JP2007073163A - 検索方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 効率的に情報を検索する検索方法を提供する。
【解決手段】 検索条件から検索用光21を生成し(S1)、検索用光をホログラム記録層104に記録されたホログラム104aに対し照射し(S2)、検索用光がホログラムと干渉することにより再生光22を発生させた場合は、アドレス情報を読み取るアドレス用光23を用いて再生光を発生したホログラムのアドレス情報を特定して、特定されたアドレス情報を記録し(S3)、検索用光がホログラムから再生光を発生させなかった場合は、検索用光をホログラム記録層に記録された他のホログラム104bに対し照射する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、情報として複数のホログラムが記録されたホログラム記録層を有する記録媒体における情報の検索方法に関する。
ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った情報光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉縞パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。
近年、ホログラフィック記録において、超高密度のデータ密度とするために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、3次元的に干渉縞を書き込む方式であり、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は2値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィにおいては、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタル化して、2次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にSN比(信号対雑音比)が多少悪くても、微分検出を行ったり、2値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
ボリュームホログラフィによるホログラム記録層への記録の一例は、記録すべき情報を担持する情報光と記録用参照光とがホログラム記録層内において厚み方向の干渉縞を生じるように透明基板側から同時に所定時間照射し、ホログラム記録層内に干渉縞パターンを立体的に定着せしめることによって情報を立体的なホログラムとして記録している(特許文献1および特許文献2)。
また、光情報記録方法としては、情報光と記録用参照光とを異なる角度の光軸上に配置して記録する方法と、同軸上に配置して記録する方法がある。前記のようなボリュームホログラフィにより適しているものとして情報光と記録用参照光とを同軸上に配置した記録方法が注目されている(たとえば、特許文献3参照)。
特開平11−311938号公報 特開2003−99952号公報 特開平10−124872号公報
上述したとおり、ホログラフィック記録再生においては、イメージ情報や2次元デジタルパターン情報等の大容量の情報が一つのホログラムに記録され、更にホログラムが記録媒体に複数記録されるのであるから、記録媒体に記録される情報量は膨大なものとなる。
従来、この膨大な情報量が記録されている記録媒体から特定の情報を検索する方法は提案されていなかった。このため、記録媒体から特定の情報を検索しようとするのであれば、再生用参照光を各ホログラムに照射して、各ホログラムからイメージ情報や2次元デジタルパターン情報等を再生し、2次元デジタルパターン情報の場合はデコードして記録した情報を再生した上で、再生された情報が検索対象であるか否かを確認する作業を検索対象が見つかるまで繰り返さなければならなかった。
しかしながら、ホログラムを再生することで発生するイメージ情報や2次元デジタルパターン情報は、多数の画素から構成されているが、イメージ情報や2次元デジタルパターン情報を検出するために、各画素に対応させたCCDセンサーやCMOSセンサーなどの光検出器を配置しなければならない。再生された各画素の光の強度は弱いため、多数の光検出器によってイメージ情報や2次元デジタルパターン情報を得るのには時間がかかっていた。
このように、記録媒体から一つのホログラムを再生するだけでも時間がかかってしまうのに、更に、上記検索方法においては、検索対象が見つかるまで順次各ホログラムを再生しなければならない点においても非常に時間がかかるものであり、非効率的である。
本発明は、複数のホログラムが記録されたホログラム記録層を有する記録媒体において、効率的に情報を検索する検索方法を提供することを目的とする。
本発明の検索方法は、複数のホログラムが記録されたホログラム記録層とアドレス情報が記録されたアドレス層を有する記録媒体における検索方法であって、検索条件から検索用光を生成し、前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録されたホログラムに対し照射し、前記検索用光が前記ホログラムと干渉することにより再生光を発生させた場合は、前記アドレス情報を読み取るアドレス用光を用いて前記再生光を発生したホログラムのアドレス情報を特定して、特定されたアドレス情報を記録し、前記検索用光が前記ホログラムから再生光を発生させなかった場合は、前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録された他のホログラムに対し照射することを特徴とする。
更に、上記検索方法において、前記特定されたアドレス情報を記録した後も、前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録された他のホログラムに対し照射してもよい。
更に、上記検索方法において、発生した再生光の強度を検出して、当該再生光を発生したホログラムのアドレス情報と対応づけて、検出された再生光の強度を記録することが好ましい。この場合、前記再生光の強度が最も大きいアドレス情報を認識可能な状態として出力してもよいし、前記再生光の強度が大きい順に記録されたアドレス情報を認識可能な状態として出力してもよい。
更に、上記検索方法において、前記記録媒体に再生光を発生したホログラムに関する情報を記録してもよく、前記記録媒体に記録された前記再生光を発生したホログラムに関する情報を用いて前記検索用光を照射するホログラムの順序を制御してもよい。
更に、上記検索方法において、前記ホログラムは、情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉縞であり、前記記録用参照光は、前記情報光が担持する情報に関連するキーワード情報を含む空間変調パターンによって空間的に変調されており、前記検索用光は、検索条件のキーワード情報を含む空間変調パターンによって空間的に変調されていてもよい。
更に、上記検索方法において、前記ホログラムは、画像情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉縞であり、前記検索用光は、検索条件の画像情報によって空間的に変調されていてもよい。
本発明の検索方法によれば、検索条件から検索用光を生成し、検索用光をホログラム記録層に記録されたホログラムに対し照射し、検索用光がホログラムと干渉して再生光を発生させた場合は、アドレス情報を読み取るアドレス用光を用いて再生光を発生したホログラムのアドレス情報を特定して、特定されたアドレス情報を記録するので、効率よく目的の情報を検索することが可能である。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図8について説明する。
図1は、本発明の検索方法のフローチャートであり、図2は、本発明の検索時における動作を説明するための概略図である。
図2に示すように、記録媒体101は、アドレス情報が記録されたアドレス層103と複数のホログラム104a、104bが記録されたホログラム記録層104とを有し、更に、図2においては、基板102、波長選択反射層105及び保護層106とを有している。そして、検索用光21は、保護層106を通過して記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラム104a、104bに対して照射される。ホログラム104a、104bから発生した再生光22は、波長選択反射層105によって反射され、保護層106を通過して記録媒体101の保護層側の表面から射出される。また、アドレス用光23は、保護層106、ホログラム記録層104及び波長選択反射層105を通過してアドレス層103に照射され、アドレス層に記録されたアドレス情報を担持する。また、図2においては、アドレス層103が反射層を有しており、アドレス情報によって変調されたアドレス用光23は、アドレス層103の反射層で反射され、記録媒体101の保護層側の表面から射出される。
本発明の検索方法は、まず、キーワード、画像、データ形式等の検索条件が入力されると(図1のS1)、検索用光21(図2参照)が生成される(図1のS2)。そして、検索用光21を記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラム104aに対して照射する(図1のS3)。
次に、記録媒体101からの再生光を検出したか否かを判断する(図1のS4)。再生光22(図2参照)が検出された場合(Yesの場合)は、アドレス用光23(図2参照)によって記録媒体101のアドレス層103に記録されたアドレス情報を読み取って、再生光22を発生させたホログラム104aのアドレス情報を特定し記録する(図1のS5)。その後、更に検索を継続するか否かを判断し(図1のS6)、継続しない場合(Noの場合)は終了する。
記録媒体101からの再生光を検出しなかった場合(S4でNoの場合)及び検索を継続する場合(S6でYesの場合)は、ホログラム記録層104の別のホログラム104bに照射対象を変更する(図1のS7)。そして、検索用光21を記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラム104bに対して照射する処理(図1のS3)に戻る。
このように、検索時において、再生光22の有無を検出し、再生光22を検出した場合はそのホログラムのアドレス情報を記録することで、情報を高速で検索することができる。
また、再生光を検出する際に、再生光の強度を検出し、アドレス情報と対応づけて再生光の強度を記録してもよい。検索条件と情報との相関が強い程、再生光の強度が大きくなるので、再生光の強度によって検索条件と情報との相関の程度を把握することができる。なお、再生光を検出する処理(S4)において、再生光が検出されても、その強度がある一定の値(以下「しきい値」と呼ぶ)以下の場合は、検出しなかった場合とみなし、照射対象を変更する処理(図1のS7)に移行してもよい。ここで、しきい値は、検索の曖昧さに影響する。すなわち、しきい値が小さい場合は、余り関係のない情報も検索結果として挙るが、しきい値を大きくすると、関係の強い情報だけが検索結果となる。
検索を終了したら、記録されたアドレス情報を認識可能な状態として出力する。アドレス情報を認識可能な状態とするには、例えば、アドレス情報をそのまま出力したり、記録されたアドレス情報に対応するホログラムを再生して少なくともその一部を出力してもよい。また、予め記録媒体101又は検索装置の記録手段にアドレス情報と対応付けてホログラムに記録されているデータのタイトル等を記録しておき、記録されたアドレス情報に対応するホログラムのデータのタイトル等を出力してもよい。なお、アドレス情報と対応付けてホログラムに記録されているデータのタイトル等を予め記録媒体101に記録する場合は、別途専用のホログラムとして記録しても、記録可能なアドレス層103に記録しても、半導体メモリー等の記録手段を記録媒体101に設けて、その記録手段に記録してもよい。
再生光の強度を記録した場合は、再生光の強度が最も大きいアドレス情報を認識可能な状態として出力してもよいし、更に、再生光の強度が大きい順に記録されたアドレス情報を認識可能な状態として出力してもよい。例えば、再生光の強度の大きい順にアドレス情報を並び替えて出力したり、再生光の強度が最も大きいアドレス情報のホログラムを再生して出力することができる。
また、上記の検索方法によって、検索条件に関係する情報が記録されているホログラムをある程度絞り込んだ後に、絞り込んだ各ホログラムを再生して、再生された情報の内容を更に検索条件に合致するものであるか否かを検索してもよい。この場合、再生光の強度が最も大きいアドレス情報のホログラムを再生して、その情報の内容を検索することが効率的である。
アドレス用光23は、再生光が発生した時だけアドレス情報を読み取ってもよいが、継続的にアドレス情報を読み取ることが好ましい。特に、アドレス用光23によって、位置決めをするためのサーボ用の情報を読み取って、検索用光21をホログラムに照射する際の位置決めにフィードバックさせることは好ましい。
検索を継続するか否かの判断(図1のS6)は、種々条件を設定することができる。例えば、再生光を検出した場合に検索を終了とすることもできるし、再生光の検出した回数がある一定の値を越えた場合に終了とすることもできるし、再生光の強度がある一定の値を越えた場合に終了とすることもできる。
更に、検索時に再生光を発生したホログラムに関する情報を記録媒体に記録してもよい。ホログラムに関する情報としては、再生光を発生したホログラムのアドレス情報、再生光の強度等であり、再生光の強度が最も大きいホログラムだけでもよいし、再生光を発生したホログラム全部についての情報でもよい。再生光を発生したホログラムに関する情報を記録媒体に記録するには、別途専用のホログラムとして記録しても、記録可能なアドレス層103に記録しても、半導体メモリー等の記録手段を記録媒体101に設けて、その記録手段に記録してもよい。
このように、再生光を発生したホログラムに関する情報を記録することで、記録媒体に記録された複数のホログラムの中で検索頻度の高いホログラムを把握することができる。そして、再生光を発生したホログラムに関する情報を用いて、検索時に検索用光を照射するホログラムの順序を制御することができる。例えば、検索頻度が一定以上のホログラムを最初に検索したり、検索頻度の高い順にホログラムを検索したりすることで、効率的に情報を検索することができる。
更に、蓄積された検索頻度の情報それ自体が有用なものとなる。例えば、記録媒体中に含まれるデータの中からアクセス回数のランキングを作成したり、関心のあるデータの動向(市場のニーズ)を調べたりすることができる。そして、複数種類の記録媒体から一定頻度以上のデータを抽出して、注目のデータを集積した記録媒体(例えば、音楽CDでいうベスト盤)を作成することもできる。
図2の記録媒体101について説明すると、記録媒体101の形状としては、円盤状、矩形のカード状等を採用することができる。円盤状の場合は、回転駆動させることで情報の記録再生を効率的に行うことができる。
アドレス層103は、予めアドレス情報を記録しておき再生専用の層でもよいし、情報の記録再生が可能な層として、アドレス情報を書き込んでもよい。また、アドレス層103には、アドレス情報以外のサーボ用の情報、記録媒体の容量や構造などを示す記録媒体の識別情報等も記録されていてもよい。
再生専用のアドレス層103としては、図2に示されているように、予めピットを形成した層を使用してもよい。ピットの凹凸による反射率又は透過率の変化によって情報を再生することができる。反射率の変化によって情報を再生する場合や、透過率の変化を入射面側において検出するために、記録媒体101に反射層を形成することが好ましい。基板102の表面に凹凸を形成し、必要に応じて凹凸表面に反射層を形成してピットとしてもよいし、基板102上にピット形成用の層を形成し、そこにエッチング処理などで凹凸を形成し、必要に応じて凹凸表面に反射層を形成した構成等を使用することもできる。図2においては、反射型のアドレス層103の場合について説明したが、透過型のアドレス層103の場合は、アドレス用光を検出する光検出器を記録媒体101の裏面側に配置する。
記録再生可能なアドレス層103としては、有機色素層や相変化層などを利用することができる。アドレス層103が有機色素層の場合は、一度だけ情報を記録することが可能であり、レーザー光によって色素を分解することでピットを形成することができる。形成されたピットは、再生専用層と同様にピットの反射率又は透過率の変化によって情報を再生できる。アドレス層103が相変化層の場合は、情報の書き換えが可能であり、レーザー光による加熱によって相変化層の結晶構造を変更させて、結晶部分と非結晶部分を形成することで、結晶部分と非結晶部分の反射率又は透過率の違いによって情報を記録することができる。
ホログラム記録層104は、情報光と記録用参照光との干渉によるホログラム104a、104bが記録されるものである。特に好ましくは、情報光、記録用参照光、再生用参照光及び検索用光21の波長とアドレス用光23の波長とを変えて、情報光、記録用参照光、再生用参照光及び検索用光21には感光し、アドレス用光23には感光しない材料とすることが好ましい。ホログラム記録層104としては、例えば、フォトポリマー系材料を使用することができる。ホログラム記録層104の材料として、緑及び青色光に感度を有するフォトポリマー系材料を使用した場合であれば、情報光、記録用参照光、再生用参照光及び検索用光として緑又は青色光を使用し、アドレス用光としてそれ以外の波長の光、例えば赤色光を使用すればよい。なお、本発明において、ホログラム記録層104はフォトポリマー系材料に限定されるものではない。
基板102としては、ポリカーボネイト等のプラスチック基板、ガラス基板、金属基板等を使用することができる。プラスチック基板を使用すると、プレス加工によって表面に凹凸形状を形成することで、アドレス層としてピットを容易に成型できる。また、ガラス基板は、強度及び平滑性が高く、基板の撓みなどによる傾きの影響を少なくすることができる。金属基板は、アドレス用光22に対する反射層を兼用することができる。基板102の形状は、ディスク状であっても、カード状であってもよい。また、基板102の厚さとしては、特に限定されるものではないが、記録媒体101全体として、1.2〜2.4mmとなるようにすると、現在使用されているCD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)と互換性を持たせることが可能となる。
波長選択反射層105は、アドレス層103とホログラム記録層104の間に設けられ、情報光、記録用参照光、再生用参照光及び検索用光21を反射し、アドレス用光23を透過するものである。波長選択反射層105としては、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層させたダイクロイックミラー層やコレステリック液晶層を用いることができる。波長選択反射層105における反射面は、情報を安定して記録、再生できるように、平坦であることが好ましい。
保護層106は、記録媒体101の入射面側の表面に形成されており、記録媒体101を保護している。保護層106としては、樹脂材料、例えばUVレジン等の材料をホログラム記録層104上にスピンコート等によって塗布したり、ポリカーボネイトシート等の樹脂シートや樹脂基板を貼り付けて形成される。
図3は、本発明の検索方法を行う検索装置1のブロック図の一例である。検索装置1は、図3に示すように、制御手段2を有し、制御手段2に接続された入力手段3、検索用光生成手段4、検索用光走査手段5、アドレス情報特定手段6、再生光検出手段7、記録手段8、出力手段9を有している。検索装置1としては、ホログラム再生装置が接続されたコンピュータを用いることができる。
制御手段2は、検索装置1全体の機能を制御するものである。制御手段としてはCPU等を使用することができる。
入力手段3は、検索者が検索装置1に検索条件を入力するものである。入力手段3としては、文字情報、画像情報または音声情報等を入力するため、キーボード、デジタルカメラ、マウス、音声認識入力装置等を入力する情報に合わせて適宜使用することができる。
検索用光生成手段4は、検索条件に基づいて形成された検索用空間変調パターンによって光を空間的に変調して検索用光21を生成する。検索用光生成手段4として、例えばDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)やマトリクス型の液晶素子等の空間光変調器を使用することができる。DMDは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を空間的に変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる2つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。
検索用空間変調パターンは、記録媒体101のホログラム記録層104に記録されているホログラム104aの記録方法に応じて、検索条件と関連または類似する情報が記録されているホログラム104aに対して干渉するように形成される。検索用空間変調パターンの形成方法について、図4乃至図6にそれぞれ一実施態様を示す。
図4(A)は、記録媒体101のホログラム記録層104にホログラム104aを記録する動作の説明である。記録する情報41をある変換方式に基づいて変換した2次元パターン情報42を用いて情報光用空間変調パターン43を生成する。図4(A)においては、記録する情報41を8ビット毎に、4×4画素のうち3つの画素をオンの画素42aとする2次元パターン情報42のシンボル単位に変換する方式を示す。各シンボル単位は、4×4画素の領域における3つのオンの画素42aの配置によって情報を識別する。4×4画素の領域における3つのオンの画素42aの配置は、163=560通りとなるため、256通りの8ビットの情報を表現することが可能である。特に、各シンボル単位において、オンの画素42aが隣接すると、フーリエ変換した際の周波数成分が少なくなるため、560通りの配置の中から、オンの画素42aが隣接しない配置を各シンボル単位として選択することが好ましい。そして、2次元パターン情報42のシンボル単位を配置して情報光用空間変調パターン43を生成する。なお、記録する情報41を2次元パターン情報42に変換する方式は、上記の方式に限られるものではない。
情報光用空間変調パターン43によって空間的に変調された情報光44と記録用参照光45とを対物レンズ46によって記録媒体101のホログラム記録層104に対して収束するように照射して、情報光44と記録用参照光45との干渉による干渉縞をホログラム記録層104にホログラム104aとして記録する。
次に、図4(B)は、検索する動作の説明である。検索条件として検索情報47が入力されると、情報光用空間変調パターン43を生成する際に用いた変換方式によって検索情報47を2次元パターン情報48に変換し、2次元パターン情報48を含む検索用空間変調パターン49を生成し、検索用空間変調パターン49によって検索用光21を生成する。ここで、検索用空間変調パターン49は、光の光軸に直交する断面において、記録時に情報光用空間変調パターン43を配置した領域と同じ領域内に配置し、検索用光21は、記録時における情報光44の照射角度と同様の角度で照射することが好ましい。検索用光21がホログラム104aに照射されると、検索用光21の検索用空間変調パターン49とホログラム104aを記録した情報光44の情報光用空間変調パターン43との間に相関があれば、ホログラム104aと検索用光21が干渉し、相関の程度に応じた強度の再生光22が発生する。図4においては、検索情報47を変換した2次元パターン情報48と同じ2次元パターン情報が情報光用空間変調パターン43に含まれるので、検索用光21がホログラム104aに照射されると、再生光22が発生する。なお、この場合、再生光22は、記録時における記録用参照光45に対応する光である。
特に、図4(A)に示すように、情報光44が対物レンズ46によって記録媒体101に照射されると、情報光用空間変調パターン43がフーリエ変換された周波数成分によって干渉縞が形成されるため、検索用光21の検索用空間変調パターン49が情報光用空間変調パターン43と完全に一致していなくても、類似の周波数成分を有していれば干渉し、相関の程度に応じた強度の再生光22が発生する。
図5(A)では、記録時において、画像情報51を情報光用空間変調パターン53として情報光54を生成し、情報光54と記録用参照光55とを対物レンズ56によって記録媒体101のホログラム記録層104に対して収束するように照射して、情報光54と記録用参照光55との干渉による干渉縞をホログラム記録層104にホログラム104aとして記録する。
次に、検索条件として画像情報57が入力されると、図5(B)に示すように、画像情報57を検索用空間変調パターン59として検索用光21を生成する。ここで、検索用空間変調パターン59は、光の光軸に直交する断面において、記録時に情報光用空間変調パターン53を配置した領域と同じ領域内に配置し、検索用光21は記録時における情報光54の照射角度と同様の角度で照射することが好ましい。検索用光21がホログラム104aに照射されると、検索用光21の検索用空間変調パターン59(画像情報57)とホログラム104aを記録した情報光54の情報光用空間変調パターン53(画像情報51)との間に相関があれば、ホログラム104aと検索用光21が干渉し、相関の程度に応じた強度の再生光22が発生する。相関の程度が高いもの、即ち類似しているものは、強く干渉するため、再生光22の強度が強くなり、相関の程度が低いもの、即ち非類似のものは干渉が弱く再生光22の強度も弱くなる。なお、この場合、再生光22は、記録時における記録用参照光55に対応する光である。
特に、図5(A)に示すように、情報光54が対物レンズ56によって記録媒体101に照射されると、情報光用空間変調パターン53がフーリエ変換された周波数成分によって干渉縞が形成されるため、検索用光21の検索用空間変調パターン59(画像情報57)が情報光用空間変調パターン53(画像情報51)と完全に一致していなくても、類似の周波数成分を有していれば、相関の程度によって再生光が発生する。
図5のように画像情報51を記録し、画像情報57を検索する場合としては、例えば、監視カメラの映像から、特定の人物を捜す場合などに利用することが可能である。
図6(A)では、記録する情報61に基づいて情報光用空間変調パターン63を形成し、情報光用空間変調パターン63aによって空間的に変調された情報光64を生成する。また、記録する情報61に関連するキーワード情報61a〜61dに基づいて記録用参照光用空間変調パターン63bを形成し、記録用参照光用空間変調パターン63bによって空間的に変調された記録用参照光65を生成する。そして、情報光64と記録用参照光65とを対物レンズ66によって記録媒体101のホログラム記録層104に対して収束するように照射して、情報光64と記録用参照光65との干渉による干渉縞をホログラム記録層104にホログラム104aとして記録する。
キーワード情報61a〜61dとしては、予め検索条件として用いられそうなキーワード、画像、データ形式等を定め、記録する情報61から該当する情報を手動又は自動で抽出して得ることができる。また、記録する情報61に対応するキーワード情報61a〜61dを別途用意してもよい。キーワード情報61a〜61dに基づいて記録用参照光用空間変調パターン63bを形成することにより、記録用参照光65にキーワード情報61a〜61dを担持させることができる。記録用参照光用空間変調パターン63bの形成方法としては、例えば、図4(A)の情報光44と同じように、キーワード情報61a〜61dをある変換方式に基づいて変換した2次元パターン情報を用いて記録用参照光用空間変調パターン63bを形成してもよいし、図5(A)の情報光54と同じように、キーワード情報61a〜61dを画像情報として記録用参照光用空間変調パターン63bの少なくとも一部に含めてもよい。
次に、検索条件67が入力されると、図6(B)に示すように、検索条件67に基づいて検索用空間変調パターン69を生成し、検索条件67を担持した検索用光21を生成する。ここで、記録時においてキーワード情報61a〜61dを記録用参照光65に担持させる時と同じ方法で検索条件67を検索用光21に担持させ、検索用光21は、記録時における記録用参照光65の照射角度と同様の角度で照射することが好ましい。検索用光21がホログラム104aに照射されると、検索用光21が担持する検索条件67とホログラム104aを記録した記録用参照光65が担持したキーワード情報61a〜61dとの間に相関があれば、ホログラム104aと検索用光21が干渉し、相関の程度に応じた強度の再生光22が発生する。相関の程度が高いもの、即ち類似しているものや検索条件の複数個がキーワード情報61a〜61dと一致したものは、強く干渉するため、再生光22の強度が強くなり、相関の程度が低いもの、即ち非類似のものは干渉が弱く再生光22の強度も弱くなる。なお、この場合、再生光22は、記録時における情報光64に対応する光である。
特に、図6(A)に示すように、記録用参照光65が対物レンズ66によって記録媒体101に照射されると、記録用参照光65の担持するキーワード情報61a〜61dがフーリエ変換された周波数成分によって干渉縞が形成されるため、検索用光21の検索条件がキーワード情報61a〜61dと完全に一致していなくても、類似の周波数成分を有していれば、相関の程度によって再生光が発生する。
なお、図6において、記録する情報61に基づいて情報光用空間変調パターン63を形成する方法としては、図4(A)または図5(A)で用いた方法等を使用することができる。そして、図4(B)または図5(B)に示した検索方法を併用することもできる。
図6(A)において、情報光用空間変調パターン63aと記録用参照光用空間変調パターン63bとが、対物レンズ66の入射瞳面において、重畳していない場合は、情報光用空間変調パターン63aと記録用参照光用空間変調パターン63bとを一つの空間光変調器に表示して、情報光64と記録用参照光65を同時に生成することができる。また、情報光用空間変調パターン63aと記録用参照光用空間変調パターン63bとを別々の空間光変調器に表示して、それぞれ独立して情報光64と記録用参照光65を生成してもよい。なお、図3(A)又は図4(A)において、記録用参照光45,55を空間的に変調する場合も同じく、記録用参照光用空間変調パターンが情報光用空間変調パターンと重畳していない場合は、一つの空間光変調器によって情報光と記録用参照光を生成することができる。
検索用光走査手段5(図3)は、検索用光21を記録媒体101のホログラム記録層104に照射し、検索用光21の照射位置をホログラム記録層104に記録された各ホログラム104a、104bに対して走査するものである。例えば、記録媒体101を移動させて走査してもよいし、検索用光21を移動させて走査してもよいし、記録媒体101と検索用光21を両方とも移動させて走査してもよい。記録媒体101を移動させる手段としては、記録媒体を回転させるモータや、X−Yステージを使用することができる。また、検索用光21を移動する手段としては、検索用光21を射出するピックアップ装置を移動させたり、ピックアップ装置内の光学系を移動させればよい。なお、検索用光走査手段5によって、検索用光21だけではなく、アドレス用光23の照射位置も各ホログラム104aのアドレス情報を特定できるように走査できることが好ましい。
アドレス情報特定手段6は、記録媒体101のアドレス層103に記録されたアドレス情報を読み取り、所定のホログラムのアドレス情報を特定するものである。アドレス情報特定手段6としては、アドレス用光23を射出する光源と、その戻り光を受光する受光素子と、解析部を有する素子を使用することができる。例えば、光源からアドレス光23をアドレス層103に照射し、その戻り光を受光素子によって受光し、解析部によってアドレス層103に記録されたアドレス情報を読み取る。各ホログラム104aに一対一に対応してアドレス情報が記録されている場合は、対応されたアドレス情報を読み取ることで所定のホログラムのアドレス情報を特定することができる。また、ホログラムの位置がアドレス情報に関連づけて記録されている場合は、読み取ったアドレス情報を解析することによってホログラムのアドレス情報を特定することができる。例えば、ホログラムの位置がアドレス層103に記録されたアドレス情報を基準として、そこからのクロックの数に対応させて記録されている場合は、読み取ったアドレス情報とホログラムを再生するまでのクロック数を随時一時保存用のメモリーに記録しておき、アドレス情報とクロック数からホログラムのアドレス情報を特定することができる。なお、制御手段の一部の機能を利用して、アドレス情報特定手段6の解析部とすることができる。
再生光検出手段7は、記録媒体101のホログラム記録層104から発生した再生光22を検出するものである。再生光検出手段7としては、再生光22が発生したか否かを最低限検出できればよく、CCD型固体撮像素子やMOS型固体撮像素子を用いることができる。更に、再生光検出手段7は、再生光の強度も検出できることが好ましい。再生光22は、空間変調パターンを情報として担持していることもあるが、かかる空間変調パターンを検出するためには、格子状に配列された多数の受光画素を有し、各受光画素毎に光を検出できなければならない。本明細書では、この空間変調パターンを検出するための検出手段を再生情報検出手段と呼ぶ。再生光検出手段7とは別に再生情報検出手段を設けてもよいが、再生光検出手段7として格子状に配列された多数の受光画素を設け、再生情報検出手段を兼用させてもよい。
記録手段8は、検索装置1に設けられた情報を記録するためのものである。記録手段8としては、半導体メモリやHDD(ハード・ディスク・ドライブ)等を使用することができる。
出力手段9は、検索結果を出力するためのものである。出力手段9としては、ディスプレイ、プリンタ、スピーカ、データとして出力する送信モデム、伝送ケーブル等を使用することができる。
図7は、ホログラムの記録再生装置を兼用する検索装置110の実施形態を示す概略構成図である。検索装置110は、記録再生用光源111、第一のコリメータレンズ112、偏光ビームスプリッタ113、空間光変調器(情報表現手段)114、1対のリレーレンズ115a、115b、ダイクロイックミラー116、4分の1波長板117、対物レンズ118、光検出手段119、アドレス情報読み取り素子120、第二のコリメータレンズ121を備えている。また、図7において、情報が記録される記録媒体101は、基板102、反射型のアドレス層103、ホログラム記録層104、波長選択反射層105及び保護層106とを備えている。
記録再生用光源111は、情報を記録するための情報光および参照光を形成するための光、情報を再生するための参照光を形成するための光、情報を検索するための検索用光を形成するための光を射出する。光源111としては、コヒーレントな直線偏光の光線束を発生する例えば半導体レーザを用いることができる。この記録再生用光源111としては、高密度記録を行うために波長が短い方が有利であり、青色レーザやグリーンレーザを採用することが好ましい。また、光源111として、固体レーザーを使用することもできる。
第一のコリメータレンズ112は記録再生用光源111からの発散光線束をほぼ平行光線とするものである。
偏光ビームスプリッタ113は、直線偏光(例えばP偏光)を反射または透過し、当該偏光に垂直な直線偏光(例えばS偏光)を透過または反射するような半反射面113aを有している。図7においては、偏光ビームスプリッタ113は、記録再生用光源111から射出された光線束を空間光変調器114に向けて反射し、空間光変調器114で偏光方向が90度回転された情報光および参照光を透過する。
空間光変調器114は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相又は/および強度を変調することができる透過型又は反射型の空間光変調器を使用することができる。空間光変調器114としては、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)やマトリクス型の液晶素子を使用することができる。DMDは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を空間的に変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる2つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。図7において空間光変調器114は、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を90°回転させるようになっている。
そして、空間光変調器114の表示面に表示された検索用空間変調パターンによって、光源111からの光を空間的に変調することにより、検索用光を生成することができる。
また、空間光変調器114の表示面に表示された情報光用空間変調パターンおよび記録用参照光用空間変調パターンによって、光源111からの光を空間的に変調することにより、情報光および記録用参照光を生成することができる。例えば、図8に示すように、情報光用空間変調パターン81を中心側に配置し、その周囲に記録用参照光用空間変調パターン82を配置することができる。ここで、情報光用空間変調パターン81の中心が情報光の光軸となり、記録用参照光用空間変調パターン82の中心が記録用参照光用の光軸となるが、図8に示すように、中心83が同じ、換言すれば情報光の光軸と記録用参照光用の光軸とが同一線上に位置するように配置し、基板の同一面側から情報光と記録用参照光を照射すると、一般的な二光束干渉型のホログラムやリップマン型ホログラムとは異なる性質のホログラムを形成することができる。
なお、情報光と記録用参照光を生成する空間光変調器114を別々に設けることもできる。例えば、光源111からの光をビームスプリッタ等により分割して、一方の光を第一の空間光変調器によって空間的に変調して情報光を生成し、他方の光を第二の空間光変調器によって空間的に変調して記録用参照光を生成してもよい。この場合は、情報光用空間変調パターンと記録用参照光用空間変調パターンを対物レンズ118の入射瞳面において結像させる必要があるため、情報光を生成する空間光変調器と記録用参照光を生成する空間光変調器を共役な関係とし、一対のリレーレンズ115a、115bによって伝搬させる。
更に、空間光変調器114の表示面に表示された再生用参照光用空間変調パターンによって、光源111からの光を空間的に変調することにより、再生用参照光を生成することができる。
一対のリレーレンズ115a、115bは、空間光変調器114から対物レンズ118までの間に配置されており、空間光変調器114に表示された像を対物レンズ118の入射瞳面に結像するように配置されている。すなわち、空間光変調器114から第1のリレーレンズ115aまでの距離が第1のリレーレンズ115aの焦点距離f1となり、第2のリレーレンズ115bから対物レンズ118の入射瞳面までの距離が第2のリレーレンズ115bの焦点距離f2となり、第1および第2のリレーレンズ115a、115b間の距離が第1のリレーレンズ115aの焦点距離f1と第2のリレーレンズ115bの焦点距離f2の和となるように配置されている。
また、図7において、一対のリレーレンズ115a、115bは、対物レンズ118から光検出手段119までの間に配置されており、再生用参照光によって記録媒体101のホログラム記録層104から発生した再生光の対物レンズ118の射出瞳面における像を再び結像するように配置されている。すなわち、対物レンズ118の射出瞳面から第2のリレーレンズ115bまでの距離が焦点距離f2となり、第1のリレーレンズ115aから光検出手段119までの距離が焦点距離f1となり、第1および第2のリレーレンズ115a、115b間の距離が焦点距離f1と焦点距離f2の和となるように配置されている。
なお、一対のリレーレンズ115a、115bの配置は、他の光学素子を適宜配置することで変化する。例えば、第1のリレーレンズ115aから光検出手段119までの間に拡大レンズを配置すれば、第1のリレーレンズ115aと拡大レンズの入射瞳面までの距離が焦点距離f1となるように配置される。
ダイクロイックミラー116は、アドレス情報読み取り素子120からの光を記録再生用光との波長の違いを利用して、一方の波長の光を透過し、他方の波長の光を反射するように構成されている。図7においては、記録再生用光源111からの光を対物レンズ118に向けて反射し、アドレス情報読み取り用素子120からの光を透過する。
4分の1波長板117は、互いに垂直な方向に振動する偏光の光路差を4分の1波長変化させる位相板である。4分の1波長板117によってP偏光の光は円偏光に変化され、更に、この円偏光の光が4分の1波長板117を通過するとS偏光に変化されることになる。この4分の1波長板117によって、再生時又は検索時における再生用参照光又は検索用光と再生光とを偏光ビームスプリッタ113で分離することができる。
対物レンズ118は、検索時においては、入射瞳面に結像した検索用光を記録媒体101に照射し、記録時においては、入射瞳面に結像した情報光および記録用参照光を記録媒体101に照射し、ホログラム記録層104において干渉させて記録するものであり、また再生時においては、入射瞳面に結像した再生用参照光を記録媒体101に照射し、記録媒体101のホログラム記録層104から発生した再生光を入射して射出瞳面に結像させるものである。
光検出手段119は、再生光検出手段と再生情報検出手段を兼用するものであり、格子状に配列された複数の受光画素を有し、各受光画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。光検出手段119としては、CCD型固体撮像素子やMOS型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出手段119として、MOS型固体撮像素子と信号処理回路とが1チップ上に集積されたスマート光センサ(例えば、文献「O plus E,1996年9月,No.202,第93〜99ページ」参照。)を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な検索及び再生が可能となり、例えば、G(ギガ)ビット/秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。
アドレス情報読み取り素子120は、記録媒体101のアドレス層103に記録されたアドレス情報を読み取るための素子であり、アドレス用光を発生させる光源、例えば半導体レーザと、記録媒体101から帰ってきた光を受光する光検出器とを備えている。アドレス情報読み取り素子120の光源は、記録媒体101のホログラム記録層104に影響を与えないことが好ましく、このため記録再生用光源111と異なる波長であることが好ましい。アドレス情報読み取り素子120の光源として、例えば赤外線レーザを用いることができる。なお、記録媒体101のアドレス層103にアドレス情報だけではなく、他の情報も記録されている場合は、その情報もアドレス情報読み取り素子120によって読み取る。
第2コリメータレンズ121は、アドレス情報読み取り素子120からのアドレス用光をほぼ平行光線とし、記録媒体101から戻ってきたレーザ光をサーボ読み取り用素子120の光検出器に収束させるものである。
まず、検索装置としての動作を説明すると、光源111から射出した光は、第一のコリメータレンズ112によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ113によって空間光変調器114に向けて反射される。そして、空間光変調器114に表現された検索用空間変調パターンによって検索用光が生成される。検索用光は、偏光ビームスプリッタ113を通過して、一対のリレーレンズ115a、115bによって、対物レンズ118の入射瞳面に空間光変調器114で表現された空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ダイクロイックミラー116によって対物レンズ118に向けて反射され、4分の1波長板117を通過する。そして、対物レンズ118によって記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラムに照射される。
また、アドレス情報読み取り素子120からのアドレス用光は、第二のコリメータレンズ121によって平行光とされ、ダイクロイックミラー116を通過して、対物レンズ118によって記録媒体101に照射される。記録媒体101において、アドレス用光は、保護層106、ホログラム記録層104及び波長選択反射層105を通過し、アドレス層103に記録されたアドレス情報によって変調されて反射する。そして、アドレス用光の反射光は、波長選択反射層105、ホログラム記録層104及び保護層106を通過し、逆の経路を辿ってアドレス情報読み取り素子120によってアドレス情報が読み取られる。図7においては、アドレス情報読み取り素子120からのアドレス用光は、点線で示しており、アドレス層103上で焦点を結ぶようにされている。
検索用光によって、記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラムから再生光が発生した場合は、再生光は、記録媒体101の波長選択反射層105によって記録媒体101から対物レンズ118に向かって射出し、対物レンズ118によってその射出瞳面に情報光用空間変調パターンを結像し、かかる像を光検出手段119に再び結像されるように一対のリレーレンズ115a、115bによって伝搬される。その間に、再生光は、4分の1波長板117を通過し、ダイクロイックミラー116によって偏光ビームスプリッタ113に向けて反射される。その後、再生光は、照射時の再生用の参照光と比べて4分の1波長板117を2回通過しているので偏光方向が90°ずれているため、偏光ビームスプリッタ113によって、光検出手段119に向けて反射される。光検出手段119は、再生光を検出すると、アドレス情報読み取り素子120によって読み取られたアドレス情報から、再生光を発生させたホログラムのアドレス情報を特定し、図示しないメモリに記録する。ここで、光検出手段119は、再生光の空間変調パターンを検出する必要はなく、再生光が発生したか否かを検出できればよいので、検出時間は短時間でよい。なお、再生光の空間変調パターンを検出してもよいが、検索用光によって再生される再生光の空間変調パターンは、情報光用空間変調パターンの全部が再生されない場合もある。また、光検出手段119の複数の受光画素によって検出された光強度を積算して、再生光の強度を記録しておくことが好ましい。
検索用光によって、記録媒体101のホログラム記録層104に記録されたホログラムから再生光が発生した場合、若しくは再生光を検出しても検索を継続する場合は、記録媒体101を移動(例えば回転)させて、隣のホログラムに検索用光を照射する。これを繰返すことにより、記録媒体101の全面に検索用光を照射すれば、記録媒体101に記録されている情報の全てに対して検索を行うことができる。なお、検索は、再生光が発生し、検索対象が見つかった時点で終了してもよい。次の検索対象となるホログラムは、隣接するものでなく、離れた位置のホログラムであってもよい。
光情報記録装置としての動作を説明すると、光源111から射出した光は、第一のコリメータレンズ112によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ113によって空間光変調器114に向けて反射される。そして、空間光変調器114に表現された情報光用空間変調パターンおよび記録用参照光用空間変調パターンによって情報光および記録用参照光が生成される。情報光および記録用参照光は、偏光ビームスプリッタ113を通過して、一対のリレーレンズ115a、115bによって、対物レンズ118の入射瞳面に空間光変調器114で表現された空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ダイクロイックミラー116によって対物レンズ118に向けて反射され、4分の1波長板117を通過する。そして、対物レンズ118によって記録媒体101に照射され、記録媒体101のホログラム記録層104に情報光および記録用参照光の干渉縞が記録される。
更に、光情報再生装置としての動作を説明すると、光源111から射出した光は、第一のコリメータレンズ112によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ113によって空間光変調器114に向けて反射される。そして、空間光変調器114に表現された再生用参照光用空間変調パターンによって再生用参照光が生成される。なお、再生時における再生用参照光の空間変調パターンは、記録媒体に記録された情報が記録される際に照射された記録用参照光の空間変調パターンである。再生用参照光は、偏光ビームスプリッタ113を通過して、一対のリレーレンズ115a、115bによって、対物レンズ118の入射瞳面に空間光変調器114で表現された参照光用空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、ダイクロイックミラー116によって対物レンズ118に向けて反射され、4分の1波長板117を通過する。そして、対物レンズ118によって記録媒体101に照射され、記録媒体101のホログラム記録層104に記録された干渉縞によって回折され、記録時における情報光と同じ情報を有する再生光を発生する。
再生光は、記録媒体101の波長選択反射層105によって記録媒体101から対物レンズ118に向かって射出し、対物レンズ118によってその射出瞳面に情報光用空間変調パターンを結像し、かかる像を光検出手段119に再び結像されるように一対のリレーレンズ115a、115bによって伝搬される。その間に、再生光は、4分の1波長板117を通過し、ダイクロイックミラー116によって偏光ビームスプリッタ113に向けて反射される。その後、再生光は、照射時の再生用の参照光と比べて4分の1波長板117を2回通過しているので偏光方向が90°ずれているため、偏光ビームスプリッタ113によって、光検出手段119に向けて反射される。最後に光検出手段119によって再生光の空間変調パターンが検出され、検出された情報は、制御手段(図示せず)に送られ、制御手段においてデコードされ情報を再生する。
なお、記録媒体101のアドレス層103に、位置決め用のサーボ情報を記録しておき、アドレス情報読み取り素子120によって、サーボ情報を読み取り、検索用光、情報光、記録用参照光及び再生用参照光を照射する際の位置決めを行ってもよい。サーボ情報としては、アドレス情報と兼用することも可能である。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。例えば、図7の装置においては、情報光と記録用参照光が記録媒体の同一面側から、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上となるように照射されているが、記録媒体の反対側から照射されるようなリップマン型ホログラムであっても、光軸が異なる二光束干渉型のホログラムであっても、本発明の検索方法を行うことができる。
本発明の検索方法のフローチャート 本発明の検索時における動作を説明するための概略図 本発明の検索方法を行う検索装置のブロック図 (A)は、記録時の動作を説明するための概略図、(B)は、検索時の動作を説明するための概略図 (A)は、記録時の動作を説明するための概略図、(B)は、検索時の動作を説明するための概略図 (A)は、記録時の動作を説明するための概略図、(B)は、検索時の動作を説明するための概略図 ホログラムの記録再生装置を兼用する検索装置の実施形態を示す概略構成図 空間光変調器における表示領域を示す概略図
符号の説明
21 検索用光
22 再生光
23 アドレス用光
101 記録媒体
103 アドレス層
104 ホログラム記録層
104a、104b ホログラム

Claims (9)

  1. 複数のホログラムが記録されたホログラム記録層とアドレス情報が記録されたアドレス層を有する記録媒体における検索方法であって、
    検索条件から検索用光を生成し、
    前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録されたホログラムに対し照射し、
    前記検索用光が前記ホログラムと干渉することにより再生光を発生させた場合は、前記アドレス情報を読み取るアドレス用光を用いて前記再生光を発生したホログラムのアドレス情報を特定して、特定されたアドレス情報を記録し、
    前記検索用光が前記ホログラムから再生光を発生させなかった場合は、前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録された他のホログラムに対し照射することを特徴とする検索方法。
  2. 前記特定されたアドレス情報を記録した後も、前記検索用光を前記ホログラム記録層に記録された他のホログラムに対し照射することを特徴とする請求項1に記載の検索方法。
  3. 発生した再生光の強度を検出して、当該再生光を発生したホログラムのアドレス情報と対応づけて、検出された再生光の強度を記録することを特徴とする請求項1または2に記載の検索方法。
  4. 前記再生光の強度が最も大きいアドレス情報を認識可能な状態として出力することを特徴とする請求項3に記載の検索方法。
  5. 前記再生光の強度が大きい順に記録されたアドレス情報を認識可能な状態として出力することを特徴とする請求項3又は4に記載の検索方法。
  6. 前記記録媒体に再生光を発生したホログラムに関する情報を記録することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の検索方法。
  7. 前記記録媒体に記録された前記再生光を発生したホログラムに関する情報を用いて前記検索用光を照射するホログラムの順序を制御することを特徴とする請求項6に記載の検索方法。
  8. 前記ホログラムは、情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉縞であり、
    前記記録用参照光は、前記情報光が担持する情報に関連するキーワード情報を含む空間変調パターンによって空間的に変調されており、
    前記検索用光は、検索条件のキーワード情報を含む空間変調パターンによって空間的に変調されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の検索方法。
  9. 前記ホログラムは、画像情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉縞であり、
    前記検索用光は、検索条件の画像情報によって空間的に変調されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の検索方法。
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