JP4882803B2 - ホログラム記録装置及びホログラム再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラフィーを利用して記録媒体に情報を記録するホログラム記録装置に関する。また、ホログラム情報が記録された記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置に関する。

ホログラフィーを利用して記録媒体に情報を記録するホログラム記録が従来提案されている。ホログラム記録は、ユーザデータ情報に応じて変調された２次元の光強度変調パターンを有する信号光と、所定の光強度パターンを有する参照光と、を記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって行われる。このホログラム記録は、例えば角度多重方式、シフト多重方式、位相コード多重方式等の種々の多重記録方式によって行われ、記録媒体の同一位置又は互いに重なる領域に情報を多重して記録できるために、超高密度光記録が可能になるとされ、注目を集めている。

図７は、ホログラム記録を行うために使用される従来のホログラム記録媒体１００（特許文献１参照）の構成を説明するための図である。図７に示すように、ホログラム記録媒体１００は、ポリカーボネート等によって形成された透明基板１０１の一面に、ボリュームホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層としてのホログラム層１０２と、反射膜１０３と、保護層１０４と、をこの順番で積層して構成されている。そして、ホログラム層１０２と保護層１０４との境界には、半径方向に延びる複数の位置決め領域としてのアドレス・サーボエリア１０５が所定の角度間隔で設けられ、隣り合うアドレス・サーボエリア１０５間の扇形の区間がデータエリア１０６になっている。

ホログラム記録媒体１００においては、信号光（情報光でも同じ）、記録用参照光、及び再生用参照光の照射位置を位置決めするための情報が記録される位置決め領域（アドレス・サーボエリア１０５）が設けられているために、記録又は再生のための光の位置決めを精度良く行うことが可能となる。このため、ホログラム記録媒体１００を用いてホログラム記録を行う場合には、情報光及び参照光の照射位置を正確に位置決めして行え、正確な位置に情報を多重記録することが可能となる。また、情報が記録されたホログラム記録媒体１００を再生する場合にも、参照光の照射位置を正確に位置決めして行えるために、高い再生品質で情報の再生が可能となる。

しかし、特許文献１の示されるホログラム記録媒体の場合、記録媒体の厚み方向について一つの体積ホログラムしか形成されず、記録容量の点で効率的でない。このため、特許文献２には、ホログラフィーを利用して情報が記録されるホログラム記録媒体であって、より高密度に情報を記録することができるホログラム記録媒体が紹介されている。

図８は、特許文献２に紹介されるホログラム記録媒体２００の構成を示す説明図である。図８に示すように、ホログラム記録媒体２００は、厚み方向に積層され、それぞれ、情報を担持した信号光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されると共に、再生参照光が照射されたときに、記録されている情報に対応した再生光を発生するための複数の情報記録層２０１と、各情報記録層２０１に対する信号光、記録用参照光、及び再生用参照光の位置決めのために用いられる位置決め層２０２と、を備えている。このため、ホログラム記録媒体２００は、記録媒体の厚み方向に複数の情報を記録することが可能となり、より高密度に情報を記録することが可能となる。
特開平１０−１２４８７２号公報 特開平１１−１２６３３５号公報

しかしながら、特許文献２に示される構成のホログラム記録媒体２００の場合、一つの情報記録層２０１を２つの位置決め層２０２で挟んだ層を複数積層する構成であるために、厚み方向に記録できる情報の数を増やそうとすると、ホログラム記録媒体２００の厚みが厚く成るといった問題がある。また、情報記録層２０１の数を複数とするために、ホログラム記録媒体の作製にコストがかかるといった問題もある。

このような点を考慮して、本発明者らは、例えば、図９に示すようなホログラム記録媒体１の開発を検討しているところである。図９は、本発明者らが検討しているホログラム記録媒体１を、半径方向に沿って切った場合の概略断面図である。まず、このホログラム記録媒体１の構成について説明する。

図９に示すように、ホログラム記録媒体１は、円板状の基板２上に、第１位置決め層３ａ、ギャップ層４ａ、第２位置決め層３ｂ、ギャップ層４ｂ、ダイクロイックミラー層５、ギャップ層４ｃ、ホログラム記録層６、保護層７が、この順番に積層された構造となっている。

第１位置決め層３ａ及び第２位置決め層３ｂは、ホログラム記録媒体１へのホログラム記録を行う際に用いられる信号光及び参照光、あるいはホログラム記録媒体１に記録された情報の再生を行う際に用いられる参照光の照射位置について、位置決めを行うために用いられる層である。第１位置決め層３及び第２位置決め層３ｂには、それぞれ例えばグルーブから成るトラックＴＲが形成されている。そして、各トラックＴＲには、信号光及び参照光を照射する位置を示すマークが形成されている。

なお、位置決め層３ａ、３ｂに形成されるトラックＴＲは、円板状に形成される基板２の中心に対して例えば同心円状に形成されている（別の形態として、例えば螺旋状等としても構わない）。また、第１位置決め層３ａと第２位置決め層３ｂとに形成されるトラックＴＲは、ホログラム記録媒体１を上から見た場合に同一位置となっている。

第１位置決め層３ａ及び第２位置決め層３ｂには、例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、又はそれらの合金等を用いた反射膜が形成されている。なお、少なくとも第２位置決め層３ｂに形成される反射膜は、ホログラム記録媒体１に入射した全ての赤色のレーザ光（サーボ用のレーザ光）を反射するのではなく、その一部のみを反射する半反射膜となっている。

ホログラム記録媒体１を構成するギャップ層４ａ〜４ｃは、層間に所定厚さのギャップを形成する役割を有し、光の入射を妨げないものから成っている。ギャップ層４ａ〜４ｃを構成する材料については特に限定されるものではないが、例えば、ガラス、ポリカーボネートやポリイミド等のプラスチック、紫外線硬化型のアクリル樹脂などの材料が用いられる。

ホログラム記録層６は、信号光と参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録される層である。このホログラム記録層６は、光が照射されたときに光の強度に応じて屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性が変化する材料から成っており、例えばフォトポリマーが用いられる。

ダイクロイックミラー層５は、保護層７側から入射する緑色のレーザ光（参照光及び信号光）を反射し、赤色のレーザ光を透過する。すなわち、ダイクロイックミラー層５によって、ホログラム記録媒体１への記録再生に利用される緑色のレーザ光は、位置決め層３ａ、３ｂに達する前に反射される。一方、信号光及び参照光の位置決め（サーボ）のために用いられる赤色のレーザ光は、位置決め層３ａ、３ｂに到達することとなる。

なお、ダイクロイックミラー層５は、ホログラム記録媒体１の記録や再生を行うために使用するレーザ光の種類によってその構成を適宜変更して構わない。

保護層７は、ホログラム記録層６を保護するもので、光の入射を妨げないものから成っている。保護層７を構成する材料については特に限定されるものではないが、例えば、ガラス、ポリカーボネートやポリイミド等のプラスチック、紫外線硬化型のアクリル樹脂などの材料が用いられる。

このようにホログラム記録媒体１においては、第１位置決め層３ａと第２位置決め層３ｂとの２つの位置決め層が別々に形成されている。このために、この位置決め層３ａ、３ｂを用いて、信号光及び参照光の照射位置を位置決めすることにより、シフト多重による多重記録に加えて、ホログラム記録媒体１の厚み方向にも多重記録を精度良く行え、情報を高密度に記録可能である。そして、本発明者らが検討しているホログラム記録媒体１は、ホログラム記録層６を１層設けるのみで、ホログラム記録媒体の厚み方向にも多重記録が可能である。

なお、ここでは、位置決め層の数が２つの場合を示したが、位置決め層の数を３つ以上とすれば、さらに情報の高密度化が達成できる。

ところで、ホログラム記録媒体１の厚み方向に情報を多重に記録した場合、再生時に、参照光がホログラム記録層６の厚み方向に記録された複数のホログラムに照射されることになるが、再生対象のホログラムに対して参照光がなす角と、再生対象でないホログラムに対して参照光がなす角とが異なることから、理論的には、情報を再生しようとするホログラムについてのみ情報の再生が可能となる。これについて、特許文献２の記載を参考にして、以下に説明しておく。

まず、図１０を参照して、ホログラム（体積ホログラム）におけるレリーフとそれに対する入射角の関係について説明する。図１０に示すように周期Λでレリーフ３０２が形成された厚みＴのホログラム３０１に、レリーフ３０２との角度θ_iで、波長λ₀の光３０３が入射する場合を考える。

なお、このホログラム３０１におけるレリーフ３０２に直交する方向ｘについての屈折率分布ｎ（ｘ）は、次の式で表されるものとする。
ｎ（ｘ）＝ｎ₀＋ｎ₁ｓｉｎ（Ｋ・ｘ）
ただし、Ｋ＝２π／Λである。

この時、このホログラム３０１による一次回折光の回折強度Ｉ₁は、次式で求められる。
Ｉ₁＝(κＴ・（ｓｉｎσ／σ）)２
ただし、
κ＝πｎ₁／λ₀
σ＝（１／４）・√(Ｑ²（１−２α）²＋４（２κＴ）²)
Ｑ＝２πλ₀Ｔ／ｎ₀Λ²
α＝（−１／２）・（ｓｉｎθ_i／ｓｉｎθ_B）
である。

なお、θ_Bは、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）角であり、次式を満たす。
２Λｓｉｎθ_B＝λ₀／ｎ₀

ここで、λ₀≒０．５μｍ、Λ≒λ₀、Ｔ≒５０Λ、ｎ₁≒１／１００、ｃｏｓθ_B≒１、ｎ₀≒１．５とすると、回折強度Ｉ₁は、次の式のようになる。

Ｉ₁≒(（πｎ₁Ｔ／λ₀）Ｓｉｎｃ（πλ₀Ｔδ／２ｎ₀Λ²）)²
ｓｉｎθ_i＝ｓｉｎ（θ_B＋δ）
Ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎｘ／ｘ

ここで、δは、ブラッグ角からのずれを表す。また、δ＝０を中心として、負側において回折強度Ｉ₁が最初に０となるときのδから、正側において回折強度Ｉ₁が最初に０になるときのδまでの幅である分離幅Δは、次の式で与えられる。
Δ＝４ｎ₀Λ²／λ₀Ｔ

以上から、ホログラム３０１ではレリーフ３０２に対して光３０３がブラッグ角付近で入射したときにのみ再生光が得られることがわかる。従って、ホログラム記録媒体１のホログラム記録層６に、厚み方向に記録される各ホログラムは、記録時における参照光と同じ角度付近の角度で参照光が照射されたときにのみ、再生光を発生することがわかり、情報を再生しようとするホログラムのみから情報を再生することが可能であることがわかる。

しかしながら、本発明者らの検討により、ホログラム記録媒体１について、その厚み方向に情報を多重記録した場合、厚み方向に多重記録されるホログラム間でクロストークノイズが発生し、再生像のＳ／Ｎが劣化し、良好な再生像が得られないことがわかった。なお、この点は、再生像の劣化の度合いに差があっても、特許文献２に示される構成のホログラム記録媒体２００においても起きる現象と考えられる。

以上の点を鑑みて、本発明の目的は、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録するホログラム記録装置について、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるようにホログラム記録を行うホログラム記録装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのようにホログラムが記録されたホログラム記録媒体から情報を高品質に再生可能なホログラム再生装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、参照光と情報を担持した信号光との干渉による干渉パターンによって前記情報をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置において、前記ホログラム記録媒体は、情報を記録するホログラム記録層を１つのみ有し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層を前記ホログラム記録層の一方の面側に複数有するホログラム記録媒体であって、前記参照光及び前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する集光レンズと、前記集光レンズを前記ホログラム記録媒体の厚み方向に移動するアクチュエータと、前記参照光及び前記信号光とは異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射されて前記位置決め層で反射された反射光を受光する光検出部と、前記参照光の光強度パターンの変更を制御する参照光パターン変更制御部と、を備え、前記光検出部からの情報を用いて、前記アクチュエータによって前記集光レンズを移動し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録し、前記照射位置が移動される場合に、前記参照光パターン変更制御部は前記参照光の光強度パターンを変更し、前記厚み方向に多重に記録される情報は、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録されることを特徴としている。

これによれば、ホログラム記録媒体が参照光及び信号光の照射位置を位置決めする位置決め層を複数有しおり、この位置決め層を用いて、ホログラム記録媒体の厚み方向に、精度良く情報を多重に記録できる。そして、ホログラム記録媒体の厚み方向に多重に記録される情報は、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録されるために、厚み方向の情報について、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように情報を記録することが可能となる。

また、上記目的を達成するために本発明は、参照光と情報を担持した信号光との干渉による干渉パターンによって前記情報をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置において、前記ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録できるように設けられ、前記厚み方向に多重に記録される情報は、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録されることを特徴としている。

これによれば、ホログラム記録媒体の厚み方向に多重に記録される情報は、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録されるために、厚み方向の情報について、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように情報を記録することが可能となる。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置において、前記ホログラム記録媒体は、前記情報を記録するホログラム記録層と、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層と、を備え、前記位置決め層を用いることによって、前記厚み方向に情報を多重に記録することとしても良い。

これによれば、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録する場合、厚み方向の記録を精度良く行えるために、更に良好な再生像が得られるように情報を記録できる。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置において、前記ホログラム記録媒体は、前記ホログラム記録層を１つのみ有し、前記位置決め層は、前記ホログラム記録層の一方の面側に少なくとも１つ設けられることとしても良い。

これによれば、ホログラム記録媒体を薄型化、更に低コスト化して、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録することができ、その場合に、厚み方向の情報について、クロストークを低減して良好な再生像が得られるように情報を記録することが可能となる。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置において、前記参照光及び前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する集光レンズと、前記集光レンズを前記厚み方向に移動するアクチュエータと、前記参照光の光強度パターンの変更を制御する参照光パターン変更制御部と、を備え、前記アクチュエータによって前記集光レンズを移動し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録し、前記照射位置が移動される場合に、前記参照光パターン変更制御部は前記参照光の光強度パターンを変更することとしても良い。

これによれば、例えば、信号光と参照光とを同一の光軸方向から入射させるコリニア方式の光学系を有するホログラム記録装置について、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録することが可能となり、更に、厚み方向の情報について、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように情報を記録することが可能となる。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置において、前記ホログラム記録媒体は、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層を有し、前記参照光及び前記信号光とは異なる波長の光を出射する光源と、前記光源から出射されて前記位置決め層で反射された反射光を受光する光検出部と、を更に備え、前記光検出部からの情報を用いて、前記照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録することとしても良い。

これによれば、位置決め層を用いてホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録する構成を容易に実現できる。そして、この場合にも、厚み方向の情報について、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように情報を記録することが可能となる。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置において、前記参照光の光強度パターンは、基準となる光強度パターンを所定の量だけ回転させることによって異なるパターンとされることとしても良い。

これによれば、ホログラム記録媒体の厚み方向に記録される情報が増えた場合でも、厚み方向に多重記録する数と同じ数だけ、異なる参照光の光強度パターンを作製し、そのそれぞれをメモリーに記憶しなくても良いために便利である。

また、本発明は、上記構成のホログラム記録装置によって情報を記録されたホログラム記録媒体を再生するホログラム再生装置であって、前記厚み方向に多重に記録された情報を再生する場合に、それぞれ異なる光強度パターンの参照光を用いて情報の再生を行うことを特徴としている。

これによれば、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように記録された厚み方向の情報について、高品質に再生可能である。

本発明によれば、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録可能であって、厚み方向に情報を多重に記録する場合に、クロストークの影響を低減して良好な再生像が得られるように情報の記録が可能なホログラム記録装置を提供できる。また、本発明によれば、そのように情報が記録されたホログラム記録媒体から、情報を高品質に再生できるホログラム再生装置を提供できる。

以下、本発明の内容について実施形態を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態のホログラム記録装置及びホログラム再生装置として機能するホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のホログラム記録再生装置２１は、前述の図９に示すホログラム記録媒体１を記録再生可能に設けられている。以下、このホログラム記録再生装置２１の構成について説明する。

２２はスピンドルモータであり、ホログラム記録媒体１はスピンドルモータ２２の先端に設けられるチャック部（図示せず）にチャックされ、これにより記録再生時に回転される。スピンドルモータ２２の回転制御はスピンドルモータ駆動回路２３によって行われる。

２４は光ピックアップであり、これにより、ホログラム記録媒体１に対して信号光と参照光とを照射して情報を記録することが可能となるとともに、ホログラム記録媒体１に対して参照光を照射して、ホログラム記録媒体１に記録されている情報の再生が可能となる。図２は、ホログラム記録再生装置２１が備える光ピックアップ２４の光学系の構成を示す概略図である。なお、本実施形態においては、信号光と参照光とを同一の光軸方向から入射させる所謂コリニア方式の光学系となっている。

図２に示すように、光ピックアップ２４は、第１光源４１と、シャッタ４２と、コリメートレンズ４３と、空間光変調器４４と、反射ミラー４５と、第１ビームスプリッタ４６と、ダイクロイックプリズム４７と、対物レンズ４８と、検出レンズ４９と、２次元イメージセンサ５０と、第２光源５１と、第２ビームスプリッタ５２と、フォトディテクタ５３と、を備える。

第１光源４１は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザであり、波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光を出射する。なお、第１光源４１は、これに限らず、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。すなわち、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの代わりに半導体レーザ等としても構わない。また、使用する波長についても適宜変更可能であり、例えば青色領域の波長等としても構わない。

シャッタ４２は、第１光源４１から出射されたレーザ光の通過と遮蔽を適宜切り替えるものである。これにより、ホログラム記録媒体１に照射される信号光や参照光の照射タイミングが制御される。コリメートレンズ４３は、第１光源４１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。

空間光変調器４４は、記録時においては、入射光の中央側の光を、後述する記録情報処理部２５（図１参照）によって生成されたページデータ（２次元データ）に応じて光強度変調された２次元の光強度変調パターンを有する信号光として取り出す。そして、入射光の外周側については、ページデータに応じた光強度変調を行わず、所定の光強度パターンを有する参照光として取り出す。図３は、空間光変調器４４を経たレーザ光の構成を模式的に示した図である。図３に示すように、空間光変調器４４を経たレーザ光は、その中心部に信号光が存在し、その周囲に参照光が存在する構成となる。

なお、本実施形態のホログラム記録再生装置２１においては、参照光の所定の光強度パターンは、常に一定の光強度パターンとされるわけではなく、システム制御部３１（図１参照）からの指令に従って、光強度パターンが変更される。この点の詳細については、後述する。

空間光変調器４４は、再生時においては、記録時に信号光を取り出した部分について消光し、レーザ光を取り出さないようにする。また、記録時に参照光を取り出した部分については、記録時と同一の光強度パターンを有するレーザ光を参照光として取り出すようにする。すなわち、再生時においては、空間光変調器４４によってドーナツ形状を有する参照光のみが取り出されることとなる。また、前述のように記録時の参照光の光強度パターンは、変更されることがあるために、それに従って再生時の参照光の光強度パターンも変更されることがある。

以上のような機能を発揮する空間光変調器４４としては、電気光学素子や磁気光学素子や液晶を用いて制御するデバイスや、いわゆるＤＭＤ（Digital Micromirror Device;登録商標）等が用いられる。

反射ミラー４５は、空間光変調器４４から送られてきたレーザ光を反射して第１ビームスプリッタ４６に送る。第１ビームスプリッタ４６は、反射ミラー４５から送られてきたレーザ光を反射してホログラム記録媒体１側へ導くとともに、ホログラム記録媒体１で反射された反射光を透過して、後述する２次元イメージセンサ５０側へと導く。ダイクロイックプリズム４７は、第１光源４１から出射される緑色のレーザ光を透過し、後述する第２光源５１から出射される赤色のレーザ光を反射する。

対物レンズ４８は、信号光及び参照光（記録時）、又は参照光（再生時）を集光する機能を有する。そして、記録時においては、対物レンズ４８によって集光された信号光と参照光との干渉によって形成される干渉縞が、屈折率変化あるいは透過率変化としてホログラム記録媒体１のホログラム記録層６（図９参照）に書き込まれる。この屈折率変化あるいは透過率変化は回折格子として作用する。一方、再生時においては、対物レンズ４８によって集光された参照光は、ホログラム記録層６に書き込まれた回折格子によって回折作用を受け、ホログラム記録媒体１から再生光として出射される。

なお、本実施形態では、再生光はダイクロイックミラー層５（図９参照）により反射されるために、ホログラム記録媒体１から反射光として取り出される。

また、対物レンズ４８は、アクチュエータ５４に搭載されており、このアクチュエータ５４により、対物レンズ４８はフォーカス方向（ホログラム記録媒体１の厚み方向と平行な方向）、及びトラッキング方向（ホログラム記録媒体１の半径方向と平行な方向）に移動可能となっている。そして、これにより、信号光及び参照光をホログラム記録媒体１の所望の位置に正しく位置決めして照射することが可能となる。

なお、アクチュエータ５４の構成としては、例えばＣＤやＤＶＤ等の光ディスクに使用される対物レンズアクチュエータと同様に、磁石とコイルを用いて駆動する構成等とでき、このような対物レンズアクチュエータの構成については公知であるために、ここではその説明は省略する。

ホログラム記録媒体１から取り出された再生光は、対物レンズ４８、ダイクロイックプリズム４７、第１ビームスプリッタ４６の順に透過し、検出レンズ４９によって、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等から成る２次元イメージセンサ５０へと導かれる。２次元イメージセンサ５０は、後述する再生情報処理部２６（図１参照）へ画像信号を送り、これによりホログラム記録媒体１に記録されるページデータの再生が行われる。

第２光源５１は、例えば赤色のレーザ光を出射する半導体レーザである。第２光源５１から出射されるレーザ光を赤色としている理由は、この第２光源５１から出射されるレーザ光は、ホログラム記録媒体１に形成される位置決め層３ａ、３ｂ（図９参照）を用いて前述の信号光及び参照光の位置決め（サーボ）を行えるようにするものであり、ホログラム記録層６に用いるフォトポリマーに対して感受性がないレーザ光であることが望まれるためである。

第２ビームスプリッタ５２は、第２光源５１から出射されたレーザ光を透過するとともに、第２光源５２から出射され対物レンズ４８を経てホログラム記録媒体１の位置決め層３ａ、３ｂに集光されたのち反射された赤色の戻り光を反射してフォトディテクタ５３へと導く。フォトディテクタ５３は、ホログラム記録媒体１の位置決め層３ａ、３ｂで反射された赤色レーザ光を受光して電気信号へと変換する。そして、この信号により、後述のサーボ制御や、ホログラム記録媒体１の厚み方向に情報を多重に記録するために行う対物レンズ４８の移動の制御等が行われる。

図１に戻って、記録情報処理部２５は、図示しないＥＣＣエンコーダとＳＬＭ（空間光変調器）ドライバとを備える。ＥＣＣエンコーダは、外部から入力されたメインデータを所定のエンコーディング方式によってエラー訂正符号化する。ＳＬＭドライバは、ＥＣＣエンコーダから送られてきたデータに基づいて形成されたページデータ、及びシステム制御部３１から送られてきた参照光の光強度パターンに関する情報に応じて空間光変調器（ＳＬＭ）４４を駆動する。

なお、上述のように、空間光変調器４４はホログラム記録媒体１を再生する場合にも使用されるので、ＳＬＭドライバは、記録時のみならず再生時にも空間光変調器４４を適宜駆動する。

再生情報処理部２６は、図示しない画像信号処理部とＥＣＣデコーダと、を備える。画像信号処理部は、２次元イメージセンサ５０から送られてきた画像信号の２値化処理等を行う。ＥＣＣデコーダは、２値化処理された信号データについてエラー訂正復号化処理を行う。これにより、ホログラム記録媒体１に記録されるページデータの再生が行われる。

サーボ用検出回路２７は、フォトディテクタ５３から送られてきた信号に基づいて、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等を生成する。なお、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号は、例えばＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクにおいてフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を得る公知の手法と同様の手法を用いて生成することができる。

生成されたフォーカス信号及びトラッキング信号はサーボ駆動回路２８、スライドモータ駆動回路２９に送られる。また、サーボ用検出回路２７は、フォトディテクタ５３から送られる電気信号から位置決め層３ａ、３ｂで反射された反射光の反射率に関する情報を得て、これをシステム制御部３１に送信する。

サーボ駆動回路２８は、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、アクチュエータ５４（図２参照）を制御し、対物レンズ４８のフォーカス方向とトラッキング方向のサーボ制御を行う。また、スライドモータ駆動回路２９は、トラッキングエラー信号及びシステム制御部３１からの指令に基づいて、光ピックアップ２４をホログラム記録媒体１の半径方向に移動する駆動装置（図示せず）の制御を行う。

このサーボ駆動回路２８及びスライドモータ駆動回路２９による制御により、対物レンズ４８が適宜所望の位置に位置決めされ、信号光及び参照光の照射位置について、正しく位置決めすることが可能となる。

シャッタ駆動回路３０は、システム制御部３１からの指令に基づいて、シャッタ４２（図２参照）位置におけるレーザ光（緑色）の通過と遮蔽の切り替えを制御する。なお、システム制御部３１は、前述したサーボ用検出回路２８から送られてきた反射率に関する情報により、信号光及び参照光（記録時）、或いは参照光（再生時）を照射するタイミングを決定する。

システム制御部３１は、以上に示した働きの他に、ホログラム記録再生装置２１のシステム全体の制御を行う。なお、上述したように参照光の光強度パターンは常に一定ではなく、システム制御部３１からの指令で変更されることになっており、システム制御部３１は、参照光の光強度パターンの変更を制御する参照光パターン変更制御部として機能する。システム制御部３１が参照光パターン変更制御部として機能する場合の詳細については以下に述べる。

なお、システム制御部３１には、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２及びＲＡＭ（Random Access Memory）３３が備えられている。ＲＯＭ３２には、システム制御部３１が各種処理を行う上で必要となる各種のパラメータ（この中に参照光の光強度パターンに関する情報が含まれる）や動作プラグラムが記憶される。ＲＡＭ３３は、システム制御部３１によるワーク領域として用いられ、また、各種必要な情報の格納領域とされる。

次に、ホログラム記録再生装置２１を用いてホログラム記録媒体１に記録再生を行う方法の一例について説明する。まず、ホログラム記録媒体１に記録を行う方法について、図４を用いて説明する。図４は、ホログラム記録再生装置２１による記録方法を説明するための模式図である。なお、図４においては、便宜上、対物レンズ４８に入射する参照光のみを示しているが、信号光も一緒に入射される。

ホログラム記録媒体１にホログラム記録を行う場合、スピンドルモータ２２（図１参照）によってホログラム記録媒体１が回転され、第２光源５１（図２参照）から赤色のレーザ光が常時出射された状態となり、第２位置決め層３ｂを用いて対物レンズ４８のサーボ制御（フォーカスサーボ制御、トラッキングサーボ制御）が行われる。そして、先の記録位置に対して記録位置をトラックに沿って所定量シフトさせて多重記録を行う（いわゆるシフト多重方式による多重記録を行う）。この際、シフト量は、例えば、１０μｍ程度で、信号光と参照光が形成するスポットサイズ以下に設定される。

第２位置決め層３ｂのトラックＴＲを用いたサーボ制御を行いながら、ホログラム記録を行い、第２位置決め層３ｂの全てのトラックＴＲに沿ってホログラム記録が完了すると、次に、第１位置決め層３ａを用いたサーボ制御を開始するようにシステム制御部３１（図１参照）からの指令が出される。本実施形態では、第２位置決め層３ｂによるサーボ制御から第１位置決め層３ａによるサーボ制御に切り換わる際に、システム制御部３１からサーボ駆動回路２８（図１参照）に指令が出され、これによりアクチュエータ５４によって対物レンズ４８の位置が移動されて、第１位置決め層３ａを用いたサーボ制御が開始される。

システム制御部３１は、第１位置決め層３ａによるサーボ制御を開始するように指令を出すとほぼ同時に、参照光の光強度パターンについて、先に使用していた参照光の光強度パターン６０ａと異なる光強度パターン６０ｂに変更するようにＳＬＭドライバに指令を送る。そして、指令を送られたＳＬＭドライバは、参照光の光強度パターンが変更されるように空間光変調器４４を駆動し、その後、第１位置決め層３ａのトラックＴＲを用いたサーボ制御が行われながら、ホログラム記録が開始される。

なお、システム制御部３１がＳＬＭドライバに指令を送るタイミングは、本実施形態のタイミングに限られる趣旨ではない。第２位置決め層３ｂによるサーボ制御を行いながらのホログラム記録が終了し、第１位置決め層３ａによるサーボ制御を行いながらのホログラム記録が開始されるまでの間に、参照光の光強度パターンが変更されるタイミングであれば、いずれのタイミングでも構わない。

以上のように、本実施形態のホログラム記録再生装置２１においては、いわゆるシフト多重方式による多重記録に加えて、対物レンズ４８の位置をホログラム記録媒体１の厚み方向に移動することにより、ホログラム記録媒体１に対する参照光及び信号光の照射位置を移動して、ホログラム記録媒体１の厚み方向に情報を多重に記録できるようになっている。

そして、ホログラム記録媒体１の厚み方向に情報を多重記録できる構成とするに当って、サーボ制御に用いる位置決め層３ａ、３ｂが変更されると、それに応じて参照光の光強度パターンを変更する構成となっている。このために、ホログラム記録媒体１の厚み方向に記録される各干渉パターンについて、その違いをより明確なものとすることができる。従って、再生時において、ホログラム記録媒体１の厚み方向に記録されるホログラムの間で発生するクロストークの影響を低減して良好な再生像を得ることが可能となる。

なお、参照光の異なる光強度パターンについては、異なる光強度パターンを必要数（本実施形態では２つ）作製し、これらを全てＲＯＭ３２（図１参照）に記憶させておく構成としても良い。また、別の形態としては、所定量（特に限定されるものでなく、適宜決定すれば良い）回転した場合に異なる光強度パターンとなる基準の光強度パターンを作製し、これをＲＯＭ３２に記憶させておき、適宜、所定量回転させたパターンをシステム制御部３１で計算により得る構成等としても構わない。記憶させる光強度パターンの数が多くなる場合等には、後者が便利となる。

ホログラム記録媒体１に記録された情報を再生する場合には、スピンドルモータ２２によってホログラム記録媒体１が回転され、第２光源５１から赤色レーザ光が常時出射された状態となり、第２位置決め層３ｂによってサーボ制御が行われる。そして、ホログラム記録媒体１に記録を行った時と同じ光強度パターンを有する参照光を照射しながら、情報の再生が行われる。

第２位置決め層３ｂのトラックＴＲを用いたサーボ制御を行いながら、ホログラム記録媒体１に記録された情報の再生を行い、第２位置決め層３ｂの全てのトラックＴＲに沿って情報の再生を行うと、次に、第１位置決め層３ａを用いたサーボ制御を開始するようにシステム制御部３１（図１参照）からの指令が出される。本実施形態では、第２位置決め層３ｂによるサーボ制御から第１位置決め層３ａによるサーボ制御に切り換わる際に、システム制御部３１からサーボ駆動回路２８（図１参照）に指令が出され、これによりアクチュエータ５４によって対物レンズ４８の位置が移動されて、第１位置決め層３ａを用いたサーボ制御が開始される。

システム制御部３１は、第１位置決め層３ａによる制御を開始するように指令を出すとほぼ同時に、参照光の光強度パターンについて、先に使用した参照光の光強度パターン６０ａと異なる光強度パターン６０ｂに変更するようにＳＬＭドライバに指令を送る。そして、指令を送られたＳＬＭドライバは、参照光の光強度パターンが変更されるように空間光変調器４４を駆動し、その後、第１位置決め層３ａのトラックＴＲを用いたサーボ制御が行われながら、ホログラム記録媒体１に記録された情報の再生が開始される。

以上のように、本実施形態のホログラム記録再生装置２１は、いわゆるシフト多重方式によって記録されたホログラム情報を再生できるとともに、対物レンズ４８の位置をホログラム記録媒体１の厚み方向に移動することにより、ホログラム記録媒体１に対する参照光の照射位置を移動して、ホログラム記録媒体１の厚み方向に多重記録された情報を再生可能となっている。

そして、ホログラム記録媒体１の厚み方向に記録された情報を再生する際に、記録時に合わせて参照光の光強度パターンを変更して情報の再生を行うために、ホログラム記録媒体１の厚み方向に記録された情報を高品質で再生可能となる。

なお、本実施形態においては、第２位置決め層３ｂに形成されるトラックＴＲの全てに従ってホログラム記録を行った後に、第１位置決め層３ａに形成されるトラックＴＲに従ってホログラム記録を行う構成としているが、これに限定される趣旨ではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

すなわち、例えば、第１位置決め層３ａに形成されるトラックＴＲに従ってホログラム記録を行った後に、第２位置決め層３ｂに形成されるトラックＴＲに従ってホログラム記録を行うようにしても構わない。また、例えば、トラック一周ごとに、第１位置決め層３ａによるサーボ制御と第２位置決め層３ｂによるサーボ制御とを切り替えながら、ホログラム記録を行う構成等としても構わない。

また、以上においては、図９に示すようなホログラム記録媒体１に対して記録再生を行えるホログラム記録再生装置の場合について示した。しかし、本発明は、図９に示すホログラム記録媒体１の記録や再生を行う装置に限定される趣旨ではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

すなわち、例えば、図５に示すようなホログラム記録媒体や図６に示すホログラム記録媒体に対して記録や再生を行う装置に対しても適用可能である。なお、図５及び図６は、本発明の他の実施形態を説明するための図で、先に示した実施形態と重複する構成要素については、同一の符号を付している。

まず、図５に示す実施形態について説明する。図５に示すホログラム記録媒体は、先に示したホログラム記録媒体１（図９参照）と異なり、位置決め層３が一つしか設けられていない。このようなホログラム記録媒体であっても、次のようにすれば、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録可能である。そして、厚み方向に情報を多重に記録できるために、先に示した場合と同様に、厚み方向に多重に記録される情報について、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いてホログラム記録することが可能となる。すなわち、先に示した実施形態の場合と同様に、ホログラム記録媒体の厚み方向についても、高品質の記録再生が可能となる。

図５に示すホログラム記録媒体１を用いて厚み方向に多重に情報を記録する方法について説明する。まず、第２光源５１から出射される赤色レーザ光のフォーカスが、位置決め層３に合うように対物レンズ４８の制御を行って、ホログラム記録を行う。次に、先に対物レンズ４８のフォーカス位置を調整するためにアクチュエータ５４に対して与えられた電圧値に、一定のバイアス電圧を加える。このようにすれば、対物レンズ４８の位置が所定の量だけ移動し、参照光及び信号光の照射位置を所定の量だけずらせる。このために、ホログラム記録媒体の厚み方向に多重に情報を記録することが可能となる。

次に、図６に示す実施形態について説明する。図６に示すホログラム記録媒体は、先に示したホログラム記録媒体１（図９参照）と異なり、複数のホログラム記録層６ａ、６ｂが設けられ、ホログラム記録層６ａ、６ｂと位置決め層３ａ、３ｂとが交互に配置されている。このようなホログラム記録媒体においては、位置決め層３ａを用いて対物レンズ４８のサーボ制御を行いながらホログラム記録層６ａにホログラム記録を行い、位置決め層３ｂを用いて対物レンズ４８のサーボ制御を行いながらホログラム記録層６ｂにホログラム記録を行うといったことが可能である。すなわち、ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録が可能である。このため、厚み方向の多重に記録される情報について、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いてホログラム記録することが可能となり、先に示した実施形態の場合と同様に、ホログラム記録媒体の厚み方向についても、高品質の記録再生が可能となる。

（その他）
以上に示した実施形態においては、位置決め層の数が１つ又は２つである場合について示したが、これに限定される趣旨でなく、位置決め層の数は３つ以上であっても、もちろん構わない。

また、以上に示した実施形態においては、ホログラム記録媒体に対して照射した光を反射して、情報の記録や再生を行う反射型の構成を示したが、これに限定される趣旨ではなく、透過型の構成の場合にも本発明は適用可能である。

更に、以上に示した実施形態では、ホログラム記録再生装置（ホログラム記録装置及びホログラム再生装置）の光学系についてコリニア方式とした。しかし、本発明はコリニア方式の場合に限らず、信号光と参照光とを別々の方向からホログラム記録媒体に入射させる２光束方式を採用する構成の場合にも適用可能である。

本発明のホログラム記録装置及びホログラム再生装置によれば、高密度且つ高品質の記録再生を実現可能である。従って、ホログラム記録媒体に情報を記録したり、ホログラム記録媒体から情報を再生したりするホログラム装置の分野で有用である。

は、本実施形態のホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。 は、本実施形態のホログラム記録再生装置が備える光ピックアップの光学系の構成を示す概略図である。 は、本実施形態の光ピックアップが備える空間光変調器を経たレーザ光の構成を模式的に示した図である。 は、本実施形態のホログラム記録再生装置による記録方法を説明するための模式図である。 は、本発明の他の実施形態を説明するための説明図である。 は、本発明の他の実施形態を説明するための説明図である。 は、従来のホログラム記録媒体の構成を説明するための説明図である。 は、従来のホログラム記録媒体の構成を説明するための説明図である。 は、本発明者らが検討しているホログラム記録媒体を半径方向に沿って切った場合の概略断面図である。 は、ホログラムにおけるレリーフとそれに対する入射角との関係について説明するための説明図である。

符号の説明

１ ホログラム記録媒体
３ａ 第１位置決め層
３ｂ 第２位置決め層
６ ホログラム記録層
２１ ホログラム記録再生装置（ホログラム記録装置及びホログラム再生装置）
３１ システム制御部（参照光パターン変更制御部）
４８ 対物レンズ（集光レンズ）
５１ 第２光源
５３ フォトディテクタ（光検出部）
５４ アクチュエータ

Claims (8)

1. 参照光と情報を担持した信号光との干渉による干渉パターンによって前記情報をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置において、
   前記ホログラム記録媒体は、情報を記録するホログラム記録層を１つのみ有し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層を前記ホログラム記録層の一方の面側に複数有するホログラム記録媒体であって、
   前記参照光及び前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する集光レンズと、
   前記集光レンズを前記ホログラム記録媒体の厚み方向に移動するアクチュエータと、
   前記参照光及び前記信号光とは異なる波長の光を出射する光源と、
   前記光源から出射されて前記位置決め層で反射された反射光を受光する光検出部と、
   前記参照光の光強度パターンの変更を制御する参照光パターン変更制御部と、
   を備え、
   前記光検出部からの情報を用いて、前記アクチュエータによって前記集光レンズを移動し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録し、
   前記照射位置が移動される場合に、前記参照光パターン変更制御部は前記参照光の光強度パターンを変更し、前記厚み方向に多重に記録される情報は、厚み方向の位置の違いによって、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録されることを特徴とするホログラム記録装置。
2. 参照光と情報を担持した信号光との干渉による干渉パターンによって前記情報をホログラム記録媒体に記録するホログラム記録装置において、
   前記ホログラム記録媒体の同一厚み位置に情報を多重に記録できるように設けられるとともに、前記ホログラム記録媒体の厚み方向に情報を多重に記録できるように設けられ、
   前記厚み方向に多重に記録される情報は、厚み方向の位置の違いによって、それぞれ異なる光強度パターンを有する参照光を用いて記録され、
   前記同一厚み位置に多重に記録される情報は、記録位置のシフトにかかわらず、同一の光強度パターンを有する参照光を用いて記録されることを特徴とするホログラム記録装置。
3. 前記ホログラム記録媒体は、前記情報を記録するホログラム記録層と、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層と、を備え、
   前記位置決め層を用いることによって、前記厚み方向に情報を多重に記録することを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録装置。
4. 前記ホログラム記録媒体は、前記ホログラム記録層を１つのみ有し、前記位置決め層は、前記ホログラム記録層の一方の面側に少なくとも１つ設けられることを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録装置。
5. 前記参照光及び前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する集光レンズと、
   前記集光レンズを前記厚み方向に移動するアクチュエータと、
   前記参照光の光強度パターンの変更を制御する参照光パターン変更制御部と、
   を備え、
   前記アクチュエータによって前記集光レンズを移動し、前記参照光及び前記信号光の照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録し、
   前記照射位置が移動される場合に、前記参照光パターン変更制御部は前記参照光の光強度パターンを変更することを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録装置。
6. 前記ホログラム記録媒体は、前記参照光及び前記信号光の照射位置を位置決めするための位置決め層を有し、
   前記参照光及び前記信号光とは異なる波長の光を出射する光源と、
   前記光源から出射されて前記位置決め層で反射された反射光を受光する光検出部と、
   を更に備え、
   前記光検出部からの情報を用いて、前記照射位置を移動することで、前記厚み方向に情報を多重に記録することを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録装置。
7. 前記参照光の光強度パターンは、基準となる光強度パターンを所定の量だけ回転させることによって異なるパターンとされることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載のホログラム記録装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のホログラム記録装置によって情報を記録されたホログラム記録媒体を再生するホログラム再生装置であって、
   前記厚み方向に多重に記録された情報を再生する場合に、厚み方向の位置の違いによって、それぞれ異なる光強度パターンの参照光を用いて情報の再生を行うことを特徴とするホログラム再生装置。