JP2007087549A - 光情報記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホログラフィを利用した光情報記録において、より記録容量を増加させる光情報記録方法を提供する。
【解決手段】 記録する情報を符号化して得られる２次元パターン情報を含む情報光用空間変調パターン１３によって、光を空間的に変調して情報光１１を生成し、参照光１２を生成し、情報光１１および参照光１２を対物レンズ１５によって記録媒体１６に対して収束するように照射して記録媒体のホログラム記録層１７における情報光１１と参照光１２との干渉縞を記録する光情報記録方法であって、情報光用空間変調パターン１３は、複数の基準マーク２１を有し、複数の基準マーク２１を不均一な間隔で離散的に配置する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、情報光と参照光との干渉による干渉縞をホログラムとして記録媒体に記録する光情報記録方法に関する。

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、記録用光を構成するイメージ情報を担持した情報光と記録用参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時にできる干渉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、その記録媒体に再生用参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される（特許文献１及び２参照）。

近年では、超高密度光記録のために、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次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、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では、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタイズして、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２次元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。

ホログラムを記録するための記録媒体におけるホログラム記録層は、情報光及び参照光に対して感光性を有するモノマーが混入されており、情報光及び参照光が干渉して形成された干渉縞によってモノマーの一部が反応してポリマーとなることで、屈折率等の光学特性を変化させ、干渉縞（ホログラム）を記録する。つまり、ホログラムを記録することによって、ホログラム記録層中のモノマーの一部が消費される。また、記録された部分のモノマー濃度が減少すると、周囲からモノマーが拡散移動する。

従来のホログラフィック記録再生装置においては、格子状に配列された多数の画素を有する空間光変調器（ＳＬＭと略すこともある）に２次元デジタルパターン情報が表示され、空間光変調器によって光の位相、強度、波長等の状態を各画素毎に変化させることで２次元デジタルパターン情報を担持した情報光を生成していた。

従来、空間光変調器における２次元デジタルパターン情報として、空間光変調器の２画素で１ビットのデジタル情報“０”または“１”を表現し、必ず、１ビットの情報に対応する２画素のうちの一方をオン、他方をオフとする方法が提案されていた（特許文献１）。この方法によれば、２画素が共にオンまたは共にオフの場合はエラーデータとなるので、差動検出によりデータの検出精度を上げることができた。

また、他の２次元デジタルパターン情報として、空間光変調器における隣接する画素同士の属性の一致及び不一致によってデジタル情報“０”または“１”を表現する方法があった（特許文献３）。

このように、ホログラフィを利用した光情報記録再生方式の場合、記録媒体における情報の記録単位は、２次元デジタルパターン情報を有する情報光と参照光との干渉パターンであり、一回の記録再生動作によって記録又は再生される情報は、２次元デジタルパターン情報によって表現される複数のビット数の情報なのである。

以上のようなホログラフィック記録は、実際に記録媒体に書き込まれるのが、２次元デジタルパターン情報そのものではなく、２次元デジタルパターン情報で空間的に変調された情報光と参照光との干渉縞である点において、他の光情報記録（ＣＤ、ＤＶＤ等）と根本的な相違がある。更に、特許文献１のように、情報光および参照光が対物レンズによって照射される場合には、２次元デジタルパターン情報で空間的に変調された情報光および参照光のフーリエ変換された周波数成分同士が干渉縞を形成することになるのである。

特開平１１−３１１９３８号公報 国際公開第２００４／１０２５４２号パンフレット 国際公開第２００４／０３４３８７号パンフレット

従来提案されていた光情報記録方法では、図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、対物レンズの入射瞳面（空間光変調器の表示と同じ）において、中央部分に情報光１２１の領域が配置され、情報光１２１の領域を取り囲むように参照光１２２の領域が配置されている（特許文献１）。なお、図８においては、背景が黒色のため、白線の矢印を用いて符号を指し示した。

参照光１２２は、図８（Ａ）においては、情報光１２１の領域から放射状に広がる複数の直線からなる放射状の空間変調パターン１２４によって空間的に変調され、図８（Ｂ）においては、規則性を持たないランダムな空間変調パターン１２５によって空間的に変調されている。

情報光１２１は、記録する情報を特定の変換方式によって符号化して２次元パターン情報を生成し、その２次元パターン情報を用いて情報光用空間変調パターン１２３を形成し、情報光用空間変調パターンによって空間的に変調されている。

図９（Ａ）に従来の情報光用空間変調パターン１２３の構成を示す。記録する情報を一定情報量の単位毎に符号化して、２次元パターン情報のシンボル単位１３１を生成し、一定量のシンボル単位１３１と基準マーク１３２とを一つのブロック単位１３３として構成し、複数のブロック単位１３３を配列させて情報光用空間変調パターン１２３を形成していた。

図９（Ａ）においてシンボル単位１３１は、記録する情報を８ビット毎に、４×４の画素の中から３つの画素をオンの画素１３１ａとし、オンの画素１３１ａの配置によって符号化したものである。

基準マーク１３２は、予め定められた形状の２次元パターンであり、空間変調パターン全体の位置、空間変調パターン全体の向き、空間変調パターンにおける２次元パターン情報の各シンボル単位１３１の位置または各シンボル単位の向き等の基準となるものである。図９（Ａ）においては、ブロック単位１３３の中心にシンボル単位4つ分の領域、即ち８×８の画素を基準マークの領域として、その中心の４×４の画素をオンにして基準マーク１３２としている。図９（Ａ）のシンボル単位１３１は、４×４の画素中３つの画素しかオンの画素とならないため、４×４の画素がオンとなっていれば、シンボル単位１３１と区別して認識することができ、基準とすることができる。

図９（Ａ）においてブロック単位１３３は、６×６個のシンボル単位分の領域（２４×２４画素）であり、中心の４シンボル単位分が基準マーク１３２の領域である。図９（Ａ）においては、ブロック単位１３３が最上段に４個、２段目に６個、３〜６段目に各８個、７段目に６個、８段目に４個、等間隔に配置されている。最上段の一番左側のブロック単位１３３ａ（点線で示す）だけは、基準マーク１３２だけが中心に配置されており、周囲に２次元パターン情報のシンボル単位が配置されていない。このため、最上段の一番左側のブロック単位１３３ａは、他のブロック単位と区別することができ、情報光用空間変調パターン１２３自体の位置や向きの基準とすることができる。例えば、再生時において、情報光用空間変調パターン１２３を検出すると、ブロック単位１３３ａが左上となるように位置合わせをし、その後、ブロック単位１３３ａの右隣のブロック単位から順に復号化して再生することができる。

更に、各ブロック単位については、基準マーク１３２を中心とした正方形状となるようにシンボル単位が配置されているので、基準マーク１３２によって各シンボル単位の位置を特定することができる。

このように、従来の情報光用空間変調パターン１２３は、複数のブロックを規則的に配列させて形成されているので、基準マーク１３２がブロック単位の周期性を有しており、基準マーク１３２の中心間のピッチ（図９（Ａ）では２４画素）が常に一定であった。このため、対物レンズによってフーリエ変換された情報光の周波数成分には、図９（Ｂ）に示すように、基準マーク１３２の周期性に基づく局部的なピーク１３４が発生してしまう。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の情報光用空間変調パターン１２３を対物レンズによってフーリエ変換した像である。この局部的なピーク１３４が、ホログラム記録層中のモノマーを部分的に消費するため、ホログラム記録層に記録できる干渉縞の数を少なくし、記録容量を低下させていた。

また、情報光用又は参照光用空間変調パターン１２３、１２４、１２５を表示できる領域は、光学系の有効領域によって制限されるが、一般的に対物レンズは円形のレンズを使用するため、光学系の有効領域の外縁は円形となる。このため、、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、参照光用空間変調パターン１２４、１２５は、円環状の領域に配置されている。これに対し、情報光用空間変調パターン１２３は、正方形状のブロック単位を規則的に配置しているため、円環状の参照光１２２の内側の領域においてデッドスペース１２６ができてしまっていた。

更に、従来の情報光用空間変調パターン１２３においては、情報光用空間変調パターン１２３自体の位置や向きの基準とするため、最上段の一番左側のブロック単位１３３ａは、基準マーク１３２だけが配置されており、２次元パターン情報のシンボル単位１３１が配置されていない。このため、記録する情報量が少なくなってしまう。

本発明は、ホログラフィを利用した光情報記録において、より記録容量を増加させる光情報記録方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光情報記録方法は、記録する情報を符号化して得られる２次元パターン情報を含む情報光用空間変調パターンによって、光を空間的に変調して情報光を生成し、参照光を生成し、前記情報光および前記参照光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録する光情報記録方法であって、前記情報光用空間変調パターンは、複数の基準マークを有し、前記複数の基準マークが不均一な間隔で離散的に配置されていることを特徴とする。

更に、本発明の光情報記録方法において、前記複数の基準マークは、前記情報光用空間変調パターンの中心付近に配置された基準マーク間の間隔に比べて、前記情報光用空間変調パターンの周辺に配置された基準マーク間の間隔の方が短いことが好ましい。

更に、本発明の光情報記録方法において、前記複数の基準マークは、それぞれ前記２次元パターン情報の一部とともにブロック単位を構成しており、前記複数のブロック単位の形状又は面積が不均一であってもよい。

更に、本発明の光情報記録方法において、前記情報光用空間変調パターンの外縁が略円形であることが好ましい。

更に、本発明の光情報記録方法において、前記複数の基準マークの配置関係から、前記情報光用空間変調パターンの基準位置を特定することが好ましい。

本発明の光情報記録方法によれば、複数の基準マークが不均一な間隔で離散的に配置されているので、基準マークの周期性に基づく局部的なピークを低減することができ、ホログラム記録層中のモノマーを均一に消費することができ、記録容量を増やすことができる。

図１は、本発明の光情報記録方法の一実施態様の概略構成図である。本発明の光情報記録方法では、情報光用空間変調パターン１３によって空間的に変調された情報光１１と、参照光１２とを対物レンズ１５によって記録媒体１６に対して収束するように照射し、記録媒体１６のホログラム記録層１７における情報光１１と参照光１２との干渉縞１８を記録する。

情報光１１は、情報光用空間変調パターン１３によって光を空間的に変調することによって生成される。例えば、情報光用空間変調パターン１３を表示した空間光変調器に光を照射すると、空間光変調器の反射光または透過光は、情報光用空間変調パターン１３によって空間的に変調される。

情報光用空間変調パターン１３は、記録する情報を符号化して得られる２次元パターン情報を含むものであり、多段階に属性を変化させた画素を２次元的に配置して表現される。情報光用空間変調パターン１３の各画素毎に、例えば、光の位相、強度、波長等の状態を多段階に変化させる。以下の説明においては、各画素毎に光の強度をオン（白色の画素）とオフ（黒色又は網掛けの画素）の２段階に変化させる方法で説明するが、この方法に限定されるものではない。例えば、光の位相や波長を変化させてもよいし、２段階ではなく３段階以上に変化させてもよい。

本発明の情報光用空間変調パターン１３は、複数の基準マークを有し、複数の基準マークは、不均一な間隔で離散的に配置されている。

図２（Ａ）に本発明の情報光用空間変調パターン１３の一実施形態を示す。図２（Ａ）においては、複数の基準マーク２１は、格子縞の交点に配置されているが、左右方向の中心に配置された基準マーク２１ａから左右に隣接する２番目の基準マーク２１ｂまでの間隔が４０画素であり、２番目の基準マーク２１ｂから３番目の基準マーク２１ｃまでの間隔が３６画素であり、３番目の基準マーク２１ｃから４番目の基準マーク２１ｄまでの間隔が３２画素である。また、上下方向の中心に配置された基準マーク２１Ａから上下に隣接する２番目の基準マーク２１Ｂまでの間隔が４０画素であり、２番目の基準マーク２１Ｂから３番目の基準マーク２１Ｃまでの間隔が３６画素であり、３番目の基準マーク２１Ｃから４番目の基準マーク２１Ｄまでの間隔が３２画素である。

このように、不均一な間隔で離散的に基準マーク２１を配置することによって、図２（Ｂ）に示すように、基準マーク２１の周期性に基づく局部的なピークを低減することができ、ホログラム記録層１７中のモノマーを均一に消費することができ、記録容量を増やすことができる。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の情報光用空間変調パターン１３を対物レンズ１５によってフーリエ変換した像である。

図３（Ａ）に本発明の情報光用空間変調パターン１３の他の実施形態を示す。図３（Ａ）において、複数の基準マーク３１は、同心円の円周上に配置されており、最も小さい第１の円３３の半径は４８画素であり、第２の円３４の半径は３６画素であり、第３の円３５の半径は３２画素である。中心の基準マークから第１の円３３の円周上に配置されている基準マークまでの間隔は４８画素である。第１の円３３の円周上に配置されている基準マークから第２の円３４の円周上に配置されている基準マークまでの間隔は、２つの基準マークが半径方向に直線上に配置されている場合は３６画素となり、それ以外の配置関係の場合は３６画素以上の間隔となる。また、第２の円３４の円周上に配置されている基準マークから第３の円３５の円周上に配置されている基準マークまでの間隔は、２つの基準マークが半径方向に直線上に配置されている場合は３２画素となり、それ以外の配置関係の場合は３２画素以上の間隔となる。

このように、不均一な間隔で離散的に基準マーク３１を配置することによって、図３（Ｂ）に示すように、基準マーク３１の周期性に基づく局部的なピークを低減することができ、ホログラム記録層１７（図１参照）中のモノマーを均一に消費することができ、記録容量を増やすことができる。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の情報光用空間変調パターン１３を対物レンズ１５によってフーリエ変換した像である。

更に、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の情報光用空間変調パターン１３の他の実施形態である。図４（Ａ）において、複数の基準マーク４１は、同心円の円周上に配置されており、最も小さい第１の円４３の半径は４８画素であり、第２の円４４の半径は３６画素であり、第３の円４５の半径は３２画素である。そして、図３（Ａ）とは、第２の円４４の円周上における基準マークの数及び配置が異なっている。また、図４（Ｂ）において、複数の基準マーク４６は、蜘蛛の巣状に配置されている。まず、中心の基準マークから上下左右に延びた直線の上には、３６画素の間隔で基準マークが配置されており、中心の基準マークから斜めに延びた直線の上には、中心から順に４０画素、３６画素、３２画素の間隔で基準マークが配置されている。更に、上下左右に延びた直線と斜めに延びた直線との間において、同じ順番の基準マーク同士を結ぶ直線の上に、中心から順に０、１、２個の基準マークを配置している。図４（Ａ）及び（Ｂ）においても、複数の基準マーク４１、４６は、不均一な間隔で離散的に配置されている。

基準マーク２１、３１、４１、４６は、予め定められた形状の２次元パターンであり、空間変調パターン全体の位置又は向き、空間変調パターンにおける２次元パターン情報の位置または向き、各シンボル単位の位置または向き等の基準となるものである。図２乃至図４においては、正方形の基準マークであるが、正方形に限定されるものではなく、他の形状であっても、記録する情報を変換した２次元パターン情報と区別できれば、基準マークとすることができる。更に、複数の基準マーク２１、３１、４１、４６は、情報光用空間変調パターンの中心に対して対称であることが好ましい。

情報光用空間変調パターン１３における基準マークの数は、各基準マークによる位置合わせ精度と位置ずれの許容範囲から適当な数を設計する。例えば、基準マークから３０画素離れたときの位置合わせ精度の誤差が位置ずれの許容限界だとしたら、情報光用空間変調パターン１３の領域内の全ての画素が３０画素の範囲内に基準マークを配置できる数とする。図２（Ａ）においては基準マークの数は３７個であり、図３（Ａ）においては基準マーク３１の数は４１個であり、図４（Ａ）においては基準マーク４１の数は４５個であり、図４（Ｂ）においては基準マーク４６の数は４９個である。

また、この位置ずれの許容範囲内の画素によって各基準マークに対しブロック単位を形成することが好ましい。ブロック単位とは、基準マークとその基準マークによって位置決めされる画素またはシンボル単位の集合である。従来のブロック単位は全てのブロック単位で同じ面積及び形状であったが、本発明の情報光用空間変調パターン１３においては、各ブロック単位の面積又は形状が異なっていてもよい。基準マークから近い方が位置合わせ精度が高いので、各画素又は各シンボル単位は最も近傍に配置された基準マークのブロック単位に配置されていることが好ましい。図５（Ａ）は、図２（Ａ）の情報光用空間変調パターン１３におけるブロック単位２２の一例である。

複数のブロック単位の面積及び形状を同じにして、ブロック単位内における基準マークの配置を変更してもよい。図７は、同じ面積及び形状のブロック単位７２を用いた情報光用空間変調パターン１３の一例である。図７において、複数のブロック単位７２は全て同じ面積の正方形状であるが、各ブロック単位７２における基準マーク７１の配置が異なっており、複数の基準マーク７１は不均一な間隔で離散的に配置されている。なお、図７においては、基準マーク７１の配置を分かりやすくするため、ブロック単位７１に含まれる2次元パターン情報は図示していない。

各ブロック単位の面積又は形状が異なっていてもよいので、情報光として利用可能な領域を有効に思料することができ、デッドスペースを減らすことができる。例えば、図２乃至図４に示すように、情報光用空間変調パターン１３の外縁を略円形とすることもできる。但し、実際の情報光用空間変調パターン１３は、空間光変調器のドット状の画素によって表示されるため、完全な円形となっているわけではない。特に、記録する情報を変換した２次元パターン情報が、一定領域のシンボル単位の組合わせによって表示される場合、その外縁もシンボル単位毎に段差ができることになる。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）における一つのブロック単位２２を拡大したものである。図５（Ｂ）においては、４×４画素のシンボル単位２３を２次元に配置して情報光用空間変調パターン１３を形成しているため、ブロック単位２２の端部及び情報光用空間変調パターン１３の端部は、シンボル単位２３毎の段差を有している。

図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のように、複数の基準マーク２１、３１、４１、４６は、情報光用空間変調パターン１３の中心付近に配置された基準マーク間の間隔に対して、前記情報光用空間変調パターンの周辺に配置された基準マーク間の間隔の方が短いことが好ましい。これは、光学系で使用される円形のレンズでは、中心部分よりも周辺部分の方が収差が大きくなっているため、周辺部分において各画素から基準マークまでの距離を近くして、位置合わせ精度を高めることが望ましいからである。

更に、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、全ての基準マーク２１、３１、４１、４６の周囲に２次元パターン情報が配置されている。従来は、情報光用空間変調パターン自体の位置や向きの基準とするため、基準マークだけを配置して２次元パターン情報のシンボル単位を配置しないブロック単位（図９における最上段の一番左側のブロック単位１３３ａ）が必要であった。これは、従来、基準マークが等間隔で周期的に配置されていたので、基準マークそれ自体では、基準マークの座標を特定する基準とすることができなかったため、一つのブロック単位だけシンボル単位を配置しないことで他のブロック単位と区別できるようにして、その区別したブロック単位の基準マークを他の基準マークと区別して基準としていたのである。これに対し、本発明の情報光用空間変調パターン１３においては、基準マーク間の間隔が異なっているため、基準マークの配置関係によって特定の基準マークを区別することができ、情報光用空間変調パターン全体又は基準マークそれ自体の基準とすることができる。例えば、図２（Ａ）において、隣接する全ての基準マーク２１と４０画素のピッチである基準マーク２１は、中心に配置された基準マーク２１のみであるから、中心の基準マーク２１を情報光用空間変調パターン１３自体の基準とすることができる。

記録する情報を２次元パターン情報に符号化する変換方式としては、記録する情報を一定情報量の単位毎に符号化して、２次元パターン情報のシンボル単位を生成することが好ましい。

変換方式として、一定領域の画素の中における一定数のオンの画素の配置によって情報を表示する変換方式によれば、２次元パターン情報中の光量を一定にすることができ、安定な情報の記録再生を行うことができる。

図５（Ｂ）では、記録する情報を８ビット毎に、４×４画素のうち３つの画素をオンの画素２３ａ（図では網掛けされた画素）とするシンボル単位２３に変換して、基準マーク２１の周囲に配置している。各シンボル単位２３は、４×４画素の領域における３つのオンの画素２３ａ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２３ａの配置は、₁₆Ｃ₃＝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２３において、オンの画素２３ａ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２３ａが隣接しない配置を各シンボル単位２３として選択することが好ましい。

なお、記録する情報を２次元パターン情報に符号化する変換方式として、記録する情報の単位、領域の大きさおよびオン画素の数を適宜変更して、４×４画素のうち４つの画素をオンの画素とするシンボル単位に変換する方式、６×６画素のうち５つの画素をオンの画素とするシンボル単位に変換する方式、４×４画素の領域における５つのオンの画素の配置によって情報を識別する変換方式、３×４画素の領域における４つのオンの画素の配置によって情報を識別する変換方式等採用することもできる。また、２×２画素の領域における、１つのオン画素の配置によって、情報を識別する変換方式や、１×１６画素の領域における、４つ又は５つのオン画素の配置によって情報を識別する変換方式なども適応可能である。

以上のような変換方式を実行するには、例えば、予め変換テーブルを作成しておき、記録する情報を変換テーブルによって変換することで、２次元パターン情報のシンボル単位を得ることができる。

また、情報光用空間変調パターン１３として記録する情報を符号化した２次元パターン情報についてのＥＣＣ（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏｄｅ）情報を表示する画素を付加してもよい。例えば、２次元パターン情報を配置した後の空間変調パターンにおいて、各行および各列毎にオンの画素の数を合計し、偶数であればオンの画素を奇数であればオフの画素を付加して、パリティ・チェックを可能としたり、各行および各列毎に予め定められた多項式でデータを処理した結果を付加して、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を可能とすることもできる。

参照光１２（図１参照）は、空間的に変調されていてもよいし、されていなくてもよい。参照光１２を空間的に変調すると、参照光の空間変調パターンを変えることで、多重記録することができるし、参照光の空間変調パターンをキーとすることで、情報の暗号化をすることができる。

参照光１２を参照光用空間変調パターンによって光を空間的に変調して生成する場合は、例えば、参照光用空間変調パターンを表示した空間光変調器に光を照射すると、空間光変調器の反射光または透過光は、参照光用空間変調パターンによって空間的に変調され参照光１２を生成できる。情報光用空間変調パターン１３と参照光用空間変調パターンとが、対物レンズ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と参照光用空間変調パターンとを一つの空間光変調器に表示して、情報光１１と参照光１２を同時に生成することができる。

例えば、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４のように、外縁が円形の情報光用空間変調パターンの情報光に対して、その周囲を囲って、円環状に参照光を配置して、その内側に情報光を配置してもよい。このように配置すると、情報光１１の光軸と参照光１２の光軸とが同軸となるように、記録媒体１６の同一面側から情報光１１と参照光１２を記録媒体１６に照射される。参照光用空間変調パターンの一例としては、図８（Ａ）に示すような放射状のパターン１２４、図８（Ｂ）に示すようなランダムなパターン１２５等がある。なお、情報光用空間変調パターン１３と参照光用空間変調パターン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１１と参照光１２を生成してもよい。

対物レンズ１５（図１参照）は、情報光１１と参照光１２を記録媒体１６に対して収束するように照射する。対物レンズ１５の入射瞳面における情報光用空間変調パターン１３のフーリエ変換された周波数成分を参照光と干渉させて干渉縞を形成させる。なお、情報光用空間変調パターン１３は、対物レンズ１５の入射瞳面に直接表示されるか、対物レンズ１５の入射瞳面に結像するように光学系によって伝搬される。図１においては、対物レンズ１５として、一枚のレンズで示しているが、複合レンズを使用してもよい。

また、情報光１１の光軸と参照光１２の光軸とが一定の角度で交差するように情報光１１と参照光１２を記録媒体１６に照射して、二光束干渉型のホログラフィを形成してもよいが、二光束干渉型の場合は、情報光１１と参照光１２を別々の方向から照射する必要があり、装置が大型化してしまう。このため、情報光１１の光軸と参照光１２の光軸とが同軸となるように、記録媒体１６の同一面側から情報光１１と参照光１２を記録媒体１６に照射して、ホログラフィを形成してもよい。この場合、情報光１１と参照光１２を同じ向きに照射すればよいので、装置を小型化することができる。

記録媒体１６（図１参照）は、干渉縞が記録されるホログラム記録層１７を有しており、図１においては、更に、第１基板１６ａおよび第２透明基板１６ｂを備えている。記録媒体１６としては、ディスク状やカード状のものを使用することができ、記録媒体１６を回転させながら記録および再生してもいいし、記録および再生の時には固定されていてもよい。記録媒体１６として、ディスク状の記録媒体を使用し、回転させつつ記録再生を行う方式の場合は、ＣＤドライブやＤＶＤドライブにおいて使用されているディスク駆動機構を使用することができ、更には、ＣＤドライブやＤＶＤドライブとの互換性を持たせることも容易になるので好ましい。

また、記録媒体１６に、位置決め用の情報を予め記録しておき、照射位置の位置決めにフィードバック機構を採用すると、より正確な位置決めを行うことができるので好ましい。例えば、記録媒体１６として、ホログラム記録層に積層して反射層を形成し、反射層の表面に位置決め用の情報としてピットを形成し、位置決め用の情報を予め記録してもよい。なお、位置決め情報を読み取る光として、記録又は再生用の光とは異なる波長の光を使用する場合は、ピットを形成した位置決め情報を読み取る光に対する反射層とは別に、記録又は再生用の光を反射する波長選択反射層を設けてもよい。例えば、反射層とホログラム記録層との間に、記録又は再生用の光を反射し、位置決め情報を読み取る光を透過する波長選択反射層を形成すれば、記録再生領域に重畳して位置決め情報を記録することができ、更に記録媒体の同一面側にピックアップ装置を配置できるので記録再生装置を小型化することができる。

図６は、ホログラフィを形成するための光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図である。光情報記録再生装置６０は、記録再生用光源６１、コリメータレンズ６２、偏光ビームスプリッタ６３、空間光変調器（情報表現手段）６４、１対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂ、ミラー６６、４分の１波長板６７、対物レンズ６８、光検出手段６９を備えている。また、図６において、情報が記録される記録媒体１６は、第１透明基板１６ａ、ホログラム記録層１７、反射層１８および第２透明基板１６ｂを備えている。

記録再生用光源６１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および情報を再生するための参照光を形成するための光を射出する。光源６１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６１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６１として、固体レーザーを使用することもできる。

コリメータレンズ６２は記録再生用光源６１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６３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６３ａを有している。図６においては、偏光ビームスプリッタ６３は、記録再生用光源６１から射出された光線束を空間光変調器６４に向けて反射し、空間光変調器６４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６４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６４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６において空間光変調器６４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６４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参照光用空間変調パターンによって、光源６１からの光を空間的に変調することにより、情報光および参照光を生成することができる。なお、情報光と参照光を生成する空間光変調器６４を別々に設けることもできる。例えば、光源６１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参照光用空間変調パターンを対物レンズ６８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６５ａ、６５ｂによって伝搬させる。

一対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂは、空間光変調器６４から対物レンズ６８までの間に配置されており、空間光変調器６４に表示された像を対物レンズ６８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６４から第１のリレーレンズ６５ａまでの距離が第１のリレーレンズ６５ａの焦点距離ｆ１となり、第２のリレーレンズ６５ｂから対物レンズ６８の入射瞳面までの距離が第２のリレーレンズ６５ｂの焦点距離ｆ２となり、第１および第２のリレーレンズ６５ａ、６５ｂ間の距離が第１のリレーレンズ６５ａの焦点距離ｆ１と第２のリレーレンズ６５ｂの焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。

また、図６において、一対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂは、対物レンズ６８から光検出手段６９までの間に配置されており、再生用の参照光によって記録媒体１６のホログラム記録層１７から発生した再生光の対物レンズ６８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６８の射出瞳面から第２のリレーレンズ６５ｂまでの距離が焦点距離ｆ２となり、第１のリレーレンズ６５ａから光検出手段６９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６５ａ、６５ｂ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６５ａ、６５ｂ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６５ａから光検出手段６９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６５ａ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。

ミラー６６は、光の進行方向を対物レンズ６８に向けて反射するものであり、光学系の構成によっては不要である。

４分の１波長板６７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６７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６７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６７によって、再生時における再生用の参照光と再生光を偏光ビームスプリッタ６３で分離することができる。

対物レンズ６８は、記録時においては、入射瞳面に結像した情報光および参照光を記録媒体１６に照射し、ホログラム記録層１７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参照光を記録媒体１６に照射し、記録媒体１６のホログラム記録層１７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６９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６９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６９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。

光情報記録装置としての動作を説明すると、光源６１から射出した光は、コリメータレンズ６２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ６３によって空間光変調器６４に向けて反射される。そして、空間光変調器６４に表現された情報光用空間変調パターンおよび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の参照光が生成される。情報光および記録用の参照光は、偏光ビームスプリッタ６３を通過して、一対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂによって、対物レンズ６８の入射瞳面に空間光変調器６４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、ミラー６６によって対物レンズ６８に向けて反射され、４分の１波長板６７を通過する。そして、対物レンズ６８によって記録媒体１６に照射され、記録媒体１６のホログラム記録層１７に情報光および記録用の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６１から射出した光は、コリメータレンズ６２によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ６３によって空間光変調器６４に向けて反射される。そして、空間光変調器６４に表現された参照光用空間変調パターンによって再生用の参照光が生成される。なお、再生時における再生用の参照光の参照光用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の参照光の参照光用空間変調パターンである。再生用の参照光は、偏光ビームスプリッタ６３を通過して、一対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂによって、対物レンズ６８の入射瞳面に空間光変調器６４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、ミラー６６によって対物レンズ６８に向けて反射され、４分の１波長板６７を通過する。そして、対物レンズ６７によって記録媒体１６に照射され、記録媒体１６のホログラム記録層１７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１６の反射層１８によって記録媒体１６から対物レンズ６８に向かって射出し、対物レンズ６８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６９に再び結像されるように一対のリレーレンズ６５ａ、６５ｂによって伝搬される。その間に、再生光は、４分の１波長板６７を通過し、ミラー６６によって偏光ビームスプリッタ６３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６７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６３によって、光検出手段６９に向けて反射される。最後に光検出手段６９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、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、情報光用空間変調パターンの形状として、円形ではなく、それ以外の形状、例えば正方形、菱形、円環状等でもよい。

本発明の光情報記録方法の一実施態様の概略構成図 （Ａ）は本発明の情報光用空間変調パターンの一実施態様を示す図、（Ｂ）はそのフーリエ変換像を示す図 （Ａ）は本発明の情報光用空間変調パターンの他の実施態様を示す図、（Ｂ）はそのフーリエ変換像を示す図 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の情報光用空間変調パターンの他の実施態様を示す図 （Ａ）は本発明の情報光用空間変調パターンにおけるブロック単位の一実施態様を示す図、（Ｂ）はその一部拡大図 光情報記録再生装置の実施形態を示す概略構成図 本発明の情報光用空間変調パターンにおけるブロック単位の一実施態様を示す図 従来の情報光用空間変調パターン及び参照光用空間変調パターンを示す図 （Ａ）は従来の情報光用空間変調パターンの一実施態様を示す図、（Ｂ）はそのフーリエ変換像を示す

符号の説明

１１ 情報光
１２ 参照光
１３ 情報光用空間変調パターン
１５ 対物レンズ
１６ 記録媒体
１７ ホログラム記録層
２１ 基準マーク

Claims (5)

1. 記録する情報を符号化して得られる２次元パターン情報を含む情報光用空間変調パターンによって、光を空間的に変調して情報光を生成し、
   参照光を生成し、
   前記情報光および前記参照光を対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射して前記記録媒体のホログラム記録層における情報光と参照光との干渉縞を記録する光情報記録方法であって、
   前記情報光用空間変調パターンは、複数の基準マークを有し、
   前記複数の基準マークが不均一な間隔で離散的に配置されていることを特徴とする光情報記録方法。
2. 前記複数の基準マークは、前記情報光用空間変調パターンの中心付近に配置された基準マーク間の間隔に比べて、前記情報光用空間変調パターンの周辺に配置された基準マーク間の間隔の方が短いことを特徴とする請求項１記載の光情報記録方法。
3. 前記複数の基準マークは、それぞれ前記２次元パターン情報の一部とともにブロック単位を構成しており、前記複数のブロック単位の形状又は面積が不均一であることを特徴とする請求項１または２記載の光情報記録方法。
4. 前記情報光用空間変調パターンの外縁が略円形であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の光情報記録方法。
5. 前記複数の基準マークの配置関係から、前記情報光用空間変調パターンの基準位置を特定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の光情報記録方法。