JP4701751B2 - ホログラム記録装置およびホログラム記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム技術を用いて記録を行うホログラム記録装置およびホログラム記録方法に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。 ホログラム記録装置では、変調された（データが重畳された）信号光、変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。

ホログラム記録媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録媒体に多数のホログラムを形成する場合がある。この場合、ホログラム記録媒体上の異なる箇所にホログラムを形成するとは限らず、ホログラム記録媒体の同一箇所（または、互いに重なり合う領域）にホログラムを形成することも可能である。これが、いわゆる多重記録（角度多重）であり、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式、種々の方式が提案されている。
また現在の光ディスクの光学系を踏襲するかたちの光学系としてコリニア方式が重要視されている。本方式では反射型光学系を用いているため現在の光ディスクのサーボ系を用いることが出来、さらに相関シフト多重を用いているためにディスクの回転のみで多重記録が可能である。

たとえば、角度多重方式では、ホログラム記録媒体の同一箇所に参照光の入射角度を変化（シフト）させてホログラムを形成する。再生時に記録時と同様の参照光を用いることで、同一箇所に形成された複数のホログラムそれぞれに対応する再生光、ひいてはデータを得ることができる。

なお、多重記録の一種である位相相関多重を用いて記憶容量の増大を図ったホログラム記録装置の開発が進められている（たとえば、特許文献１参照。） 。
特開平１１−２４２４２４号公報

ホログラム記録媒体としては、フォトポリマーを記録層の媒質として用いたものが、製作コストが安価で、耐久性が高く、かつ高感度であることなどの理由から注目されている。

このようなフォトポリマーを用いたホログラム記録媒体は、フォトポリマーの感光を防止したり、高湿環境に置かれた場合の吸水によって厚さなどの状態が変化しないように対策を講じる必要がある。たとえば、感光対策として、ホログラム記録媒体をカードリッジに入れる方法、湿度対策としては乾燥剤などを用いる、またはメディアを封止するなどの方法がある。

しかしながら、上記のような対策を採ったとしても、全てのホログラム記録媒体の状態を一致させることは現実的に困難である。状態の異なるホログラム記録媒体に対して一定の信頼性を確保するためには、状態の劣化したホログラム記録媒体に合わせて、記録スケジュールなどのホログラム記録のための条件を定めなければならず、性能向上へ向けての障害となっていた。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、状態の異なるホログラム記録媒体に対して一定の信頼性を確保することのできるホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供することにある。

本発明に係るホログラム記録装置は、第１の波長の光を出射する第１の光源と、ホログラム記録媒体に対して感度がない第２の波長の光を出射する第２の光源と、ホログラム記録媒体に第１の光源の光を記録用の光として照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して第２の光源の光を入射して再生された回折光を検知する回折光検知手段と、回折光検知手段により検知された回折光の情報に基づいて、ホログラム記録媒体の状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段によって検出されたホログラム記録媒体の状態に基づき、ホログラム記録のための条件を決定する条件決定手段とを具備することを特徴とする。

この発明では、記録されたホログラムに対して、ホログラム記録媒体に対して感度がない第２の波長の光を入射して、これにより再生された回折光の情報に基づいてホログラム記録媒体の状態を検出する。検出されるホログラム記録媒体の状態としては、具体的には、回折光の時間応答特性、モノマーの拡散速度、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジ、ホログラム記録媒体の厚みなどがある。

条件決定手段は、状態検出手段によって検出されたホログラム記録媒体の状態に基づき、ホログラム記録のための最適な条件を決定する。ホログラム記録のための条件としては、記録の時間的な条件である記録スケジューリング、記録の多重数またはホログラムを多重記録する際のシフトピッチ、ホログラム記録媒体の不感領域を解消するためにコヒーレント光を照射する前処理時間、記録終了から、前記ホログラム記録媒体に記録後に残ったモノマーを消費するためにインコヒーレント光を照射する後処理開始までの待ち時間などである。

このようにホログラム記録媒体の状態に対して、ホログラム記録のための最適な条件を決定してホログラム記録を行うことができるので、信頼性を維持しつつ性能の向上を図ることができる。

また、この発明のホログラム記録装置において、ホログラム記録媒体に対して感度がない第２の波長の光を出射する第２の光源はサーボ用の光源であってもよい。これにより、回折光検知用の光源を別途追加する必要がない。

さらに、ホログラム記録媒体に試し書き用の領域を設けておき、回折光検知手段は、試し書き用の領域にて、記録用の光を照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して第２の光源の光を入射して再生された回折光を検知するものとしてもよい。これにより、実際の情報の記録を行う直前に、試し書き用の領域にて回折光の検知を行うことによって、ホログラム記録媒体の記録直前の状態を検出することができる。

さらに、ホログラム記録媒体を複数の領域に分割しておき、回折光検知手段は、各々の領域にて、記録用の光を照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して第２の光源の光を入射して再生された回折光を検知するものとしてもよい。これにより、より一層、信頼性が向上する。特に、部分的に厚みが異なるような状態の悪いホログラム記録媒体においても、十分な信頼性を確保することができる。

また、回折光検知手段は、追記ごとに、記録用の光を照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して前記第２の光源の光を入射して再生された回折光を検知するものとしてもよい。追記の際には、前回の状態検出から長い時間が経っている場合があるので、ホログラム記録媒体の状態が変化している可能性がある。したがって、追記ごとに、回折光の検知を行ってホログラム記録のための条件を決定することで、信頼性が向上する。

以上のように、本発明によれば、状態の異なるホログラム記録媒体に対して一定の信頼性を確保することのできるホログラム記録装置およびホログラム記録方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかるホログラム記録装置における回折光検知機構を示す図である。

同図において、１はホログラム記録媒体である。このホログラム記録媒体１は、光が入射される側より、反射防止膜２、一方の保護層としてのプラスチック基板３、記録層４、ギャップ層５、ダイクロイック層（波長選択膜）６、ギャップ層７、トラックグルーブおよびアドレスグルーブ８、および他方の保護層としてのプラスチック基板９で構成される。

上記の記録層４には、光重合型フォトポリマーが用いられている。光重合型フォトポリマーは、その初期状態では、モノマーがマトリクスポリマーに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマーが重合する。また、ポリマー化するにつれて周囲からモノマーが拡散移動してモノマーの濃度が場所によって変化することで、屈折率（あるいは透過率）が変化する。この原理により、記録層４には、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞が屈折率（あるいは透過率）の変化として記録される。

典型的なフォトポリマーに含まれている光開始剤や増感剤は特定の波長域にのみ反応し、したがって、その他の波長を当ててもフォトポリマーは露光されない。図１の回折光検知機構はこの特性を利用したものである。すなわち、回折光検知機構は、記録用の光１０をホログラム記録媒体１に照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して、ホログラム記録媒体１に対して感度がない波長の光１１を回折光検知用の光として特定の角度で入射する。これにより、その波長の光１１の回折光１２が再生されるので、この回折光１２を回折光用受光素子５２にて検知する。

なお、図１において、１３はサーボ用の光、３５は記録用の光１０とサーボ用の光１３をそれぞれ集光してホログラム記録媒体１に入射する対物レンズ、３４はホログラム記録媒体１からの回折光１２を反射して回折光用受光素子５２へ入射するダイクロイックミラーである。

ここで、記録用の光１０の波長をλ１、回折光検知用の光１１の波長をλ２、記録用の光１０の入射によって記録された回折格子間隔をΛ、記録用の光１０の入射角をθ１，θ２、ホログラム記録媒体の屈折率をｎとすると、回折光検知用の光１１の入射角θは、以下の式で表される。

このように得られた回折光１２の情報から、その回折光１２の時間応答特性などを、ホログラム記録媒体の状態として検出することができる。

また、ホログラム記録媒体１に試し書き用の領域を設けておき、実際の情報の記録を行う直前に、試し書き用の領域にて上記の回折光の検知を行うことによって、ホログラム記録媒体の記録直前の状態を検出することが可能である。

図２はフォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体の回折光の時間応答特性を示すグラフである。この回折光の時間応答特性は、ホログラム記録媒体に４０７ｎｍの波長の光で５秒間記録を行うとともに、そのホログラム記録媒体に対して感度がない６３３ｎｍの波長の光を入射した場合のものである。この回折光の時間応答特性から、５秒間記録を行った場合の回折効率を得ることができるとともに、モノマーの拡散速度を得ることができる。さらに、記録エネルギーに対する回折効率特性を求めることで、ホログラム記録媒体の感度を得ることも可能である。ただし、記録用の光とは別波長の光で再生を行うので、各々の波長を考慮して回折効率を修正する必要がある。

また、図３はホログラム記録媒体の屈折率変調度に対する回折効率特性を示すグラフである。このような回折効率のサインカーブの周期から、ホログラム記録媒体の屈折率変調度を得ることも可能である。この屈折率変調度の推定は、具体的には、記録用の光を照射し続けて屈折率を変化させながら回折効率を検出することによって行われる。さらに、この屈折率変調度の推定結果からホログラム記録媒体のダイナミックレンジを検出できる。 また、上記の回折光検知機構によって検知された回折光に基づいて回折光の角度特性を求め、この回折光の角度シフトの半値幅からホログラム記録媒体の厚みを求めることも可能である。

以上のようにして、回折光検知機構によって検知された回折光の情報に基づいて、回折光の時間応答特性をはじめ、回折効率、モノマーの拡散速度、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジ、厚みなど、ホログラム記録媒体の状態を検出することができ、これらのホログラム記録媒体の状態に基づき、ホログラム記録のための各種条件の最適値を決定することができる。その対象となるホログラム記録のための条件としては、前処理時間、後処理までの時間、記録スケジューリング、多重数などがある。

次に、ホログラム記録のための各々の条件の決定方法について説明する。

（前処理時間）

フォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体として、記録以前に外光によって露光されることを防ぐために不感領域を設けておき、記録直前にその不感領域を解消するために、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などからのコヒーレント光を照射する必要のあるものがある。

図４に前処理を行った場合と行わなかった場合の回折効率の時間特性を示すグラフである。このグラフに示されるように、前処理を行わなかった場合には回折光の立ち上がりが遅れる。また、前処理時間が長すぎるとホログラム記録媒体のダイナミックレンジを余計に消費してしまい、短すぎると最初に記録するホログラムが十分に記録できず、情報の抜けが生じる。

そこで、ホログラム記録媒体の理想的な状態（劣化がない状態）での回折光の立ち上がり時間とその時の前処理の時間をホログラム記憶媒体のヘッダ情報に組み込んでおき、このヘッダ情報より取得した上記２つの時間情報と、上記の回折光検知機構によって検知された回折光の時間応答特性から得られる回折光の立ち上がり時間とに基づいて、ホログラム記録媒体の理想的な前処理の時間を求めることができる。

（後処理までの時間）

フォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体では、記録後に残ったモノマーを消費させるためにインコヒーレントな光で後処理を行う必要がある。後処理によって拡散しているモノマーがポリマーに変わるので、拡散中に後処理を行うと十分な屈折率コントラストが得られなくなる。

図５はフォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体において、記録終了から後処理までの待ち時間（後処理までの時間）に対する回折効率の時間応答特性を示すグラフである。ここに示されているように、後処理までの時間が短いと十分な回折効率が得られない。そこで、ホログラム記録媒体の状態として検出されたモノマーの拡散速度から、十分に拡散して十分な屈折率変調を行うために必要な時間を、後処理までの理想的な時間として決定することができる。

（記録スケジューリング、多重数）

ホログラム記録媒体の状態として検出された、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジに基づき、記録の時間的な条件である記録スケジューリング、多重数を求めることができる。

ホログラム記録媒体の劣化によりダイナミックレンジが低下した場合には、具体的には１つ１つの記録エネルギーを下げ、それに応じた記録スケジューリングを再計算する方法が考えられる。しかし記録エネルギーを下げると回折効率が下がってしまい、ＳＮＲ（信号対ノイズ比）が低下してしまう。このため、元の記録スケジューリングがＳＮＲに対する十分なマージンをとって決められている場合には上記の方法を採用することが可能であるが、そうでない場合には、記録エネルギーを変えずに、多重数を下げる必要がある。具体的には、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式においては、シフトピッチを大きくしたり、シフトさせる領域を制限することによって多重数を下げ、位相相関多重方式やコリニア方式などではシフトピッチを大きくすることによって多重数を下げることができる。

次に、ホログラム記録媒体の状態検出を行う場所について説明する。

ホログラム記録媒体は厚みが全体にわたって均一とは限らない。たとえば、高湿環境に置かれた場合に吸水によって厚みが部分的に変化したり、ホログラム記録媒体の製作条件による厚みムラが生じる可能性がある。このような厚みムラは屈折率の不均一をもたらし、信頼性の低下要因となる。又は、成型時にメディアの材料が十分に混ざり合っていない時には、メディアの各位置によって屈折率が異なってしまうこともあり、ホログラム記録に対する影響は大きい。

このような状態の悪いホログラム記録媒体においても、十分な信頼性を確保するためには、ホログラム記録媒体の全領域を複数の領域に分けて、各々の領域の先頭部分でホログラム記録媒体の状態を検出することが有益である。各々の領域でホログラム記録媒体の状態を検出する際、記録用の光とは別波長の光を用いて再生を行うので、他のホログラムに影響を与えるおそれがなく、通常の記録用のＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）パターンで状態検出のための記録を行えるので、余計な露光による記録密度の低下も防ぐことができる。
また、ホログラム記録媒体を分割する複数の領域は、必ずしも予め決められた領域である必要はない。記録前もしくは記録中にランダムな位置で回折光の検知を行ってホログラム記録のための最適な条件をその都度決定するようにしてもよい。また、追記の際には、時間の経過によってホログラム記録媒体の状態が変化している可能性があるので、追記を行う直前に回折光の検知を行ってホログラム記録のための最適な条件を決定するようにしてもよい。

多重位置ごとに回折光の検知を行ってホログラム記録のための最適な条件をその都度決定するようにしてもよい。

試し書き領域での回折光の検知を行わずに、実際の情報の記録最中に常に回折光を検知することによって、ホログラム記録のための条件に定常的にフィードバックをかけることも可能である。

次に、本発明をコリニア方式のホログラム記録装置に実施した場合のより具体的な形態について説明する。

図６は、コリニア方式のホログラム記録装置の光学ユニットの構成を示す図である。

このコリニア方式のホログラム記録装置の光学ユニット１００は、記録再生用光源２１、コリメートレンズ２２、アイソレ−タ２３、メカニカルシャッタ−２５、半波長板２７、偏光ビームスプリッタ２８、１／２波長板２９、偏光ビームスプリッタ３０、１／４波長板３１、リレ−レンズ３２、ピンホ−ル３３、ダイクロイックミラ−３４、対物レンズ３５、サーボ用駆動ユニット３６、ピンホ−ル３７、反射型液晶３８、倍率調整用レンズ３９、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ４０、サーボ用光源４１、コリメートレンズ４２、グレーティング４３、ビームスプリッタ４４、集光用レンズ４５、シリンドリカルレンズ４６、受光素子４７、偏光ビームスプリッタ４８、ハーフミラー４９、１／２波長板５０、ミラー５１、回折光用受光素子５２を有する。

記録再生用光源２１は、出射光の波長を可変することのできるレーザ光源であり、レーザ素子としては、たとえば、波長４０５ｎｍのＬＤや、波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。

コリメートレンズ２２は、記録再生用光源２１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

アイソレ−タ２３は、戻り光を防ぐためための光学素子である。

メカニカルシャッタ−２５は、ビームの開閉を行う光学素子である。

半波長板２７は、光の強度を調節する光学素子である。

偏光ビームスプリッタ２８は、半波長板２７を通過した光のｐ偏光成分のみを空間光変調器としての反射型液晶３８に入射し、反射型液晶３８からの戻り光を反射する光学素子である。

１／２波長板２９は、偏光ビームスプリッタ２８を反射した光をｐ偏光に戻すための光学素子である。

偏光ビームスプリッタ３０は、１／２波長板２９から入射した光を透過し、ホログラム記録媒体１で反射されて１／２波長板３１から戻ってきた光（再生光）を反射するための光学素子である。

１／４波長板３１は、偏光ビームスプリッタ３０より入射した光を円偏光にするための光学素子である。

リレ−レンズ３２は、１／４波長板３１により円偏光とされた光をピンホ−ル３３に伝播するための光学素子である。

ピンホ−ル３３は、信号光のビーム径を絞って液晶からの高次の回折光をカットするための光学素子である。

ダイクロイックミラ−３４は、記録再生に用いる光（記録再生用光源２１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源４１からのレーザ光）とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー３４は、記録再生用光源２１とサーボ用光源４１とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源２１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源４１からのサーボ光を反射する。

対物レンズ３５は、信号光および参照光、さらにはサーボ用の光をホログラム記録媒体１６の所定の層位置に集光するための光学素子である。

サーボ駆動ユニット３６は、受光素子４７からのトラッキングエラ−信号およびフォ−カスエラ−信号により対物レンズ３５を２軸方向に駆動することによって、トラッキング制御およびフォ−カス制御を行うための駆動機構であり、各々の軸方向に対物レンズ３５を駆動するためのコイル３６Ａ、３６Ｂを有する。

反射型液晶３８は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、デ−タを重畳する空間光変調器である。空間光変調器としては、反射型液晶のほか、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ）や、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。

倍率調整用レンズ３９は、偏光ビームスプリッタ３０で反射して入射した再生光の倍率を調整するための光学素子である。

ＣＣＤカメラ４０は、再生光の画像を入力するための素子である。

サーボ用光源４１は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源２１とは波長の異なるレーザ光を出射する。また、このサーボ用光源４１の光は回折光検知用の光としても利用される。サーボ用光源４１は、たとえば、レーザーダイオードであり、発振波長としてホログラム記録媒体１６に対して感度が小さいもしくは感度がない、たとえば６３３ｎｍの波長が使用される。

コリメートレンズ４２は、サーボ用光源４１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

グレーティング４３は、コリメートレンズ４２から出射されたレーザ光を３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。サーボ制御のためにレーザ光の分割が行われる。

ビームスプリッタ４４は、グレーティング４３から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。

集光用レンズ４５は、ビームスプリッタ４４からの戻り光を受光素子４７に集光するための光学素子である。

シリンドリカルレンズ４６は、集光用レンズ４５から出射されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。

受光素子４７は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を出力するための素子、たとえばＣＣＤである。

偏光ビームスプリッタ４８は、ビームスプリッタ４４を透過したサーボ用光源４１のレーザ光を透過してハーフミラー４９に入射する。また、この偏光ビームスプリッタ４８は、ハーフミラー４９からのｓ偏光の戻り光を反射して回折光用受光素子５２に入射し、ｓ偏光以外の戻り光を透過する。

ハーフミラー４９は、偏光ビームスプリッタ４８を透過したサーボ用光源４１のレーザ光をサーボ用の光と回折光検知用の光とに分けるための光学素子である。すなわち、このハーフミラー４９を透過した光はサーボ用の光としてダイクロイックミラ−３４に入射し、反射した光は回折光検知用の光として１／２波長板５０に入射する。

１／２波長板５０は、ハーフミラー４９より入射した回折光検知用の光をｓ偏光にするための光学素子である。

ミラー５１は、１／２波長板５０によってｓ偏光となった回折光検知用の光を反射してホログラム記録媒体１に入射するための光学素子である。

回折光用受光素子５２は、偏光ビームスプリッタ４８より入射した回折光を受光して電気的な信号として出力する素子である。

ホログラム記録媒体１は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ホログラム記録媒体１が移動することから、ホログラム記録媒体１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

次に、このホログラム記録装置の動作を説明する。

記録再生用光源２１より出射した光は、コリメートレンズ２２によって平行光になり、戻り光を防ぐためにアイソレ−タ２３を通す。その後、半波長板２４によって強度が調節され、偏光ビームスプリッタ２８を通じてｐ偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶３８に入射される。

ここで、反射型液晶３８には、参照光のデ−タ領域が信号光のデ−タ領域の回りを囲んだパタ−ンが投影される。この実施形態では、信号光と参照光とを同一光路を伝播させる場合を示しているが、逆に信号光のデ−タ領域が参照光のデ−タ領域の回りを囲んだパタ−ンであってもよい。また信号光のパタ−ンの両脇から参照光を入射するというパタ−ンでもかまわない。

反射型液晶３８によって変調された光は、偏光が９０°回転するために偏光ビームスプリッタ２８を反射する。偏光ビームスプリッタ２８を反射した光は、１／２波長板２９によって再びｐ偏光に戻され、偏光ビームスプリッタ３０を透過し、１／４波長板３１によって円偏光となって、リレ−レンズ３２を伝播される。このときピンホ−ル３３により、液晶からの高次の回折光がカットされる。

続いて、光はダイクロイックミラ−３４を通過する。ダイクロイックミラ−３４を通過した光は、対物レンズ３５によって集光されてホログラム記録媒体１に入射する。その結果、ホログラム記録媒体１上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶３８によって空間変調された情報がホログラム記録媒体１にホログラムとして記録される。

ここで参照光のパタ−ンは、ある強度に変調されたものであり、そのパタ−ンがホログラム記録媒体１内でスペックルを発生させ、そのスペックルの一致した部分のみから再生光が発生するために、スペックルサイズに依存した非常に細かいシフトピッチでの多重記録が可能となる。

再生時には、反射型液晶３８上で、参照光に相当するパタ−ンのみを表示させ、その参照光成分のみをホログラム記録媒体１に入射する。これにより、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。この再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ３５を通り、ダイクロイックミラ−３４を透過してリレ−レンズ３２を通る。リレ−レンズ３２を通る途中でピンホ−ル３３によってノイズがカットされる。その後、再生光は１／４波長板３１によってｓ偏光になり、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて、倍率調整用レンズ３９にて倍率が調整され、ＣＣＤカメラ４０で、反射型液晶３８での空間的な２次元デ−タに対応する電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ４０からの出力は、図示しない信号処理部によって２値化され、時系列２値化デ−タに変換される。

一方、サーボ用光源４１より出射された光は、コリメートレンズ４２によって平行光に変換され、グレーティング４３にて３つのビームに分割される。グレーティング４３から出射されたレ−ザ光は、ビームスプリッタ４４、偏光ビームスプリッタ４８、ハーフミラー４９を透過してダイクロイックミラ−３４に達し、ダイクロイックミラ−３４にて記録再生用の光と同一の光路に乗せられ、対物レンズ３５によりホログラム記録媒体１に入射される。

ホログラム記録媒体１から反射したサーボ光は、対物レンズ３５を通してダイクロイックミラ−３４に戻り、ここで反射されて、ハーフミラー４９、偏光ビームスプリッタ４８を径由してビームスプリッタ４４に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ４４で反射されて集光用レンズ４５に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ４６にてビーム形状が円形から楕円形に変換されて受光素子４７にて受光される。受光素子４７からは、戻り光に対してトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラ−信号、フォ−カスサーボ制御のためのフォ−カスエラ−信号などが出力される。

また、偏光ビームスプリッタ４８を透過したサーボ用光源４１のレーザ光はハーフミラー４９にて、サーボ用の光１３と回折光検知用の光１１とに別れ、回折光検知用の光１１はハーフミラー４９を反射して１／２波長板５０に入射する。１／２波長板５０で回折光検知用の光はｓ偏光となり、ミラー５１によってホログラム記録媒体１に入射される。この入射角は、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムに対して回折光が発生する角度に設定されている。

回折光検知用の光によって回折された光は、対物レンズ３５を通ってダイクロイックミラー３４によって反射され、ハーフミラー４９を透過して、偏光ビームスプリッタ４８に入射される。この回折光はｓ偏光であるために偏光ビームスプリッタ４８によって反射され、回折光用受光素子５２にて受光されて電気的信号に変換される。

なお、ホログラム記録媒体の状態検出時の反射型液晶３８のパターンは、ホログラム記録媒体の実記録領域で行う場合には記録用のパターンを、ホログラム記録媒体の試し書き領域で行う場合にはどんなパターンであってもよい。

次に、本実施形態のホログラム記録装置の制御系の電気的な構成を説明する。

図７は、このホログラム記録装置の電気的な構成を示す図である。

同図に示すように、このホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体１を駆動するスピンドルモータ６０、スピンドルモータ６０を制御するスピンドルモータ制御部６１、受光素子４７の出力に基づきトラッキングおよびフォーカシングのサーボのための演算処理を行うサーボ制御部６３、サーボ制御部６３からの制御信号に基づいてサーボ駆動ユニット３６を制御するサーボメカ制御部６４、ＣＣＤカメラ４０の再生信号を処理する再生信号処理部６５、メカニカルシャッタ−２５の開閉を制御するシャッター制御部６６、反射型液晶３８を制御するＳＬＭ制御部６７、ホログラム記録媒体１の不感領域を取り払うためのインコヒーレント光を出射するＬＥＤ６８、ＬＥＤ６８を制御するＬＥＤ制御部６９、および、このホログラム記録装置を全体的に制御する制御コンピュータ７０を備えている。

回折光用受光素子５２で検出された回折光に対応する情報は制御コンピュータ７０に転送される。制御コンピュータ７０は、回折光用受光素子５２からの回折光に対応する情報に基づいて、回折光の時間応答特性をはじめ、回折効率、モノマーの拡散速度、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジ、厚みなど、ホログラム記録媒体の状態を検出し、これらの結果を基に、前処理時間、後処理までの時間、記録スケジューリング、多重数などの、ホログラム記録のための各種条件を演算する記録条件演算ユニット７０ａと、この記録条件演算ユニット７０ａにより求められたホログラム記録のための各種条件などを記憶するメモリ７０ｂとを有している。メモリ７０ｂに記憶されたホログラム記録のための各種条件は、ホログラム記録媒体の所定の領域にヘッダ情報として記録される。

また、制御コンピュータ７０は、自ら求めてメモリ７０ｂに記憶したホログラム記録のための各種条件、あるいはホログラム記録媒体のヘッダ領域から読み出してメモリ７０ｂに記憶したホログラム記録のための各種条件に従ってホログラムの記録を行うように制御を行う。

次に、本実施形態のホログラム記録装置の動作を説明する。

図８は、本実施形態のホログラム記録装置において、ホログラム記録媒体の状態検出から記録完了までの手順を示すフローチャートである。

まず、ホログラム記録媒体の試し書き用の領域に、適当なパワーでホログラムの記録を行い、その記録位置に、サーボ用光源４１からの、ホログラム記録媒体に対する感度がない波長の光を入射することによって、ホログラムからの回折光が回折光用受光素子５２にて検出される（ステップＳ１）。

回折光用受光素子５２にて検出された回折光の情報は制御コンピュータ７０に転送される。制御コンピュータ７０は、記録条件演算ユニット７０ａにて、受信した回折光の情報に基づいて回折効率、屈折率変調度、回折光の立ち上がり時間、モノマーの拡散速度、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジなどの、ホログラム記録媒体の状態を検出し、これらの結果に基づいて、前処理の時間、記録スケジュール、シフトピッチ（多重数）、後処理までの待ち時間などのホログラム記録のための各種条件の最適値を算出して、その結果をメモリ７０ｂに格納する（ステップＳ２）。

次に、制御コンピュータ７０は、メモリ７０ｂから前処理の時間の情報を読み込み（ステップＳ３）、この前処理の時間、ホログラム記録媒体の不感領域を取り払うためのインコヒーレント光をＬＥＤ６８からホログラム記録媒体の一部の領域に照射するようにＬＥＤ制御部６９に制御信号を出力する（ステップＳ４）。

次に、制御コンピュータ７０は、メモリ７０ｂからシフトピッチ（多重数）の情報を読み込んだ後（ステップＳ５）、信号光および参照光の照射位置が目的の記録位置にくるようにスピンドルモータ制御部６１を制御してスピンドルモータ６０を回転させる（ステップＳ６）。

次に、制御コンピュータ７０は、記録用の時系列情報を２次元に展開させたパターンを反射型液晶３８に表示させるために、ＳＬＭ制御部６７にＳＬＭデータを転送する（ステップＳ７）。

次に、制御コンピュータ７０は、メモリ７０ｂから記録スケジュールの情報を読み込み（ステップＳ８）、この記録スケジュールでメカニカルシャッタ−２５を開閉させるようにシャッター制御部６６に制御信号を出力する（ステップＳ９）。これにより、ホログラム記録媒体への実際の情報のホログラム記録が行われる。

次に、制御コンピュータ７０は、前処理が行われた領域でのホログラムの記録が終了したかどうかを判断し（ステップＳ１０）、終了した場合は次のステップＳ１１へ、終了していない場合にはステップＳ５に戻って、シフトピッチに従ってシフトさせた位置でのホログラム記録を再度行う。

次に、制御コンピュータ７０は、ホログラム記録媒体の状態が検知された領域での記録が終了したかどうかを判断する（ステップＳ１１）。ここで、ホログラム記録媒体の状態が検知された領域とは、ホログラム記録媒体の全領域を複数の領域に分けて、各々の領域内に設けられた試し書き用の領域でホログラム記録媒体の状態を検出するた場合の、個々の領域を指す。

ホログラム記録媒体の状態が検知された領域での記録が終了していない場合には、ステップＳ４に戻って再び前処理を行い、次のホログラム記録を行う。終了している場合には、次のステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、ホログラム記録媒体の全ての領域での記録が終了したかどうかを判断する。終了した場合には次のステップＳ１３へ進み、終了していない場合には、ステップＳ１に戻って、次の領域での回折光の検知を行い、同様に、その回折光の情報に基づいて算出されたホログラム記録のための各種条件に従ってホログラム記録が行われる。

ホログラム記録媒体の全ての領域での記録が終了したならば、次に、制御コンピュータ７０は、メモリ７０ｂから後処理までの待ち時間の情報を読み込み（ステップＳ１３）、最後の記録完了から、当該待ち時間が経過するのを待って、後処理を行う（ステップＳ１４）。

以上説明した実施形態のホログラム記録装置によれば、記録されたホログラムに対して、ホログラム記録媒体に対して感度がない波長の光を入射することによって再生された回折光の情報に基づいてホログラム記録媒体の状態を検出することができる。このホログラム記録媒体の状態に基づきホログラム記録のための最適な条件を決定し、ホログラム記録を行うことによって、信頼性を維持しつつ性能の向上を図ることができる。

また、ホログラム記録媒体に対して感度がない波長の光をサーボ用の光源の光の一部を用いることで、回折光検知用の光源を別途設ける必要がない。

さらに、ホログラム記録媒体を複数の領域に分割しておき、各々の領域で回折光の検知を行ってホログラム記録媒体の状態を検出し、ホログラム記録のための最適な条件を決定することで、より一層信頼性の向上を図ることができる。特に、部分的に厚みが異なるような状態の悪いホログラム記録媒体においても、十分な信頼性を確保することができる。

本発明の一実施形態にかかるホログラム記録装置における回折光検知機構を示す図である。 フォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体の回折光の時間応答特性を示すグラフである。 ホログラム記録媒体の屈折率変調度に対する回折効率特性を示すグラフである。 フォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体において、前処理を行った場合と行わなかった場合の回折効率の時間特性を示すグラフである。 フォトポリマーを用いた典型的なホログラム記録媒体において、記録終了から後処理までの待ち時間に対する回折効率の時間応答特性を示すグラフである。 コリニア方式のホログラム記録装置の光学ユニットの構成を示す図である。 図６の実施形態のホログラム記録装置の電気的な構成を示す図である。 図６の実施形態のホログラム記録装置において、ホログラム記録媒体の状態検出から記録完了までの手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ホログラム記録媒体
１１ 回折光検知用の光
１２ 回折光
２１ 記録再生用光源
３８ 反射型液晶
４１ サーボ用光源
４８ 偏光ビームスプリッタ
４９ ハーフミラー
５０ １／２波長板
５１ ミラー
５２ 回折光用受光素子
６１ スピンドルモータ制御部
６６ シャッター制御部
６７ ＳＬＭ制御部
６９ ＬＥＤ制御部
７０ 制御コンピュータ
１００ 光学ユニット

Claims (3)

1. 光重合型フォトポリマーの記録層を有するホログラム記録媒体に対して第１の波長の光を出射する第１の光源と、
   前記ホログラム記録媒体に対して感度がない第２の波長の光を出射する第２の光源と、
   前記ホログラム記録媒体に前記第１の光源の光を記録用の光として照射してホログラムを記録するとともに、この記録されたホログラムに対して前記第２の光源の光を入射して再生された回折光を検知する回折光検知手段と、
   前記回折光検知手段により検知された回折光の情報に基づいて当該回折光の時間応答特性を前記ホログラム記録媒体の状態として検出する状態検出手段と、
   前記状態検出手段によって検出されたホログラム記録媒体の状態に基づき、外光による露光防止を目的として前記ホログラム記録媒体に設けられた不感領域を記録前に解消するためのコヒーレント光を照射する時間条件を決定する条件決定手段と、
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記状態検出手段は、さらに、前記回折光検知手段により検知された回折光の情報に基づいてモノマーの拡散速度を前記ホログラム記録媒体の状態として検出し、
   前記条件決定手段は、さらに、前記状態検出手段によって検出された前記ホログラム記録媒体の状態に基づき、前記ホログラム記録媒体に記録終了後に残ったモノマーの消費を目的としてインコヒーレント光を照射する後処理の開始の、前記記録終了からの待ち時間を決定することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 光重合型フォトポリマーの記録層を有するホログラム記録媒体に記録用の光を照射するとともに、前記ホログラム記録媒体に対して感度がない波長の光を入射して再生された回折光を検出し、
   前記検知された回折光の情報に基づいて当該回折光の時間応答特性を前記ホログラム記録媒体の状態として検出し、
   前記検出されたホログラム記録媒体の状態に基づき、外光による露光防止を目的として前記ホログラム記録媒体に設けられた不感領域を記録前に解消するためのコヒーレント光を照射する時間を決定することを特徴とするホログラム記録方法。

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