JP2016219088A - ホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型記録媒体に対する記録情報の高密度化を図ることができると共にホログラムの安定した再生が可能であり、しかも装置自体の構成を簡素化することができて高速アクセスが可能なホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置を提供すること。
【解決手段】本発明のホログラム記録再生方法は、反射型の記録媒体に球面参照光シフト多重方式によってホログラムの多重記録を行うものであって、記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えたものが用いられる。本発明のホログラム記録再生装置は、上記のホログラム記録再生方法が実施されるものであり、信号光および参照光を照射する光学機構および記録媒体の一方が他方に対して記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されることにより記録媒体にシフト多重記録が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置に関する。更に詳しくは、２次元化されたデジタルビットパターンを記録媒体にホログラムとして多重に記録することにより大容量光メモリを構成する上で有効な構成を有する記録媒体を用いたホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置に関する。

従来より、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録再生するホログラム記録再生方法が提案されている。このホログラム記録再生方法においては、記録媒体として、光反応性モノマーよりなる記録層と光透過層とを有するものが用いられ、デジタル情報を記録する場合には、複数の画素よりなる空間光変調器で変調された、デジタル情報（データ情報）を担持した信号光と、当該信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内（記録層）で干渉させることによりホログラムを形成し、そのホログラムを前記デジタル情報として記録する。また、記録媒体に記録されたデジタル情報を再生する場合には、記録に用いた参照光をホログラムに照射することにより回折光を発生させ、ＣＣＤ（撮像素子）上に、ホログラムとして記録されているデジタル情報の画像を形成させる。

このようなホログラム記録再生方法において、具体的なホログラム記録方法としては、角度多重記録方式およびスペックル参照光多重記録方式などが挙げられる。

角度多重記録方式によるホログラム記録方法は、記録媒体に対する参照光の照射角度をわずかずつ変更させ、当該記録媒体における或る一領域にホログラムの多重記録を行う。記録媒体の厚みが厚い（具体的には、１ｍｍ以上）場合には、ブラッグ回折条件が角度的に厳しくなり、角度が０．１°程度でブラッグ回折角条件が外れて読み出しが不可能となる。この原理を利用して、記録媒体において、同一領域に数百個のホログラムを記録（多重記録）する。この角度多重記録方式においては、多重記録をブック単位で行う。すなわち、或る一領域においてホログラムの多重記録を行った後、光（信号光および参照光）の照射領域を変更し、当該一領域とは重ならない他の一領域において新たなホログラムの多重記録をブック単位で順次に行う。

スペックル参照光多重記録方式によるホログラム記録方法は、参照光がスペックルパターンで変調されている。このスペックルパターンで変調された参照光と信号光とが記録媒体で干渉することによって、ホログラムが記録される。このため、記録媒体に記録されたホログラムを再生する際には、参照光が記録時と同様のスペックルパターンである場合のみ再生が可能となる。而して、記録媒体をわずかな距離（具体的には、１０μｍ程度）シフトさせると、スペックルパターンの一致（スペックルパターンの相関）が崩れてホログラムの再生が不可能となる。この原理を利用して、ホログラムの多重記録を、記録媒体をシフトさせて行う。すなわち、わずかに記録媒体をシフトさせるだけで新たなホログラムの記録が可能となってシフト多重記録を繰り返すことができる。

特開２０１０−６１７５０号公報

従来より検討されていた角度多重記録方式においては、平面波で伝搬する光を参照光とする。この角度多重記録方式では、記録媒体に反射層を設けた場合には、平面波参照光は光強度を保ったまま反射して記録層における記録領域以外の領域を照射するため、その領域のモノマーをポリマー化して多重記録数を制限する、という問題がある。そのため、記録媒体においては、現状では反射層は使われず、位相共役再生により記録媒体の反対側にミラーを設置し、角度変化に対応してミラーの角度を変化させ、参照光をもとの光路を逆進させることにより信号再生を行うことが一般的である。この方式では各ホログラムがわずかな角度変化で多重記録されているため、それぞれのホログラムを再生する場合には、位相共役再生のため、記録時の参照光とは逆の方向に伝搬する参照光を照射する必要性から、角度調整機能を有するミラーを記録媒体の逆側に設置する必要があり、装置構成の複雑化を招き、情報位置へのヘッドアクセスを困難にする、という欠点がある。

一方、従来より検討されていたスペックル参照光多重記録方式においては、記録媒体において、光透過層と記録層との間に反射層を設置する。このような記録媒体においては、信号光と参照光との集光位置に反射層が存在することから光強度が集中し、記録層内のモノマーが過度に消費されて多重記録数を制限する、という欠点がある。また、この方式では、反射した参照光と信号光との干渉により、いわゆる通常の参照光と逆方向に伝搬する参照光により形成される反射型ホログラムも同時に形成されることになる。反射型ホログラムは、透過型ホログラムに比べて環境あるいは光の伝搬条件の変化等により発生するトレランスに極めて敏感であり、安定な再生が行われない、という欠点がある。このためトレランスの影響を受けて反射型ホログラムの再生光が変動し、総合的にみて再生光量が著しく変動しやすい。また、透過型以外に無用なホログラム記録を行うため、モノマーの無駄な消費を発生させ多重記録数を大幅に制限することになる。また、この方式では、光の集光位置より反射層を離して設置した場合には、信号光と参照光とが同一方向に反射される方式であるため、両者を分離して検出することが困難になり雑音の増大を招く。この雑音の増大も記録多重数の制限を生じさせる。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、反射型の記録媒体に記録される情報の高密度化を図ることができると共に記録されたホログラムを安定して再生することができ、しかもホログラム記録再生装置自体の構成を簡素化することができて高速アクセスが可能なホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置を提供することにある。

本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに参照光を照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えたものが用いられ、
参照光として球面波が用いられ、
信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向に移動させることにより球面参照光シフト多重記録を行うことを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生方法においては、前記記録媒体として、前記ホログラム記録層と前記反射層との間に光吸収層をさらに備えたものが用いられることが好ましい。

また、本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光を再生用参照光として照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法であって、
記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えており、当該反射層が記録用参照光を透過すると共に再生用参照光を反射する機能を有するものが用いられ、
参照光として球面波が用いられ、
信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向に移動させることにより球面参照光シフト多重記録を行うことを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生方法においては、信号光の記録媒体に対する入射光軸と参照光の記録媒体に対する入射光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたとき、当該基準面に沿った記録媒体の表面におけるトラック上に、一方向のみの球面参照光シフト多重記録を行うことによりシフト多重ホログラム列を記録した後、当該シフト多重記録ホログラム列が記録された記録領域と同一の領域に、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、球面参照光シフト多重記録を行うことにより新たなシフト多重記録ホログラム列を多重記録することが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして多重記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに参照光を照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラムホログラム記録再生装置において、
記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射される記録層と、当該記録層の他面に光透過層を介して配設された反射層とを備えたものが用いられ、
信号光および球面参照光を記録媒体に照射する光学機構と、光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構とを備えており、
前記光学機構および前記記録媒体の一方が他方に対して記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置においては、記録媒体として、前記ホログラム記録層と前記反射層との間に光吸収層をさらに備えたものが用いられることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光を再生用参照光として照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置であって、
記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えており、当該反射層が記録用参照光を透過すると共に再生用参照光を反射する機能を有するものが用いられ、
信号光および球面参照光を記録媒体に照射する光学機構と、光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構とを備えており、
前記光学機構および前記記録媒体の一方が他方に対して記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置においては、信号光の記録媒体に対する入射光軸と参照光の記録媒体に対する入射光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたとき、記録媒体を回動させることにより当該記録媒体の表面を当該基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構をさらに備えており、
記録媒体チルト機構によって記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させた状態で、一方向のみの球面参照光シフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列が記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と同一の領域に多重記録される構成とされていることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生方法によれば、反射層が光透過層を介してホログラム記録層に積層された反射型の記録媒体に、球面参照光シフト多重記録方式によって、ホログラムの多重記録が行われることにより、ホログラム記録時において、信号光の反射層による反射光および参照光の反射層による反射光がホログラムの記録におよぼす影響を極めて小さくすることができる。このため、記録される情報の高密度化を図ることができると共に記録されたホログラムを安定して再生することができる。また、ホログラム記録再生装置自体の構成を簡素化することができて高速アクセスが可能となる。

また、記録媒体に記録されたホログラムを再生するに際して、当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光が再生用参照光として照射され、記録媒体として、記録用参照光を透過すると共に再生用参照光を反射する反射層を備えた反射型のものが用いられることによっても、同様の効果を得ることができる。

本発明のホログラム記録再生装置によれば、上記のホログラム記録再生方法が実施されることにより、装置自体の構成の簡素化が図られたものでありながら、記録される情報の高密度化を図ることができると共に記録されたホログラムを安定して再生することができ、しかも、情報アクセスを容易に行うことができて高速化を図ることができる。

本発明に係る第１のホログラム記録再生方法において用いられる記録媒体の構成の一例を、信号光集光用対物レンズおよび参照光集光用対物レンズと共に示す説明図である。 本発明に係る第１のホログラム記録再生方法において用いられる記録媒体の構成の他の例を示す説明図である。 本発明に係る第２のホログラム記録再生方法において用いられる記録媒体の構成の一例を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置における要部の構成の一例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。 図４に示すホログラム記録再生装置における記録媒体駆動機構の構成例を概略的に示す斜視図である。 本発明のホログラム記録再生装置における要部の構成の他の例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
〔第１のホログラム記録再生方法〕
本発明に係る第１のホログラム記録再生方法は、参照光として球面波（以下、「球面参照光」という。）を用い、信号光および球面参照光を照射する光学機構および反射型の記録媒体の一方を他方に対して記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させることにより、記録媒体に一方向のみの球面参照光シフト多重記録を行ってシフト多重ホログラム列を記録するものである。

球面参照光シフト多重記録は、記録媒体に対する信号光の光軸と球面参照光の光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたときに、例えば、表面が当該基準面に沿って配置された記録媒体を、その表面に沿って一方向にシフトさせることによって行われる。これにより、複数のホログラムが互いに一部が重なる状態で一方向に並ぶよう記録されたシフト多重ホログラム列が得られる。ここに、一のホログラムは、平面視で略円形状であって、そのサイズは、例えば直径（ホログラム径）が５０μｍである。ホログラムのシフト量（記録媒体のシフト量）は、例えば１０μｍ以上の大きさであって、これにより、隣接するホログラムのクロストークが生ずることを回避することができる。
このような球面参照光シフト多重記録は、信号光および参照光を照射する光学機構を記録媒体に対して移動させて行ってもよい。

図１は、本発明に係る第１のホログラム記録再生方法において用いられる記録媒体の構成の一例を、信号光集光用対物レンズおよび参照光集光用対物レンズと共に示す説明図である。
この記録媒体１０は、一面側から信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒが光透過性基板１４を介して照射されるホログラム記録層１１と、この記録層１１の他面に積層された光透過層１２と、この光透過層１２の他面に積層された反射層１３とを備えたものである。ここに、「光透過（性）」とは、信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒの波長帯域における光透過率が８０％以上であることをいう。

ホログラム記録層１１は、光反応性モノマーよりなるものである。この光反応性モノマーは、光が照射されるとポリマーに変換され、その結果、屈折率が異なる領域が形成され、それがホログラムとなるものである。
ホログラム記録層１１の厚みは、記録再生能の観点から、例えば０．３〜２.０ｍｍとされることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍとされる。
光透過層１２は、ホログラム記録層１１を支持するための基層である。この光透過層１２としては、例えば光透過性基板を用いることもできる。
反射層１３は、蒸着膜よりなるものである。この反射層１３の材質としては、少なくとも再生光を反射することのできるものが用いられる。

上記の記録媒体１０においては、信号光集光用対物レンズ３８によって集光されて記録媒体１０に照射される信号光Ｌｓと、参照光集光用対物レンズ４３によって集光されて記録媒体１０に照射される球面参照光Ｌｒとが、記録媒体１０におけるホログラム記録層１１において干渉することによってホログラムが形成される。
また、記録媒体１０に記録されたホログラムは、当該ホログラムの記録時に用いた球面参照光Ｌｒに比して出力の小さい球面参照光が照射されることにより当該ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。

ホログラム記録時における記録媒体１０に対する光照射条件は、例えば、信号光Ｌｓの出力は例えば６０μＷ、球面参照光Ｌｒの出力は例えば１０００μＷ（１ｎＷ）である。また、ホログラム再生時においては、球面参照光の出力は、例えば２０μＷ程度である。

また、第１のホログラム記録再生方法において用いられる記録媒体としては、ホログラム記録層と反射層との間に光吸収層をさらに備えたものであることが好ましい。具体的には、図２に示すように、ホログラム記録層１１の他面に光吸収層１５が積層され、光吸収層１５の他面に光透過層１２を介して反射層１３が積層された構成とされる。

光吸収層１５は、例えば４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長帯域（例えば青色レーザ光）の光についての光透過率が５０％以下であることが好ましい。
このような光吸収層１５は、例えば上記波長帯域の光を吸収する色素を含有するプラスチック材料などにより構成することができる。
光吸収層１５の厚みは、記録再生能の観点から、例えば、０．１〜１．５ｍｍとされることが好ましく、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍである。

上記の記録媒体１０ａにおいては、信号光集光用対物レンズによって集光されて記録媒体１０ａに照射される信号光Ｌｓと、参照光集光用対物レンズによって集光されて記録媒体１０ａに照射される記録用球面参照光Ｌｒ１とが、記録媒体１０ａにおけるホログラム記録層１１において干渉することによってホログラムが形成される。ホログラム記録時においては、ホログラム記録層１１を透過した信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１は、その一部が光吸収層１５によって吸収され、さらに、信号光Ｌｓの反射層１３による反射光および記録用球面参照光Ｌｒ１の反射層１３による反射光Ｌｒ１´は、その大半が光吸収層１５によって吸収されることとなる。
また、記録媒体１０ａに記録されたホログラムは、当該ホログラムの記録時に用いた球面参照光Ｌｒ１に比して出力の小さい再生用球面参照光Ｌｒ２が照射されることにより当該ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。図２におけるＬｒ２´は再生用球面参照光Ｌｒ２の反射層１３による反射光である。

〔第２のホログラム記録再生方法〕
本発明に係る第２のホログラム記録再生方法は、参照光として球面波（球面参照光）を用い、信号光および球面参照光を照射する光学機構および反射型の記録媒体の一方を他方に対して記録媒体の表面に沿って相対的に一方向に移動させることにより、記録媒体に一方向のみの球面参照光シフト多重記録を行ってシフト多重ホログラム列を記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光を再生用参照光として照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するものである。
本発明に係る第２のホログラム記録再生方法においては、次のような反射型の記録媒体が用いられる。

図３は、本発明に係る第２のホログラム記録方法において用いられる記録媒体の構成の一例を示す説明図である。
この記録媒体１０ｂは、参照光として互いに偏向方向の異なる記録用球面参照光Ｌｒ１および再生用球面参照光Ｌｒ２が用いられてホログラムの記録およびホログラムの再生が行われるものであって、一面側から信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２が光透過性基板１４を介して照射されるホログラム記録層１１と、このホログラム記録層１１の他面に光透過層１２を介して積層された反射層１３ａとを備えている。この記録媒体１０ｂにおける反射層１３ａは、記録用球面参照光Ｌｒ１を透過すると共に再生用球面参照光Ｌｒ２を反射する機能（偏向選択性）を有する。

反射層１３ａは、例えば、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの波長帯域（例えば青色レーザ光）において、反射層１３ａに対する入射角が２０度の場合における記録用球面参照光（例えばＰ偏光光）Ｌｒ１の光透過率が７０％以上であって、再生用球面参照光（例えばＳ偏光光）Ｌｒ２の光反射率が５０％以上であるものであることが好ましい。
このような反射層１３ａは、例えば、ポリビニルアルコールなどにより構成することができる。

この記録媒体１０ｂにおいては、信号光Ｌｓと記録用球面参照光Ｌｒ１とが記録媒体１０ｂにおけるホログラム記録層１１において干渉することによってホログラムが形成される。ホログラム記録時においては、ホログラム記録層１１を透過した信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１は、反射層１３ａを透過することとなる。図３におけるＬｒ１´´は記録用球面参照光Ｌｒ１の透過光である。
また、記録媒体１０ｂに記録されたホログラムは、当該ホログラムの記録時に用いた記録用球面参照光Ｌｒ１とは偏向方向の異なる再生用球面参照光Ｌｒ２が照射されることにより当該ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。ホログラム再生時には、再生用球面参照光は反射層１３ａによって反射されることとなる。図３におけるＬｒ２´は再生用球面参照光Ｌｒ２の反射層１３ａによる反射光である。

以上の第１のホログラム記録再生方法および第２のホログラム記録再生方法においては、記録媒体に一方向のみの球面参照光シフト多重記録を行ってシフト多重ホログラム列を記録した後、当該シフト多重ホログラム列が記録された記録領域と同一の領域に、例えば下記の多重記録工程を経ることによって新たなシフト多重ホログラム列を多重記録することが好ましい。

多重記録工程は、記録媒体に対する信号光の光軸と球面参照光の光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたときに、表面が当該基準面に沿った配置された状態において球面参照シフト多重記録が行われて第１のシフト多重ホログラム列が記録された記録媒体を回動（チルト）させて傾斜させた状態において、第１のシフト多重ホログラム列が記録された記録領域に球面参照光シフト多重記録を行って第２のシフト多重ホログラム列を多重記録（チルトシフト多重記録）するシフト多重ホログラム列重ね書き過程を少なくとも１回以上行うものである。

チルトシフト多重記録において、記録媒体の表面の基準面に対する傾き角度は、複数のシフト多重ホログラム列が多重記録された記録領域に対して球面参照光が照射されることによって同時に再生される複数のホログラムの再生像が、検出器上で分離された状態で再生される角度であることが好ましい。具体的には、記録媒体の表面の基準面に対する傾き角度は、５°以上であることが好ましい。
また、チルトシフト多重記録においては、記録媒体の表面の基準面に対する傾き方向は、特に限定されるものではなく、任意の方向とすることができる。

次いで、本発明のホログラム記録再生方法が実施されるホログラム記録再生装置の具体例を、図を用いて説明する。

図４は、本発明のホログラム記録再生装置における要部構成の一例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。図５は、図４に示すホログラム記録再生装置における記録媒体駆動機構の構成例を概略的に示す斜視図である。
このホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２を記録媒体１０に照射する光学機構と、記録媒体駆動機構とを備えている。

光学機構は、例えば青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１と、記録再生光源２１からのレーザ光を、信号光用の光と参照光用の光とに分割する、例えばハーフミラープリズムよりなる光分離手段２２と、光分離手段２２からの信号光用の光をデータ情報（ページデータ）を担持した信号光Ｌｓとして記録媒体１０に照射する信号光照射光学系と、光分離手段２２からの参照光用の光を球面波に変換して記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２として記録媒体１０に照射する球面参照光照射光学系と、ホログラムからの再生光を検出する再生光検出用光学系とを備えている。
記録再生光源２１と光分離手段２２との間におけるレーザ光の光路上には、シャッタ２３、偏光板２４およびビーム整形用レンズ２５が設けられている。

信号光照射光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ１を有しており、この光路Ｌ１上には、信号光用の光を拡大するビームエクスパンダ３１、偏光プリズムビームスプリッタ３２、空間光変調器（ＳＬＭ）３３、リレーレンズ３４、ナイキストフィルタ３５、信号光の直流成分をカットする位相板３６、信号光集光用対物レンズ３８が設けられている。ここに、偏光プリズムビームスプリッタ３２は、光の偏光方向によって透過または反射を行うものである。偏光プリズムビームスプリッタ３２においては、最初に入射した光は反射されて空間光変調器（ＳＬＭ）３３に入射される。そして、空間光変調器（ＳＬＭ）３３で変調された光は、偏光方向が９０°回転しているため、今度は偏光ビームスプリッタ３２を透過する。

球面参照光照射光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ２を有しており、この光路Ｌ２上には、光量を調節するニュートラルデンシティフィルタ（ＮＤフィルタ）４１、半波長板（λ／２波長板）４２および参照光用の光を球面波に変換して記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２を生成する参照光集光用対物レンズ４３が設けられている。半波長板４２は、例えば回転可能に設けられており、参照光用の光の偏向方向を調整可能とされている。例えばホログラム再生時には、ホログラム記録時の記録用球面参照光Ｌｒ１と偏向方向の異なる再生用球面参照光Ｌｒ２が記録媒体１０に照射されるよう、参照光用の光の偏向方向が調整される。符号４６および４７は、参照光用の光の進行方向を変更するための反射ミラーである。

再生光検出用光学系は、信号光照射光学系における光路Ｌ１における位相板３６と信号光集光用対物レンズ３８との間の位置に設けられた偏光プリズム３７と、例えばＣＣＤよりなる撮像素子３９とを備えている。
このホログラム記録再生装置においては、記録媒体１０の反射層１３で反射されたホログラムからの再生光は、偏光プリズムビームスプリッタ３２から記録媒体１０に向かって出射される信号光に係る光路を逆進することとなる。従って、撮像素子３９は、ホログラムからの再生光が偏光プリズム３７によって反射されて入射される位置に設けられている。

記録媒体駆動機構は、図５に示すように、例えばディスク状の記録媒体１０をその表面が当該記録媒体１０に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な基準面に沿って延びる姿勢で保持する記録媒体保持手段５１と、記録媒体１０をその表面に沿った平面内で回動（回転）させる記録媒体回動機構５２と、記録媒体１０をその表面に沿った平面内で移動させる記録媒体移動機構５５と、記録媒体１０を回動させて当該記録媒体１０の表面を基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構５７とを備えている。

記録媒体保持手段５１には、記録媒体回動機構５２を構成する回転軸５３が基準面に垂直な方向に延びるよう設けられており、当該回転軸５３に対して例えば記録媒体１０の中央部に設けられた装着用孔が嵌入されて装着されることにより記録媒体１０が保持される。Ｃ１は記録媒体１０の回転中心軸である。

記録媒体回動機構５２は、記録媒体保持手段５１に設けられた回転軸５３を駆動させる駆動源（図示せず）を備えている。駆動源としては、例えばステッピングモータなどを用いることができる。

記録媒体移動機構５５は、記録媒体１０をその径方向に移動させる１軸ステージ５６を備えている。１軸ステージ５６上には、記録媒体保持手段５１が設けられており、従って、１軸ステージ５６が駆動されることにより記録媒体保持手段５１によって保持された記録媒体１０がその表面に沿った平面内で移動される。

記録媒体チルト機構５７は、記録媒体１０に対する信号光の光軸と参照光の光軸とを含む平面に垂直な方向に延びるチルト回転軸Ｃ２を中心に回転駆動される回転ステージ５８を備えている。チルト回転軸Ｃ２は、例えば記録媒体１０の表面上に位置されている。回転ステージ５８上には、記録媒体移動機構５５を構成する１軸ステージ５６が設けられており、従って、回転ステージ５８が駆動されることにより、１軸ステージ５６上に設けられた記録媒体保持手段５１によって保持された記録媒体１０がチルト回転軸Ｃ２を中心に回動されて記録媒体１０の表面が基準面に対して傾斜した状態とされる。回転ステージ５８の駆動源としては、例えばステッピングモータなどを用いることができる。

このホログラム記録再生装置においては、青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１から出射されたレーザ光は、光分離手段２２によって信号光用の光と参照光用の光に分割される。参照光用の光は、ＮＤフィルタ４１および半波長板４２を介して参照光集光用対物レンズ４３に入射され、参照光集光用対物レンズ４３によって球面波に変換されて記録用球面参照光Ｌｒ１として記録媒体１０に照射される。一方、信号光用の光は、ビームエクスパンダ３１で拡大された後、空間光変調器（ＳＬＭ）３３に照射されて変調される。空間光変調器（ＳＬＭ）３３から出射された光は、ナイキストフィルタ３５でフーリエ面での周波数帯域が調節された後、さらに位相板３６で２次元ビットパターンの各ビットにランダム位相が付与され、記録媒体面、すなわちフーリエ面での不要な直流成分光がカットされる。ここに、位相板３６によってフーリエ面での不要な直流成分光がカットされることによれば、記録媒体１０において、光反応性モノマーの無駄な消費が行われなくなる。位相板３６を透過した信号光用の光は、信号光集光用対物レンズ３８によって集光されて信号光Ｌｓとして記録媒体１０に照射される。これにより、記録媒体１０においては、信号光Ｌｓと記録用球面参照光Ｌｒ１とによる干渉縞がホログラムとして記録される。

そして、記録媒体移動機構５５によって記録媒体１０がその径方向（図４において白抜きの矢印で示す。）に移動されて球面参照光シフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録される。
さらに、シフト多重記録を重ね書きする場合には、例えば、記録媒体１０を記録媒体チルト機構５７によって例えば５°程度チルトさせて記録媒体１０の表面を基準面に対して傾斜させた状態において、球面参照光シフト多重記録が行われることにより新たなシフト多重ホログラムラム列が既にシフト多重ホログラム列が記録された記録領域と同一の領域に多重記録される。このとき、記録媒体１０が、チルト回転軸Ｃ２が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域の中心位置に位置されよう、記録媒体移動機構５５によって位置あわせが行われる。

このようにして記録媒体１０に記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、光量を大幅に落とした再生用球面参照光Ｌｒ２のみが記録媒体１０に照射されることにより、ホログラムから再生光が得られる。ホログラムからの再生光は、記録媒体１０の反射層１３で反射されて偏光プリズムビームスプリッタ３２から記録媒体１０に向かって出射される信号光に係る光の光路を逆進し、偏光プリズム３７で反射されて撮像素子３９により検出される。これにより、ホログラムに記録されていたデータ情報が再生される。この再生時においては、再生用球面参照光Ｌｒ２と同一の偏光方向の再生光を偏光プリズム３７によって反射させて撮像素子３９に入射させる必要があるため、再生用球面参照光Ｌｒ２の偏光方向は半波長板４２で９０°回転されている。

図６は、本発明のホログラム記録再生装置における要部構成の他の例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。
このホログラム記録再生装置は、信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２を記録媒体１０に照射する光学機構と、記録媒体１０をその表面に沿った平面内において回動および平行移動させる記録媒体駆動機構とを備えている。

光学機構は、例えば青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１と、記録再生光源２１からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する、例えばハーフミラープリズムよりなる光分離手段２２と、信号光用の光をデータ情報を担持した信号光Ｌｓとして記録媒体１０に照射する信号光照射光学系と、参照光用の光を球面波に変換して記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２として記録媒体１０に照射する球面参照光照射光学系と、ホログラムからの再生光を検出する再生光検出用光学系とを備えている。
記録再生光源２１と光分離手段２２との間におけるレーザ光の光路Ｌ上には、シャッタ２３、偏光板２４およびビーム整形用レンズ２５が設けられている。

信号光照射光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ１を有しており、この光路Ｌ１上には、ビームエクスパンダ４４、位相板３６、リレーレンズ４５、偏光プリズムビームスプリッタ４０、空間光変調器（ＳＬＭ）３３、ナイキストフィルタ３５、リレーレンズ３４および信号光集光用対物レンズ３８が設けられている。

球面参照光照射光学系は、光分離手段２２から記録媒体１０に至る光路Ｌ２を有しており、この光路Ｌ２上には、ＮＤフィルタ４１、半波長板４２および参照光用の光を球面波に変換して記録用球面参照光Ｌｒ１または再生用球面参照光Ｌｒ２を生成する参照光集光用対物レンズ４３が設けられている。半波長板４２は、例えば回転可能に設けられており、参照光用の光の偏向方向を調整可能とされている。例えばホログラム再生時には、ホログラム記録時の記録用球面参照光Ｌｒ１と偏向方向の異なる再生用球面参照光Ｌｒ２が記録媒体１０に照射されるよう、参照光用の光の偏向方向が調整される。符号４６および４７は、参照光用の光の進行方向を変更するための反射ミラーである。

再生光検出用光学系は、例えばＣＣＤよりなる撮像素子３９を備えている。
このホログラム記録再生装置においては、記録媒体１０の反射層１３で反射されたホログラムからの再生光は、偏光プリズムビームスプリッタ４０から記録媒体１０に向かって出射される信号光に係る光の光路を逆進することとなる。従って、撮像素子３９は、ホログラムからの再生光が偏光プリズムビームスプリッタ４０を透過して入射される位置において、記録媒体１０の表面と対向して設けられている。

このホログラム記録再生装置においては、青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１から出射されたレーザ光は、光分離手段２２によって信号光用の光と参照光用の光に分割される。参照光用の光は、ＮＤフィルタ４１および半波長板４２を介して参照光集光用対物レンズ４３に入射され、参照光集光用対物レンズ４３によって球面波に変換されて記録用球面参照光Ｌｒ１として記録媒体１０に照射される。一方、信号光用の光は、ビームエクスパンダ４４、位相板３６およびリレーレンズ４５を介して、偏光プリズムビームスプリッタ４０に入射される。信号光用の光は、偏光プリズムビームスプリッタ４０を透過して空間光変調器（ＳＬＭ）３３に照射される。この空間光変調器（ＳＬＭ）３３によって、信号光用の光は偏光面が９０°変更されたデータパターンに変調される。空間光変調器（ＳＬＭ）３３から出射された光は、偏光プリズムビームスプリッタ４０によって反射されて進行方向が９０°変更され、ナイキストフィルタ３５で空間周波数帯域が調整された後、信号光集光用対物レンズ３８によって集光されて信号光Ｌｓとして記録媒体１０に照射される。これにより、記録媒体１０においては、信号光Ｌｓと記録用球面参照光Ｌｒ１とによる干渉縞がホログラムとして記録される。

そして、記録媒体移動機構によって記録媒体１０がその径方向（図６において白抜きの矢印で示す。）に移動されて球面参照光シフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録される。

記録媒体１０に記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、光量を大幅に落とした再生用球面参照光Ｌｒ２のみが記録媒体１０に照射されることにより、ホログラムから再生光が発せられる。再生用球面参照光Ｌｒ２は、その偏向方向が半波長板４２によって９０°回転されており、記録用球面参照光Ｌｒ１とは異なる偏向方向を有するものとされる。再生光は反射層１３で反射されて記録媒体１０の表面側から出射される。再生光は、偏光プリズムビームスプリッタ４０から記録媒体１０に向かう信号光用の光の光路を逆進して偏光プリズムビームスプリッタ４０に入射される。このとき、再生用球面参照光Ｌｒ２と同一の偏向方向を有する再生光は、偏光プリズムビームスプリッタ４０を透過して撮像素子３９に入射される。撮像素子３９によって再生光が検出されることにより、当該ホログラムに記録されたデータ情報が再生される。

以上のように、本発明の第１のホログラム記録再生方法においては、ホログラム記録層１１上に光透過層１２を介して反射層１３が積層された記録媒体１０に、球面参照光を用いて記録および再生を行うものであることから、記録媒体１０が反射型のものであっても、信号光Ｌｓが反射層１３で反射されたのちは、強度分布密度が極めて小さくなる。また、ホログラム記録層１１と光透過層１２との間に光吸収層１５を備えた記録媒体１０ａにおいては、信号光Ｌｓの反射層１３による反射光の強度分布密度は一層小さくなる。そのため、ホログラム記録時において、反射した信号光と記録用球面参照光Ｌｒ１により形成されるホログラムは、ほぼ無視できる範囲である。
一方、記録用球面参照光Ｌｒ１はその光軸が記録媒体１０の表面に対して例えば４５°程度傾いた角度で入射されるため、記録用球面参照光Ｌｒ１の反射光Ｌｒ１´は信号光Ｌｓと干渉することはない。また、球面波であるため、反射してきた光の強度は極めて小さい。そして、ホログラム記録層１１と光透過層１２との間に光吸収層１５を備えた記録媒体１０ａにおいては、記録用球面参照光Ｌｒ１の反射層１３による反射光Ｌｒ１´の強度は一層小さくなる。そのため、ホログラム記録層１１を構成する光反応性モノマーの消費が、平面波参照光を用いる角度多重記録に比して格段に低減される。
このように、本発明の第１のホログラム記録再生方法においては、ホログラム記録時において、信号光Ｌｓの反射層１３による反射光および記録用球面参照光Ｌｒ１の反射層１３による反射光Ｌｒ１´が高密度多重記録におよぼす影響が極めて小さくなる。
ホログラム再生時は、信号光Ｌｓはカットされ、再生用球面参照光Ｌｒ２のみがホログラムに照射される。具体的には、記録媒体１０に照射される再生用球面参照光Ｌｒ２の出力（パワー）は、例えば２０μＷ程度である。再生用球面参照光Ｌｒ２がホログラムに照射されると、ホログラムの再生光が反射層１３に向かう方向に発生する。その再生光は、反射層１３で反射された後、ホログラム記録時における信号光Ｌｓの進行方向とは逆の方向に進行する。この再生光が撮像素子３９によって検出されることによりホログラムに記録された情報が再生されることになる。

また、本発明の第２のホログラム記録再生方法においても同様に、ホログラム記録時において、信号光Ｌｓの反射層による反射光および記録用球面参照光Ｌｒ１の反射層による反射光が高密度多重記録におよぼす影響が極めて小さくなる。すなわち、本発明の第２のホログラム記録再生方法においては、ホログラム記録層１１上に光透過層１２を介して偏光選択性を有する反射層１３ａが積層された記録媒体１０ｂに、球面参照光を用いて記録および再生を行うものであることから、記録媒体１０ｂが反射型のものであっても、ホログラム記録層１１を透過した信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１は、反射層１３ａを透過することとなるため、ホログラム記録層１１に戻る信号光Ｌｓおよび記録用球面参照光Ｌｒ１の影響は極めて小さくなる。

従って、本発明のホログラム記録再生方法によれば、反射層１３が光透過層１２を介してホログラム記録層１１に積層された反射型の記録媒体１０に、球面参照光シフト多重記録方式によって、ホログラムの多重記録が行われることにより、信号光Ｌｓの反射層１３による反射光および記録用球面参照光Ｌｒ１の反射層１３による反射光Ｌｒ１´がホログラムの記録におよぼす影響を極めて小さくすることができるので、記録される情報の高密度化を図ることができると共に記録されたホログラムを安定して再生することができる。また、ホログラム記録再生装置自体の構成を簡素化することができ、しかも、記録媒体１０における単位記録領域に対するアクセスを例えば記録媒体１０の移動および回動によって行うことができるため、高速アクセスが可能となる。
また、ホログラム記録層１１と光透過層１２との間に光吸収層を備えた反射型の記録媒体１０ａにおいては、上記効果を一層確実に得ることができる。

さらにまた、記録媒体に記録されたホログラムを再生するに際して、当該ホログラムの記録時における記録用球面参照光Ｌｒ１とは偏光方向の異なる参照光が再生用球面参照光Ｌｒ２として照射され、記録媒体として、記録用球面参照光Ｌｒ１を透過すると共に再生用球面参照光Ｌｒ２を反射する反射層１３ａを備えた反射型の記録媒体１０ｂが用いられることによっても、同様の効果を得ることができる。

また、本発明のホログラム記録再生装置によれば、上記のホログラム記録再生方法が実施されることにより、装置自体の構成の簡素化が図られたものでありながら、記録される情報の高密度化を図ることができると共に記録されたホログラムを安定して再生することができ、しかも、情報アクセスを容易に行うことができて高速化を図ることができる。

本発明のホログラム記録再生方法においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ホログラム記録再生装置としては、図４に係るホログラム記録再生装置および図６に係るホログラム記録再生装置以外のものを用いることができる。
また、本発明においては、球面参照光シフト多重記録によって記録されるシフト多重ホログラム列の複数を各々のシフト多重ホログラム列の記録領域の一部が互いに重なる状態で記録するクロスシフト多重記録を行うことによって、記録媒体に記録される情報の高密度化が図られた構成とされていてもよい。

１０ 記録媒体
１０ａ 記録媒体
１０ｂ 記録媒体
１１ ホログラム記録層
１２ 光透過層
１３ 反射層
１３ａ 反射層
１４ 光透過性基板
１５ 光吸収層
２１ 記録再生光源
２２ 光分離手段
２３ シャッタ
２４ 偏光板
２５ ビーム整形用レンズ
３１ ビームエクスパンダ
３２ 偏光プリズムビームスプリッタ
３３ 空間光変調器（ＳＬＭ）
３４ リレーレンズ
３５ ナイキストフィルタ
３６ 位相板
３７ 偏光プリズム
３８ 信号光集光用対物レンズ
３９ 撮像素子
４０ 偏光プリズムビームスプリッタ
４１ ニュートラルデンシティフィルタ（ＮＤフィルタ）
４２ 半波長板（λ／２波長板）
４３ 参照光集光用対物レンズ
４４ ビームエクスパンダ
４５ リレーレンズ
４６ 反射ミラー
４７ 反射ミラー
５１ 記録媒体保持手段
５２ 記録媒体回動機構
５３ 回転軸
５５ 記録媒体移動機構
５６ １軸ステージ
５７ 記録媒体チルト機構
５８ 回転ステージ
Ｃ１ 記録媒体の回転中心軸
Ｃ２ チルト回転軸
Ｌｒ 球面参照光
Ｌｒ１ 記録用球面参照光
Ｌｒ１´ 記録用球面参照光の反射光
Ｌｒ１´´ 記録用球面参照光の透過光
Ｌｒ２ 再生用球面参照光
Ｌｒ２´ 再生用球面参照光の反射光
Ｌｓ 信号光

Claims (8)

1. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに参照光を照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
   記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えたものが用いられ、
   参照光として球面波が用いられ、
   信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向に移動させることにより球面参照光シフト多重記録を行うことを特徴とするホログラム記録再生方法。
2. 前記記録媒体として、前記ホログラム記録層と前記反射層との間に光吸収層をさらに備えたものが用いら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方法。
3. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光を再生用参照光として照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法であって、
   記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えており、当該反射層が記録用参照光を透過すると共に再生用参照光を反射する機能を有するものが用いられ、
   参照光として球面波が用いられ、
   信号光および参照光を記録媒体に照射する光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向に移動させることにより球面参照光シフト多重記録を行うことを特徴とするホログラム記録再生方法。
4. 信号光の記録媒体に対する入射光軸と参照光の記録媒体に対する入射光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたとき、当該基準面に沿った記録媒体の表面におけるトラック上に、一方向のみの球面参照光シフト多重記録を行うことによりシフト多重ホログラム列を記録した後、当該シフト多重記録ホログラム列が記録された記録領域と同一の領域に、記録媒体の表面が前記基準面に対して所定の角度傾いた状態で、球面参照光シフト多重記録を行うことにより新たなシフト多重記録ホログラム列を多重記録することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のホログラム記録再生方法。
5. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして多重記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに参照光を照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラムホログラム記録再生装置において、
   記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射される記録層と、当該記録層の他面に光透過層を介して配設された反射層とを備えたものが用いられ、
   信号光および球面参照光を記録媒体に照射する光学機構と、光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構とを備えており、
   前記光学機構および前記記録媒体の一方が他方に対して記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されることを特徴とするホログラム記録再生装置。
6. 記録媒体として、前記ホログラム記録層と前記反射層との間に光吸収層をさらに備えたものが用いられることを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録再生装置。
7. データ情報を担持した信号光と参照光との干渉縞を記録媒体にホログラムとして記録すると共に記録媒体に記録されたホログラムに当該ホログラムの記録時における記録用参照光とは偏光方向の異なる参照光を再生用参照光として照射することにより当該ホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置であって、
   記録媒体として、一面側から信号光および参照光が照射されるホログラム記録層と、当該ホログラム記録層の他面に光透過層を介して積層された反射層とを備えており、当該反射層が記録用参照光を透過すると共に再生用参照光を反射する機能を有するものが用いられ、
   信号光および球面参照光を記録媒体に照射する光学機構と、光学機構および記録媒体の一方を他方に対して相対的に移動させる移動機構とを備えており、
   前記光学機構および前記記録媒体の一方が他方に対して記録媒体の表面に沿って一方向に相対的に移動されて当該記録媒体にシフト多重記録が行われることによりシフト多重ホログラム列が記録されることを特徴とするホログラム記録再生装置。
8. 信号光の記録媒体に対する入射光軸と参照光の記録媒体に対する入射光軸とを含む平面に垂直な平面を基準面としたとき、記録媒体を回動させることにより当該記録媒体の表面を当該基準面に対して傾斜させる記録媒体チルト機構をさらに備えており、
   記録媒体チルト機構によって記録媒体の表面を前記基準面に対して傾斜させた状態で、一方向のみの球面参照光シフト多重記録が行われることによって、新たなシフト多重ホログラム列が記録媒体に既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と同一の領域に多重記録されることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載のホログラム記録再生装置。
   

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