JP3812626B2

JP3812626B2 - 光読み取り方法および光読み取り装置

Info

Publication number: JP3812626B2
Application number: JP29986499A
Authority: JP
Inventors: 岳洋新津; 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: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001126266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光記録媒体に記録されているホログラムから物体光を再生し、相関像を検出する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムは、一般に、画像情報を有する物体光と参照光とを光記録媒体に同時に照射して光記録媒体中で重ね合わせたときに形成される干渉縞が光記録媒体に書き込まれることによって、記録される。このように記録されたホログラムに参照光（読み出し光）を照射すると、干渉縞による回折によって物体光の画像を再生することができる。また、光記録媒体の厚みが物体光および参照光の波長に比べて十分大きければ、光記録媒体の同一体積内に多重させて複数のホログラムを記録することができる。
【０００３】
ホログラムメモリは、このような３次元的記録領域に由来する大容量性と２次元一括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えていることから、次世代のコンピュータファイルメモリなどとして注目されている。
【０００４】
ホログラムメモリでは、同一体積内に多重させて複数のデータページを記録することができるとともに、各ページごとにデータを一括して記録し、再生することができる。２値のデジタルデータ「０，１」を「明、暗」としてデジタル画像化し、ホログラムとして記録再生することによって、デジタルデータの記録再生も可能となる。
【０００５】
最近では、このデジタルホログラムメモリシステムの具体的な光学系や、体積多重記録方式に基づくＳＮ比やビット誤り率の評価、または２次元符号化についての提案がなされ、光学系の収差の影響など、より光学的な観点からの研究も進展している。
【０００６】
一方、ホログラムメモリでは、参照光を照射して物体光を再生するだけでなく、その逆も可能である。すなわち、記録されたホログラムを記録時の物体光と同じ物体光で照射すると、記録時の参照光に近い平行光が再生される。この再生された平行光は、凸レンズによってフーリエ変換して、レンズ焦点面に小さな一つの点として集光させることができる。その集光点のレンズ焦点面上における位置は、平行光の角度、すなわち再生用に照射した物体光の位置によって決まり、集光点の明るさは、ホログラムとして記録された画像と再生用に入力した画像との類似度で決まる。
【０００７】
このように画像の類似度を判別し、画像の位置を見つけ出す処理は、マッチトフィルタリングと呼ばれる。マッチトフィルタリングは、入力画像と記録された画像との相関演算を行うことによって実行でき、ホログラフィの複素振幅記録特性をフィルタとして利用するものである。したがって、検出したい画像でホログラムを読み出して、相関値の高い画像の有無を検出し、位置を見つけることによって、画像を検索することができる。しかも、この検索は、ページごとに一括して行うことができるので、高速化が可能である。
【０００８】
マッチトフィルタリングについては、文献「Ｔ．Ｔａｋｅｄａｅｔａｌ．，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｍｅｔｈｙｌ−ｏｒａｎｇｅ−ｄｏｐｅｄｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌｆｉｌｍｏｎｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｅｍａｔｃｈｅｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ＯＰＴＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷｖｏｌ．４，Ｎｏ．４（１９９７）４９０−４９５」などに詳細に示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のホログラムメモリでは、参照光の照射による物体光の再生（記録された画像の再生）と、物体光の照射による相関像の検出（記録された画像と入力画像との相関演算）は、交互にしか行うことができず、両者を同時に行うことができない。
【００１０】
物体光再生のために参照光を照射したときには、物体光の光路上に再生像の回折光が得られ、逆に相関像検出のために物体光を照射したときには、参照光の光路上に相関像の回折光が得られるが、回折光は光記録媒体の回折効率によって回折光量が決まり、照射光の多くは回折しないで、そのまま光記録媒体を透過する。
【００１１】
そのため、参照光と物体光を同時に照射すると、物体光の光路上では、再生像の回折光と、照射した物体光の光記録媒体を透過した光とが重なり合って、再生像の回折光のみを分離して読み取ることができないとともに、参照光の光路上では、相関像の回折光と、照射した参照光の光記録媒体を透過した光とが重なり合って、相関像の回折光のみを分離して読み取ることができない。そのため、従来のホログラムメモリでは、物体光の再生と相関像の検出を別々に行わざるを得なかった。
【００１２】
近年、インターネットやイントラネットの普及、情報のマルチメディア化などによって、動画を含む画像や音声が普通の電子情報としてやりとりされ、取り扱われるデータの量および大きさも爆発的に増大している。動画データや音声データは一つの情報サイズが極めて大きいため、これをネットワーク上で連続的に再生するためのストリーミング技術なども提案されている。
【００１３】
しかしながら、従来のホログラムメモリでは、物体光の再生と相関像の検出を同時に行うことができないため、媒体上のデータの連続性を確認するために検索を行いながら再生を行う場合には、検索と再生を交互に行わなければならず、動画データや音声データを再生する場合、データを間欠的に再生せざるを得ず、連続して再生することができない。
【００１４】
これを解決するために、大容量のキャッシュメモリやバッファメモリを用意して、データの切れ目を補完する方法も考えられているが、それだけ余分なコストが必要となる。
【００１５】
したがって、動画データや音声データなどを連続して再生できるように、検索と再生、すなわち相関像の検出と物体光の再生を同時に行うことができることが必要不可欠である。
【００１６】
そこで、この発明は、ホログラムメモリにおいて、物体光の照射による相関像の検出と、参照光の照射による物体光の再生を、同時に行うことができるようにしたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明の光読み取り方法では、
互いに偏光方向が直交する物体光および参照光によってホログラムが記録されている光記録媒体に、前記物体光の偏光方向または前記参照光の偏光方向のいずれか一方と同じ偏光方向の参照光および物体光を、それぞれ読み出し光として照射して、前記光記録媒体から、それぞれ前記読み出し光と直交する偏光方向の再生像回折光および相関像回折光を得る。
【００１８】
【作用】
光誘起複屈折性（光誘起異方性、光誘起２色性）を示す材料は、これに入射する光の偏光状態に感応し、入射光の偏光方向を記録することができる。例えば、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶、または光異性化する分子を分散させた高分子は、直線偏光を照射すると、光異性化が誘起されて、直線偏光の方向に応じて屈折率の異方性を生じ、偏光方向を記録し、保存することができる。このとき、同時に参照光を照射すれば、物体光の偏光方向をホログラムとして記録することができる。
【００１９】
通常のホログラムは、物体光と参照光の偏光方向を同一（平行）にして、記録する。これに対して、上記の光誘起複屈折性を示す材料は、物体光と参照光の偏光方向を直交させて、ホログラムを記録することができ、かつ、その記録されたホログラムに、参照光を読み出し光として照射することによって、物体光を、その偏光方向が保存された、読み出し光としての参照光の偏光方向と直交する偏光方向の回折光として再生することができる。
【００２０】
すなわち、Ｐ偏光（ある方向の偏光）の物体光を、Ｓ偏光（Ｐ偏光に対して直交する偏光）の参照光によって、ホログラムとして記録することができ、その記録されたＰ偏光の物体光は、Ｓ偏光の参照光（読み出し光）によって、Ｐ偏光の回折光として再生することができるとともに、Ｐ偏光の参照光（読み出し光）によって、Ｓ偏光の回折光として再生することができる。
【００２１】
また、記録されたホログラムに読み出し光として物体光を照射すると、参照光の光路上に、ホログラムに記録された物体光と読み出し光としての物体光との相関像を示す、読み出し光としての物体光の偏光方向と直交する偏光方向の回折光を読み出すことができる。
【００２２】
すなわち、Ｐ偏光の物体光とＳ偏光の参照光によって記録されたホログラムにＰ偏光の物体光を照射すると、ホログラムに記録された物体光と読み出し光としての物体光との相関像を示す回折光を、Ｓ偏光の回折光として読み出すことができるとともに、同じホログラムにＳ偏光の物体光を照射すると、同じ相関像を示す回折光を、Ｐ偏光の回折光として読み出すことができる。
【００２３】
これを利用して、この発明の光読み取り方法では、ホログラム記録時、互いに偏光方向が直交する物体光および参照光によってホログラムを記録することを前提に、このようにホログラムが記録されている光記録媒体に、記録時の物体光の偏光方向または参照光の偏光方向のいずれか一方と同じ偏光方向の参照光および物体光を、それぞれ読み出し光として照射する。
【００２４】
すなわち、Ｐ偏光の物体光とＳ偏光の参照光によってホログラムが記録されている光記録媒体に、それぞれＰ偏光の参照光および物体光を照射し、またはそれぞれＳ偏光の参照光および物体光を照射する。
【００２５】
これによって、物体光の光路上には、ホログラムに記録された物体光の再生像としての回折光と、読み出し光としての物体光の光記録媒体を透過した光とが、重なり合って得られるとともに、参照光の光路上には、ホログラムに記録された物体光と読み出し光としての物体光との相関像としての回折光と、読み出し光としての参照光の光記録媒体を透過した光とが、重なり合って得られる。
【００２６】
しかし、この場合、物体光の光路上に得られる、再生像回折光と、読み出し光としての物体光の光記録媒体を透過した光とは、互いに偏光方向が直交するとともに、参照光の光路上に得られる、相関像回折光と、読み出し光としての参照光の光記録媒体を透過した光とは、互いに偏光方向が直交する。
【００２７】
したがって、物体光の光路上では、偏光素子によって再生像回折光のみを分離して取り出すことができるとともに、参照光の光路上では、偏光素子によって相関像回折光のみを分離して取り出すことができる。
【００２８】
したがって、その分離して取り出した再生像回折光および相関像回折光を、それぞれ光検出器上に結像させることによって、物体光の再生と相関像の検出を同時に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
〔ホログラム記録、物体光再生、相関像検出〕
（ホログラム記録）
この発明の前提とするホログラム記録方法では、物体光と参照光の偏光方向を直交させて、入射光の偏光方向を記録できる光記録媒体中にホログラムを記録する。
【００３０】
具体的に示すと、図１（Ａ）に示すように、紙面に平行な偏光の平行光１を空間光変調器２７に入射させ、空間光変調器２７に記録画像を表示して、空間光変調器２７を透過した光として、紙面に平行な偏光の物体光２Ａを得、この物体光２Ａをレンズ２９によってフーリエ変換し、その変換後の紙面に平行な偏光の物体光３Ａを、光記録媒体１０に照射すると同時に、紙面に垂直な偏光の平面波の参照光５を、光記録媒体１０の物体光３Ａが照射される領域に照射する。あるいは逆に、図１（Ｂ）に示すように、平行光１および物体光２Ａ，３Ａを紙面に垂直な偏光とし、参照光５を紙面に平行な偏光とする。
【００３１】
図１のホログラム記録方法において、簡単のため、物体光の波数ベクトルｋは参照光の波数を基準にするとして、フーリエ変換前の物体光２ＡをＯｅｘｐ（−ｉｋｒ）、フーリエ変換後の物体光３Ａをｏｅｘｐ（−ｉｋ’ｒ）、参照光５をＲ（＝Ｒ^＊）とすると、光記録媒体１０中に記録されるホログラムＴは、次式で与えられる。ただし、式（１）以下の式では、便宜上、α（アルファ）を「比例」を意味する記号として用いる。
【００３２】

【００３３】
フォトリフラクティブ材料やフォトポリマー材料などのホログラム媒体は、物体光と参照光の干渉縞をホログラムとして記録するので、物体光と参照光の偏光方向は同一（平行）でなければならず、物体光と参照光の偏光方向が直交する場合には、光強度一定で干渉縞は形成されず、式（１）の第３項および第４項はゼロとなる。
【００３４】
しかし、物体光と参照光の偏光方向を直交させると、図２に示すように、光記録媒体１０中に、直線偏光９ａと楕円偏光９ｂが交互に周期的に現れる空間偏光分布が形成され、光記録媒体１０が入射光の偏光方向を記録できるものであるときには、その空間偏光分布がホログラムとして記録され、式（１）の第３項および第４項は値を持つようになる。
【００３５】
さらに、このように互いに偏光方向が直交する物体光３Ａおよび参照光５によって記録されたホログラムでは、読み出し光の偏光方向と直交する偏光方向の回折光が得られるので、式（１）は、読み出し光の偏光方向を９０°回転させるようなテンソルχを用いて、次式のように書き表せるとする。
【００３６】

【００３７】
（物体光再生）
このように互いに偏光方向が直交する物体光３Ａおよび参照光５によってホログラムが記録された光記録媒体１０から物体光を再生するには、光記録媒体１０のホログラムが記録されている領域に、図３（Ａ）に示すように紙面に垂直な偏光の参照光５を、または図３（Ｂ）に示すように紙面に平行な偏光の参照光５を、読み出し光として照射する。
【００３８】
図３（Ａ）のように紙面に垂直な偏光の参照光５を照射したときには、図１（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ａと紙面に垂直な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であると、図１（Ｂ）のように紙面に垂直な偏光の物体光３Ａと紙面に平行な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であるとを問わず、図３（Ａ）に示すように、物体光の光路上に、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）の再生像が、紙面に平行な偏光の回折光６Ａとして読み出されるとともに、参照光の光路上に、読み出し光としての参照光５の光記録媒体１０を透過した光５ａが得られる。
【００３９】
したがって、回折光６Ａをレンズ４１によって逆フーリエ変換し、その変換後の回折光７Ａを光検出器４３上に結像させることによって、物体光を再生することができる。
【００４０】
図３（Ｂ）のように紙面に平行な偏光の参照光５を照射したときには、図１（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ａと紙面に垂直な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であると、図１（Ｂ）のように紙面に垂直な偏光の物体光３Ａと紙面に平行な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であるとを問わず、図３（Ｂ）に示すように、物体光の光路上に、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）の再生像が、紙面に垂直な偏光の回折光６Ａとして読み出されるとともに、参照光の光路上に、読み出し光としての参照光５の光記録媒体１０を透過した光５ａが得られる。
【００４１】
したがって、図３（Ａ）のように紙面に垂直な偏光の参照光５を照射したときと同様に、物体光を再生することができる。
【００４２】
以上を式によって考察すると、上記のように互いに偏光方向が直交する物体光ｏｅｘｐ（−ｉｋ’ｒ）および参照光Ｒ（＝Ｒ^＊）によって記録されたホログラムＴに、偏光方向は別として記録時と同じ参照光Ｒ（＝Ｒ^＊）を照射した場合、回折光は次式で与えられる。
【００４３】

【００４４】
ここで、式（３）の第３項および第４項の成分のみが、物体光の光路上に得られる、読み出し光としての参照光５の偏光方向と直交する偏光方向の再生像回折光６Ａである。
【００４５】
そして、参照光Ｒ（＝Ｒ^＊）は平面波であるので、その再生像回折光Ｉは、

で表され、これをレンズ４１によって逆フーリエ変換することによって、物体光Ｏｅｘｐ（−ｉｋｒ）およびその位相共役像Ｏ^＊ｅｘｐ（−ｉｋｒ）を得ることができる。
【００４６】
（相関像検出）
物体光（画像）間の相関演算を行う場合には、上記のように互いに偏光方向が直交する物体光３Ａおよび参照光５によってホログラムが記録されている光記録媒体１０に、物体光を読み出し光として照射する。
【００４７】
具体的に示すと、図４（Ａ）に示すように、紙面に平行な偏光の平行光１を空間光変調器２７に入射させ、空間光変調器２７に検索画像（入力画像）を表示して、空間光変調器２７を透過した光として、紙面に平行な偏光の物体光２Ｂを得、この物体光２Ｂをレンズ２９によってフーリエ変換し、その変換後の紙面に平行な偏光の物体光３Ｂを、光記録媒体１０に照射する。あるいは逆に、図４（Ｂ）に示すように、平行光１および物体光２Ｂ，３Ｂを紙面に垂直な偏光とする。
【００４８】
図４（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ｂを照射したときには、図１（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ａと紙面に垂直な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であると、図１（Ｂ）のように紙面に垂直な偏光の物体光３Ａと紙面に平行な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であるとを問わず、図４（Ａ）に示すように、参照光の光路上に、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）と読み出し光としての物体光３Ｂとの相関像が、紙面に垂直な偏光の回折光６Ｂとして読み出されるとともに、物体光の光路上に、読み出し光としての物体光３Ｂの光記録媒体１０を透過した光３ｂが得られる。
【００４９】
したがって、回折光６Ｂをレンズ５１によって逆フーリエ変換し、その変換後の回折光７Ｂを光検出器５３上に結像させることによって、相関像を検出することができる。
【００５０】
図４（Ｂ）のように紙面に垂直な偏光の物体光３Ｂを照射したときには、図１（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ａと紙面に垂直な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であると、図１（Ｂ）のように紙面に垂直な偏光の物体光３Ａと紙面に平行な偏光の参照光５によってホログラムが記録された場合であるとを問わず、図４（Ｂ）に示すように、参照光の光路上に、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）と読み出し光としての物体光３Ｂとの相関像が、紙面に平行な偏光の回折光６Ｂとして読み出されるとともに、物体光の光路上に、読み出し光としての物体光３Ｂの光記録媒体１０を透過した光３ｂが得られる。
【００５１】
したがって、図４（Ａ）のように紙面に平行な偏光の物体光３Ｂを照射したときと同様に、相関像を検出することができる。
【００５２】
以上を式によって考察すると、上記のように互いに偏光方向が直交する物体光ｏｅｘｐ（−ｉｋ’ｒ）および参照光Ｒ（＝Ｒ^＊）によって記録されたホログラムＴに、偏光方向は別として記録時の物体光ｏｅｘｐ（−ｉｋ’ｒ）と同じ物体光を照射した場合、回折光は次式で与えられる。
【００５３】

【００５４】
ここで、式（５）の第３項および第４項の成分のみが、参照光の光路上に得られる、読み出し光としての物体光３Ｂの偏光方向と直交する偏光方向の相関像回折光６Ｂである。
【００５５】
そして、参照光Ｒ（＝Ｒ^＊）は平面波であるので、その相関像回折光Ｊは、
Ｊα｛ｏｏｅｘｐ（−ｉ２ｋ’ｒ）＋ｏｏ^＊｝…（６）
で表され、これをレンズ５１によって逆フーリエ変換することによって、物体光の畳み込み積分値Ｏ^＊Ｏおよび自己相関値Ｏ☆Ｏ^＊を得ることができる。ただし、
Ｏ^＊Ｏ＝_−∞ ^∞∫ｏ（ｒ′）ｏ（ｒ−ｒ′）ｄｒ′ …（７）
Ｏ☆Ｏ^＊＝_−∞ ^∞∫ｏ（ｒ′）ｏ^＊（ｒ′−ｒ）ｄｒ′…（８）
である。_−∞ ^∞∫は、−∞から∞までの積分を意味する。
【００５６】
読み出し光として任意の画像の物体光を照射すれば、その読み出し光としての物体光３Ｂの画像とホログラムに記録された物体光（３Ａ）の画像との畳み込み積分値および相互相関値を得ることができる。
【００５７】
〔この発明の光読み取り方法〕
この発明の光読み取り方法では、図１に示して上述したように互いに偏光方向が直交する物体光３Ａおよび参照光５によってホログラムが記録されている光記録媒体１０に、記録時の物体光３Ａの偏光方向または参照光５の偏光方向のいずれか一方と同じ偏光方向の参照光および物体光を、それぞれ読み出し光として同時に照射する。
【００５８】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、参照光５として、図３（Ｂ）に示したように紙面に平行な偏光を照射するとともに、物体光３Ｂとして、図４（Ａ）に示したように紙面に平行な偏光を照射する。あるいは逆に、図５（Ｂ）に示すように、参照光５として、図３（Ａ）に示したように紙面に垂直な偏光を照射するとともに、物体光３Ｂとして、図４（Ｂ）に示したように紙面に垂直な偏光を照射する。
【００５９】
図５（Ａ）のように、それぞれ紙面に平行な偏光の参照光５および物体光３Ｂを、それぞれ読み出し光として同時に照射する場合には、物体光の光路上には、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）の再生像としての回折光６Ａと、読み出し光としての物体光３Ｂの光記録媒体１０を透過した光３ｂとが、重なり合って得られるとともに、参照光の光路上には、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）と読み出し光としての物体光３Ｂとの相関像としての回折光６Ｂと、読み出し光としての参照光５の光記録媒体１０を透過した光５ａとが、重なり合って得られる。
【００６０】
しかし、この場合、再生像回折光６Ａおよび相関像回折光６Ｂは紙面に垂直な偏光、透過光３ｂおよび透過光５ａは、紙面に平行な偏光である。
【００６１】
したがって、再生像回折光６Ａおよび透過光３ｂを、レンズ４１によって逆フーリエ変換し、その変換後の再生像回折光７Ａおよび透過光を、偏光子４２に入射させ、偏光子４２の透過方位を紙面に垂直な方向とすることによって、偏光子４２から紙面に垂直な偏光の再生像回折光８Ａのみを分離して取り出すことができ、その再生像回折光８Ａを光検出器４３上に結像させることによって、物体光を再生することができる。
【００６２】
同時に、相関像回折光６Ｂおよび透過光５ａを、レンズ５１によって逆フーリエ変換し、その変換後の相関像回折光７Ｂおよび透過光を、偏光子５２に入射させ、偏光子５２の透過方位を紙面に垂直な方向とすることによって、偏光子５２から紙面に垂直な偏光の相関像回折光８Ｂのみを分離して取り出すことができ、その相関像回折光８Ｂを光検出器５３上に結像させることによって、相関像を検出することができる。
【００６３】
また、図５（Ｂ）のように、それぞれ紙面に垂直な偏光の参照光５および物体光３Ｂを、それぞれ読み出し光として同時に照射する場合にも、物体光の光路上には、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）の再生像としての回折光６Ａと、読み出し光としての物体光３Ｂの光記録媒体１０を透過した光３ｂとが、重なり合って得られるとともに、参照光の光路上には、ホログラムに記録された物体光（３Ａ）と読み出し光としての物体光３Ｂとの相関像としての回折光６Ｂと、読み出し光としての参照光５の光記録媒体１０を透過した光５ａとが、重なり合って得られる。
【００６４】
しかし、この場合、再生像回折光６Ａおよび相関像回折光６Ｂは紙面に平行な偏光、透過光３ｂおよび透過光５ａは、紙面に垂直な偏光である。
【００６５】
したがって、この場合、偏光子４２および５２の透過方位を、それぞれ紙面に平行な方向とすることによって、偏光子４２から紙面に平行な偏光の再生像回折光８Ａのみを、偏光子５２から紙面に平行な偏光の相関像回折光８Ｂのみを、それぞれ分離して取り出すことができ、その再生像回折光８Ａを光検出器４３上に、相関像回折光８Ｂを光検出器５３上に、それぞれ結像させることによって、物体光を再生することができると同時に、相関像を検出することができる。
【００６６】
このように、この発明の光読み取り方法によれば、物体光の再生と相関像の検出を同時に行うことができる。
【００６７】
したがって、大容量のキャッシュメモリやバッファメモリを用いてデータの切れ目を補完するようなコストのかかる方法によらなくても、動画データや音声データなどを連続して再生することができるとともに、検索画像として種々のデータを用いることによって、再生画像を同時にフィルタリングすることも可能となる。
【００６８】
〔ホログラム記録装置の一例〕
図６は、この発明の前提となる方法によってホログラムを記録する装置の一例を示す。
【００６９】
光記録媒体１０としては、光誘起複屈折性を示し、偏光情報をホログラムとして記録できるものであれば、どのようなものでもよいが、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶、または光異性化する分子を分散させた高分子が好ましい。また、その光異性化する基または分子としては、アゾベンゼン骨格を含むものが好適である。
【００７０】
光記録媒体１０の最も好ましい材料の一つは、図８に示す化学式で表される、側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルである。この材料は、特開平１０−３４０４７９号に詳細に記載されているように、側鎖のシアノアゾベンゼンの光異性化による光誘起異方性によって、偏光情報を有するホログラムの記録、再生、消去が可能である。
【００７１】
この例は、光記録媒体１０をディスク形状とする場合である。
【００７２】
光学ヘッド２０の光源２１としては、光記録媒体１０に感度のあるコヒーレント光を発するものを用いる。例えば、光記録媒体１０として、図８に示した側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルを用いる場合には、これに感度のある波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを用いる。
【００７３】
光源２１からの光の偏光は、例えば紙面に平行な偏光で、この光源２１からの紙面に平行な偏光の光を、偏光ビームスプリッタ２２によって２光束に分割し、記録時には、シャッタ２３を開いて、偏光ビームスプリッタ２２を透過した紙面に平行な偏光の光を、レンズ２５および２６によって大口径の平行光１にして、物体光形成用の空間光変調器２７に入射させる。
【００７４】
コンピュータ８０によって、空間光変調器２７に記録画像を表示して、空間光変調器２７を透過した光として、記録画像の各画素の値に応じて空間的に強度変調された、紙面に平行な偏光の物体光２Ａを得る。空間光変調器２７としては、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型などを用いることができる。
【００７５】
この空間光変調器２７からの紙面に平行な偏光の物体光２Ａを、レンズ２９によってフーリエ変換し、その変換後の紙面に平行な偏光の物体光３Ａを、光記録媒体１０に照射する。
【００７６】
また、シャッタ３１を開いて、偏光ビームスプリッタ２２で反射した紙面に垂直な偏光の光を、１／２波長板などの偏光素子３２に入射させ、記録時には、偏光素子３２を透過した光として、紙面に垂直な偏光のままの光を得る。
【００７７】
そして、この紙面に垂直な偏光の光を、ミラー３３および３４で反射させて、平面波の参照光５として、光記録媒体１０の物体光３Ａが照射される領域に、物体光３Ａと同時に照射する。
【００７８】
これによって、光記録媒体１０中に、図１に示したように、紙面に平行な偏光の物体光３Ａが、これと直交する紙面に垂直な偏光の参照光５によって、ホログラムとして記録される。
【００７９】
なお、この例は、ホログラム記録装置の光学ヘッドを後述の光読み取り装置の光学ヘッドと共通にするために、偏光素子３２を設ける場合であるが、ホログラム記録装置だけを考えれば、偏光素子３２は必要ない。
【００８０】
モータ６０により光記録媒体１０を、図９の矢印１９で示すように回転させることによって、光記録媒体１０の周方向に場所を変えて複数のホログラムを記録することができる。さらに、ヘッド移動機構７０により光学ヘッド２０を、図９の矢印７１で示すように光記録媒体１０の径方向に移動させることによって、光記録媒体１０中に同心円状の記録トラックを形成するようにホログラムを記録することができる。
【００８１】
〔光読み取り装置の一例〕
図７は、この発明の光読み取り装置の一例を示す。光記録媒体１０には、上述したように互いに偏光方向が直交する物体光３Ａおよび参照光５によってホログラムが記録されている。
【００８２】
この場合の光学ヘッド２０は、図６に示したホログラム記録装置のそれに、逆フーリエ変換用のレンズ４１、偏光子４２および２次元アレイ状の光検出器４３からなる再生像光学系４０、および逆フーリエ変換用のレンズ５１、偏光子５２および２次元アレイ状の光検出器５３からなる相関像光学系５０を付加したものである。
【００８３】
上述したように、読み取り時、光記録媒体１０には、記録時の物体光３Ａの偏光方向または参照光５の偏光方向のいずれか一方と同じ偏光方向の参照光５および物体光３Ｂを、それぞれ読み出し光として同時に照射する。この例では、図５（Ａ）に示したように、参照光５および物体光３Ｂとして、それぞれ紙面に平行な偏光を照射する。
【００８４】
すなわち、この例では、光源２１からの光の偏光は紙面に平行な偏光で、記録時と同様に、この光源２１からの紙面に平行な偏光の光を、偏光ビームスプリッタ２２によって２光束に分割し、シャッタ２３を開いて、偏光ビームスプリッタ２２を透過した紙面に平行な偏光の光を、レンズ２５および２６によって大口径の平行光１にして、物体光形成用の空間光変調器２７に入射させる。
【００８５】
そして、読み取り時には、コンピュータ８０によって、空間光変調器２７に検索画像を表示して、空間光変調器２７を透過した光として、検索画像の各画素の値に応じて空間的に強度変調された、紙面に平行な偏光の物体光２Ｂを得、その物体光２Ｂを、レンズ２９によってフーリエ変換し、その変換後の紙面に平行な偏光の物体光３Ｂを、光記録媒体１０に照射する。
【００８６】
同時に、シャッタ３１を開いて、偏光ビームスプリッタ２２で反射した紙面に垂直な偏光の光を、偏光素子３２に入射させ、読み取り時には、偏光素子３２を透過した光として、紙面に平行な偏光の光を得る。
【００８７】
そして、この紙面に平行な偏光の光を、ミラー３３および３４で反射させて、平面波の参照光５として、光記録媒体１０に照射する。
【００８８】
したがって、図３〜図５において上述したように、物体光の再生と相関像の検出を同時に行うことができる。
【００８９】
モータ６０により光記録媒体１０を回転させることによって、光記録媒体１０の周方向に異なる場所に記録されているホログラムから相関像を検出し、物体光を再生することができる。さらに、ヘッド移動機構７０により光学ヘッド２０を光記録媒体１０の径方向に移動させることによって、光記録媒体１０の同心円状の記録トラックに記録されているホログラムから相関像を検出し、物体光を再生することができる。
【００９０】
〔画像の例〕
図１０以下に、実際の物体光再生および相関像検出の結果を示す。
【００９１】
図１０は、同図（Ａ）に記録画像として示す多数のアルファベットをホログラム記録し、読み出し光としての参照光、および同図（Ｂ）に検索画像として示すアルファベット「Ｋ」のみの物体光を、上述した方法で同時に照射した場合である。同図（Ｃ）は、得られた再生像を示し、同図（Ｄ）は、得られた相関像を示す。相関像としては、記録画像のアルファベット「Ｋ」の位置に自己相関ピークが現れる。
【００９２】
図１１は、同図（Ａ）に記録画像として示す文章をホログラム記録し、読み出し光としての参照光、および同図（Ｂ）に検索画像として示す「高密度記録」という文字列の物体光を、上述した方法で同時に照射した場合である。同図（Ｃ）は、得られた再生像を示し、同図（Ｄ）は、得られた相関像を示す。相関像としては、記録画像の文章中に「高密度記録」という文字列が存在すれば、その位置で自己相関ピークが現れる。
【００９３】
図１２、図１３は、それぞれ、（Ａ）に記録画像として示すようにページ下部に「Ａ１，Ａ２…Ｃ３，Ｃ４」というインデックス列を付加して画像をホログラム記録し、読み出し光としての参照光、および（Ｂ）に検索画像として示す「Ａ４」「Ｂ４」というインデックスの物体光を、上述した方法で同時に照射した場合である。（Ｃ）は、得られた再生像を示し、（Ｄ）は、得られた相関像を示す。相関像としては、記録画像のインデックス列中に「Ａ４」「Ｂ４」というインデックスが存在すれば、その位置で自己相関ピークが現れ、検索該当ページであることがわかる。検索該当ページであることがわかれば、同時に物体光として再生されたページデータを直ちに出力することができる。
【００９４】
図１２および図１３は、インデックスによるページ検索の例であるが、その各ページが動画データや音声データのように連続した大容量のデータである場合には、インデックスによるページ検索とページデータの再生を同時に行うことによって、動画データや音声データを画像や音声の飛びを生じることなく連続して再生することができる。
【００９５】
図１４および図１５は、インデックスまたはページ識別情報の配置例を示すもので、図１４（Ａ）は、ラベルを羅列したタイプのインデックスをページ下部に配置した場合で、相関ピークの位置によって該当するページであるか否かを判別するものである。図１４（Ｂ）は、ページ右下部分にインデックスを配置した場合で、相関ピークの有無によって該当するページであるか否かを判別するものである。図１４（Ｃ）は、ページ下部に画像属性情報としてタイムスタンプを付記した場合で、日付・曜日・時間などによって該当するページをフィルタリングすることができる。
【００９６】
図１５（Ａ）は、個人情報として指紋を付記した場合であり、図１５（Ｂ）は、個人情報として顔写真を付記した場合である。これによって、認証された本人だけしかページデータを取り出せないようにすることができる。
【００９７】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、相関像の検出と物体光の再生を同時に行うことができる。したがって、動画データや音声データのように連続した大容量のデータを画像や音声の飛びを生じることなく連続して再生することができる。さらに、ホログラム記録されている画像のページ識別情報によって、再生画像のフィルタリングを高速で行うこともできる。
【００９８】
したがって、この発明は、大容量記録、高速転送、高速検索というホログラムメモリの特長を最大限に発揮することができるとともに、大情報量通信というニーズにも十分に答えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の前提となるホログラム記録方法を示す図である。
【図２】この発明の前提となる方法で記録されるホログラムの説明に供する図である。
【図３】物体光再生方法を示す図である。
【図４】相関像検出方法を示す図である。
【図５】この発明の光読み取り方法の一例を示す図である。
【図６】ホログラム記録装置の一例を示す図である。
【図７】この発明の光読み取り装置の一例を示す図である。
【図８】光記録媒体の材料の一例の化学式を示す図である。
【図９】光記録媒体の回転と光学ヘッドの移動を示す図である。
【図１０】再生像および相関像の具体例を示す図である。
【図１１】再生像および相関像の具体例を示す図である。
【図１２】インデックス検索の例を示す図である。
【図１３】インデックス検索の例を示す図である。
【図１４】ページ識別情報の例を示す図である。
【図１５】ページ識別情報の例を示す図である。
【符号の説明】
１…平行光
２Ａ，３Ａ，２Ｂ，３Ｂ…物体光
５…参照光
６Ａ，７Ａ…再生像回折光
６Ｂ，７Ｂ…相関像回折光
１０…光記録媒体
２０…光学ヘッド
２１…光源
２２…偏光ビームスプリッタ
２７…空間光変調器
３２…偏光素子
４０…再生像光学系
４２…偏光子
４３…光検出器
５０…相関像光学系
５２…偏光子
５３…光検出器
６０…モータ
７０…ヘッド移動機構

Claims

互いに偏光方向が直交する物体光および参照光によってホログラムが記録されている光記録媒体に、前記物体光の偏光方向または前記参照光の偏光方向のいずれか一方と同じ偏光方向の参照光および物体光を、それぞれ読み出し光として照射して、前記光記録媒体から、それぞれ前記読み出し光と直交する偏光方向の再生像回折光および相関像回折光を得る光読み取り方法。
請求項１の光読み取り方法において、
前記ホログラムはページ識別情報を含む画像が記録されているものであり、前記読み出し光としての物体光をページ識別情報とする光読み取り方法。
請求項２の光読み取り方法において、
前記ページ識別情報は、インデックス情報、画像属性情報または個人情報である光読み取り方法。
請求項１〜３のいずれかの光読み取り方法において、
前記光記録媒体がディスク形状であり、その光記録媒体を回転させるとともに、前記読み出し光としての参照光および物体光を得る光学系を含む光学ヘッドを前記光記録媒体の径方向に移動させる光読み取り方法。
コヒーレント光を発する光源と、
データ情報に応じて前記光源からの光を変調して物体光を生成する空間光変調器と、
この空間光変調器から得られた物体光を、互いに偏光方向が直交する物体光および参照光によってホログラムが記録されている光記録媒体に照射する結像光学系と、
前記光源からの光から参照光を得て、前記光記録媒体に照射する参照光光学系と、
前記空間光変調器から得られた物体光、および前記参照光光学系から得られた参照光が、前記光記録媒体に照射されることによって、前記光記録媒体から前記物体光の光路上に読み出された回折光から、前記空間光変調器から得られた物体光と直交した偏光成分を抽出する偏光素子と、
その抽出された偏光成分の空間強度分布を検出する光検出器と、
前記空間光変調器から得られた物体光、および前記参照光光学系から得られた参照光が、前記光記録媒体に照射されることによって、前記光記録媒体から前記参照光の光路上に読み出された回折光から、前記参照光光学系から得られた参照光と直交した偏光成分を抽出する偏光素子と、
その抽出された偏光成分の空間強度分布を検出する光検出器と、
を備える光読み取り装置。
請求項５の光読み取り装置において、
前記光記録媒体がディスク形状であり、当該光読み取り装置が、その光記録媒体を回転させる媒体駆動機構と、前記光源、空間光変調器、結像光学系、参照光光学系、偏光素子および光検出器を含む光学ヘッドを前記光記録媒体の径方向に移動させるヘッド移動機構とを備える光読み取り装置。