JP2011108334A - ホログラムデータ記録方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生したページデータに、ページ間クロストークが発生する場合であっても、記録媒体の体積収縮に伴って生じる再生データの劣化を補償することを可能とする。
【解決手段】ページ番号１のシンクパターンP1、P2、P3、P4およびP5は、空間周波数が６のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、一方、ページ番号２のシンクパターンは空間周波数が７のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、いずれも、その挿入位置は、ページの四隅と中央である。ページ番号２に隣接するページ番号３のシンクパターンは、ページ番号１のシンクパターンと同様に、空間周波数が６のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、その次に隣接するページ番号４のシンクパターンは、ページ番号２のシンクパターンと同様に、空間周波数が７のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラムデータ記録方法および装置に関し、特に、ホログラム記録媒体に記録されたデジタルデータ（例えば大容量の保存用アーカイブデータ）を再生する際に、記録媒体の体積収縮に伴って劣化したデータを補償するのに好適なホログラムデータ記録方法および装置に関する。

ホログラフィックメモリー記録システムでは、一般に、デジタルデータを担持した物体光を参照光とともにホログラム記録媒体に同時に照射し、ホログラム記録媒体中に形成される干渉縞を光記録媒体に書き込むことによって、該デジタルデータを記録する。一方、デジタルデータが記録されたホログラム記録媒体に該参照光を照射すると、ホログラム記録媒体中に書き込まれた干渉縞により光の回折が生じて、上記物体光が担持していたデジタルデータを再生することができる。

ところで、上記ホログラム記録媒体の構成材料としては、フォトポリマーよりなるもの（以下、フォトポリマー記録媒体と称する）が注目されている。フォトポリマー記録媒体は大きい屈折率差、長期保存安定性等の利点を有し、作製も比較的容易である。しかしながら、フォトポリマー記録媒体によって干渉縞を記録する場合には、その記録処理が重合反応を伴うため、記録媒体自体が体積収縮をおこしてしまう。

このようなフォトポリマー記録媒体の収縮率を低減する従来技術としては、収縮する材料に膨張する材料を混合して記録媒体材料を構成し、見掛け上の収縮率を小さくする手法が知られている(例えば、下記特許文献１参照）
しかし、このような手法を用いたとしても、記録媒体の収縮率を０にすることは事実上困難であり、どうしても記録媒体の収縮は残存する。

このような状況下において、本願出願人は、記録媒体の体積収縮に伴う再生データ劣化の補償方法として、参照光の波面を予め変形させておいて、再生データの劣化分を補償する、という手法を既に提案している(下記特許文献２、３)。

特許 第３５０４８８４号 特開２００７−２９４０５１号公報 特願２００８−１８１１１７号明細書

しかしながら、上記特許文献２、３のホログラム記録媒体においては、記録データの多重記録によりページ間クロストークが発生した場合には、ページ間の切り分けが困難であることから、記録媒体の体積収縮に伴って生じた再生データの劣化を正確かつ容易に補償することが困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、多重記録によりデータを重畳させたことにより、ページ間クロストークが発生する場合であっても、記録媒体の体積収縮に伴って生じる再生データの劣化を補償し得るホログラムデータ記録方法および装置を提供することを目的とするものである。

本発明のホログラムデータ記録方法および装置は、上記課題を解決するために、ページデータ内（例えばページの四隅及び中央）に所定の空間周波数よりなる指標を挿入し、少なくとも隣接するページ間において該指標の空間周波数を互いに相違させるようにしている。このように構成することにより、記録されたホログラムデータにページ間クロストークが生じている場合でも、ページの同定が可能となり、所望する再生データの劣化の補償を行うことが可能となる。

すなわち、本発明のホログラムデータ記録方法は、
２次元のページデータを担持した物体光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録する際に、
該ページデータには、所定の空間周波数を有するパターン（例えばシンクパターン）からなり、該ページデータの前記ホログラム記録媒体からの再生時に、所望のページのページデータを同定し得る指標を含ませておくことを特徴とするものである。

また、前記ページデータを再生する際には、
前記所望のページのページデータを同定した後に、当該ページデータの輝度分布を補償する処理を行なうものとすることができる。

また、上記の場合において、任意のページに係る前記指標の空間周波数値と、当該任意のページに隣接するページに係る前記指標の空間周波数値とが互いに異なるように設定することが好ましい。

また、前記指標は、矩形状の画面中の四隅および中央部に各々配置するように記録することが好ましい。

また、本発明のホログラムデータ記録装置は、２次元のページデータを担持した物体光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録するホログラムデータ記録装置において、
該ページデータに、所定の空間周波数を有するパターン（例えばシンクパターン）からなり、当該ページを、隣接するページと区別させ得る指標を含ませるパターン重畳手段と、
該パターン重畳手段から出力された、所定のパターンを含むページデータを２次元画像として表示し、該ページデータの情報を担持した前記物体光を生成する画像表示手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明のホログラムデータ記録方法および装置においては、ページデータ中に、所定の空間周波数を有するパターンからなり、所望のページのページデータを、該ページデータのホログラム記録媒体からの再生時に同定し得る指標を含ませているので、ページ間クロストークが生じている場合でも、再生データについてページの同定を確実に行なうことができる。したがって、その情報に基づき、所望する再生データの補償を正確かつ簡易に行うことができる。

また、これにより、隣接するページの間隔をより小さく設定することができるので、ホログラムデータの高密度記録が可能となる。

本発明の一実施形態方法において用いられるページデータ中のシンクパターンを示す図である。 図１に示されたページデータに係るページに隣接するページのページデータ中のシンクパターンを示す図である。 ホログラムデータ記録装置を示す概略図である。 本発明の一実施形態方法による、空間周波数７のシンクパターンを用いた場合のページデータ（ａ）と空間周波数９のシンクパターンを用いた場合のページデータ（ｂ）を示す図である。 一般的な、再生画面輝度合計値の角度依存性を示すグラフである。 本実施形態方法による指標を用いた場合における、本実施形態の指標の角度依存性を示すグラフである。 本実施形態方法の指標を用いて補償を行った場合における、再生画面輝度合計値の角度依存性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るホログラムデータ記録方法および装置について図面を用いて詳細に説明する。

このホログラムデータ記録方法においては、２次元のページデータを担持した物体光と参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録する際に、このページデータに、所定の空間周波数を有し、該ページデータの上記ホログラム記録媒体からの再生時に、所望のページのページデータを同定し得るシンクパターンからなる指標を含ませておくことが主たる特徴とされる。

また、上記記録されたページデータを再生する際において、所望のページのページデータを同定した後に、当該ページデータの輝度分布を補償する処理を行なうことにも特徴を有する。

なお、このホログラムデータ記録方法は、その前提として、フォトポリマーよりなるホログラム記録媒体へのページデータの記録を角度多重により行なうものである。

図１、２は本発明の実施形態に係るホログラムデータ記録方法に用いられるページデータ中のシンクパターンからなる指標を示す概略図である。

すなわち、任意のページ（例えばページ番号１）のページデータ中に図１に示すシンクパターンP1、P2、P3、P4およびP5を挿入し、該任意のページに隣接するページ（例えばページ番号２）のページデータ中に、図２に示すシンクパターンQ1、Q2、Q3、Q4およびQ5を挿入する。

図１に示されるように、上記画面１Ａ中の任意のページ（例えばページ番号１）のシンクパターンP1、P2、P3、P4およびP5は空間周波数が６のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、一方、上記画面１Ｂ中の任意のページに隣接するページ（例えばページ番号２）のシンクパターンQ1、Q2、Q3、Q4およびQ5は空間周波数が７のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、いずれも、その挿入位置は、ページの四隅と中央である。

記任意のページに隣接するページ（例えばページ番号２）の次に隣接するページ（例えばページ番号３）のシンクパターンは、上記任意のページ（例えばページ番号１）のシンクパターンP1、P2、P3、P4およびP5と同様に、空間周波数が６のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものであり、その次に隣接するページ（例えばページ番号４）のシンクパターンは、上記任意のページに隣接するページ（例えばページ番号２）のシンクパターンQ1、Q2、Q3、Q4およびQ5と同様に、空間周波数が７のブロックを縦、横に並べた市松模様とされるものである。

結局、本実施形態においては、奇数ページ（ページ番号１、ページ番号３、ページ番号５…）のシンクパターンP1、P2、P3、P4およびP5が空間周波数６のパターン、偶数ページ（ページ番号２、ページ番号４、ページ番号６…）のシンクパターンQ1、Q2、Q3、Q4およびQ5が空間周波数７のパターンとされる。

このように、本実施形態においては、隣接するページ間で、互いに異なる指標をシンクパターンとして挿入しており、隣接するページのデータ間にクロストークが生じていても、目的とするページのデータを同定することがきわめて容易となり、これにより、目的とするページのデータのみを抽出することができる。
したがって、隣接するページの間隔をより小さく設定することができるので、ホログラムデータの高密度記録が可能となる。

なお、本実施形態では、四隅と中央において空間周波数６または７のブロックを縦、横に並べた市松模様としているが、もちろん、これは市松模様に限られるものではなく、さらに、ライン数を増減してもよく、例えば縦だけ、横だけのラインであってもよいし、隣接するページの指標間で空間周波数が互いに異なっていることが認識できれば、１ラインだけであってもよい。

また、上記実施形態においては、ページ番号３の指標をページ番号２の指標と異ならせるとともにページ番号１と同様となるようにしているが、ページ番号３の指標をページ番号２のみならずページ番号１とも異ならせるようにしてもよく（さらには隣接する任意の複数ページの各々と互いに異ならせるようにしてもよく）、これにより、２ページ離れたページ（さらには離間する任意のページ数以内の各ページ）との間のクロストークをも抑制することができる。

なお、このようにして形成された指標の間のスペースに、ホログラム記録データを配列、記録していくことになる。

次に、上記指標の空間周波数の認識手法（同定手法）について説明する。
本願出願人は、既にこのようなパターンによる指標をページデータ中に重畳した場合における、指標とSNR（Signal to Noise Ratio）との関係について開示しており、このような指標の空間周波数同定の具体例として、FFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換) 演算を施した場合の、基本周波数(f₁)の２倍の周波数(f₂)の振幅(A(f₂))の逆数(A^-1(f₂))、またはこの振幅(A(f₂))と基本周波数(f₁)の振幅(A(f₁))との比(A(f₁)/ A(f₂))を算出し、この算出結果に基づいて評価することを提案している(特開2009-139782参照）。

すなわち、上記提案の同定手法を用いれば、ページ間でデータのクロストークが生じている場合でもページの同定が可能となり、現在、目的としているページのページデータのみを明瞭に読み取ることができ、フォトポリマーよりなる記録媒体の体積収縮に伴って生じる再生データの劣化の補償が可能となる。

なお、このようなデータ劣化の補償は、そのデータの減衰の程度に応じて増幅、調整する等の制御を行なうことにより達成される。このことは、本願発明者により、既に、上記特許文献２（特開2007-294051）および上記特許文献３（特願2008-181117号明細書)により開示されている。

以下、上記実施形態に係るホログラムデータ記録装置について図３を用いて説明する。図３に示す装置では、レーザ光源１０１から出力され、シャッタ１０２ａを通過したレーザ光（ここではＳ偏光（縦偏光））がハーフミラー１０３によって２系に分割され、一方は参照光とされてミラー１０９および集光レンズ１１０を介し、フォトポリマーよりなるホログラム記録媒体１０８上に照射される。また、２系に分割されたレーザ光のうち他方は、１/２波長板１０４によってＰ偏光（横偏光）に変換されてＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１０５（Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射するように構成されている）を透過し、反射型液晶素子等からなるＳＬＭ（空間光変調素子）１０６上に照射される。

この照射された光は、ＳＬＭ１０６の素子面に映出された白と黒のビットパターンによる２次元画像のデジタルデータ（ページデータ）情報を担持されるとともに、Ｓ偏光に変換されて（実際には、白表示とされた素子からの光がＳ偏光に変換される）反射され、物体光としてＰＢＳ１０５に戻る。このＳＬＭ１０６から戻った物体光は、ＰＢＳ１０５により反射され、集光レンズ１０７を介してホログラム記録媒体１０８上に照射される。

このようにしてホログラム記録媒体１０８上に照射された参照光と物体光はいずれもＳ偏光とされているので、このホログラム記録媒体１０８上で干渉して干渉縞が形成され、該干渉縞がホログラム記録媒体１０８に書き込まれることになる。

なお、実際には、記録媒体１０８は、図示されない回転ステージ上に取り付けられ、図３中の矢印方向へ所定の角度θだけ回転させることができるようになっており、この角度θを少しずつ増加（あるいは減少）させる毎に、記録媒体１０８の同一領域にホログラムを記録するようにして角度多重記録を行なうように操作される。
なお、再生時には参照光のみをホログラム記録媒体１０８に照射することにより、書き込まれた干渉縞から生成される回折光（再生光）をレンズ１１１で平行光に戻し、これをＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の２次元撮像素子１１２により撮像することにより、デジタルデータが復元されることになる。なお、理想的な記録媒体では、各ページデータを読み出す際に、そのページデータを記録したときと同じ入射角度を再現して参照光を照射すると、記録されたページデータを再生することが可能となる。

また、上述したシンクパターンからなる指標は、シンクパターン重畳手段１１３において、上記デジタルデータの各々に重畳され、この後ＳＬＭ１０６に送出され、ＳＬＭ１０６の素子面上に上記デジタルデータとともに映出され、各ページの同定指標として、このデジタルデータとともにホログラム記録媒体１０８上に記録される。なお、本願明細書においては、上記デジタルデータに上記指標を重畳したものをページデータと称するものとする。

また、上記ホログラム記録媒体１０８を構成するフォトポリマーとしては、例えば、バインダーポリマーに「ジアリル フタレート プレポリマージフェニール」を、また、モノマーに「フルオレン骨格を有するジアクリルモノマー」を用いるようにしたり、バインダーポリマーに「ポリメチルメタクリレート」を、また、モノマーに「ラジカル重合性のもの」を用いるようにすることが可能である
次に、具体的なサンプルを用いて測定した結果について、図４〜７を用いて説明する。

ここで、サンプルは、記録媒体に、角度多重記録方式によってページデータ記録を行なったもので、ページ間のクロストークの大きさが変化するように、多重する角度間隔を互いに変化させつつページデータ記録を行なった。なお、このときの記録媒体の体積収縮率は約0.2%であった。

このように角度多重記録方式によって、７ページに亘るページデータ記録を行なう場合に、各ページ毎に、そのページの画面の四隅および中央に所定空間周波数の市松模様からなるシンクパターンを挿入した(図４(a)(b)参照)。

すなわち、記録時の角度は、ページ番号１を基準としており、このページ番号１の角度を0度、ページ番号２の角度を-1度、ページ番号３の角度を-2度、ページ番号４の角度を-2.5度、ページ番号５の角度を-3度、ページ番号６の角度を-3.5度、ページ番号７の角度を-3.8度にそれぞれ設定した。また、指標パターンは、ページ番号１では空間周波数7、ページ番号２では空間周波数9、ページ番号３では空間周波数7、ページ番号４では空間周波数9、ページ番号５では空間周波数7、ページ番号６では空間周波数9、ページ番号７では空間周波数7、というように空間周波数７と空間周波数９のパターンがページ毎に交互となるように設定した。

このとき得られた画面の輝度（強度）合計値の角度依存性を図５に示す。
図５から明らかなように、再生された輝度ピーク位置は記録された角度位置からずれが生じている。このことから、記録媒体において、記録及び記録後の重合反応により媒体収縮が生じていることが明らかである。このずれに応じて再生画面の輝度も劣化している。

また、各ページの輝度合計値はページ番号が増加するにしたがって減少しているが、これは、記録が行なわれる毎に、記録に寄与できるモノマーの量が減少していることが原因となっている。

さらに、ページ番号６とページ番号７とでは、ページ間の角度が0.3度と十分に離れていないため、ページ間クロストークが発生している。このクロストークを含んだ状態で、ページ輝度情報に応じた輝度の補償を行うと、隣接ページの情報も含めた輝度情報を補償してしまうので、間違った補償(不良な補償)を行なってしまう。

一方、図６は本実施形態の指標の角度依存性を示す。このデータは所定の角度における再生画面の市松模様(このサンプルでは図４（a）、（b）の左上に位置する部分)についてFFT演算を施し、その演算によりパワースペクトルを得た。この後、FFT演算されたパワースペクトルからA(7)とA(14)のパワーを取り出し（A(7)は空間周波数７のときのパワー、A(14)は空間周波数１４のときのパワーである）、A(7)/A(14)を計算し、この計算を記録媒体１０８の回転角度θを変えて測定する毎に行い、その結果をプロットし、図６に示す破線曲線を得た(縦軸の単位は任意単位（無名数）)。一方、A(9)とA(18)のパワーを取り出し（A(9)は空間周波数９のときのパワー、A(18)は空間周波数１８のときのパワーである）、A(9)/A(18)を計算し、この計算を記録媒体１０８の回転角度θを変えて測定する毎に行い、その結果をプロットし、図６に示す実線曲線を得た(縦軸の単位は任意単位（無名数）)。

図６の破線曲線および実線曲線からも明らかなように、破線曲線における輝度ピークはページ番号７、ページ番号５、ページ番号３、ページ番号１と奇数ページ番号を表しており、一方、実線曲線における輝度ピークはページ番号６、ページ番号４、ページ番号２と偶数ページ番号を表しており、隣接するページのページデータとの識別を確実にすることが可能である。

さらに、ページ番号６とページ番号７のようにページ間の角度が十分に離れていない場合においても、本実施形態の指標を用いることにより、各ページを表すピークを互いに完全に分離することができる。

すなわち、本実施形態方法を採用することにより、ページ間のクロストークが発生するような状況下においても、各ページの同定が正確かつ容易となる。

次に、ページ番号７において、本実施形態の指標を用いて、ページ輝度（強度）の補償を行った場合の結果を図７に示す。

すなわち、ページ番号７のページデータ中に埋め込まれた、画面四隅および中心の各シンクパターン(空間周波数成分7)が、互いに同様の割合で輝度が大きくなるように制御をかけてページ輝度の補償を行った。これにより、ページ番号７のページ輝度合計値(ベースラインを差し引いた実質ピーク値)が7.07×10⁸から7.51×10⁸に増加し、また、このピークの半値全幅が0.169度から0.153度に改善された。

以上、本発明に係るホログラムデータ記録方法および装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、種々の態様のものとすることが可能である。例えば、上記実施形態では、角度多重記録方式において本発明を適用しているが、シフト多重、波長多重、位相コード多重および電場多重等のその他の多重化方式にも本発明を適用することが可能である。

また、前述したように、指標を形成するシンクパターンの構成態様、位置、数などは適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態の如く、シンクパターンを画面四隅および中心に配置することにより輝度の補償制御が容易となるが、種々の事情に応じて適宜、例えば、シンクパターンを画面四隅のみ、あるいは中心のみに配置することも可能である。

また、前記指標は画面四隅およびその他の画面内領域の数箇所に配置したり、画面内の任意の数箇所に配置することも可能である。

１０１ レーザ光源
１０２ａ，１０２ｂ シャッタ
１０３ ハーフミラー
１０４ １/２波長板
１０５ ＰＢＳ
１０６ ＳＬＭ
１０７，１１０ 集光レンズ
１０８ ホログラム記録媒体
１０９ ミラー
１１１ レンズ
１１２ ２次元撮像素子
１１３ シンクパターン重畳手段

Claims (5)

1. ２次元のページデータを担持した物体光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録する際に、
   該ページデータには、所定の空間周波数を有するパターンからなり、所望のページのページデータを該ページデータの前記ホログラム記録媒体からの再生時に同定し得る指標を含ませておくことを特徴とするホログラムデータ記録方法。
2. 前記ページデータを再生する際には、
   前記所望のページのページデータを同定した後に、当該ページデータの輝度分布を補償する処理を行なうことを特徴とする請求項１記載のホログラムデータ記録方法。
3. 任意のページに係る前記指標の空間周波数値と、当該任意のページに隣接するページに係る前記指標の空間周波数値とが互いに異なるように設定することを特徴とする請求項１または２記載のホログラムデータ記録方法。
4. 前記指標を、矩形状の画面中の四隅および中央部に各々配置するように記録することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載のホログラムデータ記録方法。
5. ２次元のページデータを担持した物体光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉情報をホログラム記録媒体に記録するホログラムデータ記録装置において、
   該ページデータに、所定の空間周波数を有するパターンからなり、当該ページを、隣接するページと区別させ得る指標を含ませるパターン重畳手段と、
   該パターン重畳手段から出力された、所定のパターンを含むページデータを２次元画像として表示し、該ページデータの情報を担持した前記物体光を生成する画像表示手段と、を備えたことを特徴とするホログラムデータ記録装置。