JP4502028B2 - 再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体についての再生方法に関する。

特開２００６−１０７６６３号公報 特開２００７−７９４３８号公報

例えば上記の各特許文献にあるように、信号光と参照光との干渉縞によりデータの記録を行い、また上記干渉縞で記録されたデータを上記参照光の照射によって再生するホログラム記録再生方式が知られている。このホログラム記録再生方式としては、上記信号光と上記参照光とを同軸上に配置して記録を行う、いわゆるコアキシャル方式が知られている。

図１２、図１３は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生の手法について説明するための図として、図１２は記録手法、図１３は再生手法についてそれぞれ示している。
先ず、図１２において、記録時には、光源からの入射光に対し、ＳＬＭ（空間光変調器）１０１にて空間光変調（例えば光強度変調）を施すことで、図のように同軸上に配置された信号光と参照光とを生成するようにされる。ＳＬＭ１０１は、例えば液晶パネルなどで構成されるものである。
このとき、上記信号光としては、記録データに応じた空間光変調を施して生成される。また、上記参照光は、所定パターンによる空間光変調を施して生成する。

このようにＳＬＭ１０１にて生成された信号光、参照光に対しては、位相マスク１０２による空間位相変調が施される。図示されるように、この位相マスク１０２によっては、信号光に対してランダムな位相パターンを与え、参照光に対しては、予め定められた所定の位相パターンを与えるようにされる。

ここで、参照光に対して位相変調を施すのは、特許文献１にも記載されるように、ホログラム記録媒体への多重記録が可能となるようにするためである。すなわち、或る位相構造を有する参照光を用いて記録した信号光（データ）は、再生時において同一の位相構造による参照光を照射することによってのみ読み出すことができるので、これを応用し、記録時にそれぞれ異なる位相構造による参照光を用いてデータを多重記録し、再生時にはそれらの各位相構造による参照光を択一的に照射することで、多重記録されたそれぞれのデータを選択的に読み出すことができるといったものである。

また、信号光に対してランダムな位相変調パターンを与えるのは、信号光と参照光との干渉効率の向上や、信号光のスペクトルの拡散を図ることでＤＣ成分を抑圧し、高記録密度化を図るためである。
信号光に対する位相変調パターンとしては、例えば「０」「π」の２値によるランダムパターンを設定するものとされている。すなわち、位相変調を行わないピクセル（つまり位相＝０）と、位相をπ（１８０°）だけ変調するピクセルとが半々となるようにして設定したランダムな位相変調パターンを設定するものである。

ここで、ＳＬＭ１０１による光強度変調によっては、信号光として、その光強度が記録データに応じて「０」「１」に変調された光が生成される。このような信号光に対し、「０」又は「π」による位相変調が施されることによっては、光の波面の振幅として、「−１」「０」「１（＋１）」を有する光がそれぞれ生成されることになる。すなわち、光強度「１」のピクセルについて位相「０」の変調が与えられたときは、振幅は「１」であり、位相「π」による変調が得られたときは振幅は「−１」となる。なお、光強度「０」のピクセルについては位相「０」又は「π」の何れの変調に対しても振幅は「０」のままである。

信号光は、記録データに応じて強度変調されたものである。このため、光強度（振幅）「０」「１」が必ずしもランダムに配置されるものとはならず、ＤＣ成分の発生を助長することになる。
上記位相マスク１０２による位相パターンは、ランダムパターンとされている。これによって、ＳＬＭ１０１から出力される信号光内の光強度「１」のピクセル（振幅「１」のピクセル）を、振幅「１」と「−１」とにランダム（半々）に分けることができるようにされている。このように振幅「１」と「−１」とにランダムに分けられることで、フーリエ面（メディア上での像）において均質にスペクトルをばらまくことができ、これによって信号光におけるＤＣ成分の抑圧を図ることができるものである。

このように信号光のＤＣ成分の抑圧が図られれば、データ記録密度の向上を図ることができる。
ここで、信号光にＤＣ成分が生じることによっては、該ＤＣ成分によって記録材料が大きく反応し、上述した多重記録を行うことができなくなってしまう。すなわち、ＤＣ成分が記録された部分に対しては、それ以上データを多重させて記録することができなくなってしまうものである。
上記のようなランダム位相パターンによってＤＣ成分の抑圧が図られれば、データの多重記録が可能となり、それによって高記録密度化が図られる。

説明を戻す。
上記位相マスク１０２による位相変調を受けた信号光、参照光は、共に対物レンズ１０３によって集光されてホログラム記録媒体１００に対して照射される。これにより、ホログラム記録媒体１００においては、信号光（記録像）に応じた干渉縞（回折格子：ホログラム）が形成される。すなわち、該干渉縞の形成によってデータが記録されるものである。

続いて、再生時においては、先ず図１３（ａ）に示されるように、入射光に対するＳＬＭ１０１の空間光変調（強度変調）によって、参照光のみを生成するようにされる。そして、このように生成された参照光に対しては、位相マスク１０２による空間光位相変調により、記録時と同じ所定の位相パターンが与えられることになる。

ここで確認のために、再生時に生成される上記参照光について次の図１４を参照して説明しておく。
図１４（ａ）は、再生時のＳＬＭ１０１の強度変調によって生成される参照光を示し、図１４（ｂ）は、位相マスク１０２による位相変調が施された参照光を示している。この図１４においては、色濃度によって光の振幅の大小関係を表現している。具体的に、図１４（ａ）では黒色→白色により振幅「０」→「１」を表し、図１４（ｂ）では黒色→灰色→白色により振幅「−１」→「０」→「１（＋１）」を表している。

この図１４より、参照光についても、位相マスク１０２による位相パターンが与えられることで、強度「１」で変調された振幅「１」のピクセルが、振幅「１」（位相＝０）と振幅「−１」（位相＝π）とに分けられていることが確認できる。

図１３（ａ）において、位相マスク１０２による位相変調を受けた上記参照光は、対物レンズ１０３を介してホログラム記録媒体１００に対して照射される。
このとき、参照光は記録時と同じ位相パターンが与えられたものとなっている。このような参照光がホログラム記録媒体１００に照射されることによっては、図１３（ｂ）に示すように、記録されたホログラム像に応じた回折光が得られ、該回折光がホログラム記録媒体１００からの反射光として出力されることになる。すなわち、記録データに応じた再生像が得られる。

そして、このようにして得られた再生像を、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどとされるイメージセンサ１０４で受光し、該イメージセンサ１０４の受光信号に基づき、記録データの再生が行われる。

ところで、上記により説明した従来のホログラム記録再生の手法では、記録時において、位相マスク１０２による位相変調（「０」「π」）を施して、「−１」「０」「１」の振幅を有する信号光をホログラム記録媒体１００に対して照射するものとしているが、ホログラム記録媒体１００には、光の強度の情報と共に、位相の情報も記録することができるので、位相「π」による変調を受けた「−１」という振幅の情報は、そのままホログラム記録媒体１００に対して記録されることになる。

しかしながら、これに対しイメージセンサ１０４側では、ホログラム記録媒体１００に記録された位相の情報を検出することはできないものとなっている。すなわち、位相「π」の変調が与えられた「−１」という振幅情報は検出できないものとなる。
この場合、イメージセンサ１０４では、記録された振幅の絶対値（２乗値）としての光強度を検出していることになるので、位相「π」が与えられて記録された振幅「−１」も、位相「０」が与えられて記録された振幅「１」も、同じ光強度「１」としてしか検出できないものとなる。

このようにして、ホログラム記録再生系では、メディア側には位相情報を記録できるが、装置側では位相情報を検出することができないものとなっている。つまり、この点で非線形性を有する。
このような非線形性の問題から、図１２、図１３で説明したような従来の記録再生手法を採る場合には、イメージセンサ１０４で得られた受光信号に基づいて適正なデータ再生を行うことが非常に困難とされており、課題の１つとされていた。

そこで、先に本出願人は、このような非線形性の問題を回避するための再生手法として、コヒーレント加算方式による再生手法を各種提案した。
このコヒーレント加算方式では、再生時において、参照光のみでなく、光の振幅（強度）・位相が均一となるように生成したコヒーレント光も併せて照射する方式を総称したものである。具体的に、図１２、図１３に示したようなコアキシャル方式を採用する場合においては、記録時の信号光が生成されるエリアにおいて、上記コヒーレント光を生成するようにされる。

このように再生時において参照光とコヒーレント光とを併せて照射することで、参照光の照射に応じてホログラム記録媒体１００から得られる再生像に対し、上記コヒーレント光を干渉させるようにして加算することができる。つまり、これによってイメージセンサ１０４において、再生像にコヒーレント光が加算された成分を検出させるものである。

このようなコヒーレント加算方式による再生を行うことで、

１．ホログラム記録再生系の線形性が確保される

２．再生像のコントラストの拡大が図られ、Ｓ／Ｎの改善が図られる

などの利点が得られる。
特に、１．の利点によっては、イメージセンサ１０４の受光信号に対して行う信号処理、特に符号間干渉（ピクセル間干渉）抑制のための信号処理を有効に作用させることができ、これによって受光信号に基づくデータ再生をより容易なもとして実現化させることができる。
また、２．の利点もデータ再生をより現実的なものとして実現させるために大いに寄与する。
このように、コヒーレント加算方式による再生を行うことによっては、データ再生をより現実的なものとして実現化できるなど、非常に優れた様々な効果を生み出す。

しかしながら、コヒーレント光は、振幅・位相が均一となるように生成されたものであるため、これがホログラム記録媒体１００に対して照射されたときには、該ホログラム記録媒体１００内で光スポットが形成され、非常に強いピークが発生してしまうことになる。
この点から、コヒーレント加算方式による再生を行う場合には、再生時に記録データの破壊を招いてしまったり、或いは記録材料に対してダメージを与えてしまう可能性があった。

そこで、本発明では、信号光と参照光との干渉縞によって情報が記録される記録層と、上記記録層よりも下層側に形成される第１の反射膜と、上記記録層と上記第１の反射膜との間に対して形成されたギャップ層と、上記第１の反射膜よりも下層側において、凹凸断面構造が与えられた基板と、上記基板の凹凸面上に形成された第２の反射膜と、を備え、上記第１の反射膜は、第１の光源からの光を反射し且つ上記第１の光源とは波長の異なる第２の光源からの光は透過するように構成されている信号光と参照光との干渉縞によって情報が記録されるホログラム記録媒体についての再生方法であって、上記第１の光源からの光に基づき、上記参照光と、振幅・位相が均一となるようにされた上記参照光内の基準位相に対し所定の位相差を与えたコヒーレント光とを生成し、これら参照光とコヒーレント光とを、上記ホログラム記録媒体に対して照射する光照射ステップと、上記光照射ステップによる光照射に応じて上記ホログラム記録媒体からの反射光として得られる、記録情報に応じた再生像と上記コヒーレント光とを受光し、該受光結果に基づき情報再生を行う再生ステップとを備え、上記光照射ステップは、上記第２の光源からの光を、上記参照光と上記コヒーレント光と共に共通の対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して照射し、上記第２の反射膜より得られる上記第２の光源からの光の反射光を検出した結果に基づき、上記対物レンズのフォーカス方向の位置制御を行うフォーカス制御ステップをさらに備え、上記光照射ステップは、上記ギャップ層の厚さが１０〜２０マイクロメートルの範囲内とされた上記ホログラム記録媒体に対して光照射を行うものである。

上記本発明によれば、ホログラム記録媒体には、記録層の下層側において、反射膜より上層にギャップ層（光透過層）が形成される。照射光のフォーカス点（合焦点）は、ホログラム記録媒体に形成された反射膜からの反射光に応じて制御される。よって、上記のように記録層と反射膜との間にギャップ層を挿入すれば、その分、記録層とフォーカス点とを離間させることができる。

上記のようにして本発明によれば、ギャップ層の形成によって、照射光のフォーカス点と記録層とを離間させることができる。すなわち、ギャップ層の厚さに応じた分だけデフォーカスさせることができる。これにより、コヒーレント加算方式による再生手法として、参照光とコヒーレント光とを照射してホログラム記録媒体についての再生を行う場合において、上記コヒーレント光による光スポットのピーク強度を効果的に抑制することができ、記録データの破壊や、記録層（記録材料）にダメージが与えられてしまうことの防止を図ることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。

［ホログラム記録媒体の構成］

図１は、本発明のホログラム記録媒体の一実施形態としての、ホログラム記録媒体ＨＭの断面構造を示している。
先ず、実施の形態としてのホログラム記録媒体ＨＭは、ディスク状（円盤状）の形状を有するものとされる。そして、図示するようにその断面構造としては、後述する記録再生装置からの光が入力される順に上層→下層としたとき、上層側から順にカバー層ＨＭ−Ａ、記録層ＨＭ−Ｂ、ギャップ層ＨＭ−Ｃ、第１反射膜ＨＭ−Ｄ、中間層ＨＭ−Ｅ、第２反射膜ＨＭ−Ｆ、基板ＨＭ−Ｇが形成されている。

カバー層ＨＭ−Ａは、例えばガラス等で構成され、その下層に形成される記録層ＨＭ−Ｂを保護するために設けられる。

記録層ＨＭ−Ｂは、信号光と参照光との干渉縞によって情報が記録される層である。該記録層ＨＭ−Ｂの材料（記録材料）には、所定の波長による光が照射されたときに、モノマーがポリマーに変化する性質のものが選定される。
ここで、ホログラム記録媒体ＨＭで用いられる記録材料としては、このようなモノマーからポリマーへの変化の密度が粗であり、モノマーを使い切るまでは同じ位置に対して干渉縞を多重的に形成することができる。すなわちこのことで、データを多重記録することが可能とされている。
具体的に、この場合の記録材料としては、後述する記録再生装置が備える第１レーザ１を光源とする例えば波長＝４１０nmの青紫色レーザ光に反応して干渉縞が形成されるように構成されている。

上記記録層ＨＭ−Ｂの下層側においては、後述するギャップ層ＨＭ−Ｃを隔て第１反射膜ＨＭ−Ｄが形成されている。
この第１反射膜ＨＭ−Ｄは、再生時において上記第１レーザ１を光源とする参照光が照射されたことに応じ上記記録層ＨＭ−Ｂに形成された干渉縞（記録されたデータ）に基づく再生像（再生光）が得られたときに、これを反射光として記録再生装置側に戻すために設けられる。
ここで、この第１反射膜ＨＭ−Ｄとしては、波長選択性を有するように構成される。具体的には、上述した第１レーザ１を光源とする青紫色レーザ光は反射するが、後述する第２レーザ１４により照射されることになる、例えば波長＝６５０nmによる赤色レーザ光は透過するようにして構成されている。

上記第１反射膜ＨＭ−Ｄの下層に対しては、中間層ＨＭ−Ｅを隔て、第２反射膜ＨＭ−Ｆの形成された基板ＨＭ−Ｇが形成される。
この基板ＨＭ−Ｇには、例えばホログラム記録媒体ＨＭの内周側から外周側にかけてスパイラル状にピット列が形成されている。すなわち、該ピット列によって記録トラックが形成されている。このピット列によっては、アドレス情報等の所要の情報が記録される。
そして、このようなスパイラル状のトラックが形成された基板ＨＭ−Ｇの表面側（凹凸面側）に対しては、上記第２反射膜ＨＭ−Ｆが、例えばスパッタリングや蒸着などの方法で成膜されて形成される。この第２反射膜ＨＭ−Ｆとしては、上記第２レーザ１４により照射される赤色レーザ光を反射するように構成される。
第２反射膜ＨＭ−Ｆの上層側が、上述した中間層ＨＭ−Ｅとしての、例えばレジン等の接着材料によって第１反射膜ＨＭ−Ｄの下層側に対して接着されている。

ここで、上記説明から理解されるように、実施の形態のホログラム記録媒体ＨＭとしては、ホログラムによる情報記録が行われる記録層ＨＭ−Ｂの下層側に対して、ピット列による情報記録が行われた層（第２反射膜ＨＭ−Ｆ）が設けられている。そして、該ピット列による記録層に対しては、ホログラムについての記録再生を行うための光（第１レーザ１を光源とする光：第１レーザ光）とは別の、波長の異なる光（第２レーザ１４を光源とする光：第２レーザ光）が照射されるようになっている。
後述する記録再生装置では、このような第２レーザ光を照射して得られる第２反射膜ＨＭ−Ｆからの反射光を利用して、トラッキングサーボやフォーカスサーボなどの各種サーボ制御、及びアドレス情報に基づくアクセス制御など、各種の位置制御を行うようにされている。すなわち、ホログラムについての記録再生用のレーザ光とは波長の異なる別途のレーザ光を照射することで、記録再生のための各種の位置制御を行うようにされている。

ここで、このように記録再生のための各種位置制御を、ホログラム記録再生とは波長の異なる別途のレーザ光を照射して行うようにしているのは、以下のような理由による。
例えば、従来のＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクについて記録再生を行うディスクドライブ装置では、記録再生のためのレーザ光を用いてトラッキングサーボ等の位置制御を行うようにされている。すなわち、従来のディスクドライブ装置では、１種の共通のレーザ光の照射により、記録再生と位置制御とを同時的に行うようにされている。
従来の光ディスクについて、このように１種のレーザ光の照射のみで記録再生と位置制御を行うことが可能とされるのは、その記録層に記録パワーについての明確な閾値が存在するからである。

しかしながら、ホログラム記録媒体の場合は、従来の光ディスクとは事情が異なる。すなわち、ホログラム記録媒体の記録材料としては、現状ではフォトポリマーなどが有力視されているが、このフォトポリマーには記録パワーについての明確な閾値は存在しないものとなってる。つまり、モノマーのポリマーへの変化特性は照射光のパワーでなく波長に大きく依存するものとなっており、従来の光ディスクのように低パワーによるレーザ光照射を行ったとしても、モノマーがポリマーに変化してしまいその部分の記録特性を悪化させてしまう可能性がある。
このため、本実施の形態では、記録再生用のレーザ光とは波長の異なる別途のレーザ光を用いて、各種の位置制御を行うようにされているものである。

［記録再生装置の構成］

続いて、上記により説明した本実施の形態としてのホログラム記録媒体ＨＭについて記録再生を行う記録再生装置の構成について、次の図２のブロック図を参照して説明する。
この図２に示される実施の形態としての記録再生装置は、ホログラム記録再生方式として、いわゆるコアキシャル方式に対応する構成が採られる。すなわち、信号光と参照光とを同一軸上に配置してホログラム記録媒体ＨＭに照射して干渉縞によるデータ記録を行い、また再生時には上記参照光をホログラム記録媒体ＨＭに対して照射することで干渉縞により記録されたデータについての再生像を得るようにされるものである。

図２において、記録再生装置内には、ホログラム記録媒体ＨＭを保持する媒体保持部（図示せず）が設けられ、記録再生装置内にホログラム記録媒体ＨＭが装填されると、当該媒体保持部により、上記ホログラム記録媒体ＨＭがスピンドルモータ１８によって回転駆動可能に保持される。記録再生装置では、このように回転駆動されるホログラム記録媒体ＨＭに対し、第１レーザ１を光源とする第１レーザ光が照射されることによってホログラムページの記録／再生が行われる。
ここで、ホログラムページとは、信号光の１度の照射によって記録することのできるデータ単位を指すものであり、ホログラム記録媒体ＨＭに対する書き込み／読み出しの最小単位となる。

第１レーザ１は、例えば外部共振器付きのレーザダイオードなどとされ、レーザ光の波長は例えば４１０nmとされる。
第１レーザ１から出射された第１レーザ光は、ミラー２→ミラー３を介して空間光変調部４に入射する。

空間光変調部４は、入射光に対する空間光変調を施す。本例の場合、この空間光変調部４としては、コヒーレント加算方式による再生を行うことが可能となるように、空間光強度変調（以下、単に強度変調とも言う）と共に、空間光位相変調（単に位相変調とも言う）も行うように構成されている。

ここで、図３に、このような強度変調と位相変調とが可能な空間光変調部４の構成を示す。
この図３に示されるように、空間光変調部４としては、入射光に対する空間光強度変調を行う強度変調器４ａと、空間光位相変調を行う位相変調器４ｂとを備えて構成される。これら強度変調器４ａ、位相変調器４ｂは、共に透過型の液晶パネルで構成される。
強度変調器４ａは、後述する記録変調部２７からの駆動信号に基づき、画素単位で透過率を変化させることで入射光に対する強度変調を行うようにされる。
位相変調器４ｂは、記録変調部２７からの駆動信号に基づき、画素単位で入射光に対する位相変調を施すように構成されている。

ここで、上記位相変調器４ｂとしての、画素単位による位相変調が可能な液晶パネルとしては、内部の液晶素子を、次の図４に示す考えに基づき構成することで実現することができる。
図４（ａ）では、液晶パネル内の液晶素子に駆動電圧を印加していない状態（つまり駆動電圧OFFの状態）での液晶分子の様子を示し、図４（ｂ）では液晶素子に所定レベルでの駆動電圧を印加した状態（駆動電圧ONの状態）での液晶分子の様子を示している。
図示するようにして図４（ａ）の駆動電圧OFFの状態では、液晶分子は水平配向となり、また図４（ｂ）に示す駆動電圧ONの状態では液晶分子は垂直配向に変化することになる。
このとき、液晶素子の屈折率ｎについて、駆動電圧OFFによる上記水平配向時の屈折率をｎh、所定レベルでの駆動電圧ONによる上記垂直配向時の屈折率をｎvとすると、液晶素子の厚さをｄとした場合、駆動電圧OFF時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎh」となり、駆動電圧ON時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎv」となる。従ってこのことから、駆動電圧のON/OFFによって与えることのできる位相差Δｎｄとしては、
Δｎｄ＝ｄ×ｎh−ｄ×ｎv
により表されるものとなる。
この関係式より、画素単位で所要の位相差を与えるにあたっては、液晶素子の厚さｄを調整すればよいことがわかる。
本実施の形態の位相変調器４ｂとしては、液晶素子の厚さｄを調整することで、例えば位相差Δｎｄ＝πとなるように設定している。すなわち、これによって各画素ごとに、上記ON／OFFとしての駆動電圧の切換を行うことで「０」と「π」の２値による光位相変調を施すことが可能とされているものである。

また、上記のように所定レベルによる駆動電圧ON時と駆動電圧OFF時とで位相「０」「π」の変調を行うことができるということは、駆動電圧レベルを上記所定レベルまで段階的に制御することで、位相は「０」〜「π」まで段階的に変化させることができる。例えば、駆動電圧レベルを上記所定レベルの１／２とすれば、位相「π／２」による変調も可能となる。

図３において、空間光変調部１６は、このように画素ごとに可変的な位相変調を行うことが可能な位相変調器４ｂが、強度変調器４ａに対して一体的に形成されて成る。すなわち、強度変調器４ａの各画素と位相変調器４ｂの各画素とが１対１の位置関係で対応するように位置決めされてこれら強度変調器４ａと位相変調器４ｂとが一体的に形成されている。
このような構造とされることで、強度変調器４ａを透過して得られる信号光、参照光に対し、画素単位で厳密に一致させた位相変調パターンにより空間光位相変調を行うことが可能となっている。

そして、空間光変調部４（強度変調器４ａ及び位相変調器４ｂ）に対しては、図５に示されるように、参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、及びギャップエリアＡ３とが規定されている。すなわち、図示するようにして空間光変調部４の中心部分を含む所定の円形のエリア（画素範囲）が、信号光エリアＡ２として定められている。そして、その外周部分に対しては、ギャップエリアＡ３を隔てて、信号光エリアＡ２と同心円となる輪状の参照光エリアＡ１が定められている。
なお、上記ギャップエリアＡ３は、参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んでノイズになることを避けるための領域として定められている。

説明を図２に戻す。
記録変調部２７は、上記空間光変調部４における強度変調器４ａ、及び位相変調器４ｂに対する駆動制御を行うことで、第１レーザ光に対する強度変調、位相変調を実行させる。
具体的に、記録時において上記記録変調部２７は、上記強度変調器４ａの信号光エリアＡ２内の各画素に与える電圧パターンとして、供給される記録データに応じたオン／オフパターン（「０」「１」のパターン）を生成する。そして、このオン／オフパターンと、参照光エリアＡ１内の各画素に与えるべきとして予め定められたオン／オフパターンと、さらにギャップエリアＡ３と上記参照光エリアＡ１の外側の全画素をオフとしたパターンとを併せて、強度変調器４ａの全有効画素についての駆動信号を生成し、これを強度変調器４ａに与える。この駆動信号に基づき強度変調器４ａによる空間光強度変調が行われることで、信号光と参照光とが得られる。

また、記録時において上記記録変調部２７は、上記強度変調器４ａに対する駆動制御と共に、位相変調器４ｂに対する駆動制御も実行する。具体的に、記録時において記録変調部２７は、上記位相変調器４ｂの信号光エリアＡ２内の各画素に与えるパターンとして予め設定されたランダムなオン／オフパターンと、参照光エリアＡ１内の各画素に与えるべきとして予め定められたオン／オフパターンと、さらにギャップエリアＡ３と上記参照光エリアＡ１の外側の全画素をオフとしたパターンとを併せて、位相変調器４ｂの全有効画素についての駆動信号を生成し、これを位相変調器４ｂに与える。この駆動信号に基づき位相変調器４ｂによる空間光位相変調が行われることで、上記強度変調器４ａで得られた信号光に対してはランダムな位相「０」「π」による位相パターンが与えられ、また参照光に対しては所定の「０」「π」による位相パターンが与えられる。

なお、記録時において上記記録変調部２７は、入力される記録データの所定単位ごとに異なる強度パターンによる信号光が順次生成されるように強度変調器４ａを駆動動作する。これにより、ホログラム記録媒体ＨＭに対しホログラムページ単位によるデータ記録が順次行われるようになっている。

ここで、確認のために、上記のような記録時の強度変調・位相変調で生成される信号光と参照光とについて、図６を参照して説明しておく。
図６（ａ）は、記録時における強度変調器４ａによる出力光を示し、図６（ｂ）は、記録時における位相変調器４ｂによる出力光を示している。この図６においては、色濃度によって出力光の振幅の大小関係を表現しており、図６（ａ）では黒色→白色により振幅「０」→「１」を表し、図６（ｂ）では黒色→灰色→白色により振幅「−１」→「０」→「１（＋１）」を表している。

先ず、上記により説明したように、強度変調器４ａでは、入射光に対し、強度「０」「１」の何れかによる変調を与える。このことから、図６（ａ）に示されるように、強度変調器４ａによる出力光には、振幅として「０」又は「１」を有する光が含まれることになる。

一方、図６（ｂ）において、位相変調器４ｂによる出力光は、強度変調器４ａにより出力された振幅「１」の画素（ピクセル）に対して位相「π」による変調が与えられた部分で、振幅「−１」による光が出力される。このことから位相変調器４ｂの出力光には、振幅「−１」「０」「１」の３種の光が含まれるものとなる。

なお、確認のために述べておくと、ここで言う「振幅」とは、光の波面の振幅を意味するものであり、このことから強度変調器４ａで強度「１」の変調が与えられた振幅「１」の光に対し、位相変調器４ｂで位相「π」（１８０°）による変調が与えられた場合には、振幅が「−１」となるものである。

また、図２において、記録変調部２７は、再生時において、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータの再生のための光を生成させるように空間光変調部４の駆動制御を行う。
具体的に、再生時において記録変調部２７は、参照光と、さらに信号光エリアＡ２内において後述するコヒーレント光を生成させるための駆動制御を行う。
なお、説明の便宜上、再生時におけるこれら参照光とコヒーレント光との生成動作については後述する。

上記空間光変調部４からの出力光は、偏光ビームスプリッタ５を透過した後、リレーレンズ６→アパーチャー７→リレーレンズ８によるリレーレンズ部を経てダイクロイックミラー９に入射する。
ダイクロイックミラー９は、第１レーザ光を透過し、第２レーザ１４を光源とする光（第２レーザ光）は反射するようにして波長選択性が与えられて構成される。このため、上記リレーレンズ部を介して入射した第１レーザ光は、当該ダイクロイックミラー９を透過し、図示するようにしてミラー１０で反射される。ミラー１０にて反射された第１レーザ光は、１／４波長板１１を介した後、２軸機構１３によって保持された対物レンズ１２を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される。

２軸機構１３は、上記対物レンズ１２をフォーカス方向とトラッキング方向とに変位可能に保持する。ここで、フォーカス方向は、ホログラム記録媒体ＨＭに対して接離する方向である。また、トラッキング方向は、ホログラム記録媒体ＨＭの半径方向（上記フォーカス方向と直交する方向）である。
２軸機構１３は、対物レンズ１２を上記フォーカス方向に駆動するためのフォーカスコイル及び、上記トラッキング方向に駆動するためのトラッキングコイルを備え、後述するサーボ回路２６からのフォーカスドライブ信号、トラッキングドライブ信号に応じて、対物レンズ１２の位置制御を行うようにされる。

ここで、上記により説明したようにして、空間光変調部４を介した第１レーザ光は、対物レンズ１２を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることになる。先に説明した空間光変調部４による空間光変調によれば、記録時には、第１レーザ光に基づいて信号光と参照光とが生成される。すなわち、記録時においてホログラム記録媒体ＨＭに対しては、これら信号光と参照光とが照射される。このように信号光と参照光とがホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることで、先の図１に示した記録層ＨＭ−Ｂにこれらの光の干渉縞によってデータが記録されることになる。

また、再生時には、空間光変調部４によって参照光（及びコヒーレント光）が生成され、該参照光が上記により説明した光路によってホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることで、上記干渉縞に応じた回折光（再生光：再生像）が得られる。ホログラム記録媒体ＨＭ内において、この回折光は、図１に示した第１反射膜ＨＭ−Ｄにて反射される。これにより上記回折光は、ホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として記録再生装置側に戻るようにされる。
この反射光としての回折光（再生光）は、対物レンズ１２を介して平行光となるようにされた後、１／４波長板１１→ミラー１０を介し、ダイクロイックミラー９を透過する。そして、該ダイクロイックミラー９を透過した上記再生光は、上述したリレーレンズ部を介して偏向ビームスプリッタ５に入射する。
偏向ビームスプリッタ５では、入射された上記再生光を反射するようにされる。偏向ビームスプリッタ５による反射光は、図示するようにしてイメージセンサ１７に入射する。

イメージセンサ１７は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどを備えて構成され、上記のようにして導かれるホログラム記録媒体ＨＭからの再生光を受光し、これを電気信号に変換して画像信号を得る。このようにして得られた画像信号は、記録時に信号光に対して与えたオン／オフのパターン（つまり記録データパターン）を反映したものとなる。すなわち、このようにしてイメージセンサ１７で得られる画像信号が、ホログラム記録媒体ＨＭに対して記録されたデータの読み出し信号に相当する。

データ再生部２８は、上記イメージセンサ１７によって得られた画像信号中に含まれる、空間光変調部４の信号光エリアＡ２内の各画素単位の値ごとに、「０」「１」のデータ識別を行って、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータを再生する。
なお、データ再生部２８による再生信号処理の内容については後述する。

また、この図２に示す記録再生装置には、上述のようにして第１レーザ光を用いて行われる記録／再生動作について、各種の位置制御を行うための光学系が設けられる。具体的には、第２レーザ１４、偏向ビームスプリッタ１５、フォトディテクタ１６が設けられる。

上記第２レーザ１４は、第１レーザ光とは異なる波長によるレーザ光を照射するように構成される。例えばこの場合は、ホログラム記録媒体ＨＭの記録層ＨＭ−Ｂに対する感度がほぼ無いに等しいとされる、６５０nmの波長によるレーザ光を出力するようにされる。

上記第２レーザ１４から出射された第２レーザ光は、偏向ビームスプリッタ１５を透過した後、上述したダイクロイックミラー９にて反射される。ダイクロイックミラー９で反射された第２レーザ光は、ミラー１０側に導かれ、以降は、先に説明した第１レーザ光の場合と同様の経路によってホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。
なお、このことからも理解されるように、上記ダイクロイックミラー９としては、第１レーザ光と第２レーザ光との光軸を一致させるようにしてホログラム記録媒体ＨＭに照射させる機能を有するものとなっている。

先の図１にて説明したように、ホログラム記録媒体ＨＭでは、このように照射された波長６５０nmによる第２レーザ光が第１反射膜ＨＭ−Ｄを透過し、その下層側に形成された第２反射膜ＨＭ−Ｆにおいて反射される。つまり、これによって基板ＨＭ−Ｇ上に形成されたピット列（記録トラック）としての凹凸断面形状を反映した反射光が得られる。
上記第２反射膜ＨＭ−Ｆからの反射光についても、先の第１レーザ光の場合と同様に、対物レンズ１２→１／４波長板１１→ミラー１０を介してダイクロイックミラー９に入射する。

ダイクロイックミラー９では、このような第２レーザ光についてのホログラム記録媒体ＨＭからの反射光が反射され、この反射光は偏向ビームスプリッタ１５側に導かれる。偏向ビームスプリッタ１５では上記ホログラム記録媒体ＨＭからの第２レーザ光の反射光が反射されて、フォトディテクタ１６側に導かれる。

フォトディテクタ１６は、複数の受光素子を備え、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体ＨＭからの第２レーザ光の反射光を受光し、電気信号に変換してマトリクス回路２１に対して供給する。

マトリクス回路２１は、上記フォトディテクタ１６としての複数の受光素子からの出力信号に対するマトリクス演算・増幅回路等を備え、マトリクス演算処理により必要な信号を生成する。
例えば、ホログラム記録媒体ＨＭに形成されたピット列についての再生信号に相当する信号（再生信号ＲＦ）、サーボ制御のためのフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥなどを生成する。

マトリクス回路２１から出力される再生信号ＲＦはアドレス検出回路２２及びクロック生成部２３に供給される。また、上記フォーカスエラー信号ＦＥ及びトラッキングエラー信号ＴＥはサーボ回路２６に供給される。

クロック生成部２３は、上記再生信号ＲＦに基づくＰＬＬ処理を行って再生クロックを生成する。この再生クロックはスピンドルサーボ回路２４に対して供給される。また、図示は省略したが、上記再生クロックは必要な各部の動作クロックとしても供給されることになる。

スピンドルサーボ回路２４は上述したスピンドルモータ１８の回転制御を行う。
スピンドルサーボ回路２４は、上記再生クロックを現在のスピンドルモータ１８の回転速度情報として得、これを所定の基準速度情報と比較することで、スピンドルエラー信号を生成する。
そしてスピンドルサーボ回路２４は、スピンドルエラー信号に応じて生成したスピンドルドライブ信号により、スピンドルモータ１８の回転制御を行う。
また、スピンドルサーボ回路２４は、後述する制御部２５からの指示に基づくスピンドルドライブ信号を発生させ、スピンドルモータ１８の起動、停止、加速、減速や、回転方向についての制御も行う。

アドレス検出回路２２は、再生信号ＲＦに基づきアドレス情報の検出を行う。このアドレス検出回路２２によって検出されたアドレス情報は、制御部２５に対して供給される。

サーボ回路２６は、マトリクス回路２１からのフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥに基づき、フォーカス、トラッキング、スレッドの各種サーボ信号を生成しサーボ動作を行う。
即ちフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥに応じてフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号を生成し、これらを２軸機構１３のドライブ信号（フォーカスドライブ信号、トラッキングドライブ信号）として供給することで、２軸機構１３のフォーカスコイル、トラッキングコイルを上記各サーボ信号に応じたドライブ信号により駆動制御する。これによって、フォトディテクタ１６、マトリクス回路２１、サーボ回路２６、２軸機構１３によるトラッキングサーボループ及びフォーカスサーボループが形成される。
またサーボ回路２６は、制御部２５からのトラックジャンプ指令に応じて、トラッキングサーボループをオフとし、上記トラッキングドライブ信号としてジャンプパルスを出力することで、トラックジャンプ動作を実行させる。

またサーボ回路２６は、トラッキングエラー信号ＴＥの低域成分として得られるスレッドエラー信号や、制御部２５からのシーク動作制御などに基づき、図示するスライド駆動部２０によりスライド機構１９をスライド駆動させる。

上記スライド機構１９は、スピンドルモータ１８をトラッキング方向にスライド移動可能に保持する。つまり、このようなスライド機構１９を設けることによって、スピンドルモータ１８により回転駆動されるホログラム記録媒体ＨＭをトラッキング方向に変位可能としている。
スライド駆動部２０は、上記スライド機構１９を駆動するためのモータを備え、上記スライド機構１９は、上記モータからの駆動力に基づき上記スピンドルモータ１８をスライド移動させるように構成されている。

以上のようなサーボ系を含む記録再生装置の全体動作は、制御部２５により制御される。
制御部２５は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えたマイクロコンピュータで構成される。
制御部２５は、例えばホログラム記録媒体ＨＭに記録されているデータの再生のための制御を行う。具体的に、ホログラム記録媒体ＨＭに記録される或るデータの再生を行うとしたときは、まず目標アドレスを指定してシーク動作制御を行う。即ちサーボ回路２６に対して目標アドレスを指示し、当該アドレスをターゲットとするアクセス動作を実行させる。また、これと共に、記録変調部２７に対して、後述する再生時の動作を実行するように指示を行って空間光変調部４により参照光とコヒーレント光とを生成させる。

また、制御部２５は、例えばホログラム記録媒体ＨＭ上の或る位置にデータを記録するとした場合は、目標アドレスをサーボ回路２６に指示して当該目標アドレスへのアクセス動作を実行させると共に、記録変調部２７に対し、記録データに応じた空間光変調部４の駆動制御を開始するように指示を行う。

ここで、先に述べたようにして、第１レーザ光と第２レーザ光とは、ダイクロイックミラー９にて同一光軸上に配置され、共通の対物レンズ１２を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される。
このことから、上述のように第２レーザ光の反射光に基づく各種の位置制御（トラッキングサーボ制御・フォーカスサーボ制御、アクセス制御など）が行われることで、第１レーザ光についても同様の位置制御が行われるものとなっている。

［コヒーレント加算方式による再生］

ここで、ホログラム記録媒体ＨＭの再生手法として、先の図１３で示したように参照光のみを照射して読み出しを行う従来の再生手法を採る場合には、ホログラム記録媒体ＨＭに記録された位相の情報までを読み出すことはできないことになる。これは、ホログラム記録再生系が非線形性を有していることによる。

このようなホログラム記録再生系の有する非線形性について説明しておくと、先ず、先の図２に示した構成も含めて、一般的なホログラム記録再生方式による光学系は、ＳＬＭ（空間光変調部）、対物レンズ、メディア、接眼レンズ、イメージセンサのそれぞれがレンズの焦点距離だけ離間して配置されている、４ｆ光学系に基づく構成となっている。いわゆるフーリエ変換ホログラムと呼ばれる構成である。
このようなフーリエ変換ホログラムの構成では、記録再生系の一連の動作を、次のようにしてみなすことができる。すなわち、ＳＬＭの記録データパターンはフーリエ変換されてホログラム記録媒体（メディア）に投影され、メディアの読み出し信号（再生像）は逆フーリエ変換されてイメージセンサに投影される。そして、イメージセンサでは、そこに入力される光の波面の振幅の絶対値（２乗値）としての光強度を検出しているというものである。

このようなホログラム記録再生系の有する非線形性の問題から、従来のように再生時に参照光のみを照射した場合には、記録された位相の情報までを適正に読み出すことができないものとなっている。
このことについて、次の図７を参照して説明する。

図７は、ホログラム記録媒体ＨＭに対して振幅「１」による光に所要の位相を組み合わせて記録される信号値を、横軸（ｘ軸）を実数軸Ｒｅ、縦軸を虚数軸Ｉｍとして表したものである。
上記実数軸Ｒｅは、原点を境に位相「０」と「π」を表す軸となる。また虚数軸Ｉｍは、原点を境に位相「π／２」と「３π／２」を表す軸となる。
或る強度（振幅）を有する光に対し位相を組み合わせて記録した信号の値は、実数軸Ｒｅの値をｘ、虚数軸Ｉｍの値をｙとした場合、座標（ｘ、ｙ）で表すことができる。具体的に、振幅「１」の光に位相「０」を組み合わせて記録した信号値は（１，０）となる。また、位相「π」を組み合わせて記録した信号値は（−１，０）となる。さらに、位相「π／２」を組み合わせて記録した信号値は（０，１）となり、位相「３π／２」を組み合わせて記録した信号値は（０，−１）となる。

そして、このように座標（ｘ、ｙ）で表される信号値について、単に参照光のみを照射して読み出しを行った場合、イメージセンサ１７において検出される光強度は、原点（０，０）からの距離として表されるものとなる。このことで、或る振幅（強度）を有する光（この場合は「１」）に対しどのような位相を組み合わせて記録を行ったとしても、イメージセンサ１７で検出される光強度としては「１」で同じとなってしまうものである。

そこで、本実施の形態の記録再生装置では、再生時に参照光と共に、信号光エリアＡ２内を透過させた、振幅・位相が均一となるようにしたコヒーレント光（ＤＣ光）も併せて照射するものとしている。
ここで、このように信号光エリアＡ２を透過させて生成したコヒーレント光を照射するものとすれば、参照光の照射に応じて得られる再生光に対し、このコヒーレント光の有する振幅を加算することができる。具体的に、このコヒーレント光の振幅として「１」を加算することができれば、位相「π」により記録された振幅「−１」の信号については、「−１」＋「１」とすることができる。すなわち、これによってイメージセンサ１７にて検出される光強度として（−１＋１）＝０の光強度が検出されるようにすることができる。同様に、位相「０」により記録された振幅「１」の信号は「１」＋「１」より「２」の光強度が検出されるようにでき、振幅「０」の信号については、「０」＋「１」により「１」の光強度として検出させることができる。

このようにして再生光に対しコヒーレント光が加算されるようにして読み出しを行うことで、強度変調により得られた振幅「０」「１」に位相「０」「π」を組み合わせて記録された振幅「−１」「０」「１」の情報を、それぞれ「０」「１」「２」としての異なる光強度で区別するようにして検出できる。

このようなコヒーレント光の加算読み出しの原理を、先の図７と同様の実数軸Ｒｅ、虚数軸Ｉｍを用いて表すと、次の図８に示すようになる。
図８において、上記のように再生光に対して振幅「１」によるコヒーレント光が加算されるということは、図示するように各信号値に対しては、位相「０」の方向（実数軸Ｒｅの正方向）に振幅「１」が加算されるということになる。
このため、振幅「１」・位相「π」の組み合わせで記録された信号値（−１，０）は、図示するようにして（０，０）となる。また振幅「１」・位相「０」の組み合わせで記録された信号値（１，０）は（２，０）となり、振幅「０」で記録された信号値（−０，０）は（１，０）となる。このことから、これら信号値についてイメージセンサ１７で検出される光強度は、それぞれ「０」、「１」、「２」となって、上述した結果が得られるものである。

このようなコヒーレント加算方式による読み出し動作を実現するための、再生時の具体的な空間光変調の例を、図９を参照して説明する。
図９（ａ）は、再生時における強度変調器４ａによる出力光を示し、図９（ｂ）は、再生時における位相変調器４ｂによる出力光を示している。先の図６と同様に、この図９においても、色濃度によって出力光の振幅の大小関係を表現しており、図９（ａ）では黒色→白色により振幅「０」→「１」を表し、図９（ｂ）では黒色→灰色→白色により振幅「−１」→「０」→「１」を表している。

先ず、図９（ａ）を参照して分かるように、この場合の再生時の強度変調では、参照光を生成すると共に、信号光エリアＡ２内に強度「１」を与えるようにされる。すなわち、信号光エリアＡ２への入射光を透過させることで、コヒーレント光の元となる光を生成するようにされる。
なお、確認のために述べておくと、再生時に生成する参照光の強度変調パターンは、記録時と同パターンを与える。

また、図９（ｂ）において、再生時の位相変調では、上記強度変調により生成された参照光に対し、記録時と同じ所定の位相パターンを与えるようにされる。
本例のように、記録時に参照光に対し所定の位相変調パターンを与える位相多重化記録を行う場合には、このようにして再生時の参照光の位相変調パターンを記録時の参照光の位相変調パターンと同パターンとするこで、記録された信号が正しく読み出されるようにすることができる。

ここで、本明細書では、上記のような記録時の位相変調パターンの付与時に位相「０」を与えた参照光エリアＡ１内の画素を、「基準画素」と呼ぶこととする。そして、「参照光内の基準位相」と言ったときは、参照光エリアＡ１内における上記基準画素を介した光の位相を指すものとする。
このことを踏まえると、上記のようにして再生時の参照光の位相変調パターンが記録時の位相変調パターンと同パターンに設定される場合、当該再生時の参照光内の基準位相としても「０」で同じとなる。

そして、この場合の再生時の位相変調では、上述のように信号光エリアＡ２を透過させて得られるコヒーレント光の元となる光に対し、参照光内の基準位相からπ／２（９０°）だけずらした位相を与える。具体的に、この場合の参照光内の基準位相は上述のように「０」であるので、信号光エリアＡ２内の位相は「π／２」に設定する。

ここで、先の説明によれば、コヒーレント光を加算して読み出しを行う本例の再生手法では、再生光に対し、コヒーレント光が例えば振幅「１」の成分として加算されるようにする必要がある。このためには、再生光内において振幅の値が同じ「１」となる、位相「０」が記録された部分の位相と同位相となるようにコヒーレント光の位相を設定すればよい。
なお、この説明からも理解されるように、コヒーレント光の加算読み出しを行う上では、加算するコヒーレント光の位相は、再生光内における上記振幅「１」＝位相「０」が記録された部分の位相を基準として設定すべきものとなる。このことを踏まえ、本明細書においては、このように再生光内における位相「０」が記録された部分の位相を、「再生光内の基準位相」と呼ぶこととする。

ここで、上記説明によると、コヒーレント光の位相については、参照光内の基準位相に対し「π／２」の位相差となるように設定するものとしているが、この場合、参照光の基準位相は「０」であり、このことによると、当該参照光の照射に応じて得られる再生光内の基準位相（位相「０」が記録された部分の位相）としても、同様に「０」となると考えられなくもない。つまり、コヒーレント光に設定すべき位相は、このような再生光内の基準位相と同様の「０」とすべきであると考えられなくもない。
しかしながら実際において、このようにコヒーレント光の位相を「０」とした場合には、当該コヒーレント光の位相と再生光内の基準位相とを同位相とすることができない。これは、下記の参考文献１にも記載されるように、ホログラム記録再生方式では、参照光を照射して再生光を得たとき、当該再生光の位相が、記録信号の位相からπ／２だけずれるという性質を有しているからである。つまり、このように再生光にπ／２の位相ずれが生じることに対応させるために、加算するコヒーレント光の位相としてもπ／２だけずらしたものに設定するというものである。

参考文献１．Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologramgrating". Bell System Technical Journal,48,2909-47

ここで、位相の関係について整理しておく。
先ず前提として、上述のように所定の位相変調パターンが与えられた参照光を照射して位相「０」「π」の組み合わせで記録を行った場合の、記録信号内の位相「０」が記録された部分の位相（基準位相）が「０」であるとする。
この前提を踏まえた上で、再生時には、上述のようにして記録時と同じ位相変調パターンを与えた参照光を照射し、再生光を得るようにされるが、このように記録時と同じ位相変調パターンによる参照光を照射すれば、単純に考えて、上記記録信号に応じて得られる再生光の基準位相は「０」のまま変化しないと予測できる。しかしながら実際には、上述のようにして再生光の位相は記録信号の位相から「π／２」だけずれたものとなってしまうことから、このことに対応させて、コヒーレント光の位相は上記のように「π／２」に設定する。この結果、再生光内の基準位相（π／２）とコヒーレント光の位相（π／２）とを一致させることができるものである。

このとき、位相の関係を再生光と参照光とについて見てみると、参照光内の基準位相＝「０」に対し、再生光の基準位相＝「π／２」となっており、従って再生光内の基準位相は参照光内の基準位相に対し「π／２」だけずれたものとなることが理解できる。このことから、上記のようにしてコヒーレント光の位相としては、参照光内の基準位相に対し「π／２」の位相差となるように設定すればよいものである。

続いては、上記により説明したコヒーレント加算方式による再生動作を実現するために、図２に示した記録変調部２７、空間光変調部４によって行われる動作について説明する。
先ず、再生時において、記録変調部２７では、空間光変調部４における強度変調器４ａの駆動制御動作を以下のようにして行う。
つまり、参照光エリアＡ１内の画素に与えるオン／オフパターンを、記録時と同様のオン／オフパターンとし、且つ信号光エリアＡ２内の全画素をオンとし、さらにギャップエリアＡ３と参照光エリアＡ１より外側部分の全画素をオフとしたパターンを生成する。そして、このパターンに基づき、強度変調器４ａの全有効画素についての駆動信号を生成し、これを強度変調器４ａに対して与える。

また、記録変調部２７は、再生時における位相変調器４ｂに対する制御を以下のようにして行う。
すなわち、参照光エリアＡ１を記録時と同様の位相「０」「π」（駆動電圧としてはオン／オフ（「０」「１」））のパターンとし、且つ信号光エリアＡ２内を位相「π／２」に対応する値、すなわち「１／２」とし、さらにギャップエリアＡ３と参照光エリアＡ１より外側部分を「０」としたパターンを生成する。そして、このパターンに基づき、位相変調器４ｂの全有効画素についての駆動信号を生成し、これを位相変調器４ｂに対して与える。

上記のような記録変調部２７の制御に基づく空間光変調部４の変調動作が行われることで、再生時には、先の図９（ｂ）で説明したような記録時と同じ強度・位相変調パターンによる参照光と、強度「１」で且つ参照光内の基準位相との位相差が「π／２」となるようにされたコヒーレント光とが得られる。

ここで、再生時において、これら参照光とコヒーレント光とが照射されることに応じては、イメージセンサ１７において、参照光の照射に応じホログラム記録媒体ＨＭから得られた再生光と、該再生光内の基準位相と同位相となるようにされた上記コヒーレント光とが加算された成分についての読み出しが行われることになる。
このようにしてイメージセンサ１７にて得られる読み出し信号（画像信号）は、図２に示したデータ再生部２８に対して供給される。

先にも述べたように、データ再生部２８は、イメージセンサ１７で得られた画像信号中に含まれる、空間光変調部４の画素単位（データピクセル単位）の値ごとに「０」「１」のデータ識別を行って、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータを再生する。
ここで、本例の場合、コヒーレント光の加算により、イメージセンサ１７の読み出し信号中には光強度「０」「１」「２」に相当する値がそれぞれ含まれることになる。これらのうち、光強度「０」又は「２」に相当する値が得られるピクセルは、記録データとして「１」を記録したピクセルである。また、光強度「１」に相当する値が得られるピクセルは記録データとして「０」を記録したピクセルである。
このことに応じ、データ再生部２８では、イメージセンサ１７からの画像信号中における光強度「０」又は「２」に相当する値が検出されたデータピクセルについてはビット「１」、光強度「１」に相当する値が検出されたデータピクセルについてはビット「０」と判定する。このようなデータ識別が行われることで、ホログラム記録媒体ＨＭに対して記録された「０」「１」によるデータを適正に判定することができる。

なお、上記説明では、イメージセンサ１７にて得られた画像信号中における各データピクセルの位置を特定するための処理については特に言及しなかったが、このような位置特定を行うにあたっては、従来より行われている一般的な手法として、記録データ内にシンクと呼ばれる所定パターンデータを挿入しておくということが行われる。その場合、データ再生部２８としては、イメージセンサ１７から供給された画像信号中から上記所定パターンとしてのシンク部分を探索し、その結果検出されたシンクの位置に基づいて各データピクセルの位置を特定する処理を行う。
このような各データピクセルの位置特定手法としては、従来より提案されている手法、或いは今後提案される手法など適宜最適とされる手法が採用されればよく、ここで特に限定されるべきものではない。

また、このように各データピクセルの位置が特定された後には、データピクセルごとの値（振幅値）を取得する処理を行うことになるが、例えば従来では、特定された各データピクセルの位置の周囲の値から補間処理を行ってそのデータピクセルの振幅値を計算により取得するようにされている。これは、画像処理の分野で一般的な手法であり、双線形補間法(Bi-linear interpolation method)、３次補間法(Cubic convolution method)、双３次スプライン法 (Bicubic spline method)などが知られている。また、計算によらず、特定された位置から最もタイミングの近い信号値をそのデータピクセルの振幅値として選択する最近傍法(Nearest neighbor method)もある。
このような振幅値の取得処理についても多様な手法を採ることができ、ここでその手法について特に限定はしない。

［ギャップ層の形成］

これまでで説明してきたように、コヒーレント加算方式による再生手法を採る場合には、ホログラム記録媒体ＨＭに記録された強度の情報のみでなく、位相の情報についても適正に読み出すことができるものとなる。

ここで、上記もしているように、イメージセンサ１７による読み出し信号からデータ再生を行うにあたっては、実際には、空間光変調部４側の各データピクセルの位置を特定する処理を行ったり、各データピクセルの値から補間処理を行って信号値を計算するという処理が行われることになる。
これらの処理を行うのに先だっては、イメージセンサ１７で検出された各ピクセル間の値同士の干渉、すなわちピクセル間干渉を抑制するための処理が挿入されることになる。しかしながら、再生時に参照光のみを照射する従来手法では、先に述べた非線形性の問題から、各ピクセル間の干渉（符号間干渉）を単純な線形による足し合わせで表現することができなくなってしまい、ピクセル間干渉抑制のための信号処理を有効なものとして作用させることが非常に困難とされていた。このために、従来手法を採る場合には、データ再生を現実的なものとして実現することが非常に困難とされていたものである。
これに対し、コヒーレント加算方式による再生手法を採る場合には、ホログラム記録再生系の有する非線形性の問題の解決が図られるので、上記のようなピクセル間干渉抑制のための信号処理を有効なものとして作用させることができ、データ再生を現実的なものとしてより容易に実現させることができる。

また、コヒーレント加算方式による再生手法を採る場合には、再生像のコントラストの拡大が図られ、Ｓ／Ｎの改善が図られるという利点もある。
例えばこのようにＳ／Ｎの改善が図られるという点も、データ再生をより現実的なものとして実現させるために大いに寄与する。

また、位相の情報についての読み出しも可能となる、すなわち線形な読み出しが可能となるということは、「０」「１」の２値のみでなく、多値による記録再生を実現できることを意味する。
例えば、先の説明では、「０」「１」の２値によるデータを記録再生することを前提としたので、光強度「０」「１」「２」の３種で検出される値を最終的に「０」「１」の２値で再生するものとしたが、このとき、これら「０」「１」「２」をそれぞれ異なる符号として識別するように再生処理を行うものとすれば、３値による記録／再生を行うことができる。或いはこのとき、組み合わせる位相の種類を例えば「０」「π／２」「π」「３π／２」などに増やすことで、さらなる多値記録／再生を行うことができる。

このようにして、コヒーレント加算方式による再生手法を採ることによっては、データ再生をより現実的なものとして実現化できる、或いは多値による記録／再生が可能となるなど、非常に優れた効果を得ることができる。

但し、コヒーレント光としては、振幅・位相が均一となるようにされたＤＣ光である。このため、コヒーレント加算方式として参照光とコヒーレント光とをホログラム記録媒体ＨＭに対して照射する再生手法を採る場合には、ホログラム記録媒体ＨＭ内で光スポットが形成され、非常に強いピークが発生してしまう点が問題となる。すなわち、このことによって再生時に記録データの破壊を招いてしまったり、或いは記録材料に対してダメージを与えてしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態では、先の図１で示したようにホログラム記録媒体ＨＭにおいてギャップ層ＨＭ−Ｃを形成するものとしている。
このギャップ層ＨＭ−Ｃは、例えば透明樹脂など、透過性を有する材料で構成された層となる。先の図１における説明からも理解されるように、ギャップ層ＨＭ−Ｃは、ホログラムの記録が行われる記録層ＨＭ−Ｂより下層で、且つホログラム記録再生のための照射光（第１レーザ光）を反射する第１反射膜ＨＭ−Ｄよりも上層となる位置に設けられる。このことで、ホログラム記録再生のための照射光のフォーカス点（合焦点）と、記録層ＨＭ−Ｂとを、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さに応じた分だけ離間させることができる。
つまりこの場合、第１レーザ光のフォーカス点は、第２反射膜ＨＭ−Ｆを利用した第２レーザ光についてのフォーカス制御に伴って制御されることになるが、このフォーカス制御に伴い、第１レーザ光のフォーカス点は、例えば図１のように第１反射膜ＨＭ−Ｄに合うようにされている。このとき、仮にギャップ層ＨＭ−Ｃが形成されなければ、記録層ＨＭ−Ｂが第１反射膜ＨＭ−Ｄに対して近づくことになるので、その分、第１レーザ光のフォーカス点は記録層ＨＭ−Ｂに対して近づくことなる。このことからも理解されるように、上記ギャップ層ＨＭ−Ｃの挿入によっては、ホログラム記録再生のための照射光を記録層ＨＭ−Ｂからデフォーカスさせることができる。

図１０は、ギャップ層ＨＭ−Ｃの形成によって光スポットのピーク強度が抑制されることについて説明するための図として、照射光の深さ位置と光スポットのピーク強度との関係を示している。
この図１０においては、対物レンズ１２の開口数ＮＡをそれぞれ０．３（図中菱形のプロット）、０．４（四角のプロット）、０．５（三角のプロット）としたときの、深さ位置とピーク強度との関係を示している。
なお確認のために述べておくと、深さ位置＝０μｍ（マイクロメートル）が焦点位置（フォーカス点）、すなわちギャップ層ＨＭ−Ｃが形成されていない場合に相当するものである。

この図１０によれば、ＮＡの値が大きい場合ほど、深さ位置（ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さ）の変化に対するピーク強度の変化率が大きくなることが分かる。例えば、ＮＡ＝０．５の場合、深さ位置＝５μｍ程度でピーク強度がほぼ「０」となる。また、ＮＡ＝０．４の場合は深さ位置＝７μｍ程度、ＮＡ＝０．３の場合は深さ位置＝１４μｍ程度でピーク強度がほぼ「０」となる。

また、図１１は、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さと回折効率との関係を表している。
この図１１より、再生光量を左右する回折効率は、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さが厚くなるに従って徐々に低下していくことが分かる。具体的に、この場合の回折効率は、厚さ１０μｍでは０．９２程度、厚さ２０μｍでは０．８２程度、厚さ３０μｍでは０．７８程度、厚さ４０μｍでは０．６８程度、厚さ５０μｍでは０．６２程度となる。

なお、この図１１では一例として、ＮＡ＝０．６に設定した場合の結果を示したが、ＮＡの値をより大きくした場合には、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さに対する回折効率の変化率は小さくなり、逆にＮＡの値をより小さくした場合には変化率は大きくなる。

ここで、図１０、図１１からも理解されるように、ギャップ層ＨＭ−Ｃとしては、その厚さを厚くすれば光スポットのピーク強度をより強固に抑制することができるが、回折効率は低下してしまうことになる。逆に、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さを薄くする場合には、回折効率の向上が図られる一方で、ピーク強度の抑制の面で不利となる。
また、このようなギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さに対するピーク強度、回折効率の変化率は、ＮＡの値によっても左右されるものとなる。
ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さについては、実際のＮＡの設定値、及びピーク強度と回折効率との兼ね合いから最適とされる値を適宜設定すればよい。

ここで、実験によれば、実用時に想定され得るＮＡの範囲（例えば０．４程度〜０．８程度など）に対し、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さを少なくとも５０μｍ未満とすれば、光スポットのピーク強度の充分な抑制（ほぼ「０」）と、実用上許容できる回折効率の確保との両立が図られることが確認された。
より好ましくは、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さは１０μｍ〜２０μｍの範囲内とすることで、実用上充分な回折効率の確保と、光スポットのピーク強度の充分な抑制との両立を図ることができる。

［変形例］

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、基板ＨＭ−Ｇ上において、記録トラックがピット列の形成に伴って形成される場合を例示したが、グルーブ（連続的に形成された溝）によりトラックを形成することもできる。この場合、アドレス情報やクロック情報の記録は、グルーブを蛇行させてその蛇行周期の情報により記録することができる。
或いは、上記グルーブは蛇行させずにホログラムページの記録位置のガイド機能のみを担わせるものとし、このグルーブに併走させるようにして別途、アドレス情報やクロック情報を記録するピット列を形成するといったこともできる。その場合、上記グルーブに対するトラッキングエラー信号等の検出を行うためのレーザスポットと、上記ピット列の情報読み出しを行うためのレーザスポットの少なくとも２つのレーザスポットが形成されるようにして第２レーザ光を照射し、且つこれらグルーブとピット列からの反射光を別々に検出する複数のフォトディテクタを備えるように、光学系を構成する。

また、これまでの説明では、ホログラムの記録再生のための各種の位置制御を、ホログラムの記録再生のための照射光とは波長の異なる光を利用した位置制御によって共通化して行う場合を例示したが、例えば従来の光ディスクなどと同様に、記録再生のための照射光のみに基づいて各種の位置制御を行うようにすることもできる。
その場合、ホログラム記録媒体としては、図１に示した第２反射膜ＨＭ−Ｆ、中間層ＨＭ−Ｅは省略し、第１反射膜ＨＭ−Ｄの下層に基板ＨＭ−Ｇを形成して、第１反射膜ＨＭ−Ｄに基板ＨＭ−Ｇの凹凸が反映されるようにするなどの構成が採られればよい。そして、装置側では、ホログラムの記録再生のための光を照射して得られる第１反射膜ＨＭ−Ｄからの反射光に基づきフォーカスサーボを行うものとすればよい。
この場合としても、ギャップ層ＨＭ−Ｃの挿入により、フォーカス点（第１反射膜ＨＭ−Ｄ）と記録層ＨＭ−Ｂとを離間させることができ、ギャップ層ＨＭ−Ｃの厚さに応じた分だけ照射光をデフォーカスさせることができる。すなわち、この場合もギャップ層ＨＭ−Ｃの形成によって、コヒーレント加算方式による再生時に生じていた光スポットのピーク強度の抑制を図ることができる。
なおこの場合、第１反射膜ＨＭ−Ｄが必ずしも波長選択性を有する必要はないことは言うまでもない。

また、これまでの説明では、ホログラム記録媒体はディスク状とされる場合を例示したが、ホログラム記録媒体としては例えば矩形状など他の形状とすることもできる。

また、これまでの説明では、記録されるホログラムページの形状（信号光の形状）が円形とされる場合を例示したが、信号光の形状については特に限定されるべきものではなく、例えば四角形状など他の形状とすることもできる。
また、信号光を内側、参照光を外側に配置するものとしたが、これらの配置関係を逆転させることもできる。

また、これまでの説明では、空間光変調器として、透過型の空間光変調器を用いる場合を例示したが、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）や反射型液晶パネルなど、反射型の空間光変調器を用いることもできる。
また、強度変調と位相変調の双方を行う空間光変調部として、それぞれの変調を行う変調器を組み合わせた構成とする場合を例示したが、例えばＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal：強誘電性液晶）などのように強度変調と位相変調の双方を行うことのできる変調器を用いることもできる。

また、先の図２においては、ホログラム記録媒体側をスライド移動させる構成（スライド機構１９、スライド駆動部２０）を例示したが、このような構成に代えて、光学ヘッド側を動かすためのスレッド機構・スレッド駆動部を設けることもできる。なお、その場合は、例えば図２において破線により囲う部分を上記光学ヘッドとして一体的にスレッド移動させるように上記スレッド機構・スレッド駆動部を構成すればよい。

また、これまでの説明では、本発明が記録・再生の双方が可能な記録再生装置に適用される場合を例示したが、本発明としては再生のみが可能な再生専用装置に対しても好適に適用することができる。
なお、再生専用装置とする場合、記録時と再生時とで信号光エリアＡ２内の位相をランダムパターン／所定の均一位相（コヒーレント光の位相：実施の形態では「π／２」）に変更する構成は特に不要とすることができる。すなわち、駆動信号に応じて可変的な位相変調を行う位相変調器は省略することができる。

また、本発明において、ホログラム記録媒体についての再生手法は、実施の形態で例示した手法に限定されず、他の手法を採ることができる。つまり、本発明としては、参照光とコヒーレント光とを照射してホログラム記録媒体に記録された情報の読み出しを行う再生手法を採る場合に広く好適に適用できるものである。

本発明の実施の形態としてのホログラム記録媒体の断面構造図である。 実施の形態の記録再生装置の内部構成について示したブロック図である。 実施の形態の記録再生装置が備える空間光変調部の構成を示した図である。 位相変調器内の液晶素子の構成について説明するための図である。 空間光変調部のエリア区分について説明するための図である。 記録時における強度変調器、位相変調器の出力光について説明するための図である。 ホログラム記録媒体に対して記録される信号値を実数軸と虚数軸を用いて表した図である。 実数軸と虚数軸を用いてコヒーレント光が加算される様子を示した図である。 コヒーレント加算再生時の強度変調器、位相変調器の出力光について説明するための図である。 照射光の深さ位置と光スポットのピーク強度との関係を示した図である。 ギャップ層の厚さと回折効率との関係を表した図である。 コアキシャル方式による記録手法について説明するための図である。 従来の再生手法について説明するための図である。 従来の再生時に照射される参照光について説明するための図である。

符号の説明

ＨＭ ホログラム記録媒体、ＨＭ−Ａ カバー層、ＨＭ−Ｂ 記録層、ＨＭ−Ｃ ギャップ層、ＨＭ−Ｄ 第１反射膜、ＨＭ−Ｅ 中間層、ＨＭ−Ｆ 第２反射膜、ＨＭ−Ｇ 基板、１ 第１レーザ、２,３,１０ ミラー、４ 空間光変調部、５,１５ 偏向ビームスプリッタ、６,８ リレーレンズ、７ アパーチャー、９ ダイクロイックミラー、１１ １／４波長板、１２ 対物レンズ、１３ ２軸機構、１４ 第２レーザ、１６ フォトディテクタ、１７ イメージセンサ、１８ スピンドルモータ、１９ スライド機構、２０ スライド駆動部、２１ マトリクス回路、２２ アドレス検出回路、２３ クロック生成部、２４ スピンドルサーボ回路、２５ 制御部、２６ サーボ回路、２７ 記録変調部、２８ データ再生部

Claims (1)

1. 信号光と参照光との干渉縞によって情報が記録される記録層と、上記記録層よりも下層側に形成される第１の反射膜と、上記記録層と上記第１の反射膜との間に対して形成されたギャップ層と、上記第１の反射膜よりも下層側において、凹凸断面構造が与えられた基板と、上記基板の凹凸面上に形成された第２の反射膜と、を備え、上記第１の反射膜は、第１の光源からの光を反射し且つ上記第１の光源とは波長の異なる第２の光源からの光は透過するように構成されている信号光と参照光との干渉縞によって情報が記録されるホログラム記録媒体についての再生方法であって、
   上記第１の光源からの光に基づき、上記参照光と、振幅・位相が均一となるようにされた上記参照光内の基準位相に対し所定の位相差を与えたコヒーレント光とを生成し、これら参照光とコヒーレント光とを、上記ホログラム記録媒体に対して照射する光照射ステップと、
   上記光照射ステップによる光照射に応じて上記ホログラム記録媒体からの反射光として得られる、記録情報に応じた再生像と上記コヒーレント光とを受光し、該受光結果に基づき情報再生を行う再生ステップと
   を備え、
   上記光照射ステップは、上記第２の光源からの光を、上記参照光と上記コヒーレント光と共に共通の対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して照射し、上記第２の反射膜より得られる上記第２の光源からの光の反射光を検出した結果に基づき、上記対物レンズのフォーカス方向の位置制御を行うフォーカス制御ステップをさらに備え、
   上記光照射ステップは、上記ギャップ層の厚さが１０〜２０マイクロメートルの範囲内とされた上記ホログラム記録媒体に対して光照射を行う
   再生方法。