JP3994679B2 - 光記録方法及び光記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録方法及び光記録装置に関し、特に、情報を光記録媒体にホログラム記録する光記録方法及び光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクト・ディスク（ＣＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、ディジタル・ヴァーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）等に代表されるように、現在使用されている光メモリは平面的な二次元メモリである。近年のマルチメディア技術の発展に伴い、高速かつ大容量メモリの必要性が高まっている。しかし、現行の二次元光メモリでは、記録密度が光の回折限界により５Ｇｂｉｔ／ｃｍ2に制限される。従って、更に高密度の記録を行うためには、情報を記録媒体の奥行き方向を含めた三次元で記録する必要がある。
【０００３】
情報をホログラムの形で記録するホログラフィックメモリは、三次元光メモリであり大容量での記録が可能である。また、ホログラフィックメモリは、ページ型メモリであり、２次元データのページ単位での一括記録・再生による高速性を合わせ持つ。このためホログラフィックメモリは、次世代の記録媒体として注目されている。
【０００４】
ホログラフィとは、光波の振幅（強度）と位相の情報を媒体に記録し、再生する技術である。レーザ光のようにコヒーレントな光を物体に照射し、物体からの反射光（物体光）を記録媒体に入射する際に、もう１本のコヒーレントな光（参照光）を同時に記録媒体に入射すると、記録媒体上に干渉縞が形成される。この干渉による光強度分布を屈折率または吸収率の変化として媒体中に記録したものがホログラムである。ホログラムが記録された記録媒体に参照光のみを入射すると、ホログラムが回折格子として働き、物体光が再生される。
【０００５】
また、デジタルデータ（０または１の２値データ）を空間光変調器を用いてオン／オフ・パターンに変換し、物体光として記録媒体に入射させることにより、デジタルデータのホログラム記録も可能である。記録媒体に参照光を照射して物体光を再生し、再生した物体光をフォトディテクタで受光して光電変換し、得られた電気信号から元の２値データを再生することができる。
【０００６】
同一空間領域に複数個のホログラムを多重記録する方式としては、一般に、角度多重・波長多重・位相多重・球面参照光シフト多重等が知られている。中でも角度多重方式は、最も広く用いられており、この方式によれば、参照光の入射角度を変えて記録することにより異なるホログラムを記録再生できる。
【０００７】
また、本出願人は、特開平１０−３４０４７９号及び特開２０００−６７４５９号において、信号光または参照光の偏光方向を変えて、複数の信号光を複数のホログラムとして、光記録媒体の同一領域に多重に記録する光記録方法を提案している。この光記録方法では、信号光と参照光の直線偏光の方向を、互いに平行な方向と互いに直行する方向の２通りとすることによって、入射光の偏光状態に感応して偏光方向を記録できる光記録媒体（以下、偏光感応型の光記録媒体と称する）の同一領域に、２つの信号光を２枚のホログラムとして多重に記録することができる。
【０００８】
例えば、記録時に、第１段階で、信号光と参照光をともにｓ偏光として、偏光感応型の光記録媒体の所定領域に第１の信号光を１枚目のホログラム（光強度ホログラム）として記録する。第２段階で、参照光はｓ偏光のままで信号光の直線偏光の方向を９０°回転させてｐ偏光として、光記録媒体の１枚目のホログラムが記録された領域に第２の信号光を２枚目のホログラム（偏光ホログラム）として記録する。ただし、光強度ホログラムと偏光ホログラムは、いずれを先に記録してもよい。
【０００９】
上記の通り、光記録媒体の同一領域に、信号光の偏光方向を変えて、空間偏光分布によりデータ群を保持する偏光ホログラムと、強度分布または位相分布によりデータ群を保持する光強度ホログラムとを、多重に記録することも可能である。
【００１０】
読み出し時には、光強度ホログラムと偏光ホログラムとが多重に記録された所定領域に、記録時の参照光と同一若しくは位相共役光である読出光を照射する。これにより光強度ホログラムによるｓ偏光成分と偏光ホログラムによるｐ偏光成分とを有する回折光が得られる。
【００１１】
得られた回折光を、偏光ビームスプリッタ等の偏光子を用いてｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを別々に検出することによって、各々のホログラムにより多重記録されている２つのデータを、分離して取り出すことができる。
【００１２】
このように、上述した方法によれば、光記録媒体の同一領域に複数のホログラムを多重に記録し、同一領域から複数のホログラムを分離して読み出すことができるので、記録容量を従来のホログラフィックメモリの２倍にすることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように信号光の偏光方向を変えて多重記録する場合には、偏光方向が異なる信号光毎に光記録媒体を露光して各々ホログラム記録を行わなくてはならず、記録速度の面では角度多重方式等の従来の記録方式と同じであった。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができ高速記録が可能な光記録方法、及び光記録装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光記録方法は、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録することを特徴とする。
【００１６】
本発明の光記録方法では、信号光が偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持している。即ち、光の強度と偏光方向とをデータキャリアとして利用することにより、複数のデータ群を信号光に保持させることができる。この信号光を参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、該信号光での１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができる。この通り複数のデータ群を同時に光記録媒体に記録することにより、例えば２つのデータ群を同時に記録する場合は記録時間が半分になるというように、従来に比べ大幅な高速化を実現することができる。
【００１７】
ホログラム記録を行うための信号光としては、強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、偏光分布により第２のデータ群を保持する信号光が好ましい。このような信号光は、強度分布により第１のデータ群を保持する光に、第２のデータ群に対応した偏光分布を付与して生成することができる。第１のデータ群を強度分布により表す場合には、強度分布の最小強度が０より大きいことが好ましい。
【００１８】
光誘起複屈折性（光誘起２色性または光誘起異方性とも呼ばれる）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。この中でも、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は記録特性に優れている。従って、光記録媒体としては、少なくとも一面側に、光誘起複屈折性を備えると共に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からなる偏光感応層を設けたものが好ましい。光異性化する基としては、アゾベンゼン骨格を含むものが好ましく、高分子または高分子液晶としては、ポリエステル群から選ばれた少なくとも１種のモノマー重合体が好ましい。
【００１９】
また、所定方向の偏光の強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、該所定方向とは異なる方向の偏光の強度分布により第２のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の光記録装置は、コヒーレントな光を発する光源と、前記光源からの光を変調して、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を生成する複数の空間光変調器と、前記信号光を光記録媒体の所定領域に照射する信号光照射手段と、参照光を光記録媒体の前記所定領域に信号光と同時に照射する参照光照射手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の光記録装置では、複数の空間光変調器により光源から発せられたコヒーレントな光を変調して、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を生成する。即ち、複数の空間光変調器により、光源から発せられたコヒーレントな光の強度と偏光方向とを変調して、複数のデータ群を保持させた信号光を生成することができる。信号光照射手段はこの信号光を光記録媒体の所定領域に照射し、参照光照射手段は参照光を光記録媒体の前記所定領域に信号光と同時に照射して、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、該信号光での１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができる。
【００２２】
複数の空間光変調器は、例えば、光源からの光を第１のデータ群に応じて強度変調して強度分布により第１のデータ群を保持する信号光を生成する第１の空間光変調器と、第１のデータ群を保持する信号光を第２のデータ群に応じて偏光変調して強度分布により第１のデータ群を保持すると共に偏光分布により第２のデータ群を保持する信号光を生成する第２の空間光変調器と、から構成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明で使用する偏光感応型の光記録媒体について説明する。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、偏光感応型の光記録媒体１０は、ガラス基板などの透明基板１１の一面側に光誘起複屈折性を示す偏光感応層１２を形成して構成されている。記録時の信号光１および参照光２は、図示するように偏光感応層１２側から照射する。体積型（３次元）の記録を実現するには、偏光感応層１２の厚さは、少なくとも１０μｍ程度必要であり、大きい方が望ましい。偏光感応層１２の厚さを１ｍｍにすると、ＣＤ−ＲＯＭの１００枚程度の記録容量を得ることができる。
【００２６】
なお、偏光感応型の光記録媒体は、図１（Ｂ）に示すように、光記録媒体１０全体を光誘起複屈折性を示す偏光感応層１２で形成してもよい。この場合の偏光感応層１２、すなわち光記録媒体１０の厚みは、図１（Ａ）の偏光感応層１２の厚みと同じにする。
【００２７】
図１（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合においても、光記録媒体１０は全体としてシート状に、すなわち厚みに比べて十分大きな拡がりを有するように形成する。また、光記録媒体１０はディスク形状とするのが好ましい。
【００２８】
偏光感応層１２は、光誘起複屈折性を示し、信号光１と参照光２との間の偏光角の値に拘らず上記の偏光ホログラムを記録できる材料であれば、どのような材料で構成されていてもよい。好適な材料としては、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を挙げることができる。また、光異性化する基または分子としては、例えば、アゾベンゼン骨格を含むものが好適である。
【００２９】
アゾベンゼンは、光の照射によってトランス−シスの光異性化を示す。トランス型になると下記化学式（Ａ）に示す分子構造になり、シス型になると下記化学式（Ｂ）に示す分子構造になる。シス型は熱的に不安定であるため、アゾベンゼンは光励起される前はトランス型が多く存在し、トランス型は光励起によりシス型に異性化する。更に、アゾベンゼンに直線偏光の光を照射すると、光異性化に方向性を生じ、アゾベンゼンの配向変化が引き起こされる。その結果、吸収率や屈折率に方向性が現れる。一般に、これらの性質は、光誘起複屈折性、光誘起２色性、または光誘起異方性と呼ばれている。また、円偏光または無偏光の光を照射することによって、これら励起された異方性を消去することができる。
【００３０】
【化１】
【００３１】
偏光感応層１２の材料の好適な例として、下記の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を挙げることができる。このポリエステルは、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起因して、信号光の偏光方向をホログラムとして記録できる（"Holographic recording and retrieval of polarized light by use of polyester containing cyanoazobenzene units in the side chain", K.Kawano, T. Ishii, J. Minabe, T. Niitsu, Y. Nishikata and K. Baba, Opt. Lett. Vol. 24 (1999) pp. 1269-1271）。
【００３２】
【化２】
【００３３】
上記のポリエステル材料からなる偏光感応層１２を備えた光記録媒体１０は、ポリエステルのクロロホルム溶液を洗浄したガラス基板上にキャストし乾燥させることによって作製することができる。膜厚２０μｍの偏光感応層１２が形成された光記録媒体１０の吸収スペクトルを測定したところ、アゾベンゼンのπ−π*遷移に相当する３６５ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが得られた。
【００３４】
なお、光記録媒体の作製方法はこれに限られるものではなく、偏光感応層１２の材料を基板上にスピンコートして光記録媒体を作製してもよく、偏光感応層１２の材料を平行平板セルへ注入して光記録媒体を作製してもよい。また、フィルム状基板に偏光感応層１２の材料をホットプレスにより接着して光記録媒体を作製してもよい。
【００３５】
このアゾベンゼンを側鎖に有する高分子または高分子液晶、またはアゾベンゼンを分散させた高分子を偏光感応層１２として備える光記録媒体１０に、ホログラムを記録する場合、それぞれコヒーレントな信号光１および参照光２を、光記録媒体１０の同一領域に同時に照射する。
【００３６】
この場合、信号光１と参照光２の偏光方向が互いに平行なとき、例えば、図２（Ａ）に示すように、信号光１と参照光２がともにｓ偏光のときには、光記録媒体１０中に、信号光１と参照光２の２光波干渉により光強度分布を生じる。そして、光強度の強いところのみ、アゾベンゼンの配向変化が引き起こされる。従って、光強度分布に対応した吸収率または屈折率の格子がホログラムとして記録される。
【００３７】
これに対して、信号光１と参照光２の偏光方向を互いに直交させたとき、例えば、図２（Ｂ）に示すように、信号光１をｐ偏光とし、参照光２をｓ偏光としたときには、信号光１と参照光２の偏光方向が互いに平行なときのような光強度分布は生じない。その代わりに、偏光方向が空間的・周期的に変調され、直線偏光部分８と楕円偏光部分９が交互に周期的に現れる。
【００３８】
この場合、光強度分布は一様となるが、変調された偏光分布に応じてアゾベンゼンの配向変化が引き起こされるので、空間的に方向性の異なる吸収率または屈折率の型の格子がホログラムとして記録される。
【００３９】
以後、図２（Ａ）のように信号光１と参照光２の偏光方向が平行なときの光強度分布によるホログラムを光強度ホログラムと称し、図２（Ｂ）のように信号光１と参照光２の偏光方向が直交するときの偏光分布によるホログラムを偏光ホログラムと称する。
【００４０】
このように、アゾベンゼンを側鎖に有する高分子または高分子液晶、またはアゾベンゼンを分散させた高分子を偏光感応層１２として備える光記録媒体１０によれば、信号光１と参照光２の偏光方向が平行であっても直交していても、アゾベンゼンの異方性が誘起される結果、ホログラムを記録することができる。
【００４１】
上記の各々の場合にホログラム読出光３の偏光方向を参照光２の偏光方向と同じ方向とすれば、信号光１と同じ偏光状態を持つ回折光４を得ることができる。また、記録されたホログラムは室温自然光のもとで数年以上緩和なく保持される。
【００４２】
図３に本発明の光記録装置の一例を示す。この光記録装置は、記録された情報の読み出し（再生）にも使用することができる。
【００４３】
図３に示すように、この光記録装置は、光記録媒体１０の所定領域に信号光１及び参照光２を同時に照射してホログラムを記録する記録ヘッド２２と、記録されたホログラムによる回折光４を読み取る読取り部２３と、を備えている。
【００４４】
記録ヘッド２２は、コヒーレントな光を発する光源４０、光源４０からの光を信号光用及び参照光用の二光波に分けるビームスプリッタ４１、ビームスプリッタ４１を透過した光波を平行光化するレンズ４３及び４４、平行光化された光波を強度変調する第１の空間光変調器２０、強度変調された光波を偏光変調する第２の空間光変調器３０、強度変調及び偏光変調された信号光１を光記録媒体１０の所定領域に集光する集光レンズ４５、及びビームスプリッタ４１で反射された光波を参照光２として光記録媒体１０の所定領域に導くミラー４７、４８を備えている。
【００４５】
また、ビームスプリッタ４１とレンズ４３との間には、信号光用の光波を遮断するシャッター４２が配置されている。読み出し時にはこのシャッター４２を閉じて信号光１を遮断し、ビームスプリッタ４１で反射された参照光２だけを読出光として光記録媒体１０に入射させる。
【００４６】
一方、読取り部２３は、回折光４を平行光化するレンズ４６、回折光４に含まれる所定の偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタ等の偏光子４９、及び偏光子４９を介して入射される回折光を検出するＣＣＤ等の光検出器５０を備えている。
【００４７】
なお、第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０は、各々コンピュータ２１に接続され、各々コンピュータ２１により制御されている。
【００４８】
光源４０としては、光記録媒体１０の偏光感応層１２の材料に感度があり、且つコヒーレントな光を発するものを使用することができる。側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルを偏光感応層１２に用いる場合には、光記録媒体１０の吸収ピークの裾に対応する発振波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを光源に使用するのが好ましい。
【００４９】
第１の空間光変調器２０としては、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した透過型の空間光変調器を用いることができる。このタイプの空間光変調器としては、プロジェクタ用の液晶パネルを挙げることができる。プロジェクタ用の液晶パネルは、図４に示すように、電気光学変換部材の一つである液晶１２１の両面に電極１２２、１２３を形成した透過型の液晶セル１２４を備えている。液晶セル１２４の両側、即ち入出力側には、偏光板１２６、１２７が配置されている。
【００５０】
第２の空間光変調器３０としては、第１の空間光変調器２０と同様に、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した透過型の空間光変調器を用いることができる。但し、偏光変調を可能にするために、上記のプロジェクタ用の液晶パネルを用いる場合には、少なくとも出力側に配置された偏光板を取り除く必要がある。
【００５１】
この偏光変調を行う空間光変調器では、２次元的に複数の画素を形成して、それぞれの画素を１／２波長板として機能させ、それぞれの画素に２次元データの対応するビットの情報を電圧印加の有無として与えることにより、それぞれの画素に入射する光の偏光を変調する。
【００５２】
例えば、図５に示すように、入射光６はｓ偏光として空間光変調器３０に入射させる。そして、空間光変調器３０の電圧が印加されない画素では、１／２波長板の軸が入射光６の偏光方向と平行となり、この画素を透過した信号光１ａはｓ偏光となる。これに対して、空間光変調器３０の電圧が印加された画素は、１／２波長板の軸が４５°回転して、入射光６の偏光方向を９０°回転させ、この画素を透過した信号光１ｂはｐ偏光となる。このように、空間光変調器３０を通過した信号光１は、空間光変調器３０に与えられた２次元データに対応した空間偏光分布を有するものとなる。
【００５３】
光源４０から出力されたコヒーレント光は、ビームスプリッタ４１により信号光用及び参照光用の二光波に分けられる。ビームスプリッタ４１を透過した光波はレンズ４３および４４により光径の大きな平行光とされる。その後、平行光化された光波は、第１の空間光変調器２０により強度変調され、第２の空間光変調器３０により偏光変調されて、信号光１が生成される。
【００５４】
図６にデータ群が多重化される過程を示す。最初に、入射された光波が第１の空間光変調器２０により第１のデータ群に応じて強度変調され、第１のデータ群に対応した強度分布２５を有する光波が生成される。次に、強度変調された光波が第２の空間光変調器３０により、第２のデータ群に応じて偏光変調され、第２のデータ群に対応した偏光分布２６を付与された信号光１が生成される。即ち、得られた信号光１にはデータ群が多重化されており、信号光１は、強度分布２５により第１のデータ群を保持すると共に、偏光分布２６により第２のデータ群を保持している。
【００５５】
便宜上２×２画素または２×２ビットのデータ情報を保持させる場合を例に、データ情報が多重化について詳しく説明する。
【００５６】
図７（ａ）に第１のデータ群（データページ）を示す。第１の空間光変調器２０により、図７（ａ）に示すデータページに対応して、データ“０”に対応する画素の光強度がＩ0、データ“１”に対応する画素の光強度がＩ1（Ｉ0＜Ｉ1）となるように、入射された光波を変調し、２値の強度分布により表されたデジタルデータを生成する（図７（ｂ））。即ち、データ“０”に対応する画素が“暗”の画素であり、データ“１”に対応する画素が“明”の画素である。ここでＩ0≠０であり、空間光変調器２０の全ての画素は光を透過させる。Ｉ0≠０とすることにより、次に示すように全画素について偏光変調した光波を得ることができる。
【００５７】
図７（ｃ）に第２のデータ群（データページ）を示す。第１の空間光変調器２０により強度変調された光波は、次に、第２の空間光変調器３０に入射する。第１の空間光変調器２０を透過した光波は、第１の空間光変調器２０の偏光板により所定の偏光方位を有している。第２の空間光変調器３０により、図７（ｃ）に示すデータページに対応して、データ“０”に対応する画素の偏光方位が０°（ｐ偏光）、データ“１”に対応する画素の偏光方位が９０°（ｓ偏光）となるように、入射された光波を変調し、２値の偏光分布により表されたデジタルデータを生成する（図７（ｄ））。
【００５８】
最終的に２つの空間変調器によって変調された光波が信号光１となるので、上記の場合は、図７（ｅ）に示すように、得られた信号光１には、強度変調により第１のデータページがコード化され、偏光変調により第２のデータページがコード化される。
【００５９】
上記の多重化方式では、２つの空間光変調器を多段に結合させることにより、光の伝播するスピードで１つの光波に２つのデータページを多重コード化することができる。また、上記では便宜上２×２画素を例に説明したが、例えば、１０００×１０００画素の空間光変調器を利用すれば、１度に１００万ビットのデータページを高速に多重コード化することができる。
【００６０】
記録時には、図３及び図８（ａ）に示すように、強度変調及び偏光変調された信号光１は、レンズ４５により縮小またはフーリエ変換されて、光記録媒体１０の所定領域に照射される。一方、ビームスプリッタ４１で反射された参照光２は、ミラー４７及び４８で反射されて光記録媒体１０の所定領域に導かれ、光記録媒体中で信号光１と交差するように光記録媒体１０に入射される。このように信号光１と参照光２とを同一領域に同時に照射することによりホログラム記録を行う。
【００６１】
再生時には、図３及び図８（ｂ）に示すように、シャッター４２を閉じて信号光１を遮断し、参照光２のみを読出光３として光記録媒体１０に照射する。読出光３は、あたかも信号光１が光記録媒体１０を透過したかのように回折される。回折された光波（回折光４）は、これをレンズ４６により光検出器５０に結像させる。この回折光４は信号光１と同じ偏光分布を保持し、且つ信号光１に比例した強度分布を保持している。
【００６２】
第１のデータ群は、光検出器５０で検出された回折光４の強度分布から読み取ることができる。第１のデータ群を読み取る場合には、強度分布を損なわないように、回折光４の光路に配置された偏光子４９の透過軸を４５°に設定すれば良い。回折光４の強度は信号光１に比例するので、その比例係数をαとすると、データ“０”に対応する“暗”の画素の光強度はαＩ0となり、データ“１”に対応する“明”の画素の光強度はαＩ1となる。ここで、閾値をαＩ0とαＩ1の間に設定することにより、第１のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができる。
【００６３】
また、第２のデータ群を読み取るに当っては、偏光子４９により回折光４の０°偏光成分または９０°偏光成分のいずれかを分離し、分離された偏光成分を光検出器５０で検出する。第２のデータ群は、この光検出器５０で検出された偏光成分の強度分布から読み取ることができる。
【００６４】
例えば９０°偏光成分を分離した場合について説明すると、回折光４の偏光方位が０°の偏光の画素（第２のデータページの“０”に対応）に対応する部分は、偏光子４９を透過しないので光強度は０である。回折光４の偏光方位が９０°のｓ偏光の画素（第２のデータページの“１”に対応）に対応する部分は、βＩ0とβＩ1のいずれかの光強度となる。ここでβは比例係数である。即ち、回折光４の９０°偏光成分の光強度は信号光１に比例するので、第１のデータページが“１”と“０”の２値で表されている場合には、対応する画素の光強度はそれぞれβＩ0とβＩ1となる。そこで、Ｉ0＜Ｉ1の場合は、閾値をβＩ0と０の間に設定することにより、第２のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができる。
【００６５】
以上の通り、本発明の光記録方法及び光記録装置では、強度分布及び偏光分布により独立した複数のデータ群が多重化された信号光を、１回の露光によって多重記録することができる。また、記録されたホログラムに基づき再生された回折光から、偏光成分の選択と光検出器の閾値処理により、複数のデータ群を独立に読み出すことができる。
【００６６】
上記では、入射された光波を第１の空間光変調器により第１のデータ群に応じて強度変調し、次に、強度変調された光波を第２の空間光変調器により第２のデータ群に応じて偏光変調して信号光を生成する例について説明したが、変調方法はこれに限定されない。
【００６７】
例えば、偏光変調した後に強度変調しても良い。即ち、偏光分布により第１のデータ群を保持する光に、第２のデータ群に対応した強度分布を付与して信号光を生成することができる。
【００６８】
また、偏光方位の異なる光波を各々強度変調して合波してもよい。即ち、所定方向の偏光の強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、該所定方向とは異なる方向の偏光の強度分布により第２のデータ群を保持する信号光を生成することができる。例えば、図９に示すように、偏光方位が０°の光波（ｐ偏光）を第１の空間光変調器２０により第１のデータ群に応じて強度変調すると共に、偏光方位が９０°の光波（ｓ偏光）を第２の空間光変調器３０により第２のデータ群に応じて強度変調する。そして、強度変調されたｐ偏光２７と強度変調されたｓ偏光２８とを合波して信号光１を生成する。得られた信号光１には、ｐ偏光の強度変調により第１のデータページがコード化され、ｓ偏光の強度変調により第２のデータページがコード化されている。
【００６９】
更に、上記のホログラムの多重記録方式は、角度多重方式やシフト多重化方式など、他の多重記録方式と併用して実施することも可能である。
【００７０】
上記では、強度変調を第１の空間光変調器で行い、偏光変調を第２の空間光変調器で行っているが、強度変調用の空間光変調器と偏光変調用の空間光変調器とに分ける必要は無く、第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器の両方で、強度変調と偏光変調とを行ってもよい。
【００７１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７２】
光記録媒体としては、前記化学式（Ｃ）で表されるシアノアゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルを偏光感応層に用いた偏光感応型の光記録媒体を用いた。前記化学式（Ｃ）で表されるシアノアゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルのクロロホルム溶液を、洗浄したガラス基板上にキャストし乾燥させることにより基板上に膜厚２０μｍの偏光感応層を形成し、光記録媒体を作製した。光記録媒体の吸収スペクトルを測定したところ、アゾベンゼンのπ−π＊遷移に相当する３６５ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが得られた。
【００７３】
ホログラム記録及び再生には、図３に示す構成の光記録装置を使用した。この光記録装置の光源４０には、発振波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを使用した。この波長は光記録媒体の吸収ピークのすそに対応する。第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０には、１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。但し、第１の空間光変調器２０の出力側には偏光板が配置されており、第１のデータ群に対応した強度変調を行うことができる。一方、第２の空間光変調器３０の出力側には偏光板が無く、第２のデータ群に対応した偏光変調を行うことができる。ここで、第１の空間光変調器２０と第２の空間光変調器３０は、画素単位でマッチングさせる構成とした。
【００７４】
図３に示すように、光源４０から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ４１によって２光波に分離される。ビームスプリッタ４１の透過光はレンズ４３および４４によって光径の大きな平行光にされる。その後、第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０を透過し、レンズ４５によって光記録媒体１０に集光される。一方、ビームスプリッタ４１の反射光はミラー４７及び４８により反射されて参照光２となり、光記録媒体１０中で信号光１と交差するように入射される。第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０の各々をコンピュータ２１により制御し、入射された光波を強度変調及び偏光変調して信号光１を生成した。
【００７５】
第１の空間光変調器２０では、図７（ａ）に示すデジタルデータ（第１のデータ）に基づいて強度変調を行った。データ“１”に対応する画素の光強度を最大透過光強度（“明” 状態）とし、データ“０”に対応する画素の光強度を“明”状態の５０％の光強度（“暗” 状態）として、図７（ｂ）に示す２値の強度分布で表されたデジタルデータを生成した。
【００７６】
第２の空間光変調器３０では、図７（ｃ）に示すデジタルデータ（第２のデータ）に基づいて強度変調を行った。データ“０”に対応する画素の偏光方位が０°に回転し（ｐ偏光）、データ“１”に対応する画素の偏光方位が９０°に回転する（ｓ偏光）ようにして、図７（ｄ）に示す２値の偏光分布で表されたデジタルデータを生成した。
【００７７】
信号光１を参照光２と共に光記録媒体１０に照射することで、複数のホログラムが記録された。ここで、記録露光量は約１Ｊ／ｃｍ2とした。
【００７８】
読み出し時には、信号光１の光路上に配置されたシャッター４２を閉じて、信号光１を遮断し、参照光２だけを光記録媒体１０に入射させた。回折光４をレンズ４６によってＣＣＤで構成した光検出器５０に結像させ、データ画像を読み取った。読出光３の光強度は１０ｍＷ／ｃｍ2とした。ここで、読出光３には記録時の参照光２と同じ波長の光を用いたが、記録したホログラムのブラッグ条件を満たす光路となればよく、参照光２と異なる波長の読出光３を用いてもよい。アゾベンゼンの吸収ピークから大きく離れた波長を用いることにより、光記録媒体１０による吸収損失を低減するとともに、記録したホログラムの非破壊読み出しを実現することができる。
【００７９】
読み出された回折光４の４５°偏光成分を偏光子４９によって分離した。分離された偏光成分は光検出器５０によって検出された。回折光４の４５°偏光成分は、第１のデータページに対応して、図７（ｂ）に示した強度分布を示した。なお、回折光４の４５°偏光成分の強度は信号光１に比例しており、本実施例の条件では、読み出し時の回折効率が約１０％であった。また、偏光子４９の方位は回折光４の偏光方位と４５°を成すので、回折光４の光強度は偏光子４９を透過することにより１／２となる。従って、データ“１”に対応する“明”状態の画素の光強度を約０．５ｍＷ／ｃｍ2、データ“０”に対応する”暗” 状態の画素の光強度を約０．２５ｍＷ／ｃｍ2と見積もることができる。閾値を両者の間に設定することによって、第１のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができた。
【００８０】
次に、第２のデータページを読み取るために偏光子４９によって９０°偏光成分を分離した。回折光４の偏光方位が０°のｐ偏光の画素（第２のデータページの“０”に対応）は、偏光子４９を透過しないので光強度は０である。回折光４の偏光方位が９０°のｓ偏光の画素（第２のデータページの“１”に対応）は、第１のデータページのデータ“１”に対応する画素の場合は光強度が約１．０ｍＷ／ｃｍ2となり、データ“０”に対応する画素の場合は光強度がその１／２である約０．５ｍＷ／ｃｍ2となる。そこで、閾値を０以上０．５ｍＷ／ｃｍ2未満に設定することによって、第２のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができた。
【００８１】
以上の結果より、強度変調及び偏光変調により生成した独立のデータページを、１回の露光によって多重記録し、偏光成分の選択と光検出器の閾値処理によって、独立に読み出すことが可能であることを示した。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の光記録方法及び光記録装置によれば、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を用い、この信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができ、この通り複数のデータ群を同時に光記録媒体に記録することにより、大幅な高速化を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる光記録媒体の構成を示す断面図である。
【図２】光強度分布によるホログラムと偏光分布によるホログラムとを説明するための説明図である。
【図３】本発明の光記録装置の一例を示す図である。
【図４】本発明で用いる空間変調器の構成を示す断面図である。
【図５】空間変調器により偏光変調された信号光の偏光分布を示す図である。
【図６】信号光にデータ群が多重化される過程の１例を示す図である。
【図７】（ａ）は記録する第１のデータページを示す図、（ｂ）は（ａ）の第１のデータページを２値の強度分布により表した図、（ｃ）は記録する第２のデータページを示す図、（ｄ）は（ｃ）の第２のデータページを２値の偏光分布により表した図、（ｅ）は得られた信号光の強度分布及び偏光分布を示す図である。
【図８】本発明のホログラムによる多重記録方法及び再生方法を説明する図である。
【図９】信号光にデータ群が多重化される過程の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 信号光
２ 参照光
３ 読出光
４ 回折光
１０ 光記録媒体
２０、３０ 空間光変調器
２１ コンピュータ
２２ 記録ヘッド
２３ 読取り部
２５ 強度分布
２６ 偏光分布
４０ 光源
４１ ビームスプリッタ
４２ シャッタ
４３、４４、４５、４６ レンズ
４７、４８ ミラー
４９ 偏光子
５０ 光検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録方法及び光記録装置に関し、特に、情報を光記録媒体にホログラム記録する光記録方法及び光記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクト・ディスク（ＣＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、ディジタル・ヴァーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）等に代表されるように、現在使用されている光メモリは平面的な二次元メモリである。近年のマルチメディア技術の発展に伴い、高速かつ大容量メモリの必要性が高まっている。しかし、現行の二次元光メモリでは、記録密度が光の回折限界により５Ｇｂｉｔ／ｃｍ2に制限される。従って、更に高密度の記録を行うためには、情報を記録媒体の奥行き方向を含めた三次元で記録する必要がある。
【０００３】
情報をホログラムの形で記録するホログラフィックメモリは、三次元光メモリであり大容量での記録が可能である。また、ホログラフィックメモリは、ページ型メモリであり、２次元データのページ単位での一括記録・再生による高速性を合わせ持つ。このためホログラフィックメモリは、次世代の記録媒体として注目されている。
【０００４】
ホログラフィとは、光波の振幅（強度）と位相の情報を媒体に記録し、再生する技術である。レーザ光のようにコヒーレントな光を物体に照射し、物体からの反射光（物体光）を記録媒体に入射する際に、もう１本のコヒーレントな光（参照光）を同時に記録媒体に入射すると、記録媒体上に干渉縞が形成される。この干渉による光強度分布を屈折率または吸収率の変化として媒体中に記録したものがホログラムである。ホログラムが記録された記録媒体に参照光のみを入射すると、ホログラムが回折格子として働き、物体光が再生される。
【０００５】
また、デジタルデータ（０または１の２値データ）を空間光変調器を用いてオン／オフ・パターンに変換し、物体光として記録媒体に入射させることにより、デジタルデータのホログラム記録も可能である。記録媒体に参照光を照射して物体光を再生し、再生した物体光をフォトディテクタで受光して光電変換し、得られた電気信号から元の２値データを再生することができる。
【０００６】
同一空間領域に複数個のホログラムを多重記録する方式としては、一般に、角度多重・波長多重・位相多重・球面参照光シフト多重等が知られている。中でも角度多重方式は、最も広く用いられており、この方式によれば、参照光の入射角度を変えて記録することにより異なるホログラムを記録再生できる。
【０００７】
また、本出願人は、特開平１０−３４０４７９号及び特開２０００−６７４５９号において、信号光または参照光の偏光方向を変えて、複数の信号光を複数のホログラムとして、光記録媒体の同一領域に多重に記録する光記録方法を提案している。この光記録方法では、信号光と参照光の直線偏光の方向を、互いに平行な方向と互いに直行する方向の２通りとすることによって、入射光の偏光状態に感応して偏光方向を記録できる光記録媒体（以下、偏光感応型の光記録媒体と称する）の同一領域に、２つの信号光を２枚のホログラムとして多重に記録することができる。
【０００８】
例えば、記録時に、第１段階で、信号光と参照光をともにｓ偏光として、偏光感応型の光記録媒体の所定領域に第１の信号光を１枚目のホログラム（光強度ホログラム）として記録する。第２段階で、参照光はｓ偏光のままで信号光の直線偏光の方向を９０°回転させてｐ偏光として、光記録媒体の１枚目のホログラムが記録された領域に第２の信号光を２枚目のホログラム（偏光ホログラム）として記録する。ただし、光強度ホログラムと偏光ホログラムは、いずれを先に記録してもよい。
【０００９】
上記の通り、光記録媒体の同一領域に、信号光の偏光方向を変えて、空間偏光分布によりデータ群を保持する偏光ホログラムと、強度分布または位相分布によりデータ群を保持する光強度ホログラムとを、多重に記録することも可能である。
【００１０】
読み出し時には、光強度ホログラムと偏光ホログラムとが多重に記録された所定領域に、記録時の参照光と同一若しくは位相共役光である読出光を照射する。これにより光強度ホログラムによるｓ偏光成分と偏光ホログラムによるｐ偏光成分とを有する回折光が得られる。
【００１１】
得られた回折光を、偏光ビームスプリッタ等の偏光子を用いてｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離し、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを別々に検出することによって、各々のホログラムにより多重記録されている２つのデータを、分離して取り出すことができる。
【００１２】
このように、上述した方法によれば、光記録媒体の同一領域に複数のホログラムを多重に記録し、同一領域から複数のホログラムを分離して読み出すことができるので、記録容量を従来のホログラフィックメモリの２倍にすることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように信号光の偏光方向を変えて多重記録する場合には、偏光方向が異なる信号光毎に光記録媒体を露光して各々ホログラム記録を行わなくてはならず、記録速度の面では角度多重方式等の従来の記録方式と同じであった。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができ高速記録が可能な光記録方法、及び光記録装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光記録方法は、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録することを特徴とする。
【００１６】
本発明の光記録方法では、信号光が偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持している。即ち、光の強度と偏光方向とをデータキャリアとして利用することにより、複数のデータ群を信号光に保持させることができる。この信号光を参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、該信号光での１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができる。この通り複数のデータ群を同時に光記録媒体に記録することにより、例えば２つのデータ群を同時に記録する場合は記録時間が半分になるというように、従来に比べ大幅な高速化を実現することができる。
【００１７】
ホログラム記録を行うための信号光としては、強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、偏光分布により第２のデータ群を保持する信号光が好ましい。このような信号光は、強度分布により第１のデータ群を保持する光に、第２のデータ群に対応した偏光分布を付与して生成することができる。第１のデータ群を強度分布により表す場合には、強度分布の最小強度が０より大きいことが好ましい。
【００１８】
光誘起複屈折性（光誘起２色性または光誘起異方性とも呼ばれる）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。この中でも、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は記録特性に優れている。従って、光記録媒体としては、少なくとも一面側に、光誘起複屈折性を備えると共に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からなる偏光感応層を設けたものが好ましい。光異性化する基としては、アゾベンゼン骨格を含むものが好ましく、高分子または高分子液晶としては、ポリエステル群から選ばれた少なくとも１種のモノマー重合体が好ましい。
【００１９】
また、所定方向の偏光の強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、該所定方向とは異なる方向の偏光の強度分布により第２のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の光記録装置は、コヒーレントな光を発する光源と、前記光源からの光を変調して、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を生成する複数の空間光変調器と、前記信号光を光記録媒体の所定領域に照射する信号光照射手段と、参照光を光記録媒体の前記所定領域に信号光と同時に照射する参照光照射手段と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の光記録装置では、複数の空間光変調器により光源から発せられたコヒーレントな光を変調して、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を生成する。即ち、複数の空間光変調器により、光源から発せられたコヒーレントな光の強度と偏光方向とを変調して、複数のデータ群を保持させた信号光を生成することができる。信号光照射手段はこの信号光を光記録媒体の所定領域に照射し、参照光照射手段は参照光を光記録媒体の前記所定領域に信号光と同時に照射して、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、該信号光での１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができる。
【００２２】
複数の空間光変調器は、例えば、光源からの光を第１のデータ群に応じて強度変調して強度分布により第１のデータ群を保持する信号光を生成する第１の空間光変調器と、第１のデータ群を保持する信号光を第２のデータ群に応じて偏光変調して強度分布により第１のデータ群を保持すると共に偏光分布により第２のデータ群を保持する信号光を生成する第２の空間光変調器と、から構成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明で使用する偏光感応型の光記録媒体について説明する。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、偏光感応型の光記録媒体１０は、ガラス基板などの透明基板１１の一面側に光誘起複屈折性を示す偏光感応層１２を形成して構成されている。記録時の信号光１および参照光２は、図示するように偏光感応層１２側から照射する。体積型（３次元）の記録を実現するには、偏光感応層１２の厚さは、少なくとも１０μｍ程度必要であり、大きい方が望ましい。偏光感応層１２の厚さを１ｍｍにすると、ＣＤ−ＲＯＭの１００枚程度の記録容量を得ることができる。
【００２６】
なお、偏光感応型の光記録媒体は、図１（Ｂ）に示すように、光記録媒体１０全体を光誘起複屈折性を示す偏光感応層１２で形成してもよい。この場合の偏光感応層１２、すなわち光記録媒体１０の厚みは、図１（Ａ）の偏光感応層１２の厚みと同じにする。
【００２７】
図１（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合においても、光記録媒体１０は全体としてシート状に、すなわち厚みに比べて十分大きな拡がりを有するように形成する。また、光記録媒体１０はディスク形状とするのが好ましい。
【００２８】
偏光感応層１２は、光誘起複屈折性を示し、信号光１と参照光２との間の偏光角の値に拘らず上記の偏光ホログラムを記録できる材料であれば、どのような材料で構成されていてもよい。好適な材料としては、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を挙げることができる。また、光異性化する基または分子としては、例えば、アゾベンゼン骨格を含むものが好適である。
【００２９】
アゾベンゼンは、光の照射によってトランス−シスの光異性化を示す。トランス型になると下記化学式（Ａ）に示す分子構造になり、シス型になると下記化学式（Ｂ）に示す分子構造になる。シス型は熱的に不安定であるため、アゾベンゼンは光励起される前はトランス型が多く存在し、トランス型は光励起によりシス型に異性化する。更に、アゾベンゼンに直線偏光の光を照射すると、光異性化に方向性を生じ、アゾベンゼンの配向変化が引き起こされる。その結果、吸収率や屈折率に方向性が現れる。一般に、これらの性質は、光誘起複屈折性、光誘起２色性、または光誘起異方性と呼ばれている。また、円偏光または無偏光の光を照射することによって、これら励起された異方性を消去することができる。
【００３０】
【化１】
偏光感応層１２の材料の好適な例として、下記の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を挙げることができる。このポリエステルは、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起因して、信号光の偏光方向をホログラムとして記録できる（"Holographic recording and retrieval of polarized light by use of polyester containing cyanoazobenzene units in the side chain", K.Kawano, T. Ishii, J. Minabe, T. Niitsu, Y. Nishikata and K. Baba, Opt. Lett. Vol. 24 (1999) pp. 1269-1271）。
【００３２】
【化２】
上記のポリエステル材料からなる偏光感応層１２を備えた光記録媒体１０は、ポリエステルのクロロホルム溶液を洗浄したガラス基板上にキャストし乾燥させることによって作製することができる。膜厚２０μｍの偏光感応層１２が形成された光記録媒体１０の吸収スペクトルを測定したところ、アゾベンゼンのπ−π*遷移に相当する３６５ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが得られた。
【００３４】
なお、光記録媒体の作製方法はこれに限られるものではなく、偏光感応層１２の材料を基板上にスピンコートして光記録媒体を作製してもよく、偏光感応層１２の材料を平行平板セルへ注入して光記録媒体を作製してもよい。また、フィルム状基板に偏光感応層１２の材料をホットプレスにより接着して光記録媒体を作製してもよい。
【００３５】
このアゾベンゼンを側鎖に有する高分子または高分子液晶、またはアゾベンゼンを分散させた高分子を偏光感応層１２として備える光記録媒体１０に、ホログラムを記録する場合、それぞれコヒーレントな信号光１および参照光２を、光記録媒体１０の同一領域に同時に照射する。
【００３６】
この場合、信号光１と参照光２の偏光方向が互いに平行なとき、例えば、図２（Ａ）に示すように、信号光１と参照光２がともにｓ偏光のときには、光記録媒体１０中に、信号光１と参照光２の２光波干渉により光強度分布を生じる。そして、光強度の強いところのみ、アゾベンゼンの配向変化が引き起こされる。従って、光強度分布に対応した吸収率または屈折率の格子がホログラムとして記録される。
【００３７】
これに対して、信号光１と参照光２の偏光方向を互いに直交させたとき、例えば、図２（Ｂ）に示すように、信号光１をｐ偏光とし、参照光２をｓ偏光としたときには、信号光１と参照光２の偏光方向が互いに平行なときのような光強度分布は生じない。その代わりに、偏光方向が空間的・周期的に変調され、直線偏光部分８と楕円偏光部分９が交互に周期的に現れる。
【００３８】
この場合、光強度分布は一様となるが、変調された偏光分布に応じてアゾベンゼンの配向変化が引き起こされるので、空間的に方向性の異なる吸収率または屈折率の型の格子がホログラムとして記録される。
【００３９】
以後、図２（Ａ）のように信号光１と参照光２の偏光方向が平行なときの光強度分布によるホログラムを光強度ホログラムと称し、図２（Ｂ）のように信号光１と参照光２の偏光方向が直交するときの偏光分布によるホログラムを偏光ホログラムと称する。
【００４０】
このように、アゾベンゼンを側鎖に有する高分子または高分子液晶、またはアゾベンゼンを分散させた高分子を偏光感応層１２として備える光記録媒体１０によれば、信号光１と参照光２の偏光方向が平行であっても直交していても、アゾベンゼンの異方性が誘起される結果、ホログラムを記録することができる。
【００４１】
上記の各々の場合にホログラム読出光３の偏光方向を参照光２の偏光方向と同じ方向とすれば、信号光１と同じ偏光状態を持つ回折光４を得ることができる。また、記録されたホログラムは室温自然光のもとで数年以上緩和なく保持される。
【００４２】
図３に本発明の光記録装置の一例を示す。この光記録装置は、記録された情報の読み出し（再生）にも使用することができる。
【００４３】
図３に示すように、この光記録装置は、光記録媒体１０の所定領域に信号光１及び参照光２を同時に照射してホログラムを記録する記録ヘッド２２と、記録されたホログラムによる回折光４を読み取る読取り部２３と、を備えている。
【００４４】
記録ヘッド２２は、コヒーレントな光を発する光源４０、光源４０からの光を信号光用及び参照光用の二光波に分けるビームスプリッタ４１、ビームスプリッタ４１を透過した光波を平行光化するレンズ４３及び４４、平行光化された光波を強度変調する第１の空間光変調器２０、強度変調された光波を偏光変調する第２の空間光変調器３０、強度変調及び偏光変調された信号光１を光記録媒体１０の所定領域に集光する集光レンズ４５、及びビームスプリッタ４１で反射された光波を参照光２として光記録媒体１０の所定領域に導くミラー４７、４８を備えている。
【００４５】
また、ビームスプリッタ４１とレンズ４３との間には、信号光用の光波を遮断するシャッター４２が配置されている。読み出し時にはこのシャッター４２を閉じて信号光１を遮断し、ビームスプリッタ４１で反射された参照光２だけを読出光として光記録媒体１０に入射させる。
【００４６】
一方、読取り部２３は、回折光４を平行光化するレンズ４６、回折光４に含まれる所定の偏光成分を分離する偏光ビームスプリッタ等の偏光子４９、及び偏光子４９を介して入射される回折光を検出するＣＣＤ等の光検出器５０を備えている。
【００４７】
なお、第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０は、各々コンピュータ２１に接続され、各々コンピュータ２１により制御されている。
【００４８】
光源４０としては、光記録媒体１０の偏光感応層１２の材料に感度があり、且つコヒーレントな光を発するものを使用することができる。側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステルを偏光感応層１２に用いる場合には、光記録媒体１０の吸収ピークの裾に対応する発振波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを光源に使用するのが好ましい。
【００４９】
第１の空間光変調器２０としては、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した透過型の空間光変調器を用いることができる。このタイプの空間光変調器としては、プロジェクタ用の液晶パネルを挙げることができる。プロジェクタ用の液晶パネルは、図４に示すように、電気光学変換部材の一つである液晶１２１の両面に電極１２２、１２３を形成した透過型の液晶セル１２４を備えている。液晶セル１２４の両側、即ち入出力側には、偏光板１２６、１２７が配置されている。
【００５０】
第２の空間光変調器３０としては、第１の空間光変調器２０と同様に、液晶等の電気光学変換材料の両面に透明電極を形成した透過型の空間光変調器を用いることができる。但し、偏光変調を可能にするために、上記のプロジェクタ用の液晶パネルを用いる場合には、少なくとも出力側に配置された偏光板を取り除く必要がある。
【００５１】
この偏光変調を行う空間光変調器では、２次元的に複数の画素を形成して、それぞれの画素を１／２波長板として機能させ、それぞれの画素に２次元データの対応するビットの情報を電圧印加の有無として与えることにより、それぞれの画素に入射する光の偏光を変調する。
【００５２】
例えば、図５に示すように、入射光６はｓ偏光として空間光変調器３０に入射させる。そして、空間光変調器３０の電圧が印加されない画素では、１／２波長板の軸が入射光６の偏光方向と平行となり、この画素を透過した信号光１ａはｓ偏光となる。これに対して、空間光変調器３０の電圧が印加された画素は、１／２波長板の軸が４５°回転して、入射光６の偏光方向を９０°回転させ、この画素を透過した信号光１ｂはｐ偏光となる。このように、空間光変調器３０を通過した信号光１は、空間光変調器３０に与えられた２次元データに対応した空間偏光分布を有するものとなる。
【００５３】
光源４０から出力されたコヒーレント光は、ビームスプリッタ４１により信号光用及び参照光用の二光波に分けられる。ビームスプリッタ４１を透過した光波はレンズ４３および４４により光径の大きな平行光とされる。その後、平行光化された光波は、第１の空間光変調器２０により強度変調され、第２の空間光変調器３０により偏光変調されて、信号光１が生成される。
【００５４】
図６にデータ群が多重化される過程を示す。最初に、入射された光波が第１の空間光変調器２０により第１のデータ群に応じて強度変調され、第１のデータ群に対応した強度分布２５を有する光波が生成される。次に、強度変調された光波が第２の空間光変調器３０により、第２のデータ群に応じて偏光変調され、第２のデータ群に対応した偏光分布２６を付与された信号光１が生成される。即ち、得られた信号光１にはデータ群が多重化されており、信号光１は、強度分布２５により第１のデータ群を保持すると共に、偏光分布２６により第２のデータ群を保持している。
【００５５】
便宜上２×２画素または２×２ビットのデータ情報を保持させる場合を例に、データ情報が多重化について詳しく説明する。
【００５６】
図７（ａ）に第１のデータ群（データページ）を示す。第１の空間光変調器２０により、図７（ａ）に示すデータページに対応して、データ“０”に対応する画素の光強度がＩ0、データ“１”に対応する画素の光強度がＩ1（Ｉ0＜Ｉ1）となるように、入射された光波を変調し、２値の強度分布により表されたデジタルデータを生成する（図７（ｂ））。即ち、データ“０”に対応する画素が“暗”の画素であり、データ“１”に対応する画素が“明”の画素である。ここでＩ0≠０であり、空間光変調器２０の全ての画素は光を透過させる。Ｉ0≠０とすることにより、次に示すように全画素について偏光変調した光波を得ることができる。
【００５７】
図７（ｃ）に第２のデータ群（データページ）を示す。第１の空間光変調器２０により強度変調された光波は、次に、第２の空間光変調器３０に入射する。第１の空間光変調器２０を透過した光波は、第１の空間光変調器２０の偏光板により所定の偏光方位を有している。第２の空間光変調器３０により、図７（ｃ）に示すデータページに対応して、データ“０”に対応する画素の偏光方位が０°（ｐ偏光）、データ“１”に対応する画素の偏光方位が９０°（ｓ偏光）となるように、入射された光波を変調し、２値の偏光分布により表されたデジタルデータを生成する（図７（ｄ））。
【００５８】
最終的に２つの空間変調器によって変調された光波が信号光１となるので、上記の場合は、図７（ｅ）に示すように、得られた信号光１には、強度変調により第１のデータページがコード化され、偏光変調により第２のデータページがコード化される。
【００５９】
上記の多重化方式では、２つの空間光変調器を多段に結合させることにより、光の伝播するスピードで１つの光波に２つのデータページを多重コード化することができる。また、上記では便宜上２×２画素を例に説明したが、例えば、１０００×１０００画素の空間光変調器を利用すれば、１度に１００万ビットのデータページを高速に多重コード化することができる。
【００６０】
記録時には、図３及び図８（ａ）に示すように、強度変調及び偏光変調された信号光１は、レンズ４５により縮小またはフーリエ変換されて、光記録媒体１０の所定領域に照射される。一方、ビームスプリッタ４１で反射された参照光２は、ミラー４７及び４８で反射されて光記録媒体１０の所定領域に導かれ、光記録媒体中で信号光１と交差するように光記録媒体１０に入射される。このように信号光１と参照光２とを同一領域に同時に照射することによりホログラム記録を行う。
【００６１】
再生時には、図３及び図８（ｂ）に示すように、シャッター４２を閉じて信号光１を遮断し、参照光２のみを読出光３として光記録媒体１０に照射する。読出光３は、あたかも信号光１が光記録媒体１０を透過したかのように回折される。回折された光波（回折光４）は、これをレンズ４６により光検出器５０に結像させる。この回折光４は信号光１と同じ偏光分布を保持し、且つ信号光１に比例した強度分布を保持している。
【００６２】
第１のデータ群は、光検出器５０で検出された回折光４の強度分布から読み取ることができる。第１のデータ群を読み取る場合には、強度分布を損なわないように、回折光４の光路に配置された偏光子４９の透過軸を４５°に設定すれば良い。回折光４の強度は信号光１に比例するので、その比例係数をαとすると、データ“０”に対応する“暗”の画素の光強度はαＩ0となり、データ“１”に対応する“明”の画素の光強度はαＩ1となる。ここで、閾値をαＩ0とαＩ1の間に設定することにより、第１のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができる。
【００６３】
また、第２のデータ群を読み取るに当っては、偏光子４９により回折光４の０°偏光成分または９０°偏光成分のいずれかを分離し、分離された偏光成分を光検出器５０で検出する。第２のデータ群は、この光検出器５０で検出された偏光成分の強度分布から読み取ることができる。
【００６４】
例えば９０°偏光成分を分離した場合について説明すると、回折光４の偏光方位が０°の偏光の画素（第２のデータページの“０”に対応）に対応する部分は、偏光子４９を透過しないので光強度は０である。回折光４の偏光方位が９０°のｓ偏光の画素（第２のデータページの“１”に対応）に対応する部分は、βＩ0とβＩ1のいずれかの光強度となる。ここでβは比例係数である。即ち、回折光４の９０°偏光成分の光強度は信号光１に比例するので、第１のデータページが“１”と“０”の２値で表されている場合には、対応する画素の光強度はそれぞれβＩ0とβＩ1となる。そこで、Ｉ0＜Ｉ1の場合は、閾値をβＩ0と０の間に設定することにより、第２のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができる。
【００６５】
以上の通り、本発明の光記録方法及び光記録装置では、強度分布及び偏光分布により独立した複数のデータ群が多重化された信号光を、１回の露光によって多重記録することができる。また、記録されたホログラムに基づき再生された回折光から、偏光成分の選択と光検出器の閾値処理により、複数のデータ群を独立に読み出すことができる。
【００６６】
上記では、入射された光波を第１の空間光変調器により第１のデータ群に応じて強度変調し、次に、強度変調された光波を第２の空間光変調器により第２のデータ群に応じて偏光変調して信号光を生成する例について説明したが、変調方法はこれに限定されない。
【００６７】
例えば、偏光変調した後に強度変調しても良い。即ち、偏光分布により第１のデータ群を保持する光に、第２のデータ群に対応した強度分布を付与して信号光を生成することができる。
【００６８】
また、偏光方位の異なる光波を各々強度変調して合波してもよい。即ち、所定方向の偏光の強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、該所定方向とは異なる方向の偏光の強度分布により第２のデータ群を保持する信号光を生成することができる。例えば、図９に示すように、偏光方位が０°の光波（ｐ偏光）を第１の空間光変調器２０により第１のデータ群に応じて強度変調すると共に、偏光方位が９０°の光波（ｓ偏光）を第２の空間光変調器３０により第２のデータ群に応じて強度変調する。そして、強度変調されたｐ偏光２７と強度変調されたｓ偏光２８とを合波して信号光１を生成する。得られた信号光１には、ｐ偏光の強度変調により第１のデータページがコード化され、ｓ偏光の強度変調により第２のデータページがコード化されている。
【００６９】
更に、上記のホログラムの多重記録方式は、角度多重方式やシフト多重化方式など、他の多重記録方式と併用して実施することも可能である。
【００７０】
上記では、強度変調を第１の空間光変調器で行い、偏光変調を第２の空間光変調器で行っているが、強度変調用の空間光変調器と偏光変調用の空間光変調器とに分ける必要は無く、第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器の両方で、強度変調と偏光変調とを行ってもよい。
【００７１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７２】
光記録媒体としては、前記化学式（Ｃ）で表されるシアノアゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルを偏光感応層に用いた偏光感応型の光記録媒体を用いた。前記化学式（Ｃ）で表されるシアノアゾベンゼンを側鎖に持つポリエステルのクロロホルム溶液を、洗浄したガラス基板上にキャストし乾燥させることにより基板上に膜厚２０μｍの偏光感応層を形成し、光記録媒体を作製した。光記録媒体の吸収スペクトルを測定したところ、アゾベンゼンのπ−π＊遷移に相当する３６５ｎｍ付近にピークを有するスペクトルが得られた。
【００７３】
ホログラム記録及び再生には、図３に示す構成の光記録装置を使用した。この光記録装置の光源４０には、発振波長５１５ｎｍのアルゴンイオンレーザを使用した。この波長は光記録媒体の吸収ピークのすそに対応する。第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０には、１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。但し、第１の空間光変調器２０の出力側には偏光板が配置されており、第１のデータ群に対応した強度変調を行うことができる。一方、第２の空間光変調器３０の出力側には偏光板が無く、第２のデータ群に対応した偏光変調を行うことができる。ここで、第１の空間光変調器２０と第２の空間光変調器３０は、画素単位でマッチングさせる構成とした。
【００７４】
図３に示すように、光源４０から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ４１によって２光波に分離される。ビームスプリッタ４１の透過光はレンズ４３および４４によって光径の大きな平行光にされる。その後、第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０を透過し、レンズ４５によって光記録媒体１０に集光される。一方、ビームスプリッタ４１の反射光はミラー４７及び４８により反射されて参照光２となり、光記録媒体１０中で信号光１と交差するように入射される。第１の空間光変調器２０及び第２の空間光変調器３０の各々をコンピュータ２１により制御し、入射された光波を強度変調及び偏光変調して信号光１を生成した。
【００７５】
第１の空間光変調器２０では、図７（ａ）に示すデジタルデータ（第１のデータ）に基づいて強度変調を行った。データ“１”に対応する画素の光強度を最大透過光強度（“明” 状態）とし、データ“０”に対応する画素の光強度を“明”状態の５０％の光強度（“暗” 状態）として、図７（ｂ）に示す２値の強度分布で表されたデジタルデータを生成した。
【００７６】
第２の空間光変調器３０では、図７（ｃ）に示すデジタルデータ（第２のデータ）に基づいて強度変調を行った。データ“０”に対応する画素の偏光方位が０°に回転し（ｐ偏光）、データ“１”に対応する画素の偏光方位が９０°に回転する（ｓ偏光）ようにして、図７（ｄ）に示す２値の偏光分布で表されたデジタルデータを生成した。
【００７７】
信号光１を参照光２と共に光記録媒体１０に照射することで、複数のホログラムが記録された。ここで、記録露光量は約１Ｊ／ｃｍ2とした。
【００７８】
読み出し時には、信号光１の光路上に配置されたシャッター４２を閉じて、信号光１を遮断し、参照光２だけを光記録媒体１０に入射させた。回折光４をレンズ４６によってＣＣＤで構成した光検出器５０に結像させ、データ画像を読み取った。読出光３の光強度は１０ｍＷ／ｃｍ2とした。ここで、読出光３には記録時の参照光２と同じ波長の光を用いたが、記録したホログラムのブラッグ条件を満たす光路となればよく、参照光２と異なる波長の読出光３を用いてもよい。アゾベンゼンの吸収ピークから大きく離れた波長を用いることにより、光記録媒体１０による吸収損失を低減するとともに、記録したホログラムの非破壊読み出しを実現することができる。
【００７９】
読み出された回折光４の４５°偏光成分を偏光子４９によって分離した。分離された偏光成分は光検出器５０によって検出された。回折光４の４５°偏光成分は、第１のデータページに対応して、図７（ｂ）に示した強度分布を示した。なお、回折光４の４５°偏光成分の強度は信号光１に比例しており、本実施例の条件では、読み出し時の回折効率が約１０％であった。また、偏光子４９の方位は回折光４の偏光方位と４５°を成すので、回折光４の光強度は偏光子４９を透過することにより１／２となる。従って、データ“１”に対応する“明”状態の画素の光強度を約０．５ｍＷ／ｃｍ2、データ“０”に対応する”暗” 状態の画素の光強度を約０．２５ｍＷ／ｃｍ2と見積もることができる。閾値を両者の間に設定することによって、第１のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができた。
【００８０】
次に、第２のデータページを読み取るために偏光子４９によって９０°偏光成分を分離した。回折光４の偏光方位が０°のｐ偏光の画素（第２のデータページの“０”に対応）は、偏光子４９を透過しないので光強度は０である。回折光４の偏光方位が９０°のｓ偏光の画素（第２のデータページの“１”に対応）は、第１のデータページのデータ“１”に対応する画素の場合は光強度が約１．０ｍＷ／ｃｍ2となり、データ“０”に対応する画素の場合は光強度がその１／２である約０．５ｍＷ／ｃｍ2となる。そこで、閾値を０以上０．５ｍＷ／ｃｍ2未満に設定することによって、第２のデータページの各ビット値である“１”と“０”とを判別することができた。
【００８１】
以上の結果より、強度変調及び偏光変調により生成した独立のデータページを、１回の露光によって多重記録し、偏光成分の選択と光検出器の閾値処理によって、独立に読み出すことが可能であることを示した。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の光記録方法及び光記録装置によれば、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を用い、この信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録するので、１回の露光により複数のデータ群を光記録媒体の同一領域に多重に記録することができ、この通り複数のデータ群を同時に光記録媒体に記録することにより、大幅な高速化を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる光記録媒体の構成を示す断面図である。
【図２】光強度分布によるホログラムと偏光分布によるホログラムとを説明するための説明図である。
【図３】本発明の光記録装置の一例を示す図である。
【図４】本発明で用いる空間変調器の構成を示す断面図である。
【図５】空間変調器により偏光変調された信号光の偏光分布を示す図である。
【図６】信号光にデータ群が多重化される過程の１例を示す図である。
【図７】（ａ）は記録する第１のデータページを示す図、（ｂ）は（ａ）の第１のデータページを２値の強度分布により表した図、（ｃ）は記録する第２のデータページを示す図、（ｄ）は（ｃ）の第２のデータページを２値の偏光分布により表した図、（ｅ）は得られた信号光の強度分布及び偏光分布を示す図である。
【図８】本発明のホログラムによる多重記録方法及び再生方法を説明する図である。
【図９】信号光にデータ群が多重化される過程の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 信号光
２ 参照光
３ 読出光
４ 回折光
１０ 光記録媒体
２０、３０ 空間光変調器
２１ コンピュータ
２２ 記録ヘッド
２３ 読取り部
２５ 強度分布
２６ 偏光分布
４０ 光源
４１ ビームスプリッタ
４２ シャッタ
４３、４４、４５、４６ レンズ
４７、４８ ミラー
４９ 偏光子
５０ 光検出器
Claims (10)
- 偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録する光記録方法。
- 前記信号光は、強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、偏光分布により第２のデータ群を保持する請求項１に記載の光記録方法。
- 強度分布により第１のデータ群を保持する光に、第２のデータ群に対応した偏光分布を付与して前記信号光を生成する請求項２に記載の光記録方法。
- 前記強度分布の最小強度が０より大きい請求項２または３に記載の光記録方法。
- 前記光記録媒体は、少なくとも一面側に、光誘起複屈折性を備えると共に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からなる偏光感応層を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光記録方法。
- 前記光異性化する基がアゾベンゼン骨格を含んでいる請求項５に記載の光記録方法。
- 前記高分子または高分子液晶が、ポリエステル群から選ばれた少なくとも１種のモノマー重合体である請求項５または６に記載の光記録方法。
- 所定方向の偏光の強度分布により第１のデータ群を保持すると共に、該所定方向とは異なる方向の偏光の強度分布により第２のデータ群を保持する信号光を、参照光と同時に光記録媒体の所定領域に照射し、該信号光の偏光分布及び強度分布をホログラムとして多重記録する光記録方法。
- コヒーレントな光を発する光源と、
前記光源からの光を変調して、偏光分布及び強度分布により複数のデータ群を保持する信号光を生成する複数の空間光変調器と、
前記信号光を光記録媒体の所定領域に照射する信号光照射手段と、
参照光を光記録媒体の前記所定領域に信号光と同時に照射する参照光照射手段と、
を含む光記録装置。 - 前記複数の空間光変調器は、
前記光源からの光を第１のデータ群に応じて強度変調して、強度分布により第１のデータ群を保持する信号光を生成する第１の空間光変調器と、
前記第１のデータ群を保持する信号光を第２のデータ群に応じて偏光変調して、強度分布により第１のデータ群を保持すると共に偏光分布により第２のデータ群を保持する信号光を生成する第２の空間光変調器と、
から構成される請求項９に記載の光記録装置。
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