JP2017162523A - 記録媒体およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラムの記録開始位置および再生開始位置を容易にかつ高速に検出することができ、目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能な記録媒体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】記録媒体は、単位記録領域の位置情報を含む標識情報に係るデータパターンの位相情報が記録された回折光学素子が、複数の単位記録領域の各々に対応して設けられており、各々の回折光学素子は、当該回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として照射されることにより相関信号光を発するものである。ホログラム記録再生装置は、上記記録媒体における回折光学素子から発せられる相関信号光を検出する相関信号光検出光学系を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、記録媒体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、大容量化が可能な記録媒体およびホログラム記録再生装置に関する。

現在、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装置が提案されている。ホログラム記録再生装置においては、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媒体に記録する。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。

ホログラムの記録あるいはホログラムの再生を行う場合には、記録媒体に、当該記録媒体における場所を特定する位置情報などを含む標識情報が設定されている必要がある。これらの標識情報は、特に重要な情報であり、絶対的に検出される必要があることから、高い信号対雑音比が求められる。従って、記録媒体における所定の単位記録領域に対するアクセスにあっては、ＲＯＭ情報を記録媒体を構成する標識用基板に埋め込み、当該ＲＯＭ情報を検出することが適当であると考えられる。図１１には、ＲＯＭ情報として回折光学素子（ＤＯＥ）７５が標識用基板７１に設けられた記録媒体７０が示されている。図１１において７２はホログラム記録層、７３は、ホログラム記録層７２を支持する支持基板である。
而して、このような記録媒体７０においては、例えば、回折光学素子７５に記録されたＲＯＭ情報を順次に再生することによって、記録媒体７０における単位記録領域の位置情報、例えばトラックの位置情報やセクタの位置情報が認識されることにより目的とする単位記録領域が検出される。このため、位置検出（位置の特定）に時間がかかり、当該単位記録領域に対する高速アクセスを行うことが困難である、という問題がある。

一方、光相関を利用した画像検索技術が知られており、例えば特許文献１には、ホログラフィックメモリを用いた画像検索において、入力された検索対象となる画像をフーリエ変換し、記録媒体に記録された画像との光相関演算を行い、相関演算により再生された相関信号を検出すること（パターンマッチング）によって画像検索を行うことが記載されている。
しかしながら、このような技術を利用した場合であっても、記録媒体に記録された標識情報の各々についての演算処理が必要となるため、目的とする単位記録領域の位置の検出（特定）に時間がかかり、当該単位記録領域に対する高速アクセスを行うことが困難である、という問題がある。また、光相関演算を行うための情報処理手段が必要となる。

特開２００８−１７０９１８号公報

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、ホログラムの記録開始位置およびホログラムの再生開始位置を容易にかつ高速に検出することができ、目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能な記録媒体およびホログラム記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明の記録媒体は、信号光と参照光との干渉縞をホログラムとして記録媒体に記録すると共に、参照光をホログラムに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において用いられる記録媒体であって、
単位記録領域の位置情報を含む標識情報に係るデータパターンの位相情報が記録された回折光学素子が、複数の単位記録領域の各々に対応して設けられており、
各々の回折光学素子は、当該回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として照射されることにより相関信号光を発するものであることを特徴とする。

本発明の記録媒体においては、前記回折光学素子は、位相ホログラムにより構成されていることが好ましい。
また、前記回折光学素子を構成する位相ホログラムが、凹凸の深さが位相量により異なる凹凸パターンよりなることが好ましい。
さらにまた、前記回折光学素子は、ホログラムが記録されるホログラム記録層に設けられていることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持する信号光と参照光との干渉縞をホログラムとして記録すると共に、参照光を記録媒体に照射することにより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において、
上記の記録媒体が用いられ、
信号光を記録媒体に照射する信号光照射光学系と、
参照光を記録媒体に照射する参照光照射光学系と、
前記記録媒体における回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として回折光学素子に照射されることにより当該回折光学素子から発せられる相関信号光を検出する相関信号光検出光学系と
を備えていることを特徴とする。

本発明の記録媒体における複数の単位記録領域の各々に係る標識情報が記録された回折光学素子は、回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する特定の検索用信号光が照射されることによって相関信号光を発するものであって、当該特定の検索用信号光以外の検索用信号光では相関信号光を発しないものである。従って、本発明の記録媒体によれば、回折光学素子から発せられる相関信号光が検出されることによってホログラムの記録開始位置および記録されたホログラムの再生開始位置が容易にかつ高速に検出される。このため、本発明の記録媒体は、目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能なものとなる。

本発明のホログラム記録再生装置によれば、検索用信号光のパターンと回折光学素子のパターンとが位相共役な関係にあるときに回折光学素子から発せられる相関信号光を検出することによって、ホログラムの記録開始位置および記録されたホログラムの再生開始位置を容易にかつ高速に検出することができるため、記録媒体における目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能となる。
また、目的とする単位記録領域の位置の検出に用いられる検索用の光が、ホログラム記録用の信号光を照射する信号光照射光学系によって照射されるため、回折光学素子の再生用光源や光学素子が不要であり、ホログラム記録再生装置の構造が複雑化することを回避することができる。

本発明の記録媒体の一例における構成を示す説明図である。 図１に示す記録媒体におけるブロック単位の一構成例を示す説明図である。 記録媒体におけるブロック単位の他の構成例を示す説明図である。 回折光学素子を構成する多階調の凹凸パターン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信号光照射光学系、参照光照射光学系および再生光検出光学系の構成の概略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相関信号検出光学系の構成の概略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いて利用される位相限定型相関検出法における相関信号光の強度分布を示す図である。 本発明のホログラム記録再生装置において記録媒体のブロック情報の再生方法の概要を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置の構成の一例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。 本発明のホログラム記録再生装置における、目的とする回折光学素子の検出方法の概要を示す説明図である。 回折光学素子が埋め込まれた記録媒体の構成の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

〔記録媒体〕
本発明の記録媒体は、信号光と参照光との干渉縞をホログラムとして記録媒体に記録すると共に、参照光をホログラムに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において用いられるものであって、当該記録媒体における単位記録領域の位置情報を含む標識情報に係る二次元データパターンの位相情報が記録された回折光学素子が、複数の単位記録領域の各々に対応して設けられたものである。
本発明の記録媒体は、ディスク状およびカード状などのいずれの形状を有するものであってもよく、また、透過型のものであっても、反射型のものであってもよい。

記録媒体の構成について図５を参照して説明すると、記録媒体１０は、光透過性材料よりなる支持基板１１と、支持基板１１の一面上に積層されたホログラム記録層１２と、ホログラム記録層１２の一面上に積層された光透過性基板１３とにより構成されている。この例の記録媒体１０は、透過型のものである。記録媒体１０が反射型のものとして構成される場合には、支持基板１１の他面に例えばホログラムからの回折光を反射する反射層が設けられる。また、反射層は、ホログラム記録層１２と支持基板１１との間に設けられてもよい。反射層は、例えば蒸着膜により構成することができる。

ホログラム記録層１２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１２の厚みは、記録再生能の観点から、例えば０．３〜２.０ｍｍとされ、好ましくは０．５〜１．０ｍｍとされる。

この記録媒体１０においては、記録媒体１０における記録再生領域が、複数のブロック単位に分割され、ブロック単位毎に、ホログラムの記録が行われる。例えばディスク状の記録媒体においては、図１に示すように、記録媒体１０の表面における記録再生領域を、記録媒体１０の周方向に並ぶ複数の一次ブロック単位Ｂ１に分割すると共に、複数の一次ブロック単位Ｂ１の各々をさらに記録媒体１０の中心から外周縁に向かって径方向に並ぶ複数の二次ブロック単位Ｂ２に分割し、各々の二次ブロック単位Ｂ２をブックとして設定することができる。各々の二次ブロック単位Ｂ２は、複数のトラックを有しており、各々のトラックが単位記録領域として設定、あるいはトラックを構成する複数のセクタの各々が単位記録領域として設定される。

記録媒体１０におけるホログラム記録層１２には、記録媒体１０における単位記録領域の位置情報を含む標識情報を有する回折光学素子が、複数の単位記録領域の各々に対応して、設けられていることが好ましい。
例えば、図１に示す記録媒体１０においては、図２に示すように、各々の二次ブロック単位Ｂ２において、各々記録媒体１０の径方向に延びる複数のトラックＴｒａ〜Ｔｒｆが周方向に離間して並んで位置されており、二次ブロック単位Ｂ２の内周縁側の位置において各々のトラックＴｒａ〜Ｔｒｆに対応する複数の回折光学素子１５ａ〜１５ｆが周方向に沿って並ぶよう設けられている。この例では、球面参照光シフト多重記録によってシフト多重ホログラム列１がトラック毎に記録されることが示されている。
また、例えば図３に示すように、回折光学素子１５は、トラックＴｒを構成する複数のセクタＳの各々に対応して設けられていていることが好ましい。図３において、Ｔｒ１〜Ｔｒ６はトラック番号であり、Ｓ１〜Ｓ５はセクタ番号である。この例では、球面参照光シフト多重記録によってシフト多重ホログラム列１がセクタ毎に記録されることが示されている。

回折光学素子１５は、信号光と参照光との干渉縞による位相ホログラム、もしくは信号光と参照光との干渉縞による位相ホログラムが多重記録されたもの、もしくは凹凸の深さが位相量により異なる凹凸パターンよりなる位相ホログラムにより構成されていることが好ましい。

回折光学素子１５を凹凸パターンよりなる位相ホログラムにより構成する場合には、回折光学素子１５が形成される領域を各微細領域に分割し、それぞれの微細領域を多階調の位相量で量子化し、それを多階調の凹凸パターンとしてホログラム記録層１２に形成する。このような回折光学素子１５は、例えばナノインプリント法によって形成することができる。
図４に示すように、多階調の凹凸パターン１６は、凹凸の深さｄ〔ｎｍ〕が位相量により異なるものである。図４において、「Λ」はサンプリング間隔を示す。
透過型の記録媒体１０において、凹凸の深さｄ〔ｎｍ〕は、下記の数式（１）によって算出される。数式（１）において、ｎはホログラム記録層１２の光透過性基板１３に対する屈折率、λは再生に用いられるレーザ光Ｌの波長〔ｎｍ〕、ａｒｇ［Ｆｉ^*］は、波面の位相である。

回折光学素子１５に記録される情報は、基本的にはアクセスのための位置情報であり、例えば単位記録領域の位置情報、具体的には、トラックＴｒの位置情報（トラック番号）やセクタＳの位置情報（セクタ番号）、およびフォーマット情報、記録条件、再生時の最適フィルターパラメータなどの再生条件などが挙げられる。

また、記録媒体１０における複数の二次ブロック単位Ｂ２の各々には、図１および図２に示すように、二次ブロック単位Ｂ２の位置情報などの標識情報が記録された標識部１８が設けられていることが好ましい。標識部１８は、上述したような多階調の凹凸パターンよりなる位相ホログラムにより構成することができる。また、標識部１８は、例えばバーコードやＱＲコード（登録商標）などにより構成されていてもよい。標識部１８は、例えば光透過性基板１３の表面に形成することができる。

而して、本発明の記録媒体における回折光学素子は、回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する特定の検索用信号光が照射されることによって相関信号光を発するものであって、当該特定の検索用信号光以外の検索用信号光では相関信号光を発しないものである。従って、本発明の記録媒体によれば、回折光学素子から発せられる相関信号光が検出されることによってホログラムの記録開始位置および記録されたホログラムの再生開始位置が容易にかつ高速に検出される。このため、本発明の記録媒体は、目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能なものとなる。

〔ホログラム記録再生装置〕
本発明のホログラム記録再生装置は、記録媒体におけるホログラムの記録開始位置およびホログラムの再生開始位置を検出するに際して、いわゆる位相限定型相関検出法を利用するものであって、記録媒体における単位記録領域の位置情報を含む標識情報を有する回折光学素子が複数の単位記録領域の各々に対応して設けられた当該記録媒体に、回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として照射されることにより当該回折光学素子から発せられる相関信号光を検出する相関信号光検出光学系を備えていることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置は、信号光を記録媒体に照射する信号光照射光学系と、参照光を記録媒体に照射する参照光照射光学系と、記録媒体に記録されたホログラムに参照光が照射されることにより当該ホログラムから発せられる再生光（回折光）を検出する再生光検出光学系と、記録媒体に設けられた回折光学素子からの相関信号光を検出する相関信号光検出光学系とを備えている。

信号光照射光学系は、図５に示すように、デジタル情報を２次元配列に並べたページデータが入力される空間光変調器（ＳＬＭ）３２と、この空間光変調器３２によって変調された光をフーリエ変換して信号光Ｌｓとし、当該信号光Ｌｓを集光して記録媒体１０に照射する信号光集光用対物レンズ３６とを備えている。
参照光照射光学系は、信号光Ｌｓとコヒーレントな光をフーリエ変換して参照光Ｌｒとし、当該参照光Ｌｒを集光して記録媒体１０に照射する参照光集光用対物レンズ４０を備えている。４５は、参照光用の光を透過すると共に後述のブロック情報読み取り用光Ｌｒ´を反射する波長選択性ミラーである。
再生光検出光学系は、信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの干渉縞によるホログラムに参照光Ｌｒが照射されることにより当該ホログラムから発せられる再生光（回折光）Ｌｇを再生光用集光レンズ５２を介して検出する撮像素子５１を備えている。

相関信号光検出光学系は、図６に示すように、信号光照射光学系によって検索用信号光Ｌｓ´が記録媒体１０におけるホログラム記録層１２に設けられた回折光学素子１５に照射されることにより当該回折光学素子１５から発せられる相関信号光Ｌｃを検出する光検出器５５を備えている。

上述したように、記録媒体１０における回折光学素子１５から相関信号光Ｌｃが発せられる条件は、回折光学素子１５のデータパターンと検索用信号光のデータパターンとが位相共役の関係となる場合である。この場合には、図７において曲線（ａ）に示されるように、高い光強度の相関信号光が得られるのに対して、回折光学素子１５のデータパターンと検索用信号光のデータパターンとが位相共役の関係にない場合には、相関信号光を得ることはできない（相関信号光の強度はほぼ０である。）。図７における曲線（ｂ）は、ＦＦＴを用いた相互相関法による相関信号光の強度分布である。ＦＦＴを用いた相互相関法においては、目的とする回折光学素子以外のものからも相関信号光が得られることが示されている。

また、相関信号光検出光学系は、図８に示すように、記録媒体１０において設定されたブロック単位に係る標識情報（ブロック情報）が記録された標識部１８に、当該標識情報の読み取り用光源からのブロック情報読み取り用光Ｌｒ´が参照光照射光学系における光路を介して照射されることにより当該標識部１８から発せられるブロック情報再生光Ｌｄを検出する機能を有する。読み取り用光源は、例えば、ホログラムの記録再生光源とは異なる波長のレーザ光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源により構成することができる。

本発明のホログラム記録再生装置においては、記録媒体１０に対するホログラムの多重記録の方法は、特に限定されるものではなく、球面参照光シフト多重方式、角度多重方式およびその他の多重記録方式のいずれの方法が実施されてもよい。
また、球面参照光シフト多重方式によりホログラムの多重記録が行われる構成のものにおいては、例えば、記録媒体１０の或る領域に対して球面参照光シフト多重記録を行って第１のシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体１０を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）する方法が実施されてもよい。あるいは、記録媒体１０の或る領域に対して球面参照光シフト多重記録を行って第１のシフト多重ホログラム列を記録した後、当該記録媒体１０を回動させた状態において、球面参照光シフト多重記録を行って新たなシフト多重ホログラム列をその記録領域の一部が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で、多重記録（クロスシフト多重記録）する方法が実施されてもよい。

以下、本発明のホログラム記録再生装置の具体例について図を用いて説明する。

図９は、本発明のホログラム記録再生装置の構成の一例を、記録媒体と共に示す説明用概略図である。このホログラム記録再生装置は、例えば、透過型のディスク状の記録媒体１０に対して、球面参照光シフト多重記録方式によりホログラムの多重記録が行われるものである。
このホログラム記録再生装置は、信号光および参照光を記録媒体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からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する、例えば偏向プリズムビームスプリッタ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球面参照光として記録媒体１０に照射する球面参照光照射光学系と、記録媒体１０に記録されたホログラムに参照光が照射されることにより当該ホログラムから発せられる再生光（回折光）を検出する再生光検出光学系と、記録媒体１０に設けられた回折光学素子からの相関信号光を検出する相関信号光検出光学系と、記録媒体１０における標識部に記録された標識情報（ブロック情報）を読み取るブロック情報再生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、記録媒体１０の表面側に位置されており、光分離手段２２からの信号光用の光がビームエクスパンダ３１を介して入射される偏光プリズムビームスプリッタ３０と、偏光プリズムビームスプリッタ３０によって反射された信号光用の光が入射される空間光変調器（ＳＬＭ）３２と、空間光変調器３２によって変調された光が偏光プリズムビームスプリッタ３０を透過してリレーレンズ３３および位相板３５を介して入射される信号光集光用対物レンズ３６とを備えている。信号光集光用対物レンズ３６は、入射された光をフーリエ変換して信号光Ｌｓとし、当該信号光Ｌｓを集光して記録媒体１０に照射するものである。３４は、リレーレンズ３３を構成する例えば２つのレンズ間に配置されたナイキストフィルタである。

球面参照光照射光学系は、記録媒体１０の表面側に位置されており、光分離手段２２からの参照光用の光を球面波に変換する参照光集光用対物レンズ４０を備えている。この参照光集光用対物レンズ４０は、参照光用の光をフーリエ変換して球面参照光Ｌｒとし、当該球面参照光Ｌｒを集光して記録媒体１０に照射するものである。この球面参照光照射光学系においては、光分離手段２２から信号光用の光とは異なる方向に進行する参照光用の光は、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４０に入射される。４３ａおよび４３ｂは反射ミラーであり、４５は、参照光用の光を透過すると共に後述のブロック情報読み取り用光Ｌｒ´を反射する波長選択性ミラーである。

再生光検出用光学系は、記録媒体１０の裏面側に位置されており、例えばＣＣＤよりなる撮像素子５１と、記録媒体１０に記録されたホログラムからの再生光Ｌｇを撮像素子５１に入射させる再生光用集光レンズ５２とを備えている。

相関信号光検出光学系は、検索用信号光Ｌｓ´が記録媒体１０に設けられた回折光学素子１５に照射されることにより当該回折光学素子１５から発せられる相関信号光Ｌｃをレンズ５６を介して検出する光検出器５５を備えている。

ブロック情報再生光学系は、例えば、ホログラムの記録再生光源２１とは異なる波長のレーザ光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源よりなる標識情報読み取り用光源６０を備えている。標識情報読み取り用光源６０からの光は、球面参照光照射光学系における光路を介して記録媒体１０における標識部に照射される。具体的には、標識情報読み取り用光源６０からの光は、波長選択性ミラー４５によって反射されて球面参照光照射光学系における光路を進行する。６１はビーム整形用レンズであり、６２は反射ミラーである。
また、記録媒体１０における標識部１８から発せられるブロック情報再生光Ｌｄは相関信号光検出光学系を構成する光検出器５５によって検出される。

記録媒体駆動機構は、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と、ディスク状媒体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とを備えている。また、上述したように、いわゆるチルトシフト多重記録が実施される構成とされる場合には、記録媒体駆動機構は、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をさらに備えた構成とされる。

このホログラム記録再生装置においては、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、半波長板４２で偏光面が９０°回転された後、参照光集光用対物レンズ４０によって球面波に変換されると共にフーリエ変換されて球面参照光Ｌｒとして集光されて記録媒体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、偏光プリズムビームスプリッタ３０を透過して空間光変調器（ＳＬＭ）３２に照射される。この空間光変調器（ＳＬＭ）３２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）３２から出射された信号光用の光は、偏光面が９０°回転しているため、偏光プリズムビームスプリッタ３０によって反射されて進行方向が９０°変更される。偏光プリズムビームスプリッタ３０からの信号光用の光は、ナイキストフィルタ３４で空間周波数帯域が調整された後、位相板３５を透過する。位相板３５はランダム位相パターンであり、信号光をランダム位相で変調することにより、空間周波数分布のうち不要な直流成分を抑圧し、モノマーの消費を抑える働きがある。位相板３５を透過した光は、信号光集光用対物レンズ３６によってフーリエ変換されて信号光Ｌｓとして集光されて記録媒体１０に照射される。
信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒが記録媒体１０に照射されることにより、記録媒体１０においては、信号光Ｌｓと球面参照光Ｌｒとの干渉縞が形成され、この干渉縞がデータ情報を担持したホログラム（フーリエ変換ホログラム）として記録媒体１０に記録される。

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９においてｘ方向）に移動されて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。また、記録媒体１０を記録媒体チルト機構によって所定の回動角度で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を行うことにより新たなシフト多重ホログラムラム列を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するシフト多重ホログラム列重ね書き過程が必要に応じて行われる。あるいは、記録媒体１０を記録媒体回動機構によって所定の回動角度で回動させると共に記録媒体移動機構によって記録媒体１０をその表面に沿った平面内で移動させることにより位置合わせした状態において、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ホログラム列がその記録領域の少なくとも一部が既に記録されたシフト多重ホログラム列の記録領域と重なる状態で多重記録するシフト多重ホログラム列重ね書き過程が必要に応じて行われる。
このとき、単位記録領域へのアクセスは、記録媒体１０の２軸移動と回転（回動）とによって行われる。

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の球面参照光Ｌｒのみが記録媒体１０に照射される。これにより、再生用の球面参照光と同一の参照光照射条件で記録されたホログラムから再生光Ｌｇが発せられ、当該再生光Ｌｇが撮像素子５１により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。

また、記録媒体１０において設定されたブロック単位に係る標識情報の再生時には、標識情報読み取り用光源６０からの光が、球面参照光照射光学系における光路を介して記録媒体１０における標識部１８に照射される。これにより、標識部１８からブロック情報再生光Ｌｄが発せられ、当該ブロック情報再生光Ｌｄが相関信号光検出光学系を構成する光検出器５５によって検出されることにより、標識部１８に記録された情報が再生される。

上記のホログラム記録再生装置においては、ホログラムの記録あるいはホログラムの再生を行うに際して、ホログラムの記録開始位置あるいはホログラムの再生開始位置を検出する場合には、図１０に示すように、目的とする単位記録領域に係る標識情報が記録された特定の光学回折素子１５のデータパターン（画像信号関数をｇ（ｘ，ｙ）とする。）と位相共役なデータパターン（画像信号関数をｆ（ｘ，ｙ）とする。）が空間光変調器３２に入力される。光分離手段によって分割された信号光用の光が空間変調器３２によって当該データパターンで変調される。空間光変調器３２からの光は、リレーレンズ３３、ナイキストフィルタ３４および位相板３５を介して信号光集光用対物レンズ３６に入射される。信号光集光用対物レンズ３６に入射された光は、フーリエ変換されて位相情報のみが取り出され、検索用信号光Ｌｓ´（位相情報信号関数をＦ（ｋｘ，ｋｙ）とする。））とされる。検索用信号光Ｌｓ´は、記録媒体１０を移動および回転させた状態において、集光されて記録媒体１０に照射される。検索用信号光Ｌｓ´が特定の光学回折素子１５に照射されることにより当該特定の光学回折素子１５から相関信号光（パワースペクトルは［Ｆ^*（ｋｘ，ｋｙ）／｜Ｆ^*（ｋｘ，ｋｙ）｜］で表される。ここに、Ｆ^*（ｋｘ，ｋｙ）は、Ｆ（ｋｘ，ｋｙ）の複素共役である。）Ｌｃが発せられる。ここに、上述したように、検索用信号光Ｌｓ´のデータパターンと回折光学素子１５のデータパターンとが位相共役な関係にない場合には、相関信号光は得られない（図７参照。）。従って、相関信号光Ｌｃがレンズ５６を介して光検出器５５によって検出されることにより、目的とする単位記録領域の位置が検出（特定）される。

而して、上記のホログラム記録再生装置によれば、検索用信号光Ｌｓ´のデータパターンと回折光学素子１５のデータパターンとが位相共役な関係にあるときに回折光学素子１５から発せられる相関信号光Ｌｃを検出することによって、ホログラムの記録開始位置および記録されたホログラムの再生開始位置を容易にかつ高速に検出することができるため、記録媒体１０における目的とする単位記録領域に対する高速アクセスが可能となる。例えば、或る記録媒体に対してＦＦＴを利用した相互相関法によって位置検出を行った場合に、目的とする位置の検出に要する時間が例えば１００ｍｓｅｃであったとすると、位相限定型相関法を利用した上記のホログラム記録装置によれば、目的とする位置の検出に要する時間を例えば１０ｍｓｅｃ程度とすることができる。

また、目的とする単位記録領域の位置の検出に用いられる検索用信号光Ｌｓ´が、ホログラム記録用の信号光Ｌｓを照射する信号光照射光学系によって照射されるため、回折光学素子再生用の光源や光学素子が不要であり、ホログラム記録再生装置の構造が複雑化することを回避することができる。

１ シフト多重ホログラム列
１０ 記録媒体
１１ 支持基板
１２ ホログラム記録層
１３ 光透過性基板
１５ 回折光学素子
１５ａ〜１５ｆ 回折光学素子
１６ 凹凸パターン
１８ 標識部
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
３０ 偏光プリズムビームスプリッタ
３１ ビームエクスパンダ
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 位相板
３６ 信号光集光用対物レンズ
４０ 参照光集光用対物レンズ
４１ ＮＤフィルタ
４２ 半波長板
４３ａ 反射ミラー
４３ｂ 反射ミラー
４５ 波長選択性ミラー
５１ 撮像素子
５２ 再生光用集光レンズ
５５ 光検出器
５６ レンズ
６０ 標識情報読み取り用光源
６１ ビーム整形用レンズ
６２ 反射ミラー
７０ 記録媒体
７１ 標識用基板
７２ ホログラム記録層
７３ 支持基板
７５ 回折光学素子
Ｂ１ 一次ブロック単位
Ｂ２ 二次ブロック単位
Ｌｃ 相関信号光
Ｌｄ ブロック情報再生光
Ｌｇ 再生光
Ｌｒ 参照光
Ｌｒ´ ブロック情報読み取り用光
Ｌｓ 信号光
Ｌｓ´ 検索用信号光
Ｔｒ トラック
Ｔｒａ〜Ｔｒｆ トラック
Ｓ セクタ

Claims (5)

1. 信号光と参照光との干渉縞をホログラムとして記録媒体に記録すると共に、参照光をホログラムに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において用いられる記録媒体であって、
   単位記録領域の位置情報を含む標識情報に係るデータパターンの位相情報が記録された回折光学素子が、複数の単位記録領域の各々に対応して設けられており、
   各々の回折光学素子は、当該回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として照射されることにより相関信号光を発するものであることを特徴とする記録媒体。
2. 前記回折光学素子は、位相ホログラムにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の記録媒体。
3. 前記回折光学素子を構成する位相ホログラムが、凹凸の深さが位相量により異なる凹凸パターンよりなることを特徴とする請求項２に記載の記録媒体。
4. 前記回折光学素子は、ホログラムが記録されるホログラム記録層に設けられてい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記録媒体。
5. データ情報を担持する信号光と参照光との干渉縞をホログラムとして記録すると共に、参照光を記録媒体に照射することにより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において、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の記録媒体が用いられ、
   信号光を記録媒体に照射する信号光照射光学系と、
   参照光を記録媒体に照射する参照光照射光学系と、
   前記記録媒体における回折光学素子のデータパターンと位相共役なデータパターンの位相情報を有する信号光が検索用信号光として回折光学素子に照射されることにより当該回折光学素子から発せられる相関信号光を検出する相関信号光検出光学系と
   備えていることを特徴とするホログラム記録再生装置。