JP4631418B2 - ホログラム記録装置、ホログラム再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラムを用いて記録を行うホログラム記録装置、ホログラム再生方法に関する。

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、回転多重方式等種々の方式が提案されている。

例えば、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（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２４２４２４号公報

ホログラム記録媒体の基板にはガラスが主に用いられてきたが、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクなどに幅広く用いられているポリカーボネートやＡＰＯ（アモルファスポリオレフィン）などを基板に用いることによって、より安価にホログラム記録媒体を作成することが可能になる。

しかしながら、ポリカーボネートのようなプラスチック基板は物質元来が固有複屈折を持っているために、基板透過後の偏光状態が変化する。単にディスクにピットを書き込み、光の反射を検知する従来のＣＤやＤＶＤなどの光ディスクとは異なり、ホログラム記録のような２光波の干渉を利用するホログラム記録の場合には、入射光の偏光状態が記録特性に非常に大きな影響を与えるという問題があった。

図１に、複屈折を持った基板にホログラムを角度多重方式により記録した場合の、各記録角の回折効率の実験結果を示す。この実験結果から分かるように、各記録角の回折効率にばらつきが生じている。ホログラム記録媒体の基板としてガラスなどの複屈折を持たない基板ではこのような現象は見られないことから、このばらつきは基板に複屈折の影響によるものだと考えられる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ホログラム基板の複屈折による影響を軽減することのできるホログラム記録装置、ホログラム再生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、基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記録されたホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光を前記ホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、前記ホログラム記録媒体に入射される前記信号光および／または前記参照光の偏向方向を可変する回転自在な波長板と、前記ホログラム記録媒体から前記記録条件を読み込む記録条件読込手段と、前記記録条件読込手段により読み込んだ前記記録条件に基づいて、前記波長板の回転位置を設定する制御手段とを具備することを特徴とする。

ホログラム記録媒体に記録されている基板の複屈折に関連する記録条件に基づいて、波長板を回転させるだけで、複屈折による影響を緩和する記録条件を設定することができ、ホログラム記録を良好に行うことが可能になる。

ここで、本発明は角度多重方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、記録条件は、信号光および参照光の入射平面角とする。これにより、複屈折の軸と入射光の偏光方向とを一致させることができ、ディスクの内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。

また、記録条件は、角度多重のための記録角度の範囲としてもよい。これにより、垂直複屈折の影響を大きく受けない範囲での角度多重が可能になる。

さらに、記録条件は、記録角度ごとの記録パワーに関する情報とすることも可能である。入射光の角度が大きくなるにつれて複屈折の影響が大きくなるので、入射光の角度が大きくなるにつれて記録パワーを上げて行くことで、回折効率のばらつきの影響を小さく抑えつつ、記録角度の範囲を広げられるので、多重度を増やすことができる。

本発明は回転多重方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、記録条件は、信号光および参照光の入射平面角とすることができる。これにより、複屈折の軸と入射光の偏光方向とを一致させることができ、ディスクの内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。

また、回転多重方式の場合の記録条件には、入射平面角ごとの、角度多重のための記録角度の範囲を含めてもよい。これにより、垂直複屈折の影響を大きく受けない範囲での角度多重が可能になる。

さらに、記録条件は、記録角度ごとの記録パワーに関する情報とすることも可能である。

本発明はコリニア方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、光変調素子が、信号光を空間的に変調してデータを重畳する素子であり、記録条件は、空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調に関する情報とすることができる。１周の中で屈折率の影響に応じて参照光の強度を変えることによって円周方向の複屈折の影響を軽減することができる。

また、コリニア方式の他の記録条件として、空間光変調器に与える円周方向の信号光および参照光の各々のパターンの大きさの情報を記録してもよい。これにより、ディスクの内外周での回折効率の差を低減できる。

さらに、上記の記録条件はディスク上の半径方向の各位置ごとの記録条件として記録しておくことで、ディスクの半径方向の位置に応じて最適な条件でホログラム記録を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、ホログラム基板の複屈折による影響を軽減することのできるホログラム記録装置、ホログラム再生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。

本実施形態のホログラム記録装置によってホログラム記録が行われるホログラム記録媒体（メディア）には、そのメディアがもつ基板の複屈折による影響を緩和するために、その媒体に対して最適なホログラム記録条件があらかじめ記録されている。このホログラム記録条件は、たとえばディスク型の媒体の場合には、ディスク最内周の領域などにヘッダ情報として記録される。

ホログラム記録条件は多重記録の方式によって異なる。

メディアをディスクとした場合、角度多重方式のホログラム記録条件には、
・ディスクのＲ方向（半径方向）の各位置における２光波の入射平面角、
・ディスクのＲ方向の各位置における記録角度範囲（多重数）、
・ディスクのＲ方向の各位置において、各記録角度（各ホログラムの記録）における記録時間などの記録パワーなどがある。

回転多重方式のホログラム記録条件には、
・ディスクのＲ方向の各位置における多重記録する２光波の入射平面角、
・ディスクのＲ方向の各位置において、各入射平面角（回転多重）の各記録角度（角度多重）における記録時間などの記録パワー、
・ディスクのＲ方向の各位置において、各入射平面角（回転多重）の各記録角度（角度多重）における記録角度範囲などがある。

コリニア方式のホログラム記録条件には、
・ディスクのＲ方向の各位置における空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調情報、
・ディスクのＲ方向の各位置における空間光変調器上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報、
・ディスクのＲ方向の各位置における記録時間などの記録パワーなどがある。

上記のディスクのＲ方向（半径方向）の位置とは、ディスクの領域を、複屈折率の値のある範囲ごとに半径方向の位置で区切った領域の位置を意味する。よって基板の複屈折率が大きいほど１枚のディスクにおいて区切る領域の数は多くなる。

上記のホログラム記録条件は、ディスクの内外周の位置に対するディスク表面、垂直方向に対する屈折率情報ｎｘ，ｎｙ，ｎｚや、おのおのの方向に対する複屈折の情報（Δｎｘｙ，Δｎｘｚ，Δｎｙｚ）、さらに各複屈折の軸の向き（角度など）などを実際に観測し、その観測結果から求めることができる。複屈折の測定方法としては、例えばセナルモンの方法、プリズムカプラ方式、エリプソメータでの測定などがある。

次に、上記ヘッダ情報に基づいてメディアへのホログラム記録を行う、角度多重方式、回転多重方式、コリニア方式それぞれのホログラム記録装置について説明する。

１．角度多重方式
（２光波の入射平面角）
上記したように、一般的に複屈折の影響は、ディスク表面方向（ｎｘ，ｎｙ）とディスク表面に対して垂直方向（ｎｚ）とに分類される。ここで、ディスク型とカード型各々のメディアについて、複屈折の影響を考慮した信号波および参照波の２光波の入射方向について説明する。

図２を用いてディスク型のメディアの場合から説明する。メディア１は、記録層２の両面にプラスチック製の基板３，４を貼り合わせたものである。よって、光が入射される前側のプラスチック製の基板３の複屈折による影響が考えられる。図中符号５の屈折率楕円体に示すように、ディスク型のメディア１の場合、射出条件にもよるが、一般的にはメディア１の中心から放射線方向に平面方向（ｎｘ，ｎｙ）の複屈折の軸が存在する。したがって、その複屈折の軸と入射光の偏光方向が一致するときに最も複屈折の影響が少なくなるので、メディア１の放射線方向に対して水平に、信号光と参照光の２光波の入射平面６を持ってくるか、もしくはメディア１の放射線方向に対して垂直に上記２光波の入射平面７を持ってくるかのいずれかによって、メディア１の内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。

次に、図３を用いてカード型のメディアの場合を説明する。カード型のメディア８の場合、射出条件にもよるが、一般的にはカード型メディア８の表面に対して水平または垂直方向に屈折率楕円体９の軸があると考えてよい。このカード型メディア８の場合も、上記ディスク型のメディア１と同様、複屈折の軸と入射光の偏光方向が一致するときに最も複屈折の影響が少なくなるため、複屈折の軸と水平に２光波の入射平面１０を持ってくるか、もしくは複屈折の軸に対して垂直に２光波の入射平面１１を持ってくるかのいずれかによって、垂直複屈折の影響などを抑えることができる。

ただし、メディアによって平面方向の複屈折の軸の向きは必ずしも一定でない。そこで、メディアに上記２光波の入射平面角をヘッダ情報として記録しておき、記録時にこのヘッダ情報を読み込んで２光波の入射平面角を設定することが有効である。さらに、ディスク型のメディア１ではＲ方向の位置によって複屈折の軸の向きが異なる場合があるので、ヘッダ情報にＲ方向の各位置における２光波の入射平面角の情報を記述しておき、このヘッダ情報に基づきＲ方向（半径方向）の記録位置に対して最適な入射平面角を設定するようにすればよい。

（記録角度範囲（多重数））
図４に示すように、あるメディアに対する屈折率楕円体１２を想定すると、垂直複屈折の影響により、入射光の角度範囲（記録角度範囲）が制限される。角度多重方式の場合には、垂直複屈折の影響は入射光のメディア垂線からの角度が大きくなればなるほど大きくなるため、角度を固定する方の入射光１３を複屈折の影響を受けない角度範囲１４内のぎりぎりの角度で入射させることにより、他方の入射光１５の複屈折の影響を受けない角度領域を増やすことができる。

図５の（ａ）および（ｂ）は複屈折の影響を大きく受けない角度範囲１４を示している。図５の（ａ）に示すように、信号光１６を複屈折の影響を大きく受けない角度範囲１４内のぎりぎりの角度で入射させた場合には、図５の（ｂ）に示すそうでない場合と比べて参照光１７を振ることのできる角度幅が広がっていることがわかる。

角度多重方式の場合、上記したように、複屈折の軸と水平または垂直の方向に入射平面をもたせることによって、平面方向の複屈折の影響は極力避けられる。しかし角度多重方式では記録時に参照光または信号光の角度を振るために垂直方向の複屈折の影響を受ける。このことから、記録角度範囲については垂直複屈折も考慮して変化させる必要がある。

具体的には、ホログラム記録媒体としてディスク型のメディアを想定した場合、メディアの内外周で複屈折率の値が異なることが考えられるので、内外周の間で入射光の角度範囲を変える必要がある。一般的には外周の方が複屈折率が大きくなり、回折効率に影響を与えるため、外周では入射光の角度を振る範囲を狭めて多重度を減らすことになる。

そこで本実施形態では、ディスクにＲ方向の各位置における記録角度範囲をヘッダ情報として記録しておき、記録時にこのヘッダ情報を読み込んで、Ｒ方向の記録位置に対して入射光の最適な記録角度範囲（多重数）を設定することによって、垂直複屈折による影響を抑えている。

（記録パワー）
上記のように、ディスク型のメディアの場合、ディスクの内外周で複屈折率の値が異なる（外周の方が複屈折率が大きい）ことがあるので、このようなメディアに対しては、Ｒ方向の記録位置に応じて記録パワーを変えることが有益である。また、入射光の角度が大きくなるにつれて複屈折の影響が大きくなるので、入射光の角度が大きくなるにつれて記録パワーを上げて行くことで、回折効率のばらつきの影響を小さく抑えつつ、記録角度の範囲を広げられるので、多重度を増やすことができる。記録パワーは、具体的には、ビーム強度、記録時間、パルス記録の場合のパルス数によって選定可能である。

ところで、ホログラムを多重記録する際には後に記録されたものほど記録材料（有機材料の場合にはポリマー）の残量が少なくなるので、メディアのポリマー残量に応じて徐々に記録パワーを上げて行くスケジューリング記録があるが、この方式に上記の複屈折の影響を考慮すると、入射角度が大きい（複屈折の影響が大きい）外周の方から記録していくと、ポリマー残量のスケジューリング記録と打ち消しあって、一定のパワーで記録できる可能性もある。

（角度多重方式のホログラム記録装置）
図６は角度多重方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。

同図に示すように、この角度多重方式のホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体であるディスク型メディア１への情報の記録、再生を行うものである。

こ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，アイソレータ２３，半波長板２４，メカニカルシャッター２５，偏光ビームスプリッタ２６，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，サーボ用駆動ユニット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，反射方液晶４０，倍率調整用レンズ４１，ＣＣＤカメラ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を有する。

ディスク型メディア１は、保護層５０，記録層５１，グルーブ５２，反射層５３を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。ここで、保護層５０は、記録層５１を外界から保護するための層である。記録層５１は、干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマーを用いることができる。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。なお、ポリマー化するにつれて周囲からモノマーが移動してモノマーの濃度が場所によって変化する。以上のように、記録層５１の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてディスク型メディア１に記録できる。

ディスク型メディア１は、図示しないスピンドルモータで回転される。ホログラム記録媒体１が回転することから、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。

グルーブ５２は、ディスク型メディア１へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御を行うために設けられる。即ち、ディスク型メディア１のトラックに沿ってグルーブ５２が形成され、信号光の集光位置、集光深さをグルーブ５２と対応するように制御することで、トラッキングサーボ、およびフォーカスサーボが行われる。

次に、この角度多重方式のホログラム記録装置の基本的な動作を説明する。

光学ユニット１００において、記録再生用光源２１は、レーザ光源であり、例えば、波長４０５［ｎｍ］のレーザダイオード（ＬＤ）や波長５３２［ｎｍ］のＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いることができる。

この記録再生用光源２１から照射された光線は、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、半波長板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波の信号光ライン６１とｓ波の参照光ライン６２とに分割される。

信号光は半波長板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方液晶４０に入射される。空間光変調器は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器としては、反射方液晶のほか、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。

反射方液晶４０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によって反射する。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を伝播される。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。

続いて、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は、記録再生用の光とサーボに用いる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の表面には、記録再生用光源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、記録再生用光源２１からの光を透過し、サーボ用光源４３からの光を反射するような薄膜処理がなされている。

ダイクロイックミラー３４を通過した光は、対物レンズ３５によって集光されてディスク型メディア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、信号光と干渉するようにディスク型メディア１の同一個所に入射される。その結果、ディスク型メディア１上に干渉縞が形成される。この際、反射方液晶４０によって空間変調された情報がディスク型メディア１上にホログラムとして記録される。

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ディスク型メディア１への入射角度が変わり、入射平面角の制御と、角度多重記録を行うことが可能となる。

また、半波長板２４と偏光ビームスプリッタ２６との間には記録時のビームの開閉を行うメカニカルシャッター２５が配置されており、このメカニカルシャッター２５の開閉により記録時間が可変できる。

再生時には信号光を遮断し、参照光のみをディスク型メディア１に入射させる。このとき、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ディスク型メディア１に記録された信号が再生される。
ディスク型メディア１に参照光が入射すると、ディスク型メディア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、ＣＣＤカメラ４２で、反射方液晶４０での空間的な２次元データに対応する電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ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、時系列２値化データに変換される。

また、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、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。サーボ用光源４３は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてディスク型メディア１に対して感度が小さい、例えば、６５０ｎｍが使用される。

サーボ用光源４３より照射されたサーボ用の光は、コリメートレンズ４４によって平行光に変換され、グレーティング４５にて３つのビームに分割される。グレーティング４５から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４６を透過してダイクロイックミラー３４に達し、ダイクロイックミラー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によりディスク型メディア１に入射される。

ディスク型メディア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ー３４に戻り、ここで反射されてビームスプリッタ４６に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ４６で反射されて集光用レンズ４７に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ４８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４９にて受光される。受光素子４９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ー信号、フォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号などが出力される。

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。

次に、このホログラム記録装置での上記のヘッダ情報に基づく処理の流れを図７のフローチャートにより説明する。

ホログラム記録装置は、ＣＰＵおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット１００の制御を行う制御手段である。

まず、システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させ、ディスク型メディア１の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容をメモリに保存する（ステップＳ１）。ここで、メモリに保存されるヘッダ情報には、ディスク型メディア１上の記録位置を管理するための情報のほかに、ホログラム記録条件として、ディスクのＲ方向（半径方向）の各位置における２光波の入射平面角、ディスクのＲ方向の各位置における記録角度範囲（多重数）、ディスクのＲ方向の各位置において、各記録角度（各ホログラムの記録）における記録時間などの記録パワーがある。

ディスク型メディア１の不感領域を取り払うためにＬＥＤなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する（ステップＳ２）。

上記ヘッダ情報に含まれている記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、２光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる（ステップＳ３）。次に、上記ヘッダ情報を基に入射平面角を決定する（ステップＳ４）。

続いて、記録用の２次元情報（ＳＬＭデータ）を反射方液晶４０に表示させてＳＬＭデータの転送を行う（ステップＳ５）。メモリに保存されたヘッダ情報中の記録位置における記録角度範囲を読み込み（ステップＳ６）、この記録角度範囲内に収まるようにガルバノミラー３９を動かすことによって参照光の入射角度を設定する（ステップＳ７）。

次に、メモリに保存されたヘッダ情報の中の記録時間の情報を読み込み（ステップＳ８）、メカニカルシャッター２５を上記記録時間の間だけ開放させることによってホログラム記録を行う（ステップＳ９）。

この後、１つの位置での角度多重記録が終了した場合には（ステップＳ１０のＹＥＳ）、ステップＳ２に戻って次の位置への角度多重記録を行い、終了していない場合には（ステップＳ１０のＮＯ）、ステップＳ５に戻って、同じ位置での異なる角度での記録を行う。

全ての位置での角度多重記録が終了した場合には（ステップＳ１１のＹＥＳ）、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる（ステップＳ１２）。これは、フォトポリマーを用いたホログラムメディアにおいては、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の低下の原因となるためである。

以上のように、メディアの複屈折による影響を緩和するために、２光波の入射平面角、記録角度範囲（多重数）、記録時間などの記録パワーなど、メディアに対する角度多重方式での最適なホログラム記録条件をそのメディアに記録しておき、このホログラム記録条件に従って実際のホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対して角度多重方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。

２．回転多重方式
次に、回転多重方式のホログラム記録装置について説明する。

図８は回転多重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模式図である。

この回転多重方式のホログラム記録装置の光学ユニット２００において、記録再生用光源２１から照射された光線は、図示せぬコリメートレンズによって平行光になり、さらに図示せぬ半波長板によって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波の信号光ラインとｓ波の参照光ラインとに分割される。

信号光は、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方液晶４０に入射される。反射方液晶４０によって変調された光は、偏光ビームスプリッタ２８によって反射する。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、ミラー７０により反射してメディア１に垂直に入射する。

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、ガルバノミラー３９によって角度が変調されて、３次元的な曲率面を有するミラー７１に入射され、ミラー７１の上記曲率面で反射して、信号光と干渉するようにメディア１の同一個所に入射される。その結果、ディスク型メディア１上に干渉縞が形成される。この際、反射方液晶４０によって空間変調された情報がメディア１上にホログラムとして記録される。

ここで、ガルバノミラー３９はアクチュエータ７２によって角度が変更されることで、ミラー７１への入射位置が変化し、これに伴ってメディア１への信号光の入射方向が変化することにより、回転多重と角度多重が行われるようになっている。

次に、この回転多重方式のホログラム記録装置でのヘッダ情報に基づく処理の流れを図９のフローチャートにより説明する。

回転多重方式のホログラム記録条件には、ディスクのＲ方向の各位置における多重記録する２光波の入射平面角、ディスクのＲ方向の各位置において、各入射平面角（回転多重）の各記録角度（角度多重）における記録時間などの記録パワー、ディスクのＲ方向の各位置において、各入射平面角（回転多重）の各記録角度（角度多重）における記録角度範囲などがある。

この回転多重方式のホログラム記録装置は、ＣＰＵおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット２００の制御を行う制御手段である。

まず、システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させ、ディスク型メディア１の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容をメモリに保存する（ステップＳ２１）。ディスク型メディア１の不感領域を取り払うためにＬＥＤなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する（ステップＳ２２）。

上記ヘッダ情報中のメディア１上の記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、レーザの照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる（ステップＳ２３）。次に、上記ヘッダ情報を基に、その記録位置での２光波の入射平面角を決定する（ステップＳ２４）。

続いて、記録用の２次元情報（ＳＬＭデータ）を反射方液晶４０に表示させてＳＬＭデータの転送を行う（ステップＳ２５）。メモリに保存されたヘッダ情報中の現記録位置における当該入射平面角に対する記録角度範囲を読み込み（ステップＳ２６）、これを基にガルバノミラー３９を動かすことによって信号光の入射角度を設定する（ステップＳ２７）。

次に、メモリに保存されたヘッダ情報中の現記録位置における当該入射平面角に対する記録時間の情報を読み込み（ステップＳ２８）、メカニカルシャッター２５を上記記録時間の間だけ開放させることによってホログラム記録を行う（ステップＳ２９）。

この後、１つの記録位置での角度多重記録が終了したかどうかを判定し（ステップＳ３０）、終了した場合には、次のステップＳ３１へ進み、終了していない場合には、ステップＳ２５に戻って、同じ記録位置での異なる角度での多重記録を行う。

ステップＳ３１では、一つの記録位置での回転多重記録が終了したかどうかを判定し、終了していなければ、ステップＳ２４に戻って次の入射平面角を決定し、同じ位置での異なる回転角度による回転多重記録を行う。一つの位置での回転多重記録が終了すると（ステップＳ３１のＹＥＳ）、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ２２では、全ての位置での回転多重記録が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には（ステップＳ３２のＮＯ）、ステップＳ３２に戻って再びインコヒーレント光をディスク面に照射した後、上記ヘッダ情報を基に次の記録位置を決定し、２光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させ、その位置での角度多重と回転多重による記録を行う。

全ての位置での多重記録が終了した場合には（ステップＳ３２のＹＥＳ）、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる（ステップＳ３３）。

以上のように、メディアの複屈折による影響を緩和するために、回転多重方式での最適なホログラム記録条件をそのメディアに記録しておき、このホログラム記録条件に従って実際のホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対して回転多重方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。

ところで、回転多重方式の光学系においては、たとえば、図１０に示すように、参照光１７をメディア１に対して垂直に入射させる。回転多重方式の光学系では、水平方向の複屈折のばらつきが大きく影響し、また、参照光１７の角度が信号光１６に対して大きくなれば、その分だけ垂直複屈折の影響も増加するので、なるべく信号光１６と参照光１７との角度を狭くする必要がある。

水平方向については、図１１に示すように、信号光１６の入射角が水平方向の複屈折の軸と一致するｙ軸からの角度が９０＊（ｎ−１）［ｎ＝１，２，３，４］の時に最も影響が少なく、そこからｙ軸との角度が４５°*（２ｎ−１）［ｎ＝１，２，３，４］に近くなるにつれて徐々に複屈折の影響が強くなっていく。そこで、回転多重を行うときの回転記録角はなるべくｘ軸またはｙ軸付近のところから多重記録を行い、例えばＮ回の多重記録を行うときには、回転多重の回転角度選択性をあげるとすると、９０＊（ｎ−１）±ｍα［Ｎ、ｍ＝１，２，３，４］のように軸に近いところから順に記録していくとよい。またこれらの軸から離れた角度で記録したホログラムほど回折効率は下がっていくので、この点を考慮に入れたスケジューリング記録方式を用いることも有効である。

３．コリニア方式
図１２に示すように、参照光１７が信号光１６の回りを囲むようなコリニア方式において、複屈折の影響は２通り考えられる。その一つは、イメージエリアの外側にいくにつれて角度が急峻になるため垂直複屈折の影響が大きくなり、内外周でムラが生じやすい点、２つ目は、図１３に示すように、平面方向の全ての方向が干渉に寄与するために上記複屈折の軸から４５°＊（２ｎ−１）［ｎ＝１，２，３，４］の場所で複屈折の影響が大きくなるために、水平方向の角度によってもムラが生じやすい点である。

そこで、ヘッダ情報として、ディスクのＲ方向の各位置における反射方液晶上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報などを記録しておき、この情報に従ってディスクの内外周で信号光および参照光のイメージエリアを減らすことにより、ディスクの内外周での回折効率の差をなくすことが可能となる。

さらに、ヘッダ情報として、ディスクのＲ方向の各位置における反射方液晶上のパターンの各円周方向に与える強度変調情報を記録しておく。具体的には、水平方向において９０＊（ｎ−１）の位置から４５°＊（２ｎ−１）［ｎ＝１，２，３，４］の位置へと複屈折の影響が多くなる部分に行くにつれて参照光の強度を強くして行き、４５°＊（２ｎ−１）で最大強度とする。このように、１周の中で屈折率の影響に応じて参照光の強度を変えることによって円周方向の複屈折の影響を軽減することができる。

また、ヘッダ情報として、ディスクのＲ方向の各位置における記録時間などの記録パワーの情報が記録されている。

（コリニア方式のホログラム記録装置）
図１４はコリニア方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。

同図に示すように、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２００は、記録再生用光源２１，コリメートレンズ２２，アイソレータ２３，メカニカルシャッター２５，偏光ビームスプリッタ２６，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，サーボ用駆動ユニット３６，ピンホール５５，反射方液晶４０，倍率調整用レンズ４１，ＣＣＤカメラ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を有する。

ディスク型メディア１は、図示しないスピンドルモータで回転される。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基本的な動作を説明する。

光学ユニット１００において、記録再生用光源２１は、レーザ光源であり、例えば、波長４０５［ｎｍ］のレーザダイオード（ＬＤ）や波長５３２［ｎｍ］のＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いることができる。

この記録再生用光源２１から照射された光線は、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、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方液晶４０に入射される。空間光変調器は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器としては、反射方液晶のほか、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。

ここで、反射方液晶４０には、図１２、図１３に示されるように、参照光１７のデータ領域が信号光１６のデータ領域の回りを囲んだパターンが投影される。この実施形態では、信号光１６と参照光１７とを同一光路を伝播させる場合を示しているが、逆に信号光のデータ領域が参照光のデータ領域の回りを囲んだパターンであってもよい。また信号光のパターンの両脇から参照光を入射するというパターンでもかまわない。

反射方液晶４０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によって反射する。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、１／４波長板３１によって円偏光となって、リレーレンズ３２を伝播される。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。

続いて、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は、記録再生用の光とサーボに用いる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の表面には、記録再生用光源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、記録再生用光源２１からの光を透過し、サーボ用光源４３からの光を反射するような薄膜処理がなされている。

ダイクロイックミラー３４を通過した光は、対物レンズ３５によって集光されてディスク型メディア１に入射する。その結果、ディスク型メディア１上に干渉縞が形成される。この際、反射方液晶４０によって空間変調された情報がディスク型メディア１上にホログラムとして記録される。

ここで参照光のパターンは、ある強度に変調されたものであり、そのパターンがメディア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。また、半波長板２４と偏光ビームスプリッタ２６との間には記録時のビームの開閉を行うメカニカルシャッター２５が配置されており、このメカニカルシャッター２５の開閉により記録時間が可変できる。

再生時には、反射方液晶４０上で、参照光に相当するパターンのみを表示させ、その参照光成分のみをディスク型メディア１に入射させる。これにより、ディスク型メディア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１／４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４１にて倍率が調整され、ＣＣＤカメラ４２で、反射方液晶４０での空間的な２次元データに対応する電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ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、時系列２値化データに変換される。

また、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、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。サーボ用光源４３は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてディスク型メディア１に対して感度が小さい、例えば、６５０ｎｍが使用される。

サーボ用光源４３より照射されたサーボ用の光は、コリメートレンズ４４によって平行光に変換され、グレーティング４５にて３つのビームに分割される。グレーティング４５から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４６を透過してダイクロイックミラー３４に達し、ダイクロイックミラー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によりディスク型メディア１に入射される。

ディスク型メディア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ー３４に戻り、ここで反射されてビームスプリッタ４６に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ４６で反射されて集光用レンズ４７に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ４８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４９にて受光される。受光素子４９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ー信号、フォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号などが出力される。

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。

次に、このコリニア方式のホログラム記録装置でのヘッダ情報に基づく処理の流れを図１５のフローチャートにより説明する。

ホログラム記録装置は、ＣＰＵおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット３００の制御を行う制御手段である。

まず、システムコントローラは、ディスク型メディア１を回転させ、ディスク型メディア１の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容をメモリに保存する（ステップＳ４１）。

ディスク型メディア１の不感領域を取り払うためにＬＥＤなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する（ステップＳ４２）。

上記ヘッダ情報に含まれている記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、２光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる（ステップＳ４３）。次に、上記メモリにヘッダ情報として保存されている、液晶上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報と強度の変調情報を基に、反射方液晶４０に表示させるＳＬＭデータのパターンを決定する（ステップＳ４４）。次に、反射方液晶４０に上記ＳＬＭデータのパターンを表示させてＳＬＭデータの転送を行う（ステップＳ４５）。続いて、メモリに保存されたヘッダ情報中の記録時間の情報を読み込み（ステップＳ４６）、メカニカルシャッター２５を上記記録時間の間だけ開けることによってホログラム記録を行う（ステップＳ４７）。

１つの位置での多重記録が終了した場合には（ステップＳ４８のＹＥＳ）、ステップＳ４２に戻って次の位置への記録を行い、終了していない場合には（ステップＳ４８のＮＯ）、ステップＳ５に戻って、同じ位置での多重記録を行う。

全ての位置での角度多重記録が終了した場合には（ステップＳ４９のＹＥＳ）、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる（ステップＳ５０）。

以上のように、メディアの複屈折による影響を緩和するために、コリニア方式での最適なホログラム記録条件をそのメディアに記録しておき、このホログラム記録条件に従って実際のホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対してコリニア方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。

次に、波長板を用いて複屈折の影響を低減する方法について説明する。

図１６は波長板を用いて複屈折の影響を低減する方法を示す図である。

これは、上記のヘッダ情報に基づいて、メディアに入射する信号光１６と参照光１７の２つの光の偏向方向を一致させるように、いずれか一方の光または両方の光を波長板５９を通過させるようにしたものである。波長板５９はメディア１と略水平な面内で回転可能とされ、ヘッダ情報に基づいて、その回転位置が可変設定される。

また、多重方式として角度多重を想定した場合には、記録角度によっても偏光方向が変化するため、記録角度に対しても波長板５９を回転させる。さらに、ディスク１のＲ方向（半径方向）の位置によっても複屈折の値が異なるため、その位置によっても波長板５９を最適な回転位置に変化させる。

回転多重方式の場合も同様に、上記複屈折の影響で入射光の偏光方向が変化する場合には、波長板５９を回転させることによって補償することが可能となる。

さらに、多重方式として位相相関多重などのシフト多重方式を用いてホログラムを多重記録する場合を想定した場合には、基本的には入射光の角度は変わらないため、波長板５９はディスク１のＲ方向（半径方向）の位置によって変化させるのみでよい。

次に、ホログラムＲＯＭディスクを作成する方法として、例えばアキシコンレンズを用いてＲＯＭメディアを作成する方式に本発明を適用したものを説明する。

図１７に示すように、アキシコンレンズ６０を介して参照光１７をメディア１に入射させると、複数の参照光１７がディスク１の放射線状にとび、図中のような環状の形状に並べられた複数のＳＬＭを用いることにより、ある領域６４のホログラムが一度に記録される。さらに、アキシコンレンズ６０とディスク１との距離を変化させることによって異なる角度での多重が可能である。この方式においては、理想的にはディスク全面に一度に記録することも可能であるが、ここでは、図１８に示すように、ディスク１をＲ方向の位置で複数の領域７１，７２，７３，７４，７５に分割した。その理由としてはディスク型基板の成型条件によってディスク１の内外周での複屈折の差が大きいと思われるからである。よって図中のように複屈折の大きいポリカーボネートなどの基板のメディア１を用いる場合には、例えば、信号光１６の光路に波長板５９を入れて、メディアに入射する際には参照光１７と同じ偏光方向になるように波長板５９を回転させる。

なお、ここでは信号光１６のみに波長板５９を入れたが、参照光１７のみに入れてもいいし、両方に入れてもよい。

複屈折を持った基板にホログラムを角度多重方式により記録した場合の、各記録角の回折効率の実験結果を示すグラフである。 ディスク型メディアについて、複屈折の影響を考慮した信号波および参照波の２光波の入射方向について説明するための図である。 カード型メディアについて、複屈折の影響を考慮した信号波および参照波の２光波の入射方向について説明するための図である。 複屈折の影響を大きく受けない角度範囲と、信号光および参照光の入射方向との関係を示す図である。 複屈折の影響を大きく受けない角度範囲での参照光の振り幅を示す図である。 角度多重方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。 図６のホログラム記録装置でのヘッダ情報に基づく処理の流れを示すフローチャートである。 回転多重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模式図である。 図８のホログラム記録装置でのヘッダ情報に基づく処理の流れを示すフローチャートである。 回転多重方式での参照光と信号光との関係を示す図である。 回転多重方式の信号光の水平方向での入射角と複屈折の影響の大きさとの関係を示す図である。 コリニア方式での垂直複屈折の影響を説明するための図である。 コリニア方式での水平複屈折の影響を説明するための図である。 コリニア方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。 コリニア方式のホログラム記録装置でのヘッダ情報に基づく処理の流れを示すフローチャートである。 波長板を用いて複屈折の影響を低減する方法を示す図である。 ホログラムＲＯＭディスクを作成する方法を説明するための図である。 ホログラムＲＯＭディスクを作成する際のディスクの領域の分割方法を示す図である。

符号の説明

１ ディスク型メディア（ホログラム記録媒体）
１６ 信号光
１７ 参照光
２１ 記録再生用光源
２２ コリメートレンズ
２３ アイソレータ
２４ 半波長板
２５ メカニカルシャッター
２６ 偏光ビームスプリッタ
２７ 半波長板
２８ 偏光ビームスプリッタ
２９ １／２波長板
３０ 偏光ビームスプリッタ
３１ １／４波長板
３２ リレーレンズ
３３ ピンホール
３４ ダイクロイックミラー
３５ 対物レンズ
３７ １／４波長板
３８ ピンホール
３９ ガルバノミラー
４０ 反射方液晶
４１ 倍率調整用レンズ
４２ ＣＣＤカメラ
５９ 波長板
６０ アキシコンレンズ
６１ 信号光ライン
６２ 参照光ライン
７０ ミラー
７１ ミラー
７２ アクチュエータ
１００，２００，３００ 光学ユニット

Claims (2)

1. 基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記録されたホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録装置であって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光を前記ホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体に入射される前記信号光および／または前記参照光の偏向方向を可変する回転自在な波長板と、
   前記ホログラム記録媒体から前記記録条件を読み込む記録条件読込手段と、
   前記記録条件読込手段により読み込んだ前記記録条件に基づいて、前記波長板の回転位置を設定する制御手段と
   を具備するホログラム記録装置。
2. 基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記録されたホログラム記録媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、
   前記ホログラム記録媒体から前記記録条件を読み込むステップと、
   前記ホログラム記録媒体に入射される信号光および／または参照光の偏向方向を可変する回転自在な波長板の回転位置を、前記読み込んだ記録条件に基づいて設定するホログラム記録方法。

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