JP2005322382A - ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
多重記録によるホログラム記録媒体への記録密度の向上をより確実に図れるホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供する。
【解決手段】
位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することでホログラム記録媒体の深さ方向への多重記録を、集光位置を制御することでホログラム記録媒体の表面に沿った方向への多重記録を行う。参照光が位相変調素子を通過することから、位相変調素子とホログラム記録媒体との距離および集光位置を大きく変化させなくても、多重記録が行える。２つ（あるいは３つ）の方向で距離を変化させて多重記録を行い、多重記録を組み合わせて記録密度の向上を図ることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ホログラムを用いて記録を行うホログラム記録装置、およびホログラム記録方法に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。

ホログラム記録装置では、変調された（データが重畳された）信号光、変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。

ホログラム記録媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録媒体に多数のホログラムを形成する場合がある。この場合、ホログラム記録媒体上の異なる箇所にホログラムを形成するとは限らず、ホログラム記録媒体の同一箇所（または、互いに重なり合う領域）にホログラムを形成することも可能である。これが、いわゆる多重記録であり、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式等種々の方式が提案されている。

例えば、角度多重方式では、ホログラム記録媒体の同一箇所に参照光の入射角度を変化させてホログラムを形成する。再生時に記録時と同様の参照光を用いることで、同一箇所に形成された複数のホログラムそれぞれに対応する再生光、ひいてはデータを得ることができる。

なお、多重記録の一種である位相相関多重を用いて記録容量の増大を図ったホログラム記録装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２４２４２４号公報

しかしながら多重方式による記録密度の向上には限界がある。多重記録で記録密度を上げるには、記録時のシフト量（シフト量は、多重記録方式に応じ、移動量、角度変化量、波長変化量等が対応する）を小さくする必要がある。このシフト量を小さくすると複数の記録間でクロストークが発生し易くなり、何らかの手段でクロストークを防止する必要に迫られる。また、シフト量を小さくすることは、光学的、機械的な設計、製作に困難をもたらす。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、多重記録によるホログラム記録媒体への記録密度の向上をより確実に図れるホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供することにある。

Ａ．本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、前記光分岐素子で分岐された参照光を位相変調する位相変調素子と、前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する集光位置制御機構と、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、を具備することを特徴とする。

位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することでホログラム記録媒体の深さ方向への多重記録を、集光位置を制御することでホログラム記録媒体の表面に沿った方向への多重記録を行える。参照光が位相変調素子を通過することから、位相変調素子とホログラム記録媒体との距離および集光位置を大きく変化させなくても、多重記録が行える。２つ（あるいは３つ）の方向での距離を変化させることで多重記録が行え、多重記録を組み合わせて記録密度の向上を図ることができる。

（１）ここで、前記集光位置制御機構が、前記ホログラム記録媒体を駆動することで前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する媒体駆動機構、あるいは前記光学系および位相変調素子を駆動することで前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する光学系駆動機構を有してもよい。

ホログラム記録媒体と、光学系および位相変調素子とのいずれかを駆動することで、ホログラム記録媒体の表面方向での多重記録を行える。

（２）前記距離制御機構が、前記ホログラム記録媒体を駆動することで前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する媒体駆動機構、あるいは前記位相変調素子を駆動することで前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する素子駆動機構を有してもよい。

ホログラム記録媒体と、位相変調素子とのいずれかを駆動することで、ホログラム記録媒体の深さ方向での多重記録を行える。

（３）ホログラム記録装置が、前記ホログラム記録媒体への前記信号光および参照光の入射角度を制御する集光角度制御機構、をさらに具備してもよい。

ホログラム記録媒体の表面方向での多重記録、深さ方向での多重記録、に加えて角度多重記録が可能となり、記録密度のさらなる向上が図れる。

（４）ホログラム記録装置が、前記ホログラム記録媒体に対する前記位相変調素子の回転を制御する回転制御機構、をさらに具備してもよい。

ホログラム記録媒体の表面方向での多重記録、深さ方向での多重記録、に加えて角度多重記録が可能となり、記録密度のさらなる向上が図れる。

（５）前記レーザ光源が前記レーザ光と波長の異なる第２のレーザ光を出射し、前記ホログラム記録装置が、前記第２のレーザ光を第２の信号光と第２の参照光に分岐する第２の光分岐素子と、をさらに具備し、前記光変調素子が、前記第２の光分岐素子で分岐された第２の信号光を変調し、前記位相変調素子が、前記第２の光分岐素子で分岐された第２の参照光を位相変調し、前記光学系が、前記第２の光変調素子で変調された第２の信号光および前記第２の位相変調素子で位相変調された第２の参照光を前記ホログラム記録媒体の前記略同一箇所の近傍に集光させてもよい。

ホログラム記録媒体の表面方向での多重記録、深さ方向での多重記録、に加えて波長多重記録が可能となり、記録密度のさらなる向上が図れる。

（６）ホログラム記録装置が、前記集光箇所への累積集光量に応じて、前記集光箇所に集光する信号光および参照光の光強度を制御する光強度制御機構、をさらに具備してもよい。

記録材料（例えば、有機材料の場合はモノマー）の残量に応じて、光強度を制御し、記録されるホログラムの均一性を向上できる。

Ｂ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて角度多重記録を行う第１の記録ステップと、前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて角度多重記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

角度多重記録後にホログラム記録媒体と位相変調素子との距離を変化させることで、再度の角度多重記録が可能となり、記録密度の向上を図れる。

Ｃ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて波長多重記録を行う第１の記録ステップと、前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて波長多重記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

波長多重記録後にホログラム記録媒体と位相変調素子との距離を変化させることで、再度の波長多重記録が可能となり、記録密度の向上を図れる。

Ｄ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて回転多重記録を行う第１の記録ステップと、前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて回転多重記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

回転多重記録後にホログラム記録媒体と位相変調素子との距離を変化させることで、再度の回転多重記録が可能となり、記録密度の向上を図れる。

Ｅ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光させ、かつ集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向に移動させて記録を行う第１の記録ステップと、前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光させ、かつ集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向に移動させて記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

ホログラム記録媒体の表面方向での多重記録後にホログラム記録媒体と位相変調素子との距離を変化させることで、再度のホログラム記録媒体表面方向での多重記録が可能となり、記録密度の向上を図れる。

Ｆ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の第１の箇所に集光させ、かつ前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させて記録を行う第１の記録ステップと、前記信号光と参照光の集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向の前記第１の箇所から第２の箇所に移動させる集光箇所移動ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光を前記ホログラム記録媒体の前記第２の箇所に集光させ、かつ前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させて記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

ホログラム記録媒体の深さ方向での多重記録後に、ホログラム記録媒体の表面に沿った方向に集光位置を移動させてホログラム記録媒体の深さ方向での多重記録を行うことで、記録密度の向上を図れる。

Ｇ．本発明に係るホログラム記録方法は、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の第１の領域に集光させて記録を行う第１の記録ステップと、前記信号光と参照光の集光領域を前記第１の領域と一部が重なる第２の領域に移動させる集光領域移動ステップと、前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光を前記ホログラム記録媒体の前記第２の領域に前記第１の記録ステップより強い強度で集光させて記録を行う第２の記録ステップと、を具備することを特徴とする。

記録材料（例えば、有機材料の場合はモノマー）の残量に応じて、光強度を制御し、記録されるホログラムの均一性を向上できる。

以上のように、本発明によれば、多重記録によるホログラム記録媒体への記録密度の向上をより確実に図れるホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の光学ユニット１００を表す模式図である。また、図２は光学ユニット１００の一部を拡大した状態を表す模式図である。なお、図２では、内容の判りやすさのための、光学素子の一部の図示を省略している。

図１、２に示すように、ホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体１０１への情報の記録、再生を行うものであり、光学ユニット１００を備える。

光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１，コリメートレンズ１１２，偏光ビームスプリッタ１１３，ミラー１２１，ピンホール１２２，空間光変調器１２３，ミラー１２４，ダイクロイックミラー１２５，凹レンズ１２６，対物レンズ１２７，ファラデー素子１３１、１３２，偏光ビームスプリッタ１３３，撮像素子１３４，ミラー１４１，遮蔽板１４２，位相変調素子１４３，サーボ用光源１５１，コリメートレンズ１５２，グレーティング１５３，ビームスプリッタ１５４，集光用レンズ１５５，シリンドリカルレンズ１５６，受光素子１５７，サーボ駆動ユニット１５８を有する。

ホログラム記録媒体１０１は、保護層１０２，記録層１０３，グルーブ１０４，反射層１０５を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。

保護層１０２は、記録層１０３を外界から保護するための層である。

記録層１０３は、この干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。

無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。

有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマーがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマーが重合する。なお、ポリマ化するにつれて周囲からモノマーが移動してモノマーの濃度が場所によって変化する。

以上のように、記録層１０３の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録媒体１０１に記録できる。

ホログラム記録媒体１０１は、図示しない駆動手段で移動、または回転され、空間光変調器１２３の像を多数のホログラムとして記録することができる。

ホログラム記録媒体１０１が移動することから、ホログラム記録媒体１０１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

グルーブ１０４は、ホログラム記録媒体１０１へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御を行うために設けられる。即ち、ホログラム記録媒体１０１のトラックに沿ってグルーブ１０４が形成され、信号光の集光位置、集光深さをグルーブ１０４と対応するように制御することで、トラッキングサーボ、およびフォーカスサーボが行われる。

記録再生用光源１１１は、レーザ光源であり、例えば、波長４０５[ｎｍ]のレーザダイオード（ＬＤ）や波長５３２[ｎｍ]のNd-YAGレーザーを用いることができる。

コリメートレンズ１１２は、記録再生用光源１１１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

偏光ビームスプリッタ１１３は、コリメートレンズ１１２から入射した平行光を信号光と参照光に分割する光学素子である。偏光ビームスプリッタ１１３からは、ミラー１２１に向かうs波の信号光とミラー１４１に向かうp波の参照光が出射される。

ミラー１２１、１２４、１４１は、入射光を反射してその方向を変更する光学素子である。

ピンホール１２２は、信号光のビーム径を絞る光学素子である。

空間光変調器１２３は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器１２３は、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。なお、空間光変調器に反射型の素子であるDMD (Digital micro mirror) や反射型液晶、GLV (Grating Light Value)素子を用いることが可能である。

ダイクロイックミラー１２５は、記録再生に用いる光（記録再生用光源１１１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源１５１からのレーザ光）とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー１２５は、記録再生用光源１１１とサーボ用光源１５１とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源１１１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源１５１からのサーボ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は記録再生用の光は全透過し、サーボ用に用いる光は全反射するような薄膜処理がその表面に施されている。

凹レンズ１２６は、信号光の収束性を参照光と異ならせるためのレンズである。信号光のみが凹レンズ１２６を通過することで、信号光と参照光のホログラム記録媒体１０１での集光深さが異なってくる。

対物レンズ１２７は、信号光および参照光の双方をホログラム記録媒体１０１に集光するための光学素子である。

ファラデー素子１３１、１３２は、偏光面を回転するための光学素子である。ファラデー素子１３１に入射したｓ偏光は偏光面が４５°回転され、ファラデー素子１３２で元のｓ偏光に戻される。

偏光ビームスプリッタ１３３は、ファラデー素子１３１から入射した偏光を透過し、ホログラム記録媒体１０１で反射されてファラデー素子１３２から戻ってきた戻り光（再生光）を反射するための光学素子である。これは、ファラデー素子１３１、１３２、と偏光ビームスプリッタ１３３との組み合わせにより実現される。

撮像素子１３４は、再生光の画像を入力するための素子である。

遮蔽板１４２は、参照光の一部を遮蔽して、信号光と重ならないようにするための光学素子である。

位相変調素子１４３は、参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための光学素子であり、位相マスクといってもよい。位相変調素子１４３には、すりガラスやデフューザ、空間位相変調器を用いても良い。また、位相パターンを記録したホログラム素子を用いることも可能である。ホログラム素子からの再生によって位相パターンを有する光が発生する。

サーボ用光源１５１は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源１１１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源１５１は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてホログラム記録媒体１０１に対して感度が小さい、例えば、６５０ｎｍを使用する。

コリメートレンズ１５２は、サーボ用光源１５１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

グレーティング１５３は、コリメートレンズ１５２から出射されたレーザ光を３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。サーボ制御のためにレーザ光の分割が行われる。

ビームスプリッタ１５４は、グレーティング１５３から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１０１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。

集光用レンズ１５５は、ビームスプリッタ１５４からの戻り光を受光素子１５７に集光するための光学素子である。

シリンドリカルレンズ１５６は、集光用レンズ１５５から出射されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。

受光素子１５７は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を出力するための素子、例えば、ＣＣＤである。

サーボ駆動ユニット１５８は、受光素子１５７からのトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号により対物レンズ１２７を駆動し、トラッキング制御およびフォーカス制御を行うための駆動機構であり、駆動用のコイル１６１，１６２を有する。
（ホログラム記録装置の動作）

以下、ホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
Ａ．記録時

記録時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。

記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１１２によって平行光になり偏光ビームスプリッタ１１３によってs波の信号光とp波の参照光とに分割される。

信号光はミラー１２１によって反射され,ピンホール１２２によって所望のビーム径にされ、空間光変調器１２３によって空間的に強度変調される。空間光変調器１２３で光変調されたレーザ光はファラデー素子１３１、偏光ビームスプリッタ１３３，ファラデー素子１３２を通過し、ミラー１２４によって反射され、ホログラム記録媒体１０１上での焦点を調節する凹レンズ１２６を通過する。

また偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光はミラー１４１で反射され、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断され所望のビームの形にされる。このため、ミラー１２４では反射されず信号光と同一の光路となる。

対物レンズ１２７が信号光と参照光とをホログラム記録媒体１０１上の略同一の箇所に集光することで、ホログラム記録媒体１０１上に干渉縞が形成される。この結果、空間光変調器１２３によって空間変調された情報をホログラム記録媒体１０１上にホログラムとして記録する。

なお、受光素子１５７からサーボ信号が出力され、このサーボ信号に基づきサーボ駆動ユニット１５８が動作することで、トラッキングおよびフォーカスのずれが解消される。この詳細は後述する、
Ｂ．再生時

再生時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。

再生時には信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録媒体１０１に入射させる。

記録再生用光源１１１から出射し、偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光がミラー１４１によって反射され、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断される。その後、参照光はダイクロイックミラー１２５を通過し、位相変調素子１４３によって記録時と同様の位相パターンを有する参照光となりホログラム記録媒体１０１に入射する。

記録時と同じ位相パターンを持った参照光がホログラム記録媒体１０１に入射することにより、ホログラム記録媒体１０１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。

発生した再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ１２７、凹レンズ１２６，ダイクロイックミラー１２５を透過して、ミラー１２４で反射される。

ミラー１２４で反射された再生光は、ファラデー素子１３２によって偏光方向が回転される。その結果、ファラデー素子１３２を出射した再生光は、偏光ビームスプリッタ１３３で反射され、撮像素子１３４によって空間光変調器１２３での空間的な2次元データに対応する電気信号に変換される。撮像素子１３４からの出力は、図示しない信号処理部によって２値化され、時系列2値化データに変換される。
［位相変調素子１４３によるホログラムの記録］

図３は、ホログラム記録装置により記録・再生されるホログラムを表す模式図である。

図３に示すように、空間光変調器１２３により空間的に変調された信号光と、位相変調素子１４３によってランダムな位相パターン又はある一定の規則性を持った位相パターンが付与された参照光とが干渉することで、ホログラム記録媒体１０１上にホログラムが記録される。記録時と一致する位相パターンを有する参照光をホログラム記録媒体１０１上に照射することで記録したホログラムが再生される（位相相関多重方式）。

ここで、ホログラム記録媒体１０１又は位相変調素子１４３を図３のx方向、又はy方向にシフトさせることで多重記録を行える。

ホログラム記録媒体１０１又は位相変調素子１４３を図３のx方向、又はy方向にシフトさせると、参照光の位相パターンが変化して、回折効率が減少する。

図４、図５それぞれは、ｘ方向およびｙ方向でのシフト量と回折効率との関係を表すグラフである。

図４，図５に示すように、数μmのシフトで回折効率がほぼ0となることが判る。ｘ方向またはｙ方向への数μmのシフトで信号が再生されなくなることから、記録時にこの程度のピッチのシフト量で記録すれば隣に記録されたホログラムからは回折されなくなる。このため、近接した箇所にいくつものホログラムを記録することが可能となる。

ホログラム記録媒体１０１又は位相変調素子１４３を図３のｚ方向（ホログラム記録媒体１０１の奥行き方向）にシフトさせることでも多重記録を行える。このときにも参照光の位相パターンが変化するため回折効率が減少する。

図６は、ｚ方向（層方向(奥行き方向)）でのシフト量と回折効率との関係を表すグラフである。

本図に示すように、約100μmのシフト量で回折効率がほぼ０となる。よって位相変調素子１４３やホログラム記録媒体１０１を約100μm程度シフトさせることによってホログラム記録媒体１０１の層方向(奥行き方向)のシフトによってもホログラムを多重記録することが可能である。

なお、x, y, z方向へのシフト量と回折効率の変化の関係は、位相変調素子１４３依存する。図４〜６のグラフは、位相変調素子１４３としてホログラフィックディフューザを用いた実験例である。

既述のように、参照光と信号光とがホログラム記録媒体１０１上で干渉することで、ホログラム記録媒体１０１にホログラムが形成される。このとき、参照光と信号光とは次のようなものを用いることができる。

参照光として、ホログラム記録媒体１０１上に位相変調素子１４３の実像、フーリエ像のいずれかを形成するものを用いることができる。また、参照光として、ホログラム記録媒体１０１上に明確な像を形成しない、フレネル領域の参照光を用いることもできる。

信号光として、ホログラム記録媒体１０１面上に空間光変調器１２３の実像、フーリエ像のいずれかを形成するものを用いることができる。また、信号光として、空間光変調器１２３の実像やフーリエ像から多少デフォーカスした像を形成するものを用いることもできる。

このような参照光、信号光での結像状態を適宜に組み合わせて、ホログラム記録媒体１０１上にホログラムを形成し、データを記録することができる。

ｘ、ｙ、ｚ方向へのシフトによってホログラム記録媒体１０１に情報を記録する際の記録の順序について説明する。ここで、カード型のホログラム記録媒体１０１を想定した場合と、ディスク型のホログラム記録媒体１０１を想定した場合のおのおのについて記述する。

記録の順序として次の（１）〜（３）が挙げられる。
(1) カード型のホログラム記録媒体１０１でx,y方向にシフト(ディスク型のホログラム記録媒体１０１の場合には、トラックに沿った方向にシフト)させ、ホログラム記録媒体１０１の表面上全域への記録を行う。その後に、ｚ方向（奥行き方向）にシフトさせ、ホログラム記録媒体１０１の表面上全域への記録を行う。さらに、ｚ方向（奥行き方向）にシフトさせホログラム記録媒体１０１の表面上全域への記録を行う。これらの動作をホログラム記録媒体１０１のダイナミックレンジ（全記録容量）を使い切るまで繰り返す。
(2)ホログラム記録媒体１０１上である範囲の領域を記録した後にｚ方向（奥行き方向）にシフトさせ、再び同じ領域に記録する。その領域のダイナミックレンジを使い切った後に、次の領域で同様に記録を行う。
(3)1つの場所においてｚ方向（奥行き方向）の多重を先に行い、次にx方向又はｙ方向にシフトして再びｚ方向（奥行き方向）の多重を行う。

（１）の方式はユーザが記録を予定しない再生専用の記録媒体（ROM）として適用容易である。また（２）の方式は、領域ごとに後処理ができることから、追記型の記録媒体に適用容易を考えられる。（３）の方式は、ダイナミックレンジを無駄にせず、1枚のホログラム記録媒体１０１の密度を大きくし易い。

ホログラムを多重記録する際には後に記録されたものほど記録材料（有機材料の場合にはポリマー）の残量が少なくなる。このために、同じ場所に記録する時には徐々に記録エネルギーを上げることによって各ホログラムからの回折効率を一定にするというスケジューリング記録方式を用いることが好ましい。

このとき、x,y,z方向のシフトをどの順で行うことによって、多重記録スケジュール方式は様々なものが考えられる。一定のエネルギーで記録した場合でも、記録されるときに残っている記録材料の量に応じて各ホログラムからの回折効率が変化する。

基本的なスケジューリング方式として、ホログラムが記録される領域に対して、その中で感光されていない記録材料の量に応じて記録エネルギーを調整させる方式が挙げられる。具体的な例として図７にシフトピッチがホログラムサイズ(直径ｒ)の4分の１（4分の１ｒ）の場合を示す。

図７に示すように、ホログラムが記録される領域が４つ重なり合っている。このため、最初のホログラムの記録時から、2番目、3番目、4番目のホログラムの記録時に移行するに従い、ホログラムが記録される領域での記録材料が少なくなる。このため、記録回数に応じて、記録エネルギー（光量）を大きくしてゆくことが好ましい。しかし、4番目以降のホログラムの記録時には、ホログラムが記録される領域での記録材料の残量がほぼ一定となるために、4番目のホログラムの記録時とほぼ同一のエネルギーで記録すればよい。

ディスク型のホログラム記録媒体１０１においては、最初の1トラックはそのままのエネルギーで記録できるが、2周目にトラックピッチを詰めて書く時には、更にその記録材料の残量に応じたスケジュール記録を行う必要がある。更に層方向に記録する時には、基本的には同じ場所に記録するため1層目の記録で感光されていない記録材料の残量に応じた記録エネルギーで再び上記の記録方式での記録を行う。これは層方向への記録回数をさらに増やしたときも同様である。

先の(1)の記録方式では上述したようにトラックの書き始めの部分(ホログラム記録媒体１０１の未記録の部分)ではホログラム記録媒体１０１のトラック番号（Ｍ／＃）に応じて徐々に記録エネルギーを多くしていき、ホログラム記録媒体１０１の使われる部分が一様になってからは記録エネルギーを一様にする。さらにｚ方向（層方向）に多重記録を行う際には最初の層の同一の場所に書かれたホログラムの多重度に応じた記録を行う。例えば1層目に書かれたホログラムの多重度が100であるとすれば、2層目のスケジュール記録では101回目に対応するものからはじめ、さらに3層目には201回目に対応するスケジュール記録からはじめるというものである。

先の(2)の記録順に対応するスケジュール記録としては、記録される領域に対して(1)と同様のスケジュール記録方式を用いて記録を行う。

先の(3)の記録方式においてもｚ方向（層方向）でのスケジュール記録を最初に行い、ｘ、ｙ方向（平面方向）のシフトにおいても残ったモノマーの量に応じたエネルギーでの記録を行う。また、ｚ方向（層方向）に多重記録する際にはホログラム記録媒体１０１の表面から内部に向かって記録していくのと、内部から表面に向かって記録していくものなどが考えられる。

またこのｚ方向（奥行き方向）への多重記録は他の様々な多重方式と組み合わせて用いることが可能である。

例えば、角度多重と組み合わせることができる。1つの記録領域で信号光と参照光で2つの入射光の角度を変えながらホログラムの多重記録を行う。その後、ホログラム記録媒体１０１又は位相変調素子１４３を奥行き方向(z方向)にシフトさせ、再び入射光の角度を変えながら多重記録を行う。奥行き方向のシフトによる多重記録はホログラム記録媒体１０１のダイナミックレンジがなくなるまで可能である。

角度多重方式のみを用いた場合に、1つの記録領域で多重度を増やそうとすると角度ピッチを限界まで詰めて記録するか、角度を変化させる範囲をより広くとらなければならない。前者では、角度シフトピッチを詰めることにより、横の角度成分同士でのクロストークが問題となる。後者では、角度成分の違いにより、回折効率が変化して記録が困難になったり、角度調節機構の実装が困難になったりすることが考えられる。

これに対して、ｚ方向（奥行き方向）の多重方式と角度多重方式とを組み合わせることによって、角度シフト幅に余裕を持たせ、更に角度の変化範囲をそれほど広く取らなくても十分な記録密度を得ることが可能となる。

波長多重方式や回転多重方式と本方式を組み合わせた時にも同様の利点が考えられる。波長多重方式については単体で用いたときよりも波長シフト幅に余裕を持たせることができる。回転多重についてもその回転させる角度シフトに余裕を持たすことができる。この結果、記録密度を上げることが可能となる。

以上のように、ｚ方向（奥行き方向）の多重方式を他の多重方式と組み合わせることにより、記録密度の向上を図れる。

例えば、x方向又はｙ方向への多重方式と組み合わせることで、表面方向のシフトピッチをそれほど小さくしなくても、ｚ方向（奥行き方向）に数多重〜数十多重することにより記録密度を上げることができる。このため、表面方向のシフトピッチにある程度の余裕を持たせることができる。

表面方向の多重方式でクロストークを低減するためには、微細な位相パターンの位相変調素子１４３を用いることが考えられ、この場合、光学系のアライメントの精度を上げる必要が発生する。ホログラム記録媒体１０１又は位相変調素子１４３を奥行き方向(z方向)にシフトさせることで、奥行き方向での多重記録により記録密度を上げることができるので、粗い位相パターンの位相変調素子１４３でも記録密度を向上することが可能と考えられる。

本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の光学ユニットを表す模式図である。 光学ユニットの一部を拡大した状態を表す模式図である。 ホログラム記録装置により記録・再生されるホログラムを表す模式図である。 ｘ方向でのシフト量と回折効率との関係を表すグラフである。 ｙ方向でのシフト量と回折効率との関係を表すグラフである。 ｚ方向でのシフト量と回折効率との関係を表すグラフである。 ホログラム記録媒体上で、ホログラムを記録する領域が互いに重なっている状態の一例を表す模式図である。

符号の説明

１００ 光学ユニット
１０１ ホログラム記録媒体
１０２ 保護層
１０３ 記録層
１０４ グルーブ
１０５ 反射層
１１１ 記録再生用光源
１１２ コリメートレンズ
１１３ 偏光ビームスプリッタ
１２１ ミラー
１２２ ピンホール
１２３ 空間光変調器
１２４ ミラー
１２５ ダイクロイックミラー
１２６ 凹レンズ
１２７ 対物レンズ
１３１ ファラデー素子
１３２、１３３ 偏光ビームスプリッタ
１３４ 撮像素子
１４１ ミラー
１４２ 遮蔽板
１４３ 位相変調素子
１５１ サーボ用光源
１５２ コリメートレンズ
１５３ グレーティング
１５４ ビームスプリッタ
１５５ 集光用レンズ
１５６ シリンドリカルレンズ
１５７ 受光素子
１５８ サーボ駆動ユニット
１６１，１６２ コイル

Claims (14)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
   前記光分岐素子で分岐された参照光を位相変調する位相変調素子と、
   前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する集光位置制御機構と、
   前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記集光位置制御機構が、前記ホログラム記録媒体を駆動することで前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する媒体駆動機構を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
3. 前記集光位置制御機構が、前記光学系および位相変調素子を駆動することで前記ホログラム記録媒体の表面に沿った方向への集光位置を制御する光学系駆動機構を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
4. 前記距離制御機構が、前記ホログラム記録媒体を駆動することで前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する媒体駆動機構を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
5. 前記距離制御機構が、前記位相変調素子を駆動することで前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する素子駆動機構を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
6. 前記ホログラム記録媒体への前記信号光および参照光の入射角度を制御する集光角度制御機構、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
7. 前記ホログラム記録媒体に対する前記位相変調素子の回転を制御する回転制御機構、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
8. 前記レーザ光源が前記レーザ光と波長の異なる第２のレーザ光を出射し、
   前記ホログラム記録装置が、前記第２のレーザ光を第２の信号光と第２の参照光に分岐する第２の光分岐素子と、をさらに具備し、
   前記光変調素子が、前記第２の光分岐素子で分岐された第２の信号光を変調し、
   前記位相変調素子が、前記第２の光分岐素子で分岐された第２の参照光を位相変調し、
   前記光学系が、前記第２の光変調素子で変調された第２の信号光および前記第２の位相変調素子で位相変調された第２の参照光を前記ホログラム記録媒体の前記略同一箇所の近傍に集光させる、
   ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
9. 前記集光箇所への累積集光量に応じて、前記集光箇所に集光する信号光および参照光の光強度を制御する光強度制御機構、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
10. 光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて角度多重記録を行う第１の記録ステップと、
    前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、
    前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて角度多重記録を行う第２の記録ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
11. 光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて波長多重記録を行う第１の記録ステップと、
    前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、
    前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて波長多重記録を行う第２の記録ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
12. 光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させて回転多重記録を行う第１の記録ステップと、
    前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、
    前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の前記略同一箇所に集光させて回転多重記録を行う第２の記録ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
13. 光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光させ、かつ集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向に移動させて記録を行う第１の記録ステップと、
    前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させる距離変化ステップと、
    前記光変調素子で変調された信号光および前記ホログラム記録媒体との距離が変化された位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光させ、かつ集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向に移動させて記録を行う第２の記録ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
14. 光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の第１の箇所に集光させ、かつ前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させて記録を行う第１の記録ステップと、
    前記信号光と参照光の集光箇所をホログラム記録媒体の表面に沿った方向の前記第１の箇所から第２の箇所に移動させる集光箇所移動ステップと、
    前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光を前記ホログラム記録媒体の前記第２の箇所に集光させ、かつ前記ホログラム記録媒体と前記位相変調素子との距離を変化させて記録を行う第２の記録ステップと、
    を具備することを特徴とするホログラム記録方法。

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