JP3760965B2

JP3760965B2 - Optical recording method, optical recording apparatus, optical reading method, optical reading apparatus

Info

Publication number: JP3760965B2
Application number: JP4019098A
Authority: JP
Inventors: 克典河野; 和夫馬場
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2018-02-23
Also published as: JPH11237829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、データ情報を光記録媒体に記録し、光記録媒体から読み出す方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
相変化型や光磁気型など、書き換え可能な光ディスク装置は、すでに広く普及している。これらの光ディスク装置は、一般の磁気ディスク装置に比べれば、記録密度は一桁以上高いが、画像情報のデジタル記録には、いまだ十分ではない。記録密度を高めるためには、ビームスポット径を小さくして隣接トラックまたは隣接ビットとの距離を短くするなどの必要がある。
【０００３】
このような技術の開発によって実用化されているものに、ＤＶＤ−ＲＯＭがある。ＤＶＤ−ＲＯＭは、直径１２ｃｍのディスクに片面で４．７ＧＢｙｔｅのデータをできる。書き込み・消去が可能なＤＶＤ−ＲＡＭは、相変化方式によって、直径１２ｃｍのディスクに両面で５．２ＧＢｙｔｅの高密度記録が可能である。これは、読み出し専用であるＣＤ−ＲＯＭの７倍以上、フロッピーディスクの３６００枚以上、に相当する。
【０００４】
このように光ディスクの高密度化は年々進んでいる。しかしその一方で、上記の光ディスクは面内にデータを記録するため、その記録密度は光の回折限界に制限され、高密度記録の物理的限界と言われる５Ｇｂｉｔ／ｃｍ²に近づいている。したがって、更なる大容量化のためには、奥行き方向も含めた３次元（体積型）記録が必要となる。
【０００５】
体積型の光記録媒体の材料としては、フォトリフラクティブ材料が挙げられる。この材料は、比較的弱い光を吸収して屈折率変化を生じるため、光誘起屈折率変化による情報記録が可能である。このため、大容量化が可能な体積多重ホログラム記録に用いることができる。
【０００６】
図１２（Ａ）に、ＳＣＩＥＮＣＥ，ＶＯＬ．２６５，ｐ７４９（１９９４）に記載されている、デジタルホログラムメモリの記録再生方法ないし光学系を示す。
【０００７】
この方法では、ホログラム記録媒体５にＬｉＮｂＯ₃を用い、光源１０からのレーザ光を、ビームスプリッタ２５によって２つの光波に分け、ビームスプリッタ２５を透過したレーザ光を、レンズ２１，２２によって口径の広い平行光にして、空間光変調器３０に入射させる。
【０００８】
空間光変調器３０はコンピュータ４０によって制御し、空間光変調器３０を通過した光として、２次元強度分布を有する信号光１を得る。この信号光１は、レンズ２３によってフーリエ変換して、ホログラム記録媒体５上に集光させる。
【０００９】
一方、ビームスプリッタ２５で反射したレーザ光を、ミラー２６，２７で反射させて参照光２を得、この参照光２をホログラム記録媒体５に入射させる。このように信号光１と参照光２を同時にホログラム記録媒体５に照射することによって、ホログラム記録媒体５中にホログラムを記録する。
【００１０】
ホログラム読み出し時には、上記のようにして得られる参照光２のみを、読み出し光３としてホログラム記録媒体５に照射する。これによって、読み出し光３は、あたかも信号光１がホログラム記録媒体５を通過したかのように信号光１の光路上に回折される。その回折光４を、レンズ２４によってカメラ６０上に結像させる。
【００１１】
この方法では、データ入力には空間光変調器３０を用い、ビットデータの表示には微分コード法を用いている。微分コード法では、図１２（Ｂ）に示すように、２画素をペアとして用い、例えば、データ「０」を「暗明」で、データ「１」を「明暗」で表す。
【００１２】
このような微分コード法を用いれば、明暗の数は常に同じであるので、空間光変調器３０を通過した物体光の光量も一定となる。そのため、各ページごとに参照光２の強度を調整する必要がない。また、ホログラムの再生では光量むらが発生しやすく、白黒レベルの区切りを一様につけるのは難しいが、微分コード法によれば、エッジを読むだけでよく、ノイズにも強い。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法には、以下に示すような問題がある。
【００１４】
通常、ホログラムを記録するには、データ情報を有する信号光と、これと干渉する参照光が必要である。これら２光波は、ホログラム媒体中で干渉しなければならないため、これら２光波を同一のレーザ光源から分離して生成し、かつ、これら２光波の光路差をレーザの可干渉距離以内にする必要がある。しかし、実用上、光源にはレーザダイオードを用いることが考えられるが、レーザダイオードの可干渉距離は非常に短いため、光学系のアライメントに非常に高い精度が要求される。
【００１５】
さらに、信号光と参照光をホログラム媒体中で交差させる必要があるが、信号光をレンズによって集光したフーリエ変換ホログラムを記録する場合には、信号光のスポットがホログラム媒体中で非常に小さくなるため、参照光をこれに合わせるのは非常に難しい。
【００１６】
また、信号光と参照光はそれぞれ独立な光路を通過するため、それぞれが外光や光学系などのノイズの影響を受けて、再生画像が劣化するという問題もある。さらに、信号光と参照光にそれぞれ独立な光路を必要とするので、システムをコンパクトにできない。
【００１７】
また、従来の方法では、図１２（Ｂ）に示した微分コード法によってデータのエッジを読み取る。しかし、微分コード法は、２画素によって１ビットのデータを表示するため、画素の利用効率が０．５と低い。そのため、１ページに記録できるデータ密度が低下するという問題がある。
【００１８】
さらに、微分コード法では、ホログラム再生像をＣＣＤなどの２次元受光素子で取り込んで、シリアルな電気信号に変換した後、電気的にエッジを読み取ってビットデータに変換するため、処理に時間がかかり、転送速度が低下するという問題もある。すなわち、ホログラムからは複数のビット情報を並列に読み取れても、電気的なデータ処理はシリアルに行うため、結果的に速い転送速度が達成できない。
【００１９】
そこで、この発明は、データ情報をホログラムとして記録する方法において、光学系を簡単かつ小型で、アライメント調整も不要なものとすることができるとともに、高密度記録が可能となり、再生時には高速転送が可能となるようにしたものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明の光記録方法では、
光源からの光から、信号光形成用の空間光変調器を含む共通の光形成光学系によって、光軸を有する一光束の平行光中の、前記光軸に垂直な一方向に隣接する一部断面領域および他部断面領域を占める信号光および参照光を形成し、その信号光および参照光を、共通の結像光学系によってフーリエ変換して、同時に光記録媒体に照射して、その光記録媒体中に前記信号光の画像エッジ部分をホログラムとして記録する。
【００２１】
この発明の光読み取り方法では、
信号光形成用の空間光変調器を含む共通の光形成光学系によって、光軸を有する一光束の平行光中の、前記光軸に垂直な一方向に隣接する一部断面領域および他部断面領域を占める信号光および参照光として形成され、かつ共通の結像光学系によってフーリエ変換された信号光および参照光が、同時に照射されることによって、前記信号光の画像エッジ部分がホログラムとして記録された光記録媒体から、前記ホログラムを、前記参照光と同じ波面を有する読み出し光によって読み出して、前記信号光の画像エッジ部分を有する回折光を得、そのエッジ部分からデータを読み取る。
【００２２】
【作用】
この発明の光記録方法で用いる光記録媒体としては、ホログラムを記録できるものであれば、どのようなものでもよいが、特にフォトリフラクティブ材料が好適である。フォトリフラクティブ材料は、（１）数ｍＷ程度の低いレーザ光パワーで、Δｎ＝１０^-6〜１０^-2というような大きな非線形屈折率変化が得られる、（２）可視光波長域から近赤外波長域にかけて非共鳴的に感度があるため、光吸収による損失が少ない、（３）メモリ効果がある、などの理由により、書き換え可能なホログラムメモリ用の材料として注目されている。
【００２３】
フォトリフラクティブ効果を発現するには、第１に、不純物や欠陥に起因する準位が存在することが必要である。これをＰＲ中心という。ＰＲ中心は、光によってイオン化され、自由キャリア（電子または正孔）を放出する。この自由キャリアは、拡散や電場によるドリフトなどによって物質中を移動した後、イオン化されたＰＲ中心と再結合し、結果的に電荷が移動したことになる。照射する光が空間的に不均一であれば、物質中に空間電荷分布、したがって電場分布を生じる。ここで、第２の条件として、フォトリフラクティブ物質が電気光学効果を持てば、内部の電場分布による屈折率変化を生じることになる。
【００２４】
以上のように、フォトリフラクティブ効果を発現するのに本質的な素過程は、（１）光励起によるキャリアの生成、（２）キャリアの輸送、（３）空間電場の形成、（４）電気光学効果による屈折率の変化、の４つである。
【００２５】
この過程を、図９を用いて示す。まず、フォトリフラクティブ材料にコヒーレントな２光波を照射して、干渉縞Ｉ（ｘ）を形成する。光強度の強い場所では、ドナー準位の電子が伝導帯に励起され、拡散またはドリフトにより移動して、光強度の弱い場所に捕獲される。したがって、光強度の強い場所ではプラス電荷が残り、弱い場所ではマイナス電荷が溜まって、電荷分布ρ（ｘ）が形成され、静電場Ｅ（ｘ）を生じる。そして、この静電場Ｅ（ｘ）による電気光学効果の結果として、屈折率変化Δｎ（ｘ）を生じる。この屈折率変化Δｎ（ｘ）の周期は、干渉縞Ｉ（ｘ）の周期と同じであり、この屈折率格子は、ホログラム回折格子として作用する。
【００２６】
図９は拡散によって電荷が移動する場合を示したものであるが、光の分布と電場の分布では９０°位相がずれていることがわかる。外部電場が印加されていたり、光起電力効果があると、この位相ずれは９０°ではなくなる。
【００２７】
ホログラフィは、ホログラムを記録する段階と、再生する段階に分けられる。記録段階では、図１０（Ａ）に示すように、情報を有する信号光（Ｅｐ）１と参照光（Ｅｆ）２とを、ホログラム記録媒体５に同時に照射して、ホログラム記録媒体５中に両者の干渉縞を記録する。このときの透過率Ｔは、
Ｔ〜（Ａｐ＋Ａｆ）（Ａｐ^*＋Ａｆ^*）
＝｜Ａｐ｜²＋｜Ａｆ｜²＋ＡｐＡｆ^*＋ＡｆＡｐ^* …（１）
で表される。ただし、Ａｐ，Ａｆは、それぞれ光波Ｅｐ，Ｅｆのｚ＝０の面での複素振幅である。
【００２８】
再生段階では、図１０（Ｂ）に示すように、記録時の参照光（Ｅｆ）２と同じ読み出し光（Ｅｆ）３を、ホログラム記録媒体５に照射する。このとき、ホログラム記録媒体５の右方向に回折される光波（Ｅｃ）４の電界Ａｃは、

で与えられ、第２項のみがＢｒａｇｇの条件を満たす。第２項は、
Ａｃ〜｜Ａｆ｜²Ａｐ …（３）
であり、位相因子ｅｘｐ［−ｉ（ｋｐ）・ｒ］を有し、ｚ＞０で信号光（Ｅｐ）１と同じ波面を持つことになる。
【００２９】
発明者は、実験研究の結果、記録時の信号光と参照光のなす角度が非常に小さい場合、特に、一本の平行光をほぼ全面に渡って空間光変調器に照射し、空間光変調器によって入射平行光の一部の領域を変調したときの、その変調された部分の透過光を信号光とし、変調されない部分の透過光を参照光とした場合には、記録されたホログラムを読み出したとき、信号光の２次元強度分布（画像）のエッジ（輪郭、境界）が強調された回折光が得られることを見出した。
【００３０】
これは、以下のように説明することができる。２光波のなす角度が小さく、かつ、どちらか一方、または両方の光波がレンズで集光されている場合、２光波の干渉領域は小さいにもかかわらず、光記録媒体中に形成される干渉縞の間隔が広くなり、２光波が干渉する領域に十分な本数の回折格子が記録されないという現象を生じる。そのため、信号光の強度分布の変化がないところでは、ホログラム回折に十分な記録が行われない。
【００３１】
しかし、信号光の強度分布の変化があるところ、すなわち画像のエッジ部分では、光波の回折現象によって信号光と参照光のなす角度が大きくなり、光記録媒体中に形成される干渉縞の間隔が狭くなる。そのため、２光波が干渉する領域に十分な本数の回折格子が記録され、信号光のエッジ部分のみがホログラムとして記録される。
【００３２】
信号光と参照光のなす角度をθ、光記録媒体の屈折率をｎ、２光波の波長をλとすると、２光波による干渉縞の間隔、すなわち回折格子の格子間隔Λは、
Λ＝λ／２ｎ・sin〔（1/２)sin^-1｛（1/ｎ)sinθ｝〕 …（４）
で与えられる。
【００３３】
この式から、信号光の非エッジ部分で回折しない透過光成分と参照光とによって形成される格子間隔を見積もることができる。例えば、屈折率ｎ＝１．５、波長λ＝５００ｎｍを仮定して、光軸に対して垂直な方向に２ｃｍ離れた点光源の信号光と参照光を、ともに焦点距離３０ｃｍのレンズで結像させた場合の、２光波が形成する格子間隔を計算すると、およそ１５μｍとなる。２光波の干渉領域が〜１００μｍφであれば、その領域内に形成される回折格子は高々数本であり、強い回折光を得るには十分ではない。このため、信号光のエッジ以外の領域ではホログラム記録が十分に行われないと考えられる。
【００３４】
さらに、光記録媒体としてフォトリフラクティブ材料を用いることによって、上記の輪郭強調の効果を増強することができる。図１１は、フォトリフラクティブ材料の最も一般的な、ホログラム回折効率の格子間隔依存性を示す。材料によって多少の違いはあるものの、格子間隔が数μｍで高い回折効率を示し、それ以上の格子間隔では回折効率が低くなる。これは、フォトリフラクティブ媒体中に形成される内部電場の強さが格子間隔に依存することによる。
【００３５】
したがって、信号光の強度分布の変化がないところでは、信号光と参照光のなす角度が小さく、格子間隔は広いままであるので、ホログラム回折光強度が低くなる。これに対して、信号光の強度分布の変化があるところ、すなわち画像のエッジ部分では、エッジ部分での回折によって入射角度が変わるため、格子間隔が狭くなって、ホログラム回折光強度が高くなる。このため、信号光のエッジ部分が強調されたホログラム回折光が得られることになる。
【００３６】
この点に着目して、上述したように、この発明の光記録方法では、光源からの光から、信号光形成用の空間光変調器を含む共通の光形成光学系によって、光軸を有する一光束の平行光中の、前記光軸に垂直な一方向に隣接する一部断面領域および他部断面領域を占める信号光および参照光を形成し、その信号光および参照光を、共通の結像光学系によってフーリエ変換して、同時に光記録媒体に照射して、その光記録媒体中に前記信号光の画像エッジ部分をホログラムとして記録する。
【００３７】
したがって、この発明の光記録方法によれば、特別な処理を必要としないで、信号光の画像エッジ部分を強調してホログラム記録することができる。
【００３８】
また、上記の点に着目して、上述したように、この発明の光読み取り方法では、信号光形成用の空間光変調器を含む共通の光形成光学系によって、光軸を有する一光束の平行光中の、前記光軸に垂直な一方向に隣接する一部断面領域および他部断面領域を占める信号光および参照光として形成され、かつ共通の結像光学系によってフーリエ変換された信号光および参照光が、同時に照射されることによって、前記信号光の画像エッジ部分がホログラムとして記録された光記録媒体から、前記ホログラムを、前記参照光と同じ波面を有する読み出し光によって読み出して、前記信号光の画像エッジ部分を有する回折光を得、そのエッジ部分からデータを読み取る。
【００３９】
したがって、この発明の光読み取り方法によれば、特別な処理を必要としないで、信号光の画像エッジ部分が強調された再生像を得ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
〔光記録方法および光記録装置の実施形態〕
図１は、この発明の光記録方法および光記録装置の一実施形態を示す。光源１０は、ホログラム記録媒体５に感度のある波長のコヒーレント光を発するものであればよい。図の例は、アルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを用いた場合である。
【００４１】
この光源１０から出射したレーザ光を、２つのレンズ２１，２２によって平行光６にして、空間光変調器３０に入射させる。空間光変調器３０としては、電圧アドレス型の液晶パネルや、電気光学結晶にマトリックス電極を付けたものなどを用いることができる。
【００４２】
この例では、空間光変調器３０として、図２に示すような液晶空間光変調器を用いる。液晶空間光変調器は、液晶層３１が透明電極３２および３３によって挟まれ、その外側に互いにクロスした偏光板３４および３５が配されたもので、入射光の振幅ないし強度を変調することができる。
【００４３】
ホログラムに記録すべきデータ情報は、コンピュータ４０で、コード化して２次元デジタルデータとし、またはアナログの２次元画像情報として、コンピュータ４０から空間光変調器３０に出力して、空間光変調器３０上に表示し、記録すべきデータ情報に応じて、空間光変調器３０に入射する平行光６の強度を２次元に変調する。
【００４４】
空間光変調器３０上へのデータ情報の表示の例を、図３に示す。同図は、入射平行光６のほぼ全てを空間光変調器３０のほぼ全面に照射する場合で、空間光変調器３０を通過した後の波面を表したものである。
【００４５】
この場合、空間光変調器３０の左半分をデータ表示用に使用して、入射平行光６中の空間光変調器３０の左半分に入射する部分の強度を変調し、空間光変調器３０の右半分は全ての画素をオープンにして、入射平行光６中の空間光変調器３０の右半分に入射する部分は、無変調のまま空間光変調器３０を透過させる。したがって、空間光変調器３０の左半分を透過した光が信号光１となり、右半分を透過した光が参照光２となる。
【００４６】
ただし、入射平行光６のほぼ半分を空間光変調器のほぼ全面に入射させて、その透過光を信号光１とし、入射平行光６の空間光変調器を通過しない残り半分を参照光２としてもよい。
【００４７】
このようにデータ情報に応じて強度が２次元に変調された、空間光変調器３０のデータ表示領域を通過した光を、信号光１として、一方、強度が変調されていない、空間光変調器３０のオープン領域を通過した光を、参照光２として、それぞれフーリエ変換レンズ２３によってフーリエ変換して、ホログラム記録媒体５に同時に照射する。
【００４８】
これによって、ホログラム記録媒体５中で、データ情報によって変調された信号光１と、変調されていない参照光２とが干渉して、データ情報を保持する信号光１の画像エッジ部分がホログラムとして記録される。
【００４９】
以上のように、この発明の光記録方法ないし光記録装置によれば、特別な処理を必要としないで、信号光１の画像エッジ部分を強調してホログラム記録することができる。さらに、信号光１と参照光２は、それぞれフーリエ変換レンズ２３によってホログラム記録媒体５上に集光され、互いに干渉するため、信号光１と参照光２に独立な光路を必要とせず、光学系を簡単かつ小型に構成できるとともに、光学系のアライメント調整も不要になるという利点がある。
【００５０】
〔光読み取り方法および光読み取り装置の実施形態〕
図４は、この発明の光読み取り方法および光読み取り装置の一実施形態を示す。この実施形態の光読み取り装置は、図１の光記録装置に、フーリエ変換レンズ２４、およびＣＣＤなどの２次元の光検出器５０を付加したものである。ホログラム記録媒体５には、上述した方法によってデータ情報が記録されている。
【００５１】
光源１０としては、記録時のものと同じものを用いる。記録時と同様に、この光源１０から出射したレーザ光を、２つのレンズ２１，２２によって平行光６にして、空間光変調器３０に入射させる。空間光変調器３０としても、記録時のものと同じものを用いる。
【００５２】
そして、ホログラム読み出し時には、コンピュータ４０によって、図５に示すように、空間光変調器３０の記録時にデータ情報を表示した信号光領域３０ａを全て遮光し、参照光領域は全ての画素をオープンにして、入射光６中の、この参照光領域を透過した部分の光波を読み出し光（参照光）３とする。
【００５３】
ただし、図５は、記録時、図３に示したように、空間光変調器３０の左半分をデータ表示用に使用して強度変調された信号光１を得、右半分は参照光形成用に全ての画素をオープンにした場合である。記録時、入射光６のほぼ半分を空間光変調器のほぼ全面に入射させて、その透過光を信号光１とし、入射光６の空間光変調器を透過しない残り半分を参照光２とする場合には、読み出し時、空間光変調器の全ての画素を遮光すればよい。
【００５４】
このように、入射光６中の空間光変調器３０の参照光領域を透過した光、または空間光変調器を透過することなく、その片側を通過した光を、読み出し光３として、フーリエ変換レンズ２３によってフーリエ変換して、ホログラム記録媒体５に照射する。
【００５５】
これによって、ホログラム記録媒体５中で、データ情報によって変調された信号光１と、変調されていない読み出し光３とが干渉して、データ情報を保持する信号光１の画像エッジ部分が記録されているホログラムが読み出される。読み出された回折光４は、あたかも信号光１がホログラム記録媒体５を通過したような方向に回折される。
【００５６】
ホログラム記録媒体５中の信号光１はフーリエ変換レンズ２３によってフーリエ変換されているので、回折光４をフーリエ変換レンズ２４により逆フーリエ変換することによって、フーリエ変換レンズ２４の焦点面で、信号光１の画像エッジ部分が強調された再生像を観察することができる。この再生像を、ＣＣＤやフォトディテクタアレイなどの光検出器５０によって検出して、信号光１の画像エッジ部分が有するデータ情報を読み取る。
【００５７】
ただし、このとき、再生像は読み出し光３の隣りに現れるので、光検出器５０の位置を適切に調整し、または必要があればマスク２９によって読み出し光３を遮断する。
【００５８】
図６は、読み出された回折光４を示す。図３に示した信号光１の画像水平方向のエッジ部分が強調されている。これは、空間光変調器３０によって信号光１と参照光２を水平方向に分離しているためである。
【００５９】
以上のように、この発明の光読み取り方法ないし光読み取り装置によれば、特別な処理を必要としないで、信号光１の画像エッジ部分が強調された再生像を得ることができる。さらに、二値のデジタルデータを取り扱う場合には、以下に示すコード法によって、記録されたデータを高速かつ高ＳＮ比で読み出すことができる。
【００６０】
「１００１１０１１」というデータ内容の８ｂｉｔのデータ列を、例に示す。記録時、このデータ列は、空間光変調器３０によって、図７（Ａ）に示すように、水平方向に「暗明明明暗明明暗明」の順に強度変調された信号光１に変換される。ここで、隣接する画素が「暗明」または「明暗」であれば、データ「１」を表し、「暗暗」または「明明」であれば、データ「０」を表すように設定したものである。図７には、複数行のデータ列のうちの、一行分のみを示している。
【００６１】
この信号光１を上述した光記録装置でホログラム記録媒体５中に記録し、その再生像を上述した光読み取り装置で読み出すと、図７（Ｂ）に示すように、信号光１の画像エッジ部分が強調された回折光４が得られる。ただし、図７（Ｂ）は便宜上、得られた再生像を左右反転させて示している。この再生像のエッジ部分が、ちょうどデータ「１」に対応するので、回折光４から再生像のエッジ位置を読み取るだけで、「１００１１０１１」というデータ列を読み取ることができる。
【００６２】
したがって、このコード法によれば、図１２（Ｂ）に示して上述した微分コード法のように、再生像をシリアルな電気信号に変換してから、電気的にエッジを読み取るという処理を必要としない。そのため、高速転送が可能となる。さらに、再生像のエッジ部分によりデータを読み取るので、回折光４の強度斑などによるＳＮ比の劣化を大幅に防止することができる。
【００６３】
さらに、微分コード法では、２画素によって１ビットのデータを表示するので、記録密度が低下するが、上記のコード法では、１画素を１ビットのデータに対応させるので、微分コード法に比べて記録密度を２倍にすることができる。
【００６４】
データ情報に依存しないで信号光の全強度を一定に保つには、図８（Ａ）に示すように、本来の信号光の画素データ列１ａに対して、これとちょうどネガポジの関係になるような画素データ列１ｂを下段に追加し、その２列の画素データ列１ａ，１ｂをペアとして信号光１に用いる。ただし、図８には、複数行のペア・データ列のうちの、一行のみを示している。
【００６５】
このように、互いにネガポジの関係にあるデータ列１ａ，１ｂをペアにすることによって、データ情報に依存しないで信号光１の全強度を一定に保つことができる。さらに、信号光１の画像エッジ部分が強調された再生像は、図８（Ｂ）に示すように、２列のデータ列４ａ，４ｂが同じ空間強度分布を持つものとなる。したがって、これら２列のデータ列４ａ，４ｂを読み込み、比較することによって、ＳＮ比の向上と誤り検出が可能となる。ただし、図８（Ｂ）は便宜上、得られた再生像を左右反転させて示している。
【００６６】
〔実施例〕
上述した方法で、実際に記録再生を試みた。ホログラム記録媒体５としては、ホログラムを記録できるものであれば、どのようなものでもよいが、ここでは、フォトリフラクティブ効果を示す鉄ドープＬｉＮｂＯ₃を用いた。鉄のドープ量は０．０２ｍｏｌ％であり、結晶のｃ軸を入射光６に対してほぼ９０°の角度に配置した。
【００６７】
データ情報の記録には、図１に示した光記録装置を用いた。光源１０には、上述したアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを使用した。空間光変調器３０には、一画素の大きさが４２μｍ×４２μｍで６４０×４８０画素のプロジェクタ用液晶パネル１．３型を用いた。
【００６８】
図３に示した内容のデータ情報をコンピュータ４０で作成して、空間光変調器３０に入力した。これによって、上述した方法でホログラム記録媒体５中にホログラムを記録した。
【００６９】
図４に示した光読み取り装置によって、上記のように記録したホログラムからデータを読み出すことを試みた。光源１０には、記録時と同じアルゴンイオンレーザの発振線５１５ｎｍを用いた。空間光変調器３０は、コンピュータ４０によって、図５に示したように信号光領域３０ａを全て遮光し、参照光領域は全て光を透過させるように制御した。
【００７０】
図６は、このとき、ホログラムから得られて光検出器５０によって検出された回折光４を示し、信号光１の画像エッジ部分が強調されていることを確認した。
【００７１】
【発明の効果】
上述したように、この発明の光記録方法および光記録装置によれば、特別な処理を必要としないで、信号光の画像エッジ部分を強調してホログラム記録することができる。さらに、信号光と参照光にそれぞれ独立な光路を必要としないので、光学系を簡単かつ小型に構成できるとともに、光学系のアライメント調整も不要になる。
【００７２】
また、この発明の光読み取り方法および光読み取り装置によれば、特別な処理を必要としないで、信号光の画像エッジ部分が強調された再生像を得ることができる。さらに、二値のデジタルデータを取り扱う場合には、記録されたデータを高速かつ高ＳＮ比で読み出すことができる。
【００７３】
また、この発明の光記録方法および光読み取り方法は、角度多重記録、波長多重記録、位相コード多重記録、シフト多重記録などのホログラム多重記録への適用も可能で、高密度記録にも適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光記録方法および光記録装置の一例を示す図である。
【図２】この発明で用いる空間光変調器の一例を示す図である。
【図３】ホログラム記録時の信号光と参照光の一例を示す図である。
【図４】この発明の光読み取り方法および光読み取り装置の一例を示す図である。
【図５】読み出し時の読み出し光の一例を示す図である。
【図６】読み出し時の回折光の一例を示す図である。
【図７】記録時の信号光および読み出し時の回折光の一例を示す図である。
【図８】記録時の信号光および読み出し時の回折光の一例を示す図である。
【図９】フォトリフラクティブ効果を示す図である。
【図１０】ホログラムの記録再生方法を示す図である。
【図１１】フォトリフラクティブ材料のホログラム回折効率と格子間隔の関係を示す図である。
【図１２】従来のホログラム記録再生装置とコード法を示す図である。
【符号の説明】
１信号光
２参照光
３読み出し光
４回折光
５光記録媒体
１０光源
２３，２４フーリエ変換レンズ
３０空間光変調器
５０光検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for recording data information on an optical recording medium and reading it from the optical recording medium.
[0002]
[Prior art]
Rewritable optical disk devices such as phase change type and magneto-optical type are already widely used. These optical disk devices have a recording density that is one digit higher than that of a general magnetic disk device, but are still not sufficient for digital recording of image information. In order to increase the recording density, it is necessary to reduce the beam spot diameter to shorten the distance between adjacent tracks or adjacent bits.
[0003]
A DVD-ROM is put to practical use by the development of such a technique. DVD-ROM is capable of 4.7 GB data on a single side of a 12 cm diameter disk. The writable / erasable DVD-RAM is capable of high-density recording of 5.2 GB on both sides of a 12 cm diameter disk by a phase change method. This corresponds to 7 times or more of a read-only CD-ROM and 3600 or more floppy disks.
[0004]
As described above, the density of optical discs is increasing year by year. However, on the other hand, since the optical disc records data in a plane, the recording density is limited to the diffraction limit of light, and 5 Gbit / cm, which is said to be the physical limit of high-density recording. ² Is approaching. Therefore, in order to further increase the capacity, three-dimensional (volume type) recording including the depth direction is required.
[0005]
Examples of the material of the volume type optical recording medium include a photorefractive material. Since this material absorbs relatively weak light and causes a change in refractive index, information recording by a light-induced change in refractive index is possible. Therefore, it can be used for volume multiplex hologram recording capable of increasing the capacity.
[0006]
FIG. 12A shows SCIENCE, VOL. 265, p749 (1994), a digital hologram memory recording / reproducing method or optical system.
[0007]
In this method, LiNbO is applied to the hologram recording medium 5. _Three The laser light from the light source 10 is divided into two light waves by the beam splitter 25, and the laser light transmitted through the beam splitter 25 is converted into parallel light having a wide aperture by the lenses 21 and 22. Make it incident.
[0008]
The spatial light modulator 30 is controlled by a computer 40 to obtain signal light 1 having a two-dimensional intensity distribution as light that has passed through the spatial light modulator 30. The signal light 1 is Fourier transformed by the lens 23 and condensed on the hologram recording medium 5.
[0009]
On the other hand, the laser beam reflected by the beam splitter 25 is reflected by the

mirrors

26 and 27 to obtain the reference beam 2, and this reference beam 2 is incident on the hologram recording medium 5. Thus, the hologram is recorded in the hologram recording medium 5 by simultaneously irradiating the hologram recording medium 5 with the signal light 1 and the reference light 2.
[0010]
At the time of hologram reading, the hologram recording medium 5 is irradiated with only the reference light 2 obtained as described above as the reading light 3. As a result, the readout light 3 is diffracted onto the optical path of the signal light 1 as if the signal light 1 passed through the hologram recording medium 5. The diffracted light 4 is imaged on the camera 60 by the lens 24.
[0011]
In this method, the spatial light modulator 30 is used for data input, and the differential code method is used for displaying bit data. In the differential code method, as shown in FIG. 12B, two pixels are used as a pair, for example, data “0” is expressed as “dark” and data “1” is expressed as “bright”.
[0012]
If such a differential code method is used, the number of light and dark is always the same, so the amount of object light that has passed through the spatial light modulator 30 is also constant. Therefore, it is not necessary to adjust the intensity of the reference light 2 for each page. Further, the reproduction of holograms is likely to cause unevenness in the amount of light, and it is difficult to uniformly separate the black and white levels. However, according to the differential code method, it is only necessary to read the edge and is resistant to noise.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method described above has the following problems.
[0014]
Usually, in order to record a hologram, signal light having data information and reference light interfering with the signal light are required. Since these two light waves must interfere with each other in the hologram medium, the two light waves need to be generated separately from the same laser light source, and the optical path difference between these two light waves must be within the coherent distance of the laser. is there. However, in practice, it is conceivable to use a laser diode as the light source. However, since the coherence distance of the laser diode is very short, very high accuracy is required for alignment of the optical system.
[0015]
Further, it is necessary to cross the signal light and the reference light in the hologram medium. However, when recording a Fourier transform hologram obtained by condensing the signal light by the lens, the spot of the signal light becomes very small in the hologram medium. Therefore, it is very difficult to match the reference light to this.
[0016]
In addition, since the signal light and the reference light respectively pass through independent optical paths, there is a problem that the reproduced image deteriorates due to the influence of noise such as external light and an optical system. In addition, since the signal light and the reference light require independent optical paths, the system cannot be made compact.
[0017]
In the conventional method, the edge of data is read by the differential code method shown in FIG. However, since the differential code method displays 1-bit data by two pixels, the pixel utilization efficiency is as low as 0.5. Therefore, there is a problem that the data density that can be recorded on one page is lowered.
[0018]
Furthermore, in the differential code method, a hologram reproduction image is captured by a two-dimensional light receiving element such as a CCD and converted into a serial electric signal, and then the edge is electrically read and converted into bit data, which takes time. There is also a problem that the transfer speed decreases. That is, even if a plurality of pieces of bit information can be read in parallel from the hologram, electrical data processing is performed serially, and as a result, a high transfer rate cannot be achieved.
[0019]
Therefore, according to the present invention, in the method of recording data information as a hologram, the optical system is simple and small, alignment adjustment is unnecessary, high density recording is possible, and high speed transfer is possible during reproduction. It was made to become.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the optical recording method of the present invention,
From the light from the light source, by a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light, Signal light and reference light which occupy a partial cross-sectional area and a cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in parallel light of one light flux having an optical axis The signal light and the reference light are Fourier-transformed by a common imaging optical system and simultaneously irradiated onto the optical recording medium, and the image edge portion of the signal light is recorded in the optical recording medium as a hologram. To do.
[0021]
In the optical reading method of the present invention,
By a common light forming optical system including a spatial light modulator for signal light formation, Formed as signal light and reference light that occupy a partial cross-sectional area and another cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in the parallel light of one light flux having an optical axis, and The signal light and the reference light Fourier-transformed by a common imaging optical system are simultaneously irradiated, so that the hologram is transferred from the optical recording medium in which the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram. The diffracted light having the image edge portion of the signal light is obtained, and the data is read from the edge portion.
[0022]
[Action]
The optical recording medium used in the optical recording method of the present invention may be any medium as long as it can record a hologram, but a photorefractive material is particularly suitable. The photorefractive material is (1) a low laser beam power of about several mW, and Δn = 10 ^-6 -10 ^-2 (2) Since there is non-resonant sensitivity from the visible light wavelength range to the near infrared wavelength range, there is little loss due to light absorption, (3) there is a memory effect, For these reasons, it has attracted attention as a rewritable hologram memory material.
[0023]
In order to develop the photorefractive effect, first, it is necessary that a level due to impurities or defects exists. This is called PR center. The PR center is ionized by light and emits free carriers (electrons or holes). The free carriers move in the material due to diffusion or drift due to an electric field, and then recombine with the ionized PR center. As a result, the charges move. If the light to irradiate is spatially non-uniform, a space charge distribution and thus an electric field distribution is produced in the material. Here, as a second condition, if the photorefractive material has an electro-optic effect, a change in refractive index due to an internal electric field distribution occurs.
[0024]
As described above, the essential processes for producing the photorefractive effect are (1) generation of carriers by photoexcitation, (2) transport of carriers, (3) formation of a spatial electric field, and (4) electro-optic effect. The change in the refractive index due to.
[0025]
This process is shown in FIG. First, the photorefractive material is irradiated with two coherent light waves to form interference fringes I (x). In a place where the light intensity is high, electrons in the donor level are excited in the conduction band, move by diffusion or drift, and are captured in a place where the light intensity is low. Therefore, a positive charge remains in a place where the light intensity is strong, and a negative charge accumulates in a weak place, thereby forming a charge distribution ρ (x) and generating an electrostatic field E (x). Then, as a result of the electro-optic effect due to the electrostatic field E (x), a refractive index change Δn (x) is generated. The period of this refractive index change Δn (x) is the same as the period of the interference fringes I (x), and this refractive index grating acts as a hologram diffraction grating.
[0026]
FIG. 9 shows a case where charges move by diffusion, and it can be seen that the phase of the light distribution and the electric field distribution are 90 ° out of phase. When an external electric field is applied or there is a photovoltaic effect, this phase shift is not 90 °.
[0027]
Holography is divided into a stage for recording a hologram and a stage for reproducing. At the recording stage, as shown in FIG. 10A, signal light (Ep) 1 having information and reference light (Ef) 2 are simultaneously irradiated onto the hologram recording medium 5, and both of them are put into the hologram recording medium 5. Record the interference fringes. The transmittance T at this time is
T ~ (Ap + Af) (Ap ^* + Af ^* )
= | Ap | ² + | Af | ² + ApAf ^* + AfAp ^* ... (1)
It is represented by However, Ap and Af are complex amplitudes in the plane of z = 0 of the light waves Ep and Ef, respectively.
[0028]
In the reproduction stage, as shown in FIG. 10B, the hologram recording medium 5 is irradiated with the same readout light (Ef) 3 as the reference light (Ef) 2 at the time of recording. At this time, the electric field Ac of the light wave (Ec) 4 diffracted in the right direction of the hologram recording medium 5 is

Only the second term satisfies the Bragg condition. The second term is
Ac ~ | Af | ² Ap (3)
And has a phase factor exp [−i (kp) · r], and has the same wavefront as that of the signal light (Ep) 1 when z> 0.
[0029]
As a result of experimental research, the inventor irradiates the spatial light modulator with almost one entire surface of the spatial light modulator when the angle between the signal light and the reference light during recording is very small. When a part of the incident parallel light is modulated by the detector, the transmitted light of the modulated part is used as the signal light, and the transmitted light of the unmodulated part is used as the reference light, the recorded hologram is read out. It was found that diffracted light in which the edges (contours and boundaries) of the two-dimensional intensity distribution (image) of the signal light are enhanced is obtained.
[0030]
This can be explained as follows. When the angle formed by the two light waves is small and one or both of the light waves are collected by the lens, the interference fringes formed in the optical recording medium even though the interference area of the two light waves is small And a sufficient number of diffraction gratings are not recorded in a region where two light waves interfere. Therefore, recording sufficient for hologram diffraction is not performed where there is no change in the intensity distribution of the signal light.
[0031]
However, where there is a change in the intensity distribution of the signal light, that is, at the edge portion of the image, the angle between the signal light and the reference light increases due to the diffraction phenomenon of the light wave, and the interval between the interference fringes formed in the optical recording medium is large. Narrow. Therefore, a sufficient number of diffraction gratings are recorded in a region where two light waves interfere, and only the edge portion of the signal light is recorded as a hologram.
[0032]
If the angle between the signal light and the reference light is θ, the refractive index of the optical recording medium is n, and the wavelength of the two light waves is λ, the distance between the interference fringes by the two light waves, that is, the grating distance Λ of the diffraction grating is
Λ = λ / 2n · sin [(1/2) sin ^-1 {(1 / n) sinθ}] (4)
Given in.
[0033]
From this equation, the grating interval formed by the transmitted light component that is not diffracted by the non-edge portion of the signal light and the reference light can be estimated. For example, assuming that the refractive index is n = 1.5 and the wavelength λ = 500 nm, both the signal light of the point light source and the reference light separated by 2 cm in the direction perpendicular to the optical axis are formed with a lens having a focal length of 30 cm. In this case, the lattice spacing formed by the two light waves is calculated to be about 15 μm. If the interference area of two light waves is ˜100 μmφ, there are at most several diffraction gratings formed in the area, which is not sufficient for obtaining strong diffracted light. For this reason, it is considered that hologram recording is not sufficiently performed in a region other than the edge of the signal light.
[0034]
Furthermore, the use of a photorefractive material as the optical recording medium can enhance the above-described contour enhancement effect. FIG. 11 shows the lattice spacing dependence of the hologram diffraction efficiency, the most common photorefractive material. Although there are some differences depending on the material, the diffraction efficiency is high when the grating interval is several μm, and the diffraction efficiency is low when the grating interval is more than that. This is because the strength of the internal electric field formed in the photorefractive medium depends on the lattice spacing.
[0035]
Therefore, where there is no change in the intensity distribution of the signal light, the angle between the signal light and the reference light is small and the grating spacing remains wide, so the hologram diffracted light intensity is low. On the other hand, where there is a change in the intensity distribution of the signal light, that is, in the edge portion of the image, the incident angle changes due to diffraction at the edge portion, so that the grating interval becomes narrow and the hologram diffracted light intensity increases. For this reason, hologram diffracted light in which the edge portion of the signal light is emphasized is obtained.
[0036]
Focusing on this point, as described above, in the optical recording method of the present invention, from the light from the light source, by the common light forming optical system including the spatial light modulator for forming signal light, Signal light and reference light which occupy a partial cross-sectional area and a cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in parallel light of one light flux having an optical axis The signal light and the reference light are Fourier-transformed by a common imaging optical system and simultaneously irradiated onto the optical recording medium, and the image edge portion of the signal light is recorded in the optical recording medium as a hologram. To do.
[0037]
Therefore, according to the optical recording method of the present invention, hologram recording can be performed by emphasizing the image edge portion of the signal light without requiring special processing.
[0038]
Further, paying attention to the above points, as described above, in the light reading method of the present invention, a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light is used. Formed as signal light and reference light that occupy a partial cross-sectional area and another cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in the parallel light of one light flux having an optical axis, and The signal light and the reference light Fourier-transformed by a common imaging optical system are simultaneously irradiated, so that the hologram is transferred from the optical recording medium in which the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram. The diffracted light having the image edge portion of the signal light is obtained, and the data is read from the edge portion.
[0039]
Therefore, according to the optical reading method of the present invention, it is possible to obtain a reproduced image in which the image edge portion of the signal light is emphasized without requiring special processing.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiments of optical recording method and optical recording apparatus]
FIG. 1 shows an embodiment of an optical recording method and an optical recording apparatus of the present invention. The light source 10 only needs to emit coherent light having a wavelength sensitive to the hologram recording medium 5. The example in the figure is a case where an oscillation line of 515 nm of an argon ion laser is used.
[0041]
The laser light emitted from the light source 10 is converted into parallel light 6 by the two

lenses

21 and 22 and is incident on the spatial light modulator 30. As the spatial light modulator 30, a voltage addressed liquid crystal panel, an electro-optic crystal with a matrix electrode, or the like can be used.
[0042]
In this example, a liquid crystal spatial light modulator as shown in FIG. 2 is used as the spatial light modulator 30. In the liquid crystal spatial light modulator, a liquid crystal layer 31 is sandwiched between transparent electrodes 32 and 33, and

polarizing plates

34 and 35 crossing each other are arranged on the outside thereof, and can modulate the amplitude or intensity of incident light. .
[0043]
The data information to be recorded on the hologram is encoded by the computer 40 into two-dimensional digital data, or is output as analog two-dimensional image information from the computer 40 to the spatial light modulator 30, and is stored on the spatial light modulator 30. The intensity of the parallel light 6 incident on the spatial light modulator 30 is two-dimensionally modulated according to the data information to be recorded.
[0044]
An example of the display of data information on the spatial light modulator 30 is shown in FIG. The figure shows a wavefront after passing through the spatial light modulator 30 when almost all of the incident parallel light 6 is irradiated on almost the entire surface of the spatial light modulator 30.
[0045]
In this case, the left half of the spatial light modulator 30 is used for data display, and the intensity of the portion incident on the left half of the spatial light modulator 30 in the incident parallel light 6 is modulated. The right half makes all the pixels open, and the portion of the incident parallel light 6 that enters the right half of the spatial light modulator 30 transmits the spatial light modulator 30 without being modulated. Therefore, the light transmitted through the left half of the spatial light modulator 30 becomes the signal light 1, and the light transmitted through the right half becomes the reference light 2.
[0046]
However, approximately half of the incident parallel light 6 is incident on almost the entire surface of the spatial light modulator, the transmitted light is used as signal light 1, and the remaining half of the incident parallel light 6 that does not pass through the spatial light modulator is used as reference light 2. Also good.
[0047]
As described above, the light having passed through the data display area of the spatial light modulator 30 whose intensity is two-dimensionally modulated in accordance with the data information is used as the signal light 1, while the spatial light modulator whose intensity is not modulated. The light that has passed through the 30 open regions is Fourier-transformed by the Fourier transform lens 23 as the reference light 2, and simultaneously irradiated onto the hologram recording medium 5.
[0048]
As a result, the signal light 1 modulated by the data information and the reference light 2 not modulated interfere in the hologram recording medium 5, and the image edge portion of the signal light 1 holding the data information is recorded as a hologram. Is done.
[0049]
As described above, according to the optical recording method or optical recording apparatus of the present invention, hologram recording can be performed with the image edge portion of the signal light 1 being emphasized without requiring special processing. Further, since the signal light 1 and the reference light 2 are condensed on the hologram recording medium 5 by the Fourier transform lens 23 and interfere with each other, an independent optical path is not required for the signal light 1 and the reference light 2, and the optical system Can be easily and compactly configured, and there is an advantage that alignment adjustment of the optical system becomes unnecessary.
[0050]
[Embodiments of Optical Reading Method and Optical Reading Apparatus]
FIG. 4 shows an embodiment of the optical reading method and the optical reading apparatus of the present invention. The optical reading apparatus of this embodiment is obtained by adding a Fourier transform lens 24 and a two-dimensional photodetector 50 such as a CCD to the optical recording apparatus of FIG. Data information is recorded on the hologram recording medium 5 by the method described above.
[0051]
As the light source 10, the same light source as that used during recording is used. Similarly to the recording, the laser light emitted from the light source 10 is made into parallel light 6 by the two

lenses

21 and 22 and is incident on the spatial light modulator 30. The spatial light modulator 30 is the same as that used during recording.
[0052]
At the time of hologram reading, as shown in FIG. 5, the computer 40 shields all signal light areas 30a displaying data information during recording by the spatial light modulator 30, and the reference light area opens all pixels. A portion of the incident light 6 that has passed through the reference light region is referred to as readout light (reference light) 3.
[0053]
However, in FIG. 5, during recording, as shown in FIG. 3, the left half of the spatial light modulator 30 is used for data display to obtain intensity-modulated signal light 1, and the right half is for reference light formation. This is a case where all the pixels are opened. At the time of recording, almost half of the incident light 6 is incident on almost the entire surface of the spatial light modulator, the transmitted light is used as signal light 1, and the remaining half of the incident light 6 that does not pass through the spatial light modulator is used as reference light 2. In this case, all pixels of the spatial light modulator may be shielded from light at the time of reading.
[0054]
In this way, the light that has passed through the reference light region of the spatial light modulator 30 in the incident light 6 or the light that has passed through one side of the incident light 6 without passing through the spatial light modulator is used as the readout light 3 and the Fourier transform lens. The hologram recording medium 5 is irradiated with the Fourier transform 23.
[0055]
As a result, in the hologram recording medium 5, the signal light 1 modulated by the data information interferes with the unmodulated readout light 3, and the image edge portion of the signal light 1 holding the data information is recorded. The hologram is read out. The read diffracted light 4 is diffracted in a direction as if the signal light 1 passed through the hologram recording medium 5.
[0056]
Since the signal light 1 in the hologram recording medium 5 is Fourier-transformed by the Fourier transform lens 23, the signal light 1 is generated on the focal plane of the Fourier transform lens 24 by performing inverse Fourier transform on the diffracted light 4 by the Fourier transform lens 24. It is possible to observe a reconstructed image in which the image edge portion is emphasized. The reproduced image is detected by a photodetector 50 such as a CCD or a photodetector array, and data information included in the image edge portion of the signal light 1 is read.
[0057]
However, at this time, since the reproduced image appears next to the readout light 3, the position of the photodetector 50 is appropriately adjusted, or the readout light 3 is blocked by the mask 29 if necessary.
[0058]
FIG. 6 shows the read diffracted light 4. The edge portion of the signal light 1 shown in FIG. 3 in the image horizontal direction is emphasized. This is because the signal light 1 and the reference light 2 are separated in the horizontal direction by the spatial light modulator 30.
[0059]
As described above, according to the optical reading method or optical reading apparatus of the present invention, a reproduced image in which the image edge portion of the signal light 1 is emphasized can be obtained without requiring special processing. Furthermore, when handling binary digital data, the recorded data can be read out at high speed and with a high S / N ratio by the following coding method.
[0060]
An 8-bit data string with data content “10011011” is shown as an example. At the time of recording, this data string is converted into signal light 1 whose intensity is modulated in the order of “dark, bright, dark, bright, dark” in the horizontal direction by the spatial light modulator 30, as shown in FIG. Here, if the adjacent pixel is “dark” or “bright”, it represents data “1”, and if it is “dark” or “bright”, it is set to represent data “0”. . FIG. 7 shows only one row of a plurality of rows of data columns.
[0061]
When the signal light 1 is recorded in the hologram recording medium 5 by the optical recording device described above and the reproduced image is read by the optical reading device described above, as shown in FIG. The diffracted light 4 in which is emphasized is obtained. However, FIG. 7B shows the reproduced image obtained by reversing the left and right for convenience. Since the edge portion of this reproduced image corresponds exactly to the data “1”, the data string “10011011” can be read simply by reading the edge position of the reproduced image from the diffracted light 4.
[0062]
Therefore, according to this coding method, like the differential coding method shown in FIG. 12B and described above, it is necessary to convert the reproduced image into a serial electric signal and then electrically read the edge. do not do. Therefore, high speed transfer is possible. Furthermore, since the data is read from the edge portion of the reproduced image, it is possible to greatly prevent the SN ratio from being deteriorated due to the intensity variation of the diffracted light 4.
[0063]
Furthermore, in the differential code method, since 1-bit data is displayed by 2 pixels, the recording density is lowered. However, in the above-described code method, since 1 pixel corresponds to 1-bit data, compared with the differential code method. The recording density can be doubled.
[0064]
In order to keep the total intensity of the signal light constant without depending on the data information, as shown in FIG. 8A, the pixel data string 1a of the original signal light has a negative / positive relationship. A pixel data string 1b is added to the lower stage, and the two pixel data strings 1a and 1b are used as a pair for the signal light 1. However, FIG. 8 shows only one row of a plurality of pairs of data strings.
[0065]
Thus, by making the data strings 1a and 1b in a negative / positive relationship with each other as a pair, the total intensity of the signal light 1 can be kept constant without depending on the data information. Further, in the reproduced image in which the image edge portion of the signal light 1 is emphasized, the two data strings 4a and 4b have the same spatial intensity distribution as shown in FIG. 8B. Therefore, by reading and comparing these two data strings 4a and 4b, it is possible to improve the SN ratio and detect errors. However, FIG. 8B shows the obtained reproduced image reversed right and left for convenience.
[0066]
〔Example〕
Actual recording / reproduction was attempted by the method described above. The hologram recording medium 5 may be any material as long as it can record a hologram. Here, the iron-doped LiNbO exhibiting a photorefractive effect is used. _Three Was used. The amount of iron doped was 0.02 mol%, and the c-axis of the crystal was arranged at an angle of approximately 90 ° with respect to the incident light 6.
[0067]
For recording data information, the optical recording apparatus shown in FIG. 1 was used. As the light source 10, the above-described argon ion laser oscillation line of 515 nm was used. As the spatial light modulator 30, a projector liquid crystal panel type 1.3 having a size of one pixel of 42 μm × 42 μm and 640 × 480 pixels was used.
[0068]
Data information having the contents shown in FIG. 3 was created by the computer 40 and input to the spatial light modulator 30. Thus, a hologram was recorded in the hologram recording medium 5 by the method described above.
[0069]
An attempt was made to read data from the hologram recorded as described above by the optical reading device shown in FIG. As the light source 10, the same argon ion laser oscillation line 515 nm as that used during recording was used. The spatial light modulator 30 was controlled by the computer 40 so that the entire signal light region 30a was shielded as shown in FIG. 5 and all the reference light region was allowed to transmit light.
[0070]
FIG. 6 shows the diffracted light 4 obtained from the hologram and detected by the photodetector 50 at this time, and confirmed that the image edge portion of the signal light 1 is emphasized.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical recording method and the optical recording apparatus of the present invention, hologram recording can be performed with emphasis on the image edge portion of the signal light without requiring special processing. In addition, since there is no need for independent optical paths for the signal light and the reference light, the optical system can be configured simply and compactly, and alignment adjustment of the optical system is not required.
[0072]
Further, according to the optical reading method and the optical reading apparatus of the present invention, it is possible to obtain a reproduced image in which the image edge portion of the signal light is emphasized without requiring special processing. Furthermore, when binary digital data is handled, the recorded data can be read at a high speed and a high SN ratio.
[0073]
The optical recording method and optical reading method of the present invention can be applied to hologram multiplex recording such as angle multiplex recording, wavelength multiplex recording, phase code multiplex recording, shift multiplex recording, and the like, and is also suitable for high density recording.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an optical recording method and an optical recording apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a spatial light modulator used in the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of signal light and reference light during hologram recording.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an optical reading method and an optical reading apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of readout light during readout.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of diffracted light at the time of reading.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of signal light at the time of recording and diffracted light at the time of reading.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of signal light during recording and diffracted light during reading.
FIG. 9 is a diagram showing a photorefractive effect.
FIG. 10 is a diagram illustrating a hologram recording / reproducing method.
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the hologram diffraction efficiency of a photorefractive material and the grating spacing.
FIG. 12 is a diagram showing a conventional hologram recording / reproducing apparatus and a code method.
[Explanation of symbols]
1 signal light
2 Reference light
3 Reading light
4 Diffracted light
5 Optical recording media
10 Light source
23, 24 Fourier transform lens
30 Spatial light modulator
50 photodetectors

Claims

A portion adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in the parallel light of one light flux having an optical axis from a light from a light source by a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light The signal light and the reference light occupying the cross-sectional area and the other cross-sectional area are formed, the signal light and the reference light are Fourier-transformed by a common imaging optical system, and simultaneously irradiated onto the optical recording medium, and the optical recording is performed. An optical recording method for recording an image edge portion of the signal light as a hologram in a medium.

Light from the light source is transmitted through a collimator lens to be converted into a single beam of parallel light having an optical axis, and the entire cross-sectional area of the parallel light or a partial cross-sectional area in the parallel light is formed as signal light A signal light and a reference light that occupy a partial cross-sectional area and a cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in the parallel light and pass through the spatial light modulator, and the signal light And an optical recording method in which the reference light is Fourier-transformed by a common imaging optical system and simultaneously irradiated onto the optical recording medium, and the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram in the optical recording medium.

The optical recording method according to claim 1 or 2,
The signal light is obtained by modulating the partial cross-sectional area in the parallel light with a partial area of the spatial light modulator, and the reference light transmits the other cross-sectional area in the parallel light in the spatial light. An optical recording method, wherein the other partial area of the modulator is transmitted.

The optical recording method according to claim 1 or 2,
The signal light is obtained by modulating the partial cross-sectional area in the parallel light with the spatial light modulator, and the reference light has the other cross-sectional area in the parallel light in the vicinity of the spatial light modulator. An optical recording method characterized by passing through an area.

In the optical recording method according to any one of claims 1 to 4,
An optical recording method, wherein the signal light is an image coded in binary according to light intensity.

The optical recording method according to claim 5.
An optical recording method characterized in that data information is given to an edge portion of an image encoded into the binary value.

A light source that emits coherent light;
A partial cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis in the parallel light of one light beam having an optical axis from the light from the light source, and a cross-section of the other part , including a spatial light modulator for forming signal light A light forming optical system for forming signal light and reference light occupying a region ;
An imaging optical system common to the signal light and the reference light, wherein the signal light and the reference light are respectively Fourier transformed and simultaneously irradiated onto the optical recording medium;
An optical recording apparatus comprising:

A light source that emits coherent light;
A collimating lens that converts the light from this light source into a single beam of parallel light having an optical axis ;
Including a spatial light modulator for forming signal light, and passing the entire cross-sectional area of the parallel light, or a partial cross-sectional area in the parallel light , through the spatial light modulator, thereby A light-forming optical system that forms signal light and reference light that occupy a partial cross-sectional area and a cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis ; and
An imaging optical system common to the signal light and the reference light, wherein the signal light and the reference light are respectively Fourier transformed and simultaneously irradiated onto the optical recording medium;
An optical recording apparatus comprising:

The optical recording apparatus according to claim 7 or 8,
The signal light is obtained by modulating the partial cross-sectional area in the parallel light with a partial area of the spatial light modulator, and the reference light transmits the other cross-sectional area in the parallel light in the spatial light. An optical recording apparatus, wherein the other partial area of the modulator is transmitted.

The optical recording apparatus according to claim 7 or 8,
The signal light is obtained by modulating the partial cross-sectional area in the parallel light with the spatial light modulator, and the reference light has the other cross-sectional area in the parallel light in the vicinity of the spatial light modulator. An optical recording apparatus characterized by passing through an area.

The optical recording apparatus according to any one of claims 7 to 10,
An optical recording apparatus characterized in that the signal light is an image coded in binary according to light intensity.

The optical recording apparatus according to claim 11.
An optical recording apparatus characterized in that data information is given to an edge portion of an image encoded in binary.

The optical recording apparatus according to any one of claims 7 to 12,
An optical recording apparatus, wherein the spatial light modulator is a liquid crystal spatial light modulator.

A partial cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis and a cross-section of the other part in parallel light of one light beam having an optical axis by a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light By simultaneously irradiating the signal light and the reference light, which are formed as the signal light and the reference light occupying the area, and Fourier-transformed by the common imaging optical system, the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram. An optical reading method in which the hologram is read from the optical recording medium by reading light having the same wavefront as the reference light, diffracted light having an image edge portion of the signal light is obtained, and data is read from the edge portion.

The optical reading method according to claim 14.
An optical reading method characterized by subjecting the readout light to Fourier transform and irradiating the hologram.

The optical reading method according to claim 14 or 15,
An optical reading method comprising: Fourier transforming the diffracted light to read the data.

A partial cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis and a cross-section of the other part in parallel light of one light beam having an optical axis by a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light By simultaneously irradiating the signal light and the reference light, which are formed as the signal light and the reference light occupying the area, and Fourier-transformed by the common imaging optical system, the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram. Read optical system that reads the hologram recorded on the optical recording medium by irradiating the optical recording medium with the reading light having the same wavefront as the reference light,
A photodetector that detects the wavefront of the diffracted light from the hologram and reads data information;
An optical reader comprising:

The optical reader of claim 17,
A collimating lens that converts the light from the light source into a single beam of parallel light having an optical axis, and a spatial light modulator provided on the optical path of the parallel light;
A partial area of the spatial light modulator is shielded , a partial cross-sectional area in the parallel light is irradiated to the shielded partial area of the spatial light modulator, and the readout light is emitted from the parallel light The other cross-sectional area adjacent to the partial cross-sectional area in one direction perpendicular to the optical axis is transmitted through the other non-shielded partial area of the spatial light modulator. A characteristic optical reader.

The optical reader according to claim 17 or 18,
An optical reading apparatus that irradiates the hologram with Fourier transform of the reading light.

In the optical reading device in any one of Claims 17-19,
An optical reading device, wherein the diffracted light is subjected to Fourier transform and is incident on the photodetector.

A partial cross-sectional area adjacent to one direction perpendicular to the optical axis and a cross-section of the other part in parallel light of one light beam having an optical axis by a common light forming optical system including a spatial light modulator for forming signal light By simultaneously irradiating the signal light and the reference light, which are formed as the signal light and the reference light occupying the area, and Fourier-transformed by the common imaging optical system, the image edge portion of the signal light is recorded as a hologram. Optical recording media.