JP4738935B2 - ホログラム記録方法およびホログラム記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録媒体にホログラムを記録するためのホログラム記録方法およびホログラム記録装置に関する。

従来のホログラム記録装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。このホログラム記録装置は、レーザ光源から出射したレーザ光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射することにより、アドレス情報、クロック情報、およびユーザデータのそれぞれに対応するホログラムを異なる領域に記録するように構成されている。このような構成のホログラム記録装置は、基本的に、信号光に対する参照光の角度が固定されており、アドレス情報、クロック情報、ユーザデータのいずれにしても、一つの照射領域に単に一つのホログラムが記録されるようになっている。一方、参照光の角度を可変制御することで当該角度に応じたホログラムをページ単位に多重記録する技術もすでに提案されている。このような多重記録によれば、参照光の角度に応じた複数のホログラムを一つの照射領域にまとめて記録することができ、記録密度を高める点で有利である。
特開２００５−１８８８０号公報

しかしながら、上記従来のホログラム記録装置では、参照光の角度を可変制御して多重記録を行った場合、例えばページデータに先立ってアドレス情報を読み出す再生時には、当該アドレス情報を記録したときの角度に合わせた参照光を照射しなければならない。つまり、アドレス情報記録時における参照光の角度が特に決まっていない場合、再生時に参照光の角度を一通りある程度の角度範囲にわたって変化させなければならない。また、アドレス情報記録時における参照光の角度が所定の角度に決まっていても、アドレス情報の読み出しごとに参照光の角度を当該所定の角度に頻繁に合わせなければならないので、ホログラム記録媒体に対するシーク動作が再生時に遅くなるという難点があった。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ホログラム記録媒体に対する再生時のシーク動作をできる限り高速化することができるホログラム記録方法、およびホログラム記録装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供されるホログラム記録方法は、光源から出射したコヒーレント光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射し、その際、単位照射領域となるスタックごとに上記信号光に対する参照光の角度を可変制御することにより、当該参照光の角度に対応するホログラムをページ単位に多重記録するホログラム記録方法であって、上記スタックの任意の一つに対し、ページごとに異なるホログラムとして複数のページデータを多重記録する際、当該ページデータのそれぞれに対応して当該スタックの上記ホログラム記録媒体上における位置を示すスタックアドレスを記録することを特徴としている。

本発明の第２の側面によって提供されるホログラム記録装置は、光源から出射したコヒーレント光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射し、その際、単位照射領域となるスタックごとに上記信号光に対する参照光の角度を可変制御することにより、当該参照光の角度に対応するホログラムをページ単位に多重記録するホログラム記録装置であって、上記スタックの任意の一つに対し、ページごとに異なるホログラムとして複数のページデータを多重記録する際、当該ページデータのそれぞれに対応して当該スタックの上記ホログラム記録媒体上における位置を示すスタックアドレスを記録するように、これらのページデータおよびスタックアドレスに対応する駆動信号を上記参照光の角度を変化させるごとに出力して上記空間光変調器を制御する空間光変調器制御手段を備えていることを特徴としている。

好ましい実施の形態としては、所望とする上記スタックの一つからホログラムを再生する際、上記参照光の角度を任意の角度に合わせた状態で当該参照光を照射し、それに応じて上記ホログラム記録媒体から発せられる再生光を光検出器で受光することにより、その受光結果に基づいて所望とするスタックアドレスを読み出す再生手段を備えている。

他の好ましい実施の形態としては、上記再生手段は、上記所望とするスタックアドレスを読み出した後、上記参照光の角度を記録時の角度に順次合わせながら当該参照光を照射し、それに応じて上記ホログラム記録媒体から発せられる再生光を光検出器で受光することにより、その受光結果に基づいて所望とするページデータを読み出す。

このような構成では、たとえばある一つのスタックには、信号光に対する参照光の角度に応じてページ単位に記録された複数のページデータが存在し、各ページには、当該スタックのスタックアドレスもページデータとともに記録される。そのため、再生時には、参照光の角度をどのページの記録時と一致する角度に合わせても、ホログラム記録媒体から発せられる再生光にスタックアドレスを表すホログラムが含まれることとなる。したがって、本発明によれば、再生時に参照光の角度を特定の角度に変化させなくても確実にスタックアドレスを読み取ることができるので、ホログラム記録媒体に対する再生時のシーク動作をより高速化することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１〜５は、本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示している。

図１に示されているように、本実施形態のホログラム記録装置Ａは、光源１、コリメータレンズ２、第１のビームスプリッタ３、ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂ、空間光変調器５、第２のビームスプリッタ６、リレーレンズ７Ａ，７Ｂ、対物レンズ７、固定ミラー８Ａ，８Ｂ，８Ｃ、記録用のガルバノミラー９、記録用の集光レンズ１０Ａ，１０Ｂ、再生用のガルバノミラー１１、再生用の集光レンズ１２Ａ，１２Ｂ、およびフォトディテクタ１３、空間光変調器制御部２０、およびシステム制御部３０を備えて構成されている。図示しないその他の構成要素としては、ホログラム記録媒体Ｂを回転ディスクとして回転させるための回転機構や、ホログラム記録媒体Ｂの径方向に対物レンズ７などの光学系を移動させるためのトラッキングサーボ機構を備えている。

このホログラム記録装置Ａに用いられるホログラム記録媒体Ｂは、光透過性を有する２つの保護層９０Ａ，９０Ｂの間に記録層９１をもち、この記録層９１に対して両側から光を照射することができるように構成されている。記録層９１には、信号光Ｓと参照光Ｒが所定の角度で交差しながら干渉することで当該角度に応じた干渉縞パターンのホログラムが記録される。再生時には、一点鎖線で示すようにホログラム記録媒体Ｂに対して記録時とは反対側から参照光Ｒが照射され、この参照光Ｒに応じてホログラム記録媒体Ｂから発せられる光が再生光Ｐとして対物レンズ７へと進行する。

光源１は、たとえば半導体レーザ素子からなり、記録時および再生時に比較的帯域が狭く干渉性の高いコヒーレント光としてのレーザ光を出射する。コリメータレンズ２は、光源１から出射したレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズ２から出射した平行光は、第１のビームスプリッタ３へと導かれ、この第１のビームスプリッタ３は、入射した平行光を空間光変調器５に向かう信号光Ｓと、これとは別の光路を経て記録用や再生用のガルバノミラー９，１１へと向かう参照光Ｒとに分離する。ビームエキスパンダ４Ａ，４Ｂは、組み合わせレンズからなり、信号光Ｓの径を拡大しつつ当該信号光Ｓを空間光変調器５へと導く。

空間光変調器５は、空間光変調器制御部２０からの駆動信号に基づいて動作する例えば液晶表示装置からなり、記録時に入射した光を２次元的な画素パターンを表す光（信号光Ｓ）に変調して出射する。この空間光変調器５によれば、後述するページデータやスタックアドレスといった記録すべき情報が画素パターンに変換され、当該画素パターンの信号光Ｓが効率良く得られる。空間光変調器５から出射した信号光Ｓは、第２のビームスプリッタ６を透過してリレーレンズ７Ａ，７Ｂや対物レンズ７へと導かれ、最終的にホログラム記録媒体Ｂに照射される。本実施形態においては、信号光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに対して略直角（入射角０）に照射されるようにリレーレンズ７Ａ，７Ｂや対物レンズ７が配置されており、信号光Ｓの入射角は固定されている。再生時には、空間光変調器５が駆動されずに信号光Ｓがホログラム記録媒体Ｂに照射されない。

一方、記録時の場合、第１のビームスプリッタ３から出射した参照光Ｒは、固定ミラー８Ａ，８Ｂを介して記録用のガルバノミラー９へと導かれる。記録用のガルバノミラー９は、記録時に参照光Ｒの入射角および反射角を変化させうるものであり、参照光Ｒをホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させるように配置されている。すなわち、記録用のガルバノミラー９から出射した参照光Ｒは、集光レンズ１０Ａ，１０Ｂを通ってホログラム記録媒体Ｂ上で信号光Ｓと重なるように照射され、その際、信号光Ｓに対する参照光Ｒの角度（ホログラム記録媒体Ｂに対する参照光Ｒの入射角に相当）が記録用のガルバノミラー９の動作に応じて異なる複数の設定角に変化させられる。これにより、信号光Ｓおよび参照光Ｒが重なるように照射される単位照射領域には、参照光Ｒの入射角が異なる設定角に合わせられるごとに異なるパターンのホログラムがまとめて記録される。

図２に示すように、単位照射領域は、たとえばスパイラル状のラインに沿って隣り合うもの同士が一部重なりながら形成されるものであり、このような単位照射領域をスタックＳ１〜Ｓｎと称する。スタックＳ１〜Ｓｎは、順番にスタックアドレスが割り振られるようになっており、各スタックＳ１〜Ｓｎには、参照光Ｒの入射角が設定角に合わせられるごとに異なるパターンのホログラムが記録される。このような設定角に基づいて分類されるホログラムの単位をページＰ１〜Ｐｎと称する。図３に示すように、各スタックＳ１〜Ｓｎには、上記設定角に対応する多数のページＰ１〜Ｐｎが含まれ、各ページＰ１〜Ｐｎには、設定角を示す情報となるページアドレスやユーザデータ（これらをまとめて「ページデータ」と称する）が記録されるほか、スタックアドレスも記録される。すなわち、全てのページＰ１〜Ｐｎには、該当するスタックＳ１〜Ｓｎのスタックアドレスが書き込まれている。なお、スタックアドレスは、ホログラム記録媒体Ｂ上における各スタックＳ１〜Ｓｎの相対的な位置を示す情報である。

再生時の場合、参照光Ｒは、固定ミラー８Ｃを介して再生用のガルバノミラー１１へと導かれる。再生用のガルバノミラー１１は、再生時に参照光Ｒの入射角および反射角を変化させうるように構成されており、記録時とは反対側から参照光Ｒをホログラム記録媒体Ｂに向けて進行させるように配置されている。再生用のガルバノミラー１１から出射した参照光Ｒは、集光レンズ１２Ａ，１２Ｂを通ってホログラム記録媒体Ｂに照射される。再生時には、ホログラム記録媒体Ｂの記録層９１において記録済みのホログラムと干渉するように参照光Ｒが照射される。本実施形態においては、再生時における参照光Ｒを記録時とは正反対の向きをなす共役光として照射しつつ、参照光Ｒの入射角を記録時と同様に複数の設定角に合わせるように再生用のガルバノミラー１１を動作させている。これにより、ホログラム記録媒体Ｂからは、信号光Ｓと同様の画素パターンを含む再生光Ｐが発せられる。

フォトディテクタ１３は、ＣＣＤエリアセンサあるいはＣＭＯＳエリアセンサからなり、再生時に対物レンズ７やリレーレンズ７Ａ，７Ｂを介して第２のビームスプリッタ６へと戻ってきたホログラム記録媒体Ｂからの再生光Ｐを受光する。このようなフォトディテクタ１３によれば、再生光Ｐの画素パターンに応じた受光信号が得られ、この受光信号に基づいて記録時の画素パターンに対応する情報が再生される。たとえば、図３のスタックＳ１を対象として参照光Ｒの入射角をページＰ１に対応する設定角に合わせた場合、スタックＳ１のスタックアドレスと当該スタックＳ１に記録されたページＰ１のページデータが読み出される。

空間光変調器制御部２０は、参照光Ｒの入射角が変化させられるごとにページデータおよびスタックアドレスに対応する駆動信号を空間光変調器５に出力するものである。このような空間光変調器制御部２０の動作によれば、ページＰ１〜Ｐｎごとに異なるページデータが記録されるとともに、全てのページＰ１〜Ｐｎにわたって該当するスタックＳ１〜Ｓｎのスタックアドレスも記録される。システム制御部３０は、装置全体の動作を制御するものであり、たとえば記録時には、記録用のガルバノミラー９の動作にタイミングを合わせて空間光変調器制御部２０の動作を制御するように構成されている。

次に、上記ホログラム記録再生装置Ａの動作を図４および図５のフローチャートを参照して説明する。

図４に示すように記録時の場合、システム制御部３０は、スタックアドレスを設定する（Ｓ１）。たとえば、ホログラム記録媒体Ｂにまだ何も記録されていない場合、スタックアドレスとしては、最初に割り当てられるべきアドレスが設定される。また、たとえばスタックＳ２までホログラムが記録されている場合、スタックアドレスとしては、次のスタックＳ３に割り当てられるべきアドレスが設定される。

次に、システム制御部３０は、トラッキングサーボ機構などを制御することで参照光Ｒおよび信号光Ｓを目的のスタックに照射するように照準を合わせる（Ｓ２）。

その後、システム制御部３０は、ページアドレスを設定する（Ｓ３）。たとえば、参照光Ｒの入射角が設定角θ１に合わせられる場合、ページアドレスとしては、当該設定角θ１に対応するアドレスが設定される。

そして、システム制御部３０は、図示しないコンピュータから記録すべきものとして送られてきたユーザデータや上記ページアドレスをページデータとして空間光変調器制御部２０に設定するとともに、上記スタックアドレスについても空間光変調器制御部２０に設定する（Ｓ４）。空間光変調器制御部２０は、ページデータやスタックアドレスを２次元の画素パターンに変換し、当該画素パターンに応じた駆動信号を空間光変調器５に出力する。

これにより、空間光変調器５からは、ページデータおよびスタックアドレスに対応する信号光Ｓが出射するとともに、この信号光Ｓに対して参照光Ｒが所定の設定角で重なるように照射され、目的とするスタックには、当該設定角に対応するページにページデータおよびスタックアドレスが書き込まれる（Ｓ５）。

データの書き込み後、システム制御部３０は、記録用のガルバノミラー９を制御することで参照光Ｒの入射角を現時点の設定角から次の設定角へと変化させる（Ｓ６）。

その後、記録すべきデータが無い場合（Ｓ７：ＮＯ）、システム制御部３０は、記録処理を終える。

Ｓ７において、記録すべきデータが有る場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、システム制御部３０は、現時点で照準を合わしている目的のスタックに記録可能なページが有るか否か判断し（Ｓ８）、記録可能なページが有る場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、スタックアドレスの設定をそのまま維持した状態でＳ３に戻り、次のページに該当するページアドレスを設定する。

Ｓ８において、記録可能なページが無い場合（Ｓ８：ＮＯ）、システム制御部３０は、Ｓ１に戻って現時点のスタックから次のスタックに該当するスタックアドレスを設定する。

このような記録処理によれば、各スタックＳ１〜Ｓｎにおける全てのページＰ１〜Ｐｎにページデータととともにスタックアドレスを記録することができる。

図５に示すように再生時の場合、システム制御部３０は、コンピュータから読み出し要求されたデータの在処を示すスタックアドレスおよびページアドレスを特定する（Ｓ１０）。

そして、システム制御部３０は、参照光Ｒを任意の入射角（記録時の入射角に相当する複数の設定角のいずれか）に合わせた状態で参照光Ｒを照射させ（Ｓ１１）、それに応じて受光される再生光からスタックアドレスを読み取る（Ｓ１２）。このとき、回転中のホログラム記録媒体Ｂに対して参照光Ｒのみが照射されるが、各スタックＳ１〜ＳｎのどのページＰ１〜Ｐｎにもスタックアドレスが記録されているため、参照光Ｒの入射角を記録時の設定角のいずれかに合わせるだけでスタックアドレスが確実に読み取られる。

読み取ったスタックアドレスが上記Ｓ１０で特定したスタックアドレスに該当する場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、システム制御部３０は、ホログラム記録媒体Ｂの回転を停止させ、その間に再生用のガルバノミラー１１を制御して参照光Ｒの入射角を記録時の設定角と順に合うように変化させる（Ｓ１４）。このとき、参照光Ｒは、目的とするスタックに照射位置が合った状態となる。

参照光Ｒの入射角が複数の設定角と合うように変化させられると、フォトディテクタ１３によって各設定角に対応する再生光Ｐが受光され、システム制御部３０は、このような再生光Ｐから得られるページデータに基づいてページアドレスを読み取る（Ｓ１５）。

読み取ったページアドレスが上記Ｓ１０で特定したページアドレスに該当する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、システム制御部３０は、参照光Ｒの入射角をそのページアドレスに対応する角度に保ち、その際に受光した再生光Ｐから得られるページデータに基づいて目的とするユーザデータを読み取る（Ｓ１７）。

Ｓ１６において、読み取ったページアドレスが上記Ｓ１０で特定したページアドレスとは異なる場合（Ｓ１６：ＮＯ）、システム制御部３０は、再びＳ１４に戻って参照光Ｒの入射角を変化させる。

Ｓ１３において、読み取ったスタックアドレスが上記Ｓ１０で特定したスタックアドレスとは異なる場合（Ｓ１３：ＮＯ）、システム制御部３０は、ホログラム記録媒体Ｂを回転させることで参照光Ｒの照射位置にあるスタックを変更させ（Ｓ１８）、その後、再びＳ１２に戻ってスタックアドレスの読み取りを行う。

このような再生処理によれば、目的とするスタックに参照光Ｒの照射位置が合うまでは、参照光Ｒの入射角を変化させることなく必要な情報（スタックアドレス）を読み出すことができ、その分、シークタイムをより短くすることができる。

したがって、本実施形態のホログラム記録装置Ａによれば、再生時に参照光Ｒを変化させながらスタックアドレスを読み出す必要はないので、ホログラム記録媒体Ｂに対する再生時のシーク動作をできる限り高速化することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、透過型のホログラム記録媒体Ｂを用いるため、記録時における参照光の向きと再生時における参照光の向きとを互いに逆向きにしているが、反射膜をもつ反射型のホログラム記録媒体を用いるものでは、記録時における参照光の向きと再生時における参照光の向きとを同じ向きとし、信号光と同じ側から参照光を照射するようにすればよい。

本発明に係るホログラム記録装置の一実施形態を示す全体構成図である。 図１のホログラム記録装置により記録されたホログラム記録媒体を説明するための説明図である。 図２のホログラム記録媒体に記録されたデータを模式的に説明するための説明図である。 図１のホログラム記録装置による記録動作を説明するためのフローチャートである。 図１のホログラム記録装置による再生動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ａ ホログラム記録装置
Ｂ ホログラム記録媒体
Ｓ 信号光
Ｒ 参照光
Ｐ 再生光
Ｓ１〜Ｓｎ スタック
Ｐ１〜Ｐｎ ページ
１ 光源
５ 空間光変調器
９ 記録用のガルバノミラー
１１ 再生用のガルバノミラー
１３ フォトディテクタ（光検出器）
２０ 空間光変調器制御部（空間光変調器制御手段）
３０ システム制御部（再生手段）

Claims (4)

1. 光源から出射したコヒーレント光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射し、その際、単位照射領域となるスタックごとに上記信号光に対する参照光の角度を可変制御することにより、当該参照光の角度に対応するホログラムをページ単位に多重記録するホログラム記録方法であって、
   上記スタックの任意の一つに対し、ページごとに異なるホログラムとして複数のページデータを多重記録する際、当該ページデータのそれぞれに対応して当該スタックの上記ホログラム記録媒体上における位置を示すスタックアドレスを記録することを特徴とする、ホログラム記録方法。
2. 光源から出射したコヒーレント光を信号光と参照光とに分離し、一方の信号光を空間光変調器で変調してホログラム記録媒体に照射するとともに、他方の参照光を上記ホログラム記録媒体上で信号光と重なるように照射し、その際、単位照射領域となるスタックごとに上記信号光に対する参照光の角度を可変制御することにより、当該参照光の角度に対応するホログラムをページ単位に多重記録するホログラム記録装置であって、
   上記スタックの任意の一つに対し、ページごとに異なるホログラムとして複数のページデータを多重記録する際、当該ページデータのそれぞれに対応して当該スタックの上記ホログラム記録媒体上における位置を示すスタックアドレスを記録するように、これらのページデータおよびスタックアドレスに対応する駆動信号を上記参照光の角度を変化させるごとに出力して上記空間光変調器を制御する空間光変調器制御手段を備えていることを特徴とする、ホログラム記録装置。
3. 所望とする上記スタックの一つからホログラムを再生する際、上記参照光の角度を任意の角度に合わせた状態で当該参照光を照射し、それに応じて上記ホログラム記録媒体から発せられる再生光を光検出器で受光することにより、その受光結果に基づいて所望とするスタックアドレスを読み出す再生手段を備えている、請求項２に記載のホログラム記録装置。
4. 上記再生手段は、上記所望とするスタックアドレスを読み出した後、上記参照光の角度を記録時の角度に順次合わせながら当該参照光を照射し、それに応じて上記ホログラム記録媒体から発せられる再生光を光検出器で受光することにより、その受光結果に基づいて所望とするページデータを読み出す、請求項３に記載のホログラム記録装置。

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