JP2005322382A - Hologram recording device and hologram recording method - Google Patents

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    • G11B7/083Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers relative to record carriers storing information in the form of optical interference patterns, e.g. holograms

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hologram recording device and a hologram recording method, which can securely enhance the recording density onto a hologram recording medium by multiplex recording. <P>SOLUTION: The multiplex recording with respect to the depth direction of the hologram recording medium is performed by controlling the distance between a phase modulation element and the hologram recording medium, and the multiplex recording with respect to the direction along the surface of the hologram recording medium is performed by controlling the light convergence point. Because a reference light passes through the phase modulation element, the multiplex recording can be performed without largely varying the distance between the phase modulation element and the hologram recording medium and the light convergence point. The multiplex recording is performed by varying the distance with respect to two (or three) directions, and the recording density can be enhanced by combining the multiplex recording. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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。   The present invention relates to a hologram recording apparatus that performs recording using a hologram, and a hologram recording method.

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。   Development of hologram recording devices that record data using holography is in progress.

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。   In the hologram recording apparatus, two modulated signal lights (data superimposed) and unmodulated reference light are generated from laser light, and these are irradiated to the same place on the hologram recording medium. As a result, the signal light and the reference light interfere on the hologram recording medium, a diffraction grating (hologram) is formed at the irradiation point, and data is recorded on the hologram recording medium.

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。   By irradiating the recorded hologram recording medium with reference light, diffracted light (reproduced light) is generated from the diffraction grating formed during recording. Since the reproduction light includes data superimposed on the signal light at the time of recording, the recorded signal can be reproduced by receiving this with a light receiving element.

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。   In order to record a large amount of information on the hologram recording medium, a large number of holograms may be formed on the hologram recording medium. In this case, the hologram is not necessarily formed at different locations on the hologram recording medium, and the hologram can also be formed at the same location (or overlapping region) of the hologram recording medium. This is so-called multiplex recording, and various systems such as an angle multiplex system, a wavelength multiplex system, and a rotation multiplex system have been proposed.

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。   For example, in the angle multiplexing method, the hologram is formed by changing the incident angle of the reference light at the same location on the hologram recording medium. By using the same reference light as that used during recording during reproduction, it is possible to obtain reproduction light and data corresponding to each of a plurality of holograms formed at the same location.

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
In addition, development of a hologram recording apparatus that aims to increase the recording capacity by using phase correlation multiplexing, which is a type of multiplex recording, has been underway (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-242424

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。   However, there is a limit to improving the recording density by the multiplexing method. In order to increase the recording density by multiplex recording, it is necessary to reduce the shift amount during recording (the shift amount corresponds to the amount of movement, angle change, wavelength change, etc. according to the multiplex recording method). If this shift amount is reduced, crosstalk is likely to occur between a plurality of recordings, and it is necessary to prevent crosstalk by some means. Further, reducing the shift amount brings difficulty in optical and mechanical design and manufacture.

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。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method capable of improving the recording density on a hologram recording medium by multiple recording more reliably.

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。   A. The hologram recording apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits laser light, a light branching element that branches the laser light emitted from the laser light source into signal light and reference light, and a signal branched by the light branching element. A light modulating element for modulating light, a phase modulating element for phase modulating the reference light branched by the light branching element, a signal light modulated by the light modulating element, and a reference light phase-modulated by the phase modulating element An optical system for condensing light at substantially the same location of the hologram recording medium, a condensing position control mechanism for controlling a condensing position in a direction along the surface of the hologram recording medium, the phase modulation element, and the hologram recording medium And a distance control mechanism for controlling the distance between the two.

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。   Multiple recording in the depth direction of the hologram recording medium is controlled by controlling the distance between the phase modulation element and the hologram recording medium, and multiple recording in the direction along the surface of the hologram recording medium is performed by controlling the focusing position. Yes. Since the reference light passes through the phase modulation element, multiple recording can be performed without greatly changing the distance between the phase modulation element and the hologram recording medium and the light condensing position. Multiple recording can be performed by changing the distance in two (or three) directions, and the recording density can be improved by combining multiple recording.

(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。   (1) Here, the condensing position control mechanism controls the condensing position in the direction along the surface of the hologram recording medium by driving the hologram recording medium, or the optical system and You may have an optical system drive mechanism which controls the condensing position to the direction along the surface of the said hologram recording medium by driving a phase modulation element.

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。   Multiple recording in the surface direction of the hologram recording medium can be performed by driving any one of the hologram recording medium, the optical system, and the phase modulation element.

(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。   (2) The distance control mechanism drives the hologram recording medium to control the distance between the phase modulation element and the hologram recording medium, or the phase modulation element drives the phase modulation element. You may have an element drive mechanism which controls the distance of an element and the said hologram recording medium.

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。   Multiple recording in the depth direction of the hologram recording medium can be performed by driving either the hologram recording medium or the phase modulation element.

(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。   (3) The hologram recording apparatus may further include a condensing angle control mechanism that controls an incident angle of the signal light and the reference light to the hologram recording medium.

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。   In addition to multiplex recording in the surface direction of the hologram recording medium and multiplex recording in the depth direction, angle multiplex recording is possible, and the recording density can be further improved.

(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。   (4) The hologram recording apparatus may further include a rotation control mechanism that controls rotation of the phase modulation element with respect to the hologram recording medium.

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。   In addition to multiplex recording in the surface direction of the hologram recording medium and multiplex recording in the depth direction, angle multiplex recording is possible, and the recording density can be further improved.

(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。   (5) The laser light source emits a second laser beam having a wavelength different from that of the laser beam, and the hologram recording apparatus branches the second laser beam into a second signal beam and a second reference beam. A second optical branching element, wherein the optical modulation element modulates the second signal light branched by the second optical branching element, and the phase modulation element includes the second light The second reference light branched by the branch element is phase-modulated, and the optical system is phase-modulated by the second signal light modulated by the second light modulation element and the second phase modulation element The second reference light may be condensed in the vicinity of the substantially same location of the hologram recording medium.

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。   In addition to multiplex recording in the surface direction of the hologram recording medium and multiplex recording in the depth direction, wavelength multiplex recording is possible, and the recording density can be further improved.

(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。   (6) The hologram recording apparatus further includes a light intensity control mechanism that controls the light intensity of the signal light and the reference light collected at the condensing portion according to the accumulated amount of condensing at the condensing portion. Also good.

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。   The intensity of the recorded hologram can be improved by controlling the light intensity according to the remaining amount of the recording material (for example, a monomer in the case of an organic material).

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。   B. In the hologram recording method according to the present invention, the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element are condensed at substantially the same location of the hologram recording medium to perform angle multiplex recording. A recording step; a distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element; a signal light modulated by the light modulation element; and a phase modulation element in which the distance between the hologram recording medium is changed And a second recording step of performing angle multiplex recording by condensing the phase-modulated reference light at the substantially same location of the hologram recording medium.

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。   By changing the distance between the hologram recording medium and the phase modulation element after the angle multiplex recording, the angle multiplex recording can be performed again, and the recording density can be improved.

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。   C. In the hologram recording method according to the present invention, the wavelength multiplexing recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at substantially the same location of the hologram recording medium. A recording step; a distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element; a signal light modulated by the light modulation element; and a phase modulation element in which the distance between the hologram recording medium is changed And a second recording step of performing wavelength multiplexing recording by condensing the phase-modulated reference light at the substantially same location of the hologram recording medium.

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。   By changing the distance between the hologram recording medium and the phase modulation element after wavelength multiplex recording, wavelength multiplex recording can be performed again, and the recording density can be improved.

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。   D. In the hologram recording method according to the present invention, the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element are condensed at substantially the same location of the hologram recording medium to perform rotational multiplex recording. A recording step; a distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element; a signal light modulated by the light modulation element; and a phase modulation element in which the distance between the hologram recording medium is changed And a second recording step of performing rotational multiplex recording by condensing the phase-modulated reference light at substantially the same location of the hologram recording medium.

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。   By changing the distance between the hologram recording medium and the phase modulation element after the rotational multiplex recording, the rotational multiplex recording can be performed again, and the recording density can be improved.

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。   E. In the hologram recording method according to the present invention, the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element are condensed on the hologram recording medium, and the condensing part is along the surface of the hologram recording medium. A first recording step for performing recording by moving in a different direction, a distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element, a signal light modulated by the light modulation element, and the hologram recording Reference light phase-modulated by a phase modulation element whose distance to the medium is changed is condensed on the hologram recording medium, and recording is performed by moving the condensing part in a direction along the surface of the hologram recording medium. And a recording step.

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。   By changing the distance between the hologram recording medium and the phase modulation element after the multiple recording in the surface direction of the hologram recording medium, the multiple recording in the hologram recording medium surface direction can be performed again, and the recording density can be improved.

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。   F. The hologram recording method according to the present invention condenses the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at a first location of the hologram recording medium, and the hologram recording medium and the A first recording step in which recording is performed by changing a distance from the phase modulation element; and a condensing location of the signal light and the reference light is changed from the first location in the direction along the surface of the hologram recording medium to the second location. A condensing part moving step for moving to a part; and condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element on the second part of the hologram recording medium; and And a second recording step for performing recording by changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element.

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。   After multiple recording in the depth direction of the hologram recording medium, the recording density is improved by moving the condensing position in the direction along the surface of the hologram recording medium and performing multiple recording in the depth direction of the hologram recording medium. Can be planned.

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。   G. In the hologram recording method according to the present invention, first signal recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element on the first region of the hologram recording medium. A condensing region moving step of moving the condensing region of the signal light and the reference light to a second region that partially overlaps the first region, the signal light modulated by the light modulation element, and the And a second recording step for performing recording by condensing the reference light phase-modulated by the phase modulation element in the second region of the hologram recording medium with a stronger intensity than the first recording step. It is characterized by.

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。   The intensity of the recorded hologram can be improved by controlling the light intensity according to the remaining amount of the recording material (for example, a monomer in the case of an organic material).

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。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hologram recording apparatus and a hologram recording method that can more reliably improve the recording density on a hologram recording medium by multiple recording.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical unit 100 of a hologram recording apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which a part of the optical unit 100 is enlarged. In FIG. 2, illustration of a part of the optical element is omitted for easy understanding of the contents.

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。   As shown in FIGS. 1 and 2, the hologram recording apparatus records and reproduces information on a hologram recording medium 101 and includes an optical unit 100.

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。   The optical unit 100 includes a recording / reproducing light source 111, a collimating lens 112, a polarization beam splitter 113, a mirror 121, a pinhole 122, a spatial light modulator 123, a mirror 124, a dichroic mirror 125, a concave lens 126, an objective lens 127, and a Faraday element 131. 132, polarization beam splitter 133, imaging element 134, mirror 141, shielding plate 142, phase modulation element 143, servo light source 151, collimator lens 152, grating 153, beam splitter 154, condensing lens 155, cylindrical lens 156, A light receiving element 157 and a servo drive unit 158 are included.

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。   The hologram recording medium 101 has a protective layer 102, a recording layer 103, a groove 104, and a reflective layer 105, and is a recording medium that records interference fringes due to signal light and reference light.

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。   The protective layer 102 is a layer for protecting the recording layer 103 from the outside world.

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。   The recording layer 103 records the interference fringes as a change in refractive index (or transmittance), and any material that changes the refractive index (or transmittance) according to the intensity of light can be used. It can be used regardless of whether it is an organic material or an inorganic material.

無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO)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。 As the inorganic material, for example, a photorefractive material whose refractive index changes according to the exposure amount by an electro-optic effect such as lithium niobate (LiNbO 3 ) can be used.

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。   As the organic material, for example, a photopolymerization type photopolymer can be used. In the initial state of the photopolymerization type photopolymer, the monomers are uniformly dispersed in the matrix polymer. When this is irradiated with light, the monomer is polymerized at the exposed portion. As the polymer is formed, the monomer moves from the surroundings, and the monomer concentration changes depending on the location.

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。   As described above, when the refractive index (or transmittance) of the recording layer 103 changes in accordance with the exposure amount, interference fringes caused by interference between the reference light and the signal light are regarded as changes in the refractive index (or transmittance). Recording on the hologram recording medium 101 is possible.

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。   The hologram recording medium 101 is moved or rotated by a driving unit (not shown), and the image of the spatial light modulator 123 can be recorded as a number of holograms.

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。   Since the hologram recording medium 101 moves, recording / reproduction on the hologram recording medium 101 is performed along a track formed in the moving direction.

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。   The groove 104 is provided for performing servo control such as tracking and focusing on the hologram recording medium 101. That is, the groove 104 is formed along the track of the hologram recording medium 101, and the tracking servo and the focus servo are performed by controlling the condensing position and depth of the signal light so as to correspond to the groove 104. .

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。   The recording / reproducing light source 111 is a laser light source, and for example, a laser diode (LD) having a wavelength of 405 [nm] or an Nd-YAG laser having a wavelength of 532 [nm] can be used.

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。   The collimating lens 112 is an optical element that converts the laser light emitted from the recording / reproducing light source 111 into parallel light.

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。   The polarization beam splitter 113 is an optical element that splits the parallel light incident from the collimator lens 112 into signal light and reference light. The polarization beam splitter 113 emits s-wave signal light toward the mirror 121 and p-wave reference light toward the mirror 141.

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。   The mirrors 121, 124, and 141 are optical elements that reflect incident light and change its direction.

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。   The pinhole 122 is an optical element that reduces the beam diameter of the signal light.

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。   The spatial light modulator 123 is an optical element that superimposes data by spatially (in this case, two-dimensionally) modulating signal light. As the spatial light modulator 123, a transmissive liquid crystal element which is a transmissive element can be used. In addition, it is possible to use a reflection type element such as a DMD (Digital micro mirror), a reflection type liquid crystal, or a GLV (Grating Light Value) element for the spatial light modulator.

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。   The dichroic mirror 125 is an optical element for making light used for recording / reproducing (laser light from the recording / reproducing light source 111) and light used for servo (laser light from the servo light source 151) the same optical path. The dichroic mirror 125 transmits the recording / reproducing light from the recording / reproducing light source 111 in response to the difference in laser light wavelength between the recording / reproducing light source 111 and the servo light source 151, and the servo from the servo light source 151. Reflects light. The surface of the dichroic mirror 125 is subjected to a thin film treatment such that the recording / reproducing light is totally transmitted and the light used for servo is totally reflected.

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。   The concave lens 126 is a lens for making the convergence of the signal light different from the reference light. Since only the signal light passes through the concave lens 126, the condensing depth of the signal light and the reference light on the hologram recording medium 101 is different.

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。   The objective lens 127 is an optical element for condensing both the signal light and the reference light on the hologram recording medium 101.

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。   The Faraday elements 131 and 132 are optical elements for rotating the polarization plane. The polarization plane of the s-polarized light incident on the Faraday element 131 is rotated by 45 °, and is returned to the original s-polarized light by the Faraday element 132.

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。   The polarization beam splitter 133 is an optical element that reflects the return light (reproduction light) that is transmitted from the Faraday element 131 and reflected by the hologram recording medium 101 and returned from the Faraday element 132. This is realized by a combination of the Faraday elements 131 and 132 and the polarization beam splitter 133.

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。   The image sensor 134 is an element for inputting an image of reproduction light.

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。   The shielding plate 142 is an optical element for shielding a part of the reference light so as not to overlap with the signal light.

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。   The phase modulation element 143 is an optical element for giving the reference light a random phase or a certain phase pattern, and may be called a phase mask. For the phase modulation element 143, a ground glass, a diffuser, or a spatial phase modulator may be used. It is also possible to use a hologram element in which a phase pattern is recorded. Light having a phase pattern is generated by reproduction from the hologram element.

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。   The servo light source 151 is a light source for performing servo control such as tracking servo and focus servo, and emits laser light having a wavelength different from that of the recording / reproducing light source 111. The servo light source 151 is, for example, a laser diode, and uses, for example, 650 nm having low sensitivity with respect to the hologram recording medium 101 as an oscillation wavelength.

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。   The collimating lens 152 is an optical element that converts the laser light emitted from the servo light source 151 into parallel light.

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。   The grating 153 is an optical element for dividing the laser light emitted from the collimator lens 152 into three beams, and is composed of two elements. Laser light is divided for servo control.

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。   The beam splitter 154 is an optical element that transmits the laser light emitted from the grating 153 and reflects the return light that is reflected from the hologram recording medium 101 and returned.

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。   The condensing lens 155 is an optical element for condensing the return light from the beam splitter 154 on the light receiving element 157.

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。   The cylindrical lens 156 is an optical element for converting the beam shape of the laser light emitted from the condensing lens 155 from a circular shape to an elliptic shape.

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。   The light receiving element 157 is an element, such as a CCD, for receiving return light and outputting a tracking error signal for tracking servo control and a focus error signal for focus servo control.

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)
The servo drive unit 158 is a drive mechanism for driving the objective lens 127 by the tracking error signal and the focus error signal from the light receiving element 157 to perform tracking control and focus control, and includes driving coils 161 and 162.
(Operation of hologram recording device)

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
Hereinafter, an outline of the operation of the hologram recording apparatus will be described.
A. When recording

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。   An outline of the operation of the hologram recording apparatus during recording will be described.

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。   The laser light emitted from the recording / reproducing light source 111 is converted into parallel light by the collimator lens 112 and split by the polarization beam splitter 113 into s-wave signal light and p-wave reference light.

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。   The signal light is reflected by the mirror 121, has a desired beam diameter by the pinhole 122, and is spatially intensity-modulated by the spatial light modulator 123. The laser light modulated by the spatial light modulator 123 passes through the Faraday element 131, the polarization beam splitter 133, and the Faraday element 132, is reflected by the mirror 124, and passes through the concave lens 126 that adjusts the focal point on the hologram recording medium 101. To do.

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。   Further, the reference light transmitted through the polarization beam splitter 113 is reflected by the mirror 141, and only the central portion of the beam is blocked by the shielding plate 142 to be formed into a desired beam shape. For this reason, it is not reflected by the mirror 124 and has the same optical path as the signal light.

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。   The objective lens 127 condenses the signal light and the reference light at substantially the same location on the hologram recording medium 101, so that interference fringes are formed on the hologram recording medium 101. As a result, the information spatially modulated by the spatial light modulator 123 is recorded on the hologram recording medium 101 as a hologram.

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
A servo signal is output from the light receiving element 157, and the servo drive unit 158 operates based on this servo signal, so that the tracking and focus deviations are eliminated. Details of this will be described later.
B. During playback

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。   An outline of the operation of the hologram recording apparatus during reproduction will be described.

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。   During reproduction, the signal light is blocked and only the reference light is incident on the hologram recording medium 101.

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。   The reference light emitted from the recording / reproducing light source 111 and transmitted through the polarization beam splitter 113 is reflected by the mirror 141, and only the central portion of the beam is blocked by the shielding plate 142. Thereafter, the reference light passes through the dichroic mirror 125 and becomes reference light having a phase pattern similar to that at the time of recording by the phase modulation element 143 and enters the hologram recording medium 101.

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。   When reference light having the same phase pattern as that at the time of recording enters the hologram recording medium 101, diffracted light (reproduced light) is generated from the hologram recorded on the hologram recording medium 101.

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。   The generated reproduction light follows an optical path opposite to that of the signal light, passes through the objective lens 127, the concave lens 126, and the dichroic mirror 125, and is reflected by the mirror 124.

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]
The direction of polarization of the reproduction light reflected by the mirror 124 is rotated by the Faraday element 132. As a result, the reproduction light emitted from the Faraday element 132 is reflected by the polarization beam splitter 133 and converted into an electrical signal corresponding to the spatial two-dimensional data in the spatial light modulator 123 by the imaging element 134. The output from the image sensor 134 is binarized by a signal processing unit (not shown) and converted into time-series binarized data.
[Recording of hologram by phase modulation element 143]

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。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a hologram recorded / reproduced by the hologram recording apparatus.

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)。   As shown in FIG. 3, the signal light spatially modulated by the spatial light modulator 123, and the reference light to which a random phase pattern or a phase pattern having a certain regularity is given by the phase modulation element 143 Causes the hologram to be recorded on the hologram recording medium 101. A recorded hologram is reproduced by irradiating the hologram recording medium 101 with reference light having a phase pattern that coincides with that during recording (phase correlation multiplexing method).

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。   Here, multiple recording can be performed by shifting the hologram recording medium 101 or the phase modulation element 143 in the x direction or the y direction in FIG.

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。   When the hologram recording medium 101 or the phase modulation element 143 is shifted in the x direction or the y direction in FIG. 3, the phase pattern of the reference light changes and the diffraction efficiency decreases.

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。   4 and 5 are graphs showing the relationship between the shift amount in the x direction and the y direction and the diffraction efficiency.

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。   As shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that the diffraction efficiency becomes almost zero with a shift of several μm. Since the signal is not reproduced by a shift of several μm in the x direction or the y direction, if recording is performed with such a shift amount of pitch at the time of recording, the hologram is not diffracted from the adjacent recorded hologram. For this reason, it becomes possible to record several holograms at close locations.

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。   Multiple recording can also be performed by shifting the hologram recording medium 101 or the phase modulation element 143 in the z direction (the depth direction of the hologram recording medium 101) in FIG. Also at this time, the phase efficiency of the reference light changes, so that the diffraction efficiency decreases.

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。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the shift amount in the z direction (layer direction (depth direction)) and diffraction efficiency.

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。   As shown in the figure, the diffraction efficiency becomes almost zero with a shift amount of about 100 μm. Therefore, by shifting the phase modulation element 143 and the hologram recording medium 101 by about 100 μm, it is possible to multiplex-record a hologram even by shifting the layer direction (depth direction) of the hologram recording medium 101.

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。   Note that the relationship between the shift amount in the x, y, and z directions and the change in diffraction efficiency depends on the phase modulation element 143. The graphs of FIGS. 4 to 6 are experimental examples using a holographic diffuser as the phase modulation element 143.

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。   As described above, the hologram is formed on the hologram recording medium 101 by the interference between the reference light and the signal light on the hologram recording medium 101. At this time, the following can be used as the reference light and the signal light.

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。   As the reference light, one that forms either a real image or a Fourier image of the phase modulation element 143 on the hologram recording medium 101 can be used. Further, as the reference light, reference light in the Fresnel region that does not form a clear image on the hologram recording medium 101 can also be used.

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。   As the signal light, one that forms either a real image or a Fourier image of the spatial light modulator 123 on the surface of the hologram recording medium 101 can be used. Further, as the signal light, one that forms an image that is slightly defocused from the real image or Fourier image of the spatial light modulator 123 can be used.

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。   Data can be recorded by forming a hologram on the hologram recording medium 101 by appropriately combining the imaging states of such reference light and signal light.

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。   A recording order when information is recorded on the hologram recording medium 101 by shifting in the x, y, and z directions will be described. Here, a case where a card-type hologram recording medium 101 is assumed and a case where a disk-type hologram recording medium 101 is assumed will be described.

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。
The following (1) to (3) are listed as the order of recording.
(1) Shift in the x and y directions with the card-type hologram recording medium 101 (in the case of the disk-type hologram recording medium 101, shift in the direction along the track) Make a record. Thereafter, the shift is made in the z direction (depth direction), and recording is performed on the entire surface of the hologram recording medium 101. Further, the recording is performed on the entire surface of the hologram recording medium 101 by shifting in the z direction (depth direction). These operations are repeated until the dynamic range (total recording capacity) of the hologram recording medium 101 is used up.
(2) After recording a certain range of area on the hologram recording medium 101, the area is shifted in the z direction (depth direction) and recorded in the same area again. After using up the dynamic range of the area, recording is performed in the next area in the same manner.
(3) Multiplexing in the z direction (depth direction) is performed first at one place, and then shifting in the x direction or y direction is performed again in the z direction (depth direction).

(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。   The method (1) can be easily applied as a read-only recording medium (ROM) that the user does not plan to record. In addition, since the method (2) can be post-processed for each area, it can be easily applied to a write-once recording medium. The method (3) makes it easy to increase the density of one hologram recording medium 101 without wasting the dynamic range.

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。   When multiple holograms are recorded, the remaining amount of recording material (polymer in the case of organic materials) decreases as it is recorded later. For this reason, it is preferable to use a scheduling recording method in which the diffraction efficiency from each hologram is made constant by gradually increasing the recording energy when recording in the same place.

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。   At this time, various multiplex recording schedule methods can be considered by performing the shift in the x, y, and z directions in any order. Even when recording is performed at a constant energy, the diffraction efficiency from each hologram varies depending on the amount of recording material remaining when recording.

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。   As a basic scheduling method, there is a method of adjusting the recording energy in accordance with the amount of the recording material that is not exposed to the hologram recording area. As a specific example, FIG. 7 shows a case where the shift pitch is ¼ of the hologram size (diameter r).

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。   As shown in FIG. 7, four areas where holograms are recorded overlap. For this reason, the recording material in the area where the hologram is recorded decreases as the time shifts from the time of recording the first hologram to the time of recording the second, third, and fourth holograms. For this reason, it is preferable to increase the recording energy (light quantity) according to the number of times of recording. However, when the fourth and subsequent holograms are recorded, the remaining amount of the recording material in the area where the hologram is recorded is substantially constant, so that the recording may be performed with substantially the same energy as that for the fourth hologram recording.

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。   In the disk-type hologram recording medium 101, the first track can be recorded with the same energy, but when writing with the track pitch narrowed on the second round, it is necessary to perform schedule recording according to the remaining amount of the recording material. There is. Further, when recording in the layer direction, basically the recording is performed at the same location, and the recording by the above recording method is performed again with the recording energy corresponding to the remaining amount of the recording material not exposed in the first layer recording. This is the same when the number of times of recording in the layer direction is further increased.

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。   In the recording method (1), as described above, the recording energy is gradually increased in accordance with the track number (M / #) of the hologram recording medium 101 at the track writing start portion (unrecorded portion of the hologram recording medium 101). The recording energy is made uniform after the used portion of the hologram recording medium 101 becomes uniform. Further, when performing multiplex recording in the z direction (layer direction), recording is performed in accordance with the multiplicity of holograms written in the same place on the first layer. For example, if the multiplicity of the hologram written in the first layer is 100, the schedule recording for the second layer starts from the one corresponding to the 101st time, and the third layer starts from the schedule recording corresponding to the 201st time. It is to start.

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。   As the schedule recording corresponding to the recording order of the above (2), recording is performed on the area to be recorded using the same schedule recording method as in (1).

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。   Also in the recording method of (3) above, schedule recording in the z direction (layer direction) is first performed, and recording with energy corresponding to the amount of monomer remaining in the x and y direction (plane direction) shift is also performed. Do. In addition, when performing multiplex recording in the z direction (layer direction), recording from the surface of the hologram recording medium 101 to the inside, recording from the inside to the surface, and the like can be considered.

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。   Also, this multiple recording in the z direction (depth direction) can be used in combination with various other multiplexing methods.

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。   For example, it can be combined with angle multiplexing. Hologram multiplex recording is performed while changing the angle of the two incident lights with the signal light and the reference light in one recording area. Thereafter, the hologram recording medium 101 or the phase modulation element 143 is shifted in the depth direction (z direction), and multiple recording is performed while changing the angle of the incident light again. Multiple recording by shifting in the depth direction is possible until the dynamic range of the hologram recording medium 101 is exhausted.

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。   When only the angle multiplexing method is used, if the multiplicity is to be increased in one recording area, the angle pitch must be limited to the limit, or the range in which the angle can be changed must be widened. In the former, crosstalk between horizontal angle components becomes a problem by narrowing the angle shift pitch. In the latter case, it is conceivable that the diffraction efficiency changes due to the difference in angle components, making recording difficult, and mounting the angle adjusting mechanism difficult.

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。   On the other hand, by combining the multiplexing method in the z direction (depth direction) and the angle multiplexing method, a sufficient recording density can be obtained without giving a margin to the angle shift width and further taking a wide angle change range. Can be obtained.

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。   The same advantage can be considered when this method is combined with the wavelength multiplexing method or the rotation multiplexing method. With respect to the wavelength multiplexing method, it is possible to give a margin to the wavelength shift width as compared with the case where the wavelength multiplexing method is used alone. With respect to rotational multiplexing, it is possible to provide a margin for the angle shift to be rotated. As a result, the recording density can be increased.

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。   As described above, the recording density can be improved by combining the multiplexing method in the z direction (depth direction) with other multiplexing methods.

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。   For example, by combining with a multiplexing method in the x direction or y direction, the recording density is increased by multiplexing several to several tens in the z direction (depth direction) without reducing the shift pitch in the surface direction so much. be able to. For this reason, a certain amount of margin can be given to the shift pitch in the surface direction.

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。   In order to reduce the crosstalk by the multiplexing method in the surface direction, it is conceivable to use the phase modulation element 143 having a fine phase pattern. In this case, it is necessary to increase the alignment accuracy of the optical system. By shifting the hologram recording medium 101 or the phase modulation element 143 in the depth direction (z direction), the recording density can be increased by multiplex recording in the depth direction. Therefore, even with the phase modulation element 143 having a rough phase pattern, the recording density can be increased. It is possible to improve.

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。It is a schematic diagram showing the optical unit of the hologram recording device which concerns on one Embodiment of this invention. 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。It is a schematic diagram showing the state which expanded a part of optical unit. 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。It is a schematic diagram showing the hologram recorded and reproduced | regenerated by the hologram recording apparatus. 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。It is a graph showing the relationship between the shift amount in the x direction and the diffraction efficiency. 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。It is a graph showing the relationship between the shift amount in the y direction and the diffraction efficiency. 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。It is a graph showing the relationship between the shift amount in the z direction and the diffraction efficiency. 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。It is a schematic diagram showing an example of the state in which the area | region which records a hologram has mutually overlapped on the hologram recording medium.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Optical unit 101 Hologram recording medium 102 Protective layer 103 Recording layer 104 Groove 105 Reflection layer 111 Recording / reproducing light source 112 Collimating lens 113 Polarizing beam splitter 121 Mirror 122 Pinhole 123 Spatial light modulator 124 Mirror 125 Dichroic mirror 126 Concave lens 127 Objective lens 131 Faraday element 132, 133 Polarizing beam splitter 134 Imaging element 141 Mirror 142 Shielding plate 143 Phase modulation element 151 Light source 152 for servo Collimating lens 153 Grating 154 Beam splitter 155 Condensing lens 156 Cylindrical lens 157 Light receiving element 158 Servo drive unit 161 162 coil

Claims (14)

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。
A laser light source for emitting laser light;
A light branching element for branching the laser light emitted from the laser light source into signal light and reference light;
An optical modulation element that modulates the signal light branched by the optical branching element;
A phase modulation element that phase-modulates the reference light branched by the light branching element;
An optical system that focuses the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at substantially the same location of the hologram recording medium;
A condensing position control mechanism for controlling a condensing position in a direction along the surface of the hologram recording medium;
A distance control mechanism for controlling the distance between the phase modulation element and the hologram recording medium;
A holographic recording apparatus comprising:
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。
The said condensing position control mechanism has a medium drive mechanism which controls the condensing position to the direction along the surface of the said hologram recording medium by driving the said hologram recording medium. Hologram recording device.
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。
The said condensing position control mechanism has an optical system drive mechanism which controls the condensing position to the direction along the surface of the said hologram recording medium by driving the said optical system and a phase modulation element. Item 2. A hologram recording apparatus according to Item 1.
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。
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the distance control mechanism includes a medium driving mechanism that controls a distance between the phase modulation element and the hologram recording medium by driving the hologram recording medium.
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。
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the distance control mechanism includes an element driving mechanism that controls a distance between the phase modulation element and the hologram recording medium by driving the phase modulation element.
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。
A condensing angle control mechanism for controlling an incident angle of the signal light and the reference light to the hologram recording medium;
The hologram recording apparatus according to claim 1, further comprising:
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。
A rotation control mechanism for controlling rotation of the phase modulation element with respect to the hologram recording medium;
The hologram recording apparatus according to claim 1, further comprising:
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。
The laser light source emits a second laser beam having a wavelength different from that of the laser beam;
The hologram recording apparatus further comprises a second optical branching element that splits the second laser light into a second signal light and a second reference light,
The light modulation element modulates the second signal light branched by the second light branching element;
The phase modulation element phase-modulates the second reference light branched by the second light branching element;
The optical system receives the second signal light modulated by the second light modulation element and the second reference light phase-modulated by the second phase modulation element at the substantially same location of the hologram recording medium. Condensing in the vicinity,
2. The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein:
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。
A light intensity control mechanism for controlling the light intensity of the signal light and the reference light collected at the condensing portion according to the accumulated amount of condensing at the condensing portion;
The hologram recording apparatus according to claim 1, further comprising:
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。
A first recording step of performing angle multiplexing recording by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at substantially the same location of the hologram recording medium;
A distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element;
Angle multiplexing recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element whose distance from the hologram recording medium is changed at the substantially same location of the hologram recording medium. A second recording step to be performed;
A hologram recording method comprising:
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。
A first recording step of performing wavelength multiplexing recording by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at substantially the same location of the hologram recording medium;
A distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element;
Wavelength multiplexing recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element whose distance from the hologram recording medium is changed at the substantially same location of the hologram recording medium. A second recording step to be performed;
A hologram recording method comprising:
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。
A first recording step of performing rotational multiplex recording by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element at substantially the same location of the hologram recording medium;
A distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element;
Rotational multiplex recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element whose distance from the hologram recording medium is changed at substantially the same location of the hologram recording medium. A second recording step to be performed;
A hologram recording method comprising:
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。
Recording is performed by condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element onto the hologram recording medium, and moving the condensing part in a direction along the surface of the hologram recording medium. A first recording step;
A distance changing step for changing a distance between the hologram recording medium and the phase modulation element;
The signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element whose distance from the hologram recording medium is changed are condensed on the hologram recording medium, and the condensing part is A second recording step for recording by moving in a direction along the surface;
A hologram recording method comprising:
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。
The signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element are condensed on the first location of the hologram recording medium, and the distance between the hologram recording medium and the phase modulation element is changed. A first recording step for performing recording,
A condensing part moving step of moving the condensing part of the signal light and the reference light from the first part in the direction along the surface of the hologram recording medium to the second part;
The signal light modulated by the light modulation element and the reference light phase-modulated by the phase modulation element are condensed on the second location of the hologram recording medium, and the hologram recording medium and the phase modulation element A second recording step for recording by changing the distance;
A hologram recording method comprising:
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