(57)【要約】【課題】  記録媒体中に情報を記録した場所に精度よく位置決めサーボできるホログラム再生方法を提供することにある。【解決手段】  光源から出射された平行光束である参照光１（１０４）と、平行光束である参照光２（１０６）とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で、記録ディスク１０１に照射し、記録ディスク１０１面内に対して格子ベクトルが平行な垂直格子のホログラム３０１を形成する工程と、ホログラム３０１に参照光１（１０４）又は参照光２（１０６）を照射して、再生光を取り出す工程と、再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程とを有することを特徴とする。【選択図】  図６
2010140587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光束である第１の参照光と、平行光束である第２の参照光とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で、記録ディスクに照射し、前記記録ディスク面に対して格子ベクトルが平行な垂直格子のホログラムを形成する工程と、
前記ホログラムに前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、
前記再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程と、
を有することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項２】
平行光束である第１の参照光と、平行光束である第２の参照光とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で、記録ディスクに照射し、前記記録ディスク面に対して格子ベクトルが平行な垂直格子のホログラムを形成する工程と、
前記ホログラムに前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、
前記記録ディスクを前記垂直格子の格子ベクトルに対して垂直方向に回転させながら、前記再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程と、
を有することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項３】
平行光束である第１の参照光及び平行光束である第２の参照光とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で記録ディスクに照射し、前記記録ディスク面に対して格子ベクトルが平行な垂直格子の第１のホログラムを形成する工程と、
空間光変調器により２値化パターンとして生成した第１の情報光又は第２の情報光を前記記録ディスクの前記第１のホログラムを形成した位置に照射し、前記第１の参照光又は前記第２の参照光と干渉させることで第２のホログラムを形成する工程と、
前記記録ディスク内に形成された前記第１のホログラムに前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、
前記垂直格子の格子ベクトルに垂直、且つ、前記記録ディスク面にある軸回りに前記記録ディスクを回転させながら前記再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程と、
前記記録ディスクを前記格子ベクトルに対して垂直方向に回転させながら、前記再生光の強度が最大の位置を前記光検出器で検出する工程と、
その検出した位置に、前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、前記第１のホログラムが形成された位置に形成された前記第２のホログラムを再生する工程と、
を有することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項４】
平行光束である第１の参照光及び平行光束である第２の参照光とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で記録ディスクに照射し、前記記録ディスク面に対して格子ベクトルが平行な垂直格子の第１のホログラムを形成する工程と、
空間光変調器により２値化パターンとして生成した第１の情報光又は第２の情報光を前記記録ディスクの前記第１のホログラムを形成した位置に照射し、前記第１の参照光又は前記第２の参照光と干渉させることで第２のホログラムを形成する工程と、
前記記録ディスク内に形成された前記第１のホログラムに前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、
前記記録ディスクを前記垂直格子の格子ベクトルに対して垂直方向に回転させながら、前記再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程と、
前記格子ベクトルに垂直、且つ、前記記録ディスク面にある軸回りに前記記録ディスクを回転させながら、前記再生光の強度が最大の位置を前記光検出器で検出する工程と、
その検出した位置に、前記第１の参照光又は前記第２の参照光を照射して、前記第１のホログラムが形成された位置に形成された前記第２のホログラムを再生する工程と、
を有することを特徴とするホログラム再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録再生装置に係わり、特にホログラム再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の登場以来、レーザの短波長化と対物レンズの高開口数化を主な開発方針として大容量化を遂げてきた光ディスクは、波長４０５ｎｍ帯の青紫色レーザと開口数０．８５の対物レンズを用いるＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）でほぼ限界に近づきつつある。これは、波長４００ｎｍ以下では基板の吸収が顕著になること、又は対物レンズの開口数が物理限界の１に近いことが理由として挙げられる。
【０００３】
大容量化を遂げていくために、上記の光ストレージの後継を担うものとして、ホログラム記録再生装置が挙げられる。
【０００４】
ホログラム記録再生装置の記録原理は、光源から出射された情報光と参照光を記録媒体中で干渉させることにより、情報を微細な干渉縞（ホログラム）として３次元的に記録することである。この装置では、記録媒体の同一場所に複数の情報を多重記録することが可能である。このため、ピットやマークで面内に情報を記録する現行の光ディスクの２次元記録より格段の大容量化を実現することができる。
【０００５】
また、ホログラム記録再生装置のシステム構築に必要な空間光変調器、撮像素子等のキーコーポーネントの技術水準の飛躍的な進歩により、ホログラム記録再生装置の製品化とそれに続く普及が現実味を帯びてきている。
【０００６】
しかしながら、ホログラム記録再生装置を実用化するにあたり、温度差による再生画像の劣化が問題となっている。これは、温度変化に伴うホログラムの異方的な熱膨張、及び記録材料の屈折率変化のために、再生時の参照光がブラックの条件を満足しなくなるからである。
【０００７】
上記問題の解決方法として、記録時と再生時の温度差に基づいて、再生波長のシフト量を決定し、波長可変レーザの発振波長をシフトさせるという発明がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２６７５５４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、一定の効果を見込むことはできるものの、安定したシステムを構築するということを鑑みると、より精度のよい記録再生方法が必要であると考えられる。そのためには、温度差再生時の再生画像の補償に先立って、まずは記録した場所に精度良く位置決めサーボする必要がある。その際、外部センサを使用して位置決めサーボ制御することも１つの方法であるが、記録されたホログラムの経時変化や装置互換等を考慮すると安定性を欠く方法である。そのため、記録したホログラム自体でサーボ信号を生成して、サーボ制御をすることが望ましい。当然、このサーボ信号にも温度変化に対する外乱や設計誤差などの不確定な変動に対して、システム特性が現状を維持できること（以下、ロバストという）が要求される。しかしながら、これまで製品レベルで実用に耐えうる簡便な方法が提案されていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、記録媒体中に記録した情報の場所に精度よく位置決めサーボできるホログラム再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によるホログラム再生方法は、光源から出射された
平行光束である第１の参照光と、平行光束である第２の参照光とをそれぞれ異なる方向から等しい入射角で、記録ディスクに照射し、前記記録ディスク面内に対して格子ベクトルが平行な垂直格子のホログラムを形成する工程と、形成されたホログラムに第１の参照光又は第２の参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、再生光の強度が最大の位置を光検出器で検出する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係わるホログラム記録再生装置によれば、精度よく位置決めサーボをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わる第１の実施形態のホログラム再生装置の概略図を示し、図２は記録媒体と光学系の構成図を示したものである。
【００１４】
以下、図１，図２で符号が一致するものは、同じものを示しており、重複した説明は省略する。
【００１５】
第１の実施形態に係わるホログラム再生装置は、図１に示すように、記録ディスク１０１、光源（図示せず）から出射された参照光１（１０４）、参照光２（１０６）、情報光１（１０５）、情報光２（１０７）、空間光変調器１０８、１０９、撮像素子１１１、１１２、光検出器１１３、１１４からなる。また、参照光１（１０４）、参照光２（１０６）を照射する光源は、複数の光源を用いても良いし、ビームスプリッタ等で分光した光源を用いても良い。
【００１６】
記録ディスク１０１には、参照光と情報光との干渉でホログラムが記録される。また、本実施形態では参照光１（１０４）と情報光１（１０５）の組と、参照光２（１０６）と情報光２（１０７）の２組を具備している（参照光と情報光の２組を具備したホログラム再生装置は例えば、特開２００４−３５４５６５号公報などを参照）。
【００１７】
空間光変調器１０８、１０９は、光源からの光を明点暗点の格子状２値パターンに強度変調することで、情報光１（１０５）、情報光２（１０７）を生成する。
【００１８】
空間光変調器１０８、１０９には、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）や強誘電体液晶等を用いることが好ましい。
【００１９】
撮像素子１１１、１１２は、情報用ホログラム（本データ用のホログラムであり、下記するサーボ用ホログラムと区別する語句）の再生に用いられ、参照光１（１０４）又は参照光２（１０６）を記録ディスク１０１に照射し、記録ディスク１０１中で回折して発生した再生光を検出する。撮像素子１１１、１１２には、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳを用いることが好ましい。
【００２０】
また、光検出器１１３、１１４は、記録ディスク１０１からの再生光の信号光強度を計測することができる。光検出器１１３、１１４には、フォトダイオードを用いることが好ましい。
【００２１】
なお、図２に示すように、記録ディスク１０１は、記録媒体１０２を基板１０３で挟持した構造をとっている。記録媒体１０２としては、フォトポリマーが主流である。フォトポリマーは、重合性化合物（モノマー）の光重合を利用した感光材料であり、主成分としてモノマー、光重合開始剤、及び記録前後での体積保持の役割を担う多孔質構造のマトリクスを含有するゲル状材料である。高感度・多重性能の向上を目指して開発が進められている。
【００２２】
基板１０３としてはポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ガラス等が代表的である。基板１０３の主目的は、ゲル状材質であるフォトポリマーの形状保持、並びに記録媒体１０２のフォトポリマーを傷や埃から保護することである。
【００２３】
また、図１では煩雑さを避けるために対物レンズを省略して情報光１（１０５）の中心光線のみを示している。実際は図２に示すように、対物レンズ１１０ａ、１１０ｂを用いて記録ディスク１０１に集光する構成である。ここでは、対物レンズ１１０ａ、１１０ｂとして３群３枚構成を示した。記録ディスク１０１を挟んで、２個の対物レンズ１１０ａ、１１０ｂを対向させて配置する、いわゆる、タンデム配置としている。高開口数の対物レンズ１１０ａ、１１０ｂをタンデム配置で使用する場合は、像面湾曲の低減、作動距離の確保等を目的に多群レンズとして性能確保を行う。ここでは、１例として３群３枚構成の対物レンズを示したが、勿論これに限定されるものではない。なお、情報光２（１０７）の場合についてもこれと同様であるため、図２では省略している。
【００２４】
次に、記録ディスク１０１に記録する際の動作原理について説明する。
【００２５】
本実施形態が適用されるホログラム再生装置における記録は、「サーボ用ホログラムの記録」と通常の「情報用ホログラムの記録」の２ステップに分けられる。以下、「サーボ用ホログラムの記録」、「情報用ホログラムの記録」、「再生方法」の順に説明する。
【００２６】
（サーボ用ホログラムの記録）
サーボ用ホログラムの記録を実行する理由は、温度変化に伴うホログラムの異方的な熱膨張、及び温度変化に伴う記録材料の屈折率変化のために、再生時の参照光がブラッグ条件を満足しなくなるからである。まず、図３、図４、図５を用いてその理由を説明する。
【００２７】
図３に示すように、記録ディスク１０１は、図２で説明したように、記録媒体１０２を２枚の基板１０３で挟持した構成である。この記録ディスク１０１に参照光２０１と情報光２０３を照射する。参照光２０１は平行光束とする。他方、情報光２０３は、対物レンズ２０５で記録ディスク１０１に集光させる構成が一般的である。空間光変調器２０２の１画素からの情報光２０３に注目すると、通常の光学配置では、図３の点光源からの球面波と見なすことができ、対物レンズ２０５を通過後の情報光２０４は、図示したように、平行光束と見なせる。従って、平行光束である参照光２０１と収束光束である情報光２０４の干渉で記録される複雑なホログラムは、要素還元することで、平行光束同士のホログラムの重ね合わせと考えることができる。
【００２８】
次に、図４を用いて、ともに平行光束である参照光２０１と情報光２０４の干渉で記録されるホログラムについて議論する。図４に示したＫは、記録時の格子ベクトル２０６を表す。通常、ホログラムは屈折率変調格子であり、この場合、記録時の格子ベクトル２０６は屈折率一定面に垂直なベクトルである。
【００２９】
この記録ディスク１０１が加熱された場合、記録媒体１０２は基板１０３で挟持されており境界条件が上下と左右で異なるため、記録媒体１０２の熱膨張は異方的である。なお、熱膨張が異方的であることは、例えば、Lisa Dhar, Melinda G. Schnoes, Theresa L. Wysocki, Harvey Bair, Marcia Schilling, and Carol Boyd, ”Temperature-induced changes in photopolymer volume holograms”,Appl.Phys.Lett.73,1337-1339 (1998).などに記述されている。
【００３０】
図５に示したように、記録ディスク１０１の面内方向の熱膨張（図５に示す矢印２０７）と記録媒体厚方向の熱膨張（図５に示す矢印２０８）が異なる。これは、例えば、Mitsuru Toishi, Tomiji Tanaka, Mikio Sugiki and Kenjiro Watanabe,“Improvement in Temperature Tolerance of Holographic Data Storage Using Wavelength Tunable Laser, Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.45,2B,pp1297-1304 (2006).の文献に示されている。この文献による物理モデルに依れば、面内方向の線膨張係数は基板の線膨張係数で与えられ、記録媒体厚方向の線膨張係数は記録媒体の線膨張係数で与えられる。ここでは、記録媒体１０２としてフォトポリマー、基板１０３としてガラスを想定する。
【００３１】
また、例えば、Tomiji Tanaka, Kageyasu Sako, Ryo Kasegawa, Mitsuru Toishi, and Kenjiro Watanabe, “Tunable blue laser compesates for thermal expansin of the medium in holographic data storage”, Appl.Opt.46,pp6263-6272 (2007).の文献によれば、フォトポリマーの線膨張係数は５×１０−４［／Ｋ］、ガラスの線膨張係数は７×１０−６［／Ｋ］である。記録媒体１０２の線膨張係数は基板１０３のそれより１桁以上大きいため、厚み方向の膨張がディスク面内方向の膨張より遙かに大きくなる。
【００３２】
この異方的な熱膨張に起因して、図５に示したように、記録時の格子ベクトルＫ（２０６）が、温度変化後の格子ベクトルＫ’（２０９）に変化する。さらに、温度変化に伴うフォトポリマーの屈折率変化も加味される。その結果、記録時と同じ参照光２０１を入射してもブラッグ条件を満足しなくなり、結果、再生光２１０の信号が劣化することになる。
【００３３】
さらに付言すれば、２光束方式を用いるホログラム記録再生装置の大容量化は、角度多重の角度ステップを小さくして多重度を上げることが定石であり、そのためには厚媒体にして角度選択性を小さくすることが必要である。しかしながら、厚媒体化に伴って温度差再生時の再生信号劣化は顕著になる。
【００３４】
次に、図６、図８、図９を用いて、本発明の実施形態に係るサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を説明する。この図６、図８、図９は、記録ディスク１０１にホログラム３０１が記録された様子が示されており、そのホログラム３０１の垂直格子３０２も同時に示されている。
【００３５】
説明の便宜上、図示したようにｘｙｚ直交座標系をとる。すなわち、記録ディスク１０１の盤面をｘｙ面とし、記録ディスク１０１の厚み方向（図では下向き）をｚ軸とする。
【００３６】
通常の情報用ホログラムの記録を実行する前に、図６に示すように参照光１（１０４）と参照光２（１０６）を記録ディスク１０１に照射して、記録媒体１０２中にホログラム３０１を記録する。このホログラム３０１は平行光束で記録されるため、低ノイズの良好なホログラム３０１である。
【００３７】
このとき、記録媒体１０２中に垂直格子３０２（ｕｎｓｌａｎｔｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ）を形成ことが必要である。
【００３８】
この垂直格子３０２からの再生光は温度変化に対してロバストである。なぜならば、図３〜図５で説明したように温度変化に伴う熱膨張は記録媒体厚方向の熱膨張が大きいが、この垂直格子３０２の場合、格子ベクトルＫの方向変化が小さいためである。
【００３９】
なお、垂直格子３０２を形成するには、参照光１（１０４）と参照光２（１０６）をｘｚ面に対して鏡像な関係で照射しなければならない。
【００４０】
参照光１（１０４）の記録ディスクへの入射角をθ１、ｘ軸からの方位角をφ１とすれば、参照光１の光線ベクトルＲ１は下式１で与えられる。
【００４１】
Ｒ１＝（ｓｉｎθ１ｃｏｓφ１、ｓｉｎθ１ｓｉｎφ１、ｃｏｓθ１）‥‥‥（式１）
他方、参照光２（１０６）の記録ディスクへの入射角をθ２、ｘ軸からの方位角をφ２とすれば、参照光２の光線ベクトルＲ２は下式２で与えられる。
【００４２】
Ｒ２＝（ｓｉｎθ２ｃｏｓφ２、ｓｉｎθ２ｓｉｎφ２、ｃｏｓθ２）
＝（ｓｉｎθ１ｃｏｓφ１、−ｓｉｎθ１ｓｉｎφ１、ｃｏｓθ１）‥‥（式２）
すなわちθ２＝θ１、φ２＝−φ１であり、２本の参照光１（１０４）と参照光２（１０６）は、ｘｚ面に対して鏡像の関係となる。この条件を用いれば、ｙ成分のみ非零の格子ベクトルを形成することができる。すなわち、格子ベクトルＫは、
Ｋ＝（０、Ｋｙ、０）‥‥‥（式３）
で与えられ、ｙ成分のみ非零の格子ベクトルとなる。さらに、記録ディスク１０１は記録媒体１０２が両面の基板１０３で挟持されていて、境界条件が上下と左右で異なるために、記録時に０．１％程度収縮する。しかしながら、この収縮方向も異方的であり基板１０３の厚方向が支配的であので、垂直格子３０２は、この収縮に対してもロバストである。
【００４３】
なお、本実施形態によるホログラム再生装置の記録方式は、記録ディスク１０１をｙ軸まわりに回転駆動させる角度多重（以下、θｙ角度多重と記す）方式と、通常の記録ディスク１０１の回転により記録ディスク１０１上でのビームスポット位置をずらしながら多重するシフト多重方式を併用する。
【００４４】
また、本実施形態のホログラム再生装置は、ｙ軸まわりの回転駆動機構と、ｚ軸まわりの回転駆動機構（通常のディスク回転）と、微調整のためのｘ軸まわりの回転駆動機構を有するものとする。ディスク回転駆動機構について、１つの構成例を図７に示す。ここでは小型球面超音波モータ３０３を示した。記録ディスク３０４を保持するために半球状のロータ３０５を用いている。３つのステータ３０６で３軸を摩擦駆動する機構である。３軸の回転を組み合わせることで任意の回転を実現できる。
【００４５】
（情報用ホログラムの記録）
次に、記録媒体１０２に情報を記録する方法について述べる。図８は、情報光１（１０５）と参照光１（１０４）とを同時に照射して記録ディスク１０１に記録するときの図を示している。情報光１（１０５）は、空間光変調器１０８によって明点暗点の２値化パターンにエンコードされている。また、参照光１（１０４）は、θｙ角度多重方式で記録していく。
【００４６】
次いで、図９に示すように、上述した情報用ホログラムの記録の方法と同様に、情報光２（１０７）と参照光２（１０６）とを同時に照射して記録ディスク１０１に記録する。情報光２（１０７）は、空間光変調器１０９によって明点暗点の２値化パターンにエンコードされている。また、参照光２（１０６）は、θｙ角度多重方式で記録していく。
【００４７】
なお、ここでは、「サーボ用ホログラムの記録」、「情報用ホログラムの記録」の順に説明したが、この順である必要はない。「情報用ホログラムの記録」、「サーボ用ホログラムの記録」でも良いし、あるいは「情報用ホログラムの記録」を中断して「サーボ用ホログラムの記録」を実行しても良い。
【００４８】
（再生方法）
次に、図１０、１１を用いて、本実施形態による記録ディスク１０１に記録したサーボ用ホログラム及び情報用ホログラムの再生方法について述べる。
【００４９】
説明の便宜上、図示したようにｘｙｚ直交座標系をとる。すなわち、記録ディスク１０１の盤面をｘｚ面とし、記録ディスク１０１の厚み方向（図では下向き）をｚ軸とする。
【００５０】
図１０は、記録ディスク１０１に記録したサーボ用ホログラム及び情報用ホログラムの再生方法を示した図である。この図は、記録ディスク１０１に形成されたホログラム３０１に参照光１（１０４）を照射し、そこから回折して発生した情報用ホログラムからの再生光４０１とサーボ用ホログラムからの再生光４０２を示している。
【００５１】
図１０に示すように、参照光１（１０４）のみを記録ディスク１０１に照射し、記録ディスク１０１をθｙ回転させながら記録ディスク１０１に記録された情報用ホログラム３０１から回折された再生光４０１を撮像素子１１１で受光する。その後、受光した再生画像をデコードして情報を取得する。
【００５２】
また、このとき、参照光１（１０４）の照射にともなって、再生光４０１と同時にサーボ用ホログラム３０１からの再生光４０２も発生する。再生光４０２は光検出器１１４で受光する。光検出器１１４で受光した情報はサーボの位置情報として用いる。
【００５３】
次いで、図１１に示したように、図１０と同様に、参照光２（１０６）のみを記録ディスク１０１に照射し、記録ディスク１０１をθｙ回転させながら記録ディスク１０１に記録された情報用ホログラム３０１から回折された再生光４０３を撮像素子１１２で受光し、サーボ用ホログラム３０１からの再生光４０４を光検出器１１３で受光する。
【００５４】
本実施形態により、温度変化に対してロバストな再生時位置決めが可能なホログラム再生装置を提供することができ、これにより、θｙ角度多重記録したスポット位置を高精度で検出でき、特にディスクタンジェンシャル方向の位置ずれを高精度で検出できる。また、新たに設置する光学素子は光検出器、及びそれに付随する回路部品のみであるために、簡便に実施することができる。また、情報用ホログラムからの再生光とサーボ用ホログラムからの再生光が別光路であるため、クロストークフリーである。さらに、数百多重程度の角度多重記録スポットに、最低限１枚のサーボ用ホログラムを書き込むだけでよいので、サーボ用ホログラムを記録することによるＭ／＃（記録媒体の多重性能を表す指標）の浪費や記録容量低下は無視できる範囲である。
【００５５】
（第２の実施形態）
図１２は、本発明に係わる第２の実施形態の位相共役再生を用いたホログラム再生装置の概略図を示している。
【００５６】
第２の実施形態では、対物レンズ（図示せず）で記録ディスク１０１に照射する情報光１（１０５）と、平行光束の参照光１（１０４）と、平行光束の参照光２（１０６）の計３本の光路で構成されている。図の煩雑さを避けるために対物レンズは図示せず、情報光１（１０５）は、中心光線のみを記している。また、位相共役再生方式とするために、記録ディスク１０１を挟んで光が入射する側とは反対側にλ／４板５０２、５０５とミラー５０３、５０６を配置している。さらに、シャッター５０１、５０４を備えている。さらに、光の入射側に位相共役再生光を分離するための偏光ビームスプリッタ５０７、５０８、５０９を備えている。位相共役再生方式は、例えば、特開２００６−３１７８８６号公報、米国特許出願第２００６／０２７９８２３号公報などに記載されている。
【００５７】
本実施形態は、記録ディスク１０１を回転駆動しながら多重記録する方式であり、「θｙ角度多重」と、通常のディスク回転により記録ディスク上でのビームスポット位置をずらしながらの「シフト多重」で記録するもので、第１実施形態と同じである。以下にサーボ用ホログラムの記録、情報用ホログラムの記録、それらの再生方法を順に説明する。第１の実施形態と重複する部分については要点を記すにとどめる。
【００５８】
図１３〜図１５は、第２の実施形態におけるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示した図である。
【００５９】
（サーボ用ホログラムの記録）
通常の情報用ホログラムの記録に先立ち、図１３に示すように、平行光束の参照光１（１０４）と平行光束の参照光２（１０６）を記録ディスク１０１に同時照射して、記録媒体にサーボ用ホログラム３０１を記録する。第１の実施形態と同様、式１、式２で示したように、２本の参照光がｘｚ面に対して鏡像関係となるように対称的に配置することで、記録媒体に垂直格子３０２（ｕｎｓｌａｎｔｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ）を記録する。
【００６０】
この垂直格子３０２は２本の平行光束で記録されるため、低ノイズの良好なホログラムである。
【００６１】
（情報用ホログラムの記録）
次に、図１４に示すように、情報光１（１０５）を空間光変調器１０８、ビームスプリッタ５０９を介して記録ディスク１０１に照射する。すなわち、明点暗点の２値化パターンにエンコードした情報を、空間光変調器１０８を用いて担持させて記録ディスク１０１に集光する。それと同時に参照光１（１０４）を照射して、θｙ角度多重で記録ディスク１０１に記録していく。次いで、図１５に示すように、情報光１（１０５）を空間光変調器１０８、ビームスプリッタ５０９を介して記録ディスク１０１に照射する。そして、参照光２（１０６）に切り替えて、記録ディスク１０１の同一場所に照射してθｙ角度多重で記録する。
【００６２】
第１の実施形態で説明したのと同様に、「サーボ用ホログラムの記録」、「情報用ホログラムの記録」の順で説明したが、この順である必要はない。「情報用ホログラムの記録」、「サーボ用ホログラムの記録」の順でも良いし、あるいは「情報用ホログラムの記録」を中断して「サーボ用ホログラムの記録」を実行しても良い。
【００６３】
（再生方法）
次に、図１６、図１７を用いて、上記のようにして記録ディスク１０１に記録したサーボ用ホログラム及び情報用ホログラムの再生方法について述べる。
【００６４】
図１６は記録ディスク１０１に記録したサーボ用ホログラム及び情報用ホログラムの再生方法を示した図である。
【００６５】
再生時は参照光１（１０４）のみを記録ディスク１０１に照射する。ここで参照光１（１０４）はＰ偏光とする。
【００６６】
図１６に示すように、参照光１（１０４）のみをビームスプリッタ５０７を介して記録ディスク１０１へ入射する。そして、記録ディスク１０１を透過してシャッター５０１、λ／４板５０２とミラー５０３を往復してＳ偏光になった反射光７０１が記録ディスク１０１に照射される。ここで、シャッター５０１は開状態として、参照光１（１０４）のレーザは入射経路を往復した状態にして透過させる。このλ／４板５０２とミラー５０３側から照射する反射光７０１により、記録ディスク１０１に記録されたホログラム３０１から位相共役である回折光が生じる。この回折光は、それぞれ情報用ホログラムからの再生光７０２、サーボ用ホログラムからの再生光７０３となる。サーボ用ホログラムからの再生光７０３は、２本の参照光１（１０４）と参照光２（１０６）を同時照射して記録したサーボ用ホログラムからの回折光である。
【００６７】
情報用ホログラムからの再生光７０２は、偏光ビームスプリッタ５０９で反射されて撮像素子１１１で受光される。その後、撮像素子１１１で受光した再生画像をデコードして情報を取得する構成である。
【００６８】
他方、サーボ用ホログラムからの再生光７０３は偏光ビームスプリッタ５０８で反射されて光検出器１１４で受光される。なお、入射時の参照光１（１０４）によって生じた再生光７０４はノイズとなる可能性があるため、シャッター５０４を閉状態としてカットしている。ノイズが問題ないレベルであれば、シャッター５０４は開状態にしてもよい。
【００６９】
もう一方の参照光２（１０６）についても、上述した動作と同様である。図１７に示したように、参照光２（１０６）のみをビームスプリッタ５０８を介して記録ディスク１０１へ入射する。記録ディスク１０１を透過してシャッター５０４、λ／４板５０５とミラー５０６を往復してＳ偏光になった反射光７０５が記録ディスク１０１に照射される。
【００７０】
このλ／４板５０５とミラー５０６側から照射される反射光７０５により、記録ディスク１０１に記録されたホログラム３０１から位相共役である回折光が生じる。この回折光は、それぞれ情報用ホログラムからの再生光７０６、サーボ用ホログラムからの再生光７０７となる。
【００７１】
サーボ用ホログラムからの再生光７０７は、２本の参照光１（１０４）と参照光２（１０６）を同時照射して記録したホログラムからの回折光である。
【００７２】
情報用ホログラムからの再生光７０６は、偏光ビームスプリッタ５０９で反射されて撮像素子１１１で受光される。その後、受光した再生画像をデコードして情報を取得する構成である。
【００７３】
他方、サーボ用ホログラムからの再生光７０７は偏光ビームスプリッタ５０７で反射されて光検出器１１３で受光される構成である。なお、入射時の参照光１（１０４）によって生じた再生光７０８はノイズとなる可能性があるため、シャッター５０１を閉状態としてカットしている。ノイズが問題ないレベルであればシャッター５０１は開状態にしてもよい。
【００７４】
本実施形態により、温度変化に対してロバストな再生時位置決めが可能なホログラム再生方法を提供することができる。これにより、θｙ角度多重記録したスポット位置を高精度で検出でき、特にディスクタンジェンシャル方向の位置ずれを高精度で検出できる。また、装置小型化に有利な位相共役再生にも適用できることが本実施形態の特徴でもある。
【００７５】
なお、本発明は、上述した第１の実施形態又は第２の実施形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜設計変更又は組み合わせを行って良い。また、本実施形態の再生装置には、記録手段も備えられている。
【００７６】
以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。
【００７７】
（実施例１）
上記第１の実施形態で説明した方法で、サーボ用ホログラムの記録及び情報用ホログラムの記録を行い、図１０に示したように、記録ディスク１０１に参照光１（１０４）を照射したときに、光検出器２（１１４）で受光した再生信号についてディスク回転に対するサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた。なお、記録ディスク１０１に参照光２（１０６）を照射した時に、光検出器１（１１３）で受光される再生光の信号特性は同じなので割愛する。
【００７８】
サーボ用ホログラム３０１からの再生信号強度をＲＣＷＡ（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：厳密波結合解析）法を用いて電磁場解析した。２光束が同一平面内にある場合の再生信号解析には、近似理論であるＫｏｇｅｌｎｉｋのＣｏｕｐｌｅｄ−Ｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ（例えば、H.Kogelnik, ”Coupled-wave theory for thick hologram gratings”, Bell Sys.Tech. J.48,2909-2947(1969).などを参照）を適用できる。しかし、本発明のように、参照光１（１０４）の光路が同一面内に存在しない場合の精密解析は、Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙの守備範囲を超えている。そのためＣｏｕｐｌｅｄ−Ｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙから近似を排した厳密解析法であるＲＣＷＡ法を用いて数値計算した。
【００７９】
解析条件は、妥当な仕様値として、レーザ波長４０５ｎｍとし、記録媒体厚は１０００μｍとした。また、参照光１（１０４）、参照光２（１０６）の入射角をともに５０ｄｅｇ、方位角をそれぞれφ１＝４５ｄｅｇ、φ２＝−４５ｄｅｇとした。これにより垂直格子、すなわち、その格子ベクトルが記録媒体面内にあるホログラムが記録できる。なお、解析手法、解析条件については、以下の（実施例２）、（実施例３）及び（実施例４）についても同様である。
【００８０】
図１８は、ディスク回転８０１に対するサーボ用ホログラム３０１の再生信号特性を測定するための光学配置を示している。また、図１９には、ディスク回転８０１に対するサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた結果を示す。グラフ横軸はサーボ用ホログラムを記録した位置からのディスク回転８０１のずれ角を示し、縦軸は光検出器２（１１４）における受光量を示す。図１９に示すように、再生信号は概ねｓｉｎｃ２（ｘ）の波形となり、記録した位置から±０．０５ｄｅｇのディスク回転８０１ずれがあると、再生信号強度が零近傍まで低下する。この信号を用いればサーボ用ホログラムを記録した位置を高精度で検出できることが分かる。この特性を用いて、信号強度が最大となる位置をサーチし、サーボ制御をして回転駆動すればよい。
【００８１】
（実施例２）
上記第１の実施形態で説明した方法で、図２０に示すように、サーボ用ホログラム６０１の記録をスポット毎に行った。図２１には、ディスク回転８０１に対するサーボ用ホログラム６０１からの再生信号特性を調べた結果を示す。なお、記録ディスクに参照光２（１０６）を照射した時に、光検出器１（１１３）で受光される再生光の信号特性は同じなので割愛する。
【００８２】
横軸はサーボ用ホログラム６０１を記録した位置からのディスク回転８０１角を示し、縦軸は光検出器２（１１４）における受光量を示す。この信号を用いれば、記録場所を高精度にサーボすることがわかる。
【００８３】
さらに、ホログラム記録再生方式において高記録密度化を実現するには、対物レンズの高開口数化と記録媒体の厚媒体化が必要であるが、それにともなって、ディスク回転８０１（ディスクタンジェンシャル方向のずれ）に対するトレランスが極めて小さくなってしまう。このことから、本実施形態による再生時位置決め方法が極めて有用であることがわかる。
【００８４】
（実施例３）
上記第１の実施形態で説明した方法で、サーボ用ホログラムの記録及び情報用ホログラムの記録を行い、図２２に示すように、記録ディスク１０１に参照光１（１０４）を照射したときに、光検出器２（１１４）で受光した再生信号について記録ディスク１０１におけるｘ軸回転１００１に対するサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた。ここで、θｙ角度多重する回転軸はｙ軸であり、ｘ軸はそれと直行する軸である。なお、記録ディスク１０１に参照光２（１０６）を照射した時に、光検出器１（１１３）で受光される再生光の信号特性は同じなので割愛する。
【００８５】
図２３には、ｘ軸回転１００１のずれに対するサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた結果を示す。横軸は記録した位置からのｘ軸回転１００１のずれ角を示し、縦軸は光検出器２（１１４）における受光量を示している。図２３に示すように、再生信号は概ねｓｉｎｃ２（ｘ）の波形となり、記録した位置から±０．０４ｄｅｇのｘ軸回転１００１ずれがあると、信号強度が零近傍まで低下する。この信号を使用することで、記録した回転位置を高精度で検出できることが分かる。
【００８６】
（実施例４）
上記第１の実施形態で説明した方法で、サーボ用ホログラムの記録及び情報用ホログラムの記録を行い、図２４に示すように、記録ディスク１０１に参照光１（１０４）を照射したときに、光検出器２（１１４）で受光した再生信号について記録ディスク１０１におけるｙ軸回転１１０１に対するサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた。ここで、θｙ角度多重する回転軸はｙ軸であり、ｘ軸はそれと直行する軸である。なお、記録ディスク３０１に参照光２（１０６）を照射した時に、光検出器１（１１３）で受光される再生光の信号特性は同じなので割愛する。
【００８７】
図２５には、ｙ軸回転１１０１におけるサーボ用ホログラム３０１からの再生信号特性を調べた結果を示す。横軸はｙ軸回転１１０１角を表し、縦軸は光検出器２（１１４）における受光量を示す。本実施形態ではホログラム再生装置ではｙ軸回転１１０１させながらθｙ角度多重を行うが、図２５に示す通り、ｙ軸回転１１０１の±１０ｄｅｇの変化に対して再生信号強度は殆ど変化しない。２本の参照光で記録したホログラムと、参照光の空間配置を考えれば当然の結果といえる。この特性を用いることによって、θｙ角度多重により記録した情報をｙ軸回転１１０１させながら再生する時に、常にサーボ信号をモニターすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１の実施形態に係わるホログラム再生装置の概略図。
【図２】第１の実施形態に係わる記録媒体と光学系の構成図。
【図３】温度差再生時の再生信号の劣化原因を示す図。
【図４】温度差再生時の再生信号の劣化原因を示す図。
【図５】温度差再生時の再生信号の劣化原因を示す図。
【図６】第１の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図７】第１の実施形態に係わるディスク回転駆動機構を示す図。
【図８】第１の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図９】第１の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの再生方法と情報用ホログラムの再生方法を示す図。
【図１１】第１の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの再生方法と情報用ホログラムの再生方法を示す図。
【図１２】第２の実施形態に係わる位相共役再生を用いたホログラム再生装置の概略図。
【図１３】第２の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図１４】第２の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図１５】第２の実施形態に係わるサーボ用ホログラムの記録方法と情報用ホログラムの記録方法を示す図。
【図１６】第２の実施形態に係わるサーボ用ホログラム再生方法と情報用ホログラムの再生方法を示す図。
【図１７】第２の実施形態に係わるサーボ用ホログラム再生方法と情報用ホログラムの再生方法を示す図。
【図１８】ディスク回転に対するサーボ用ホログラムの再生信号特性を測定するための光学配置図。
【図１９】ディスク回転に対するサーボ用ホログラムの再生信号特性を示す図。
【図２０】スポット毎に記録したサーボ用ホログラムの再生信号を測定するための光学配置図。
【図２１】スポット毎に記録したサーボ用ホログラムの再生信号を示す図。
【図２２】ｘ軸まわりの回転ずれに対するサーボ用ホログラムの再生信号を測定するための光学配置図。
【図２３】ｘ軸まわりの回転ずれに対するサーボ用ホログラムの再生信号性を示す図。
【図２４】θｙ回転に対するサーボ用ホログラムの再生信号を測定するための光学配置図。
【図２５】θｙ回転に対するサーボ用ホログラムの再生信号特性を示す図。
【符号の説明】
【００８９】
１０１  …  記録ディスク
１０２  …  記録媒体
１０３  …  基板
１０４  …  参照光１
１０５  …  情報光１
１０６  …  参照光２
１０７  …  情報光２
１０８  …  空間光変調器
１０９  …  空間光変調器
１１０ａ  …  対物レンズ
１１０ｂ  …  対物レンズ
１１１  …  撮像素子
１１２  …  撮像素子
１１３  …  光検出器
１１４  …  光検出器
２０１  …  参照光
２０２  …  空間光変調器
２０３  …  情報光（球面波）
２０４  …  情報光（平行光束）
２０５  …  対物レンズ
２０６  …  記録時の格子ベクトル
２０７  …  面内方向の熱膨張
２０８  …  記録媒体厚方向の熱膨張
２０９  …  温度変化後の格子ベクトル
２１０  …  再生光、
３０１  …  ホログラム
３０２  …  垂直格子
３０３  …  小型球面超音波モータ
３０４  …  ディスク
３０５  …  ロータ
３０６  …  ステータ
４０１  …  再生光
４０２  …  再生光
４０３  …  再生光
４０４  …  再生光
５０１  …  シャッター
５０２  …  λ／４板
５０３  …  ミラー
５０４  …  シャッター
５０５  …  λ／４板
５０６  …  ミラー
５０７  …  偏光ビームスプリッタ
５０８  …  偏光ビームスプリッタ
５０９  …  偏光ビームスプリッタ
７０１  …  反射光
７０２  …  再生光
７０３  …  再生光
７０４  …  再生光
７０５  …  反射光
７０６  …  再生光
７０７  …  再生光
８０１  …  ディスク回転
９０１  …  サーボ用ホログラム
１００１  …  ｘ軸回転
１１０１  …  ｙ軸回転
【図１】
2010140587.tif 000003
【図２】
2010140587.tif 000004
【図３】
2010140587.tif 000005
【図４】
2010140587.tif 000006
【図５】
2010140587.tif 000007
【図６】
2010140587.tif 000008
【図７】
2010140587.tif 000009
【図８】
2010140587.tif 000010
【図９】
2010140587.tif 000011
【図１０】
2010140587.tif 000012
【図１１】
2010140587.tif 000013
【図１２】
2010140587.tif 000014
【図１３】
2010140587.tif 000015
【図１４】
2010140587.tif 000016
【図１５】
2010140587.tif 000017
【図１６】
2010140587.tif 000018
【図１７】
2010140587.tif 000019
【図１８】
2010140587.tif 000020
【図１９】
2010140587.tif 000021
【図２０】
2010140587.tif 000022
【図２１】
2010140587.tif 000023
【図２２】
2010140587.tif 000024
【図２３】
2010140587.tif 000025
【図２４】
2010140587.tif 000026
【図２５】
2010140587.tif 000027