換されて、制御部（図示せず）に入力される。
読み出し光は、記録時に用いた参照光とは波長が異なっていてもよい。読み出し光としては、記録時に用いた参照光より長波長の光が好ましい。長波長のレーザ光源が安価であることに加え、読み出し光を長波長の光とすることで、再生光の集光角度が狭くなり、アパーチャ４０の作製精度が緩和される。
記録時と同様に、再生光の光軸と読み出し光とが交差する点Ｃから焦点位置Ｄまでの距離ｄ2をデフォーカス量と定義する。再生時のデフォーカス量ｄ2は、記録時のデフォーカス量ｄ1、記録時に用いた参照光の波長λ1、読み出し光の波長λ2を用いて下記式で表される。
上記式から分るように、読み出し光の波長λ2が大きくなると、再生時のデフォーカス量ｄ2が大きくなる。例えば、記録時の波長λ1を５３２ｎｍ、デフォーカス量ｄ1を１０ｍｍとし、読み出し光の波長λ2を６３５ｎｍとすると、再生時のデフォーカス量ｄ2は、上記の式より８．４ｍｍとなる。読み出し光の光路を避けてアパーチャ４０を配置するためには、再生光の焦点位置がホログラム記録層１２から離間している方が好ましく、デフォーカス量ｄ2は１６．８ｍｍ以上がより好ましく、１００ｍｍ以下が更に好ましい。
アパーチャ４０は、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさとすることが好ましい。具体的には、再生光のフーリエ変換像の０次及び１次の成分を選択的に透過させる大きさであれば、信号光をエラー無く再生することができる。良好なＳ／Ｎ比を得るためには、再生光のフーリエ変換像の０次から２次までの成分を選択的に透過させる大きさが好ましく、０次から３次までの成分を選択的に透過させる大きさがより好ましい。
データ画像をホログラムとして記録する場合、レンズによってデータ画像のフランフォーファ回折像を記録する。フランフォーファ回折像は、データ画像の振幅分布のフーリエ変換に比例することから、記録されたホログラムはフーリエ変換ホログラムと呼ばれる。フーリエ変換像はデータ画像の画素ピッチに由来する空間周波数成分を多く含む。従って、再生光から高次成分をカットしても、データ画像をエラー無く再生することができる。また、同様の理由で、用紙１０の表面の凹凸やたわみ、ホログラム記録層１２や保護層１４表面に付いた傷により一部の成分が欠落しても、データ画像をエラー無く再生することができる。
例えば、ホログラムとして記録するデータページを、例えば、図７のような画像とする。図中の白い部分がデータ“１”を表し、黒い部分がデータ“０”を表すようにすることによって、二値の２次元デジタルデータをページごとに記録することができる。この場合、ｄ×ｄの一画素の大きさが、１ビットデータに対応する。
図８に、図７のデータ画像のフーリエ変換像を示す。図７に示すデータ画像をホログラムとして記録した場合には、図８に示すフーリエ変換像が再生される。この場合、アパーチャ４０は、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさ及び形状とすることが好ましい。例えば、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示す形状とすることができる。
図９（Ａ）は、アパーチャ４０を半径ａの円形とし、フーリエ変換像の０次成分と、各軸方向につきプラス方向及びマイナス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。 図９（Ｂ）は、アパーチャ４０を半径ａの半円形とし、フーリエ変換像の０次成分と、ｙ軸方向についてはプラス方向及びマイナス方向の、その他の軸方向についてはプラス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。
図９（Ｃ）は、アパーチャ４０を半径ａの扇形（四半円形）とし、フーリエ変換像の０次成分と、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにつきプラス方向、及びＸ軸プラス方向とＹ軸プラス方向との間の方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。 図９（Ｄ）は、アパーチャ４０を一辺の長さがａで、幅がａ／３以下のＬ形とし、信号光のフーリエ変換像の０次成分と、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれにつきプラス方向の１次及び２次の成分とを、透過させるものとした場合である。
以上説明した通り、本実施の形態では、用紙１０に付加されたホログラム記録層１２には、反射型ホログラムが記録されているので、反射型ホログラムから再生された信号光は、用紙１０の表面の凹凸の影響を受けない。また、再生時に一部の参照光は用紙１０の表面で乱反射されるが、散乱光はアパーチャ４０を通過できずに遮断されるので、再生された信号光だけを選択的に取り出すことができ、記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。
また、用紙１０に付加されたホログラム記録層１２には、フーリエ変換ホログラムが記録されているので、用紙１０の表面の凹凸やたわみ、ホログラム記録層１２や保護層１４表面に付いた傷によりフーリエ変換像の一部の成分が欠落しても、データ画像を再生することができる。
更に、用紙１０にホログラム記録層１２を付加することで、用紙１０にメモリ機能を付加することが可能になる。これにより、紙の可搬性、形状的自由度を損なうことなく、大容量データを記録することができる。例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ角のホログラム記録層１２に多重記録することで、数ＭＢ（メガバイト）の情報を記録することができる。
（透過型ホログラム）
上記では、ホログラム記録層１２に反射型ホログラムを記録する場合について説明したが、透過型ホログラムを記録することもできる。
上記では、ホログラム記録層１２に反射型ホログラムを記録する場合について説明したが、透過型ホログラムを記録することもできる。
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、透過型ホログラムが記録されたホログラム記録層１２を用紙１０上に付加する場合の構成の一例を示す。図示する通り、ホログラム記録層１２は、該媒体１２よりひとまわり大きな反射層１８上に載置され、反射層１８が用紙１０と接触するように、透明な保護フィルム１４によって反射層１８と共に用紙１０に貼り付けられている。また、図１１に示すように、ホログラム記録層１２の一方の面を反射層１８及び接着層１６を介して用紙１０上に直接貼り付け、他方の面を保護フィルム１４で保護してもよい。
反射層１８は、樹脂フィルム等の基板上に、記録・再生に使用するレーザ光に対する反射率が高い光反射性材料からなる薄膜を形成して構成されている。このような光反射性材料としては、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｒｂ等の金属及び金属化合物、ガラス等を挙げることができる。これらの中でも、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ等が特に好ましく、Ａｌ（アルミニウム）が特に好ましい。上記の光反射性材料は、単独で用いてもよく、二種以上組合せて用いてもよい。
反射層１８は、例えば、上記の光反射性材料を、ポリエステル樹脂等のフィルムに蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、めっき等することにより形成することができる。反射層１８の厚さは、１０〜１０，０００オングストロームが望ましく、２００〜２，０００オングストロームが好ましい。なお、コート紙のように用紙１０自身の反射率が高い場合は、反射層１８を省略してもよい。
透過型ホログラムは、図１２に示すように、参照光と信号光とをホログラム記録層１２の同じ側から照射して記録される。このとき、信号光は、ホログラム記録層１２の信号光が出射する側の面からホログラム記録層１２の厚みを出射方向に超えた位置に焦点を結ぶように集光される。即ち、ホログラム記録層１２の信号光が出射する側の面から焦点位置までの距離は、ホログラム記録層１２の厚みより長い距離となる。これにより、信号光が出射する側の面に反射層１８を設けた場合に、反射された信号光は、ホログラム記録層１２の外部で焦点を結ぶことになる。
ホログラムの再生時には、図１３に示すように、ホログラム記録層１２に読み出し光が照射されると、記録された透過型ホログラムにより参照光が回折され、信号光が再生される。このとき、再生された信号光は反射層１８で反射されて出射される。反射層１８は用紙１０の表面に沿って形成されているので、一部の再生光は用紙１０の表面の凹凸により散乱される。また、一部の参照光は用紙１０の表面で乱反射される。
しかしながら、アパーチャ４０は、再生光が焦点を結ぶ位置に配置されているので、散乱されなかった再生光はアパーチャ４０を通過するが、散乱光はアパーチャ４０を通過できずに遮断される。これにより、再生された信号光だけを選択的に取り出すことができ、記録された情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。
また、透過型ホログラムは、参照光と信号光とをホログラム記録層１２の同じ側から照射して記録されるので、ホログラム記録層１２を用紙１０に付加した後に、ホログラムを記録することができる。更に、ホログラム記録層１２に書き換え可能な記録材料を使用することで、既にホログラムが記録されている場合でもホログラムの追記や書き換えが可能である。
（その他の変形例）
上記ではビットマップ等のデジタルデータ画像をフーリエ変換ホログラムとして記録する例について説明したが、ロゴマーク、サイン（自署）、２次元バーコード、顔写真等の画像をフーリエ変換ホログラムとして記録することもできる。また、直接目視可能な情報として、レインボーホログラムを記録することもできる。レインボーホログラムは、クレジットカードに貼られたホログラムシールと同様に、虹色に発色し、目視で確認することができる。
上記ではビットマップ等のデジタルデータ画像をフーリエ変換ホログラムとして記録する例について説明したが、ロゴマーク、サイン（自署）、２次元バーコード、顔写真等の画像をフーリエ変換ホログラムとして記録することもできる。また、直接目視可能な情報として、レインボーホログラムを記録することもできる。レインボーホログラムは、クレジットカードに貼られたホログラムシールと同様に、虹色に発色し、目視で確認することができる。
ホログラム記録層に記録する情報は、任意に選択することができる。例えば、画像が形成された用紙にホログラム記録層を付加する場合は、用紙上の元情報をデジタル化してホログラム記録層に総て記録することができる。また、用紙上の元情報のうち、選択された部分のみデジタル化して記録してもよい。或いは、動画等、紙と無関係の情報を任意に記録してもよい。
また、記録容量を増大する観点から、体積多重記録を行うことが好ましい。多重方式としては、シフト多重、偏光多重等、従来行われている多重方式を用いることができる。
（実施例１）
下記の層構成を有する市販のフォトポリマー・フィルム（デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」）を用い、このフォトポリマー・フィルムを50mm×50mmのサイズにカットした小片を、ホログラム記録層として使用した。
下記の層構成を有する市販のフォトポリマー・フィルム（デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」）を用い、このフォトポリマー・フィルムを50mm×50mmのサイズにカットした小片を、ホログラム記録層として使用した。
（フォトポリマー・フィルムの層構成）
ベースフィルム 厚さ 50μm
フォトポリマー 厚さ 15μm
カバーフィルム 厚さ 25μm
図５に示す記録装置を用い、以下に示す記録条件で、上記のホログラム記録層に反射型ホログラムを記録した。図１４にサンプル（ホログラム記録層）の配置を示す。また、図１５に記録データ画像を示す。
ベースフィルム 厚さ 50μm
フォトポリマー 厚さ 15μm
カバーフィルム 厚さ 25μm
図５に示す記録装置を用い、以下に示す記録条件で、上記のホログラム記録層に反射型ホログラムを記録した。図１４にサンプル（ホログラム記録層）の配置を示す。また、図１５に記録データ画像を示す。
（ホログラム記録条件）
記録光源 アルゴンレーザー 波長 514.5nm
参照光：平行光、パワー 7mW/cm2
信号光：収束光、パワー 5mW/cm2
信号光/参照光パワー比 0.7:1
信号光、参照光交差角 115°
記録サンプル配置 信号光光軸とのなす角 80°
ベースフィルム側から参照光を入射
カバーフィルム側から信号光を入射
フーリエ変換レンズ焦点距離 200mm
デフォーカス 20mm
露光エネルギー 30mJ/cm2
露光時間 2.5sec
記録データサイズ 2.4Kbit
露光後、即ち、参照光及び信号光を照射してホログラム記録層に反射型ホログラムを記録した後、紫外線照射と熱処理とを行い、記録したホログラムを定着した。
記録光源 アルゴンレーザー 波長 514.5nm
参照光：平行光、パワー 7mW/cm2
信号光：収束光、パワー 5mW/cm2
信号光/参照光パワー比 0.7:1
信号光、参照光交差角 115°
記録サンプル配置 信号光光軸とのなす角 80°
ベースフィルム側から参照光を入射
カバーフィルム側から信号光を入射
フーリエ変換レンズ焦点距離 200mm
デフォーカス 20mm
露光エネルギー 30mJ/cm2
露光時間 2.5sec
記録データサイズ 2.4Kbit
露光後、即ち、参照光及び信号光を照射してホログラム記録層に反射型ホログラムを記録した後、紫外線照射と熱処理とを行い、記録したホログラムを定着した。
次に、カバーフィルムをはがした後、接着剤を用いて、ホログラムが記録されたホログラム記録層を用紙上に貼り付けた。
次に、図６に示す再生装置と同じ構成の装置を用い、以下に示す再生条件で、ホログラム記録層に記録した反射型ホログラムを再生した。図１６に再生光学系の具体的な配置を示す。
（ホログラム再生条件）
再生光源 YAG-SHGレーザー 波長 532nm、平行光
ホログラムの法線と参照光光軸のなす角 45°
アパーチャサイズ φ1mm
検出器（CCD）で読み出した２次元ページデータを再符号化し、記録したデータを復元した。図１７に復元されたデータ画像を示す。図１７から、図１５に示す記録データ画像が高いＳ／Ｎ比で復元されていることが分る。
再生光源 YAG-SHGレーザー 波長 532nm、平行光
ホログラムの法線と参照光光軸のなす角 45°
アパーチャサイズ φ1mm
検出器（CCD）で読み出した２次元ページデータを再符号化し、記録したデータを復元した。図１７に復元されたデータ画像を示す。図１７から、図１５に示す記録データ画像が高いＳ／Ｎ比で復元されていることが分る。
（実施例２）
下記の層構成を有する市販のフォトポリマー・フィルム（デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」）を用い、このフォトポリマー・フィルムを10mm×10mmのサイズにカットした小片を、ホログラム記録層として使用した。
下記の層構成を有する市販のフォトポリマー・フィルム（デュポン社製、「オムニデックス（OmniDex）（Ｒ）」）を用い、このフォトポリマー・フィルムを10mm×10mmのサイズにカットした小片を、ホログラム記録層として使用した。
（フォトポリマー・フィルムの層構成）
ベースフィルム 厚さ 50μm
フォトポリマー 厚さ 15μm
カバーフィルム 厚さ 25μm
次に、カバーフィルムを剥がして、ホログラム記録層を厚さ７６０μｍのプラスチックカード上に貼り付けた。
ベースフィルム 厚さ 50μm
フォトポリマー 厚さ 15μm
カバーフィルム 厚さ 25μm
次に、カバーフィルムを剥がして、ホログラム記録層を厚さ７６０μｍのプラスチックカード上に貼り付けた。
図１８に示す記録装置を用い、以下に示す記録条件で、上記のホログラム記録層に透過型ホログラムを記録した。図１９にサンプル（ホログラム記録層）の配置を示す。また、図２０に記録データ画像を示す。
（ホログラム記録条件）
記録光源 アルゴンレーザー 波長 514.5nm
参照光：平行光、パワー 7mW/cm2
信号光：収束光、パワー 5mW/cm2
信号光/参照光パワー比 0.7:1
信号光、参照光交差角 36.1°
記録サンプル配置 信号光光軸とのなす角 94.5°
フーリエ変換レンズ焦点距離 200mm
デフォーカス 20mm
露光エネルギー 30mJ/cm2
露光時間 2.5sec
記録データ コーポレート・ロゴ
露光後、紫外線照射と熱処理を行った
図１８に示す記録装置は、ホログラム記録層１２に参照光と信号光とが同じ側から照射されるようにミラー２４を配置すると共に、ミラー２４とホログラム記録層１２との間に、一対のレンズ４６、４８とアパーチャ５０とを配置した以外は、図５に示す記録装置と略同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
記録光源 アルゴンレーザー 波長 514.5nm
参照光：平行光、パワー 7mW/cm2
信号光：収束光、パワー 5mW/cm2
信号光/参照光パワー比 0.7:1
信号光、参照光交差角 36.1°
記録サンプル配置 信号光光軸とのなす角 94.5°
フーリエ変換レンズ焦点距離 200mm
デフォーカス 20mm
露光エネルギー 30mJ/cm2
露光時間 2.5sec
記録データ コーポレート・ロゴ
露光後、紫外線照射と熱処理を行った
図１８に示す記録装置は、ホログラム記録層１２に参照光と信号光とが同じ側から照射されるようにミラー２４を配置すると共に、ミラー２４とホログラム記録層１２との間に、一対のレンズ４６、４８とアパーチャ５０とを配置した以外は、図５に示す記録装置と略同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。
次に、図６に示す再生装置と同じ構成の装置を用い、以下に示す再生条件で、ホログラム記録層に記録した透過型ホログラムを再生した。図２１に再生光学系の具体的な配置を示す。
（ホログラム再生条件）
再生光源 半導体レーザー 波長 635nm、平行光
ホログラムの法線と参照光光軸のなす角 45°
アパーチャサイズ φ1mm
得られた再生光をガラス製のスクリーンに投影したところ、記録したデータ画像が高いＳ／Ｎ比で再生されることを目視にて確認することができた。図２２にスクリーンに投影されたデータ画像を示す。記録データ画像は、検出器（CCD）で読み出すこともできる。
再生光源 半導体レーザー 波長 635nm、平行光
ホログラムの法線と参照光光軸のなす角 45°
アパーチャサイズ φ1mm
得られた再生光をガラス製のスクリーンに投影したところ、記録したデータ画像が高いＳ／Ｎ比で再生されることを目視にて確認することができた。図２２にスクリーンに投影されたデータ画像を示す。記録データ画像は、検出器（CCD）で読み出すこともできる。
１０ 用紙
１２ ホログラム記録層
１４ 保護フィルム
１６ 接着層
１８ 反射層
３２ レンズ（フーリエ変換レンズ）
４０ アパーチャ
１２ ホログラム記録層
１４ 保護フィルム
１６ 接着層
１８ 反射層
３２ レンズ（フーリエ変換レンズ）
４０ アパーチャ
Claims (13)
- 支持体の面上に付加されて再生されるホログラム記録層にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、
参照光とフーリエ変換された信号光とを前記ホログラム記録層の同じ側から照射してホログラムを記録する場合には、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から前記ホログラム記録層の厚みを出射方向に超えた位置に焦点を結ぶように信号光を照射し、
参照光とフーリエ変換された信号光とを前記ホログラム記録層の異なる側から照射してホログラムを記録する場合には、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から出射方向に離間した位置に焦点を結ぶように信号光を照射する、
ホログラム記録方法。 - 前記支持体の前記面が非光学品質である請求項１に記載のホログラム記録方法。
- 前記信号光の光軸と前記参照光の光軸とが交差する点から焦点位置までの距離ｄ1が以下の範囲にある請求項１又は２に記載のホログラム記録方法。
ｆ／２０＜ｄ1＜ｆ／２
式中、ｆはフーリエ変換レンズの焦点距離を示す。 - 支持体の面上に付加されて再生されるホログラム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、
前記ホログラム記録層に、参照光を照射する参照光照射手段と、
前記ホログラム記録層に、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から前記ホログラム記録層の厚みを出射方向に超えた位置に焦点を結ぶように、フーリエ変換された信号光を参照光と同じ側から照射する信号光照射手段と、
を備えたホログラム記録装置。 - 支持体の面上に付加されて再生されるホログラム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、
前記ホログラム記録層に、参照光を照射する参照光照射手段と、
前記ホログラム記録層に、前記ホログラム記録層の信号光が出射する側の面から出射方向に離間した位置に焦点を結ぶように、フーリエ変換された信号光を参照光と異なる側から照射する信号光照射手段と、
を備えたホログラム記録装置。 - 前記支持体の前記面が非光学品質である請求項４又は５に記載のホログラム記録装置。
- 請求項１に記載された方法で記録されたホログラムを再生するホログラム再生方法であって、
参照光を照射して得られる再生光の出射側であり、該再生光の焦点形成位置に、該再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさのアパーチャを配置し、
前記アパーチャを透過後の再生光から前記ホログラム記録層に記録されたホログラムを再生する、
ホログラム再生方法。 - 再生時に照射する参照光の波長が、記録時に照射する参照光の波長より長波長である請求項７に記載のホログラム再生方法。
- 前記アパーチャが、再生光のフーリエ変換像の０次から２次までの成分を選択的に透過させる大きさである請求項７又は８に記載のホログラム再生方法。
- 請求項１に記載された方法で記録されたホログラムを再生するホログラム再生装置であって、
ホログラムが記録された前記ホログラム記録層に参照光を照射する参照光照射手段と、
該参照光を照射して得られる再生光の出射側であって、該再生光の焦点形成位置に配置され、再生光のフーリエ変換像の低次成分を選択的に透過させる大きさのアパーチャと、
前記アパーチャを透過した再生光を検出する検出手段と、
を備えたホログラム再生装置。 - 支持体と、前記支持体の面上に付加され且つ請求項１に記載された方法でホログラムが記録されたホログラム記録層とを備えた情報保持体。
- 前記支持体の前記面が非光学品質である請求項１１記載の情報保持体。
- 前記支持体がシート状であり、該シート状支持体の表面が非光学品質である請求項１１記載の情報保持体。
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