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技術 ホログラム記録再生媒体、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法およびホログラム記録再生媒体の再生方法

出願人 ソニー株式会社
発明者 外石満
出願日 2005年6月14日 (16年8ヶ月経過) 出願番号 2005-173768
公開日 2006年12月28日 (15年1ヶ月経過) 公開番号 2006-349831
状態 拒絶査定
技術分野 ホログラフィ 光学的記録再生1
主要キーワード 温度検出ユニット 角度補償 サーボ駆動ユニット シフトピッチ シフト角 回転媒体 ホログラムメディア 待ち時間データ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

ホログラム記録再生装置信号再生の性能を向上する。

解決手段

信号光参照光とを干渉させてホログラム記録再生層ホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体再生装置において、レーザ波長を変化させる波長可変レーザ21と、ホログラム記録再生層1記録時の温度を再生する再生信号処理部65と、記録時の温度対応する再生条件を記憶したメモリ71aと、波長可変レーザ21、再生信号処理部65およびメモリ71aを制御するコンピュータ制御部71と、を備えた。

概要

背景

近年、超高密度光記録再生のために、記録媒体の厚み方向も積極的に活用し、2次元の情報を1ページとするページデータの干渉パターン画像を、3次元的に一度に記録し、再生をする高記録密度・高転送速度が実現可能な方式であるホログラフィックメモリが注目を集めている。このようなホログラフィックメモリに用いるホログラムメディアとして、フォトポリマーは安価に作成できることや、その耐久性高感度性などからホログラフィックメモリに用いる媒体の材料としての採用が検討されている。

ここで、フォトポリマーなどの媒質記録再生層に用いた場合に、記録の際にモノマーポリマーに変化する時に生ずる収縮や、温度の影響で、記録再生層が収縮・膨張したりするディメンジョン変化によって、3次元的に干渉パターン画像として形成される回折格子の角度や間隔が変化する。その回折格子の形状変化によって、実際に記録した時の角度と再生するときに回折効率ピークをむかえる角度が異なってしまうという現象がある。

一方、ホログラフィックメモリは、上述のように3次元的に干渉パターン画像を記録するので、このホログラムは重ね書き(多重記録)が可能である。この性質により,現行のほかの記録再生の方式、例えば、DVD(Digital Versatile Disk)に比べて極めて高い記録密度にできる。多重記録の方法には、参照光入射角度を少しずつ変えて重ねる「角度多重」、記録位置を平面方向にズラして重ねる「シフト多重」、波長を変える「波長多重」、位相を変える「位相多重」などがある(特許文献1、非特許文献1を参照)
特開平11—242424号公報
日経エレクトロニクス2005年1月17日号106頁〜114頁

概要

ホログラム記録再生装置信号再生の性能を向上する。信号光と参照光とを干渉させてホログラム記録再生層にホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体再生装置において、レーザの波長を変化させる波長可変レーザ21と、ホログラム記録再生層1記録時の温度を再生する再生信号処理部65と、記録時の温度対応する再生条件を記憶したメモリ71aと、波長可変レーザ21、再生信号処理部65およびメモリ71aを制御するコンピュータ制御部71と、を備えた。

目的

そこで、本発明は、ホログラム記録再生層の特性が媒質の性質に応じて異なる場合、記録条件と再生条件とが異なった場合において、転送速度を低下させることなく、高精度に情報信号を再生することができるホログラム記録装置ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法、ホログラム記録再生媒体の再生方法およびホログラム記録再生媒体を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

情報信号に応じて変調された信号光と、前記信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層ホログラムが記録されるホログラム記録再生媒体において、前記ホログラム記録再生層の特性または記録時における記録条件の情報を記録するヘッダ領域を備えることを特徴とするホログラム記録再生媒体。

請求項2

前記ヘッダ領域には、前記ホログラム記録再生層の温度膨張係数の情報が含ま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媒体。

請求項3

前記ホログラム記録再生媒体は、前記信号光と前記参照光とのペアの相対的な光入射角度を異ならせて形成された複数のホログラムが前記ホログラム記録再生層の同一面内に角度多重で記録され、前記ヘッダ情報には、記録時における、前記相対的な入射角度および前記信号光および前記参照光のレーザ光波長の情報が含ま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媒体。

請求項4

前記ヘッダ情報は、前記角度多重で記録される複数のホログラムのうちの1のホログラムとして記録されていることを特徴とする請求項3に記載のホログラム記録再生媒体。

請求項5

前記ホログラム記録再生媒体は、円形形状回転媒体であり、前記ヘッダ領域は、前記ホログラム記録再生媒体の最内周または最外周の近くに配されていることを特徴とする請求項1に記載の記録再生媒体

請求項6

前記ヘッダ情報は、前記情報信号の一部に含まれていることを特徴とする請求項1に記載の記録再生媒体。

請求項7

情報信号に応じて変調された信号光と、前記信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生媒体のホログラム記録再生層にホログラムを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再生層の温度を検出する温度検出手段と、前記光源から出射する光の光波長を変化させる波長制御手段と、前記ホログラム記録再生層の温度に対応する前記光波長の情報を記憶した記憶手段と、前記温度検出手段から検出された温度と前記記憶手段に記憶された情報とを用いて、前記波長制御手段を制御する制御手段と、を備えるホログラム記録装置。

請求項8

前記ホログラム記録再生層に入射する前記参照光の入射角度を変化させる参照光入射角度制御手段をさらに備え、前記記憶手段は、さらに、前記ホログラム記録再生層の温度に対応する前記参照光の入射角度の情報を記憶するものであり、前記制御手段は、前記温度検出手段から検出された温度と前記記憶手段に記憶された情報とを用いて、前記波長制御手段と前記参照光入射角度制御手段とを制御することを特徴とする請求項7に記載のホログラム記録装置。

請求項9

情報信号に応じて変調された信号光と、前記信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させてホログラム記録再生層にホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体の再生装置において、前記参照光の波長を変化させる波長制御手段と、前記ホログラム記録再生媒体に記録されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報を再生する再生信号制御手段と、前記ホログラム記録再生層の特性または記録時の条件に対応する再生条件を記憶した記憶手段と、前記再生信号制御手段から検出されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報と前記記憶手段に記憶された再生条件の情報とを用いて、前記波長制御手段を制御する制御手段と、を備えるホログラム再生装置

請求項10

前記ホログラム記録再生層に入射する前記参照光の入射角度を変化させる参照光入射角度制御手段と、再生時の前記ホログラム記録再生層の温度を検出する温度検出手段と、をさらに備え、前記再生信号制御手段は、前記情報信号の記録時の前記ホログラム記録再生層の温度を検出し、前記記憶手段は、前記記録時の前記ホログラム記録再生層の温度と前記再生時の前記ホログラム記録再生層の温度との差に対応する前記光源の光波長および前記入射角度の情報を記憶するものであり、前記制御手段は、前記再生信号制御手段から再生された記録時のホログラム記録再生層の温度と前記温度検出手段から検出された再生時のホログラム記録再生層の温度と前記記憶手段に記憶された前記光源の光波長および前記入射角度の情報とを用いて、前記波長制御手段と前記参照光入射角度制御手段とを制御することを特徴とする請求項9に記載のホログラム再生装置。

請求項11

前記制御手段は、前記波長制御手段もしくは前記参照光入射角度制御手段のいずれか一方、または、その両方を、選択して制御することを特徴とする請求項10記載のホログラム再生装置。

請求項12

情報信号に応じて変調された信号光と、前記信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層にホログラムを記録するホログラム記録再生媒体の記録方法において、前記ホログラム記録再生層の温度を検出し、前記ホログラム記録再生層の温度に応じた光波長を有する信号光と、前記ホログラム記録再生層の温度に応じた光波長および前記ホログラム記録再生層への入射角度を有する前記参照光と、を干渉させて、前記ホログラム記録再生層に記録をするホログラム記録再生媒体の記録方法。

請求項13

情報信号に応じて変調された信号光と、前記信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層にホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体の再生方法において、前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報信号の記録時の温度を再生し、前記ホログラム記録再生媒体の再生時の温度を検出し、前記記録時の温度と前記再生時の温度との差に基づいて、前記参照光の波長および/または前記ホログラム記録再生層への参照光の入射角度を変化させて前記ホログラム記録再生媒体の再生を行うホログラム記録再生媒体の再生方法。

技術分野

0001

本発明は、ホログラム記録再生媒体ホログラム記録装置ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法およびホログラム記録再生媒体の再生方法に関する。

背景技術

0002

近年、超高密度光記録再生のために、記録媒体の厚み方向も積極的に活用し、2次元の情報を1ページとするページデータの干渉パターン画像を、3次元的に一度に記録し、再生をする高記録密度・高転送速度が実現可能な方式であるホログラフィックメモリが注目を集めている。このようなホログラフィックメモリに用いるホログラムメディアとして、フォトポリマーは安価に作成できることや、その耐久性高感度性などからホログラフィックメモリに用いる媒体の材料としての採用が検討されている。

0003

ここで、フォトポリマーなどの媒質記録再生層に用いた場合に、記録の際にモノマーポリマーに変化する時に生ずる収縮や、温度の影響で、記録再生層が収縮・膨張したりするディメンジョン変化によって、3次元的に干渉パターン画像として形成される回折格子の角度や間隔が変化する。その回折格子の形状変化によって、実際に記録した時の角度と再生するときに回折効率ピークをむかえる角度が異なってしまうという現象がある。

0004

一方、ホログラフィックメモリは、上述のように3次元的に干渉パターン画像を記録するので、このホログラムは重ね書き(多重記録)が可能である。この性質により,現行のほかの記録再生の方式、例えば、DVD(Digital Versatile Disk)に比べて極めて高い記録密度にできる。多重記録の方法には、参照光入射角度を少しずつ変えて重ねる「角度多重」、記録位置を平面方向にズラして重ねる「シフト多重」、波長を変える「波長多重」、位相を変える「位相多重」などがある(特許文献1、非特許文献1を参照)
特開平11—242424号公報
日経エレクトロニクス2005年1月17日号106頁〜114頁

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、角度多重方式とした場合には、特に、3次元的に干渉パターン画像として形成される回折格子の角度や間隔の変化、すなわち記録時と再生時の位置ずれが、再生における精度を悪化させる深刻な問題として生じていた。これは、ホログラム記録再生層の特性が媒質の性質によって区々であり、特に、記録条件再生条件が異なる(例えば、記録時と再生時の温度の違い等)ことによって生じるものである。

0006

この結果、再生される情報信号品質は十分なものとならず。この改善策として、例えば、上述した1ページを1度に再生するのではなく、複数の部分に分割して再生することも行われているが、この場合には、転送速度の低下、再生における処理の複雑化が大きな問題となっていた。

0007

そこで、本発明は、ホログラム記録再生層の特性が媒質の性質に応じて異なる場合、記録条件と再生条件とが異なった場合において、転送速度を低下させることなく、高精度に情報信号を再生することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法、ホログラム記録再生媒体の再生方法およびホログラム記録再生媒体を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明のホログラム記録再生媒体は、情報信号に応じて変調された信号光と、信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層にホログラムが記録されるホログラム記録再生媒体において、ホログラム記録再生層の特性または記録時における記録条件の情報を記録するヘッダ領域を備える。

0009

このホログラム記録再生媒体は、ヘッダ領域を備え、ホログラム記録再生層の特性または記録時における記録条件の情報が記録されている。

0010

本発明のホログラム記録装置は、情報信号に応じて変調された信号光と、信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生媒体のホログラム記録再生層にホログラムを記録するホログラム記録装置において、ホログラム記録再生層の温度を検出する温度検出手段と、光源から出射する光の光波長を変化させる波長制御手段と、ホログラム記録再生層の温度に対応する光波長の情報を記憶した記憶手段と、温度検出手段から検出された温度と記憶手段に記憶された情報とを用いて、波長制御手段を制御する制御手段と、を備える。

0011

このホログラム記録装置は、温度検出手段がホログラム記録再生層の温度を検出する。波長制御手段が光源から出射する光の光波長を変化させる。また、記憶手段にはホログラム記録再生層の温度に対応する光波長が記憶されている。そして、制御手段が、温度検出手段から検出された温度と記憶手段に記憶された情報とを用いて、波長制御手段を制御する。

0012

本発明のホログラム再生装置は、情報信号に応じて変調された信号光と、信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させてホログラム記録再生層にホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体の再生装置において、参照光の波長を変化させる波長制御手段と、ホログラム記録再生媒体に記録されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報を再生する再生信号制御手段と、ホログラム記録再生層の特性または記録時の条件に対応する再生条件を記憶した記憶手段と、前記再生信号制御手段から検出されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報と前記記憶手段に記憶された再生条件の情報とを用いて、前記波長制御手段を制御する制御手段と、を備える。
を備える。

0013

このホログラム再生装置は、波長制御手段が参照光の波長を変化させる、再生信号制御手段がホログラム記録再生媒体に記録されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報を再生する。記憶手段にはホログラム記録再生層の特性または記録時の条件に対応する再生条件が記憶されている。そして、制御手段は、再生信号制御手段から検出されたホログラム記録再生層の特性または記録時の条件を含む情報と記憶手段に記憶された再生条件の情報とを用いて、前記波長制御手段を制御する。

0014

本発明の記録再生媒体の記録方法は、情報信号に応じて変調された信号光と、信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層にホログラムを記録するホログラム記録再生媒体の記録方法において、ホログラム記録再生層の温度を検出し、ホログラム記録再生層の温度に応じた光波長を有する信号光と、ホログラム記録再生層の温度に応じた光波長およびホログラム記録再生層への入射角度を有する参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層に記録をする。

0015

この記録再生媒体の記録方法は、ホログラム記録再生層の温度を検出する。そして、このホログラム記録再生層の温度に応じた光波長を有する信号光と、ホログラム記録再生層の温度に応じた光波長およびホログラム記録再生層への入射角度を有する参照光と、を干渉させて形成されるホログラムをホログラム記録再生層に記録をする。

0016

本発明の記録再生媒体の再生方法は、情報信号に応じて変調された信号光と、信号光と光源を同一とする参照光と、を干渉させて、ホログラム記録再生層にホログラムが記録されたホログラム記録再生媒体の再生方法において、ホログラム記録再生媒体に記録された情報信号の記録時の温度を再生し、ホログラム記録再生媒体の再生時の温度を検出し、記録時の温度と再生時の温度との差に基づいて、参照光の波長および/またはホログラム記録再生層への参照光の入射角度を変化させてホログラム記録再生媒体の再生を行う。

0017

この記録再生媒体の再生方法は、ホログラム記録再生媒体に記録された情報信号の記録時の温度を再生する。また、ホログラム記録再生媒体の再生時の温度を検出する。そして、記録時の温度と再生時の温度との差に基づいて、参照光の波長および/またはホログラム記録再生層への参照光の入射角度を変化させてホログラム記録再生媒体の再生を行う。

発明の効果

0018

本発明のホログラム記録再生媒体、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法およびホログラム記録再生媒体の再生方法によれば、ホログラム記録再生層の特性が媒質の性質に応じて異なる場合、記録条件と再生条件が異なった場合において、転送速度を低下させることなく、高精度に情報信号を再生することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録再生媒体の記録方法、ホログラム記録再生媒体の再生方法およびホログラム記録再生媒体を提供できる。

発明を実施するための最良の形態

0019

以下、本発明の実施の形態を説明する。

0020

説明は、以下の順序で行う。まず、簡単にホログラム記録再生原理を説明し、その後、ブラッグ条件からの角度ずれ量が与える影響について説明する。そして、発明者が、鋭意検討の結果、完成するに至った、ブラッグ条件からの角度ずれ量を補償する新方式の概要について説明した後、具体的な実施形態の説明をする。

0021

(ホログラム記録再生の原理)
図1ホログラム記録の原理を示す図である。図1に沿って、記録原理を説明する。情報信号に基づき空間光変調器3に変調情報を表示させ、これによって変調された光ビーム(信号光5)を対物レンズ4で集光し、ホログラム記録再生媒体10に配された記録再生のためのホログラム記録再生層1(図1では、ホログラム記録再生媒体10の下部に位置する)に照射する。このとき、ホログラム記録再生層1を照射する信号光5の照射位置とほぼ同一箇所に他の光ビーム(参照光6)が照射され、この参照光6と信号光5との干渉によりホログラム記録再生層1の中に3次元的にホログラム(回折格子)が記録される。

0022

ここで、パターン画像PMは、空間光変調器3に表示された変調情報の一例である。すなわち、上述の信号光5は、パターン画像PMに応じて変調を受けており、このパターン画像PMに表される2次元の情報がホログラム記録再生層1に記録されるべき情報である。

0023

そして、参照光6のホログラム記録再生層1への入射角度を異ならせ、空間光変調器3にパターン画像PMとは異なる別のパターン画像を表示して、この、別のパターン画像に応じて変調を受けた信号光5と、別の角度から入射する参照光6とを、干渉させることによりホログラム記録再生層1の中に3次元的に別のホログラム(回折格子)が記録される。この別のホログラムが記録される位置は、ホログラム記録再生媒体10の上方(図1の上方)から見れば、2次元的には、最初のパターン画像PMに対応するホログラムと同じ場所であり、参照光の入射角度を変化させて、多重記録されたこととなる。

0024

次に再生の原理を説明する。上述の記録原理により回折格子が形成されたホログラム記録再生層1に参照光6を記録時におけると略等しい入射角度で入射させると、ホログラムで回折され、対物レンズ4で集光され、再生のパターン画像が、空間光変調器3の位置に生じるので、このパターン画像を検出して復号デコード)すれば、記録された情報信号、例えば、2値データを再び得ることができる。

0025

(回折格子の形状変化が再生に与える影響について)
ここで、ホログラム記録再生層1がどのような媒質で構成されているかによって、情報の記録および/または再生特性に大きく影響する。そこで、ホログラム記録再生層1として、フォトポリマーを用いる場合の特徴をまず説明する。

0026

ホログラム記録再生層1として、上述のように、フォトポリマーを用いた場合には記録の際にモノマーがポリマーに変化する時に生ずる収縮や、記録時または再生時の温度によって回折格子の形状が変化する。回折格子の変化が再生特性にどのような変化を与えるかについて図2ないし図4を参照して順に説明をする。

0027

図2はホログラム記録再生媒体(図2に図示せず、図1を参照)のホログラム記録再生層1としてフォトポリマーを用いた場合に記録再生層に形成される回折格子を模式的に示すものである。なお、図2は、ホログラム記録再生層1の断面を示す断面図であり、信号光5および参照光6は図面の上方向から照射されるものとする。

0028

上述したように、信号光5と参照光6とによって生じる回折効果の結果、回折格子2は、ホログラム記録再生層1に3次元に形成される。図2において、回折格子は、実線破線とで記載されている。符号2bを付した実線は、ホログラム記録再生層1の収縮前の回折格子を示すものであり、符号2aを付した破線は、ホログラム記録再生層1の収縮後の回折格子を示すものである。ここで、収縮は、モノマーがポリマーに変化することに伴って生じるものである。実線で示す矢印は入射光を示し、破線で示す矢印は回折格子2で回折された出射光を示すものである。

0029

さらに、回折格子の収縮や膨張は、ホログラム記録再生層1の温度変化によっても生じるものであり、記録時点におけるホログラム記録再生層1の温度と再生時点におけるホログラム記録再生層1の温度との温度差が大きい場合には、両時点における回折格子の形状は大きく異なるものとなる。

0030

この結果、図3に示すように、記録時点の回折効率のピークむかえる角度と、再生時点の回折効率のピークむかえる角度との間にずれが生じてしまうこととなる。

0031

図4に、回折格子角度回折光のブラッグ条件からの角度ずれ量との関係を示す。図4に示すように、回折光の角度選択性のピーク位置は、回折格子の角度によって変化する。なお、回折格子の角度がメディアと完全に垂直であれば、原理的には厚み方向のディメンジョンが変化しても回折格子の角度は変化しないために影響は少ない。また、通常は、フォトポリマーにより形成されたホログラム記録再生層1の熱膨張係数は、このホログラム記録再生層1を支持する基板(図示せず)の熱膨張係数よりも1〜2桁大きいために温度変化などによるディメンジョン変化は、厚み方向に関してはポリマーの熱膨張率となり、水平方向に関しては基板の熱膨張係数に依存すると考えられる。

0032

次に、図1の原理図に戻り、ホログラム記録再生層1の上述した特性が、再生特性にどのような影響を与えるかについて図5に沿って説明する。

0033

上述した空間光変調器3の各位置から出射した信号光5の各線を追跡していくと、回折格子角度(基本的には参照光と信号光の2等分線の角度)は空間光変調器3の各場所からホログラム記録再生層1に入射する光ビームの軌跡に応じて異なることがわかる。つまり空間光変調器3の各場所からの光ビームによって、ディメンジョン変化(収縮)後のブラッグ条件からの角度ずれ量が異なることとなり、画像が一様に出力されなくなる。この現象を具体的に以下に説明する。

0034

図5(A)に示す、グラフG1ないしグラフG5は、再生におけるレーザ光波長パラメータとした、波長ごとの回折格子角度とブラッグ条件を満たす角度からの角度ずれとの関係を示すものである。そして、図5(B)は、代表的な3つの再生波長に対応する再生時のパターン画像P2、パターン画像P4およびパターン画像P5を示す図である。グラフG1がレーザ光波長の最も長い場合を示し、グラフG5がレーザ光波長の最も短い場合を示すものであり、グラフG2、グラフG3、グラフG4と順にレーザ光波長の長さが短い場合を示すものである。ここで、グラフG4が記録時と同じ波長のレーザ光波長を用いる場合を示すものである。

0035

ここで、図5(A)のグラフG4で示す特性を呈するレーザ光波長をホログラム記録再生層1に照射することによって情報の再生を行う場合には、図5(B)に、再生時のパターン画像P4として示すような、中心部は正確に再生されるものの、両端が欠けたような再生時のパターン画像が得られる。なお、図5(B)は、再生時のパターン画像を模式的に示すもので、このように、中心部と外周部との境界とで、明確に1本の線で分けられるものではなく、だんだんと、端になるに従い、再生時のパターン画像P4のコントラストが低くなり、記録時のパターン画像と異なるものとなるものである。

0036

また、図5(A)のグラフG2で示す特性を呈するレーザ光波長、すなわち再生時のパターン画像P4を得たレーザ光波長よりも、より波長の長いレーザ光をホログラム記録再生層1に照射することによって情報の再生を行う場合には、図5(B)の再生時のパターン画像P2で示すような、左側(図面正面から見た場合)は正確に再生されるものの、右側(図面正面から見た場合)のコントラストが低くなった再生時のパターン画像P2が得られる。

0037

また、図5(A)のグラフG5で示す特性を呈するレーザ光波長、すなわち再生時のパターン画像P4を得たレーザ光波長よりも、より波長の短いレーザ光をホログラム記録再生層1に照射することによって情報の再生を行う場合には、図5(B)の再生時のパターン画像P5で示すような、右側は正確に再生されるものの、左側のコントラストが低くなった再生時のパターン画像P5が得られる。

0038

このような現象が生じる結果として、本来、一度に記録されたパターン画像、例えば、パターン画像PMを再生時のパターン画像として、一度に再生することが困難になっている。

0039

このような、現象が発生する理由について、説明を加える。

0040

図5(B)に示したように、記録時のレーザ光波長で再生したときには中心の角度のみが回折効率のピークを迎え、角度が中心から離れるにつれて回折効率は下がるために、再生画像についてもその中心でコントラストが最高となり、端になるにしたがって徐々にコントラストが低くなって行く。

0041

そして、この画像の中心と端でのコントラストの差は主にレンズのNAで決まる。また、ブラッグの条件からの角度ずれが等しくても、その角度ずれに対する回折効率は主にホログラム記録再生層1の厚みによって決まる。一般的に、回折効率が0%になるまでのブラッグ条件を満たす角度からの角度ずれΔθは以下の(式1)で表される。ここで、ホログラム記録再生層1の厚みをL、ホログラム記録層の媒質の屈折率をn、ブラッグ条件を満たす角度をθb、レーザ光波長をλとした。

0042

(式1)
Δθ=λ/(2nLsinθb)

0043

ここで、レンズの両端での値(ブラッグ条件を満たす角度からの角度ずれ)が上記の角度範囲(Δθ以内)に収まっていれば問題ない(実際は回折効率が0に近いところではノイズに埋もれてしまうため回折効率が最大値の70−80%以上に収まっていなくてはならない。この場合、コントラストが下がり、SNRが下がってしまうのは避けられない)。しかし、ホログラム記録再生層1(図2参照)の厚みの大き過ぎが生じ、または、温度変化によってブラッグ条件からの角度ずれ幅が大きくなったときには、レンズの両端の値が上記の角度範囲を超えることが予想される。このような理由によって、記録画像を一度に再生することができなくなるものと考えられる。

0044

図5(A)および図5(B)に示す特性から、再生の時点において、複数個のレーザ光波長を用い、同時に記録された情報(パターン画像PM)を読み出すことが、情報再生の一手法として考えられる。例えば、グラフG2で示す特性を呈するレーザ光波長を用い再生時のパターン画像P2を得、グラフG4で示す特性を呈するレーザ光波長を用い再生時のパターン画像P4を得、グラフG5で示す特性を呈するレーザ光波長を用い再生時のパターン画像P5を得、事後的な信号処理でパターン画像PMを復調するものである。このような手法を波長スキャンと以下称する。そして、2つのレーザ光波長でスキャンする場合を2回波長スキャン、3つのレーザ光波長でスキャンする場合を3回波長スキャンと称する。なお、複数個のレーザ波長は、1個のレーザ光源から得ることができ、具体的な内容は後述する。

0045

しかしながら、このような手法では、再生のための処理が複雑となり、また、再生時にレーザ光波長を複数回、切り替えて、同一領域を読み取らなければならないので、データ処理速度転送レート)が低下してしまう。

0046

上述のように、再生時において、記録時に記録したパターン画像を正確に読み出すことが困難となるが、これは、ホログラム記録再生層1の媒質の特性、特に温度特性が原因となっている。具体的には、媒質の一例として、フォトポリマーを用いる場合には、フォトポリマーの収縮、膨張特性、温度変化に応じて、屈折率および膨張率が変化することが直接的な原因となっている。

0047

(回折格子の形状変化の影響を補償する新方式について)
以上の事実を踏まえ、発明者は鋭意研究を重ね、上述の回折格子の形状変化が再生に与える影響を補償する装置および方法の検討を行い、新たな知見に基づき、ホログラム記録再生媒体に対する新しい記録および再生の方式を完成するに至った。以下、新方式の原理を説明する。

0048

まず再生のレーザ光波長をシフトした場合の回折格子角度に対するブラッグ条件からのずれ量を、計算によって求めた。ここで、図1に示すように、参照光6と信号光5が用いられるが、参照光6の入射角度は20°(度)に固定し、信号光5は、対物レンズ4で絞られているので、様々な角度で入射するものとした場合(例えば信号光5も20°で入射した場合には回折格子の角度は0°となる)について、温度変化が10℃生じた時のブラッグのずれ量を計算した。また、ホログラム記録再生媒体10の一部を構成し、ホログラム記録再生層1を支持する基板はガラスであるとして計算をした。

0049

図6計算結果をグラフとして示す。横軸は回折格子の角度を示し、縦軸は、ブラッグ条件からの角度ずれ量を示す。なお、各々のグラフの下に記載した(1)から(13)に対応するレーザ光波長は、図6の右側に記載されており、記録時におけるレーザ光波長からの波長のずれ量で各々のレーザ光波長を表している。

0050

波長をシフトさせないとき、すなわち、記録時におけるレーザ光波長と再生時におけるレーザ光波長が等しいとき(Δλ=0のとき)から、再生時におけるレーザ光波長を、より短波長側に再生光のレーザ光波長をシフトさせたときには回折格子角度差によるブラッグ条件からのずれの影響が小さくなっており、反対に、再生時におけるレーザ光波長を、より長波長側にずらしたときには回折格子角度差によるブラッグ条件からのずれの影響が大きくなっている。図6のグラフ中では波長を1nm(ナノメータ)シフトさせた時が最も各回折格子間での影響が小さくなっている。

0051

特に注目すべき点は、波長を1nmシフトさせるとブラッグ条件からの角度ずれが略一律に0.04°となるということである。ブラッグ条件からの角度ずれが略一律になるということは、上述したように、再生特性を向上させるには極めて望ましいものである。しかしながら、角度ずれが律に0.04°生じると、回折効率は減衰してしまう。そこで、これを改善する方法として、ホログラム記録再生層1、又は参照光6の入射角度を0.04°シフトさせると、上記温度による影響の異なる回折格子からの再生光を一様に得ることが可能となる。

0052

上述の計算は記録時の温度と再生時の温度とが、10℃異なる場合の一例であり、記録時と再生時との温度差が他の値の場合には、ブラッグ条件からの角度ずれの幅が最小となるレーザ光波長の値および略一律の角度の値もことなったものとなる。そして、計算によって、あるいは、実測によって、温度差をパラメータとして、角度ずれの幅が最小となるレーザ光波長の値および略一律の角度の値を予め求めておき、これを用いることにより、精度のよい記録再生ができることとなる。例えば、ホログラム記録装置またはホログラム再生装置においては、複数の温度における、角度ずれの幅が最小となるレーザ光波長の値および略一律の角度の値が後述するメモリ72aに記憶され、ホログラム記録再生媒体においては、このようなデータがヘッダ情報としてホログラム記録再生媒体10の所定の領域に記録されている。

0053

つまり、上述のレーザ光波長による補償を行い、さらに、角度による補償を行うこととすれば、温度等によって特性が変化したホログラム記録再生層1から高精度な再生時のパターン画像が得られることとなる。再生時に、レーザ光波長を各角度で記録された回折格子のブラッグのシフト角からのずれ量の差がなくなる程度までシフトさせ、その結果生じたシフト角の分だけ角度をシフトさせるという方式(以下本方式と称する。また、本方式の用語には、方法と物(記録方法、再生方法、記録再生装置記録装置、再生装置、記録再生媒体)のいずれもが含まれるものである。)を採用すると大きな補償効果があるものである。

0054

図7に、本方式の原理を模式的に説明する。図7(A)は、補償をまったく行わないときの、回折角度に対するブラッグ条件からの角度ずれを示すものである。図7(B)は、再生のレーザ光波長をシフトして、ブラッグ条件からの角度ずれの幅が最も小さくなる補償を行う場合を示すものである。図7(C)は、さらに、再生角度(例えば、参照光6の入射角度)をシフトする補償を行う場合である。図7(A)ないし図7(C)に示すように、本方式を用いることによって、角度のみでの補償、波長のみでの補償に比べてはるかに広いトレランスを得ることが可能となることが明確に理解される。

0055

図8に沿って、他の方式と比較したときの本方式の性能の評価結果を示す。図8の縦軸は温度変化許容範囲を示し、縦軸の上になるほど、ホログラム記録再生層1の温度変化が大きくても、情報の再生が可能であることを示すものである。また、横軸は再生時のパターン画像品質、すなわち、デコードされる情報信号の品質を示す。横軸は図面の右側ほど、再生されるパターン画像の品質、すなわち、デコードされる情報信号の品質が高いことを示すものであり、例えば、情報信号の誤り率が低いことを示すものである。

0056

本方式と比較するのは、(1)補償がない場合、(2)参照光の入射角度を情報信号が最も品質高く読み取れる角度に調整する場合(角度補償のみを行う場合)、(3)再生時にレーザ光波長を情報信号が最も品質高く読み取れる波長に調整する場合(波長補償のみを行う場合)、(4)再生時にレーザ光波長を2回切り替えて異なる2つのレーザ光波長で同一記録領域から情報信号を読み出す場合(2回波長スキャンの場合)、(5)再生時にレーザ光波長を3回切り替えて異なる3つのレーザ光波長で同一記録領域から情報信号を読み出す場合(3回波長スキャンの場合)である。また、基板にガラスを用いる場合とPC(ポリカーボネイト)を用いる場合について比較した。上述の(1)ないし(5)の場合および本方式を用いる場合での基板の違いによる、おおよその特性範囲を、図8では丸枠によって、各々囲った。また、基板にガラスを用いる場合を記号■で示し、PC(ポリカーボネイト)を用いる場合を記号▲で示した。

0057

図8の内容を簡単に説明する。(1)補償がない場合は、温度変化許容範囲が小さく(約7℃前後)、かつ再生されるパターン画像の画像品質も最も悪いことを示している。(2)角度補償のみを行う場合は、補償がない場合に比べて、温度変化許容範囲にはあまり改善効果は見られないが、パターン画像の画像品質に相当の改善が見られる。(3)波長補償のみを行う場合は、角度補償のみを行う場合に比べて、温度変化許容範囲にはあまり改善効果は見られないが、パターン画像の画像品質に相当の改善が見られる。(4)2回波長スキャンの場合には、波長補償のみ(1回波長スキャン)を行う場合に比べて、温度変化許容範囲およびパターン画像の画像品質において、略2倍の改善(例えば、温度変化許容範囲は約22℃に拡大)が見られる。(5)3回波長スキャンの場合には、波長補償のみ(1回波長スキャン)を行う場合に比べて、温度変化許容範囲およびパターン画像の画像品質において、略3倍の改善(例えば、温度変化許容範囲は約33℃に拡大)が見られる。

0058

一方、本方式の場合には、3回波長スキャンの場合に比べて、温度変化許容範囲については、略同様の改善効果(温度変化許容範囲は約33℃)が見られ、パターン画像の画像品質はさらに大幅に改善をしている。

0059

(本方式を用いた実施形態の説明)

0060

(本実施形態のホログラム記録再生装置
図9ないし図15を参照して、本実施形態のホログラム記録再生装置の説明を行う。まず、図9に沿って、ホログラム記録再生装置の光学部15(以下、光学部15と省略する)の構成の概要を説明し、図10に沿って光学部15構成の一部である、波長可変レーザ21について説明し、図11に沿って、ホログラム記録再生装置16の構成を、制御部を中心にして説明し、図12ないし図15フローチャートに沿ってどのようにホログラム記録再生装置を動作させるかを説明する。

0061

なお、以下の説明においては、ホログラム記録再生装置は、記録および再生ができる装置として説明されているが、情報の記録作用に寄与する部分のみを構成部分とする場合には、ホログラム記録装置として機能することになり、情報の再生作用に寄与する部分のみを構成部分とする場合には、ホログラム再生装置として機能することになる。よって、以下の説明においては、ホログラム記録再生装置、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置を併せて説明する。

0062

(ホログラム記録再生装置の説明)
(光学部の構成)
図9は、角度多重方式のホログラム記録再生装置の光学部15の構成を示す図である。以下、図9に沿って説明する。

0063

このホログラム記録再生装置の光学部15は、波長可変レーザ21、コリメートレンズ22、アイソレータ23、1/2波長板24、メカニカルシャッター25、偏光ビームスプリッタ26、1/2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、リレーレンズ32、ピンホール33、ダイクロイックミラー34、対物レンズ35、サーボ駆動ユニット36、参照光用の1/4波長板37、参照光用のピンホール38、ガルバノミラー39、反射型液晶40、倍率調整用レンズ41、CMOSセンサ42、サーボ用光源43、コリメートレンズ44、グレーティング45、ビームスプリッタ46、集光用レンズ47、シリンドリカルレンズ48、受光素子49およびリレーレンズ53を備える。ガルバノミラー39は、本実施形態では、ガルバノミラー制御部64と併せて参照光入射角度制御手段の一例を構成する。

0064

波長可変レーザ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、例えば、波長405[nm]のレーザダイオード(LD)を用いることができる。波長可変レーザ21については図10を参照して後述する。

0065

コリメートレンズ22は、波長可変レーザ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。アイソレータ23は、戻り光を防ぐための光学素子である。1/2波長板24は、アイソレータ23より入射したP偏光とS偏光との割合を調節する光学素子である。

0066

メカニカルシャッター25は、ホログラム記録再生層1に光ビームを照射するか否かをシャッター開閉によって行う光学素子である。偏光ビームスプリッタ26は、光をP波信号光ビーム51とS波の参照光ビーム52とに分割する光学素子である。1/2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、1/2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40に入射し、反射型液晶40からの戻り光を反射する光学素子である。

0067

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、ホログラム記録再生媒体10のホログラム記録再生層1(図1を参照、図9には図示せず)で反射されて、1/4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より入射した光をそのまま透過する光学素子である。リレーレンズ32は、1/4波長板31により円偏光とされた光をピンホール33に伝播するための光学素子である。ピンホール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。

0068

ダイクロイックミラー34は、記録再生に用いる光(波長可変レーザ21からのレーザ光)とサーボに用いる光(サーボ用光源43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、波長可変レーザ21とサーボ用光源43とでレーザ光の波長が異なることに対応して、波長可変レーザ21からの記録再生光を透過し、サーボ用光源43からのサーボ光を反射するための光学素子である。対物レンズ35は、信号光および参照光の双方をホログラム記録再生層1に集光するための光学素子である。

0069

サーボ駆動ユニット36は、受光素子49からのトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー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ー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。

0070

参照光用の1/4波長板37は、偏光ビームスプリッタ26によって分離された参照光をP偏光に戻すための光学素子である。参照光用のピンホール38は、参照光用の1/4波長板37によってP偏光に戻された参照光のビーム径を調節する光学素子である。ガルバノミラー39は、ホログラム記録再生層1への参照光の入射角度を変調するためのミラーである。反射型液晶40は、信号光を空間的に(ここでは、2次元的に)変調して、デー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、透過型素子である透過型液晶素子を用いることができる。

0071

倍率調整用レンズ41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。CMOSセンサ42は、再生光の画像を入力し、水平・垂直方向の任意のアドレスを指定して読み出すことができる素子である。

0072

サーボ用光源43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、波長可変レーザ21とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源43は、例えば、レーザダイオードであり、発振波長としてホログラム記録再生層1に対して感度が小さい、例えば、650[nm]の波長のものを使用する。コリメートレンズ44は、サーボ用光源43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45は、コリメートレンズ44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。

0073

ビームスプリッタ46は、グレーティング45から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録再生媒体10のグルーブ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47は、ビームスプリッタ46からの戻り光を受光素子49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48は、集光用レンズ47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。

0074

受光素子49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、例えば、4分割ディテクタである。

0075

(波長可変レーザ)
図10は波長可変レーザ21の一例を示すものである。この波長可変レーザ21は、本実施形態においては、波長制御部70と併せて波長制御手段の一例を構成するものである。波長可変レーザ21は、レーザダイオード101、コリメートレンズ102、回折格子103、偏光ビームスプリッタ104、アナモプリズム105及びアイソレータ106を備える。

0076

レーザダイオード101は、マルチモードのレーザ光を発光する。例えば、410[nm]程度のブルーのレーザ光を発光するレーザダイオードである。コリメートレンズ102は、レーザダイオード101により発光されたレーザ光を平行光とする。回折格子103は、波長ごとに異なる方向へ1次光を発生し、そのうち特定波長(例えば410[nm])の1次光がレーザダイオード101へ戻るようにレーザダイオード101との間の角度が設定されている。これにより、レーザダイオード101内でその波長成分だけが増大し、シングルモードとなるようになされている。

0077

レーザダイオード101により発光されるレーザ光の大半は、1次光ではなく0次光であり、回折格子103でミラーのように反射する。つまり、この波長可変レーザ21は、基本的にはLittrow型外部共振器レーザである。偏光ビームスプリッタ104は、透明ガラス107の表面に偏光膜108を形成してなるものであり、回折格子103を反射した0次光を回折格子以外の所定の方向にミラーのように反射し、0次光の偏光方向とは90°異なる偏光方向を有する光を透過する。アイソレータ106は、外部からのレーザ光(反射光)を内部に侵入することを防止するためのもので、ローテータ116と偏光ビームスプリッタ117とを有する。

0078

このような構成を有する波長可変レーザ21では、回折格子103を回転させることで、例えば410[nm]程度のレーザ光の波長を5〜10[nm]程度可変することができるようになされている。なお、本発明に適用される波長可変レーザは、ここに示した波長可変レーザ21に限定されず、その他各種の方式によるものを利用してもよい。

0079

(ホログラム記録再生装置16の構成)
図11に沿って、ホログラム記録再生装置16の構成を、制御部を中心にして説明する。ホログラム記録再生装置16は、以下の構成部分を備える。

0080

スピンドルモータ60は、ホログラム記録再生媒体10を駆動する。スピンドル制御部61は、スピンドルモータ60を制御する。サーボ信号検出部62は、受光素子49の出力に基づき演算処理を行ってトラッキングサーボおよびフォーカシングサーボのためのサーボ信号を検出する、なお演算処理の内容をある程度、制御部72によって制御できるようになされている。サーボメカ制御部63は、サーボ信号検出部62から検出されたサーボ制御信号に基づいてサーボ駆動ユニット36を制御する。

0081

再生信号処理部65は、CMOSセンサ42からの再生信号を処理する。シャッター制御部66は、メカニカルシャッター25の開閉を制御する。SLM制御部67は、反射型液晶40を制御する。CMOSステージ制御部68は、CMOSセンサ42の光の入射方向に対して垂直な方向および水平な方向の位置を制御する。CMOS制御部69は、CMOSセンサ42からの画像の読み込みを制御する。波長制御部70は、波長可変レーザ21の発振波長を制御する。この波長制御部70は、波長可変レーザと併せて波長制御手段の一例を構成するものである。ガルバノミラー制御部64は、ガルバノミラー39を制御する。ガルバノミラー制御部64は、本実施形態では、ガルバノミラー39と併せて参照光入射角度制御手段の一例を構成する。

0082

温度検出ユニット71は、ホログラム記録再生層1(図11には図示せず、図1を参照)の温度を検知する。温度検知方法としては、ドライブ内温度センサを設置しても良いし、または、サーボ用の光ビームを用いてホログラム記録再生層1の温度変化に依存した屈折率の変化からホログラム記録再生層1の温度を観測するという方式を採用しても良い。温度検出ユニット71は、本実施形態においては、温度検出手段の一例を構成するものである。

0083

そして、制御コンピュータ72を備えており、制御コンピュータ72は、温度検出ユニット71および再生信号処理部65、からの検知信号に基づき、SLM制御部67、シャッター制御部66、波長制御部70、CMOS制御部69、CMOSステージ制御部68、サーボ信号検出部62、ガルバノミラー制御部64、サーボ用光源43およびスピンドル制御部61を制御する。制御コンピュータ72は、上記の各部をシーケンシャルに制御し、各種の演算処理を行う演算処理ユニット72bと、演算処理ユニット72bの演算結果などを一時的に格納するメモリ72aとを備えている。制御コンピュータ72は、本実施形態では制御手段の一例を構成するものであり、メモリ72aは、ホログラム記録再生層の特性または記録時の条件に対応する再生条件または記録条件を記憶した記憶手段の一例を構成する。

0084

(ホログラム記録再生装置の動作の説明)

0085

ホログラム記録再生媒体10は、スピンドルモータ60(図11参照)の回転軸の中心とホログラム記録再生媒体10の回転中心とが装着装置(図示せず)で固着されているので、ホログラム記録再生媒体10はスピンドルモータ60の回転に応じて回転され、サーボ駆動ユニット36で、対物レンズ35の位置が移動され所望のホログラム記録再生層1(図1参照)の位置に記録再生が可能となるように、ホログラム記録再生媒体10と対物レンズ35との相対位置が定められる。

0086

波長可変レーザ21から出射した光は、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ータ23を通す。その後、1/2波長板24によってP偏光とS偏光の割合が調節され、偏光ビームスプリッタ26によってP波の信号光ビーム51とS波の参照光ビーム52とに分割される。

0087

信号光は1/2波長板27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40に入射される。反射型液晶40には、情報信号が変調(エンコード)され、SLM制御部67によって反射型液晶40にパターン画像が表示される。そして、反射型液晶40によってパターン画像に応じて変調された光は、偏光が90°回転するために偏光ビームスプリッタ28にて反射する。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を透過して1/2波長板31に入る。この1/2波長板31は偏光方向を変えないような回転角になっており、入射してきたP偏光をそのまま透過する。その後、リレーレンズ32を通過する。このときピンホール33により、液晶からの高次の回折光がカットされる。

0088

さらに、信号光はダイクロイックミラー34を通過する。ダイクロイックミラー34を通過した信号光は、対物レンズ35によって集光されてホログラム記録再生層1に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ26によって分離された参照光は、1/2波長板37によってP偏光に戻され、ピンホール38によってビーム径を調節され、ガルバノミラー39によって角度が変調されて、リレーレンズ53を介して、ホログラム記録再生層1の同一個所に入射される。その結果、反射型液晶40によって空間変調された信号光と参照光とが干渉して干渉縞に応じた回折格子がホログラム記録再生層1に形成される。

0089

ここで、角度多重を行う場合には、ガルバノミラー39の角度を変えることによってホログラム記録再生層1への入射角度が変わり、角度多重記録を行うことが可能となる。

0090

再生時には波長可変レーザ21によって記録時に用いた波長から、所定のシフト量だけずらした波長の光を照射する。このとき信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録再生層1に入射させる。そして、参照光の入射角度を記録時と同じにすることにより、同様の角度で参照光が入射されたときにホログラム記録再生層1に記録されたパターン画像が再生される。また、ガルバノミラー39の角度を変えることによって多重化されたパターン画像の再生が順次行われる。

0091

パターン画像の再生は以下のように行われる。ホログラム記録再生層1に参照光が入射すると、ホログラム記録再生層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。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ー34を透過してリレーレンズ32を通る。リレーレンズ32を通る途中でピンホール33によってノイズがカットされる。その後、再生光は1/2波長板31に入る。1/2波長板31は記録時とは異なり偏光方向を90度回転させてP偏光をS偏光にする。S偏光は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41にて倍率が調整され、CMOSセンサ42で、反射型液晶40での空間的なパターン画像に対応する電気信号に変換される。CMOSセンサ42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、情報信号がデコードされる。

0092

制御動作のフローについて)

0093

(記録時のフローについて)
図12のフローチャートに沿って、制御コンピュータ72が行う記録時の制御の流れを説明する。

0094

まず、ホログラム記録再生媒体10の所定の領域に予め記録されている必要な情報を取得する(ステップST111)。この情報は、ベンダーユニーク情報と呼ばれるもので、一般的には、ホログラム記録再生媒体10の供給者が提供する情報であり、ホログラム記録再生層1に記録されているものであっても、プリグルーブによってベンダーユニーク領域に記録されているものであっても良い。ホログラム記録再生層1に記録されている場合には、波長可変レーザ21からの光ビームによって、これらの情報は取得され、プリグルーブに記録されている場合であれば、サーボ用光源43より出射された光ビームによってこれらの情報を読み取る。

0095

これらの情報は、記録スケジュール(どのようなレーザパワーで、どのくらいの時間(メカニカルシャッター25の開放時間)、どのように照射するか等の所謂、記録ストラテジーを含むデータである)、シフトピッチ(角度多重におけるピッチ角度および多重数を含むデータである)、後処理までの待ち時間(1回の角度多重記録から次の角度多重記録までの処理の待ち時間データである)、さらには、記録時に用いるレーザ光波長等である。そして、これらの情報は、ホログラム記録再生媒体10から読み取られ、制御コンピュータ72のメモリ72aに記憶される。

0096

また、このベンダーユニーク情報は、上述のものに限られるものではなく、ホログラム記録媒体の回折効率、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、ホログラム記録再生層1の特徴であっても良く、これらのホログラム記録再生層1の特徴を示す情報に基づいて演算処理ユニット72bにおける演算により、上述の記録スケジュール、シフトピッチ、後処理までの待ち時間等を制御コンピュータ72が取得するようにしても良いものである。

0097

次に、温度検出ユニット71で現在のホログラム記録再生層1の温度を検出する(ステップST112)。

0098

次に、ステップST112で検出した、ホログラム記録再生層1の温度を変調してSLM制御部67に転送し、取得した温度情報をヘッダ情報としてホログラム記録再生層1に記録するように制御を行う(ステップST113)。ここで、ヘッダ情報を記録する領域は、(1)ホログラム記録再生媒体10の最内周、最外周等に予め確保された領域であっても、(2)1回の角度多重のサイクルにおける、角度多重の回数数(1つの参照光角度で一度に記録される1つのパターン画像の個数)ごとの、例えば、その最初の1つのパターン画像に記録されるものであっても、(3)角度多重で、角度を変えるごとに、記録する情報の一部に含ませるものであっても良い。また、ヘッダ情報には、温度情報に加えて、例えば、記録に用いたレーザ光波長、さらに、記録時の参照光がどのように入射角度を変化させて角度多重記録がなされたかが書き込まれ、また、さらに、記録時におけるモノマーからポリマーに縮合反応することによって生じる収縮率、ポリマーメディアの熱膨張率が書き込まれる。また、ヘッダ情報を書きこむ頻度も、1パターン画像(1ページ)ごとに1回、同じ位置のホログラム記録再生層1における角度多重記録された複数個のページ(1ブロック)ごとに1回、ファイル名によって特定される1または複数のページごとに1回等、どのような頻度で書き込むものであっても良い。

0099

次に、予め、指定されている記録アドレスに波長可変レーザ21からの光ビームを照射して、情報信号を記録するために、スピンドル制御部61に制御信号を送る(ステップST114)。これによって、スピンドルモータ60はホログラム記録再生媒体10を回転させて、記録位置が特定される。

0100

次に、記録用の情報信号を2次元に展開したパターン画像に応じたSLMデータをSLM制御部67に転送する(ステップST115)。これにより、パターン画像が反射型液晶40に表示される。

0101

次に、ステップST111でホログラム記録再生媒体10から取得したシフトピッチに基づき、ガルバノミラー39を制御する制御信号をガルバノミラー制御部64に送る(ステップST116)。これにより、所定の角度の参照光6(図1参照)をホログラム記録再生層1に照射することが可能となる。

0102

次に、記録スケジュールの情報に基づいてメカニカルシャッター25を開閉するための制御信号を、シャッター制御部66に送る(ステップST117)。これにより、ホログラム記録再生層1にホログラム記録が行われる。

0103

次に、メモリ72aの所定の領域に配された角度多重記録回数カウンタの値が、所定の回数であるMであるか否かを判断する。すなわち、角度をM回変化させて、ホログラム記録再生層1に記録を行ったか否かを判断する(ステップST118)。回数がMでなければ(NO)、ステップST115に戻る。そして、順次、上述の処理を繰り返し続ける。

0104

一方、角度多重記録回数カウンタの値がMであれば(YES)、角度多重記録回数カウンタの値を0に設定して、次のステップである、ステップST119に処理は移動する。

0105

ステップST119では、情報信号の書込みが終了したか否かを判断し、書き込むべき情報信号がまだあり、情報信号の書込みが終了していないと判断する場合(NO)には、ステップST114に処理は戻る。そして、スピンドルモータ60を制御して、書込み位置を移動させて、順次、上述の処理を繰り返し続ける。ここで、情報信号の書き込みが終了したか否かの判断は、ヘッダに書き込む同一の検出温度(ステップST111で検出した温度)が適用される範囲の情報信号についてであり、書き込むべきすべての情報信号について判断するものではない。一方、情報信号の書込みが終了したと判断する場合(YES)にはステップST120に処理は移動する。

0106

ステップST120では、すべての記録すべき情報信号の書込みが終了したか否かを判断し、書き込むべき情報信号がまだあり、情報信号の書込みが終了していないと判断する場合(NO)には、ステップST112に処理は戻り、順次、その後の処理を行う。一方、すべての情報信号の書込みが終了していると判断する場合には、ステップST121に処理は移動する。

0107

ステップST121の後処理工程では、インコヒーレント光をホログラム記録媒体全体に照射する処理を行う。フォトポリマーを用いたホログラム記録再生媒体においては、未反応モノマーがあると再生時の参照光の照射によって追加記録となり、SNR(シグナルツーノイズレシオ)の低下の原因となるので、未反応モノマーをポリマーに変化させるためである。

0108

図12のフローにおいては、本方式は、上述のようにホログラム記録装置、ホログラム記録方法およびホログラム記録再生媒体に適用されている、すなわち、ホログラム記録方法においては、ステップST113の処理に本方式の特徴が表れており、ホログラム記録装置においては、このような処理のプログラムが書き込まれたメモリ72a、温度検出ユニット71、波長制御部70およびガルバノミラー制御部64を有する構成に本方式の特徴部分が実現化されており、また、ホログラム記録再生媒体においては、ステップST111において本方式に利用するための、予め記録された情報を有する点において本方式の特徴が表れている。

0109

図12のフローチャートに記載した記録のフローでは、記録時におけるレーザ光波長は、ベンダーユニーク情報として、ホログラム記録再生媒体の提供者により、望ましいレーザ光波長が推奨され、このレーザ光波長を用いて記録を行った。しかしながら、別の本方式を用いた記録方式が考えられる。図13のフローチャートに沿って、制御コンピュータ72が行う、別の記録時のフローを説明する。

0110

図13において、図12に示した各々のステップと同一の処理内容のステップについては、同一の符号を付して説明を省略する。

0111

図13のフローと、図12のフローとの相違点は、図12におけるステップST111に替えて、ステップST131で示す処理が行われ、図12におけるステップST113を図13のフローでは有せず、図13においては、図12には示されていないステップST132およびステップST133の処理が追加されている点にある。これらの点を中心に以下説明する。

0112

まず、制御コンピュータ72は、ステップST131において、ホログラム記録再生媒体10に記録されたベンダーユニーク情報をホログラム記録再生層1または、プリグルーブから取得する。ここで、このベンダーユニーク情報としては、図12のステップ111で取得する情報に加え、さらに、ホログラム記録媒体の温度トレランスについての情報、すなわち、記録時のホログラム記録再生媒体10の温度と再生時のホログラム記録再生媒体10の温度との差がどの程度異なっても、記録再生における特性を補償可能かについての情報が含まれている。

0113

また、記録時における望ましいレーザ光波長、すなわち、再生時にホログラム記録再生媒体10が、所定の温度(1または複数の温度)で読まれると仮定した場合の最も望ましいレーザ光波長が記録されており、さらに、記録時における望ましい参照光の入射角度、すなわち、再生時において、ホログラム記録再生媒体10の温度が上述の所定の温度で使用されると、仮定した場合の最も望ましい参照光の入射角度が記録されている。

0114

次に、ステップST112の処理を行い現在の温度を取得し、その次に、現在の温度において記録を行った後に、所定の再生時の温度において再生を行う場合に、現在の温度が、上述のホログラム記録再生媒体10の温度トレランスの範囲であるか否かを判断する(ステップST132)。そして、ホログラム記録再生媒体10の温度トレランスの範囲である場合(YES)には、ステップST114に処理を移す。

0115

温度トレランスの範囲であるか否かの判断は、例えば、一例としては、図8に示すデータに基づくものである。再生時の所定の温度が、例えば、25℃であるとすれば、本方式を用いる場合には、温度トレランスは、28℃から40℃程度存在する。仮に、特定のホログラム記録再生媒体10のフォトポリマーにおいて、40℃程度の温度トレランスを有するとすれば、記録時の温度が−15℃から65℃の範囲であっても十分に情報信号が再生可能であるとして、ホログラム記録媒体の提供者によって推奨される規定のレーザ光波長および参照光の入射角度にて記録を行うものとする。

0116

一方、ホログラム記録再生媒体10の温度トレランスの範囲でない場合(NO)には、ホログラム記録再生媒体10のベンダーユニーク情報から読み取った、現在の温度(記録時の温度)に対する望ましいレーザ光波長および望ましい参照光入射角度を決定する(ステップST133)。

0117

上述の例で説明すれば、記録時の温度が−15℃から65℃の範囲を越える場合には、再生時の温度が25℃である場合に、現在温度(記録時の温度)の下で最も品質の高い情報信号の再生が可能となるレーザ光波長および参照光の入射角度を予め求めておき、これを用いるものである。具体的にステップST133における処理の一例を示せば、再生時の温度をパラメータとして、記録時の温度をメモリ72aのアドレスとし、そのアドレスに対応するメモリ72aに格納されたデータ(テーブル)として、レーザ光波長および参照光の入射角度を記憶しておくことにより処理は実行される。すなわち、レーザ光波長および参照光の入射角度をともに変化させるという本方式を記録時に適用するものである。

0118

そして、その決定結果に基づく制御信号を波長制御部70に送出し(ステップST134)、その決定結果に基づき、ガルバノミラー39を制御する制御信号をガルバノミラー制御部64に送出する(ステップST135)。これによって、再生時においては、予め定められたレーザ光波長、予め定められた参照光の入射角度で再生することによって、最適な再生条件が維持できる。ステップST134の処理が終了後においては、処理は、ステップST114に処理を移す。

0119

その後の処理は図12におけるフローと同一であるので、説明は省略する。このような図13におけるフローの処理においては、記録時に温度補償を行い、再生時には、ホログラム記録再生媒体10を所定の温度環境で再生することによって、なんら温度補償を行うことを要せず、ホログラム再生装置の簡略化が可能となる。

0120

図13のフローにおいては、本方式は、上述のようにホログラム記録装置、ホログラム記録方法およびホログラム記録再生媒体に適用されている。すなわち、ホログラム記録方法においては、ステップST133ないしステップ135の処理に本方式の特徴が表れており、ホログラム記録装置においては、このような処理のプログラムと記録時の温度をアドレスとし、そのアドレスに対応するデータからなるテーブルとが書き込まれたメモリ72a、温度検出ユニット71、波長制御部70およびガルバノミラー制御部64を有する構成に本方式の特徴部分が実現化されており、また、ホログラム記録再生媒体においては、ステップST131において本方式に利用するための、予め記録された情報を有する点において本方式の特徴が表れている。
(再生時のフローについて)
図14のフローチャートに沿って、制御コンピュータ72が行う再生時の制御の流れを説明する。

0121

まず、ホログラム記録再生層1からヘッダ情報の一部として記録されている記録時における温度情報を読み込み、また、記録に用いたレーザ光波長を読み込み。さらに、記録時の参照光がどのように入射角度を変化させて角度多重記録がなされたかを読み込む(ステップST211)。ここで、ヘッダ情報は、ホログラム記録再生層1に記録されているものであって、(1)ホログラム記録再生媒体10の最内周、最外周等に予め確保された領域であっても、(2)1回の角度多重のサイクルにおける、例えば、その最初の1つのパターン画像に記録されるものであっても、(3)角度多重で、角度を変えるごとに、記録する情報の一部に含ませるものであっても良い。

0122

次に、温度検出ユニット71から現在の温度(再生時の温度)を取得する(ステップST212)。

0123

次に、ヘッダ情報から取得した記録時の温度と温度検出ユニット71より取得した現在の温度(再生時の温度)とを比較して、両者の温度の差および記録時のレーザ光波長に基づいて、再生時にシフトすべきレーザ光波長のシフト量と参照光の入射角度を決定する(ステップST213)。ここで、この決定は、メモリ72aに記憶されたテーブルに基づいて行われる。すなわち、温度差をアドレスとして、シフトすべきレーザ光波長のシフト量(ブラッグ条件から角度ずれの幅が最小となるレーザ光波長のシフト量)と、再生時の参照光の入射角度(ブラッグ条件から角度ずれが最小となる入射度)とを、そのアドレスに対応するデータとする予め作成されたテーブルによるものである。すなわち、このテーブルは、本方式に基づいて作られたものである。

0124

次に、スピンドル制御部61にスピンドルモータ60を回転させる制御信号を送出する(ステップST214)。これによって、スピンドルモータ60がホログラム記録再生媒体10を所定の角度だけ回転させ、所定のホログラム記録再生層1から記録された情報を読み取る用意ができることとなる。

0125

次に、波長制御部70に、メモリ72aに記憶されたテーブルによってステップST213によって特定された、レーザ光波長のシフト量だけ再生時のレーザ光波長をシフトするように、制御信号を送出する(ステップST215)。この信号を受信した波長制御部70は、波長可変レーザ21を制御して所定のシフト量のレーザ光の出射が可能とされる。

0126

次に、ガルバノミラー制御部64に、ステップST213によって特定された、参照光の入射角度に設定するように制御信号を送出する(ステップST216)。これにより、ガルバノミラー制御部64はガルバノミラーを所定の角度に変位させる。

0127

次に、ステップST213によって特定された、レーザ光波長のシフト量と、ステップST213によって特定された、参照光の入射角度とに基づき、CMOSセンサ42の位置が最適となるようにCMOSステージ制御部68に制御信号を送出する(ステップST217)。これにより、CMOSステージ制御部68はCMOSセンサ42のステージを移動させ、再生波長と参照光の角度を変えることによって生じる再生像の位置ずれを補正する。

0128

次に、シャッター制御部66にメカニカルシャッター25を開閉させる制御信号を送出する(ステップST218)。これにより、参照光をホログラム記録再生媒体10に照射して再生を行う。

0129

次に、CMOS制御部69にCMOSセンサ42から再生画像を取り込むように制御信号を送出する(ステップST219)。これにより、CMOSセンサ42から取り込まれたパターン画像は再生信号処理部65にてデコードされて、デコード後の信号は、制御コンピュータ72に転送される。

0130

次に、メモリ72aの所定の領域に配された、参照光の角度変更の回数を表す角度多重再生回数カウンタの値が、所定の回数であるNであるか否かを判断する。すなわち、角度をN回変化させて、ホログラム記録再生層1から再生を行ったか否かを判断する(ステップST220)。角度多重再生回数カウンタの値がNでない場合(NO)には、ステップST216に戻る。そして、順次、上述の処理を繰り返し続ける。

0131

一方、角度多重再生回数カウンタの値がNである場合(YES)には、角度多重再生回数カウンタの値を0に設定して、次のステップである、ステップST221に処理は移動する。

0132

ステップST221では、同一の記録温度と同一の現在温度とを用いて再生すべきパターン画像の再生が終了したか否かを判断し、再生すべき情報がまだあり、同一の現在の温度検出の結果を用いて再生すべきパターン画像の再生が終了していないと判断する場合(NO)には、ステップST214に戻る。そして、順次、上述の処理を繰り返し続ける。

0133

一方、同一の記録温度と同一の現在温度とを用いて再生すべきパターン画像の再生が終了していると判断する場合(YES)には、次のステップである、ステップST222に処理は移動する。

0134

ステップST222では、再生すべきパターン画像の再生がすべて終了しているか否かを判断し、すべてのパターン画像の再生が終了していないと判断する場合(NO)には、ステップST211に戻る。そして、順次、上述の処理を繰り返し続ける。

0135

一方、すべてのパターン画像の再生が終了していると判断する場合(YES)には、ホログラム再生は終了する。

0136

(再生時のフローの変形例について)
上述した、再生フローは、本方式に基づくものであるが、その他のフローの変形例1を図15のフローチャートに沿って、制御コンピュータ72が行う再生時の制御の流れを説明する。

0137

図15で示すフローチャートと図14で示すフローチャートとの違いは、図14に示すステップST214の処理がステップST211とステップ212との間に挿入され、ステップST220において、NOの場合に、ステップST216ではなく、ステップST212に処理が戻り、ステップST221の処理がないことである。

0138

図15のフローによれば、再生時に常に温度を検知し続け、その温度と記録された温度との差をとることによって、常に再生に用いるレーザ光波長を変化させるとともに、常に参照光の入射角度を変化させるので、より精度の高いパターン画像の再生が可能となる。

0139

さらに、別の変形例としては、図13に示した記録時のフローに対応するものが挙げられる。すなわち、再生時の温度を仮定しておき、図14または図15のステップST212を省略することができる。

0140

このような、場合としては、ホログラム再生装置が恒温室で用いられる場合等であり、このような場合には、温度を測定する必要がないからである。また、このような場合には、ホログラム再生装置は温度検出ユニット71を設ける必要がなく、装置のコストダウンを図ることができる。

0141

このように、ホログラム再生装置が恒温室で用いられる場合等は、さらに、ホログラム再生装置を簡略化するために、ヘッダ情報として、再生時における最も望ましいレーザ光波長、最も望ましい参照光の入射角度を記録しておき、ホログラム再生装置において、ステップST212の処理のみならず、ステップST213の処理を省略することもできる。すなわち、直接に、ヘッダ情報に書かれた、レーザ光波長および参照光の入射角度を読み出し、ステップST215で波長制御部70に制御信号を送出し、ステップST216でガルバノミラー制御部64に制御信号を送出するものである。そして、この場合には、ホログラム再生装置は温度検出ユニット71と上述のメモリ72aに記憶されたテーブルとを必要とせず、さらに装置のコストダウンが可能となる。

0142

また、さらに、べつの変形例としては、フローチャートとして図示しないが、再生に用いるレーザ光波長を変化させるとともに、参照光の入射角度を変化させる本方式に加え、再生に用いるレーザ光波長のみを変化させる方式、参照光の入射角度のみを変化させる方式、2回波長スキャン方式、3回波長スキャン方式、それ以上の回数の波長スキャン方式のいずれかの任意の組み合わせを選択的に採用可能とする再生の方法を採用しても良い。このような、複数の再生方法のいずれかを選択するホログラム再生方法においては、再生の処理速度と信頼性との整合を図ることができるものとなる。また、このような、複数の再生方法のいずれかを選択するホログラム再生装置は、このような動作をさせるプログラムをメモリ72aに記憶させることによって実現できるものである。

0143

複数の再生方法のいずれかを選択する方式を採用する場合には、以下に述べるように各種方式の利点を兼ね備えることとなる。すなわち、本方式(角度補償と波長補償の両方を併用する方式)を採用する場合には、テーブルを作成するための前処理が必要となるが、高速にかつ精度良くパターン画像を再生できるという画期的な利点があり、再生に用いるレーザ光波長のみを変化させる方式または参照光の入射角度のみを変化させる方式では、パターン画像の再生の精度は、低下するが、簡便であるという利点があり、波長スキャン方式では、処理の時間が長くなるが、パターン画像の再生の精度は、向上するという利点がある。

0144

そして、上述の種々の方式の組み合わせは、制御コンピュータ72が行うが、どの方式を選択すべきかの判断は、例えば、以下のような条件によって行う。

0145

記録時と再生時との温度変化があまり大きくない場合(事実として温度変化が大きいことを言うものであって、必ずしも、実際に再生時または記録時の温度を測定する場合に限るものではない、以下も同様)には、波長または角度のみのシフトで再生を行い、温度変化が大きくなって再生像を一度に取り出せなくなる領域に達した時に上述の両方を用いて再生を行う(本方式)。この場合には、あるいは、波長スキャン方式を用いて再生を行っても良い。さらに、温度変化が大きい場合には、波長スキャン方式と本方式とを併用することもできる。

0146

また、波長スキャン方式においては、あらかじめ温度に対するメディアの熱膨張率を計測しヘッダ情報として記録しておくことによって、その温度に応じた回数だけ波長スキャンまたは角度スキャンを行うようにしても良く、またパターン画像を検出するCMOSセンサ42が、スキャンの回数などにはこだわらずに、高速でスキャンしていき、それらのすべての像を取り込み、それを積分するような形で再生することも可能である。

図面の簡単な説明

0147

ホログラム記録再生の原理を示す図である。
回折格子の形状変化を示す図である。
回折格子の形状変化が生じた場合の記録角度と再生角度との回折効率を示すグラフである。
回折格子角度と回折光のブラッグの条件からの角度ずれ量との関係を示すグラフである。
再生時における波長を変化させたときの回折格子角度と、回折光のブラッグの条件からの角度ずれ量との関係を示すグラフおよび再生時における波長を変化させたときのパターン画像の模式図である。
再生時における波長を変化させたときの、計算によって求めた回折格子角度と、回折光のブラッグの条件からの角度ずれ量との関係を示すグラフである。
実施の形態に係る本方式の原理を示す図である。
各種の再生本方式の特性を比較する図である。
本実施形態の記録再生装置の光学部を示す図である。
本実施形態の記録再生装置の波長可変レーザを示す図である。
本実施形態の記録再生装置を示す図である。
本実施形態の記録再生装置の制御コンピュータで行われる記録処理を示すフローチャートである。
本実施形態の記録再生装置の制御コンピュータで行われる別の記録処理を示すフローチャートである。
本実施形態の記録再生装置の制御コンピュータで行われる再生処理を示すフローチャートである。
本実施形態の記録再生装置の制御コンピュータで行われる別の再生処理を示すフローチャートである。

符号の説明

0148

1ホログラム記録再生層、2回折格子、3空間光変調器、4対物レンズ、
5信号光、6参照光、10ホログラム記録再生媒体、15光学部
16ホログラム記録再生装置、21波長可変レーザ、39ガルバノミラー
40反射型液晶、43サーボ用光源、64 ガルバノミラー制御部
65再生信号処理部、70波長制御部、71温度検出ユニット、72aメモリ
72制御コンピュータ、

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