JP2010061750A - 光情報記録再生装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置構造を簡易にしながら、クロストークの発生を防止し、かつ高記録密度化の向上を図ること。
【解決手段】ホログラフィックメモリ記録再生装置において、光源から出射された照射光を、情報を担持する情報光に変換する空間光変調器２１１と、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１に情報光１０３を集光させるとともに、複数の参照光１０１，１０２のそれぞれを互いに異なる方向から情報光１０３と交差するようにホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射させる光学機構と、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１を駆動するアクチュエータ２２０と、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１を駆動させながら、光源から照射光を出射させ、ホログラム記録層に情報の角度多重記録を行うシステムコントローラ２３０と、を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、情報をホログラムとして記録再生する光情報記録再生装置、光情報再生装置および光情報記録方法、光情報再生方法に関する。
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＨＤ ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等に代表される光情報記録媒体は、これまで主としてレーザ光の短波長化および対物レンズの開口数（ＮＡ）の増大により記録密度の増加に対応してきた。しかしながらそのいずれもが技術的な理由などにより限界に近づいているといわれており、その他の手段・方式による記録密度の増大が要望されている。
種々の提案の中で、近年、ホログラフィを用いた体積記録型の高密度光記録媒体（以下、「ホログラフィックメモリ記録媒体」という。）およびホログラフィックメモリ記録媒体の記録再生装置の開発が実用化に向けて行われている。ホログラフィックメモリ記録媒体の記録方式は、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス等の空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）によってレーザ光を空間的に変調して情報を担持する情報光と、情報光と同一波長で一般的には情報光と同一光源から生成される参照光を、記録媒体中の同一個所に照射し、その際に情報光と参照光とによってできる光の干渉縞を記録媒体中に記録するものである。
そして、ホログラフィックメモリ記録媒体の再生の際には、参照光のみを照射することにより、記録時の情報光が再現され、記録時に変調した情報を取得することができる。ＤＶＤなどのように記録面上に記録マークを記録する、いわゆる面記録方式に対して、ホログラフィック光ディスクは、情報記録層の厚み方向への記録が可能な体積記録方式であるため、ＤＶＤなどに比べて大きな記録密度を獲得できる。
また、ＤＶＤなどの場合、記録マークは一般にＯＮ／ＯＦＦのビットデータを表すが、ホログラフィックメモリ記録媒体の場合、情報光は、比較的大量の情報により一括して変調されて干渉縞として記録される。この一組の情報は、記録媒体に保持する情報光の変調パターンで、白黒のドットで構成された２次元バーコード状の記録再生の単位であり、ページデータと呼ばれる。
ホログラフィックメモリ記録媒体の記録密度を増大させる方法の一つに、多重記録方式がある。この多重記録方式は、ホログラフィックメモリ記録媒体の同一場所に複数のページデータを記録する方式であり、レーザ光の照射角度をずらしながら情報を記録する角度多重記録方式や、レーザ光の照射位置をわずかにずらしながら情報を記録するシフト多重記録など種々の方式が考案されている。一般的な多重方式は例えば非特許文献１に開示されている。
角度多重記録方式やシフト多重記録方式は、レーザ光とホログラフィックメモリ記録媒体との相対角度や相対位置を変化させることにより多重記録を実現する。特に角度多重記録方式は、従来のＣＤやＤＶＤなどには見られなかった方式であり、情報光と参照光との干渉位置に生じる干渉縞を媒体記録層に記録するいわゆる二光束干渉方式においては必須とも言える。
また、角度多重記録方式とシフト多重記録方式とを組み合わせる場合において、記録媒体を回転させて角度多重記録を行う技術と、レーザ光を記録媒体周りに回転させて角度多重記録を行う技術の、代表的な２種類が考えられている。回転軸は、情報光と参照光の入射面に直角な軸（すなわち、記録媒体の面方向の軸）とするのが一般的であり、他の軸で回転させるよりも多くの多重数を実現できると考えられている。なお以降は、この情報光と参照光の入射面に直角な軸周りの回転をθy回転、この回転による多重記録をθy多重記録と呼ぶ。
レーザ光ではなく記録媒体を回転させて角度多重記録を行う技術では、レンズなどの光学系に多重記録のための可動部を設ける必要がないため装置構成が簡便なものとできる特長がある。しかし、ＣＤやＤＶＤなどのように比較的高速で回転する円盤状の記録媒体への適用が難しい。レーザ光を記録媒体周りに回転させて角度多重記録を行う技術では、これと逆に、ＣＤやＤＶＤなどのような円盤状の記録媒体への適用が容易である反面、装置構造が過大になるという特徴を有している。
さらに、θy回転に加えて他の軸周りの回転も行いながら、２軸で角度多重を行う技術も提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。この技術では、θy回転に加えて、記録媒体の媒体面に垂直でかつ記録スポットを通過する軸周りに記録媒体またはレーザ光を回転させながら角度多重記録を行うことで、記録密度の更なる向上を図ることができる。なお、これ以降は、記録媒体の媒体面に垂直でかつ記録スポットを通過する軸周りの回転をθz回転、この軸周りの回転による多重記録をθz多重記録と呼ぶ。
Ｈ．Ｊ．Ｃｏｕｆａｌ，Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，Ｇ．Ｔ．Ｓｉｎｃｅｒｂｏｘ，"Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ"，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０００． 米国特許第５，４８３，３６５号公報 米国特許第６，７００，６８６号公報 特開２００４−３５４５６５号公報
しかしながら、このθz多重記録の多重数には上限があり、一定数を超えた場合には、隣接角度で記録したデータが再生時に再生像に漏れこむというクロストークが発生してしまうことが知られている。これは、θy多重記録の場合と異なり、θz多重記録の場合は、どんなに回転させたとしても記録できる範囲（最大スパン）が１８０度（半回転）と制限されている上に、かなり大きく回転させないと隣接ページから漏れ込む再生光強度が充分に低下しないという特性があるためである。
この多重数の上限は、情報光が通過する対物レンズの開口数（ＮＡ）の増加とともに減少し、ページデータの形状などにもよるが、ＮＡ０．６５の場合には２〜３程度となってしまい、回転角度１８０度の中で９０度おき、あるいは６０度おきに２〜３点しか記録できないことになる。このため、θz多重による高記録密度化のメリットに比べると、記録媒体やレーザ光をずれなく正確に回転させるための機構や調整等が必要で、装置構造が複雑になるデメリットの方が大きいという状況に、ともすれば陥ってしまうことになる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、比較的簡便な構成によってθz多重記録に相当する多重記録を実現することで、装置構造を簡易にしながら、クロストークの発生を防止し、かつ高記録密度化の向上を図ることができる光情報記録再生装置および方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光情報記録再生装置は、光源から出射された照射光を、情報を担持する情報光に変換する空間光変調器と、前記情報光と複数の参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、前記情報をホログラムとして記録可能な情報記録層を有する光情報記録媒体に前記情報光を集光させるとともに、前記複数の参照光のそれぞれを互いに異なる方向から前記情報光と前記情報記録層で交差するように前記光情報記録媒体に照射させる光学機構と、前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動する駆動部と、前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動させながら、前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる光情報記録再生方法は、光源から出射された照射光を、情報を担持する情報光に変換する工程と、前記情報光と複数の参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、前記情報をホログラムとして記録可能な情報記録層を有する光情報記録媒体に前記情報光を集光させるとともに、前記複数の参照光のそれぞれを互いに異なる方向から前記情報光と前記情報記録層で交差するように前記光情報記録媒体に照射させる工程、前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動部で駆動させながら、前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行う工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、装置構造を簡易にしながら、クロストークの発生を防止し、かつ高記録密度化の向上を図ることができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光情報記録再生装置および方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、以下に示す実施の形態の概要について説明する。図１は、本実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置の情報光と参照光の位置・角度関係の概略を示す模式図である。本実施の形態では、情報光と参照光は、別々の対物レンズ等を経てホログラフィックメモリ記録媒体のホログラム記録層２０１ａにおいて重なるようにホログラフィックメモリ記録媒体に入射させる方式である二光束方式の光学系を採用している。
なお、図１においては、煩雑さを避けるために、情報光および参照光の光源から再生像検出の撮像器にいたるまでの光学部品や光路などを省略し、ホログラフックメモリ記録媒体に入射する情報光と参照光の光路を、参照光が２系統の場合に限って概念的に示している。参照光の数、座標系のとり方、それぞれの角度など、図１の示す関係に限定されるものではない。本実施の形態の光学的構成の詳細については後述する。
図１では、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層２０１ａに固定したｘｙｚ直交座標系を考える。情報光１０３および参照光１０１，１０２によるホログラム記録層２０１ａの媒体面における記録スポットを原点として、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の厚み方向（すなわち、媒体面に垂直な方向）にｚ軸を、それに直交する方向、すなわち、ホログラム記録層の媒体面の面方向に互いに直交するｘ軸とｙ軸をとる。
情報光１０３は、ｘ軸正方向側から入射する。方位角はゼロとなるようにｘ軸を想定する。すなわち、情報光１０３の入射面はｘ−ｚ平面となる。ただし、これは情報光１０３の光軸を考えた場合であって、特に情報光１０３の対物レンズのＮＡが大きい場合には角度幅を持った収束光として円錐状に媒体に入射するため、入射角も方位角も所定の幅の中に分布することになる。例えばＮＡ０．６５では光軸を中心として約±４０．５度の幅の範囲でホログラフィックメモリ記録媒体２０１（ホログラム記録層）に入射する。
ｚ軸は、情報光１０３の入射とは媒体面をはさんで反対側が正方向となるようにとり、右手系で座標系を設定している。
本実施の形態では、２つの参照光１０１、１０２をホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射し、θy回転を所定の角度ステップずつ実行しながらホログラム記録層への情報のθy多重記録、ホログラム記録層からの情報の再生を行う。これにより、２つの参照光１０１、１０２を情報光１０３と交差するようにホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射しながらθy多重記録を行うことで、θy多重記録に加え、比較的簡易な構成でθz多重記録に相当する多重記録を実現し、実質的に２軸による多重記録を実現している。
２つの参照光１０１、１０２は、ｘ−ｚ面をはさんで対称に、ｚ軸負方向側から入射する。すなわち、参照光１０１と参照光１０２は、入射角は等しく、方位角は同じ大きさで正負が逆となっている。２つの参照光１０１、１０２の入射面を情報光１０３の光軸の入射面とを異なる面とすると、単一の参照光を照射する場合の入射角度と、複数の参照光（参照光１０１の入射角や参照光１０２）を照射する場合の入射角が同一角度である場合でも、単一の参照光の場合よりも複数の参照光の場合の方がθy多重記録の範囲（スパン）を広くとることができる。
また、参照光１０１と参照光１０２とを、ｘ−ｚ平面で面対称になるように照射することで、光学機構の光学部品の構造を簡潔にすることができ、これにより光学機構の設計および製造の工程を簡易にすることができる。また、情報の記録再生の特性が参照光１０１と参照光１０２とがそろったものとなり、さらにθy多重記録および再生の際の特性も同等になるなどの利点がある。
次に、本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学的構成について説明する。図２は、実施の形態１のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学系の主要構成を示す模式図である。
本実施の形態では、情報光と参照光は、別々のレンズ等を経てホログラフィックメモリ記録媒体２０１で重なるようにホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射させる方式である二光束方式の光学系を採用している。ただし、光学系は、二光束方式に限定されるものではなく、情報光と参照光を同一の対物レンズ等を経て同一方向から同一の中心軸を共有するようにホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射させる同軸方式（コリニア方式）を光学系として採用してもよい。
また、図２では、煩雑さを避けるために、光源から空間光変調器に至るまでの光路や、本実施の形態の説明に不要なシャッター、波長板、偏光ビームスプリッタ等の光学系の図示を省略している。また、図２では、情報光１０３と参照光１０１，１０２が一つの光源から分岐して、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射し、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１を透過した再生光が撮像器２１７で検出されるまでの、本実施の形態の説明に必要な光路のみを示している。また、各光学部品それぞれの角度や位置関係、大きさなども説明の都合上、概略のみを示している。
半導体レーザ装置２０２は、レーザ光を出射するレーザ光源である。ここで、半導体レーザ装置２０２は、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の設計自由度の観点から４０５ｎｍ帯の青紫色レーザを出射することが好ましい。なお、図示しないが、半導体レーザ装置２０２には、必要に応じてシャッターや、波長を安定化・狭窄化するための外部共振器や、強度分布を平均化するためのプリズムなどが含まれる。
本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置では、単一の半導体レーザ装置２０２から出射されるレーザ光から分岐して情報光１０３と参照光１０１，１０２となる。すなわち、半導体レーザ装置２０２から出射されたレーザ光は、必要に応じてコリメータレンズ（不図示）による整形や拡大・縮小などが施されたのち、偏光ビームスプリッタ２０３に入射する。
偏光ビームスプリッタ２０３に入射したレーザ光は分割される。偏光ビームスプリッタ２０３で反射したレーザ光は、参照光となり、偏光ビームスプリッタ２０３を透過したレーザ光は後述する空間光変調器２１１を通過することにより情報光となる。
レーザ光のうち偏光ビームスプリッタ２０３を透過したレーザ光は、Ｐ偏光となって２枚のレンズからなるリレーレンズ２１０に入射する。本実施の形態の設定では、偏光ビームスプリッタ２０３において、参照光１０１，１０２として必要なビーム径で分岐されるため、偏光ビームスプリッタ２０３を透過したレーザ光はリレーレンズ２１０によりビーム径が調整され、その後、ミラー（不図示）等の光学部品を経た後、空間光変調器２１１に入射する。ここで、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１からの情報再生時には、シャッター２０９は閉状態となって、情報光のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への入射が遮断される。ホログラフィックメモリ記録媒体２０１への情報記録時にはシャッター２０９は開状態となり、偏光ビームスプリッタ２０３を透過したレーザ光は、リレーレンズ２１０、空間光変調器２１１に入射する。
空間光変調器２１１に入射したレーザ光は、空間光変調器２１１により、２次元的に強度変調されて情報光１０３に変換される。空間光変調器１０６は、多数の明点と暗点から構成され、記録すべき情報をデジタル符号化し、エラー訂正を織り込んだ２値化パターン（ページデータ）を有する。この２値化パターンのページデータはシステムコントローラ２３０により形成され、ページデータにより強度変調された情報光１０３は、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層に照射されることにより、ホログラム記録層またはその近傍にフーリエ変換像が形成される。
なお、空間光変調器２１１は、一般的に、液晶素子やいわゆるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）など、電気信号により画素ごとの透過率、位相、反射角度、偏光方向などを変化させることができる素子を利用することができる。
空間光変調器２１１でページデータにより強度変調された情報光１０３は、レンズ２１２，２１３を通過し、対物レンズ２１８によりホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層に集光して収束照射される。本実施の形態では、空間光変調器２１１と対物レンズ２１８との間に、レンズ２１２，２１３を設けた構成としているが、情報記録時に空間光変調器２１１のフーリエ変換像がホログラフィックメモリ記録媒体２０１あるいはホログラフィックメモリ記録媒体２０１の近傍に形成されるように光学部品による光学系が構成されていれば、これに限定されるものではない。例えば、レンズ２１２，２１３を設けない構成としたり、各光学部品の配置は図２の配置に限定されるものではなく、レンズやミラー、絞り、シャッターといった光学部品などをさらに追加して配置する構成としてもよい。また、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の再生専用装置として構成する場合には、偏光ビームスプリッタ２０３から空間光変調器２１１を経てホログラフィックメモリ記録媒体２０１に至るまでの情報光の経路および光学部品を省略することができる。
一方、偏光ビームスプリッタ２０３に入射したレーザ光のうち偏光ビームスプリッタ２０３を反射したレーザ光（Ｓ偏光）は、参照光として用いられる。この参照光は、λ／２波長板２０４により、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射する情報光１０３と同じＳ偏光に変換され、無偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。
ここで、λ／２波長板２０４の位置は、Ｓ偏光の参照光を、情報光と同じＰ偏光に変換した上でホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射できる位置であれば、本実施の形態における位置に限定されるものではない。ただし、本実施の形態のように、偏光ビームスプリッタ２０３と無偏光ビームスプリッタ２０５の間であれば、単一のλ／２波長板２０４を設ければよく構成が簡易になるという利点がある。
参照光は、無偏光ビームスプリッタ２０５により、二つの参照光１０１、１０２に分割される。そして、二つの参照光１０１，１０２は、シャッター２０６ａ，２０６ｂにより照射・非照射を選択された上でホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射される。
すなわち、参照光１０１はシャッター２０６ａが開状態のときにミラー２０８ａで反射されて平行光束としてホログラフィックメモリ記録媒体２０１を照射し、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層で情報光１０３と干渉して情報が記録される。
一方、参照光１０２はシャッター２０６ｂが開状態のときにミラー２０８ｂで反射されて平行光束としてホログラフィックメモリ記録媒体２０１を照射し、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層で情報光１０３と干渉して情報が記録される。
本実施の形態では、参照光１０１、１０２は、平行光束としてホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射されているが、これに限定されるものではない。
シャッター２０６ａ，２０６ｂの開閉は、システムコントローラ２３０によって制御される。本実施の形態では、情報記録時および情報再生時のいずれの場合においても、２つのシャッター２０６ａ，２０６ｂは同時に開状態とならず、一方のシャッター２０６ａ（２０６ｂ）が開状態の場合には、他方のシャッター２０６ｂ（２０６ａ）が閉状態となるように制御される。このため、参照光１０１と参照光１０２は、いずれか一方のみがホログラフィックメモリ記録媒体２０１へ照射されるようにシステムコントローラ２３０によって制御される。
シャッター２０６ａ，２０６ｂは、参照光１０１，１０２の通過・遮断を切り替え可能なものであれば、機械的シャッターや電子的シャッターなどその構成はいずれを採用してもよい。
例えば、シャッター２０６ａ，２０６ｂを機械的シャッターとして構成する場合には、シャッター２０６ａ，２０６ｂの開閉を駆動する駆動部を設け、システムコントローラ２３０からの開閉駆動信号を駆動部に送出し、駆動部で開閉駆動信号に従って、シャッター２０６ａ，２０６ｂのいずれかを開閉するように構成すればよい。
また、シャッター２０６ａ，２０６ｂを電子的シャッターとして構成する場合には、システムコントローラ２３０からの開閉制御信号（通電／非通電など）をシャッター２０６ａ，２０６ｂのそれぞれに送出し、シャッター２０６ａ，２０６ｂのいずれかを開閉するように構成すればよい。
また、シャッター２０６ａ，２０６ｂとして、この他、液晶素子、エレクトロクロミック素子、モータやソレノイド等により開閉する遮断器、波長板と偏光板の組み合わせ、音響光学素子、などを利用することができる。この場合にもシステムコントローラ２３０によってシャッター２０６ａ，２０６ｂの開閉を制御するように構成する。
ここで、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１までの光路に配置された光学部品であるシャッター２０６ａおよびミラー２０８ａと、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１までの光路に配置された光学部品であるシャッター２０６ｂおよびミラー２０８ｂとは、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の垂線を含む面に対して実質的または光学的に対称に配置されることが望ましい。これにより、参照光１０１と参照光１０２とは、ｘ−ｚ面で対称となってホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射されることになる。ここで、光学的または実質的に対称に設置するとは、参照光１０１，１０２の光路長、波面、光強度、光強度分布、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１への入射角度、方位角度などの光学的な特性や、これらの特性の温度変動や波長変動によるずれ量などが、いずれの参照光１０１，１０２も実質的に同一で、参照光１０１，１０２の違いはほとんど記録再生特性に影響を与えないということを意味する。ただし、これらの光学部品は、必ずしも、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の垂線を含む面に対して実質的または光学的に対称に配置する必要はなく、参照光１０１と参照光１０２の入射角（あるいは、さらに方位角）をわずかにずらして配置してもよい。例えば、θy多重記録の角度ステップの半分の角度だけずらして配置し、クロストークの低減を図るように構成してもよい。
本実施の形態では、ミラー２０８ａ，２０８ｂは、それぞれ参照光１０１、１０２の光路を変更してホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射するために設けたものであり、光路を変更せずに参照光１０１、１０２をホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射可能であれば、ミラー２０８ａ，２０８ｂを設けない構成とすることができる。
また、逆に、参照光１０１、１０２をホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射するために光路を複数回変更する必要がある場合には、さらに参照光１０１，１０２のそれぞれの光路にミラーを設けるように構成すればよい。
ただし、いずれの場合でも、上述のように、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１までの光路に配置された光学部品と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１までの光路に配置された光学部品とは、実質的または光学的に対称に配置されることが好ましい。
なお、レーザ光が偏光ビームスプリッタ２０３で分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層に至るまでの光路長はいずれの情報光１０３も参照光１０１，１０２も概略等しいことが好ましく、さらには、半導体レーザ装置２０２の有するコヒーレンス長よりも光路長の差が小さいほうが好ましい。
ホログラフィックメモリ記録媒体２０１は、対物レンズ２１８の焦点位置にホログラム記録層が位置するように、駆動部としてのアクチュエータ２２０で駆動するステージ（不図示）に固定配置されている。
但し、必ずしも対物レンズ２１８の焦点位置にホログラム記録層が位置することに限定されるものではなく、ホログラム記録層の位置と焦点位置がずれて配置されていてもよい。
本実施の形態のホログラフィックメモリ記録媒体２０１は、透過型の記録媒体であり、対向する２つの基板、２つの基板との間に挟持されて基板上に積層されたホログラム記録層とを含んでいる。ただし、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１は、これに限定されるものではなく、例えば、反射型の媒体として構成することができ、またホログラムが記録再生できる構造であれば、上述の構造と異なる媒体構造として構成してもよい。
２つの基板のそれぞれは、ガラス、プラスチック、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の光透過性を有する材質で形成される。ただし、基板の材質は、これらに限定されるものではない。例えば、基板の材質は、全波長のレーザ光に対して透過性を有する必要はなく、使用するレーザ光の波長に対する透過性を有すればよい。
ホログラム記録層は、ホログラム記録材料から形成されている。ホログラム記録材料は、レーザ光の情報光１０３と参照光１０１，１０２とを干渉させてホログラムが形成される材料である。ホログラム記録材料としては、一般にはフォトポリマーを用いる。フォトポリマーは、重合性化合物（モノマー）の光重合を利用した感光材料であり、主成分としてモノマー、光重合開始剤、及び記録前後での体積保持の役割を担う多孔質状のマトリクスを含有するのが一般的であるが、これらに限定されるものではない。ホログラム記録材料として、例えば、重クロム酸ゼラチンやフォトリフラクティブ結晶など、ホログラムの記録再生が可能な材料を用いることができる。また、ホログラム記録層の厚さは、信号再生に十分な回折効率と、角度多重の際に十分な角度分解能を得るために１００μｍ程度以上とすることが好ましい。
このような光学機構により、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層へのホログラム記録は、次のように行われる。まず、情報光１０３と参照光１０１または参照光１０２をホログラム記録層中で重なるように媒体に照射して干渉縞を形成する。この時、ホログラム記録材料がフォトポリマーであれば、フォトポリマー中の光重合開始剤がフォトンを吸収して活性化し、干渉縞明部のモノマーの重合を発動・促進させる。モノマーの重合が進行して干渉縞明部に存在するモノマーが消費されると、干渉縞暗部から明部にモノマーが移動供給され、結果、干渉縞パターンの明部と暗部に密度差が生じる。これにより、干渉縞パターンの強度分布に応じた屈折率変調が形成されホログラム記録が行われる。
ここで、本実施の形態では、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１への情報記録の際に、情報光１０３と参照光１０１との同時照射（「記録系統Ａ」と呼ぶ。）と、情報光１０３と参照光１０２の同時照射（「記録系統Ｂ」と呼ぶ。）との切り換えを、システムコントローラ２３０によるシャッター２０６ａ，２０６ｂの開閉制御で行っている。記録系統Ａの場合と記録系統Ｂの場合で、情報光１０３が異なったデータで変調されれば、異なった情報を記録することができる。
また、本実施の形態では、アクチュエータ２２０によりホログラフィックメモリ記録媒体２０１をｙ軸周りに角度ステップずつ回転（θy回転）させながら情報を記録するθy多重記録を行っている。ここで、θy角度ステップは、θy多重記録の際に、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１（あるいは光学部品）をθy回転させる単位角度である。
このθy多重記録を行う際に、記録系統Ａと記録系統Ｂが同じ角度ステップで行うように構成しても良いし、わずかにずれた角度で交互に行うように構成してもよい。わずかにずれた角度で交互にθy多重記録を行う場合、例えばθy多重記録の角度ステップの半分だけずらすように構成すれば、クロストークを低減させることができるという利点がある。
θy多重記録のθy角度ステップは、隣接ページと分離して再生できる角度以上にする必要がある。情報を記録した位置から微小角度Δθyだけずれたときの回折効率はｓｉｎｃ関数の二乗に比例し、再生光の強度が最初に０になる角度（第一ヌル角度）は、技術文献（Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．４８，２９０９−（１９６９））に開示されているように、（１）式で表わされる。これ以降、第一ヌル角度をΔθyで示す。
Figure 2010061750
ここで、λは真空中の波長、ｎは媒体屈折率、ｔはホログラフィックメモリ記録媒体２０１の厚さ、θsは情報光１０３の入射角のｘ−ｚ平面に対する媒体２０１内の射影角（ｘ−ｚ平面におけるｚ軸からの方位角）、θrは参照光１０１，１０２の入射角のｘ−ｚ平面に対する媒体２０１内の射影角（ｘ−ｚ平面におけるｚ軸からの方位角）である。
なお、以降、参照光が何系統であっても特に断らない限り同様である。上述したように、本実施の形態では、参照光１０１，１０２は、ｘ−ｙ平面において方位角を有する。その方位角の角度をｘ−ｚ平面に対するホログラフィックメモリ記録媒体２０１内における仰角ζrとして表すと、（１）式で示す第一ヌル角度Δθyは、（２）式のように表わせることが解析的に求められる。
Figure 2010061750
例えば、本実施の形態のように２つの参照光１０１，１０２を用いる場合、参照光１０１の方位角はθs、仰角はζrの角度となり、参照光１０２の方位角はθs、仰角は−ζrの角度となる。
隣接ページ間とにクロストークが発生しないように情報の記録を行うためには、少なくともこの第一ヌル角度程度以上の間隔で角度多重を行う必要がある。すなわち、単位角度あたりの記録ページ数はこの間隔の逆数以下となる。
（２）式によれば参照光の仰角ζrが大きくなると分母が小さくなり、第一ヌル角度Δθyは大きくなる。すなわち、第一ヌル角度Δθyの逆数で表わされる記録ページ数は小さくなり、仰角ζrが大きくなると記録密度を上げることができない。θz多重記録を複数行う場合、仰角ζrが大きくなるため、仰角ζr＝０のθz一多重記録（θy多重記録のみ）の場合より記録密度が小さくなる。
本実施の形態では、記録密度を高める効果を得るためには、少なくともθz一多重記録と比較して記録ページ数を多くする必要がある。例えばθy二多重記録の場合の条件は、（３）式で表される。
Figure 2010061750
一多重記録時は、仰角ζr ＝０であるため、二多重記録時の仰角ζrの条件は、（４−１）式、すなわち、（４−２）式で示される条件が必要となる。
Figure 2010061750
ただし、仰角ζrが小さすぎる場合には、θy多重記録における隣接ページとのクロストークが生じてしまう。これは情報光１０３がｘ−ｚ平面内だけではなく、対物レンズ２１８によるある幅（広がり）をもって、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射するためである。参照光１０１，１０２と同様に情報光１０３のｘ−ｚ平面に対するホログラフィックメモリ記録媒体２０１内における仰角ζsとすると、θy二多重記録の場合は、クロストークを生じさせないための条件は（５）式で表される。
Figure 2010061750
以上により、θy二多重記録時の参照光１０１，１０２の仰角ζrの条件として、一方の参照光の仰角をζr1、これと同じ側の情報光１０３内の最大仰角をζs1、他方の参照光の仰角をζr2、これと同じ側の情報光内の最大仰角をζs2とすると、（６）式が得られる。
Figure 2010061750
従って、参照光１０１の仰角ζr1、参照光１０２の仰角ζr2、情報光１０３の最大仰角ζs1、ζs2が（６）式を満足する場合に、θy多重のみの場合に比べて高い記録密度を得ることができ、かつクロストークの発生を防止することができる。本実施の形態では、参照光１０１の仰角ζr1、参照光１０２の仰角ζr2、情報光１０３の最大仰角ζs1、ζs2が（６）式を満足するような参照光１０１，１０２、情報光１０３をホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射するように図２に示した各光学部品を配置している。
本実施の形態では、２系統の参照光１０１、１０２を用いているため、２つの参照光１０１，１０２、情報光１０３をホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射する際の角度ステップや照射の際の角度条件を考えたが、３系統以上の参照光を用いる場合でも上述と同様の理由から、系統数が奇数であれば第１の参照光を情報光光軸の入射面と同じ入射面とする（ζr＝０）以外は上述した条件と同様とすることが好ましい。また、参照光の系統数が偶数である場合には、上述と同様の条件とすることが好ましい。
ただし、高記録密度で多重記録し、かつクロストークを発生させない条件である（６）式については以下のように考える。すなわち、参照光の系統数が奇数の場合には、第１の参照光の仰角ζr＝０とし、他の参照光の場合、|ζr|の小さな参照光について（７）式を（６）式の代わりに用いる。次に|ζr|の小さな２つの参照光については（８）式を（６）式の代わりに用いる。このように、系統数と|ζr|の大きさの順に応じて（６）式を（７）、（８）式のように置換えて上記条件とする。系統数が偶数の場合も１系統をζr＝０とする以外は同様である。
Figure 2010061750
Figure 2010061750
本実施の形態では、予め（２）式により第一ヌル角度Δθy算出し、算出した第一ヌル角度Δθyをθy多重記録のθy角度ステップとして定めて、システムコントローラ２３０のメモリ等に格納しておく。そして、システムコントローラ２３０は、情報記録の際にメモリからθy角度ステップを読み出して、このθy角度ステップずつホログラフィックメモリ記録媒体２０１のθy回転を行うようアクチュエータ２２０に指令を送出してθy多重記録を行っている。
なお、第一ヌル角度Δθyは（２）式を用いた算出方法の他、他の方法によって算出してもよい。温度や情報光１０３と参照光１０１，１０２とホログラフィックメモリ記録媒体２０１との間の角度関係などを考慮した算出を行う場合には、他の算出方法を適用すべきである。
また、本実施の形態では、記録密度を向上させるために、θy角度ステップと第一ヌル角度Δθyを同一角度としているが、θy角度ステップは、第一ヌル角度Δθyを基準にして決定すればよく、本実施の形態に限定されるものではない。例えば、一定のマージンを確保するために、θy角度ステップを第一ヌル角度θyの一定倍としてもよい。また、θy角度ステップを第一ヌル角Δθyと一定角度の和としても良い。θy角度ステップを、第一ヌル角度Δθyに対して一定倍、一定角度差とする他、参照光１０１，１０２の入射角度に応じて第一ヌル角度Δθyに対する倍率や角度差を変化させて、θy角度ステップを定めるように構成してもよい。
ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の再生時は、システムコントローラ２３０からの指令等によりシャッター２０９を閉状態にして情報光１０３を遮断し、参照光１０１または参照光１０２のみをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射させる。このとき、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１から再生光１０４が出射し、再生光学系としてのレンズ２１４、２１５、２１６を通過した後に撮像器２１７に入射する。撮像器２１７では、かかる再生光を受光して再生光による再生像を取得して電気信号に変換し、システムコントローラ２３０に送出する。
本実施の形態では、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１からの情報再生の際に、システムコントローラ２３０によりシャッター２０６ａ，２０６ｂの開閉を時間的にずらして行い、これにより、参照光１０１と参照光１０２とを、時間的に交互に照射して情報の再生を行っている。また、システムコントローラ２３０は、メモリからθy角度ステップの値を読み出して、アクチュエータ２２０に指令して、このθy角度ステップずつホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させながら情報の再生を行う。
撮像器２１７には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサを用いることができる。ただし、撮像器２１７としては、かかる構成に限定されるものではない。例えば、撮像器２１７として、１次元のリニアイメージセンサを走査して用いたり、撮像管を用いるように構成することもできる。
また、情報の再生時には、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１から再生される像の実像が撮像器２１７に投影されるような再生光学系を採用すれば、レンズ２１５、レンズ２１６を省略して再生光学系を構成してもよい。また、再生光学系の各光学部品の配置は上記に限定されるものではなく、例えば、レンズやミラー等の光学部品などを適宜追加して配置してもよい。
次に、以上のように構成された本実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置による情報記録処理について説明する。図３は、実施の形態１の情報記録処理の手順を示すフローチャートである。
まず、システムコントローラ２３０は、座標原点をホログラフィックメモリ記録媒体２０１内の所望の位置に設定する（ステップＳ１１）。そして、システムコントローラ２３０は、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のｙ軸周りの角度であるθy角度を所望の角度に初期設定する（ステップＳ１２）。具体的には、システムコントローラ２３０がアクチュエータ２２０に対しθy角度を所望の角度でホログラフィックメモリ記録媒体２０１を移動する指令を行い、アクチュエータ２２０がかかる指令に従ってホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy角度だけ回転させる。
次に、システムコントローラ２３０は、空間光変調器２１１に変調データを載せる（ステップＳ１３）。そして、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａおよびシャッター２０９を開状態にするとともに、シャッター２０６ｂを閉状態にし、一定時間、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、情報光１０３と参照光１０１とをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に同時に照射する（ステップＳ１４）。これにより、情報光１０３と参照光１０２の干渉によって、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層に情報がホログラムとして記録される。なお、この後、θy角度を変化させるように構成してもよい。
次いで、システムコントローラ２３０は、空間光変調器２１１に、次に記録すべき変調データを載せる（ステップＳ１５）。そして、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａを閉状態にするとともに、シャッター２０６ｂおよびシャッター２０９を開状態にし、一定時間、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、情報光１０３と参照光１０２とをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に同時に照射する（ステップＳ１６）。これにより、ステップＳ１４による参照光１０１の照射が参照光１０２の照射に切り替わることになる。そして、情報光１０３と参照光１０２の干渉によって、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層に情報がホログラムとして記録される。
そして、全てのデータの記録が終了していない場合には（ステップＳ１７：Ｎｏ）、システムコントローラ２３０はメモリに記憶されているθy角度ステップを取得し、アクチュエータ２２０に駆動指令を送出して、θy角度ステップだけホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させて、θy角度を変化させる（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１３からＳ１６までの処理を繰り返す。ステップＳ１７において、全てのデータの記録が終了した場合には（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、処理を完了する。
なお、本実施の形態によるθy多重記録に、シフト多重記録を組み合わせて記録処理を実行することもできる。この場合には、上記手順でθy多重記録をしてから座標原点を移動させることができる。また、一つのθy角度で記録した後に座標原点を移動させることを繰り返してから、θy角度を変化させて再度座標原点を移動しながら記録をするという手順を繰り返したり、その他の組み合わせの手法を採用してもよい。
次に、本実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置による情報再生処理について説明する。図４は、実施の形態１の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。なお、前提として、予めシャッター２０９を閉状態にしておき、情報光１０３がホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射されないようにしておく。
まず、システムコントローラ２３０は、座標原点をホログラフィックメモリ記録媒体２０１内の所望の位置に設定する（ステップＳ３１）。そして、システムコントローラ２３０は、θy角度を所望の角度に初期設定する（ステップＳ３２）。
次いで、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａを開状態にするとともに、シャッター２０６ｂを閉状態にし、一定時間、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、参照光１０１のみをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射する（ステップＳ３３）。そして、撮像器２１７により再生像を取得して再生処理を行う（ステップＳ３４）。なお、この後、θy角度を変化させるように構成してもよい。
次いで、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａを閉状態にするとともに、シャッター２０６ｂを開状態にし、一定時間、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、参照光１０２のみをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射する（ステップＳ３５）。これにより、ステップＳ３３による参照光１０１の照射が参照光１０２の照射に切り替わることになる。そして、撮像器２１７により再生像を取得して再生処理を行う（ステップＳ３６）。
そして、全てのデータの再生が終了していない場合には（ステップＳ３７：Ｎｏ）、システムコントローラ２３０はメモリに記憶されているθy角度ステップを取得し、アクチュエータ２２０に駆動指令を送出して、θy角度ステップだけホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させて、θy角度を変化させる（ステップＳ３８）。そして、ステップＳ３３からＳ３６までの処理を繰り返す。ステップＳ３７において、全てのデータの再生が終了した場合には（ステップＳ３７：Ｙｅｓ）、処理を完了する。
本実施の形態において、シフト多重記録を組み合わせてθy多重記録を行って情報を記録した場合には、上記の情報記録の手順で説明した手法と同様に再生を行えばよいが、記録時と同じ組み合わせ方を用いる必要はない。
このように本実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置では、参照光１０１，１０２を切り換えてホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射してθy多重記録を行っているので、比較的簡便な構成によってθz多重記録に相当する多重記録をも実現することができ、装置構造を簡易にしながら、クロストークの発生を防止し、かつ高記録密度化の向上を図ることができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、θy回転の際のθy角度ステップの値を予め決定しておいたが、この実施の形態２のホログラフィックメモリ記録再生装置では、θy角度ステップの値を動的に決定してθy回転に用いている。
実施の形態２のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学的構成は、図２を用いて説明した実施の形態１と同様である。本実施の形態では、システムコントローラ２３０による情報の記録処理および再生処理が実施の形態１と異なっている。
図５は、実施の形態２の情報記録処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ５１からＳ５４までの処理は実施の形態１の情報記録処理と同様に行われる。
次いで、システムコントローラ２３０は、空間光変調器２１１に、次に記録すべき変調データを載せる（ステップＳ５６）。そして、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａを閉状態にするとともに、シャッター２０６ｂおよびシャッター２０９を開状態にし、一定時間、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、情報光１０３と参照光１０２とをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に同時に照射する（ステップＳ５７）。
そして、全てのデータの記録が終了していない場合には（ステップＳ５９：Ｎｏ）、システムコントローラ２３０はθy角度を微少量変化させながら取得した再生像から再生光の強度が極小となる角度を第一ヌル角度として求める（ステップＳ６０）。そして、システムコントローラ２３０は、求めた第一ヌル角度からθy角度ステップを算出する（ステップＳ６１）。本実施の形態では、具体的には、第一ヌル角度をθy角度ステップとする。そして、システムコントローラ２３０は、このθy角度ステップだけホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させて、θy角度を変化させる（ステップＳ６２）。そして、ステップＳ５３からＳ５８までの処理を繰り返す。ステップＳ５９において、全てのデータの記録が終了した場合には（ステップＳ５９：Ｙｅｓ）、処理を完了する。
次に、本実施の形態にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置による情報再生処理について説明する。図６は、実施の形態２の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。なお、本実施の形態でも、前提として予めシャッター２０９を閉状態にしておき、情報光１０３がホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射されないようにしておく。
ステップＳ７１からＳ７７までの処理は実施の形態１の情報再生処理と同様に行われる。 ステップＳ７７において、全てのデータの再生が終了していない場合には（ステップＳ７７：Ｎｏ）、記録処理と同様に、システムコントローラ２３０はθy角度を微少量変化させながら取得した再生像から再生光の強度が極小となる角度を第一ヌル角度として求め（ステップＳ７８）、第一ヌル角度からθy角度ステップを算出する（ステップＳ７９）。そして、システムコントローラ２３０は、このθy角度ステップだけホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させて、θy角度を変化させる（ステップＳ８０）。そして、ステップＳ７３からＳ７６までの再生処理を繰り返す。ステップＳ７７において、全てのデータの再生が終了した場合には（ステップＳ７７：Ｙｅｓ）、処理を完了する。
なお、ページ内の画素によって第一ヌル角度が異なる場合には、最大の第一ヌル角度をθy角度ステップとして用いればよい。
また、情報を記録しつつ、その記録したページを利用して第一ヌル角度を検出してもよく、あるいはホログラフィックメモリ記録媒体２０１のホログラム記録層内の予め定められた位置に検出用データの記録を行い、この検出用データを再生して第一ヌル角度を求めるようにしても良い。この場合、検出用データの記録については、情報の記録と同一のレーザ光やレーザ波長を用いなくてもよい。
このように本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置では、情報の記録あるいは再生の処理段階で、再生光から第一ヌル角度を求めてこの第一ヌル角度から動的にθy角度ステップを算出している。このため、予め算出されたθy角度ステップを用いる場合と比較して、温度変化やホログラム記録層厚さの誤差等により第一ヌル角度が変化した場合でも、適切に第一ヌル角を検出でき、この結果、θy角度ステップを適切に算出することができる。この結果、本実施の形態によれば、情報の記録再生をより高精度に行うことができる。
なお、本実施の形態では、第一ヌル角度を基準にθy角度ステップを算出しているが、これに限定されるものではない。例えば、第二ヌル角度を基準にθy角度ステップを算出したり、再生光強度がピークの半分となる角度を基準にθy角度ステップを算出するように構成してもよい。また再生の際には、θy角度を微少量変化させながら取得した再生像から再生光強度が極大となる角度を求め、これをθy角度ステップとしてもよい。
さらには、シフト多重の際のシフトステップについても同様の方法により求めることができる。例えば、情報光１０３のホログラム記録層における直径や情報光１０３のフォーカス位置での直径などを基準にシフトステップを算出してもよいし、記録データを再生しつつシフト量を変化させて再生光強度が極小を取ったところを基準にシフトステップを決めても良い。
（実施の形態３）
実施の形態１、２では、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１からの情報の再生の際に、参照光１０１と参照光１０２とを交互に切り換えてホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射していたが、この実施の形態３では、情報の再生の際に、参照光１０１と参照光１０２と同時にホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射する。
図７は、実施の形態３のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学系の主要構成を示す模式図である。本実施の形態では、記録光学系において、参照光１０１の光路中のシャッター２０６ａとミラー２０８ａの間にλ／２波長板６１１が設けられている点が実施の形態１と異なっている。
このλ／２波長板６１１は、情報の記録時には参照光１０１、参照光１０２とともに情報光１０３を同じ偏光方向とし、一方、情報の再生時には参照光１０１と参照光１０２を直交する偏光方向となるように切り替えられる。
なお、本実施の形態では、参照光１０１の光路中にλ／２波長板６１１を設けているが、参照光１０２の光路中にλ／２波長板６１１を設ける構成としてもよい。
また、本実施の形態では、再生光学系において、偏光ビームスプリッタ６１９と、撮像器６１７、６１８が設けられている点が実施の形態１と異なっている。
偏光ビームスプリッタ６１９は、再生光を、参照光１０１から得られる再生光と参照光１０２から得られる再生光とに分割する光学部品である。撮像器６１７、６１８は、分割されたそれぞれの再生光を受光する。具体的には、参照光１０１による再生光を撮像器６１８で受光し、参照光１０２による再生光を撮像器６１７で受光する。
次に、このように構成された本実施の形態のホログラフィックメモリ記録再生装置による情報の再生処理について説明する。なお、情報の記録処理については実施の形態１と同様である。ただし、情報の記録の際には、システムコントローラ２３０によって、λ／２波長板６１１を通過する参照光が情報光と同一の偏光方向になるように、λ／２波長板６１１を制御する。
図８は、実施の形態３の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。参照光１０１と参照光１０２の偏光方向が直交していない場合、あらかじめλ／２波長板６１１を制御して、参照光１０１と参照光１０２の偏光方向を直交させる必要がある。ステップＳ９１、９２の処理については実施の形態１の再生処理と同様に行われる。θy角度を所望の角度に設定したら、システムコントローラ２３０は、シャッター２０６ａとシャッター２０６ｂを共に開状態にして、半導体レーザ装置２０２からレーザ光を出射させることにより、参照光１０１と参照光１０２とをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に同時に照射する（ステップＳ９３）。そして、撮像器６１７により再生光のうち参照光１０２による再生像を取得し、再生処理を行う（ステップＳ９４）。また、これと同時に、撮像器６１８により再生光のうち参照光１０１による再生像を取得し、再生処理を行う（ステップＳ９５）。
そして、全てのデータの再生が終了していない場合には（ステップＳ９６：Ｎｏ）、実施の形態１と同様に、θy角度ステップだけθy角度を変化させて（ステップＳ９７）、ステップＳ９３からＳ９５までの再生処理を繰り返す。ステップＳ９６において、全てのデータの再生が終了した場合には（ステップＳ９６：Ｙｅｓ）、処理を完了する。
このように本実施の形態では、参照光１０１と参照光１０２を同時にホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射して情報の再生を行っているので、ホログラム記録層に記録された２ページ分のページデータを一度に再生することができる。この結果、本実施の形態によれば、再生転送レートを２倍に向上させることができる。
なお、本実施の形態では、実施の形態１の構成に参照光１０１，１０２を同時に照射する構成を適用しているが、この他、実施の形態２あるいは以降の変形例に適用してもよい。
（変形例１）
上述した実施の形態では、情報再生の際の参照光１０１，１０２は、情報記録時の参照光１０１，１０２と同じ経路で同じ方向からホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射するように各光学部品が配置されているが、これに限定されるものではない。
例えば、情報再生時の参照光を、情報記録時の参照光と反対の向きからホログラフィックメモリ記録媒体２０１に入射するように光学部品を配置してもよい。この場合は、例えば、図９に示すように、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１の参照光１０１，１０２の入射側と反対側に参照光１０１，１０２を折り返すためのミラー５０４ａ，５０４ｂと、必要に応じてλ／４波長板５０３ａ，５０３ｂやレンズ５０２ａ，５０２ｂ、シャッター５０１ａ，５０１ｂを設ける。また、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１から再生される再生光が少なくともレンズ２１８を情報光１０３の進行方向と逆方向に通過して再生像が得られるように、偏光ビームスプリッタ５０６，リレーレンズ５０５を設け、再生光を撮像器２１７に導入している。これにより、位相共役を利用した再生光学系が構成され、情報光１０３を集光するためのレンズ２１８に求められる条件を緩和することができる他、実施の形態１の再生光学系のレンズ２１４，２１５，２１６が不要になる等簡易な光学構成となる。
なお、液晶やデフォーマブルミラー等を利用した波面の補正手段をホログラフィックメモリ記録媒体２０１とホログラフィックメモリ記録媒体２０１の反対側の参照光を折り返すためのミラー５０４ａ，５０４ｂとの間、もしくは、ミラー５０４ａ，５０４ｂ自身に設けてもよい。この場合には、より精度の高い再生を実現することができる。また、ミラー５０４ａ，５０４ｂを用いて参照光１０１および参照光１０２を折り返さずに、別経路の参照光を媒体２０１の反対側から照射できるように光学部品を設置しておき、それを利用して位相共役による再生を実施しても良い。
（変形例２）
変形例２は、実施の形態１のシャッター２０６ａ，２０６ｂの代わりに、実施の形態１のミラー２０８ａ，２０８ｂを可動ミラーとすることでミラーにシャッターの機能も付加したものである。
図１０は、偏光ビームスプリッタ２０３により参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体２０１媒体に入射するまでの変形例２の光学部品の構成を示す模式図である。本変形例では、参照光１０１，１０２のそれぞれの光路を変更してホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射させるための可動ミラー７０８ａ，７０８ｂがアクチュエータ７３０により稼働し、反射方向を変更できるようになっている。可動ミラー７０８ａ，７０８ｂによる参照光１０１、１０２の反射方向を変更することにより、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射とを切り換えることができる。これにより、シャッターが不要となり、装置構成がより簡易になる。
（変形例３）
また、図１１に示すように、可動ミラー８０８ａだけで参照光１０１，１０２の照射の切り替えを行うように構成してもよい。すなわち、可動ミラー８０８ａとミラー８０８ｂを有する構成において、アクチュエータ７３０により可動ミラー８０８ａの位置を移動させて、参照光１０１のみをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射したり、参照光１０２のみをホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射するように切り換える。なお、λ／２波長板２０４は、情報光１０３と参照光１０１，１０２の偏光方向をそろえるものである。本変形例３においてもシャッターが不要となるという利点がある。
（変形例４）
また、図１２に示すように、λ／２波長板２０４を回転可能に構成し、アクチュエータ９２０によりλ／２波長板２０４を回転させることにより、参照光の偏光ビームスプリッター２２５から出射する方向を切り換えるように構成してもよい。参照光の偏光ビームスプリッター２２５から出射する方向を切り換えることにより、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射とを切り換えることができ、シャッターが不要で、光の利用効率がよくなるという利点がある。
なお、λ／２波長板９０５は、情報光１０３と参照光１０１，１０２の偏光方向をそろえるものである。
（変形例５）
変形例５では、図１３に示すように、変形例４における回転可能なλ／２波長板２０４の代わりに液晶板１００４を用いている。液晶板１００４は、印加する電圧を変化させると偏光方向を変化させられる特徴があるため、システムコントローラ２３０により液晶板１００４に対する印加電圧を制御して、参照光の偏光方向を変化させ、これにより参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射とを切り換えている。これにより、可動部分を省略することができ、装置構成が簡易になるという利点がある。
なお、液晶板１００４の代わりに、磁気により偏光方向を変化可能ないわゆる光磁気デバイスなども用いてもよい。また、λ／２波長板１００５は、情報光１０３と参照光１０１，１０２の偏光方向をそろえるものである。
（変形例６）
また、図１４に示すように、可動ミラー１１０７とレンズ１１０８を用いて、参照光１０１，１０２の照射の切り換えを行っても良い。すなわち、アクチュエータ１１２０により可動ミラー１１０７を稼働して、参照光の反射方向を切り換え、これにより、異なる方向に反射した参照光をレンズ１１０８、ミラー７０８ａ，７０８ｂでホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射させることにより、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射とを切り換える。これにより、変形例４の場合に比べて、参照光間の光路長差を小さくすることができるという利点がある。
（変形例７）
また、図１５に示すように、可動ミラー１１０７とリレーレンズ１２０１とを設け、この可動ミラー１１０７をアクチュエータ１１２０により稼働して参照光の反射方向を変化させる。そして、異なる方向に反射した参照光をレンズ１１０８、ミラー２０８ａ，２０８ｂでホログラフィックメモリ記録媒体２０１に照射させることにより、参照光１０１のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射と、参照光１０２のホログラフィックメモリ記録媒体２０１への照射とを切り換える。本変形例では、リレーレンズ１２０１を用いているので、参照光１０１，１０２の波面を平面波にしやすいという利点がある。
上述の実施の形態および変形例では、参照光を２系統用いる場合について説明したが、３系統以上の参照光を用いる場合も、本発明を適用することができる。例えば、ビームスプリッターやミラーやシャッターなどの数を系統数に応じて必要なだけ追加すれば良い。可動ミラーを用いる場合には、稼働のステップ数を系統数に応じて必要なだけ追加すればよい。
（変形例８）
また、以上の実施の形態および変形例では、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１をθy回転させてθy多重記録を行っていたが、参照光１０１，１０２の照射角度を変化させることにより、θy多重記録を行ってもよい。
この場合には、図１６に示すように、実施の形態１のミラー２０８ａ，２０８ｂに回転機構を付加した可動ミラー１３０８ａ，１３０８ｂを用い、この可動ミラー１３０８ａ，１３０８ｂをアクチュエータ１５２０により回転させることにより、参照光１０１、１０２をθy角度ステップずつθy回転させる。ここで、リレーレンズ１３０１は、可動ミラー１３０８ａ，１３０８ｂの角度変化により参照光１０１，１０２の入射角度を変化させる際に、情報光１０３との干渉位置がずれないようにするための光学部品である。
（変形例９）
実施の形態１では、偏光ビームスプリッタ２０３は、参照光を参照光１０１，１０２として必要なビーム径で分岐するが、そのようなビーム径で分岐するものでない場合には、以下のように構成する。すなわち、図１７に示すように、偏光ビームスプリッタ２０３とλ／２波長板２０４との間に、リレーレンズ１４０１を配置して、偏光ビームスプリッタ２０３を出射した参照光のビーム径をリレーレンズ１４０１により調整すればよい。
（変形例１０）
また、図１８に示すように、偏光ビームスプリッタ２０３を出射した参照光のビーム径を調整するために、リレーレンズ１４０１の代わりに、開口絞り１５０１を設けても良い。
なお、上記の実施の形態および変形例では、本発明にかかる光情報記録再生装置および方法を、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１に対する情報の記録と再生を行うホログラフィックメモリ記録再生装置に適用した例を示したが、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１への情報の記録を行うホログラフィックメモリ記録装置、ホログラフィックメモリ記録媒体２０１からの情報の再生を行うホログラフィックメモリ再生装置のそれぞれについても本発明を適用することが可能である。
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
実施の形態１〜３にかかるホログラフィックメモリ記録再生装置の情報光と参照光の位置・角度関係の概略を示す模式図である。 実施の形態１のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学系の主要構成を示す模式図である。 実施の形態１の情報記録処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態１の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２の情報記録処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。 実施の形態３のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学系の主要構成を示す模式図である。 実施の形態３の情報再生処理の手順を示すフローチャートである。 変形例１のホログラフィックメモリ記録再生装置の光学系の主要構成を示す模式図である。 変形例２において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例３において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例４において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例５において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例６において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例７において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例８において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例９において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。 変形例１０において参照光が分岐されてからホログラフィックメモリ記録媒体に入射するまでの光学的構成を示す模式図である。
符号の説明
１０１，１０２ 参照光
１０３ 情報光
５０２ａ，５０２ｂ、１１０８ レンズ
２１０，１２０１、１４０１ リレーレンズ
１３０８ａ，１３０８ｂ 可動ミラー
２２０，７３０，９２０，１５２０ アクチュエータ
２０１ ホログラフィックメモリ記録媒体
２０２ 半導体レーザ装置
２０３、２２５ 偏光ビームスプリッタ
２０４，６１１，９０５ λ／２波長板
２０５ 無偏光ビームスプリッタ
２０６ａ，２０６ｂ シャッター
２０８ａ，２０８ｂ，５０４ａ，５０４ｂ ミラー
２１１ 空間光変調器
２１８ 対物レンズ
２１４、２１５、２１６ レンズ
２３０ システムコントローラ
５０６ 偏光ビームスプリッタ
２１７，６１７、６１８ 撮像器
６１９ 偏光ビームスプリッタ

Claims (19)

  1. 光源から出射された照射光を、情報を担持する情報光に変換する空間光変調器と、
    前記情報光と複数の参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、前記情報をホログラムとして記録可能な情報記録層を有する光情報記録媒体に前記情報光を集光させるとともに、前記複数の参照光のそれぞれを互いに異なる方向から前記情報光と前記情報記録層で交差するように前記光情報記録媒体に照射させる光学機構と、
    前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動する駆動部と、
    前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動させながら、前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行う制御部と、
    を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
  2. 前記光学機構は、
    単一の照射光を複数の参照光に分割する分割部
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  3. 前記光学機構は、
    前記複数の参照光それぞれの前記光情報記録媒体への照射を切り換える切替部
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  4. 前記切替部は、前記複数の参照光それぞれを遮蔽する開閉可能な複数の遮蔽部材であり、
    前記制御部は、前記光情報記録媒体に照射させる参照光に対応する遮蔽部材以外の遮蔽部材を閉状態にする制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  5. 前記切替部は、前記複数の参照光のそれぞれを反射するとともに反射方向を変更可能な反射部材であり、
    前記制御部は、前記反射部材の反射方向を変更して、前記複数の参照光の前記光情報記録媒体への照射を切り換える制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  6. 前記切替部は、前記参照光の偏光方向を切り換える切り換え部材であり、
    前記制御部は、前記切り換え部材による前記偏光方向を切り換えることにより、前記複数の参照光の前記光情報記録媒体への照射を切り換える制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  7. 前記切替部は、前記複数の参照光のそれぞれを反射するとともに反射方向を変更可能な反射部材と、前記反射部材により反射した複数の参照光のそれぞれを前記光情報記録媒体に導入するレンズとを備え、
    前記制御部は、前記反射部材の反射方向を変更して、前記複数の参照光の前記光情報記録媒体への照射を切り換える制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  8. 前記制御部は、前記複数の参照光それぞれの前記光情報記録媒体への照射を切り換える制御を行って前記参照光と前記情報光とを前記光情報記録媒体に照射して、前記情報記録層に情報を記録することを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  9. 前記駆動部は、前記光情報記録媒体を、前記光情報記録媒体の面内軸周りに回転駆動し、
    前記制御部は、予め定められた所定の回転角度である角度ステップずつ前記光情報記録媒体を前記面内軸周りに回転駆動させ、前記角度ステップずつ回転駆動させるタイミングで前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行うことを特徴とする請求項８に記載の光情報記録再生装置。
  10. 前記駆動部は、前記光学機構の光学部品を駆動し、
    前記制御部は、予め定められた所定の回転角度である角度ステップずつ前記光学部品を駆動させ、前記角度ステップずつ駆動させるタイミングで前記光源から前記照射光を出射させ、前記複数の参照光の照射角度を変化させながら前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行うことを特徴とする請求項８に記載の光情報記録再生装置。
  11. 前記情報記録層から出射される前記情報の再生光を受光し、受光した再生光に基づく再生信号を出力する受光部をさらに備え、
    前記制御部は、前記複数の参照光それぞれの前記光情報記録媒体への照射を切り換える制御を行って前記参照光を照射して、前記情報記録層に記録された情報を再生することを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
  12. 前記情報記録層から出射される前記情報の再生光を受光し、受光した再生光に基づく再生信号を出力する受光部と、
    前記再生信号に基づいて前記光情報記録媒体の面内軸周りの所定の回転角度である角度ステップを決定する決定部と、を更に備え、
    前記駆動部は、前記光情報記録媒体を、前記光情報記録媒体の面内軸周りに回転駆動し、
    前記制御部は、前記角度ステップずつ前記光情報記録媒体を前記面内軸周りに回転駆動させ、前記角度ステップずつ回転駆動させるタイミングで、前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光情報記録再生装置。
  13. 前記角度ステップは、再生光の光強度が極小となる角度を示すヌル角度であることを特徴とする請求項９、１０、１２のいずれか一つに記載の光情報記録再生装置。
  14. 前記光学機構は、前記光情報記録媒体の垂線を含む面に対して対称に配置された光学部品を備え、
    前記光学部品は、前記複数の参照光を、その光路が前記面に対して対称になるように前記光情報記録媒体に照射させることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光情報記録再生装置。
  15. 前記分割部は、前記単一の照射光を第１参照光と第２参照光に分割し、
    前記光学部品は、前記情報記録層内で、前記情報光の光軸の入射面からみて、前記第１参照光の仰角をζr1、前記第１参照光の仰角ζr1と同じ側の前記情報光の最大仰角をζs1、前記第２参照光の仰角をζr2、前記第２参照光の仰角をζr2と同じ側の前記情報光の最大仰角をζs2とした場合に、
    ｓｉｎ-1｜ｓｉｎζsi｜＜｜ζri｜＜６０（ｄｅｇ） （ｉ＝１または２）
    を満たすように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光情報記録再生装置。
  16. 前記光情報記録媒体は、透過型の記録媒体であり、
    前記光学機構は、
    前記光情報記録媒体を透過した前記複数の参照光を反射させる反射部と、
    前記情報記録層からの情報再生時において、前記反射部で反射した複数の参照光が前記光情報記録媒体を透過した後、位相共役光として前記情報光の前記光情報記録媒体までの光路と同一の光路を、前記情報光の進行方向と逆方向に進行させる光学部品と、
    を備えたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の光情報記録再生装置。
  17. 前記制御部は、前記複数の参照光を同時に前記光情報記録媒体に照射させることを特徴とする請求項１または２に記載の光情報記録再生装置。
  18. 前記光学機構は、
    前記複数の参照光のそれぞれの前記光情報記録媒体への照射を切り換える切替部を備え、
    前記制御部は、前記情報記録層への情報記録時において、前記切替部による切り換えを制御し、前記情報記録層からの情報再生時において、前記複数の参照光を同時に前記光情報記録媒体に照射させることを特徴とする請求項１７に記載の光情報記録再生装置。
  19. 光源から出射された照射光を、情報を担持する情報光に変換する工程と、
    前記情報光と複数の参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、前記情報をホログラムとして記録可能な情報記録層を有する光情報記録媒体に前記情報光を集光させるとともに、前記複数の参照光のそれぞれを互いに異なる方向から前記情報光と前記情報記録層で交差するように前記光情報記録媒体に照射させる工程、
    前記光情報記録媒体または前記光学機構を駆動部で駆動させながら、前記光源から前記照射光を出射させ、前記情報記録層に前記情報の角度多重記録を行う工程と、
    を含むことを特徴とする光情報記録再生方法。
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