JP2007305201A

JP2007305201A - ホログラム記録再生装置及び方法

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Publication number: JP2007305201A
Application number: JP2006131142A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Tanabe; 典宏田部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】多重度を上げても再生データのＳ/Ｎ劣化が少なく且つ、転送レートが良好な多重方式のホログラム記録再生装置を提供すること。
【解決手段】図１（Ａ）のように任意の入射角度の平行参照光２００と信号光１００との干渉縞を記録材料３０に記録した後、図１（Ｂ）のように記録材料３０を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光１００との干渉縞を記録する動作を繰り返して行うことにより、図１（Ｃ）のように記録材料３０が所定範囲移動して記録を行った後は、図１（Ｄ）のように記録材料３０を前回の最初の記録スポット領域（図１（Ａ））に対してフーリエ面サイズ以下の距離ずれた位置に前記平行参照光入射角度を変化させて前回と同様の動作でホログラム記録することを繰り返す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置に係り、特に参照光の角度変化及び記録領域の移動の両方を用いてデータを多重化する記録再生方法に関する。

近年、ホログラフィック技術は、次世代、次々世代光ディスクと競合する強力なストレージ候補として注目を集めているホログラフックメモリの実用化に向けて、急速に開発が進められており、ホログラム技術を利用して大容量データの記録再生を行うホログラフィックデータストレージシステムの開発が進行している。

ホログラム記録再生装置(ボリュームホログラムメモリ)は、コヒーレントな信号光と参照光の干渉縞をホログラム記録材料（フォトポリマーなど）に記録し、この記録材料に記録時と同一の参照光を照射して再生信号光を発生させ、この再生信号光をＣＣＤなどの撮像素子で光電変換することにより再生画像信号を得るものである。ホログラム記録においてはホログラム記録材料の体積全体を用いた記録が行われるため、２次元的な情報記録を行う従来の光ディスクメモリと比較して、飛躍的な記録密度及び記録容量の増大の可能性を秘めている。

このようなボリュームホログラムメモリでは、さらなる記録密度向上のために、ホログラム記録材料の同一箇所に多数の独立なページを記録する多重記録という手法が用いられている。この多重記録には各種の方式があり、角度多重記録、シフト多重記録、位相コード多重記録、スペックル多重方式などが代表的なものである。

従来の角度多重方式を用いたホログラム記録再生光学系は図２に示すようなものである。まず図２（Ａ）のように記録材料（メディア）３０内で集光した信号光１００と平行参照光２００を交わらせることでホログラムを記録する。1つのホログラムを記録した後、参照光２００の角度をブラッグ条件からはずれる角度以上に変化させて再びホログラムを記録する。この動作を繰り返すことで同一箇所に複数のホログラムを記録することが可能である。同一箇所に複数のホログラムを記録した後、図２（Ｂ）のようにメディア３０を信号光のフーリエ面が重ならない距離以上に移動させる。そして、図２（Ａ）と同様に参照光２００の角度を変化させて複数のホログラムを記録する（例えば特許文献１参照）。

このように角度多重記録を行う際、平行参照光２００の光路の状態は記録を行うたびに変化している。それに対して信号光１００は空間変調されているため、強度分布は変化するが、光路は変化しない。またホログラムは信号光１００と参照光２００の干渉縞として記録されるため、参照光角度２００を変化させ記録した場合においても、ホログラムは空間内の信号光１００が通過する同一箇所に多重度に応じてホログラムが重なって記録され続けることになる。そのため信号光１００の強度分布の影響を大きく受ける。また、従来の角度多重方式では1箇所に複数のホログラムを書いた後、記録材料３０を移動して再び複数のホログラムを記録する方式をとっている。そのため連続的に記録材料３０を移動させて使用することが困難である。

そこで、記録材料３０を連続的に移動させる方法として、従来、図３のような方法がある。まず、図３（Ａ）のように平行参照光角度２００を一定にしたまま記録材料３０を信号光のフーリエ面サイズ以上にシフトさせてホログラムを複数のエリアに記録する。一定のエリアに記録した後、図３（Ｂ）のように平行参照光２００の記録材料入射角度を変化させて再び同様のエリアに記録する。以上のような動作を繰り返すことで、連続的に記録材料３０を移動させながらホログラムを記録することが可能である。
特開平２００３−３３７５２４号公報（第１１頁、第５図） IBM J.RES DEVELOP VOL 44 NO.3 MAY 2000 「Holographic data storage」

フォトポリマー系の記録材料を使用した場合、上記のような従来の角度多重方式では、同一箇所でホログラムが記録され続けるため、ホログラム記録箇所のみで大きくモノマーが消費される。そのため平行参照光角度２００を変化させて記録している間に信号光１００が通過する部分はモノマーが消費されやすい。それ故、参照光２００の角度変化開始当初に記録したホログラムと、角度を変化させ続けてゆき後半に記録したホログラムではモノマーの状態が大きく異なってしまう。これによって、モノマーの不足により必要な量のモノマーを効率よく利用できず、再現性のよい記録ができなくなってしまい、再生データのＳ/Ｎが低下してしまう。

また、すでに多数のホログラムが記録されている記録材料部分では屈折率分布が他の部分に比べて変化している。そのため上記のような角度多重方式では、同一箇所に多数のホログラムが記録されているため、その部分のみで強く屈折率が変化してしまう。それ故、屈折率分布が異なる部分を通った信号光１００は記録した段階ですでに大きく波面が乱れてしまっているため、このような信号光１００と参照光２００の干渉縞であるホログラムは、後に再生した場合、Ｓ/Ｎが低下してしまう。したがって、多重度を上げると一定の部分のモノマー不足が大きくなり、且つ、同一箇所の屈折率変化も大きくなるので、再生時のＳＮ比を一定以上確保するには、多重度を上げることに限界が生じる。

また、従来の角度多重による記録材料の連続移動方法をとった場合、ホログラム記録エリアを移動する際、その移動距離は信号光のフーリエ面サイズ以上である必要があるため、移動距離が非常に大きなものとなってしまう。そのため、転送レートの低下がおきやすい。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、多重度を上げても再生データのＳ/Ｎ劣化が少なく且つ、転送レートが良好な多重方式のホログラム記録再生装置及び方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、空間変調された信号光を記録材料に集光すると共に、別途平行参照光を同記録材料に照射し、この参照光と前記信号光の干渉縞をホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録装置であって、前記平行参照光の前記記録材料に対する入射角度を変化させる角度変化手段と、前記記録材料を移動させる移動手段と、前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光と信号光との干渉縞を記録した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返して行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様の動作でホログラム記録し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返して行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて固定した後、前回と同様にホログラム記録する動作を同様に繰り返し行うことによって前記記録材料の記憶領域に複数枚のホログラムを多重記録する記録手段とを具備する。

また、本発明は、平行参照光を記録材料に照射し、この記録材料に多重記録されているホログラムを再生するホログラム再生装置であって、前記平行参照光の前記記録材料に対する入射角度を変化させる角度変化手段と、前記記録材料を移動させる移動手段と、前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光で前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ入射角度の平行参照光を前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して同様の再生動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の再生スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で再生する動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生する動作を同様に繰り返し行うことによって前記記録材料の記憶領域に多重記録されたホログラムを分離再生する記録手段とを具備する。

このように本発明では、平行参照光の記録材料への入射角度を変化させると共に、記録材料を僅かずつ移動させることによって、従来の角度多重のように記録材料の一箇所の固定された記録領域に多数枚のホログラムを記録するのではなく、記録材料が移動するたびに広がる記録領域に多数枚のホログラムを分散して記録するため、記録領域のモノマーの消費を均一化でき、参照光の後半の入射角度でも必要な量のモノマーを効率よく利用することができて再現性のよい記録ができることにより、多重度を上げても再生データのＳ/Ｎを劣化させることがなくなる。

また、当初、平行参照光の入射角度は固定で、記録材料の移動を信号光のフーリエ面サイズ以上行い、これである程度の距離記録材料を移動してホログラムを記録した後、最初のスポットに戻って、信号光のフーリエ面サイズ以下の僅少移動すると共に平行参照光をブラック条件が異なるだけ変化させて、前回と同様の記録動作を行うことにより、転送レートの悪化を防止することができる。

本発明によれば、平行参照光の記録材料への入射角度を変化させると共に、記録材料を僅かずつ移動させることによって、記録材料が移動するたびに広がる記録領域に多数枚のホログラムを分散して記録するため、記録領域のモノマーの消費を均一化でき、参照光の後半の入射角度でも必要な量のモノマーを効率よく利用することができて再現性のよい記録ができるので、多重度を上げてもＳ/Ｎの良好な再生データを得ることができる。
また、当初、平行参照光の入射角度は固定で、記録材料の移動を信号光のフーリエ面サイズ以上行い、これである程度の距離記録材料を移動してホログラムを記録した後、最初のスポットに戻って、信号光のフーリエ面サイズ以下の僅少移動すると共に平行参照光をブラック条件が異なるだけ変化させて、前回と同様の記録動作を行うことにより、参照光角度変更装置の稼動速度が遅い場合に転送レートの悪化を防止することができる。

（実施例１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るホログラム記録方法を説明する図である。但し、簡略に説明するため記録材料３０のシフト方向は1次元のみとする。

最初に図１（Ａ）のようにある平行参照光記録材料入射角度をθ1としてホログラムを記録する。1枚のホログラムを記録した後、図1（Ｂ）のように記録材料３０を信号光のフーリエ面サイズ以上の移動量Ｘ１だけ移動して再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光１００との干渉縞を記録する。記録後も、同様に参照光入射角度を変化させずに、信号光１００の変調データのみ変えて記録材料３０を信号光のフーリエ面サイズ以上移動させて、ホログラム記録する。

図１（Ｃ）で示すように、ある程度記録した後は、図１（Ｄ）のように、図１（Ａ）で記録したスポットエリアに対して距離Ｚ１（信号光のフーリエ面サイズ以下の僅少距離）ずれた位置に平行参照光記録材料入射角度を変化させてホログラム記録する。以降は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示したのと同様のシフト量で記録材料３０のみを移動して（図１（Ｄ）〜図１（Ｅ））、ホログラム記録する。このような動作を繰り返すことで、複数枚のホログラムを多重記録する。例えば図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の記録材料３０の移動で広がった記録領域に対して、参照光２００の角度変化がブラック選択性が異なるようにｎ回入射したのであれば、この領域に対してＮ枚のホログラムが多重記録されることになる。また、図２に示したように記録材料３０の背後の信号光のフーリエ面にアパーチャ1０をおくことで、多重記録した各データを分離再生することができる。

本実施形態によれば、参照光２００の角度を変化させると共に、記録領域を僅かずつずらしてデータを記録材料３０に多重記録することによって、従来の角度多重のように同一箇所に多数のホログラムが記録されることがなく、記録材料中のモノマーの消費を均一化できるため、一部分のモノマーが極端に消費することを避けることができる。これにより、参照光角度変化の後半でも忠実度の高い記録を行うことが出来、それ故、再生データのＳ/Ｎを悪化させずに多重記録を行うことができる。

また、記録領域の一部分のみで屈折率が強く変化してしまうことを避けることができるため、信号光１００の記録段階での波面の乱れを抑制することができ、記録時データの品質低下を抑制することが出来、それ故、再生データのＳ/Ｎを悪化させずに多重記録を行うことができる。

さらに、記録材料３０を連続的に移動できるため、良好な転送レートを確保することができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の一実施形態に係るホログラム記録方法を説明する図である。従来の角度多重方式を用いたホログラム記録再生光学系の構成例を示した図である。従来の角度多重方式を用いた場合に記録材料を連続的に移動させる方法を説明する図である。

符号の説明

1０……アパーチャ、３０……記録材料、１００……信号光、２００……平行参照光。

Claims

空間変調された信号光を記録材料に集光すると共に、別途平行参照光を同記録材料に照射し、この参照光と前記信号光の干渉縞をホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録装置であって、
前記平行参照光の前記記録材料に対する入射角度を変化させる角度変化手段と、
前記記録材料を移動させる移動手段と、
前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光と信号光との干渉縞を記録した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返して行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様の動作でホログラム記録し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返して行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム記録する動作を同様に繰り返し行うことによって前記記録材料の記憶領域に複数枚のホログラムを多重記録する記録手段と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離ずらす値は毎回同じであ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。
空間変調された信号光を記録材料に集光すると共に、別途平行参照光を同記録材料に照射し、この参照光と前記信号光の干渉縞をホログラム記録材料に多重記録するホログラム記録方法であって、
前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光と信号光との干渉縞を記録した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム記録し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で変調データの異なる信号光との干渉縞を記録する動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して記録を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム記録する動作を同様に繰り返して行うことによって前記記録材料の移動で広がった記憶領域にホログラムを多重記録するホログラム記録方法。
平行参照光を記録材料に照射し、この記録材料に多重記録されているホログラムを再生するホログラム再生装置であって、
前記平行参照光の前記記録材料に対する入射角度を変化させる角度変化手段と、
前記記録材料を移動させる移動手段と、
前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光で前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ入射角度の平行参照光を前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して同様の再生動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の再生スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で再生することを繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生する動作を同様に繰り返し行うことによって前記記録材料の記憶領域に多重記録されたホログラムを分離再生する記録手段と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離ずらす値は毎回同じであることを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。
平行参照光を記録材料に照射し、この記録材料に多重記録されているホログラムを再生するホログラム再生方法であって、
前記角度変化手段で任意の入射角度の平行参照光で前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ入射角度の平行参照光を前記記録材料に照射してデータを再生した後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して同様の再生動作を繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の再生スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ１ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生し、その後、前記移動手段により前記記録材料を信号光のフーリエ面サイズ以上移動して、再び同じ参照光入射角度で再生することを繰り返し行い、これにより、前記記録材料が所定の範囲移動して再生を行った後は、前記記録材料を前回の最初の記録スポット領域に対して信号光のフーリエ面サイズ以下の距離Ｚ２ずれた位置に前記平行参照光の入射角度を変化させて前回と同様にホログラム再生する動作を同様に繰り返し行うことによって前記記録材料の記憶領域に多重記録されたホログラムを分離再生することを特徴とするホログラム再生方法。