JP6915841B2 - ホログラム記録再生方法およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法に関する。更に詳しくは、２次元化されたデジタルビットパターンを記録媒体にホログラムとして多重に記録することにより大容量光メモリを構成する上で、高速記録再生が可能なホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法に関する。

従来より、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録再生するホログラム記録再生装置が提案されている。ホログラム記録再生装置においては、複数の画素よりなる空間光変調器で変調された、デジタル情報（データ情報）を担持した信号光と、当該信号光とコヒーレントな参照光とを記録媒体内で干渉させることにより得られる干渉縞をホログラムとして記録する。また、記録媒体に記録されたホログラムを再生する場合には、記録に用いた参照光をホログラムに照射することにより回折光を発生させ、例えばＣＣＤなどの撮像素子上に、ホログラムとして記録されているデジタル情報の画像を形成させる。

そして、ホログラムの多重記録方法としては、例えば角度多重記録方式や、参照光として球面波（以下、「球面参照光」ともいう。）を用いた球面参照光シフト多重記録方式などが知られている（例えば特許文献１参照。）。

角度多重記録方式にあっては、参照光（例えば平面波）の記録媒体に対する入射角度を微小に変更させ、当該記録媒体における同一箇所にホログラムの多重記録を行う。記録媒体の厚みが厚い（具体的には、１ｍｍ以上）場合には、ブラッグ回折条件が角度的に厳しくなり、角度が０．１°程度でブラッグ回折角条件が外れて読み出しが不可能となる。この原理を利用して、記録媒体における同一箇所に数百個のホログラムを多重記録する。

球面参照光シフト多重記録方式にあっては、ホログラムが記録された記録媒体を当該記録媒体の表面に沿って一方向にわずかな距離シフトさせると、波数ベクトルの関係がブラッグの回折条件から外れるため、既に記録されたホログラムの再生が不可となり、新たなホログラムをその記録領域の一部が既に記録されたホログラムの記録領域と重なる状態で記録することが可能となる。ここに、隣接するホログラムの距離すなわちシフト量は１０μｍ程度である。

特開２０１４−０９８７９７号公報

而して、従来の球面参照光シフト多重記録方式を採用したホログラム記録再生装置における光ビーム（信号光および参照光）と記録媒体との相対位置を制御する技術として、例えば、信号光および参照光を照射する光学機構は動かさず、記録媒体の２軸移動と回転とによってアクセスを行う方法が採用されている。この方法は、光学機構からの信号光および参照光の記録媒体における照射位置を固定し、記録媒体を移動させた後に停止させ、この状態でホログラムを形成し、再び、記録媒体を移動させた後に停止させ、新たなホログラムを形成する処理を繰り返して行う（ストップアンドゴー方式）。

このような方法においては、記録時あるいは再生時におけるデータ転送速度を高めるためには、記録媒体を装着した移動ステージを高速制御することが必要とされる。例えば、記録媒体に対する一のホログラムを例えば１ｍｓの記録時間で記録することができるものとし、記録媒体をシフト量である例えば１０μｍの距離を５０ｍｓで移動させたとすると、１記録シーケンスに要する時間は５１ｍｓとなる。従って、記録時の転送速度は２０Ｍｂｐｓｉ以下に制限されることになる。実際には、１０μｍの距離を５０ｍｓの時間で移動させるストップアンドゴーを繰り返した場合には、記録媒体に振動が発生し、ホログラムの正常な記録が困難となる。
このような問題が生ずることを回避するためには、移動時間を５０ｍｓ以上に長くする必要があることから、記録時の転送速度を大幅に低下させることとなり、シフト多重記録方式の有効性を大きく損なうことになる。すなわち、シフト多重記録方式によって記録情報の大容量化を図る場合には、記録媒体をシフトさせる度に、メカ機構による移動時間が必要となるため、記録時の転送速度を低下させることとなる。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、球面参照光シフト多重記録方式を採用したホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法において、高速な記録再生を可能とするホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供することを目的とする。

本発明のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させることにより形成されるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
参照光として球面波を用い、
記録媒体を静止させた状態において、複数のホログラムを参照光の記録媒体に対する入射方向を参照光入射角度変更手段によって変更して当該記録媒体における同一箇所に多重記録することによってマルチホログラムを記録した後、
信号光と参照光とを照射する光学ヘッドおよび当該記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向にシフトさせた状態において、新たにマルチホログラムをその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域に重なる状態で記録し、
参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、前記光学ヘッドまたは前記記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積をα〔°・μｍ〕としたとき、５０≦α≦１００となるよう、前記角度間隔θの大きさおよび前記シフト量δの大きさが設定されることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生方法においては、前記参照光入射角度変更手段として音響光学素子が用いられることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生方法においては、前記角度間隔θが１°以上１０°以下の範囲内で設定されると共に、前記シフト量δが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で設定されることが好ましい。

本発明のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させることにより形成されるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
信号光を記録媒体に照射する信号光照射光学系と、球面参照光を当該記録媒体に照射する参照光照射光学系とを備えた光学ヘッドを有しており、
当該参照光照射光学系は、球面参照光の記録媒体に対する入射方向を変更させる参照光入射角度変更手段を備えており、
記録媒体を静止させた状態において、複数のホログラムが球面参照光の記録媒体に対する入射方向が前記参照光入射角度変更手段によって変更されて当該記録媒体における同一箇所に多重記録されることによってマルチホログラムが記録された後、
前記光学ヘッドおよび当該記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向にシフトさせた状態において、新たにマルチホログラムがその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域に重なる状態で記録され、
参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、前記光学ヘッドまたは前記記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積をα〔°・μｍ〕としたとき、５０≦α≦１００となるよう、前記角度間隔θの大きさおよび前記シフト量δの大きさが設定されることを特徴とする。

本発明のホログラム記録再生装置においては、前記参照光入射角度変更手段が音響光学素子よりなることが好ましい。

さらにまた、本発明のホログラム記録再生装置においては、前記角度間隔θが１°以上１０°以下の範囲内で設定されると共に、前記シフト量δが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で設定されることが好ましい。

本発明においては、複数のホログラムが参照光の記録媒体に対する入射角度が変更されて同一箇所に重ね書きされることによりマルチホログラムが記録された後、記録媒体および光学ヘッドの一方が他方に対して相対的に一方向にシフトされた状態で、新たにマルチホログラムがその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域と重なる状態で記録され、これにより、ホログラムの多重記録が行われる。このため、例えば記録媒体をシフトさせるための移動機構のストップアンドゴー動作の回数を可及的に少なく抑制しながら、ホログラムの多重記録が可能となる。従って、本発明によれば、光学ヘッドまたは記録媒体を振動が生じない程度の移動速度でシフトさせてシフト多重記録を行う場合であっても、十分に高い記録時の転送速度を得ることができ、高速な記録再生が可能となる。

特に、音響光学素子によって参照光の記録媒体に対する入射方向が変更されることにより、例えば記録媒体の移動といったメカ機構の駆動を伴うことなく、信号光に対する参照光の入射方向の制御を極めて短時間で確実に行うことができ、しかも、ホログラム記録再生光学系の構成の簡略化を図ることができる。

また、参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、光学ヘッドまたは記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積α〔°・μｍ〕の値が５０以上、１００以下の範囲内の大きさとなるよう、角度間隔θの大きさおよびシフト量δの大きさが設定されることにより、クロストークを発生させることなく、記録媒体に記録される情報の高密度化を図ることができる。

本発明のホログラム記録再生方法の一例を説明するためのタイムチャートである。 ホログラムの記録再生方法の概要を示す説明図である。 音響光学変調器の動作原理を説明する概略図である。 音響光学変調器の機能を説明する概略図である。 本発明のホログラム記録再生方法によって多重記録されたホログラムの記録格子ベクトルの相互関係を示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置の一例における構成の概略を記録媒体と共に示す説明図である。 本発明のホログラム記録再生装置の他の例における構成の概略を記録媒体と共に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明のホログラム記録再生方法は、参照光として球面波を用い、記録媒体を静止させた状態において、信号光と参照光とを干渉させることにより形成される複数のホログラムを参照光の記録媒体に対する入射方向を変更して当該記録媒体における同一箇所に重ね書きすることによってマルチホログラムを記録する操作を、信号光と参照光とを照射する光学ヘッドおよび当該記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向にシフトさせながら繰り返し行うことにより、記録情報の高密度化を図るものである。また、参照光をホログラムが多重記録された記録媒体に照射することによってホログラムの各々を独立して再生するものである。

本発明のホログラム記録再生方法においては、記録媒体として、ディスク状およびカード状などのいずれの形状を有するものが用いられてもよいが、例えば透過型のものが用いられる。
記録媒体は、図２を参照して説明すると、各々例えばガラス材料よりなる２枚の光透過性基板１１，１２と、これらの光透過性基板１１，１２の間に形成された、光反応性モノマーよりなるホログラム記録層１５とを有する。
ホログラム記録層１５の厚みは、記録再生能の観点から、例えば０．３〜２.０ｍｍとされ、好ましくは０．５〜１．０ｍｍとされる。

ホログラムの記録方式としては、透過型記録および反射型記録のいずれであってもよい。以下においては、ホログラムを反射型記録によって記録する場合を例に挙げて説明する。

図１は、本発明のホログラム記録再生方法の一例を説明するためのタイムチャートである。
ホログラムの記録に際しては、先ず、記録媒体に対するプリキュアが行われる（Ｔ０）。プリキュアは、例えば、ホログラムの記録再生光源と同一の波長のレーザ光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源からの光を記録媒体における記録再生領域の全面に照射することにより行うことができる。プリキュアに要する時間は、例えば２００ｍｓである。

ホログラムの記録にあっては、記録媒体における単位記録再生領域に対して、記録媒体を静止させた状態において、信号光と球面参照光とを干渉させることにより形成される複数のホログラムを球面参照光の記録媒体に対する入射方向を変更して当該記録媒体における同一箇所に重ね書きし、これにより複数のホログラムが同一箇所に重ね書きされてなるマルチホログラムが記録される（Ｔ１）。ここに、一のホログラムを記録するに際しての記録再生光（信号光および球面参照光）の照射時間ｔは、例えば１ｍｓ程度である。
記録媒体における単位記録再生領域は、例えばディスク状の記録媒体においては、記録媒体の表面における記録再生領域を、記録媒体の周方向に並ぶ複数の記録再生部分に分割すると共に複数の記録再生部分の各々をさらに記録媒体の中心から外周縁に向かって径方向に並ぶ複数のブロック単位に分割して得られる当該ブロック単位に設定することができる。また、カード状の記録媒体においては、各々一方向に延びる複数の記録トラックの各々が所定のピッチで当該一方向と直交する方向に並ぶよう形成されており、記録トラックまたは記録トラックにおけるセクタを単位記録再生領域として設定することができる。

そして、所定数のホログラムよりなるマルチホログラムが記録された後、記録再生光照射光学系を備えた光学ヘッドおよび記録媒体の一方が他方に対して相対的に記録媒体の表面に沿って一方向に微小移動（シフト）される（Ｔ２）。ここに、光学ヘッドおよび記録媒体を移動させる速度は、振動を発せさせない程度の大きさであって、例えば１０μｍの距離を５０ｍｓの時間で移動させる大きさである。
この状態において、新たなマルチホログラムがその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域に重なる状態で記録される（Ｔ３）。

このような操作が繰り返し行われることにより、複数のマルチホログラムが、互いに記録領域の一部が重なる状態で当該一方向に並ぶよう記録されたシフト多重ホログラム列が記録される。

ホログラムの記録は、例えば図２に示すように、記録再生光源（図示せず）より出射された光が分離されて生成された信号光Ｌｓが記録媒体１０の一面側から信号光集光用対物レンズ３５によって集光されて記録媒体１０に照射される。一方、信号光Ｌｓと同一の記録再生光源より出射された光が分離されて生成された参照用の光が参照光入射角度変更手段４５を介して参照光集光用対物レンズ４０に入射され、当該参照光集光用対物レンズ４０によって球面波に変換されて参照光（球面参照光）Ｌｒとして記録媒体１０の他面側から記録媒体１０に照射される。これにより、記録媒体１０においては、信号光Ｌｓと球面参照光Ｌｒとによる干渉縞がホログラムとして記録される。ここに、一のホログラムは、平面視で略円形状であって、そのサイズは、例えば直径が５００μｍである。

マルチホログラムの記録にあっては、記録媒体１０における信号光の照射領域の位置が固定された状態において、参照光入射角度変更手段４５の動作が制御されることにより参照光集光用対物レンズ４０を介して照射される球面参照光Ｌｒの記録媒体１０に対する入射方向が変更され、これにより、新たなホログラムが既に記録されたホログラムと同一箇所に記録される。

参照光入射角度変更手段４５としては、音響光学素子を用いることが好ましい。音響光学素子としては、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ；Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いることができる。
音響光学変調器においては、例えば、音響光学変調器を駆動する搬送波の振幅変調させる信号周波数を制御することにより参照光の入射方向を変更することができるため、ホログラムの高速な記録再生が可能となる。

音響光学変調器の動作原理について説明すると、図３に示すように、音響光学変調器においては、周波数変調された駆動用入力信号Ｓが外部から与えられることにより超音波Ｕが発生し、当該超音波Ｕが音響光学媒体４６に伝播されることにより、音響光学媒体４６内において周期的な屈折率の粗密が形成される。そして、参照光用の光Ｌｒ´が音響光学変調器に入射されると、駆動用入力信号Ｓの周波数に応じた搬送波回折光、下側帯波回折光および上側帯波回折光が生じるが、本発明においては、例えば下側帯波回折光Ｓ_L1 〜Ｓ_Ln が参照光用の光として用いられる。この場合には、使用しない搬送波回折光および上側帯波回折光等の光は遮蔽板（図示せず）などによって遮蔽される。図３における４１は、球面参照光集光用対物レンズ４０と共にリレーレンズを構成するレンズである。

従って、音響光学変調器にあっては、駆動用入力信号Ｓの周波数が制御されることにより、図４に示すように、下側帯波回折光Ｓ_L1 〜Ｓ_Ln の参照光集光用対物レンズ４０における入射位置が変更されるため、信号光に対する球面参照光Ｌｒの入射方向を変更することができる。図４において、Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎは、下側帯波回折光Ｓ_L1 〜Ｓ_Ln の入射位置を示す。図３および図４に示す白抜きの矢印は、周波数を高く変化させることによる下側帯波回折光Ｓ_L1 〜Ｓ_Ln の入射位置の変化方向を示す。
なお、音響光学変調器の駆動制御方法は、このような方法に限定されるものではない。

シフト多重ホログラム列の記録にあっては、上述のように、光学ヘッドおよび記録媒体の一方が他方に対して相対的に記録媒体の表面に沿って一方向に微小移動（シフト）される。光学ヘッドまたは記録媒体の移動速度は、上述したように、光学ヘッドまたは記録媒体に振動を生じさせない大きさとされる。

本発明のホログラム記録再生方法においては、例えばディスク状の記録媒体における各々のブロック単位（単位記録領域）には、各々記録媒体の径方向に延びる複数のトラックが周方向に離間して並んで位置されており、複数のシフト多重ホログラム列が各トラックに記録される。一の単位記録領域においてホログラムの多重記録数が飽和した時点で、記録媒体に対するポストキュアが行われる。
ポストキュアは、プリキュアと同様に、ホログラムの記録再生光源と同一の波長のレーザ光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源からの光を記録媒体における記録再生領域の全面に照射することにより行うことができる。
また、例えばカード状の記録媒体においても同様に、一の単位記録領域においてホログラムの多重記録数が飽和した時点で、記録媒体に対するポストキュアが行われる。

以上において、本発明のホログラム記録再生方法においては、球面参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、前記光学ヘッドまたは前記記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積をα〔°・μｍ〕としたとき、５０≦α≦１００となるよう、角度間隔θの大きさおよびシフト量δの大きさが設定されることが好ましい。αの値が上記数値範囲内であることにより、クロストークを発生させることなく、記録媒体に記録される情報の高密度化を図ることができる。一方、αの値が５０未満である場合には、後述するように、隣接するマルチホログラムに係るホログラムを分離して各々独立して再生することが困難となる。また、αの値が１００を超える場合には、記録媒体に対する情報の記録密度が低下する。

角度間隔θは、１°以上１０°以下の範囲内で設定されることが好ましく、シフト量δは５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で設定されることが好ましい。
具体例を示すと、シフト量δを例えば１０μｍに設定した場合には、角度間隔θは５°〜１０°の範囲内で設定され、特に、角度間隔θが例えば５°（α＝５０）に設定すると、記録密度を可及的に高くすることができるため好ましい。このとき、参照光集光用対物レンズとして、開口数ＮＡが例えば０．８５であるものが用いた場合には、クロストークを発生させることなく、同一箇所に重ね書きすることが可能なホログラムの数（重ね書き数）を１６個とすることができる。また、シフト量δを４０μｍ、角度間隔θを１．２５°と設定した場合（α＝５０）には、クロストークを発生させることなく、同一箇所に重ね書きすることが可能なホログラムの数（重ね書き数）を６４個とすることができる。
また、例えば参照光集光用レンズとして開口数ＮＡが０．６であるものを用いた場合には、シフト量δを例えば１０μｍに設定すると、クロストークを発生させることなく、同一箇所に重ね書きすることが可能なホログラムの数（重ね書き数）を６個となる。

本発明のホログラム記録再生方法においては、球面参照光を照射することによって記録されたホログラムに係るデータ情報が再生される。すなわち、図２に示すように、ホログラムが形成された記録媒体１０に球面参照光Ｌｒが照射されることによって、マルチホログラムに係る各々のホログラムから記録媒体１０の他面に向かって発せられる再生光Ｌｇが、偏光プリズムビームスプリッタ４２から参照光集光用対物レンズ４０を介して記録媒体１０に向かう参照光用の光の光路を逆進して、偏光プリズムビームスプリッタ４２に入射される。再生光Ｌｇは、参照光用の光の偏光面に対して９０°回転されているため、偏光プリズムビームスプリッタ４２を透過して撮像素子５０に入射される。撮像素子５０によって再生光Ｌｇが検出されることにより、当該マルチホログラムにおける各々のホログラムに係るデータ情報が独立して再生される。

ここに、従来より好適に用いられている角度多重方式によってホログラムの多重記録を行う場合には、角度間隔θが例えば０．１°程度に設定されて、記録媒体における同一箇所に複数のホログラムが多重記録されてマルチホログラムが記録される。しかしながら、このようなホログラムの多重記録にあっては、新たなマルチホログラムを記録するに際しては、新たなマルチホログラムは、既に記録されたマルチホログラムの記録位置より十分に離れた位置に記録しなければならないのが実際であり、本発明のように、複数のマルチホログラムを互いに記録領域の一部が重なる状態で記録することは困難である。
然るに、上記のようにして角度間隔θの大きさおよびシフト量δの大きさが設定された状態で記録されたマルチホログラムのシフト多重ホログラム列においては、ホログラムの再生時に用いられる参照光が球面波であるため、図５に示すように、同一箇所において多重記録された複数のホログラムの各々の再生光Ｌｇ１，Ｌｇ２が互いに異なる方向に発せられて撮像素子５０に入射される。これにより、同時に再生される複数のホログラムの再生像Ｉ１，Ｉ２は、撮像素子において分離された状態で再生される。また、一のマルチホログラムにおいてブラッグの回折条件を満足する状態で球面参照光が照射されるとき、他のマルチホログラムにおける各ホログラムについては、ブラックの回折条件を満たさないため、当該他のマルチホログラムに係るホログラムの再生は不可となる。
図５において、ｋｒ１およびｋｒ２は、互いに異なる入射角度で照射される球面参照光の波数ベクトルを示し、ｋｇ１およびｋｇ２は、同一箇所に記録された２つのホログラムの各々の記録格子ベクトルを示す。

以下、上記の本発明のホログラム記録再生方法が実行されるホログラム記録再生装置の具体例について図を用いて説明する。

図６は、本発明のホログラム記録再生装置の一例における構成の概略を記録媒体と共に示す説明図である。
このホログラム記録再生装置は、信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒを例えばディスク状の記録媒体１０ａに照射する記録再生光照射光学系を備えた光学ヘッドと、記録媒体１０ａをその表面に沿った平面内において回動（回転）および平行移動させる記録媒体駆動機構（図示せず）とを備えている。

記録再生光照射光学系は、例えば青色レーザ光源よりなる記録再生光源２１と、記録再生光源２１からの光を信号光用の光と参照光用の光とに分割する、例えば偏光プリズムビームスプリッタよりなる光分離手段２５と、信号光用の光から信号光Ｌｓを生成して当該信号光Ｌｓを記録媒体１０ａの一面側から当該記録媒体１０ａに照射する信号光照射光学系と、参照光用の光を球面参照光Ｌｒに変換して当該記録媒体１０ａの他面側から当該記録媒体１０ａに照射する球面参照光照射光学系と、ホログラムからの再生光を検出する再生光検出用光学系とを備えている。記録再生光源２１と光分離手段２５との間におけるレーザ光の光路上には、ビーム整形用プリズム２２が配置されている。

信号光照射光学系は、光分離手段２５からの信号光用の光のビーム径を拡大するビームエクスパンダ２６と、信号光用の光を記録すべきページデータに対応した空間情報を用いて変調し、偏光方向（偏光面）を９０°回転させて出射する空間光変調器（ＳＬＭ）３０と、空間光変調器３０によって変調された光のフーリエ面での周波数帯域を調整するナイキストフィルタ３２と、空間光変調器３０によって変調された光をナイキストフィルタ３２に入射させるためのリレーレンズ３１と、リレーレンズ３１から出射された光を信号光Ｌｓとして集光して記録媒体１０ａに照射する信号光集光用対物レンズ３５とを備えている。２７は、ピンホールを有する空間フィルタであって、信号光用の光の空間的なノイズを除去する機能を有する。２８は、ビームエクスパンダ２６を介して入射される信号光用の光を反射して空間光変調器３０に入射させると共に空間光変調器３０から出射された光を透過する偏光プリズムビームスプリッタである。

球面参照光照射光学系は、光分離手段２５からの参照光用の光を球面波に変換して球面参照光Ｌｒとして集光して記録媒体１０ａに照射する参照光集光用対物レンズ４０と、参照光用の光の参照光集光用対物レンズ４０に対する入射位置を変更して球面参照光Ｌｒの記録媒体１０ａに対する入射方向を変更させる参照光入射角度変更手段４５とを備えている。図６における４３は、参照光用の光を反射して参照光用の光の進行方向を変更する反射ミラーであり、４４は、参照光用の光を参照光入射角度変更手段４５に入射させるためのレンズである。

この例における参照光入射角度変更手段４５は、例えば音響光学変調器により構成されており、例えば、音響光学変調器を駆動する搬送波の振幅変調させる信号周波数を制御することにより、球面参照光Ｌｒの入射方向を変更することができる。参照光入射角度変更手段４５が、例えば音響光学変調器などの音響光学素子により構成されていることにより、メカ機構による光学素子または記録媒体１０ａの駆動を伴うことなく、球面参照光Ｌｒの入射方向を変更することができるため、ホログラムの高速な記録再生が可能となる。

再生光検出用光学系は、例えばＣＣＤよりなる撮像素子５０を備えている。
このホログラム記録再生装置においては、記録媒体１０ａに記録されたホログラムから記録媒体１０ａの他面に向かって発せられる再生光が、偏光プリズムビームスプリッタ４２から参照光集光用対物レンズ４０を介して記録媒体１０ａに向かう参照光用の光の光路を逆進して、偏光プリズムビームスプリッタ４２に入射される。再生光は、再生用の参照光用の光の偏光面に対して９０°回転されているため、偏光プリズムビームスプリッタ４２を透過することとなる。従って、撮像素子５０は、ホログラムからの再生光が偏光プリズムビームスプリッタ４２を透過して入射される位置に配置されている。

このホログラム記録再生装置における光学ヘッドは、ホログラムの記録再生光源とは異なる波長のプリキュア用およびポストキュア用の光を出射するレーザ光源またはＬＥＤ光源を備えた構成とされる。
このような光源６０は、例えば、プリキュア用およびポストキュア用の光が信号光照射光学系における偏向ビームスプリッタ２８に入射されるよう配置することができる。例えばプリキュア用およびポストキュア用の光が信号光照射光学系における偏向ビームスプリッタ２８に入射される構成とされる場合には、プリキュア用およびポストキュア用の光が、偏向ビームスプリッタ２８を透過して信号光用の光と同一の光路を介して記録媒体１０ａに照射される。

このホログラム記録再生装置においては、記録再生光源２１から出射されたレーザ光は、光分離手段２５によって信号光用の光と参照光用の光に分割される。信号光用の光は、ビームエクスパンダ２６を介して偏光プリズムビームスプリッタ２８に入射される。信号光用の光は、偏光プリズムビームスプリッタ２８を透過して空間光変調器３０に入射される。この空間光変調器３０によって、信号光用の光は偏光面が９０°変更されたデータパターンに変調される。空間光変調器３０によって変調された信号光用の光は、偏光プリズムビームスプリッタ２８によって反射されて出射される。偏光プリズムビームスプリッタ２８からの信号光用の光は、リレーレンズ３１によってナイキストフィルタ３２に入射され、ナイキストフィルタ３２によって空間周波数帯域が調整されて信号光Ｌｓが生成される。リレーレンズ３１から出射された信号光Ｌｓは、信号光集光用レンズ３５によって集光されて記録媒体１０ａの一面側から当該記録媒体１０ａに照射される。
一方、参照光用の光は、反射ミラー４３によって反射されて進行方向が変更され、レンズ４４を介して参照光入射角度変更手段４５に入射される。この参照光入射角度変更手段４５の作用によって、参照光用の光の参照光集光用対物レンズ４０に対する入射位置が制御された状態において、参照光用の光が偏向プリズムビームスプリッタ４２を介して参照光集光用対物レンズ４０に入射される。参照光用の光は、参照光集光用対物レンズ４０によって球面波に変換されて球面参照光Ｌｒとして記録媒体１０ａの他面側から当該記録媒体１０ａに照射される。これにより、記録媒体１０ａにおいては、信号光Ｌｓと球面参照光Ｌｒとによる干渉縞がホログラムとして記録される。

そして、記録媒体１０ａを静止させた状態において、上記のホログラム記録が球面参照光Ｌｒの入射方向が変更されて繰り返し行われることにより、複数のホログラムが記録媒体１０ａにおける同一箇所に所定の重ね書き数で重ね書きされる。すなわち、参照光入射角度変更手段４５の動作が制御されて参照光集光用対物レンズ４０から照射される球面参照光Ｌｒの記録媒体１０ａに対する入射方向が所定の大きさの角度間隔で変更されながら、信号光Ｌｓと球面参照光Ｌｒとが照射されることにより、複数のホログラムが同一箇所に重ね書きされてなるマルチホログラムが記録される。

次いで、記録媒体１０ａの表面に沿った平面内において、例えば記録媒体１０ａが光学ヘッドに対して相対的に１軸方向に所定のシフト量で微小移動（シフト）され、この状態において、新たにマルチホログラムを記録する操作が繰り返し行われることにより、複数のマルチホログラムが互いに記録領域の一部が重なる状態で当該１軸方向に並ぶよう記録されたシフト多重ホログラム列が記録される。

このホログラム記録再生装置においては、このような操作が記録媒体において設定された単位記録領域毎に繰り返し行われる。単位記録領域へのアクセスは、光学ヘッドの移動によるアクセスの他、記録媒体１０ａの２軸移動と回転（回動）とによって行われる。

記録媒体１０ａに記録されたホログラムに係るデータ情報の再生時には、球面参照光Ｌｒのみが記録媒体１０ａに照射される。これにより、ホログラムから発せられる再生光が撮像素子５０によって検出されることにより、当該ホログラムに記録されたデータ情報が各々独立して再生される。

以上においては、記録媒体としてディスク状のものが用いられる実施例について説明したが、図７に示すように、記録媒体としてディスク状のものが用いられるものとして構成されていてもよい。

この例における光学ヘッドは、図６に示す光学ヘッドと同様の構成を有している。なお、図７においては、図６に示す構成のホログラム記録再生装置と同一の構成要素については便宜上同一の符号が付しており、説明を省略することとする。
このホログラム記録再生装置は、カード状の記録媒体１０ｂの表面に沿った平面内において、記録媒体１０ｂを当該記録媒体１０ｂにおけるトラックに沿った方向およびトラックの並列方向の２方向に平行移動させる記録媒体移動機構６５を備えた構成とされている。

このホログラム記録再生装置においては、シフト多重ホログラム列が記録媒体１０ｂにおけるセクタ毎に記録される。具体的には、記録媒体１０ｂにおける所定のトラックにおける一のセクタに対して、信号光Ｌｓおよび球面参照光Ｌｒが照射されてホログラムが記録される。そして、記録媒体１０ｂを静止させた状態において、当該セクタに対して新たなホログラムを球面参照光Ｌｒの入射方向を所定の大きさの角度間隔で変更して記録する操作が繰り返し行われることにより、複数のホログラムが同一箇所に所定の重ね書き数で重ね書きされてなるマルチホログラムが記録される。次いで、記録媒体１０ｂがトラックに沿った１軸方向に所定のシフト量で微小移動（シフト）され、この状態において、新たなマルチホログラムを記録する操作が繰り返し行われることにより、複数のマルチホログラムが互いに記録領域の一部が重なる状態で当該１軸方向に並ぶシフト多重ホログラム列が記録される。
記録媒体１０ｂにおける各セクタ（単位記録領域）へのアクセスは、光学ヘッドの移動によるアクセスの他、記録媒体１０ｂの２軸移動によって行われる。

以上のように、本発明のホログラム記録再生方法および当該ホログラム記録再生方法が実施されるホログラム記録再生装置においては、複数のホログラムが参照光の入射角度が変更されて同一箇所に重ね書きされることによってマルチホログラムが記録された後、記録媒体１０ａ，１０ｂおよび光学ヘッドの一方が他方に対して相対的に一方向にシフトされた状態で、新たにマルチホログラムがその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域と重なる状態で記録され、これにより、ホログラムの多重記録が行われる。このため、例えば記録媒体１０ａ，１０ｂをシフトさせるための移動機構のストップアンドゴー動作の回数を可及的に少なく抑制しながら、ホログラムの多重記録が可能となる。従って、本発明によれば、光学ヘッドまたは記録媒体１０ａ，１０ｂを振動が生じない程度の移動速度でシフトさせてシフト多重記録を行う場合であっても、十分に高い記録時の転送速度を得ることができ、高速な記録再生が可能となる。

また、例えば音響光学素子よりなる参照光入射角度変更手段４５によって球面参照光Ｌｒの記録媒体１０ａ，１０ｂに対する入射方向が変更されることにより、例えば記録媒体１０ａ，１０ｂの移動といったメカ機構の駆動を伴うことなく、信号光Ｌｓに対する球面参照光Ｌｒの入射方向の制御を極めて短時間で確実に行うことができ、しかも、ホログラム記録再生光学系の構成の簡略化を図ることができる。

上記のホログラム記録再生方法が実行される装置においては、例えば、記録媒体１０ａ，１０ｂに対して一のホログラムを記録するのに要する時間を例えば１ｍｓ、同一箇所におけるホログラムの重ね書き数を１０個、シフト量δを例えば１０μｍ、記録媒体１０ａ，１０ｂの移動速度を例えば１０μｍの距離を５０ｍｓの時間で移動させる大きさとすると、一のマルチホログラムの記録シーケンスに要する時間は例えば６０ｍｓである。従って、記録時の転送速度を８０Ｍｂｐｓｉ以上、例えば９０Ｍｂｐｓｉとすることができる。

さらにまた、球面参照光Ｌｒの入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、光学ヘッドまたは記録媒体１０ａ，１０ｂのシフト量δ〔μｍ〕との積α〔°・μｍ〕の大きさが５０以上、１００以下の範囲内の値となるよう、角度間隔θの大きさおよびシフト量δの大きさが設定されることにより、クロストークを発生させることなく、記録媒体１０ａ，１０ｂに記録される情報の高密度化を図ることができる。

１０ 記録媒体
１０ａ 記録媒体
１０ｂ 記録媒体
１１ 光透過性基板
１２ 光透過性基板
１５ ホログラム記録層
２１ 記録再生光源
２２ ビーム整形用プリズム
２５ 光分離手段
２６ ビームエクスパンダ
２７ 空間フィルタ
２８ 偏光プリズムビームスプリッタ
３０ 空間光変調器（ＳＬＭ）
３１ リレーレンズ
３２ ナイキストフィルタ
３５ 信号光集光用対物レンズ
４０ 参照光集光用対物レンズ
４１ レンズ
４２ 偏向プリズムビームスプリッタ
４３ 反射ミラー
４４ レンズ
４５ 参照光入射角度変更手段
４６ 音響光学媒体
５０ 撮像素子
６０ プリキュア用およびポストキュア用の光源
６５ 記録媒体移動機構
Ｉ１，Ｉ２ 再生像
ｋｇ１，ｋｇ２ 記録格子ベクトル
ｋｒ１，ｋｒ２ 球面参照光の波数ベクトル
Ｌｇ 再生光
Ｌｇ１，Ｌｇ２ 再生光
Ｌｒ 参照光
Ｌｒ´ 参照光用の光
Ｌｓ 信号光
Ｓ 駆動用入力信号
Ｓ_L1 〜Ｓ_Ln 下側帯波回折光
Ｕ 超音波

Claims (6)

1. データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させることにより形成されるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
   参照光として球面波を用い、
   記録媒体を静止させた状態において、複数のホログラムを参照光の記録媒体に対する入射方向を参照光入射角度変更手段によって変更して当該記録媒体における同一箇所に多重記録することによってマルチホログラムを記録した後、
   信号光と参照光とを照射する光学ヘッドおよび当該記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向にシフトさせた状態において、新たにマルチホログラムをその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域に重なる状態で記録し、
   参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、前記光学ヘッドまたは前記記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積をα〔°・μｍ〕としたとき、５０≦α≦１００となるよう、前記角度間隔θの大きさおよび前記シフト量δの大きさが設定されることを特徴とするホログラム記録再生方法。
2. 前記参照光入射角度変更手段として音響光学素子が用いられることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生方法。
3. 前記角度間隔θが１°以上１０°以下の範囲内で設定されると共に、前記シフト量δが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム記録再生方法。
4. データ情報を担持した信号光と参照光とを干渉させることにより形成されるホログラムをシフト多重方式によって記録媒体に多重記録すると共に、ホログラムが記録された記録媒体に参照光を照射することによりホログラムに記録されたデータ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
   信号光を記録媒体に照射する信号光照射光学系と、球面参照光を当該記録媒体に照射する参照光照射光学系とを備えた光学ヘッドを有しており、
   当該参照光照射光学系は、球面参照光の記録媒体に対する入射方向を変更させる参照光入射角度変更手段を備えており、
   記録媒体を静止させた状態において、複数のホログラムが球面参照光の記録媒体に対する入射方向が前記参照光入射角度変更手段によって変更されて当該記録媒体における同一箇所に多重記録されることによってマルチホログラムが記録された後、
   前記光学ヘッドおよび当該記録媒体の一方を他方に対して相対的に一方向にシフトさせた状態において、新たにマルチホログラムがその記録領域の一部が既に記録されたマルチホログラムの記録領域に重なる状態で記録され、
   参照光の入射角度を変更させる角度間隔θ〔°〕と、前記光学ヘッドまたは前記記録媒体のシフト量δ〔μｍ〕との積をα〔°・μｍ〕としたとき、５０≦α≦１００となるよう、前記角度間隔θの大きさおよび前記シフト量δの大きさが設定されることを特徴とするホログラム記録再生装置。
5. 前記参照光入射角度変更手段が音響光学素子よりなることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生装置。
6. 前記角度間隔θが１°以上１０°以下の範囲内で設定され、前記シフト量δが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で設定されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のホログラム記録再生装置。

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