JP2007335060A - ホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム記録媒体に記録できる記録データの容量を増大することを可能とするホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供する。
【解決手段】第１参照光と第１記録データに応じた第１信号光とを干渉させてホログラム記録媒体の所定領域に第１記録データホログラムを形成し、第２参照光と第２記録データに応じた第２信号光とを干渉させてこの所定領域に第２記録データホログラムを形成する。このように同一領域に複数のホログラムを形成して記録密度を向上させる。再生時においては、第１参照光を所定領域に照射して得られた回折光に基づき第１記録データを再生し、第２参照光を所定領域に照射して得られた回折光に基づき第２記録データを再生する。このようにして多重記録されたホログラムの各々から複数の記録データを分離して再生できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法に関する。

近年、高記録密度を達成するとともに、高転送速度で記録データを記録再生することが
可能な記録再生装置であるホログラムメモリが注目を集めている。ホログラムメモリでは
、記録媒体の厚み方向も活用し、記録に際しては、予め定めた参照光と、２次元の情報とした１ページ毎の記録データに基づいた信号光との干渉縞をホログラム記録媒体の中にホログラムとして形成して、３次元的に一度に情報を記録するものである。また、再生に際しては、このようにして形成されたホログラムに参照光を照射して発生する回折光を得て１ページ毎の記録データを再生するものである（特許文献１、非特許文献１を参照）。

ホログラム記録再生装置によって記録されたホログラムから記録データを再生する場合において、いわゆる、シフト選択性は非常に狭いものとなる。これを利用して、ホログラムの記録領域を少しずつずらしながら、各々のホログラムの一部が重複して記録される、いわゆる、シフト多重記録方式が採用される場合があり、ホログラム記録媒体に記録される記録データの容量を増大するようにしている（非特許文献１を参照）。
特開２００４−２２６８２１号公報 日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号１０６頁〜１１４頁

このようにして、シフト多重記録をおこなうことによってホログラム記録媒体に記憶できる記録データの容量は従来の記録媒体に較べて桁違いに大きいものとできるが、さらに、ホログラム記録媒体に記録できる記録データの記録容量の増大を図ることが望まれている。

そこで、本発明は、ホログラム記録媒体に記録できる記録データの容量を増大するホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供することを目的とする。

本発明のホログラム記録再生装置は、ページ毎の記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記ホログラム記録媒体に前記参照光を照射して得た回折光に基づき前記ページ毎の記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光を発生させるための信号光パターンを表示する信号光空間光変調部と、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、前記信号光空間光変調部および前記参照光空間光変調部に表示する信号光パターンの態様および参照光パターンの態様の各々を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、２以上の信号光パターンの態様および２以上の参照光パターンの態様を制御するものであって、少なくとも、予め定めた第１参照光パターンによって発生された第１参照光と第１記録データに応じた第１記録データ信号光パターンによって発生された第１信号光とを干渉させて所定領域に第１記録データホログラムを形成し、予め定めた第２参照光パターンによって発生された第２参照光と第２記録データに応じた第２記録データ信号光パターンによって発生された第２信号光とを干渉させて前記第１記録ホログラムに重畳して第２記録データを記録し、少なくとも、前記第１参照光を前記第１ホログラムに照射して得られる回折光に基づき前記第１記録データを再生し、前記第２参照光を前記第２ホログラムに照射して得られる回折光に基づき前記第２記録データを再生する。

本発明のホログラム記録再生方法は、ページ毎の記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記ホログラム記録媒体に前記参照光を照射して得た回折光に基づき前記ページ毎の記録データを再生するホログラム記録再生方法であって、第１参照光と第１記録データに応じた第１信号光とを干渉させて前記ホログラム記録媒体の所定領域に第１記録データホログラムを形成して前記第１記録データを記録し、第２参照光と第２記録データに応じた第２信号光とを干渉させて前記第１記録データホログラムに重畳して第２記録データホログラムを形成し、前記第１参照光を前記第１記録データホログラムに照射して得られた回折光に基づき前記第１記録データを再生し、前記第２参照光を前記第１記録データホログラムに照射して得られた回折光に基づき前記第２記録データを再生する。

本発明のホログラム記録再生装置および本発明のホログラム記録再生方法では、記録においては、第１参照光と第１記録データに応じた第１信号光とを干渉させてホログラム記録媒体の所定領域に第１記録データホログラムを形成する。また、第２参照光と第２記録データに応じた第２信号光とを干渉させて前記第１ホログラムに重畳して第２記録データホログラムを形成する。これによって、ホログラム記録媒体の同一領域または一部同一領域を含む領域である重畳した領域に第１記録データホログラムと第２記録データホログラムとが記録される。そして、再生においては、第１参照光を第１ホログラムに照射して得られた回折光に基づき第１記録データを再生する。また、第２参照光を第２ホログラムに照射して得られた回折光に基づき第２記録データを再生する。

本発明によれば、ホログラム記録媒体に記録できる記録データの容量を増大するホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、ホログラム記録再生装置の一例として、コアキシャル光学系を有してなるコアキシャル方式のホログラム記録再生装置について簡単に説明し、その後、実施形態のホログラム記録再生装置の動作原理、実施形態のホログラム記録再生方法について順次説明する。

（本明細書で用いる用語について）
本明細書で用いる用語を説明する。一の参照光パターン（例えば、第１参照光パターン）とこれと異なる他の参照光パターン（例えば、第２参照光パターン）との関係についての概念を表す用語として、無相関の用語を以下用いる。無相関とは、空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に表示される一の参照光パターンと他の参照光パターンとの同一ピクセル（同一の位置にあるピクセルを言う、ピクセルについては後述する）が両方とも白部（後述する空間光変調器３７では光ビームを反射するピクセル、後述する空間光変調器２２では光ビームを透過するピクセルを白部と称する）とはならないことを意味するものである。３以上の参照光パターンについては、第１参照光パターンないし第３参照光パターンにおける同一ピクセルが、１の参照光パターンについてのみ白部となり、他の参照光パターンを表示する場合に同一ピクセルが白部となることがないものである。また、無相関の用語は、参照光パターンについて用いられるのみではなく、このような各々の参照光パターンによって発生される各々の参照光の相互についても使われるものである。

また、ホワイトレートの用語を以下において用いる。ホワイトレートとは、空間光変調器３７および空間光変調器２２に形成される参照光パターンが黒部（空間光変調器３７では、光ビームを吸収して反射しないピクセル、空間光変調器２２では光ビームの透過を遮るピクセルを黒部と称する）と白部と２種類の２値情報に対応したピクセルの組み合わせで形成されている場合に、空間光変調器３７および空間光変調器２２の全体のピクセルの数に対する白部のピクセルの数の割合である。実施形態においては、１の空間光変調器である空間光変調器３７または空間光変調器２２の各々のピクセルを制御して、複数の態様の参照光パターンが表示される構成を採用するので、各々の参照光パターンについて各々のホワイトレートの値が定められることとなる。

また、別の概念を表す用語として、Ｍ／＃（エム・ナンバー）を用いる。Ｍ／＃とは、ホログラム記録媒体における重ね書きの指標であり、Ｍ／＃の値が大きいほど、記録層の同一領域における重ね書きの回数を大きくすることができるものである。なお、Ｍ／＃の消費が少ないとの用語は、記憶容量を増大するに効果を有する重ね書きが有効におこなわれたことを意味する用語であり、Ｍ／＃の消費が多いとの用語はこの逆を意味するものである。

また、空間光変調器３７およびイメージセンサ２５についてピクセルの用語を用いる。ピクセルとは、制御部から空間光変調器に対して信号光パターンまたは参照光パターンの態様を制御できる最小の単位を言い、また、イメージセンサ２５の再生像を制御部に取り込むことができる最小の単位を言うものである。ここで、空間光変調器３７の１ピクセルにイメージセンサ２５の１ピクセルが光学的に対応することが、制御の簡便さ、制御部６０における処理の簡便さの点から見ると望ましいが、必ずしも、空間光変調器３７の１ピクセルにイメージセンサ２５の１ピクセルが光学的に対応することが必須ではない。

また、１シンボルの用語を用いる。１シンボルの用語は、空間光変調器に２次元に配置される複数のピクセルによって構成される単位であって、例えば、縦４列、横４行のピクセルの集合等によって１シンボルが形成される。この１シンボルに対して、所定ビット長ごとのデジタルデータが対応する、いわゆる、ブロック符号として実施形態では符号化されている。１シンボルは同様にイメージセンサに２次元に配置される複数のピクセルによって構成される単位をも指す用語として用いられる。この他にいくつかの用語が用いられるが、当業者にとって比較的に一般的ではない用語については、引用の都度、用語の意味を簡単に説明する。

（コアキシャル方式のホログラム記録再生装置）
コアキシャル方式のホログラム記録装置では、後述する信号光と参照光との各々について、光ビームの光路の一部を共有することによって、同一の対物レンズを用いて、記録再生を行うことができるため、光学系の簡略化ができる。さらに従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクと互換性が比較的に容易であるために、将来の記録再生装置として注目を集めている。

図１にコアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系１０の概念図を示す。コアキシャル光学系１０は、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、透過型液晶等で構成された空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３、対物レンズ２４を主要なる光学部品として備える。

レーザ光源２０から出た光ビームは、コリメートレンズ２１で平行光とされ、空間光変調器２２を透過する。そして、空間光変調器２２は、記録データに基づく信号光パターンを表示する信号光空間光変調部４６（図２を参照）と参照光パターンを表示する参照光空間光変調部４７（図２を参照）との２つの光ビームの透過領域を有している。これらの２つに領域が分けられた空間光変調器２２の各々の領域を通過する光ビームは、同じ中心線を有して同軸状に配置される信号光４０および参照光４１として、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４の共通の光学部品を通過し、すなわち、光路を信号光４０および参照光４１が共通として、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図４を参照）に入射される。そして、信号光空間光変調部４６によって生じる信号光４０と参照光空間光変調部４７によって生じる参照光４１とは記録層５０ａにおいて干渉する。そして、この干渉の態様に応じて記録層５０ａの微小領域における屈折率が変化をして、屈折率パターンに応じた回折格子（ホログラム）として記録データが記録される。

図２に空間光変調器２２に表示される信号光パターンおよび参照光パターンの一例を示す。このパターンでは、より中心にちかい部分である信号光空間光変調部４６には信号光パターンが表示され、その周りの参照光空間光変調部４７には参照光パターンが表示されるという形になっている。図２において、黒部（黒い部分）は光ビームを遮る部分であり、白部（白抜き部分）は光ビームが透過する部分であり、黒部と白部の配置に応じて信号光および参照光が変化するものである。

ここで、参照光パターンは予め定められるパターンであり、参照光パターンの一例としては、図２に示すスポーク状（同心円の中心から外周部に向かって放射状に伸びる２本の直線で白部が形成され、白部と黒部とが交互に配置されるような形状を称する）のパターンのみならず、例えば、予め、乱数を発生させることによるランダムなパターン（白部と黒部とがピクセル単位でランダムに配置されているパターンを称する）であっても良い。

図３に概念図として、コアキシャル方式のホログラム再生装置に用いるコアキシャル光学系１１の概念図を示す。コアキシャル方式のホログラム再生装置では、上述した、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４に加えて、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等で構成されたイメージセンサ２５を備える。

再生においては、空間光変調器２２の参照光空間光変調部４７に参照光パターンのみを表示させ、信号光空間光変調部４６は全黒のパターン（光ビームの透過を阻止する黒部のみのパターン）とする。この参照光空間光変調部４７からの参照光４１をビームスプリッタ２３および対物レンズ２４を通過させ、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａに形成されたホログラムに入射させることによって記録データを再生する。すなわち、この参照光によってホログラムに応じた回折光４２が生じ、この回折光４２は、ビームスプリッタ２３によって光ビームの進行方向を変化させ、再生光（回折光）４３としてイメージセンサ２５を照射する。そして、このイメージセンサ２５からの電気信号はホログラムの形状、すなわち記録データに応じた信号であるので、制御部６０（図４を参照）において、この電気信号から記録データが再生できる。

ここで、ホログラム記録再生装置（記録および再生の両方が行える装置）においては、コアキシャル光学系１０とコアキシャル光学系１１の両方の構成を備えるもの、すなわち、コアキシャル光学系１１と同様の構成を有して、空間光変調器２２には、記録時においては、信号光空間光変調部４６およびその周りの参照光空間光変調部４７に図２に示すような信号光パターンおよび参照光パターンの表示をし、再生時においては、参照光空間光変調部４７に参照光パターンの表示をし、信号光空間光変調部４６に対応する領域は光ビームを透過することがない上述した全黒のパターンを表示できるようにして、記録および再生ができるようになされている。この空間光変調器２２における表示パターンの内容の制御は、制御部６０からの制御信号によっておこなわれる。

図４は、装置の主要部である光学部を中心として示した実施形態のホログラム記録再生装置１００の模式図である。これまでの説明において引用した部分と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

ホログラム記録再生装置１００には、サーボ用光学系３０が配されている。サーボ用光学系３０を構成する主要な光学部品にのみ符号を付して簡単に説明する。サーボ用光源２８はサーボ用の光ビームを射出する。サーボ用の光ビームは、記録再生のためのレーザ光源２０からの光ビームの波長とは異なり、より長波長の光ビーム（例えば、赤色レーザビーム）として、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとが分離可能とできるようにされている。

ビームスプリッタ２７は、ホログラム記録媒体５０からの戻り光をフォトディテクタ２９に導くためのものであり、フォトディテクタ２９は、例えば、フォーカスサーボについては、アスティグマ法、ラジアル（トラッキング）サーボについては、プッシュプル法に対応するようにディテクタを複数に分割した構成を有している。また、ダイクロイックミラー３４は、サーボ用光学系３０と記録再生用光学系とに共通する光学部品であり、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとを分離する波長分離素子である。また、反射ミラー５６は、サーボ用の光ビームおよび記録再生用光ビームの進行方向を変化させて、対物レンズ２４へ導き、ホログラム記録媒体５０のアドレスグルーブ５０ｃ（図５を参照）およびホログラムからの各々の回折光の進行方向を変化させて、サーボ用光学系３０および記録再生用光学系へ導くものである。

また、スピンドルモータ５１は、従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクと同様な外形形状を有するホログラム記録媒体５０の円盤形状の幾何学的中心を中心として回転させるものであり、制御部６０からの制御信号によってホログラム記録媒体５０の回転位置が制御されている。

ホログラム記録再生装置１００の動作を簡単に説明する。まず、記録時の動作を説明する。

レーザ光源２０からの光ビームは空間光変調器（ＳＬＭ）３７に入射する、空間光変調器３７は図１、図２に示す透過型の空間光変調器２２とは異なる構成を有して、光ビームを透過するか遮光するかではなく、光ビームを反射するか反射しない（光を吸収する）か、を各々のピクセル単位で区別するようになされている反射型の空間光変調器３７である。透過型の空間光変調器２２と反射型の空間光変調器３７とは光ビームに空間光変調を施すことを目的とする点では全く同一の目的を達するものであり、反射型の空間光変調器３７によって得られた参照光、信号光の性質は、透過型の空間光変調器２２によって得られた参照光、信号光の性質と全く変わるところがないものである。

ここで、空間光変調器３７に表示されるパターンは、図２に示すと同様のパターンであり、信号光空間光変調部４６と参照光空間光変調部４７とを有している。空間光変調器３７ではホログラム記録媒体５０に記録を行うために、記録データに基づき、信号光空間光変調部４６に信号光を発生させるための信号光パターンを表示し、参照光空間光変調部４７に参照光を発生させるための参照光パターンを発生する。ここで、コアキシャル方式を採用しているホログラム記録再生装置１００では、空間光変調器３７は信号光空間光変調部４６と前記参照光空間光変調部４７との両方を有して構成されており、制御部６０からの制御信号に基づき空間光変調器２２の領域を分けて同一平面上に両者が各々構成されている。

信号光および参照光の各々は、リレーレンズ３５、リレーレンズ３６、位相マスク４４、ビームスプリッタ２３、リレーレンズ３８、リレーレンズ３９、ダイクロイックミラー３４を通過して、反射ミラー５６で反射され、対物レンズ２４で記録再生に適したビームサイズに絞られてホログラム記録媒体５０に照射され、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図５を参照）で信号光と参照光とが重なり合いホログラムを形成することによって記録データが記録される。ここで、空間光変調器３７で変調を受けた参照光または信号光と参照光によって形成される像の結像点を適切なものとするためにリレーレンズ３９を紙面の横方向に移動させるためのリレーレンズアクチュエータ４５が設けられ、制御部６０からの信号で制御がなされている。

この場合において、記録再生を行う光ビームはホログラム記録媒体５０の記録層に焦点を結び、ラジアル方向の所定位置に光ビームが配置されるように、サーボ用光学系３０を含むフォーカスおよびラジアルサーボ系によって制御がなされ、ホログラム記録媒体５０がラジアル方向と直行するトラックに沿った方向の所定位置となるようにスピンドルモータ５１の回転角度を制御するスピンドルサーボ系によって制御がなされている。このようなサーボは、フォトディテクタ２９からの電気信号を制御部６０で処理して得られる。また、サーボ用光学系３０からの光ビームはダイクロイックミラー３４と反射ミラー５６とで反射し、対物レンズ２４を通過してホログラム記録媒体５０に照射され、一方、記録再生用光学系からの光ビームはダイクロイックミラー３４を透過して反射ミラー５６で反射し、対物レンズ２４を通過してホログラム記録媒体５０に照射される。なお、コアキシャル方式を採用しているホログラム記録再生装置１００では、信号光、参照光および回折光はすべて対物レンズ２４を通過する。

ここで、ホログラム記録媒体５０には記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置決めをするためのアドレスグルーブ５０ｃ（図５を参照）が配置されており、サーボ用光学系３０は、従来のＣＤ、ＤＶＤ等におけると同様な構成を有して、ホログラム記録媒体５０における記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置がフォトディテクタ２９からの電気信号に基づいて検出できるようにされている。すなわち、記録再生用の光ビームとサーボ用の光ビームとの相互の関係は、記録再生用の光学系とサーボ用のサーボ用光学系３０の各々を構成する光学部品の配置の相対関係によって一義的に相互の関係が定められている。かくして、サーボ用の光ビームとホログラム記録媒体５０との位置関係を上述したフォーカスおよびラジアルサーボ系、スピンドルサーボ系によって決めることによって、記録再生用の光ビームの位置関係も制御できるようになされている。

すなわち、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９からは、いわゆる、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出され、その各々のエラー信号に基づきフォーカスアクチュエータおよびトラッキングアクチュエータとで構成される対物レンズアクチュエータ５４が、制御部６０に配されたフォーカス・トラッキングサーボ回路（図示せず）により制御されて図４において、符号Ｆおよび符号Ｔで示す方向に対物レンズ２４を変位させ、サーボ用の光ビームおよび記録再生用の光ビームの各々の光ビームがホログラム記録媒体５０の目標位置を照射するようにされている。

図４に示すホログラム記録再生装置１００は、記録と再生との両方の機能を備えるホログラム記録再生装置であるとして、上述の説明をおこなってきたが、ホログラム記録再生装置１００において、再生の機能に関する部分、例えば、イメージセンサ２５を備えず、再生の機能がない装置として実施形態のホログラム記録装置を構成しても良く、ホログラム記録再生装置１００において、記録の機能に関する部分、例えば、信号光空間光変調部４６を備えず、記録の機能がない装置として実施形態のホログラム再生装置を構成しても良いものである。

（ホログラム記録媒体の構造）
図５は、上述した、ホログラム記録媒体５０の断面積方向に切断した構造を模式的に示し、さらに、信号光４０および回折光４２（破線の内側で示す）、参照光４１（実線と破線との間で示す）およびサーボ用の光ビーム（一点鎖線の内側で示す）がどのように対物レンズ２４に入射するかを模式的に示す図である。ホログラム記録媒体５０は記録層５０ａ、記録再生用の光ビームの反射膜５０ｂ、アドレスグルーブ５０ｃを有するものである。ここでアドレスグルーブ５０ｃは、スパイラル状に連続して形成される凹凸を有する溝（グルーブ）として形成され、そのグルーブの形状は光学的に読み取り可能なように変形されている。そして、その変形の態様によってホログラム記録媒体５０における位置を特定できるようになされている。なお、グルーブの形状の変形は、例えば、グルーブが離散的にピットとして配置されるようにしても良く、また、グルーブの蛇行等のいかなるものであっても良い。

記録時においては、記録層５０ａには、信号光４０と参照光４１との干渉によって生じる干渉縞の形状に応じてホログラムが形成され、再生時においては、このホログラムに参照光４１のみが照射されることによって、記録時における信号光４０と略同一の領域に、ホログラムに応じた回折光４２が反射膜５０ｂで反射されて、対物レンズ２４を通過して生じる。一方、サーボ用の光ビームは、波長選択特性を有する反射膜５０ｂを透過して、アドレスグルーブ５０ｃが形成されたアルミ反射膜で反射して、ＣＤ、ＤＶＤにおけると同様の原理によって、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９から検出した電気信号に基づいて、制御部６０で、上述した、フォーカスサーボ、ラジアルサーボ、スピンドルモータの回転制御の処理のために必要とされる各々のサーボのためのエラー信号、さらには、ホログラム記録媒体５０における光ビームが照射されるホログラム記録媒体５０の記録層５０ａの位置の特定のためのアドレス信号が得られる。

（実施形態の記録再生方法について）
上述したホログラム記録再生装置１００を用いた、実施形態のホログラム記録再生方法について説明する。ホログラム記録再生方法は、種々の態様があるが、その代表例のいくつかを以下に説明する。

「第１実施例の記録再生方法」
第１実施例の記録再生方法を以下に説明する。最初に記録の過程の説明をした後に再生の過程を説明する。

まず、ホログラム記録再生装置１００にホログラム記録媒体５０を装填する。次に、制御部６０は、サーボ用の光学系を用いてホログラム記録媒体５０に対するフォーカスサーボ、トラッキングサーボの制御をおこなう。制御部６０は、また、スピンドルモータ５１の回転制御もおこなう。

このようにして、サーボ系の動作が開始した後に、ホログラム記録媒体５０の記録のための所定領域を探す動作がおこなわれる。この動作はサーボ用の光ビームの助けによっておこなわれる。制御部６０は、ホログラム記録媒体５０に予め記録されたアドレスグルーブ５０ｃからホログラム記録媒体の位置を特定するためのアドレスを読み出し、ホログラム記録媒体５０の記録のための予め定められた所定領域にサーボ用の光スポットを配置するように、トラッキングサーボ系を利用してトラックを横切る方向にジャンプして、所定領域が配置されているトラックに光スポットが配置されるように位置決めをおこなう。

次に、トラックを横切る方向とは直交する方向であるトラック方向（グルーブに沿った方向）の位置決めは、アドレスが目的とする所定領域を示すに至ったときにスピンドルモータ５１を停止させて目的のアドレスにサーボ用の光スポットを配置させることによっておこなう。ここで、上述したようにサーボ用の光ビームと、記録データのホログラム記録媒体への記録およびホログラム記録媒体からの記録データの再生をおこなうための光ビームとの位置関係が相互に関係づけられているので、このようにサーボ用の光ビームの助けによって、所定領域にホログラム記録をおこない、所定領域からホログラム記録された情報を読み取ることが可能とされる。

このようにして、ホログラム記録媒体５０の所定領域の特定（位置決め）がされた後に、ホログラム記録の動作に移る。制御部６０は、第１参照光パターンを空間光変調器３７に表示するとともに第１記録データに応じた第１信号光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって参照光と信号光とがホログラム記録媒体５０において干渉して、記録層５０ａに干渉縞に応じた第１ホログラムが形成されることとなる。

また、制御部６０は、第２参照光パターンを空間光変調器３７に表示するとともに第２記録データに応じた第２信号光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって参照光と信号光とがホログラム記録媒体５０において干渉して、記録層５０ａに干渉縞に応じた第２ホログラムが形成されることとなる。

さらに、制御部６０は、第３参照光パターンを空間光変調器３７に表示するとともに第３記録データに応じた第３信号光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって参照光と信号光とがホログラム記録媒体５０において干渉して、記録層５０ａに干渉縞に応じた第３ホログラムが形成されることとなる。

以上のようにして、制御部６０は、異なる参照光パターンを空間光変調器３７に表示して、各々の記録データに応じた信号光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御し、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって各々異なる参照光と各々の記録データに応じた信号光とがホログラム記録媒体５０において干渉して、記録層５０ａの所定領域として特定された同一領域に各々のホログラムが重複して形成されることとなる。ここで、異なる参照光パターンによって同一領域に記録をおこない再生をおこなうこと（以下、多重化と省略する）が可能なホログラムの数については、各々の参照光パターンに課せられる制約との関係で定まるものであるが、再生の方法について説明した後に詳述する。

次に、このようにして同一領域に形成された複数のホログラムから記録データを再生する再生方法について説明する。

ホログラム記録再生装置１００にホログラム記録媒体５０を装填して、制御部６０が、サーボ用の光学系を用いてホログラム記録媒体５０に対するフォーカスサーボ、トラッキングサーボの制御をおこない、また、スピンドルモータ５１の回転制御もおこなう点は記録時におけると同様である。また、制御部６０がサーボ用の光スポットをホログラム記録媒体５０所定位置に配置させ、これによって上述したようにホログラム記録媒体からの記録データの再生をおこなうための光ビームを所定領域に照射する点も記録時におけると同様である。

このようにして、ホログラム記録媒体５０の所定領域の特定（位置決め）がされた後に、ホログラム記録媒体から記録データを再生する再生の動作に移る。制御部６０は、第１参照光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって第１参照光がホログラム記録媒体５０に照射されて第１回折光を発生する。この第１回折光は最終的にはイメージセンサ２５に導かれて、イメージセンサ２５に第１再生像を形成する。この第１再生像はイメージセンサ２５の上に２次元のパターンとして形成される。制御部６０は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を用いて、イメージセンサ２５からこの２次元のパターンの明暗に応じたアナログ情報を時系列の１次元データとして取り込み、このアナログ情報が閾値の上であるか下であるかによって「１」または「０」に２値化して、さらに、上述した１シンボルを単位とするブロックコードとして、誤り訂正をおこない、第１再生データを再生する。

また、制御部６０は、第２参照光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって第２参照光がホログラム記録媒体５０に照射されて第２回折光を発生する。この第２回折光は最終的にはイメージセンサ２５に導かれて、イメージセンサ２５に第２再生像を形成する。この第２再生像はイメージセンサ２５の上に２次元のパターンとして形成される。制御部６０は、イメージセンサ２５からこの２次元のパターンの明暗に応じたアナログ情報を時系列の１次元データとして取り込み、「１」または「０」に２値化して、さらに、上述した１シンボルを単位とするブロックコードとして、誤り訂正をおこない、第２再生データを再生する。

さらに、制御部６０は、第３参照光パターンを空間光変調器３７に表示するように制御する。次に、制御部６０は、レーザ光源２０を制御してレーザ光源２０から光ビームを出射する。これによって第３参照光がホログラム記録媒体５０に照射されて第３回折光を発生する。この第３回折光は最終的にはイメージセンサ２５に導かれて、イメージセンサ２５に第３再生像を形成する。この第３再生像はイメージセンサ２５の上に２次元のパターンとして形成される。制御部６０は、イメージセンサ２５からこの２次元のパターンの明暗に応じたアナログ情報を時系列の１次元データとして取り込み、「１」または「０」に２値化して、さらに、上述した１シンボルを単位とするブロックコードとして、誤り訂正をおこない、第３再生データを再生する。

以上のようにして、制御部６０は、順次、異なる参照光パターンを空間光変調器３７に表示して、順次、各々の再生データを再生する。

ここで、第１再生データが第１記録データと完全に一致し、第２再生データが第２記録データと完全に一致し、第３再生データが第３記録データと完全に一致し、さらに、Ｎ回多重化される場合には、任意のｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）についても、第ｎ再生データが第ｎ記録データと完全に一致する場合には、同一の領域に複数のホログラムが多重化されたことになる。第１再生データから第Ｎ再生データの各々が第１記録データから第Ｎ記録データの各々と完全に一致するために、参照光パターンが満たすべき条件について以下に詳述する。

まず、極端な例としては、例えば、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが同一のパターンである場合について考察する。第１参照光パターンと第１記録データに応じた第１記録信号光パターンとを用いて第１ホログラムが形成され、第２参照光パターン（第１参照光パターン）と第１記録データとは異なる第２記録データに応じた第２記録信号光パターンとを用いて第２ホログラムが形成され、第１ホログラムと第２ホログラムとは同一領域に記録される。この第１ホログラムと第２ホログラムが形成された同一領域に第１参照光を照射する場合に得られる第１再生データと、第２参照光（第１参照光）を照射する場合に得られる第２再生データとは全く同一のものとなってしまい、第１再生データと第１記録データとが一致することはなく、第２再生データと第２記録データとは、一致することがない。

次に、例えば、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが無相関なパターンである場合について考察する。この場合には、第１参照光を照射する場合に得られる第１再生データと、第２参照光を照射する場合に得られる第２再生データとは異なるものとなり、第１再生データと第１記録データとは一致し、第２再生データと第２記録データとは一致する。

さらに、例えば、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが無相関なパターンではないが、相関の度合いが小さい場合について考察する。例えば、第１参照光パターンと第２参照光パターンとの同一ピクセルがともに光ビームを反射するピクセル（白部）であるとする。このような同一ピクセルが白部であるピクセルの数が全体の光ビームを反射するピクセルの総数に較べて小さい場合について考察する。このような場合には、ともに光ビームを反射する同一のピクセルに対応したイメージセンサ２５のピクセルから得られる情報は、第１ホログラムから得られる情報と第２ホログラムから得られる情報が入り交じったものとなる。すなわち、第１再生データには第１記録データのみならず一部分は第２記録データが雑音として混入し、第２再生データには第２記録データのみならず一部分は第１記録データが雑音として混入して再生信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）を劣化させることになる。しかしながら、実施形態のホログラム記録再生装置１００は誤り訂正方式を採用するので、誤り訂正が可能な範囲であれば、完全に、第１再生データから第１記録データを再生することが可能となり、第２再生データから第２記録データを再生することが可能となるものである。

上述した、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが同一のパターンである場合、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが無相関なパターンである場合、第１参照光パターンと第２参照光パターンとが同一でも無相関でもない場合の３例は、参照光パターンを２つ用いて、同一領域に多重化する場合の例であるが、参照光パターンが３つ以上である場合にも同様な結果が導かれる。

ここで、上述したように、最も良好なる記録再生特性、すなわち、最良なるＳ／Ｎは、複数の参照光パターンを相互に無相関とすることによって得られるが、多重化の数が多くなるに従って、すなわち、参照光パターンの数が多くなるに従って、ホワイトレートの低下を招くことは明らかである。ホワイトレートが低下する場合には、参照光のレベルが低くなって、得られる回折光も少なくなり、イメージセンサ２５から得られる再生信号のレベル（信号Ｓのレベル）も低いものとなる。この結果、Ｓ／Ｎの劣化が生じるので多重化の数にはおのずから限度があるものとなる。

このような、ホログラム記録再生方法においては、同一の領域に複数のホログラムを記録して良好なる記録再生特性を得ることができるので、従来の多重方式、例えば、シフト多重記録方式と比較して、よりホログラム記録媒体に記録する情報の記録密度を向上させることができる。また、記録時においては、ホログラムを形成する毎における、信号光と参照光との両方を有する光ビームと、ホログラム記録媒体との相対位置を変化させる必要がなく、再生時においては、ホログラムから信号を再生する毎における、参照光と、ホログラム記録媒体との相対位置を変化させる必要がないので、記録再生装置の機構部を簡単にし、その制御も簡単なものとできる。また、光ビームと、ホログラム記録媒体との相対位置を変化させる必要がないので、記録再生の速度（スループット）を高速化できる。以上の記録および再生の処理の制御は制御部６０からの制御によって順次おこなわれる。

「第２実施例の記録再生方法」
背景技術に示すように、ホログラム記録再生においてシフト多重記録方式が採用されている。ここで、従来のシフト多重記録は、同一の参照光パターンを用いて、複数の記録データの各々に対応した複数のホログラムを記録層の同一領域に一部を重複しながら順次記録するものであった。この点、第２実施例の記録再生方法でもシフト多重記録とする点に何ら障害があるものではない。第２実施例の記録再生方法は、参照光パターンを変化させながらシフト多重記録をおこなうものである。

この場合において、周期的に順次、異なる参照光パターンを発生させるのが一般的であるが、この場合には一周期後に同一の参照光パターンが発生することとなる。このときに、前の周期の同一の参照光パターンを用いて形成されるホログラムの領域と今回形成されるホログラムの領域とが重複しないようにすれば、少ない参照光パターンの組み合わせを用いても、同一の参照光パターンによって、２以上のホログラムからの再生データを検出することがないようにできる。このようにして、シフト多重記録の繰り返しをおこない大容量で、しかも良好なる記録再生特性を有するものとできる。また、この場合においては、ホログラム記録媒体５０の移動量は連続して微小なものとできるので制御も容易である。

再生においては、微小なシフト量だけホログラム記録媒体５０を移動させながら、参照光パターンを順次切り替えて、各々のホログラムから記録データを再生することができる。以上の記録および再生の処理の制御は制御部６０からの制御によって順次おこなわれる。

すなわち、本実施形態のシフト多重記録方式は、異なる参照光パターンを用いたシフト多重記録方式であるので、シフト多重記録において形成される複数のホログラムの相互の重なり領域が従来に比して、より大きな部分を占めるものとできる。すなわち、シフト多重記録の相互の重なり部分を大きくすることによって記録密度を向上させることができる。また、ホログラム形成領域のシフトの度合いと、複数の参照光パターンの相互の相関の度合い（光ビームを反射するピクセルの全数に対する異なる参照光パターンにおける相互に共通して光ビームを反射するピクセルの数の割合）と、の組み合わせを適宜に調整することによってホログラム記録媒体に記録する情報の記録密度をより大きなものとできる。

「第３実施例の記録再生方法」
第３実施例の記録再生方法は参照光パターンを固定した従来のシフト多重記録の方法と、参照光パターンを変化させて同一領域に複数のホログラムを形成する上述した第１実施例の記録再生方法とを組み合わせるものである。

記録は、まず、従来のシフト多重記録と同様におこなわれる。すなわち、一の参照光パターン（第１参照光パターン）を空間光変調器３７に表示し、第（１、１）記録データに対応した第（１、１）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第１参照光パターンによって第１参照光を得、第（１、１）信号光パターンによって第（１、１）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第１参照光と第（１、１）信号光との干渉縞によって第（１、１）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。

次に、制御部６０がスピンドルモータ５１を制御して、スピンドルモータ５１の回転方向（トラックに沿った方向）にホログラム記録媒体５０を回転させる。回転によって移動する移動量はシフト多重記録におけるシフト量と等しいものである。第１参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（１、２）記録データに対応した第（１、２）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第１参照光パターンによって第１参照光を得、第（１、２）信号光パターンによって第（１、２）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第１参照光と第（１、２）信号光との干渉縞によって第（１、２）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。

このような処理を繰り返し、ホログラム記録媒体５０をトラックに沿った方向に移動させながら、順次、第（１、Ｍ）ホログラムまでを形成するようにする。以上は、従来のシフト多重記録と何ら変わるところがないものである。

本実施形態では、このようにして記録したホログラムと同一の領域にさらに参照光パターンを異ならせ、ホログラムを記録する点が従来と異なる。すなわち、上述のシフト多重記録に加え、以下の多重記録の処理をおこなう。

制御部６０がスピンドルモータ５１を制御して、トラックに沿った方向にホログラム記録媒体５０を回転させるとやがて、ホログラム記録媒体５０は１回転して、トラックは異なるが、第（１，１）ホログラムが形成された位置に隣接するようになる。このときに、いわゆる、１トラックバックジャンプして再び、第（１、１）ホログラムを形成したと同一の位置にホログラムが記録可能とする。そして、第２参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（２、１）記録データに対応した第（２、１）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第２参照光パターンによって第２参照光を得、第（２、１）信号光パターンによって第（２、１）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第２参照光と第（２、１）信号光との干渉縞によって第（２、１）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。これによって、第（１、１）ホログラムが形成される領域と同一の領域に第（２、１）ホログラムを形成することが可能となる。

次に、制御部６０がスピンドルモータ５１を制御して、スピンドルモータ５１の回転方向（トラックに沿った方向）にホログラム記録媒体５０を回転させる。回転によって移動する移動量はシフト多重記録におけるシフト量と等しいものである。第２参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（２、２）記録データに対応した第（２、２）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第２参照光パターンによって第２参照光を得、第（２、２）信号光パターンによって第（２、２）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第２参照光と第（２、２）信号光との干渉縞によって第（２、２）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。これによって、第（１、２）ホログラムが形成される領域と同一の領域に第（２、２）ホログラムを形成することが可能となる。

このような処理を繰り返し、ホログラム記録媒体５０をトラックに沿った方向に移動させながら、順次、第（２、Ｍ）ホログラムまでを形成するようにする。そして、さらに、１トラックバックジャンプを繰り返し、結果として、第（１、１）ホログラムから第（Ｎ、Ｍ）ホログラムまでのホログラムを形成するようにする。ここで、同一の領域にはＮ個のホログラムが形成され、さらに、シフト多重化して、全数としてはＭ個×Ｎ個のホログラムが記録されることとなる。ここで、上述したように、Ｎの個数は、参照光パターンを替えて同一領域に記録されるホログラムの数であり、Ｍの個数は、ホログラム記録媒体の１回転分のトラック長に記録されるホログラムの数であり、一般的には内周トラックよりも外周トラックにおいてＭの個数は大きなものとなる。

上述の場合においても、Ｎ個の参照光パターンは相互に無相関であることがＳ／Ｎを良好にして記録再生特性を良好にすることが最も望ましいものである。一方、無相関となる個数Ｎの数は限られ、個数Ｎを大きくすればするほどホワイトレートは小さくなる。ここで、ホワイトレートが小さくなると、信号Ｓのレベルが小さくなり、Ｓ／Ｎが下がるので、同一領域における多重化の数Ｎとホワイトレートの範囲とは適宜、選択すべきものである。また、無相関ではないが、参照光パターンの相互の相関性の小さい参照光パターンを用いて、エラー訂正可能な範囲でホワイトレートを上げて、全体としてのホログラム記録媒体５０における記録密度を適宜、調整することもできる。

「第４実施例の記録再生方法」
第４実施例の記録再生方法は、結果として得られるホログラムの多重化における配置は、第３実施例と同様であるが、第３実施例と異なる点は、同一領域にＮ個のホログラムを多重記録後、ホログラム記録媒体５０をトラックに沿った方向にシフトさせ、時間的にそれ以前に形成されたＮ個のホログラムと領域を一部重複して、異なる新たなＮ個のホログラムをこの一部重複した同一領域に書き込むものである。具体的な記録方法を以下に説明する。

記録は、第１参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（１、１）記録データに対応した第（１、１）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第１参照光パターンによって第１参照光を得、第（１、１）信号光パターンによって第（１、１）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第１参照光と第（１、１）信号光との干渉縞によって第（１、１）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。

次に、第２参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（２、１）記録データに対応した第（２、１）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第２参照光パターンによって第２参照光を得、第（２、１）信号光パターンによって第（２、１）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第２参照光と第（２、１）信号光との干渉縞によって第（２、１）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。

このようにして、同一領域に第（１、１）ホログラムないし第（Ｎ、１）ホログラムまでのＮ個のホログラムが形成されるようにした後に、制御部６０がスピンドルモータ５１を制御して、スピンドルモータ５１の回転方向（トラックに沿った方向）にホログラム記録媒体５０を回転させる。回転によって移動する移動量はシフト多重記録におけるシフト量と等しいものである。第１参照光パターンを空間光変調器３７に表示し、第（１、２）記録データに対応した第（１、２）信号光パターンを空間光変調器３７に表示する。次に、レーザ光源２０から光ビームを出射して、第１参照光パターンによって第１参照光を得、第（１、２）信号光パターンによって第（１、２）信号光を得る。ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで第１参照光と第（１、２）信号光との干渉縞によって第（１、２）ホログラムを形成するようにする。上述の動作は、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０が、空間光変調器３７およびレーザ光源２０を制御することによっておこなわれる。

このような処理を繰り返し、ホログラム記録媒体５０をトラックに沿った方向に移動させた後に、順次、Ｎ個のホログラムまでを形成するようにして、結果として、第（１、１）ホログラムから第（Ｎ、Ｍ）ホログラムまでのホログラムを形成するようにする。ここで、同一の領域にはＮ個のホログラムが形成され、さらに、シフト多重化して、全数としてはＭ個×Ｎ個のホログラムが記録されることとなる。この記録方法では、第３実施例のようにＮ―１回の１トラックバックジャンプをおこなうことなくＭ個×Ｎ個のホログラムの記録をおこなうことができる。ここで、第３実施例と同様に、Ｎの個数は、参照光パターンを替えて同一領域に記録されるホログラムの数であり、Ｍの個数は、ホログラム記録媒体の１回転分のトラック長に記録されるホログラムの数である。

上述の場合においても、第３実施例と同様にＮ個の参照光パターンは相互に無相関であることがＳ／Ｎを良好にして記録再生特性を良好にすることが最も望ましいものである。一方、無相関となる個数Ｎの数は限られ、個数Ｎを大きくすればするほどホワイトレートは小さくなる。ここで、ホワイトレートが小さくなると、信号Ｓのレベルが小さくなり、Ｓ／Ｎが下がるので、同一領域における多重化の数Ｎとホワイトレートの範囲とは適宜、選択すべきものである。また、無相関ではないが、参照光パターンの相互の相関性の小さい参照光パターンを用いて、エラー訂正可能な範囲でホワイトレートを上げて、全体としてのホログラム記録媒体５０における記録密度を適宜、調整することもできる。

次に、第３実施例、第４実施例の記録方法で記録されたホログラムを再生する方法について説明する。第３実施例、第４実施例のいずれにおいても、記録されたホログラムの物理的な配置は、原理的には同一である。ただし、時系列の信号をそのまま記録する場合には、ホログラムの形成される順序が異なり、結果的には、各々のホログラムの有する情報の内容が第３実施例と第４実施例とでは異なることとなる。しかしながら、時系列の記録データをどのような位置にホログラムとして記録するかを制御部６０で管理しておけば、第３実施例と第４実施例とではホログラムの形成の順序が異なるものの、両者のいずれの記録方法を採用する場合でも、同一の情報を同一の位置にホログラムとして記憶することもできる。同様に、情報の配列は記録時のみならず、再生時においても自由に制御部６０においておこなうことができるので、再生の方法は第３実施例と第４実施例とを区別する必要がないものである。

再生の方法としては、一の参照光パターン（例えば、第１参照光パターン）を表示してシフト多重化されたホログラムを順次、スピンドルモータ５１をステップ状にＭ回、１周の長さの１／Ｍだけシフトするように回転させて再生し、その後、上述のシフト多重化された領域の先頭に１トラックバックジャンプによって、再び戻り、別の参照光パターン（例えば、第２参照光パターン）を表示してシフト多重化されたホログラムを順次、スピンドルモータ５１をステップ状にＭ回、１周の長さの１／Ｍだけシフトするように回転させて再生し、この繰り返しをＮ回おこないＮ個×Ｍ個のホログラムからすべての記録データを読み取る再生方法が一の再生方法として可能である。

また、別の再生の方法としては、まず、一の参照光パターン（例えば、第１参照光パターン）を表示してホログラムから第１参照光パターンに応じた記録データを再生し、次に、例えば、第２参照光パターン）を表示して同一領域に形成されたホログラムから第２参照光パターンに応じた記録データを再生し、この繰り返しをＮ回おこないＮ個の同一領域に記録された記録データを再生する。そして、スピンドルモータ５１をステップ状にシフト量に応じて回転させて、再び、Ｎ個の参照光パターンに応じたＮ個の記録データを再生する。これの繰り返しをＭ回おこないＮ個×Ｍ個のホログラムからすべての記録データを読み取る再生方法も可能である。

上述した第３実施例の記録方法と上述の２つの再生方法のいずれを組み合わせることも可能であり、上述した第４実施例の記録方法と上述の２つの再生方法のいずれを組み合わせることも可能である。記録時において記録の順番（ホログラム記録媒体５０のホログラム形成位置のどこに記録するかの順番）は、記録方法によって選択でき、再生時において再生の順番（ホログラム記録媒体５０のホログラム形成位置のどこから再生するかの順番）は、再生方法によって選択できる。したがって、これらの記録法と再生方法を適宜組み合わせることによって、制御部６０の負担を少なくして、データストレージデバイスとして採用する場合には、例えば高速なるスループットの実現、民生機器として映像等を記録する場合には、例えば飛ばし再生（早送り再生）、マルチ言語再生等の種々のトリックプレーの実現が容易に可能となる。

上述したように本実施形態のホログラム記録再生装置１００によって、ホログラム記録媒体５０に従来よりも大きな容量の情報を記録することができる。このことをホログラム記録媒体の観点から見ると、ホログラム記録媒体５０の構造も従来と異なったものとできることを意味する。例えば、背景技術に示したシフト多重方式を採用する場合には、ホログラム記録媒体５０のグルーブ間の離間距離（グルーブの幅）を非常に小さいものとして、トラックの内外周方向への記録密度を高めていた。すなわち、従来は、シフト多重記録をするに際して、トラックに沿った方向のみではなく、トラックに沿った方向に直交する内外周方向（ラジアル方向）にもシフト多重化を図っていた。この場合に、グルーブの形成はスタンピングのプロセスを経ておこなうために、ある程度以下の幅を有するグルーブの形成には製造コストが高くなるという問題を有していた。

また、上述した参照光パターンを異ならせて、記録データを多重記録する方法では、形成されたホログラムから記録データを再生するに際してのＳ／Ｎが良好であるので、多重化の回数を従来のシフト多重に較べて遙かに大きなものとできる。すなわち、記録毎のＭ＃の消費が少なく、極めて大きな記録容量を得ることができる。

（実験結果について）
図６を参照して、上述した第１実施例の記録再生方法による記録再生の結果を実験結果として示す。図６の（Ａ）ないし図６の（Ｄ）の各々は、多重化後のイメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。

図６の（Ａ）は第１参照光パターンと第１信号光パターンとを用い第１ホログラムを形成した後、第１参照光によって回折光を得て、イメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは１シンボルであった。

図６の（Ｂ）は第１参照光パターンと第１信号光パターンとを用い第１ホログラムを形成し、同一領域に第２参照光パターンと第２信号光パターンとを用い第２ホログラムを形成し、このようにして、参照光パターンを第１参照光パターンないし第５参照光パターンとして、その各々に対する信号光パターンを第１信号光パターンないし第５信号光パターンとして、同一領域に５個のホログラムを形成した後、第５参照光によって回折光を得て、イメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは２シンボルであった。

図６の（Ｃ）は第１参照光パターンと第１信号光パターンとを用い第１ホログラムを形成し、同一領域に第２参照光パターンと第２信号光パターンとを用い第２ホログラムを形成し、このようにして、参照光パターンを第１参照光パターンないし第１０参照光パターンとして、その各々に対する信号光パターンを第１信号光パターンないし第１０信号光パターンとして、同一領域に１０個のホログラムを形成した後、第１０参照光によって回折光を得て、イメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは１３シンボルであった。

図６の（Ｄ）は第１参照光パターンと第１信号光パターンとを用い第１ホログラムを形成し、同一領域に第２参照光パターンと第２信号光パターンとを用い第２ホログラムを形成し、このようにして、参照光パターンを第１参照光パターンないし第１６参照光パターンとして、その各々に対する信号光パターンを第１信号光パターンないし第１６信号光パターンとして、同一領域に１６個のホログラムを形成した後、第１６参照光によって回折光を得て、イメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは５３シンボルであった。

以上、図６の（Ａ）ないし図６の（Ｃ）に示す記録再生において、各々の参照光パターンのホワイトレートは、１／１６であり、第１参照光パターンないし第１６参照光パターンの各々は相互に無相関なパターンとした。

上述の結果が示すように、同一領域に１６個のホログラムを多重記録する場合にも、そのエラーレートは十分低く、誤り訂正によって記録データは完全に再生可能である。

（暗号化について）
このようなホログラムの記録再生方式は暗号化にも用いることができる。すなわち、多重記録された一のホログラムに応じた記録データのみを意味のあるデータ（情報記録データ）とし、他のホログラムに応じた記録データを暗号化のためのデータ（暗号記録データ）とするものである。このようにすれば、情報記録データを再生する場合には、情報記録データを記録するときに用いた参照光を用いなければ、記録データの再生が困難となって暗号化が可能となる。すなわち、多重化しない場合には、情報記録データを記録するときに用いた参照光パターンのみならず、オールホワイトの参照光パターン（空間光変調器３７の参照光空間光変調部４７のすべてのピクセルが光ビームを反射するパターン）またはランダムパターンを参照光パターンとして用いることによって、情報記録データを再生することが可能となるものであるが、このような多重化を行うことによって、記録時に用いたと同じ参照光パターンを用いる場合のみ回折光から記録データを再生できるという暗号化の効果が得られる。

（暗号化の実験例）
図７を参照して、上述した暗号化の効果を実験結果として示す。図７の（Ａ）ないし図７の（Ｄ）の各々は、多重化後のイメージセンサ２５に生じる再生像を示すものである。この場合には、ホワイトレート１／１６の無相関な参照光パターンを３つ用いて、情報記録データ（意味のある記録データ）に対応して１ページ、暗号記録データ（暗号化のために用いる記録データ）に対応して２ページ、合計３ページ分の記録データがホログラム記録媒体５０の同一領域に多重記録されている。

図７の（Ａ）は情報記録データを記録するときに用いた参照光を用いた場合のイメージセンサ２５における再生像を示すものであり、この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは１５シンボルであった。

図７の（Ｂ）は参照光パターンがランダムパターンとされた場合のイメージセンサ２５における再生像を示すものであり、この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは１２９６シンボルであった。

図７の（Ｂ）は参照光パターンがオールホワイトパターンとされた場合のイメージセンサ２５における再生像を示すものであり、この場合に、１ページ分の記録データの総数１６３２シンボル中で、シンボル誤りが生じたのは１３９８シンボルであった。

このように、情報記録データを記録するときに用いたと同一の参照光パターン、すなわち、同一の参照光を用いる場合のみ情報記録データの再生が可能となり、記録時における参照光、すなわち、参照光パターンを知らない者は、情報記録データの再生をすることができないので暗号化の効果を奏することができる。

（他の実験結果について）
図８ないし図１４を参照して、位置多重の技術を用いる場合の記録再生の結果を実験結果として示す。ホログラムの記録再生をおこなう装置は、ホログラム記録再生装置１００と同様なホログラム記録再生装置を用いた。図８は参照光空間光変調部４７に表示される参照光パターンの例を示すものであり、図８の（Ａ１）は、第１参照光パターンである参照光パターン１を示し、図８の（Ａ２）は図８の（Ａ１）に示す参照光パターン１の一部拡大図を示すものである。また、図８の（Ｂ１）は第２参照光パターンである参照光パターン２を示し、図８の（Ｂ２）は図８の（Ｂ１）に示す参照光パターン２の一部拡大図を示すものである。図８の（Ａ２）と図８の（Ｂ２）との対比から分かるように、同一の位置に配されたピクレルは２つのパターンにおいて、白部と黒部とが反転したものとなっている。すなわち、参照光パターン１と参照光パターン２とは無相関である。また、参照光パターンは空間的に白部と黒部とがランダムに配置されるランダムパターンとした。

図９は、参照光パターン１と適宜の図示しない信号光パターンとによる参照光と信号光との回折縞の空間的な自己相関関数を数値解析によって求めたものである。すなわち、参照光パターン１の位置を位置シフト量（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：単位μｍ（マイクロ・メータ））ずらした場合における空間的コンボリュージョンである自己相関関数（Ｉｎｔｅｎｎｓｉｔｙ）の値である。図９から分かるように、ランダムパターンであるので、自己相関関数は位置シフト量が零のときにのみ大きな値となる。

図１０は、参照光パターン１と適宜の図示しない信号光パターンとによる参照光と信号光との回折縞と参照光パターン１と同一の信号光パターンとによる参照光と信号光との回折縞との空間的な相互己相関関数を数値解析で求めたものである。すなわち、参照光パターン１の位置を位置シフト量（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：単位μｍ（マイクロ・メータ））ずらした場合における空間的コンボリュージョンである相互相関関数（Ｉｎｔｅｎｎｓｉｔｙ）の値である。図１０から分かるように、参照光パターン１と参照光パターン２とは無相関であり、ランダムパターンであるので、位置シフト量に対して相互相関関数は低い値となっている。すなわち、選択性としては、参照光パターン１の自己相関においては中央部にピークが発生するが、参照光パターン１および２の相互相関においては、中央のピークが完全になくなっており、干渉特性が大幅に低減できることが分かる。

図１１は、このような性質を有する参照光パターン１と参照光パターン２とを用いて記録再生を行った場合の特性を示すものである。参照光パターン１を用いてホログラムを記録層に形成し、この形成されたホログラムに参照光パターン１を照射して得られる再生光の強度を位置シフト量に対して検出したものが、丸印でプロットしたグラフであり、この形成されたホログラムに参照光パターン２を照射して得られる再生光の強度を位置シフト量に対して検出したものが、四角印でプロットしたグラフである。参照光パターン１を用いて再生した場合には当然、良好なる再生像および再生光量が得られる。参照光パターン１で再生する場合、1μｍ程度離れた位置でも若干の光量（つまりクロストーク）が発生することが分かる。一方、参照光パターン２で再生した場合には、いかなる位置で再生を行っても再生光量が発生せず、特に、記録位置で再生を行った場合でも像が全く再生されていない。この結果から、無相関参照光パターン群を用いることで、同一パターンで記録再生を行う場合に比べて、クロストークを抑制でき、位置多重記録における位置のシフト間隔を短くすることが可能であるといえる。

図１２の（Ａ）は、参照光パターン１を用いてホログラムを形成し、参照光パターン１を照射して再生した場合におけるイメージセンサ２５に形成される像であり、図１２の（Ｂ）は、参照光パターン２をこのホログラム照射して再生した場合におけるイメージセンサ２５に形成される像である。

図１３の（Ａ）は、参照光パターン１を用いて第１ホログラムを記録して、２μｍだけ、光スポットとホログラム記録媒体との相対位置をずらし、参照光パターン１を用いて第２ホログラムを記録する位置多重記録をした場合の再生の特性をイメージセンサ２５の像で示すものである。ここで、第１ホログラムと第２ホログラムとは上述したように２μｍだけ、記録層の表面での位置がずれており、２つのホログラムの一部の領域は記録層の同一領域に重畳して記録されている。また、図１３の（Ｂ）は、参照光パターン１を用いて第１ホログラムを記録して、２μｍだけ、光スポットとホログラム記録媒体との相対位置をずらし、参照光パターン２を用いて第２ホログラムを記録する位置多重記録をした場合の再生の特性をイメージセンサ２５の像で示すものである。ここで、第１ホログラムと第２ホログラムとは上述したように２μｍだけ、記録層の表面での位置がずれており、２つのホログラムの一部の領域は記録層の同一領域に重畳して記録されている。図１３の（Ａ）では、参照光パターン１を用いて発生する参照光を第１ホログラムに照射した場合にイメージセンサ２５に得られる像（再生像）には干渉縞が発生していることが分かる。この場合には、ＳＮＲ（信号対雑音比）が１．７となっている。一方、図１３の（Ｂ）に示すように、参照光パターン１と参照光パターン２との２つの参照光パターンを用いて位置多重記録をする場合で、参照光パターン１を用いて発生する参照光を第１ホログラムに照射した場合にイメージセンサ２５に得られる像（再生像）から分かるように干渉縞がなくなり、ＳＮＲも２．２が得られた。このように、シフト間隔を低減したシフト多重記録方式を用いる場合に、参照光パターン１と参照光パターン２とを用いれば、多重記録特性を向上することが可能であることが明らかである。

図１４に示すのは、３つの参照光パターンを用いる場合の例である。参照光パターンが３以上の場合には参照光パターンを無相関とすることは参照光パターンによっては困難となる場合もある。参照光パターン１と参照光パターン２、参照光パターン１と参照光パターン３、参照光パターン２と参照光パターン３、の各々において相関がなるべく少ないようにピクセルの白部と黒部とを組み合わせることによって、記録層の同一の領域または、一部が相互に重畳する領域に複数のホログラムを記録して、良好なる再生が可能となる。図１４の（Ａ１）は参照光パターン１の例、図１４の（Ａ２）は参照光パターン１の一部拡大図、図１４の（Ｂ１）は参照光パターン２の例、図１４の（Ｂ２）は参照光パターン２の一部拡大図、図１４の（Ｃ１）は参照光パターン３の例、図１４の（Ｃ２）は参照光パターン３の一部拡大図を、各々、示すものである。参照光のパターン数が多いことから、より、多くのホログラムの多重化が可能である。以上の実施例においては、参照光パターンの模様をランダムとしたが、例えば、放射状模様など、その他の模様であっても良い。放射状模様とする場合には３個以上の参照光パターンを無相関とすることが容易にできる。また、パターン数を２個または３個としたが、これらの個数に限る必要はなく、４個以上であっても良い。また、参照光パターンは、上述したように完全に相互相関のないパターンの群としても、完全に相互相関がないものではないが、相互相関が少ない一部相関のあるパターンの群でとしても良い。これらの諸条件は、ホログラム間の相互干渉特性に加えて、再生パワーなど、ホログラム記録再生システム上の要求に合わせて適宜に選択して使用することが可能である。

上述した実施形態は、いずれも、本発明の一実施形態に過ぎず、上述の実施形態に本発明が限定されるものではない。例えば、上述の説明では、信号光と参照光とを同軸状に配するコアキシャル方式について説明したが、信号光と参照光とを異なる光学部品を介してホログラム記録媒体に入射させる二光束方式においても同一の技術思想に基づき実施が可能なものである。また、例えば、空間光変調器に関しても、透過型、反射型を問わず、いずれを用いても実施が可能なものである。

ホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系の概念を示す図である。 空間光変調器に表示される信号光パターンおよび参照光パターンの一例を示すものである。 ホログラム再生装置におけるコアキシャル光学系の概念を示す図である。 装置の主要部である光学部を中心として示した本実施形態のホログラム記録再生装置の模式図である。 ホログラム記録媒体の断面積方向に切断した構造を模式的に示すものである。 実施形態の記録再生方法による記録再生の結果をイメージセンサにおける再生像として示す図である。 実施形態の暗号化による記録再生の結果をイメージセンサにおける再生像として示す図である。 空間光変調器に表示される２つの参照光パターンの一例を示すものである。 参照光パターンによる参照光と信号光との回折縞の自己相関関数を数値解析によって求めたものである。 異なる参照光パターンによる参照光と信号光との回折縞の相互相関関数を数値解析によって求めたものである。 異なる２つの参照光パターンを用いて記録再生を行った場合の特性を示すものである 参照光パターン１を用いてホログラムを形成し、参照光パターン１を照射して再生した場合におけるイメージセンサに形成される像および参照光パターン２をこのホログラム照射して再生した場合におけるイメージセンサに形成される像を示す図である。 同一の参照光パターンを用いて位置多重方式でホログラムを記録再生した場合におけるイメージセンサに形成される像および異なる参照光パターンを用いて位置多重方式でホログラムを記録再生した場合におけるイメージセンサに形成される像を示す図である。 空間光変調器に表示される３つの参照光パターンの一例を示すものである。

符号の説明

１０、１１ コアキシャル光学系、２０ レーザ光源、２１ コリメートレンズ、２２ 空間光変調器、２３、２７ ビームスプリッタ、２４ 対物レンズ、２５ イメージセンサ、２８ サーボ用光源、２９ フォトディテクタ、３０ サーボ用光学系、３４ ダイクロイックミラー、３５、３６、３８，３９ リレーレンズ、４０ 信号光、４１ 参照光、４２ 回折光、４４ 位相マスク、４５ リレーレンズアクチュエータ、４６ 信号光空間光変調部、４７ 参照光空間光変調部、５０ ホログラム記録媒体、５０ａ 記録層、５０ｂ 反射膜、５０ｃ アドレスグルーブ、５１ スピンドルモータ、５４ 対物レンズアクチュエータ、５６ 反射ミラー、６０ 制御部、１００ ホログラム記録再生装置

Claims (10)

1. ページ毎の記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記ホログラム記録媒体に前記参照光を照射して得た回折光に基づき前記ページ毎の記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
   前記信号光を発生させるための信号光パターンを表示する信号光空間光変調部と、
   前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する参照光空間光変調部と、
   前記信号光空間光変調部および前記参照光空間光変調部に表示する信号光パターンの態様および参照光パターンの態様の各々を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   ２以上の信号光パターンの態様および２以上の参照光パターンの態様を制御するものであって、
   少なくとも、予め定めた第１参照光パターンによって発生された第１参照光と第１記録データに応じた第１記録データ信号光パターンによって発生された第１信号光とを干渉させて所定領域に第１記録データホログラムを形成し、予め定めた第２参照光パターンによって発生された第２参照光と第２記録データに応じた第２記録データ信号光パターンによって発生された第２信号光とを干渉させて前記第１記録ホログラムに重畳して第２記録データを記録し、
   少なくとも、前記第１参照光を前記第１ホログラムに照射して得られる回折光に基づき前記第１記録データを再生し、前記第２参照光を前記第２ホログラムに照射して得られる回折光に基づき前記第２記録データを再生することを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 前記信号光空間光変調部と前記参照光空間光変調部とが同一平面状に配置されることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
3. 前記制御部は、
   少なくとも２以上の態様を有する各々の参照光パターンの同一ピクセルが、重複して前記光源からの光ビームを透過または反射することがないように制御することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
4. 前記制御部は、
   前記２以上の参照光パターンの各々と所定の信号光とで生じる干渉縞の各々の空間的な相互相関が少ないものとなるように制御することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
5. 前記制御部は、
   前記参照光パターンがランダムパターンとなるように制御することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
6. 前記制御部は、
   少なくとも、前記第１ホログラムと前記第２ホログラムとが同一領域に配されるように制御することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
7. 前記制御部は、
   少なくとも、前記第１ホログラムと前記第２ホログラムとが前記記録層の同一領域の一部を共有して配されるように制御することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
8. 前記制御部は、
   少なくとも、前記第１ホログラムと前記第２ホログラムと第３ホログラムとが前記記録層の同一領域の一部を相互に共有して配されるように制御することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
9. 前記制御部は、
   少なくとも、前記第１ホログラムと前記第２ホログラムと第３ホログラムと第４ホログラムとが前記記録層の同一領域の一部を相互に共有して配されるように制御することを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
10. ページ毎の記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記ホログラム記録媒体に前記参照光を照射して得た回折光に基づき前記ページ毎の記録データを再生するホログラム記録再生方法であって、
    第１参照光と第１記録データに応じた第１信号光とを干渉させて前記ホログラム記録媒体の所定領域に第１記録データホログラムを形成して前記第１記録データを記録し、
    第２参照光と第２記録データに応じた第２信号光とを干渉させて前記第１記録データホログラムに重畳して第２記録データホログラムを形成し、
    前記第１参照光を前記第１記録データホログラムに照射して得られた回折光に基づき前記第１記録データを再生し、
    前記第２参照光を前記第１記録データホログラムに照射して得られた回折光に基づき前記第２記録データを再生するホログラム記録再生方法。
    

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