JP4461387B2 - ホログラフィック記録媒体、ホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システム - Google Patents

ホログラフィック記録媒体、ホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システム Download PDF

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Description

本発明は、ホログラフィック記録媒体、並びに該ホログラフィック記録媒体を用いたホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システムに関するものである。
ホログラフィック記録方式は、２次元のデータパターンを含む信号光と参照光を干渉させ、その干渉縞の強度分布に応じて記録材料からなる記録層内の物性を変化させ記録する方式である。
ここで記録材料としてのフォトポリマーは、（１）大きな屈折率変調が得られ高い回折効率を得ることができる、（２）処理が容易である、（３）低ノイズ、（４）低コスト、などの特徴を有し、ホログラフィック記録を実用化するにあたり、極めて有望な材料である。
しかし、フォトポリマーは、温度変化による膨張収縮が大きいのが問題である。記録時と異なる温度で再生する場合、記録層の熱膨張／収縮により、記録層内に記録された干渉縞の間隔が記録時と変わるため、データ再生に重要な影響を与える。また、記録材料の屈折率にも温度依存性があり、その屈折率変化により、回折条件が変わるため、膨張／収縮と同様、データ再生に重要な影響を与える。
このような影響の受け方は、記録時と再生時の温度変化、記録材料の線膨張係数、屈折率の温度特性、レンズの開口数、記録データ画素の大きさ及び記録層の厚みによって決まる。
ところで、ホログラフィックデータ記録において、その記録密度を上げる一つの手法は、記録に寄与するフォトポリマーの量を増やすことであり、記録層の厚みを厚くすることでこれを実現することができる。しかしながら、記録層を厚くすると、回折される条件（または選択性）が厳しくなり、熱変形によるデータ再生への影響は、同じ線膨張係数であっても、記録層の厚みが厚い方が大きくなる。
また、記録密度を上げる別の手法は、１ページのデータ容量を上げるために、記録データ画素を小さくすることや、記録材料内における単位ホログラム領域を小さくするために、レンズの開口数を大きくすることで、これを実現できる。しかし、この場合も記録層の厚みを厚くする場合と同様、記録材料の膨張や収縮による回折条件への影響はより厳しくなる。
このような周辺温度による記録層の膨張／収縮に関し、再生時のレーザー波長を調整することにより、その影響を補償する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３２００１号公報
しかしながら、線膨張係数及び屈折率の温度特性などの記録材料の特性の他、記録時の環境（温度、波長など）が分からない状態では、再生時のレーザー波長の調整は困難であった。
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、データ情報の記録時と再生時の温度の違いから生じる、記録層の膨張／収縮及び屈折率変化に起因する回折条件のずれを的確に補正し、安定したデータ情報の再生を行うことのできるホログラフィック記録媒体、並びに該ホログラフィック記録媒体を用いたホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システムを提供することを目的とする。
かかる課題を解決するため本発明のホログラフィック記録媒体においては、光の干渉パターンにより記録されたデータ情報とともに該データ情報記録時の温度及び記録波長の情報が記録された記録層と、記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が予めエンボスピットとして記録された基板とを設けるようにした。
また本発明のホログラフィック記録媒体においては、光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板を設けるようにした。
さらに本発明のホログラフィック再生システムにおいては、光の干渉パターンにより記録されたデータ情報とともに該データ情報記録時の温度及び記録波長の情報が記録された記録層と、記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が予めエンボスピットとして記録された基板とを有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、再生用レーザーから出射されるレーザー光を使用した再生用光を生成する再生用光生成手段と、再生用光の波長を変更する波長制御手段と、再生用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、再生用光又はサーボ用光をホログラフィック記録媒体に照射するとともに、再生用光によりホログラフィック記録媒体で発生する再生光又はサーボ用光によりホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、再生光を検出する撮像素子と、サーボ光を検出する光検出器と、ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段とを設け、記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、記録材料の屈折率の温度依存性の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、データ情報記録時の温度の情報を温度Ｔｗ、記録用光の波長の情報を波長λｗ、データ情報再生時の周辺温度の情報を温度Ｔｒとしたときに、再生用光の波長λｒを以下の（１）〜（３）式のいずれか一で算出される値の範囲内に変更して、該再生用光をホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を再生するようにした。
0.99*((1+(α-β)*(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1+(α-β)*(Tr-Tw))*λw)…（１）
0.99*((1+α(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1+α(Tr-Tw))*λw)…（２）
0.99*((1-β(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1-β(Tr-Tw))*λw)…（３）
さらに本発明のホログラフィック記録システムにおいては、光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板を有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、記録用レーザーから出射されるレーザー光を使用した記録用光を生成する記録用光生成手段と、記録用光の波長を変更する波長制御手段と、記録用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、記録用光又はサーボ用光をホログラフィック記録媒体に照射するとともに、サーボ用光によりホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、サーボ光を検出する光検出器と、ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段とを設け、記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、記録材料の屈折率の温度依存性の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、基準温度の情報を温度Ｔｃ、基準波長の情報を波長λｃ、データ情報記録時の周辺温度の情報を温度Ｔｗとしたときに、記録用光の波長λｗを以下の（４）〜（６）式のいずれか一で算出される値の範囲内に変更して、該記録用光をホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を記録するようにした。
0.99*((1+(α-β)*(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1+(α-β)*(Tw-Tc))*λc)…（４）
0.99*((1+α(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1+α(Tw-Tc))*λc)…（５）
0.99*((1-β(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1-β(Tw-Tc))*λc)…（６）
さらに本発明のホログラフィック再生システムにおいては、光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板を有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、再生用レーザーから出射されるレーザー光を使用した再生用光を生成する再生用光生成手段と、再生用光の波長を変更する波長制御手段と、再生用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、再生用光又はサーボ用光をホログラフィック記録媒体に照射するとともに、再生用光によりホログラフィック記録媒体で発生する再生光又はサーボ用光によりホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、再生光を検出する撮像素子と、サーボ光を検出する光検出器と、ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段とを設け、記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、記録材料の屈折率の温度依存性の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、基準温度の情報を温度Ｔｃ、基準波長の情報を波長λｃ、データ情報再生時の周辺温度の情報を温度Ｔｒとしたときに、再生用光の波長λｒを以下の（７）〜（９）式のいずれか一で算出される値の範囲内に変更して、該再生用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を再生するようにした。
0.99*((1+(α-β)*(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1+(α-β)*(Tr-Tc))*λc)…（７）
0.99*((1+α(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1+α(Tr-Tc))*λc)…（８）
0.99*((1-β(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1-β(Tr-Tc))*λc)…（９）
本発明によれば、熱膨張係数、屈折率変化の温度特性の情報を予め媒体に記録しておき、記録時の波長及び温度の情報を記録時に記録したホログラフィック記録媒体を用いたホログラフィック再生システムにより、記録時と再生時の光ヘッドの周辺温度が異なっても、回折条件を満たす再生用光の波長を見積もることができる。これにより、高速かつ安定したデータ情報の再生が可能になる。
また、基準波長及び基準温度の情報を予め媒体内に記録したホログラフィック記録媒体を用いたホログラフィック記録システムにより、該基準温度及び記録時の周辺温度に基づいて記録用光の波長を調整することができる。
また、基準波長及び基準温度の情報を予め媒体内に記録したホログラフィック記録媒体を用いたホログラフィック再生システムにより、データ情報を再生する際には記録時の周辺温度を考慮する必要なく、再生時の周辺温度だけで、データ情報を再生する適切な波長を見積もることができる。さらに、基準波長及び基準温度の情報を予め媒体内に記録しておく方式の場合、ホログラフィック記録システムでは記録条件（周辺温度、波長）をホログラフィック記録方式で記録する必要がなく、またホログラフィック再生システムでは再生時にホログラフィック記録方式で記録条件を読み出す必要がないため、より確実に再生用光の波長を見積もることができる。
以下に、本発明に係るホログラフィック記録媒体の構成について説明する。
図１は、本発明に係るホログラフィック記録媒体の構成例を示す断面図である。
ホログラフィック記録媒体１０は、ガラスまたはポリカーボネート等の透明な基板１上にアドレス情報やサーボを取るためのエンボスピット（あるいは案内溝）８が形成され、その上にＡｌＴｉなどがコーティングされてなる反射膜（図示せず）が設けられている。ついで、該反射層上に、スピンコートによるＵＶ硬化樹脂や接着剤で装着されたプラスチックフィルムからなるギャップ層２、波長選択反射膜である波長フィルター３、保護膜４、記録層５、保護層６、光透過層７がこの順番で積層された構成となっている。
ここで、波長フィルター３は、エンボスピット８からアドレス情報やサーボを取るための赤色レーザー光を透過し、ホログラムを記録する緑色もしくは青色レーザー光を反射させるように設計された光学多層膜である。例えばＴｉＯ2やＮｂ2Ｏ5等の高屈折率層とＭｇＦ2やＳｉＯ2等の低屈折率層とを隣接させて高精度に蒸着やスパッタリング等の真空薄膜形成技術を用いて繰り返して形成されてなる。
保護層４は、記録層５を構成する記録材料から波長フィルター３を保護するためのものであり、記録材料と反応しないことが重要である。例えば、ＵＶ硬化樹脂塗料をスピンコートした後にＵＶ硬化させて形成したり、プラスチックフィルムを接着剤で装着したりすればよい。
記録層５は、フォトポリマーなどの記録材料からなり、光の干渉パターンによりデータ情報が記録されるものである。
保護層６は、光透過層７をプラスチック基板などからなるものとした場合に該プラスチック基板と記録層５とが直接接触しないためのものであり、光透過層７がガラス等の場合にはなくてもよい。
光透過層７は、ガラスまたはポリカーボネートなどのプラスチック基板からなるものであり、光学的異方性の小さい材料からなることが好ましい。
また、ホログラフィック記録媒体１０は、記録層５を構成する記録材料の熱膨張特性の情報および／または該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が、予めホログラフィック記録媒体１０内に記録されているものである。
このとき、記録材料の熱膨張特性の情報は、ホログラフィック記録媒体１０の実使用環境温度領域における線膨張係数であることが好ましく、記録材料の屈折率の温度依存性の情報は、ホログラフィック記録媒体１０の実使用環境温度領域における屈折率の温度変化の割合の一次の係数であることが好ましい。
また、記録材料の熱膨張特性の情報および／または該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が、基板１上のエンボスピット８として記録されてなることが好適である。
さらに、本発明のホログラフィック記録媒体１０においては、つぎの（構成１）または（構成２）のいずれかの情報が記録されていることが好ましい。
（構成１）記録層５に記録されたデータ情報とともに、該データ情報記録時のホログラフィック記録媒体の周辺温度及び記録用光の波長の情報が記録されていること。
このとき、データ情報記録時のホログラフィック記録媒体の周辺温度及び記録用光の波長の情報が記録層５にホログラフィック記録方式で記録されているとよい。また、データ情報記録時の温度及び記録波長の情報がデータ情報記録で用いられる最小画素単位よりも大きな画素単位で記録されているとさらに好ましい。
（構成２）記録層５へデータ情報を記録するための記録用光の波長または記録層５からデータ情報を再生するための再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報が、予めホログラフィック記録媒体１０内に記録されていること。
このとき、前記基準温度の情報及び基準波長の情報が、基板１上のエンボスピット８として記録されているとさらに好ましい。
つぎに、本発明のホログラフィック記録システム並びにホログラフィック再生システムの構成について説明する。ここでは、図２に、本発明のホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システムを兼ね備えたホログラフィック記録／再生システムに用いられる光学系（光ヘッド）１００の構成を光学ブロック図として示す。
図２において、符号１１は、記録再生用レーザーである。
また本発明では、記録再生用レーザー１１から出射されたレーザー光の波長を変更する波長制御手段（図示せず）を備えている。これは例えば、波長４０５ｎｍの半導体レーザー（記録再生用レーザー１１）に外部共振器を導入し、単一モードにしたものである(例えば、特開２００５−１８３４２６号公報、特開２００５−１７５０５０号公報、特開２００５−１７５０４９号公報、特開２００５−１６７００８号公報、特開２００５−１５９１０４号公報に開示のもの)。あるいは、半導体レーザーの素子内に回折格子（屈折率変調）を組み込み、その屈折率を電気的に制御して波長を変更するもの（ＤＦＢレーザー、ＤＢＲレーザー）としてもよい。
符号１２は、２次元の明暗のデータパターンを作り出す空間変調素子である。通常、ホログラムは信号光と参照光の２光束が干渉し、その干渉縞を記録媒体に記録するものである。本発明においては、一つの空間変調素子１２の中で、記録再生用レーザー１１からの光を信号光に相当する部分と、参照光に相当する部分に分け、信号光及び参照光（記録用光）Ｌ１１として出射し、それらの干渉縞を記録層５で記録する。再生時においては、その参照光に相当する部分だけを参照光（再生用光）Ｌ１１として記録層５に照射し、回折光を得る。
符号１３は、Ｓ１面において、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッターである。空間変調素子１２から出た光がＳ１面において、Ｐ偏光になるよう偏光を調整しておき、空間変調素子１２から出た光がＳ１面において透過するようにする。
符号１４は、ホログラフィック記録媒体１０に入射する光を円偏光にする１/４波長板である。また、ディスク（ホログラフィック記録媒体１０）から反射されてきた円偏光（再生光）Ｌ１２をＳ偏光に変え、ここを透過したＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッター１３によって反射され、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳなどの撮像素子１７にキャプチャーされる。
符号１５は、Ｓ２面において、信号光及び参照光（記録用光）、または参照光（再生用光）Ｌ１１及び再生光Ｌ１２（青色光）を反射し、サーボ用光Ｌ２１及びサーボ光Ｌ２２（赤色光）を透過するように設計されたダイクロイックミラーである。
符号１６は、記録用光または再生用光Ｌ１１（青色光）、サーボ用光Ｌ２１（赤色光）をホログラフィック記録媒体１０内で集光する集光レンズである。
符号１８は、サーボ用光Ｌ２１となる光を出射するサーボ用レーザーであり、記録再生用レーザー１１とは波長が異なり記録層５を感光しない波長の光を出射する。例えば、波長６５０ｎｍの半導体レーザーを使用すればよい。
符号１９は、サーボ用レーザー１８から出射された光を偏光ビームスプリッター２０でＳ偏光入射となるように調整する１/２波長板である。
符号２０は、Ｓ面において、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッターである。
符号２１は、ホログラフィック記録媒体１０に入射する光を円偏光（サーボ用光Ｌ２１）にし、ホログラフィック記録媒体１０から反射された円偏光（サーボ光Ｌ２２）をＰ偏光に変える１/４波長板である。
符号２２は、ホログラフィック記録媒体１０から反射して返ってくるエンボスピット８の情報を含んだサーボ光を受光するサーボ情報検出用ディテクターである。詳しくは、ホログラフィック記録媒体１０から反射して返ってくるサーボ光はダイクロイックミラー１５を透過した後、１/４波長板２１を透過してＰ偏光となり、このＰ偏光が偏光ビームスプリッター２０を透過してサーボ情報検出用ディテクター２２で受光される。
なお、本発明のホログラフィック記録システム及びホログラフィック再生システムとしては、ホログラフィック記録媒体１０の周辺温度を測定する温度測定手段（図示せず）を備えている。
このホログラフィック記録媒体１０の記録に際しては、図３に示すように、青色波長のレーザー光である記録用光（信号光と参照光）Ｌ１１が、光ヘッド１００からホログラフィック記録媒体１０の記録層５内で干渉パターンを生成するように光透過層７側から照射される。入射した記録用光Ｌ１１の信号光と参照光は、記録層５で干渉しあって干渉パターンを生成し、これにより記録が行われる。なお、記録用光Ｌ１１はその後記録層５を通過し、波長フィルター３に入射するが、該波長フィルター３により反射され戻り光となる。
図４に、記録時の空間変調素子１２におけるパターンを示す。このパターンは、中心部に配置されたデータ信号領域とその外側に配置された参照光領域に分けられ、通常、参照光領域は固定のパターンである。
ホログラフィック記録媒体１０への記録に際しては、図４に示すパターンの空間的な強度分布を有する記録用光が、集光レンズ１６によりホログラフィック記録媒体１０の記録層５中に集光される。そして、その強度分布を反映した屈折率分布が、記録層５中に生じ記録が行われることになる。
また、ホログラフィック記録媒体１０の再生に際しては、青色波長のレーザー光である再生用光（参照光）Ｌ１１が、光ヘッド１００からホログラフィック記録媒体１０の記録層５に焦点が合わせられて光透過層７側から照射される。入射した再生用光Ｌ１１は、記録層５の干渉パターンに応じて回折光となり、再生光Ｌ１２としてホログラフィック記録媒体１０表面から出射される。
詳しくは、図５に示すような空間変調素子１２のパターンを通過した光を再生用光Ｌ１１としてホログラフィック記録媒体１０に入射させる。この再生用光Ｌ１１が記録層５中の屈折率分布と回折条件を満たす時、図６に示すような回折光パターンを得ることができ、データ情報の再生が行われる。
ここで、回折条件を満たすことは、データ情報を再生する上で非常に重要である。特に、記録時と再生時のホログラフィック記録媒体１０の周辺温度が異なる場合、記録層５の熱膨張／収縮や屈折率変化により、記録時と同じ波長の再生用光で再生した場合、回折条件を満たさなくなり、データの再生を行うことができなくなる。本発明はこの問題を解決するものである。
なお、赤色波長のレーザー光（赤色光）がサーボ制御用の光（サーボ用光）Ｌ２１として、光ヘッド１００からエンボスピット８（厳密にはその上の反射膜）上で焦点を結ぶように光透過層７側から照射される。このとき、サーボ用光Ｌ２１は光透過層７、保護層６、記録層５、保護層４、波長フィルター３、ギャップ層２を透過して反射膜で反射され、エンボスピット８に応じた情報を含んだ反射光（サーボ光）Ｌ２２として再びギャップ層２、波長フィルター３、保護層４、記録層５、保護層６、光透過層７を透過してホログラフィック記録媒体１０表面から出射される（図３）。
以下に、本発明の実施例として、図２に示すホログラフィック記録／再生システムを用いたホログラフィック記録媒体１０の記録再生について説明する。
ここで、ホログラフィック記録媒体１０の明細は次の通りである。
（１）基板１：ポリカーボネート製プラスチック基板を用い、その表面にエンボスピット８を形成した後、反射膜として膜厚２０ｎｍのＡｌＴｉ膜を成膜した。
（２）ギャップ層２：感圧粘着剤層を有するポリカーボネート（ＰＣ）フィルム（合計厚み１００μｍ）を圧着して形成した。
（３）保護層４：感圧粘着剤層を有するＰＣ／ＳｉＯ2積層フィルム（合計厚み１００μｍ）を圧着して形成した。
（４）保護層６：ＳｉＯ2層（膜厚２０ｎｍ）を形成した。
（５）光透過層７：０．６ｍｍ厚のＰＣ基板を用いた。
また、光ヘッド１００において、記録再生用レーザー１１として波長４０５ｎｍの半導体レーザーに外部共振器を導入し、単一モードにしたものを用い、サーボ用レーザー１８として波長６５０ｎｍの半導体レーザーを用いた。
［実施例１］（記録時の温度と波長をホログラフィックデータとして書き込む例）
前述のように記録時と再生時のホログラフィック記録媒体１０の周辺温度が異なる場合、記録層５の熱膨張／収縮や屈折率変化により、記録時と同じ波長の再生用光で再生した場合、回折条件を満たさなくなり、データの再生を行うことができなくなるが、これらの回折条件は、再生時の波長を変えることにより達成することができる。例えばその際、記録層５の熱膨張係数、屈折率の温度依存特性などの材料特性、記録時の温度、波長、及び再生する際の温度が分かっていれば、回折条件を満たす再生時のおおよその波長は見積もることができる。
記録層５の熱膨張係数、及び屈折率の温度依存特性などは、記録材料固有のものと考えてよく、あらかじめエンボスピット８にてホログラフィック記録媒体１０に記録しておくほうが良い。例えば、ＭＯやＤＶＤに代表される光ディスクでは、最適な記録パワーなどの媒体の情報を予め記録しておく場所があるが、本発明のホログラフィック記録媒体１０でも、このような領域を設け、そこに熱膨張係数や屈折率の温度依存特性などの情報を記録しておく。なお、このエンボスピット８の情報に関しては、記録層５を感光させないような波長で再生することが好ましく、例えばサーボ用光を利用するとよい。
また、記録材料の熱膨張係数自体にも温度依存性があるため、例えば５℃〜５５℃など想定される使用温度環境の範囲で、いくつか熱膨張係数の値を記録しておくのが望ましい。しかし、これらの温度範囲では、一つの値（α）で代表させても、それほど回折条件を満たす再生用光の波長の見積もりには影響を与えない。
屈折率の温度依存性に関しては、ある温度範囲では温度変化に対し、ほぼ線形に変化していると近似できるため、熱膨張係数と同様、各温度に対し比例係数（ここでは屈折率の温特係数ということにする）が存在し、いくつかの温度に対する屈折率の温度特性係数を記録しておくのが望ましい。しかし、熱膨張係数の場合と同様、一つの値（β）で代表させても、再生用光の波長の見積もりには影響を与えない。
一方、記録時のホログラフィック記録媒体１０の温度、記録用光の波長に関しては、システムとして指定しない限りにおいては、エンボスピット８で情報を予め入れておくことはできず、記録時にホログラフィックデータ情報として記録層５に書き込むことになる。なお、ホログラフィック記録媒体１０の温度としては、温度測定手段により測定されるホログラフィック記録媒体１０の周辺温度を近似する温度として用いればよい。
一般に、ユーザーデータについては、１ページ内のデータ量を上げるため、図６に示すようなデータパターンのひとつひとつのデータ画素単位をできるだけ小さくしている。しかし、そのためにわずかな回折条件のずれによってもデータ情報が再生できなくなってしまう危険性がある。
またそもそも、再生用光の波長を見積もるために記録された記録時のホログラフィック記録媒体１０の周辺温度（Ｔｗ）と記録用光の波長（λｗ）の情報（情報１）を読み出すための波長は、必ずしも回折条件を満たしているとは限らない。そのため、それらの情報に関しては、回折条件を満たす波長から多少異なる波長であっても、確実に読み出せることが重要である。したがって、図７に示すように、情報１を通常のデータパターンを構成する一つ一つのデータ画素単位よりも大きなデータ画素単位として記録することが好ましい。あるいは、図８に示すように、通常のデータページとは別に、情報１を記録する特別なページを設けてもよい。
しかし、このように記録時のホログラフィック記録媒体１０の周辺温度（Ｔｗ）と記録用光の波長（λｗ）の情報を記録するデータ画素を大きくしても、回折条件を満たす波長から大きく外れた波長では、再生できないことがある。そのような場合は、レーザー波長を変えながら、上記情報１の再生を行う必要がある。
上記のようにして、再生時に、記録層５を構成する記録材料の熱膨張係数（α）、屈折率の温度特性係数（β）、並びに記録時の周辺温度（Ｔｗ）、再生時の周辺温度（Ｔｒ）、及び記録時の記録用光の波長（λｗ）が分かると、記録層５の回折条件を満たす再生用光の波長（λｒ）は、高次の項を無視すると、次式のように見積もることができる。
λr ＝ (１＋(α−β)*(Ｔr−Ｔｗ))*λｗ
再生時の再生用光の波長を、上式の見積もりのように調整できれば問題ないが、必ずしもそのように調整できるとは限らない。しかし、データを正確に再生するためには、少なくとも回折条件を満たす波長から±１％以内の波長で読み出すことが必要であり、高開口数のレンズを使用する場合など、特に回折条件が厳しい状況においては、願わくはその範囲を±０．５％以内に抑えるのが好ましい。
もちろん、記録材料の屈折率の温度特性係数が熱膨張係数よりも十分小さい場合は、熱膨張の影響だけを考えればよく、その場合屈折率の温度特性係数を予め媒体に記録しておく必要もなく、回折条件を満たす再生用光の波長は、次式のように考えてよい。
λr ＝(１＋α(Ｔｒ−Ｔｗ))*λｗ
逆に、記録材料の屈折率の温度特性係数が支配的な場合は、屈折率変化の影響だけを考えればよく、その場合熱膨張係数を予め媒体に記録しておく必要もなく、回折条件を満たす再生用光の波長は、次式のように考えてよい。
λr ＝ (１−β(Ｔｒ−Ｔｗ))*λｗ
ここで必要とされる記録時の周辺温度（Ｔｗ）と記録用光の波長（λｗ）の情報に関しては、図７に示すように、各データページの一部の領域を使用してもよく、もしくは、図８に示すように、通常のデータページとは別に、このような情報を記録する特別なページを設けてもよい。
また、再生用光の波長を変えてデータ情報を再生する場合、光学的なズームを調整するのが好ましい。具体的には、λr／λw倍の光学的なズームを入れることにより、記録時と同等の大きさでデータ情報を再生することができる。
本実施例の具体例としては、線膨張係数がα＝０．００１／℃、屈折率の温度特性係数がβ＝−０．００００７／℃の記録材料に、記録時の周辺温度Ｔｗ＝２５℃、記録用光の波長λｗ＝４０５ｎｍで記録場合、再生時の周辺温度が４０℃だとすると、再生時の再生用光の波長λrは、λr=４１１．５ｎｍとする。
ちなみに、この具体例の場合、屈折率の温度特性係数に比べ、線膨張係数が十分大きく、β＝０としても、再生時の再生用光の波長はλr＝４１１．１ｎｍとなり、βを考慮した場合とそれほど変わらない。従って、ホログラフィック記録媒体１０には線膨張係数の値だけを記録し、屈折率変化を無視しても問題ない。
［実施例２］（基準温度、基準波長を予め記録しておく例）
実施例１で示したような記録材料の熱膨張係数や屈折率の温度依存性の情報に加えて、基準波長と基準温度の情報を、予めホログラフィック記録媒体１０のエンボスピット８で記録しておく。すなわち、記録層５の熱膨張係数、屈折率の温度依存特性などの材料特性、基準波長と基準温度及び記録する際あるいは再生する際の周辺温度が分かっていれば、回折条件を満たす記録時、再生時のおおよその波長を見積もることができる。
まず、データ情報を記録するときは、記録層５を構成する記録材料の熱膨張係数(α)、屈折率の温度特性係数(β)、基準波長(λｃ)、基準温度(Ｔｃ)をホログラフィック記録媒体１０から読み取り、ホログラフィック記録／再生システムから周辺温度(Ｔｗ)を読み取るようにしておき、記録時の記録用光の波長(λｗ)を次式で求められる値に調整し、データ情報を記録すればよい。
λｗ ＝ (１＋(α−β)*(Ｔｗ−Ｔｃ))*λｃ
このとき、屈折率の温度特性係数が熱膨張係数よりも十分小さい場合は、熱膨張の影響だけを考えればよく、屈折率の温度特性係数を予めホログラフィック記録媒体１０に記録しておく必要もない。したがって、記録時の記録用光の波長は、次式のように考えてよい。
λｗ ＝ (１＋α(Ｔｗ−Ｔｃ))*λｃ
逆に、屈折率の温度特性係数が支配的な場合は、屈折率変化の影響だけを考えればよく、その場合熱膨張係数を予めホログラフィック記録媒体１０に記録しておく必要もない。したがって、記録時の記録用光の波長は、次式のように考えてよい。
λｗ ＝ （１−β(Ｔｗ−Ｔｃ))*λｃ
このような波長の記録用光で記録することにより、そのデータ情報が記録された温度に関わらず、基準温度(Ｔｃ)でデータ再生を行う場合の回折条件を満たす再生用光の波長は基準波長(λｃ)となる。
一方、データ再生を行う場合は、ホログラフィック記録／再生システムから周辺温度(Ｔｒ)を読み取るようにしておき、再生時の再生用光の波長(λｒ)を次式で求められる値に調整し、データ情報を再生すればよい。
λｒ ＝ (１＋(α−β))*(Ｔｒ−Ｔｃ))*λｃ
このとき、屈折率の温度特性係数が熱膨張係数よりも十分小さい場合は、熱膨張の影響だけを考えればよく、屈折率の温度特性係数を予めホログラフィック記録媒体１０に記録しておく必要もない。したがって、回折条件を満たす再生用光の波長は、次式のように考えてよい。
λｒ ＝ (１＋α(Ｔｒ−Ｔｃ))*λｃ
逆に、屈折率の温度特性係数が支配的な場合は、屈折率変化の影響だけを考えればよく、熱膨張係数を予めホログラフィック記録媒体１０に記録しておく必要もない。したがって、回折条件を満たす再生用光の波長は、次式のように考えてよい。
λｒ ＝ (１−β(Ｔｒ−Ｔｃ))*λｃ
本実施例においても、記録用光及び再生用光の波長を、上記の見積もりのように調整できれば問題ないが、必ずしもそのように調整できるとは限らない。しかし、データ情報を正確に再生するためには、少なくとも上記波長から±１％以内の波長で記録及び再生することが必要であり、高開口数のレンズを使用する場合など、特に回折条件が厳しい状況においては、願わくはその範囲を±０．５％以内に抑えるのが好ましい。
本実施例の具体例としては、線膨張係数がα＝０．００１／℃、屈折率の温度特性係数が、β＝−０．００００７／℃の記録材料に、基準波長λｃ＝４０５ｎｍ、基準温度Ｔｃ＝２５℃のシステムにおいては、記録時の周辺温度がＴｗ＝２０℃の場合、記録時の記録用光の波長は、λｗ＝４０２．８ｎｍとなる。
一方、上記条件で記録されたデータ情報を再生時の周辺温度Ｔｒ＝３０℃で再生する場合は、再生時の再生用光の波長λｒは、λｒ＝４０７．２ｎｍとなる。
ちなみに、この具体例の場合も、屈折率の温度特性係数に比べ、線膨張係数が十分大きく、β＝０としても、記録用光及び再生用光の波長は、それぞれλｗ＝４０３．０ｎｍ、λｒ＝４０７．０ｎｍとなり、βを考慮した場合とそれほど変わらない。従って、記録媒体には、線膨張係数の値だけを記録し、屈折率変化を無視しても問題ない。
また、本実施例においては、記録時においても、記録用光の波長を調整しなければならない煩わしさはあるものの、再生時に記録時の周辺温度とは関係なく、再生時の周辺温度を考慮するだけで再生用光の波長を決めることができる。すなわち、実施例１における、記録時の記録用光の波長や周辺温度をその都度ホログラフィック方式で記録する必要がないメリットがある。
本発明に係るホログラフィック記録媒体の構成を示す断面図である。 本発明に係るホログラフィック記録／再生システムの光ヘッドの構成を示す概略図である。 本発明のホログラフィック記録媒体への光の照射及び反射状態を示す概略図である。 記録時の空間変調素子におけるパターンを示す図である。 再生時の空間変調素子におけるパターンを示す図である。 回折条件を満たして再生された場合の回折光パターンを示す図である。 記録時の周辺温度（Ｔｗ）と記録用光の波長（λｗ）の情報がデータページに記録されたパターンを示す図である。 記録時の周辺温度（Ｔｗ）と記録用光の波長（λｗ）の情報がデータページとは別の専用ページに記録されたパターンを示す図である。
符号の説明
１…基板、２…ギャップ層、３…波長フィルター、４，６…保護層、５…記録層、７…光透過層、８…エンボスピット、１０…ホログラフィック記録媒体、１１…記録再生用半導体レーザー、１２…空間変調素子、１３…偏光ビームスプリッター、１４，２１…１／４波長板、１５…ダイクロイックミラー、１６…集光レンズ、１７…撮像素子、１８…サーボ用レーザー、１９…１／２波長板、２０…偏光ビームスプリッター、２２…サーボ情報検出用ディテクター、Ｌ１１…記録用光（再生用光）、Ｌ１２…再生光、Ｌ２１…サーボ用光、Ｌ２２…サーボ光

Claims (5)

  1. 光の干渉パターンにより記録されたデータ情報とともに該データ情報記録時の温度及び記録波長の情報が記録された記録層と、
    上記記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が予めエンボスピットとして記録された基板と
    を有するホログラフィック記録媒体。
  2. 光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、上記記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板
    を有するホログラフィック記録媒体。
  3. 光の干渉パターンにより記録されたデータ情報とともに該データ情報記録時の温度及び記録波長の情報が記録された記録層と、上記記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報が予めエンボスピットとして記録された基板とを有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、再生用レーザーから出射されるレーザー光を使用した再生用光を生成する再生用光生成手段と、上記再生用光の波長を変更する波長制御手段と、上記再生用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、
    上記再生用光又はサーボ用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射するとともに、上記再生用光により上記ホログラフィック記録媒体で発生する再生光又は上記サーボ用光により上記ホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、
    上記再生光を検出する撮像素子と、
    上記サーボ光を検出する光検出器と、
    上記ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段と
    を有し、
    上記記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、上記記録材料の屈折率の温度依存性の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、上記データ情報記録時の温度の情報を温度Ｔｗ、上記記録用光の波長の情報を波長λｗ、上記データ情報再生時の周辺温度の情報を温度Ｔｒとしたときに、
    上記再生用光の波長λｒを以下の（１）〜（３）式のいずれか一で算出される値の範囲内に変更して、該再生用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を再生する
    ホログラフィック再生システム。
    0.99*((1+(α-β)*(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1+(α-β)*(Tr-Tw))*λw)…（１）
    0.99*((1+α(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1+α(Tr-Tw))*λw)…（２）
    0.99*((1-β(Tr-Tw))*λw)≦λr≦1.01*((1-β(Tr-Tw))*λw)…（３）
  4. 光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、上記記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板を有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、記録用レーザーから出射されるレーザー光を使用した記録用光を生成する記録用光生成手段と、上記記録用光の波長を変更する波長制御手段と、上記記録用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、
    上記記録用光又はサーボ用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射するとともに、上記サーボ用光により上記ホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、
    上記サーボ光を検出する光検出器と、
    上記ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段と
    を有し、
    上記記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、上記記録材料の屈折率の温度依存性の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、上記基準温度の情報を温度Ｔｃ、上記
    基準波長の情報を波長λｃ、上記データ情報記録時の周辺温度の情報を温度Ｔｗとしたと
    きに、
    上記記録用光の波長λｗを以下の（４）〜（６）式のいずれか一で算出される値の範囲
    内に変更して、該記録用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を記録す
    る
    ホログラフィック記録システム。
    0.99*((1+(α-β)*(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1+(α-β)*(Tw-Tc))*λc)…（４）
    0.99*((1+α(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1+α(Tw-Tc))*λc)…（５）
    0.99*((1-β(Tw-Tc))*λc)≦λw≦1.01*((1-β(Tw-Tc))*λc)…（６）
  5. 光の干渉パターンによりデータ情報が記録される記録層を構成する記録材料の熱膨張特性の情報及び／又は該記録材料の屈折率の温度依存性の情報と、上記記録層へデータ情報を記録する記録用光の波長又は該記録層からデータ情報を再生する再生用光の波長を調整するための基準温度の情報及び基準波長の情報とが予めエンボスピットとして記録された基板を有するホログラフィック記録媒体に対して照射する、再生用レーザーから出射されるレーザー光を使用した再生用光を生成する再生用光生成手段と、上記再生用光の波長を変更する波長制御手段と、上記再生用光とは波長が異なるサーボ用光を出射するサーボ用レーザーとを具える光ヘッドと、
    上記再生用光又はサーボ用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射するとともに、上記再生用光により上記ホログラフィック記録媒体で発生する再生光又は上記サーボ用光により上記ホログラフィック記録媒体から情報を含んで返ってくるサーボ光を収集する光学系と、
    上記再生光を検出する撮像素子と、
    上記サーボ光を検出する光検出器と、
    上記ホログラフィック記録媒体の周辺温度を測定する温度測定手段と
    を有し、
    上記記録材料の熱膨張特性の情報を線膨張係数α、上記記録材料の屈折率の温度依存性
    の情報を屈折率の温度変化の割合の一次の係数β、上記基準温度の情報を温度Ｔｃ、上記
    基準波長の情報を波長λｃ、上記データ情報再生時の周辺温度の情報を温度Ｔｒとしたと
    きに、上記再生用光の波長λｒを以下の（７）〜（９）式のいずれか一で算出される値の範囲内に変更して、該再生用光を上記ホログラフィック記録媒体に照射しデータ情報を再生する
    ホログラフィック再生システム。
    0.99*((1+(α-β)*(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1+(α-β)*(Tr-Tc))*λc)…（７）
    0.99*((1+α(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1+α(Tr-Tc))*λc)…（８）
    0.99*((1-β(Tr-Tc))*λc)≦λr≦1.01*((1-β(Tr-Tc))*λc)…（９）
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