(57)【要約】【課題】参照光のズーム倍率・波長の調整で温度変化による回折効率の低下を補償する場合において、再生像のボケの発生を防止してＳＮ比の向上を図り、動作可能な温度範囲を拡大する。【解決手段】記録波長をλｗ、参照光の記録時からのズーム倍率変化量をΔｍ、波長可変光源の上記記録波長に対する再生時波長変化量をΔλとしたとき、「Δｍ＝Δλ／λｗ」の条件を満たすように参照光のズーム倍率・波長を設定してホログラムの再生を行う。単に回折効率の改善を図るようにズーム倍率・波長の調整を行う従来手法では、再生像に像ボケが生じ結果としてＳＮ比の有効な改善が図られなかったが、上記条件式を満たすズーム倍率・波長の調整を行うことで、回折効率の改善を図る上で像ボケの発生を防止でき、ＳＮ比を有効に改善することができる。【選択図】図１
2010153010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して照射されるべき光を、波長可変により出力する波長可変光源と、
上記波長可変光源からの出射光に基づき生成される上記参照光を対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に照射する光学系であって、上記対物レンズに入射する上記参照光のズーム倍率を倍率可変により変化させる倍率変化部を備えた光学系と、
上記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出部と、
上記温度検出部による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び上記波長可変光源の波長を設定するにあたり、
【数１】
2010153010.tif 000045
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記波長可変光源の上記記録波長に対する波長変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率と上記波長可変光源の波長が設定されるように制御を行う制御部と
を備える再生装置。
【請求項２】
上記ホログラム記録媒体には、ホログラムの記録時に検出された上記ホログラム記録媒体の温度の情報が記録時温度情報として記録されており、
上記ホログラム記録媒体の記録時に対する再生時の温度変化量に応じて設定されるべき上記ズーム倍率と上記波長とに関する調整値の組合せとして、上記[数１]による条件を満たす調整値の組合せを格納したテーブル情報を記憶する記憶部をさらに備え、
上記制御部は、
上記ホログラム記録媒体から再生した上記記録時温度情報と、上記温度検出部により検出した再生時の温度情報とから算出した上記温度変化量に基づき、上記テーブル情報から上記算出した温度変化量に応じた上記ズーム倍率と上記波長とに関する調整値を取得し、これらの取得した調整値に基づいて上記倍率変化部の倍率設定制御及び上記波長可変光源の波長設定制御を行う
請求項１に記載の再生装置。
【請求項３】
上記ホログラム記録媒体には、記録区間ごとの上記記録時温度情報が記録されており、
上記制御部は、
上記ホログラム記録媒体から再生した再生対象とする区間についての記録時温度情報と上記温度検出部により検出した再生時の温度情報とから上記温度変化量を算出する
請求項２に記載の再生装置。
【請求項４】
信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出手順と、
上記温度検出手順による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び波長を設定するにあたり、
【数２】
2010153010.tif 000046
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記参照光の上記記録波長に対する波長変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率及び波長を設定するズーム倍率・波長設定手順と
を有する再生方法。
【請求項５】
信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して照射されるべき光を波長可変により出力する波長可変光源と、
上記波長可変光源からの出射光に基づき生成される上記参照光を対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に照射する光学系であって、上記対物レンズに入射する上記参照光のズーム倍率を倍率可変により変化させる倍率変化部を備えた光学系と、
上記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出部と、
上記温度検出部による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び上記波長可変光源の波長を設定するにあたり、
【数３】
2010153010.tif 000047
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記波長可変光源の上記記録波長に対する波長変化量、σXは上記ホログラム記録媒体の記録材料のモノマーの重合による記録面内方向の記録材料収縮率、ＣTEXは上記記録材料の線膨張係数、ΔＴは記録時からの温度変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率と上記波長可変光源の波長が設定されるように制御を行う制御部と
を備える再生装置。
【請求項６】
信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出手順と、
上記温度検出手順による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び波長を設定するにあたり、
【数４】
2010153010.tif 000048
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記参照光の上記記録波長に対する波長変化量、σXは上記ホログラム記録媒体の記録材料のモノマーの重合による記録面内方向の記録材料収縮率、ＣTEXは上記記録材料の線膨張係数、ΔＴは記録時からの温度変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率及び波長を設定するズーム倍率・波長設定手順と
を有する再生方法。
【請求項７】
信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して照射されるべき光を、波長可変により出力する波長可変光源と、
上記波長可変光源からの出射光に基づき生成される上記参照光を対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に照射する光学系であって、上記対物レンズが、
【数５】
2010153010.tif 000049
（但し上式において、λWは記録波長、Δλは上記波長可変光源の上記記録波長に対する波長変化量、ｆは上記対物レンズの焦点距離、Δｆは波長変化に伴う上記焦点距離の変化量である）
を満たす軸上色収差を持つ色収差レンズとされた光学系と、
上記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出部と、
上記温度検出部による温度検出結果に応じて上記波長可変光源の波長の設定制御を行う制御部と
を備える再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体について再生を行う再生装置とその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１にあるように、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムを形成してデータ記録を行うホログラム記録再生方式が知られている。このホログラム記録再生方式において、記録時には、記録データに応じた空間光変調（例えば光強度変調）を与えた信号光と、この信号光とは別の参照光とをホログラム記録媒体に対して照射し、それらの干渉縞（ホログラム）を記録媒体に形成することでデータ記録を行う。
また再生時には、記録媒体に対して参照光を照射する。このように参照光が照射されることで、上記のようにして形成された干渉縞に応じた回折光が得られる。すなわち、これによって記録データに応じた再生像（再生信号光）が得られる。このようにして得られた再生像を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサで検出することで、記録データの再生を行うようにされる。
【０００３】
図２２、図２３は、ホログラム記録再生方式について説明するための図として、図２２は記録手法、図２３は再生手法について模式的に示している。
これら図２２、図２３は、信号光と参照光とを同一光軸上に配置して記録を行ういわゆるコアキシャル方式が採用される場合の記録／再生手法を示している。
また、これらの図では、反射膜を備える反射型のホログラム記録媒体１００が用いられる場合を例示している。
【０００４】
先ず、これら図２２、図２３に示されるようにして、コアキシャル方式によるホログラム記録再生では、信号光と参照光とを同一光軸上に生成するためのＳＬＭ（空間光変調器）１０１が設けられる。このＳＬＭ１０１としては、入射光に対し画素単位で空間光強度変調（光強度変調、或いは単に強度変調とも称する）を行う強度変調器を備える。この強度変調器としては、例えば液晶パネルなどで構成することができる。
【０００５】
先ず、図２２に示す記録時には、ＳＬＭ１０１の強度変調により、記録データに応じた強度パターンを与えた信号光と、予め定められた所定の強度パターンを与えた参照光とを生成する。一般的にコアキシャル方式では、図のように信号光は内側、参照光はその外側に配置するようにされている。
【０００６】
ＳＬＭ１０１にて生成された信号光・参照光は、対物レンズ１０２を介してホログラム記録媒体１００に照射される。これによりホログラム記録媒体１００には、上記信号光と上記参照光との干渉縞により、記録データを反映したホログラムが形成される。つまり、このホログラムの形成によりデータの記録が行われる。
【０００７】
一方、再生時においては、図２３（ａ）に示されるようにして、ＳＬＭ１０１にて参照光を生成する（このとき参照光の強度パターンは記録時と同じである）。そして、この参照光を対物レンズ１０２を介してホログラム記録媒体１００に照射する。
【０００８】
このように参照光がホログラム記録媒体１００に照射されることに応じては、図２３（ｂ）に示すようにして、ホログラム記録媒体１００に形成されたホログラムに応じた回折光が得られ、これによって記録されたデータについての再生像が得られる。この場合、再生像はホログラム記録媒体１００からの反射光として、図示するように対物レンズ１００を介してイメージセンサ１０３に対して導かれる。
【０００９】
イメージセンサ１０３は、上記のようにして導かれた再生像を画素単位で受光し、画素ごとに受光光量に応じた電気信号を得ることで、上記再生像についての検出画像を得る。このようにイメージセンサ１０３にて検出された画像信号が、記録されたデータの読み出し信号となる。
【００１０】
なお、図２２、図２３の説明からも理解されるように、ホログラム記録再生方式では、記録データを信号光の単位で記録／再生するようにされている。つまり、ホログラム記録再生方式では、信号光と参照光との１度の干渉により形成される１枚のホログラム（ホログラムページと呼ばれる）が、記録／再生の最小単位とされるものである。
【００１１】
ここで、ホログラムの記録時には、記録光の照射などに起因してメディアの温度変化が生じ、それによって例えばフォトポリマーなどに代表されるホログラム記録材料に体積変化や屈折率変化が生じる。特に体積変化について考えてみると、記録時の温度上昇に伴い記録材料が膨張した状態でホログラムが形成されると、記録後に記録材料が収縮した際、形成されたホログラムもこれに応じて収縮してしまう。上述のように再生時には記録時と同じ参照光を照射してホログラムの再生を行うので、このようにホログラムが記録時点と比較して収縮してしまっていると、記録時における信号光と参照光の入射角の関係と、再生時におけるホログラム（信号光が記録されたもの）の角度と参照光の入射角度との関係に変化が生じ、これに伴い、回折効率が低下し、充分な再生信号光量を得ることが非常に困難となる。結果として、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の大幅な低下を招く。
【００１２】
このようにホログラム記録再生方式では、記録時と再生時との間でのメディアの温度変化がＳＮ比に大きな影響を与えることが知られており、適正な記録再生動作の実現のために、上記のような温度変化に起因した回折効率の低下を補償することが要請されている。
【００１３】
このようなホログラム記録再生方式における温度補償については、例えば下記特許文献２、特許文献３、特許文献４などで各種の手法が提案されている。
これらの文献においては、
１）記録時からの温度変化量に応じて、再生時に照射する参照光の波長を規定の記録波長からシフトさせる手法
２）記録時からの温度変化量に応じて、再生時の参照光ズーム倍率の変更により参照光入射角度分布を変化させる手法
３）記録時からの温度変化量に応じて、参照光ズーム倍率と波長の双方を変化させる手法（上記１）２）の手法の組合せに相当）
が提案されている。
【００１４】
このように記録時からの温度変化量に応じて参照光の入射角分布や光波長を変化させることで、温度変化による回折効率の低下を有効に補償することができる。
なおこのように参照光の波長や入射角度を変化させることで回折効率の改善を図ることができる点については、いわゆるブラッグの法則（Bragg's law）に基づく、以下に示すブラッグ回折条件（ブラッグの条件）
２ｄsinθ＝ｎλ
において、回折格子に入射する光の波長λと入射角度sinθの項が含まれている点を考慮すれば理解できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−２００３８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９８３１号公報
【特許文献３】特開２００７−２００３９４号公報
【特許文献４】特開２００７−２４０８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
例えば特許文献２や特許文献４に開示されるように、回折効率の改善を図る上では、波長のみ、又は参照光ズーム倍率のみを変化させるのではなく、その双方を変化させることが有効となる。
本出願人は、ＳＮ比の有効な改善を図るべく、参照光の波長とズーム倍率の双方を変化させる手法について実験を行った。実験においては、温度変化量に応じて設定されるべき波長・ズーム倍率の値の組合せを、回折効率が最大限に改善されるように調整した。
しかしながらこの実験の結果、ＳＮ比の有効な改善は図られなかった。
【００１７】
本出願人は、さらに実験や数値解析を進め、その結果、上記のようにＳＮ比の改善が図られない要因が、再生像の像ボケにある点を見い出した。
【００１８】
ここで、本出願人は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生システムについての実験を進めているが、コアキシャル方式を採用する場合は、信号光に対し参照光を別光軸で照射するいわゆる二光束方式（角度多重方式）の場合とは異なり、１ビットの情報を担時する信号光の１点（１ピクセル分の光）につき、参照光内の各光線（各ピクセルの光線）がそれぞれ異なる角度で照射されて干渉縞によるホログラムが形成されることになる。換言すれば、１つのピクセルの再生像は、多数の回折格子ベクトルで回折された回折光の重ね合わせとなるものである。この点から、コアキシャル方式の場合は、記録時と再生時とで参照光の入射条件が変化すると、それに伴って上記多数の回折格子ベクトルで回折された１ピクセル分の回折信号光の出射角がそれぞれ異なってしまうという現象が起こり得る。そしてその結果、上記回折信号光が、適正に１つのピクセル位置に結像しなくなってしまい、これが、再生像の像ボケとなる。
この像ボケは、他のビット（ピクセル）へのクロストーク成分となるため、結果としてＳＮ比の大幅な低下を招く。
【００１９】
上記のような再生像のボケが発生することにより、上述のように回折効率を最大限に改善するように参照光の波長やズーム倍率を調整して温度補償を行ったとしても、結果的にはＳＮ比の有効な改善が図られないものとなってしまう。
つまりこの点からも理解されるように、コアキシャル方式における温度補償については、回折効率の改善の面のみではなく、再生像のボケを有効に防止することが、ＳＮ比の改善を図る上で重要となる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は上記のような課題に基づき為されたものであり、参照光のズーム倍率（入射角度）や波長の調整によって温度変化に対する回折効率の低下を補償する手法を採る場合において、再生像のボケを防止して、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）の改善を有効に図ることを目的としている。
この目的の達成のため、本発明では、光照射装置として以下のように構成することとした。
すなわち、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して照射されるべき光を、波長可変により出力する波長可変光源を備える。
また、上記波長可変光源からの出射光に基づき生成される上記参照光を対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に照射する光学系であって、上記対物レンズに入射する上記参照光のズーム倍率を倍率可変により変化させる倍率変化部を備えた光学系を備える。
また、上記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出部を備える。
さらに、上記温度検出部による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び上記波長可変光源の波長を設定するにあたり、
【数１】
2010153010.tif 000003
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記波長可変光源の上記記録波長に対する波長変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率と上記波長可変光源の波長が設定されるように制御を行う制御部を備えるようにした。
【００２１】
上記本発明によれば、上記[数１]の条件を満たす参照光のズーム倍率、波長がそれぞれ設定されて再生が行われる。このようにすることで、後の説明で明らかとなるように、温度変化による記録材料の記録面内方向の体積変化が無視できる程度に小さく、垂直方向（上記記録面内方向とは直交する方向）の体積変化のみを考慮すればよい場合に対応して、再生像の像ボケの防止が図られるようにできる。
【００２２】
また、本発明では再生装置として以下のようにも構成することとした。
つまり、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムが形成されて情報記録が行われるホログラム記録媒体に対して照射されるべき光を波長可変により出力する波長可変光源を備える。
また、上記波長可変光源からの出射光に基づき生成される上記参照光を対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に照射する光学系であって、上記対物レンズに入射する上記参照光のズーム倍率を倍率可変により変化させる倍率変化部を備えた光学系を備える。
また、上記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度検出部を備える。
さらに、上記温度検出部による温度検出結果に応じた上記参照光のズーム倍率及び上記波長可変光源の波長を設定するにあたり、
【数２】
2010153010.tif 000004
（但し上式において、λWは記録波長、Δｍは上記参照光の記録時からのズーム倍率変化量、Δλは上記波長可変光源の上記記録波長に対する波長変化量、σXは上記ホログラム記録媒体の記録材料のモノマーの重合による記録面内方向の記録材料収縮率、ＣTEXは上記記録材料の線膨張係数、ΔＴは記録時からの温度変化量である）
の条件を満たす上記参照光のズーム倍率と上記波長可変光源の波長が設定されるように制御を行う制御部を備えるようにした。
【００２３】
上記本発明によれば、上記[数２]の条件を満たす参照光のズーム倍率、波長がそれぞれ設定されて再生が行われる。後の説明で明らかとなるように、このような本発明によれば、温度変化による記録材料の体積変化が垂直方向のみでなく記録面内方向にも生じる場合において、再生像の像ボケの防止が図られるようにできる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、参照光のズーム倍率及び光波長を変化させて温度変化による回折効率の低下を補償する手法を採る場合において、再生像の像ボケの発生の防止を図ることができる。これにより、回折効率の改善と像ボケ防止の双方の面でＳＮ比の改善が図られるようにでき、結果、ホログラム記録再生システムの動作可能温度範囲の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態の記録再生装置の内部構成について示すブロック図である。
【図２】実施の形態で用いるホログラム記録媒体の断面構造を示した図である。
【図３】ＳＬＭ（空間光変調器）に設定される信号光エリア、参照光エリア、ギャップエリアについて説明するための図である。
【図４】調整値テーブルのデータ構造例を示した図である。
【図５】ズーム倍率調整部について説明するための図である。
【図６】ＳＬＭの空間光変調を利用した参照光のズーム倍率調整について説明するための図である。
【図７】参照光の拡大時／縮小時にホログラム記録媒体に照射される光線の様子を模式的に示した図である。
【図８】再生時におけるメディア温度が記録時から変化した際の様子を模式的に示した図である。
【図９】ホログラムの記録過程における波数ベクトルと回折格子ベクトルの関係について説明するための図である。
【図１０】ブラッグ回折の選択性をＫ空間上で表現した図である。
【図１１】温度上昇によるホログラムの膨張と、それに伴い格子ベクトルが縮小する様子を模式的に示した図である。
【図１２】ホログラムの記録後に記録材料の平均屈折率のみが低下した場合に起こるブラッグ不整合をＫ空間上で表した図である。
【図１３】ホログラムの再生時の様子をＫ空間上で表現した図である。
【図１４】正常再生時（像ボケ無しの場合）のＫ空間上における参照光（及び参照光エリア）、格子ベクトル、回折信号光（及び信号光エリア）の関係を模式的に示した図である。
【図１５】回折信号光の出射角度にずれが生じた場合（像ボケ有りの場合）のＫ空間上における参照光（及び参照光エリア）、格子ベクトル、回折信号光（及び信号光エリア）の関係を模式的に示した図である。
【図１６】像ボケを防止した温度補償のイメージをＫ空間上で表した図である。
【図１７】温度変化量ΔＴ＝＋５（℃）に対する温度補償時の回折効率−温度変化特性についての計算結果を示した図である。
【図１８】温度変化に対する回折効率の変化特性についての実験結果を示した図である。
【図１９】実施の形態の温度補償手法を実現するために行われるべき記録時の処理手順について示したフローチャートである。
【図２０】実施の形態の温度補償手法を実現するために行われるべき再生時の処理手順について示したフローチャートである。
【図２１】第２の実施の形態の記録再生装置の内部構成について示すブロック図である。
【図２２】コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（記録時）について説明するための図である。
【図２３】コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（再生時）について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行う。
＜第１の実施の形態＞
[１．ホログラム記録再生システムの構成]
[２．像ボケ防止のための条件式の導出]
<２-１．説明の概要>
<２-２．ホログラムメディアの温度依存性>
(２-２-１．温度変化に伴う物性変化)
(２-２-２．ブラッグ不整合による回折効率の低下)
(２-２-３．ページ回折効率の最大化と均一化)
(２-２-４．コアキシャル方式における像ボケ)
<２-３．理論解析による条件式の導出>
[３．回折効率の向上・均一化のための再生条件の導出]
[４．像ボケを防止した温度補償のイメージ]
[５．像ボケを防止した温度補償実現のためのズーム倍率・波長の決定手法]
[６．シミュレーション及び実験結果]
[７．実施の形態の温度補償処理の具体例]
[８．まとめ]
＜第２の実施の形態＞
＜変形例＞
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
[１．ホログラム記録再生システムの構成]
図１は、本発明の一実施形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
この図１に示す記録再生装置は、コアキシャル方式によるホログラムの記録再生を行うように構成される。コアキシャル方式は、信号光と参照光とを同一光軸上に配置し、それらを共に所定位置にセットされたホログラム記録媒体に照射してホログラムの形成によるデータ記録を行い、また再生時には上記参照光をホログラム記録媒体に対して照射することで上記ホログラムとして記録されたデータの再生を行うものである。
また、この図１に示す記録再生装置は、反射膜を有さない透過型のホログラム記録媒体ＨＭに対応して記録／再生を行うように構成されている。
【００２８】
ここで、図２を参照して、ホログラム記録媒体ＨＭの断面構造について説明しておく。
図２に示されるようにホログラム記録媒体ＨＭには、上層側から下層側にかけて順にカバー層Ｌ１、記録層Ｌ２、基板Ｌ３が形成されている。
なお確認のために述べておくと、ここで言う「上層」「下層」は、記録／再生のための光が入射される面を上面、この上面とは逆側の面を下面として、上記上面側を上層、上記下面側を下層とするものである。
【００２９】
上記カバー層Ｌ１は、例えばガラスやポリカーボネートなどの透明樹脂で構成され、記録層Ｌ２の保護のために設けられている。記録層Ｌ２は、その材料として例えばフォトポリマーなど、光照射に応じてモノマーがポリマー化し屈折率変化が生じて、照射光の強度分布に応じたホログラムが形成される記録材料（いわゆるホログラム記録材料）が選定される。
また、上記基板Ｌ３は、例えばポリカーボネートやガラスなどで構成された透明基板とされる。
【００３０】
なお、この図２に示したホログラム記録媒体ＨＭの構造はあくまで一例に過ぎず、これに限定されるべきものではない。例えば、上記カバー層Ｌ１の上層に対してＡＲコート膜（ＡＲ：Anti Refrection）を設けるなど、実際の実施形態に応じて適宜必要な構成を追加できる。
【００３１】
説明を図１に戻す。
先ず、この場合の記録再生装置には、ホログラムの記録／再生のための光源として、波長可変レーザ１が設けられる。
この波長可変レーザ１は、例えば先に提示した特許文献４（特開２００７−２４０８２０号公報）に開示される波長可変レーザ光源のように、レーザダイオードからの出射光を導く偏光ビームスプリッタと回折格子の組を、それらの位置関係を保った状態で回転させることで出力光の波長を変化させる構成のものが用いられる。この場合、レーザ光の中心波長（上記レーザダイオードの波長）は例えば４０５nm程度とされ、上記の波長可変機構により当該中心波長から約５〜１０nm程度の範囲内で波長を変化させることが可能とされている。
波長可変レーザ１の波長の設定制御は、後述する制御部１５によって行われる。
【００３２】
なお、波長可変レーザ１の構成は上記で例示したものに限定されるべきものでなく、勿論、他の手法により波長を変化させる構成を採用することもできる。
【００３３】
上記波長可変レーザ１からの出射光はコリメーションレンズ２を介して平行光となるようにされた後、ＳＬＭ（空間光変調器）３に入射する。
ＳＬＭ３は、例えば透過型の液晶パネルで構成され、図中の変調制御部１３からの駆動信号に応じて、入射光に対し画素単位で空間光強度変調（単に強度変調とも呼ぶ）を施す。
【００３４】
ここで、本実施の形態ではホログラム記録再生方式としてコアキシャル方式が採用される。コアキシャル方式が採用される場合、ＳＬＭ３においては、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するために、図３に示すような各エリアが設定される。
この図３に示されるようにして、ＳＬＭ３においては、その中心（レーザ光の光軸と一致）を含む円形の所定範囲のエリアが、信号光エリアＡ２として設定される。そして、この信号光エリアＡ２の外側には、ギャップエリアＡ３を隔てて、輪状の参照光エリアＡ１が設定されている。
これら信号光エリアＡ２、参照光エリアＡ１の設定により、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するようにして照射することができる。
上記ギャップエリアＡ３は、上記参照光エリアＡ１にて生成される参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んで信号光に対するノイズになることを避けるための領域として定められている。
【００３５】
なお確認のために述べておくと、ＳＬＭ３の画素形状は矩形状であるため、信号光エリアＡ２は厳密には円形とはならい。同様に参照光エリアＡ１、ギャップエリアＡ３としても厳密には輪状にはならい。その意味で信号光エリアＡ２は略円形のエリアとなり、参照光エリアＡ１、ギャップエリアＡ３もそれぞれ略輪状のエリアとなる。
【００３６】
図１に戻り、変調制御部１３は、上記ＳＬＭ３に対する駆動制御を行うことで、記録時には信号光と参照光を、また再生時には参照光を生成させる。
具体的に、記録時において上記変調制御部１３は、上記ＳＬＭ３における信号光エリアＡ２内の画素は供給される記録データに応じたオン／オフパターンとし、参照光エリアＡ１の画素は予め定められた所定のオン／オフパターンとし、且つそれ以外の画素はすべてオフとするための駆動信号を生成し、これをＳＬＭ３に供給する。この駆動信号に基づきＳＬＭ３による強度変調が行われることで、当該ＳＬＭ３からの出射光として、それぞれがレーザ光の光軸を中心に持つようにして配置された信号光と参照光とが得られる。
また、再生時において上記変調制御部１３は、上記参照光エリアＡ１内の画素を上記所定のオン／オフパターンとし、それ以外の画素は全てオフとする駆動信号によりＳＬＭ３を駆動制御し、これによってＳＬＭ３からの出射光として参照光のみが得られるようにする。
【００３７】
なお、記録時において上記変調制御部１３は、入力される記録データ列の所定単位ごとに上記信号光エリア内のオン／オフパターンを生成し、これによって上記記録データ列の所定単位ごとのデータを格納した信号光が順次生成されるように動作する。これにより、ホログラム記録媒体ＨＭに対しホログラムページ単位（信号光と参照光の１度の干渉により記録することのできるデータ単位）によるデータの記録が順次行われるようになっている。
また、変調制御部１３の動作は、制御部１５によって制御されるようになっている。
【００３８】
上記ＳＬＭ３から出射されたレーザ光は、図のようにリレーレンズ４、アパーチャー５、リレーレンズ６が同順で配置されたリレーレンズ系に導かれる。図示するようにリレーレンズ４によっては、ＳＬＭ３からのレーザ光が所定の焦点位置に集光するようにされ、リレーレンズ６によっては集光後の拡散光としての上記レーザ光が平行光となるように変換される。アパーチャー５は、上記リレーレンズ４による焦点位置（フーリエ面：周波数平面）に設けられ、光軸を中心とする所定範囲内の光のみを透過、それ以外の光を遮断するように構成される。このアパーチャー５によりホログラム記録媒体ＨＭに記録されるホログラムページのサイズが制限され、ホログラムの記録密度（つまりデータ記録密度）の向上が図られるようになっている。
【００３９】
上記リレーレンズ系を介したレーザ光は、図示するようにレンズ７、レンズ８が同順で配置されたズーム倍率調整部９に入射する。上記レンズ７によっては、上記リレーレンズ系から入射したレーザ光が所要の焦点位置に集光するようにされ、上記レンズ８によっては集光後の拡散光としての上記レーザ光が平行光となるように変換される。
このズーム倍率調整部９は、後述するようにして、制御部１５からの制御に基づき入射光のサイズ（径）の拡大／縮小を行うように構成されている。
【００４０】
上記ズーム倍率調整部９を介したレーザ光は、対物レンズ１０を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される。
このとき、対物レンズ１０によるフォーカス点は、ホログラム記録媒体ＨＭにおける記録層Ｌ２と基板Ｌ３との界面に位置するように制御が行われる。図示は省略したが、図１に示す記録再生装置には、対物レンズ１０のフォーカスサーボ制御を行うための構成が備えられている。フォーカスサーボ制御については、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）など現状の光ディスクシステムで採用されている各種の手法を用いて行うことができる。
【００４１】
ここで、記録時においては、上述した変調制御部１３の制御に基づき、記録データに応じた光強度変調を受けた信号光と、所定の強度パターンの与えられた参照光とが生成される。このようにして生成された信号光と参照光とが、上記により説明した光路により対物レンズ１０を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される。これにより、ホログラム記録媒体ＨＭの記録層Ｌ２には、上記信号光と参照光との干渉縞により、記録データを反映したホログラムが形成される。すなわち、データの記録が行われる。
なお確認のために述べておくと、コアキシャル方式では、記録層Ｌ２を記録波長に対して充分に厚く形成してボリュームホログラム記録を行うようにされる。所謂、厚いホログラムを記録するものである。
【００４２】
一方、再生時においては、上述のように参照光のみが生成され、当該参照光が上記により説明した光路により対物レンズ１０を介してホログラム記録媒体ＨＭ（記録層Ｌ２）に照射される。この参照光の照射に応じては、記録層Ｌ２に形成されたホログラムに応じた回折光が得られる。すなわち、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータに応じた再生像（再生光）が得られる。
【００４３】
このように参照光の照射に応じて得られた再生光は、ホログラム記録媒体ＨＭを透過し、図のように集光レンズ１１に拡散光として入射する。上記再生光は、当該集光レンズ１１によって平行光となるようにされた後、図のようにイメージセンサ１２に入射する。
【００４４】
イメージセンサ１２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子を備え、上記のようにして入射した（結像した）ホログラム記録媒体ＨＭからの再生光を受光し、これを電気信号に変換して画像信号を得る。このようにして得られた画像信号は、記録時の信号光における光のオン／オフパターン（つまり「０」「１」のデータパターン）を反映したものとなっている。すなわち、このようにしてイメージセンサ１２で検出される画像信号が、ホログラム記録媒体ＨＭに対して記録されたデータの読み出し信号に相当する。
【００４５】
データ再生部１４は、上記イメージセンサ１２によって検出された画像信号中に含まれるＳＬＭ３の画素単位の値ごとに、「０」「１」のデータ識別、及び必要に応じて記録変調符号の復調処理等を行って、記録データを再生する。つまり再生データを得る。
【００４６】
また、この図１に示す記録再生装置には、当該記録再生装置の全体制御を行うための制御部１５が備えられる。
この制御部１５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Randam Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータで構成され、例えば上記ＲＯＭ等に格納されたプログラムに従った各種の演算処理・制御処理を実行することで、記録再生装置の全体制御を行う。
【００４７】
この制御部１５に対しては、図示するようにしてメモリ１６、及び温度センサ１７が接続されている。
温度センサ１７は、記録再生装置に装填されたホログラム記録媒体ＨＭの温度を検出する。この温度センサ１７は、例えば、温度を抵抗値に変えて検出するサーミスタを上記装填されたホログラム記録媒体ＨＭに近接する位置となる部分に配置した構成とされる。
なお、このようなサーミスタを備えた構成とする以外にも、例えば市販のサーモグラフィによる温度検出器を使用するなど、温度センサ１７としては他の構成を採ることもできる。
【００４８】
上記メモリ１６には、図示するようにして調整値テーブル１６ａが記憶されている。
図４は、当該調整値テーブル１６ａのデータ構造例を示している。
この図４に示すように、調整値テーブル１６ａは、温度変化量の値ごとに、その温度変化量に応じて設定されるべきズーム倍率変化量の値と波長変化量の値の組が格納されている。
【００４９】
制御部１５は、上記温度センサ１７によるホログラム記録媒体ＨＭの温度検出結果と、上記調整値テーブル１６ａの情報内容とに基づき、再生時における記録時からの温度変化量（ΔＴ）に応じた参照光ズーム倍率と波長の調整が行われるようにレンズ駆動部９（又は変調制御部１３）に対する制御、及び波長可変レーザ１に対する制御を行う。すなわち、温度補償のための制御処理を実行する。
なお、制御部１５によって実現される実施の形態としての温度補償処理の具体的な内容、及び上記調整値テーブル１６ａに格納されるべき値の詳細については後に改めて説明を行う。
【００５０】
〜ズーム倍率の調整について〜
図５は、図１に示したズーム倍率調整部９の内部構成を示している。図５（ａ）はレーザ光の拡大時、図５（ｂ）は縮小時の様子を示している。
この図５に示されるように、ズーム倍率調整部９には、先の図１に示したレンズ７を構成する固定レンズ７ａと可動レンズ７ｂの組と、レンズ８を構成する固定レンズ８ａと可動レンズ８ｂの組とが設けられる。さらに、上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂをレーザ光の光軸に平行な方向に駆動するレンズ駆動部９ａが設けられる。
【００５１】
上記レンズ駆動部９ａは、図示の都合上その詳細な構成は省略したが、上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂをレーザ光の光軸と平行な方向に移動可能に保持するレンズ駆動機構と、例えばモータなどにより上記レンズ駆動機構に対し上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂを移動させるための駆動力を与える駆動部とを有している。図１に示した制御部１５からの制御に基づき、上記駆動部が上記レンズ駆動機構に駆動力を与えることで、上記制御部１５からの制御に応じた方向及び駆動量だけ上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂとが駆動されるようになっている。
【００５２】
具体的に、図５（ａ）に示す拡大時には、制御部１５からの制御に応じて、レンズ駆動部９ａが、上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂを光源側（ホログラム記録媒体ＨＭに対して遠ざかる側）に駆動する。これにより、図示するようにして入射光のサイズ（この場合は径）に対し出射光のサイズが拡大されることになる。
一方、図５（ｂ）に示す縮小時には、制御部１５からの制御に応じレンズ駆動部９ａが上記可動レンズ７ｂと上記可動レンズ８ｂを拡大時とは逆側（ホログラム記録媒体ＨＭに対して近づく側）に駆動する。これにより、入射光のサイズに対し出射光のサイズが縮小されることになる。
【００５３】
このようにしてズーム倍率調整部９は、入射するレーザ光のサイズの倍率（ズーム倍率とも呼ぶ）を変化させることが可能に構成されている。
上記による説明からも理解されるように、このズーム倍率調整部９に対するズーム倍率の設定制御は、制御部１５により行われる。具体的に、制御部１５が、後述する参照光ズーム倍率変化量（Δｍ）の値に応じてレンズ駆動部９ａによる可動レンズ７ｂ,８ｂの駆動方向及び駆動量を制御することで、ズーム倍率の設定制御が行われる。
【００５４】
ここで、参照光のズーム倍率の調整は、このようなズーム倍率調整部９に依らずとも、ＳＬＭ３で生成する参照光のサイズを変更することによっても行うことができる。
図６は、そのイメージを示している。
この図６に示すように、例えばＳＬＭ３において参照光エリアＡ１を拡大するようにして入射光に対する強度変調を行えば、参照光のサイズを拡大することができる。逆に、参照光エリアＡ１を縮小するようにして入射光に対する強度変調を行えば、参照光のサイズを縮小することができる。
このことからも理解されるように、ＳＬＭ３の空間光変調によっても、参照光のズーム倍率の調整を行うことができる。
【００５５】
このようにＳＬＭ３の空間光変調により参照光のズーム倍率調整を行う場合、倍率の設定制御は制御部１５が行うことになる。具体的に、制御部１５は、変調制御部１３に対し、後述する参照光ズーム倍率変化量の値に応じて設定すべきとされた参照光エリアＡ１のサイズによりＳＬＭ３における参照光生成のための強度変調が行われるように指示を行う。このような指示に応じて変調制御部１３がＳＬＭ３の駆動制御を実行することで、ＳＬＭ３の空間光変調を利用した参照光のズーム倍率調整が実現される。
【００５６】
なお確認のために述べておくと、参照光のズーム倍率の調整は、少なくともＳＬＭ３の空間光変調又はズーム倍率調整部９の何れか一方を用いて行われればよいものである。
【００５７】
ここで確認のために、上記のような参照光のズーム倍率の調整によりもたらされる作用について図７、図８を参照して説明しておく。
図７は、参照光の拡大時（図７（ａ））、縮小時（図７（ｂ））において、図１に示す対物レンズ１０を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される光線の様子を模式的に示している。
この図７からも明らかなように、ズーム倍率調整により参照光サイズが拡大／縮小された場合には、対物レンズ１０を介してホログラム記録媒体ＨＭに照射される参照光の入射角度θrefが変化することになる。具体的に、図７（ａ）に示す拡大時には、参照光の入射角度θrefは大きくなり、逆に図７（ｂ）に示す縮小時には参照光の入射角度θrefは小さくなる。
【００５８】
なお確認のために述べておくと、参照光には、画素単位（ピクセル単位）でＯＮ／ＯＦＦ（点灯／非点灯）のパターンが与えられている。すなわち参照光は、このようなピクセルごとの光線の集合と捉えることができる。
図１に示す記録再生装置において、対物レンズ１０は、平行光として入射する光線を光軸上の一点に収束させる凸レンズとして構成されている。この前提を踏まえると、上記のように参照光内のピクセルごとの各光線は、その最外周部における光線から最内周部における光線にかけてそれぞれ異なるＮＡ（Numerical Aperture）を有することになる。具体的には、外周側に位置する光線ほどＮＡの値が大きく（入射角度θrefは大）、内周側に位置する光線ほどＮＡの値は小さく（入射角度θrefは小）なる。
上記のようにズーム倍率調整が行われて参照光のサイズが拡大／縮小されれば、参照光内のこれらピクセルごとの光線の入射角度θrefがそれぞれ大／小となる。
なお、本明細書において、「参照光の入射角度」といったときは、このような参照光内のピクセルごとの光線の入射角度を指すものとする。図７では図示の都合から、最外周に位置するピクセルの光線についての入射角度θrefを代表して示している。
【００５９】
図８は、再生時におけるメディア温度（ホログラム記録媒体ＨＭの温度）が、記録時から変化した際の様子を模式的に示している。なお図８では、再生時におけるホログラム記録媒体ＨＭの特に記録層Ｌ２の様子と、記録層Ｌ２に形成された（記録された）ホログラム（図中の斜線部）の様子とを模式的に示している。
図８（ａ）は記録時の温度の方が再生時の温度よりも高かった場合（つまり再生時に温度降下が生じる場合）の様子を示し、図８（ｂ）は記録時の温度の方が再生時の温度よりも低かった場合（つまり再生時に温度上昇が生じる場合）の様子を示している。
なお、記録層Ｌ２の体積変化に伴うホログラムの変化を厳密に説明するためには、各ピクセルごとの変化を示すべきであるが、ここでは図示の都合や説明の簡略化を図るべく、ホログラムの変化を１ページ分の単位で大まかに示している。
【００６０】
図８（ａ）に示されるように、記録時の温度の方が高かった場合には、再生時において、ホログラムの角度は大となる傾向になる。
記録時に温度が高い場合、記録時における記録層Ｌ２は、図８（ｂ）に示すものと同様に膨張状態にあることになる。そして当該図８（ｂ）に示されるものと同様の形状でホログラムが形成されることになる。この状態から、温度が降下し記録層Ｌ２が収縮すると、記録層Ｌ２とそこに形成されたホログラムの様子は図８（ａ）に示す状態となり、これを図８（ｂ）の場合と比較すれば、ホログラムの角度は大となることが理解できる。
【００６１】
ここで、上記による説明は、温度の上昇／降下に伴い、記録層Ｌ２の膨張／収縮が垂直方向（記録面に平行な方向とは直交する方向：ホログラム記録媒体ＨＭに照射されるレーザ光の光軸に平行な方向）にのみ生じることを前提としている。
このように垂直方向の膨張／収縮のみを前提とするのは、ホログラム記録媒体ＨＭが、先の図２にも示した如く記録層Ｌ２を基板で挟み込むかたちで形成されていることによる。つまりこのような構造によると、記録層Ｌ２としてのホログラム記録材料が記録面に平行な方向（記録面内方向とも呼ぶ）において膨張／収縮する力は、上記基板（カバー層Ｌ１、又は基板Ｌ３）によって抑制されることになる。特に、カバー層Ｌ１や基板Ｌ３としてガラス基板など比較的熱膨張率（線膨張係数）の低い材料を選定した場合には、記録面内方向における記録層Ｌ２の膨張／収縮はほぼ生じないものとして扱うことができる。
このように記録層Ｌ２の膨張／収縮が主に垂直方向において生じるので、膨張時も収縮時も、形成されるホログラムの幅は殆ど変化せず、このことで、温度変化に応じては、上述のようにホログラムの角度のみが主に変化するものとして扱うことができるものである。
【００６２】
一方、図８（ｂ）に示す、記録時の温度の方が低かった場合には、再生時において、ホログラムの角度は小となる傾向になる。すなわち、記録時に温度が低い場合は、記録時における記録層Ｌ２は図８（ａ）に示すものと同様に収縮状態にあり、図８（ａ）に示されるものと同様の形状でホログラムが形成されることになる。この状態から、温度が上昇し記録層Ｌ２が膨張すると、上述のようにこの膨張は主に垂直方向に生じることから、形成されたホログラムは、その幅は殆ど変化せず垂直方向においてのみ伸張するようになる。この結果、図８（ａ）と比較して分かるように、再生時に温度上昇が生じた場合には、ホログラムの角度は小となる傾向になる。
【００６３】
このようにメディア温度が記録時と再生時とで異なると、再生時におけるホログラムの角度は記録時のものとは異なることになる。
ここで、ホログラムは、記録時に或る入射角度θsigで入射した信号光に対して、或る入射角度θrefにより入射した参照光が干渉して形成されるものである。従って、記録時からの温度変化が生じ、上述のようにホログラムの角度が記録時から変化してしまった場合、記録時と同じ入射角度θrefによる参照光を照射したのでは、ホログラムを適正に再生することはできない。
このために、温度変化が生じた場合には、変化したホログラムの角度に応じて、照射する参照光の入射角度θrefを変化させる。具体的には、図８（ａ）に示す記録時の温度の方が再生時よりも高かった場合（再生時に温度降下した場合）には、ホログラムの角度が大となることに対応させて、参照光の入射角度θrefも大とするように調整する。すなわち、ズーム倍率を大とするように調整を行う。
一方、図８（ｂ）に示す記録時の温度の方が再生時よりも低かった場合（再生時に温度上昇した場合）には、ホログラムの角度が小となることに対応させて、参照光の入射角度θrefを小とすべく、ズーム倍率を小とするように調整を行うものである。
【００６４】
[２．像ボケ防止のための条件式の導出]
<２-１．説明の概要>
先に指摘した通り、ホログラム記録再生方式としてコアキシャル方式を採用する場合は、１つの信号ピクセルの記録再生に多数の回折格子ベクトルが作用するため、それぞれの回折光角度にずれがある場合は、再生像の像ボケが発生し、結果としてＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が大きく低下してしまうことになる。この点から、コアキシャル方式における温度補償では、回折効率の向上を図るのみでなく、上記のような像ボケの防止を図ることが重要となる。
【００６５】
以下では先ず、メディアの温度変化によって引き起こされる物性の変化と記録再生に与える影響について説明を行い、その上で、像ボケの発生メカニズム、及び像ボケを発生させない再生条件の導出を行う。
【００６６】
<２-２．ホログラムメディアの温度依存性>
(２-２-１．温度変化に伴う物性変化)
〜体積変化〜
例えばフォトポリマなどに代表されるホログラム記録材料は、それ自体の熱膨張は基本的に等方的となる。しかしながら、実際にホログラム記録媒体の記録層として用いる際には、線膨張係数の異なる保護基板（例えば図２に示したカバー層Ｌ１や基板Ｌ３）でホログラム記録材料を挟む構造となるため、体積変化は等方的にはならず、異方的となる。
先に述べたように、ガラスなど線膨張係数の小さな保護基板を用いたメディアにおいては、温度変化による体積変化は垂直方向（ホログラム厚さ方向：以下、ｚ方向とも表記する）が支配的になる。厚さの変化量は主に記録材料自身の膨張収縮で決まり
【数３】
2010153010.tif 000005
と表される。ここでＣTEZは記録材料の線膨張係数、ΔＴは温度変化量（記録時と再生時のメディア温度差）、Ｌ0は記録層の厚さである。
【００６７】
一方、例えばポリカーボネート基板などの線膨張係数の比較的大きな基板材料で記録層を挟む場合には、基板の熱膨張・収縮に伴うかたちで記録面内方向（上記垂直方向とは直交する方向：以下、ｘ方向とも表記する）にも体積変化が生じる。いま、光を照射するエリアをＷ0とすると、ｘ方向の温度膨張／収縮は
【数４】
2010153010.tif 000006
と表せる。ＣTEXは保護基板の線膨張係数である。
【００６８】
また、温度による体積変化以外にも、記録時のモノマの重合反応に伴う収縮も起こる。この影響による記録材料の体積変化をそれぞれ
【数５】
2010153010.tif 000007
【数６】
2010153010.tif 000008
と表すことにする。但し[式３][式４]において、σX、σZは重合に伴うｘ方向、ｚ方向の記録材料収縮率である（σX, σZ＜０）。このとき、温度変化と重合による収縮を含めたホログラムの体積変化は
【数７】
2010153010.tif 000009
【数８】
2010153010.tif 000010
となる。
【００６９】
〜屈折率変化〜
次に、再生時の平均屈折率の変化について考える。再生時の記録材料屈折率ｎRも、温度変化量ΔＴの関数となる。温度変化が小さい場合、屈折率の温度勾配ｖ(＝ｄｎ/ｄＴ) の値はほぼ一定値とみなせるので、再生時の屈折率ｎRは
【数９】
2010153010.tif 000011
の直線で近似できる。一般的なフォトポリマ材料ではｖ＜０であり、温度が上昇するほど屈折率ｎRが低下する。[式７]の第３項にあるΔｎPolyは、記録後の重合反応による平均屈折率変化である。
【００７０】
(２-２-２．ブラッグ不整合による回折効率の低下)
体積変化や屈折率変化が起こると、記録後に記録時と同じ参照光を照射して再生を行っても、回折効率が大きく低下するために適正なデータ再生を行うことができない。この現象は、一般的に厚いホログラム中におけるブラッグ回折の選択性によって説明される（この点については下記の参考文献１を参照）。
・参考文献１・・・ H. J. Coufal, D. Psaltis, and G. T. Sincerbox, eds., Holographic Data Storage, Vol. 76 of Springer Series in Optical Sciences (Springer-Verlag, Berlin, 2000).
【００７１】
ここでは最も単純な例として、ホログラム記録材料に２つの平面波（信号光と参照光）が入射する単一記録から説明する。
図９は、ホログラムの記録過程における波数ベクトルと回折格子ベクトルの関係について説明するための図である。この図９では、ホログラム記録媒体ＨＭと記録時に照射される信号光と参照光（共に１ピクセル分の光線）を模式的に示している。また図９では、上述したｘ方向とｚ方向の関係も併せて示している。
【００７２】
この図９に示されるように、無限平面波の二光束干渉によってもたらされる記録材料の屈折率変調は、単一の空間周波数を持つ回折格子となる（これが最も基本的なホログラムである）。この屈折率格子のピッチと方位を規定する回折格子ベクトル（格子ベクトル）は
【数１０】
2010153010.tif 000012
によって定義される。ここで、図９にも示されているｋsig、ｋrefは、それぞれ信号光、参照光を表す波数ベクトルであり、
|ｋsig|＝|ｋref|＝ｋW＝２πｎW／λW
である（λWは記録波長）。
【００７３】
これら格子ベクトル、波数ベクトルは、例えば図１０に示されるように、Ｋ空間上で半径|ｋ|＝ｋWの球（Ewald球：Ewald sphere）の上に位置するものとして扱うことができる。格子ベクトルＫgの向きは、体積格子の向きの法線方向を表し、またこの格子ベクトルＫgの長さは、格子ピッチΛに対し、
【数１１】
2010153010.tif 000013
で表される逆数の関係となる。これは、格子ベクトルの大きさである空間周波数とホログラム屈折率変調の実空間位置がフーリエ変換対であることに由来する。
【００７４】
続いて、ホログラムの再生について考える。実際のホログラムの空間周波数分布は格子ベクトル空間上においてデルタ関数ではなく、有限の広がり（不確定性）をもつため、ブラッグ条件を完全に満足しなくても回折光は発生する。このことを踏まえると、再生参照光（再生時の参照光）ｋreadと回折信号光（再生光）ｋdifの波数ベクトルの関係は
【数１２】
2010153010.tif 000014
となる。ここで、ｋread、ｋdifは|ｋ|＝ｋR＝２πｎR／λRのEwald球上のベクトルである（λRは再生波長）。有限の広がりΔｋは「ブラッグ不整合量」と呼ばれており、ブラッグ条件からの角度ずれや位置ずれの度合いを表すパラメータである。Ｋ'gは再生時におけるホログラムの格子ベクトルである。
ブラッグ条件（ブラッグの条件）と呼ばれるものは|Δｋ|＝０の場合、つまり
【数１３】
2010153010.tif 000015
である。先の[式８]とこの[式１１]とから、ホログラムが記録時と同じ状態であり（Ｋg＝Ｋ'g）、かつ同じ参照光を用いて再生（ｋref＝ｋread）を行う場合、ブラッグ条件はｋsig＝ｋdifとなり、記録時と同じ方向に回折光が発生する。これが通常のボリュームホログラムの再生原理である。
【００７５】
Kogelnikの結合波理論（下記参考文献２を参照）によると、ホログラム厚さ方向(ｚ方向)だけが幅Ｌ0の有限開口を持ち、記録面内方向(ｘ方向)は無限な広がりを持つ（つまりΔｋがｋZ方向成分しか持たない）と仮定することにより、二つの光線の干渉により記録されるホログラムの回折効率ηは、以下のシンプルな式で記述できる。
【数１４】
2010153010.tif 000016
ここでη0は記録時の回折効率、ΔｋZはｋZ方向の不整合量である（|Δｋ|＝ΔｋZ）。また、[式１２]におけるsinc関数の定義は
【数１５】
2010153010.tif 000017
である。
・参考文献２・・・ H.W. Kogelnik, “Coupled wave theory for thick hologram gratings,” Bell Syst. Tech. J., Vol. 48, pp. 2909?2947 (1969).
【００７６】
図１０は、ブラッグ回折の選択性をＫ空間上で表現したものである。図１０（ａ）は記録時における信号光・参照光の波数ベクトルと格子ベクトルとの関係、図１０（ｂ）は再生時における参照光・回折信号光の波数ベクトルと格子ベクトルとの関係を示している。
回折光ｋdifがちょうどEwald球の表面上にくるとき、ΔｋZ＝０となり、回折効率は最大となる。この図１０に表されるような、位相不整合量（角度・波長のシフト量）を横軸としたsinc関数は、ブラッグ選択性と呼ばれている。
【００７７】
ホログラム記録後に記録材料の体積変化が起こると、格子ピッチと向きの両方が変化する。この変化は格子ベクトルの拡大／縮小に対応しており、
【数１６】
2010153010.tif 000018
【数１７】
2010153010.tif 000019
【数１８】
2010153010.tif 000020
のように記述できる。ここで、ＫgZ、ＫgXはそれぞれ格子ベクトルのｋZ成分、ｋX成分である。
【００７８】
図１１は、温度上昇によるホログラムの膨張と、それに伴い格子ベクトルが縮小する様子を模式的に示している。
この図１１に示されるように、温度変化による膨張／収縮が垂直方向にしか起こらない場合、格子ベクトルの変化も厚さ方向の成分だけが縮小する。温度変化がある場合はＫg≠Ｋ'gとなるため、記録時と同じ参照光を照射したのでは、必然的にブラッグ条件が満たさないことになる。
【００７９】
また、屈折率の温度分散を表す[式７]も、再生時のブラッグ不整合、すなわち回折効率の低下の原因となる。この場合、格子ベクトルＫg自体は変化しないが、再生参照光ｋreadと回折信号光ｋdifの長さと向きが変化する。
【００８０】
図１２は、ホログラムの記録後に記録材料の平均屈折率のみが低下した場合に起こるブラッグ不整合をＫ空間上で表している。
記録材料の屈折率だけが変わるのであれば、変化の前後で外部入射角との間にスネルの法則
【数１９】
2010153010.tif 000021
【数２０】
2010153010.tif 000022
が成り立つ。ここで、これら[式１７][式１８]におけるΘsig、Θrefはそれぞれ信号光、参照光の外部入射角を表し、θsig＋Δθsig、θref＋Δθrefはそれぞれ回折信号光、再生参照光の内部角である（図１２では信号光角度は負である）。
【００８１】
[式１７]、[式１８]の関係は、平均屈折率の増加（減少）によって再生参照光、回折信号光の波数ベクトルがｋZ方向成分に拡大（縮小）されることを意味している。一方で、この場合は、体積変化は生じず屈折率変化のみが生じることを前提としているので、格子ベクトルＫgは変化しないことになる。
これらの結果、図１２に示されるようにして不整合量ΔｋZが発生するものとなり、それによって回折効率が低下する。
【００８２】
(２-２-３．ページ回折効率の最大化と均一化)
上記により説明した温度変化に伴うホログラムの物性変化は、参照光の入射角度や波長を温度変化に応じて適切に調整することで補償できる。
但し、ここで注意すべきは、実際のホログラム記録では多数の格子ベクトルを同時に補償する必要があるという点である。
【００８３】
図１３は、ホログラムの再生時の様子をＫ空間上で表現した図であり、Ｋ空間上において参照光（及び参照光エリア）、格子ベクトル、回折信号光（及び信号光エリア）の関係を模式的に示している。
いま、補償すべき信号は、図１３に回折信号光として示すような広い角度に広がるデータページであるので、ページ全体の回折効率が最大かつ均一となるように、参照光の入射条件を調整する必要がある。
【００８４】
但し、一般的に参照光入射角度、波長の何れか一方だけを用いた補正では、ページ内で回折効率の明暗（再生像の明暗）が発生してしまい、再生像の光量分布を均一にすることができない（例えば先に挙げた特許文献２や特許文献４などを参照）。最適な参照光の入射条件を実現するには、参照光入射角度と波長の双方を変化させるのが有効である。
【００８５】
(２-２-４．コアキシャル方式における像ボケ)
また、特にコアキシャル方式の温度補償においては、回折効率の向上及び均一化を図るだけでなく、上述した像ボケの発生を防止すべく、再生光（回折信号光）の出射角度を補償後においても変化させないことが重要である。
例えば信号光と参照光を同一光軸上に配置しない所謂二光束方式を採用する場合には、温度補償時の再生光出射角が入射条件に応じて僅かにずれることがあるが、再生像が水平にシフトするだけであるので、実質的にＳＮ比に及ぼす影響は非常に少ない。
一方、コアキシャル方式においては、先の説明からも理解されるように、広い角度スペクトルを持つ参照光が用いられるため、１つの信号ピクセルの再生像は多数の格子ベクトルでそれぞれ回折された回折光の重ねあわせとなる。従って、単に回折効率のみを考慮した補償を行って、その結果回折信号光の出射角がそれぞれ異なってしまった場合には、回折光が１つのピクセルに集まらなくなり、その結果、再生像にボケが生じる。
【００８６】
図１４、図１５を参照して、像ボケのイメージを説明しておく。図１４は正常再生時（回折信号光の出射角度にずれが無い場合：像ボケ無しの場合）のＫ空間上における参照光（及び参照光エリア）、格子ベクトル、回折信号光（及び信号光エリア）の関係を模式的に示し、図１５は回折信号光の出射角度にずれが生じた場合（像ボケ有りの場合）のＫ空間上における参照光（及び参照光エリア）、格子ベクトル、回折信号光（及び信号光エリア）の関係を模式的に示している。またこれら図１４、図１５では、回折信号光の強度分布も併せて示している。
これらの図を参照して明らかなように、コアキシャル方式では多数の格子ベクトルからの回折光が１ピクセルの信号再生に寄与するため、回折信号光の出射角度にずれが生じると、必然的に再生像のボケが生じる。
【００８７】
先に述べた通り、このような像ボケが生じると、他のピクセル（データ）とのクロストークが発生し、結果としてＳＮ比の大幅な低下を招く。このため、コアキシャル方式において温度補償を行う際には、像ボケを生じさせない再生条件を設定することが必須となる。
【００８８】
<２-３．理論解析による条件式の導出>
続いて、上記のような像ボケの発生を防止するための再生条件を導出する。簡単のため、以下の説明においては波数ベクトル空間を(ｋZ,ｋX)の２次元平面に限定して考える（勿論３次元の導出も可能であるが、コアキシャル方式の光学系はｚ軸を中心とした回転対称であるため、結果として得られる条件式は同じとなる）。
【００８９】
先ず、信号光、参照光の波数ベクトルのｋZ成分,ｋX成分はそれぞれ
【数２１】
2010153010.tif 000023
【数２２】
2010153010.tif 000024
と表される。これらの干渉により記録されるホログラムの格子ベクトルは、先の[式８]より
【数２３】
2010153010.tif 000025
となる。よって、温度変化により膨張／収縮した後の格子ベクトルは、先の[式１６]より
【数２４】
2010153010.tif 000026
となる。
【００９０】
先に述べたように、温度補償においては、再生参照光ｋreadについてその入射角度と光波長の双方を調整することが有効である。このとき、再生参照光ｋreadは、波長の調整量（波長変化量）と先の[式１７]の温度分散とによる影響を考慮すると、
【数２５】
2010153010.tif 000027
と表される。
【００９１】
ここで、確認のため、再生参照光の波数ベクトルｋread、回折信号光の波数ベクトルｋdif、格子ベクトルＫ'g、及びブラッグ不整合量Δｋの関係式である[式１０]を再掲しておく。
【数２６】
2010153010.tif 000028
このとき
【数２７】
2010153010.tif 000029
である。
【００９２】
像ボケが起こらないようにするには、任意の記録光角度θsig、θrefにおいて、回折光の出射角が一定となるように設定すればよい。いま、記録時に照射した信号光ｋsigと回折信号光ｋdifの出射角（つまりは実像面での位置）を決めるｋX成分が、温度補償の前後で保存される状況を考える。
先の[式１９]におけるｋsigと[式１０]におけるｋdif (＝ｋread+Ｋ'g+Δｋ)のｋX成分を比較すると
【数２８】
2010153010.tif 000030
となる。
【００９３】
ここで、温度変化の補償を、参照光のズーム倍率の変更を主として行うことを考える。  先ず、参照光のズーム倍率ｍを次のように定義する。
【数２９】
2010153010.tif 000031
なお確認のために述べておくと、参照光のズーム倍率変化量Δｍは、記録時の参照光ズーム倍率からの変化量を表すものである。
【００９４】
上記[式２６]を用いて先の[式２５]を書き直すと、
【数３０】
2010153010.tif 000032
の関係が得られる。この[式２７]における右辺の第２項については、ほとんどの場合
sinθref >> (ＣTEXΔＴ+σX)sinθsig
が成り立つので、これを無視すると、ズーム倍率変化量Δｍと波長変化量Δλの関係式
【数３１】
2010153010.tif 000033
が導かれる。
なお、それぞれの変化幅は１０-3以下のオーダであり、１に比べてはるかに小さいので
【数３２】
2010153010.tif 000034
と近似してもよい。
【００９５】
これら[式２８][式２９]による条件式には、記録時の入射角依存性が含まれていないので、これを満たす限り、参照光のズーム倍率や波長を変更した場合でも、像ボケのない明瞭な再生像を得ることができる。
【００９６】
ここで、特に保護基板としてガラスなど比較的線膨張係数の小さな材料を用いるなど、温度変化による体積変化が垂直方向にのみ生じるとみなされる場合には、記録材料のｘ方向の膨張／収縮（ＣTEXΔＴ）や基板の熱膨張（σX）についての項は無視することができる。
従ってその場合、上記の条件式は、
【数３３】
2010153010.tif 000035
とおくことができる。
【００９７】
この[式３０]より、温度変化による体積変化が垂直方向にのみ生じるとみなせる場合には、例えば波長を１％短く調整するときには、連動してズーム倍率も１％だけ縮小させればよいことになる（仮に、中心波長400nmとした場合は、Δλ＝−４nm、Δｍ＝−0.01となる）。
【００９８】
なお、上記による像ボケ防止のための条件式（[式２８][式２９][式３０]）には、屈折率の項が含まれないことに注意する。これは、先の図１２で示したように屈折率が変わっても波数ベクトルは変化せず、スネルの法則により信号光、参照光のｋX成分が保存されるからである。
【００９９】
[３．回折効率の向上・均一化のための再生条件の導出]
次に、上記による像ボケ防止条件を満たした上で、回折効率を記録時と同じ高さまで回復させる（つまり温度変化無しの場合と同様に回復させる）温度補償条件を導出する。
再度、先の[式１０]に戻り、両辺のｋZ成分を比較する。
ここで
−π／２＜θsig＜π／２、−π／２＜θref＜π／２
の透過型ホログラムを仮定し、|ｋdif|2＝ｋR2を用いると
【数３４】
2010153010.tif 000036
が成り立つ。これを[式２６]を用いて整理し、ΔｋZについて解くと
【数３５】
2010153010.tif 000037
が得られる。ここで、変数ＡZ、ＢX、ＣΔnはΔＴの一次関数
【数３６】
2010153010.tif 000038
【数３７】
2010153010.tif 000039
【数３８】
2010153010.tif 000040
であり、それぞれ、
ＡZ：ｚ方向の体積変化
ＢX：ｘ方向の体積変化とズームによる補正
ＣΔn：屈折率変化の影響
を表している。これらのバランスを適切にとり、ブラッグ条件に相当するΔｋZ＝０となるようにすることで、温度変化により低下した回折効率を回復させることができる。
【０１００】
但し、[式３２]には信号光入射角度θsigの依存性が存在するため、温度だけが変化するとΔｋZ≠０となり、全体的に回折効率が低下するだけでなく、角度依存性のために、出力されるデータページ内の光量分布が不均一となってしまう。
理想的には、データページ全体、つまり任意のθsigについてΔｋZ＝０にするような再生条件が最も望ましい。
【０１０１】
なお確認のために述べておくと、上記[式３４]にも、記録面内方向への体積変化に係るＣTEXΔＴやσXの項が含まれているが、この場合も体積変化が垂直方向のみに生じることを前提とできる場合には、これらの項は省略することができる。
【０１０２】
[４．像ボケを防止した温度補償のイメージ]
ここで、Ｋ空間上での格子ベクトルを考えると、[式３２]の条件をより直感的に理解することができる。
図１６は、像ボケを防止した温度補償のイメージをＫ空間上で表した図である。この図１６では、温度上昇により記録材料がｚ方向へ膨張した場合の温度補償のイメージについて表しており、Ｋ空間上での記録時の参照光ｋref、再生参照光ｋread、回折信号光ｋdif、及び複数の格子ベクトルの描く軌跡（図中の太曲線）の関係を示している。
なお、この図１６における複数の格子ベクトルは、１つの参照光と複数の信号光とで記録された各ホログラムの格子ベクトルを示すものである。
【０１０３】
この図１６においては、１つの参照光と複数の信号光とで記録された格子ベクトルの集合（つまりホログラム）の描く軌跡に注目する。ｚ方向への膨張が起こると、複数の格子ベクトルの集合が描く軌跡はｋZ方向に縮小されるため、元々Ewald球に沿った球面だったものが楕円体面に変形される。
そこで、図中に示されるようにズーム倍率と波長を適切に調整（Δλ＜０、Δｍ＜０）することにより、回折信号光のｋX成分（図中複数の横方向破線）を保持しつつ、ホログラム軌跡の楕円体面の曲率とEwald球面の曲率を一致させることができる。これにより、温度変化が生じた場合も、像ボケを生じさせず、かつ全ての回折信号光角度でΔｋZ＝０に近づけてデータページ全体の回折効率を回復させることができる。
【０１０４】
[５．像ボケを防止した温度補償実現のためのズーム倍率・波長の決定手法]
これまでの説明では、回折効率の改善を、主に参照光のズーム倍率の調整で行うことを前提としたので、先の[式３２]における変数ＢXについては、［式３４］に示したように参照光のズーム倍率変化量Δｍを含むものとした。
このように回折効率の改善を主に参照光のズーム倍率調整で行うことを前提とした場合、像ボケを防止した温度補償の実現のために設定されるべきズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの値の組合せを決定するにあたっては、先ずは[式３２]〜[式３５]に基づいて、各温度変化量（ΔＴ）ごとに、回折効率を改善（向上・均一化）できる参照光のズーム倍率変化量Δｍの値を求めた上で、それら各温度変化量ごとの参照光ズーム倍率変化量Δｍの値から、先の[式２８]や[式３０]などの像ボケ防止のための条件を満たす波長変化量Δλの値をそれぞれ求める、というプロセスを踏むことになる。つまりこれにより、像ボケを防止した温度補償を実現するための、各温度変化量ΔＴごとの、参照光ズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの組合せを決定できる。
【０１０５】
一方で、回折効率の改善は、主に波長変化量Δλ側で行うようにすることもできる。その場合、[式３２]における変数ＢXについては
【数３９】
2010153010.tif 000041
と置き替える。なお、この[式３６]は、先の[式２８]に基づく。
その上で、この[式３６]や先の[式３２][式３３][式３５]を用いて、回折効率を改善することのできる波長変化量Δλを各温度変化量ΔＴごとに求め、それら波長変化量Δλから[式２８]や[式３０]の条件を満たす参照光ズーム倍率変化量Δｍの値をそれぞれ求めることで、像ボケを防止した温度補償実現のためのズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの各組合せを得ることができる。
【０１０６】
例えば上記の何れかの手法によって、像ボケを防止した温度補償の実現にあたって温度変化量ΔＴごとに設定されるべきズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの各組合せを決定できる。
先の図１に示した調整値テーブル１６ａに対しては、例えばこのようにして決定した温度変化量ΔＴごとのズーム倍率変化量Δｍと波長変化量Δλの値を格納しておくことになる。
【０１０７】
但し、上記によるズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの値の組合せの決定手法は、あくまでその一例を示したものに過ぎない。他の手法としては、例えば実際に温度変化を生じさせる実験を行って、先ずはズーム倍率変化量Δｍ（又は波長変化量Δλ）について、温度変化に対する回折効率の向上・均一化の図られる値を探索し、その結果得られた各温度変化量ΔＴごとの値から先の像ボケ防止条件（[式２８]や[式３０]）を満たす波長変化量Δλ（又はズーム倍率変化量Δｍ）の値を算出することで、調整値テーブル１６ａに格納すべきΔｍとΔλの値を決定するといったこともできる。
【０１０８】
何れにしても、本発明においては、各温度変化量ごとに調整されるべき参照光のズーム倍率・光波長の値が、先の[式２８]や[式３０]などに示した像ボケ防止条件を満たすものであればよく、このことで、温度補償時に生じる像ボケを防止できる。
つまりこれを換言すれば、本発明では、回折効率の改善を図るためのズーム倍率、又は波長の決定手法については特に限定はされないが、像ボケの防止に関しては、参照光ズーム倍率・波長の組合せを、先に提示した像ボケ防止条件を満たすように決定することが必須となるものである。
【０１０９】
なお、例えば実験によって温度変化量ごとの値を決定する際には、先の[式３２]〜[式３５]（又は[式３４]に代えて[式３６]）を用いた計算により、データページの中心に相当するsinθsig＝０での最適温度補償条件を求めると、ページ全体のおおまかな見通しを得やすくなる。
【０１１０】
[６．シミュレーション及び実験結果]
参考までに、次の図１７に、温度変化量ΔＴ＝＋５（℃）に対する温度補償時の回折効率−温度変化特性についての計算結果を示しておく。
なお、この図１７に示す計算結果を得るにあたり使用したパラメータは以下の通りである。
・記録波長λW＝407nm
・屈折率：ｎW＝1.50
・ホログラム有効厚さＬ0＝850μm
・信号光ＮＡ：0＜sinθsig＜0.30
・参照光ＮＡ： sinθref＝0.48
・線膨張係数：
ＣTEZ＝7.5*10-4Ｋ-1
ＣTEX＝5.0*10-6Ｋ-1
・屈折率の温度依存性ｖ：ｄｎ/ｄＴ＝−2.5*10-4Ｋ-1
・波長変化量Δλ：−1.6nm
・ズーム倍率変化量Δｍ：−0.004
【０１１１】
上記ズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの値は、先に説明した[式３２]〜[式３５]・[式２８]を用いた手法により、ΔＴ＝＋５のときに回折効率を最大限に改善できるように決定したものである。図１７に示す結果によれば、意図した通り、ΔＴ＝＋５℃のときに回折効率が最大となっていることが確認できる。このとき、回折効率は1.0である。
この計算結果からも、本実施の形態の温度補償手法によれば、回折効率の改善が適正に図られることが分かる。
【０１１２】
また、図１８は、温度変化に対する回折効率の変化特性についての実験結果を示している。
この図１８では、横軸に温度変化量ΔＴ、縦軸に回折効率（正規化回折効率）をとり、図中黒丸のプロットにより本実施の形態の温度補償ありの場合の温度−回折効率特性を示している。なお、図中の黒四角によるプロットは、比較として、温度補償なしの場合の温度−回折効率特性を示したものである。
温度補償ありの場合については、温度変化量ΔＴ＝０〜１７℃の範囲に対する特性を示し、温度補償なしの特性については温度変化量ΔＴ＝０〜７℃の範囲に対する特性を示している。
なお、この図１８に示す実験結果を得るにあたっては、
・記録媒体：フォトポリマ（厚さ６００μm）
・記録波長λW＝407nm
・対物レンズＮＡ：0.55
とした。
また実験において、記録時の温度は28.4℃であった。また、この場合の温度補償については、1.0℃の温度上昇ごとに、波長変化量Δλを−0.3nm、ズーム倍率変化量Δｍを−0.08変化させるものとした。
【０１１３】
この図１８において、温度補償なしの場合は、回折効率を８０％以上に保つことのできる温度範囲はΔＴ＝3.0℃までの範囲であった。これに対し、本実施の形態の温度補償を行う場合は、ΔＴ＝13℃の範囲まで回折効率を８０％以上に保つことができる。この実験結果より、本実施の形態の温度補償によっては、温度補償を行わない従来例と比較して少なくとも４倍以上の温度トレランスの向上が図られるということが理解できる。
【０１１４】
なお、温度補償を行う場合において、ΔＴ＝14℃以上の範囲では回折効率が８０％以下に低下するものとなっているが、これは本例の温度補償の限界を表すものではなく、このような回折効率の低下は、リレーレンズ系（例えば図１における４,６,７,８）や対物レンズ１０,集光レンズ１１による色収差に起因したものである。換言すれば、例えばレンズの設計変更などによりそれらの部分での色収差を抑制すれば、さらなる温度トレランスの向上を図ることができる。
【０１１５】
[７．実施の形態の温度補償処理の具体例]
続いては、上記により説明した本実施の形態としての温度補償を実現するために記録再生装置が行うべき処理について説明する。
先ず前提として、先にも述べたように図１（図４）に示した調整値テーブル１６ａ内には、各温度変化量（ΔＴ）ごとに設定されるべきズーム倍率変化量（Δｍ）と波長変化量（Δλ）の値として、予め計算や実験などで求められた値が格納される。先の説明からも理解されるように、これら温度変化量ΔＴごとに格納されるΔｍ、Δλの値の組は、それぞれ像ボケ防止のための条件式（[式２８]や[式３０]）を満たす関係となっている。
【０１１６】
この前提を踏まえた上で、以下、図１に示す制御部１５が主体となって行う実施の形態としての温度補償処理の具体的内容について説明していく。
図１９は、記録時に対応して制御部１５が実行すべき処理の手順をフローチャートにより示している。
なお、この図１９に示される処理動作（及び後述する図２０の処理動作）は、制御部１５が、例えば内部のＲＯＭ等に格納されたプログラムに基づいて実行するものである。
【０１１７】
図１９において、先ずステップＳ１０１では、温度検出値の取得処理を実行する。すなわち、先の図１に示した温度センサ１７から入力される検出信号に基づき、ホログラム記録媒体ＨＭの温度を示す温度検出値を取得するものである。
ここで、当該ステップＳ１０１の処理は、記録時におけるホログラム記録媒体ＨＭの温度情報を取得するための処理である。このステップＳ１０１の処理は、ホログラム記録媒体ＨＭに対するデータ記録の開始タイミングと同時に行ってもよいし、或いは、データ記録中の任意のタイミングで行ってもよい。ステップＳ１０１の温度取得処理は、少なくともデータ記録の開始から終了までの間において行われればよい。
【０１１８】
次のステップＳ１０２では、データ記録が終了するまで待機する処理を実行する。
そして、データ記録が終了した場合には、ステップＳ１０３に進み、取得した温度検出値（記録時温度情報）を記録区間と対応づけて記録するための処理を実行する。つまり、上記記録時温度情報と、今回のデータ記録処理（上記ステップＳ１０２にてその終了が確認されたデータ記録処理）によりデータ記録が行われたホログラム記録媒体ＨＭ上の記録区間の情報とについて、それらが対応づけられてホログラム記録媒体ＨＭに記録されるように変調制御部１３に対する制御を行うものである。具体的には、上記記録時温度情報と記録区間の情報とを変調制御部１３に与え、これらが対応づけられてホログラム記録媒体ＨＭに記録されるようにするための信号光をＳＬＭ３によって生成させる駆動制御を実行するように変調制御部１３に対する指示を行う。
このステップＳ１０３の処理を実行すると、記録時に対応した処理動作は終了となる。
【０１１９】
図２０は、再生時に対応して制御部１５が実行すべき処理の手順を示したフローチャートである。
この図２０において、先ずステップＳ２０１では、再生対象区間の記録時温度情報を読み出すための処理を実行する。
ここで、記録時温度情報は、いわゆるユーザデータではなく、例えばＴＯＣ（Table Of Contents）情報などのような管理情報の一種となる。一般に、記録媒体についての記録再生装置では、記録媒体が装填されたタイミングに応じて管理情報を読み出し、これを装置内のメモリに格納するということが行われる。そのような場合、このような装填時の管理情報読み出し処理が、ステップＳ２０１の読み出し処理に相当することになる。
或いは、所望の区間のデータ再生時に逐次、その再生対象区間についての記録時温度情報をホログラム記録媒体ＨＭから読み出すという手法を採ることも勿論可能である。
何れにしても制御部１５は、ホログラム記録媒体ＨＭの所定区間（少なくとも記録時温度情報が記録されている区間）についての再生動作が実行されるように制御を行い、それに伴いデータ再生部１４で得られる再生データを入力することで記録時温度情報を取得することになる。
【０１２０】
次のステップＳ２０２では、温度検出値の取得処理を実行する。つまり、温度センサ１７から入力される検出信号に基づきホログラム記録媒体ＨＭの温度を示す温度検出値（つまりこの場合は再生時温度情報となる）を取得するものである。
【０１２１】
続くステップＳ２０３では、取得した温度検出値（再生時温度情報）と記録時温度情報とから、温度変化量（ΔＴ）を算出する処理を実行する。温度変化量ΔＴは、再生時における記録時からの温度変化量を表すものである。従ってステップＳ２０３においては、「記録時温度−再生時温度」による計算を行って温度変化量ΔＴの値を算出する。
【０１２２】
次のステップＳ２０４では、調整値テーブルから温度変化量に応じたズーム倍率変化量（Δｍ）と波長変化量（Δλ）の情報を取得する処理を実行する。
すなわち、調整値テーブル１６ａにおいて、上記ステップＳ２０３にて算出した温度変化量の値に対応づけられて格納されているズーム倍率変化量の値と波長変化量の値とを取得するものである。
【０１２３】
続くステップＳ２０５では、取得したズーム倍率変化量、波長変化量の情報に基づく参照光ズーム倍率、波長の設定制御を行う。
つまり、参照光のズーム倍率については、上記ステップＳ２０４で取得したズーム倍率変化量に応じた方向・駆動量だけ可動レンズ７ｂ,８ｂが駆動されるようにズーム倍率調整部９（レンズ駆動部９ａ）に対する制御を行う。
また、波長については、ステップＳ２０４で取得した波長変化量だけレーザ光の波長をシフトさせるように波長可変レーザ１に対する制御を行う。
このステップＳ２０５の処理を実行すると、実施の形態の温度補償に係る処理は終了となる。
【０１２４】
なお、先にも述べたように、参照光のズーム倍率はＳＬＭ３の空間光変調によっても調整でき、その場合、制御部１５は、変調制御部１３に対し、ステップＳ２０４で取得したズーム倍率変化量の値に応じて設定すべきとされた参照光エリアＡ１のサイズによりＳＬＭ３における参照光生成のための強度変調が行われるように指示を行うことになる。
【０１２５】
或いは、参照光のズーム倍率調整はズーム倍率調整部９とＳＬＭ３の空間光変調の双方を利用して行うこともできる。その場合、制御部１５は、ステップＳ２０４で取得したズーム倍率変化量に応じた参照光のズーム倍率が設定されるように、上記変調制御部１３に対する参照光エリアＡ１のサイズの指示、及び上記レンズ駆動部９ａに対するレンズ駆動量の指示を行う。
【０１２６】
[８．まとめ]
以上で説明したように、本実施の形態では、参照光のズーム倍率と波長の調整によって温度変化による回折効率の低下（及び不均一化）を補償する手法を採る場合において、再生時における記録時からの温度変化量に応じてそれぞれ調整されるべき参照光のズーム倍率と波長を、先の[式２８]や[式３０]に提示した条件式を満たすように調整するものとしたことで、像ボケの発生を防止することができる。すなわち、このような本実施の形態としての温度補償手法によれば、再生像の像ボケを発生させずに、温度変化に伴う回折効率の低下の補償を行うことができる。
この結果、回折効率の改善と像ボケ防止の双方の面でＳＮ比の改善が図られるようにすることができ、単に回折効率の改善を図るようにした従来の温度補償手法を採る場合と比較して、ＳＮ比の大幅な改善を図ることができる。
そして、このことから、本実施の形態によれば、ホログラム記録再生システムの動作可能温度範囲の拡大化を図ることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、記録時温度情報を記録区間の情報と対応づけてホログラム記録媒体ＨＭに記録するものとし、再生時には、再生対象区間の記録時温度情報を取得し、この記録時温度情報に基づき温度変化量の算出を行うものとている。
これによれば、記録区間ごとに温度補償処理を行うことができ、例えば他の記録区間と共通とされた記録時温度情報を用いて温度補償処理が行われる場合と比較して、より正確な温度補償を実現することができる。
【０１２８】
＜第２の実施の形態＞
続いて、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、色収差レンズを用いた温度補償を行うものである。
いま、任意の焦点距離ｆと波長λにおいて
【数４０】
2010153010.tif 000042
を満たす、負の軸上色収差を持つ対物レンズがあるとする。この[式３７]を展開、整理することにより
【数４１】
2010153010.tif 000043
が導かれる。
【０１２９】
ここで、上記[式３８]は、先の[式３０]と等価であることに気づく。
このことによると、[式３７]による軸上色収差を持つ対物レンズを用いるものとすれば、この対物レンズによって、波長側の調整に連動して自動的に参照光のズーム倍率（参照光の入射角度θref）が[式３０]の関係を満たすように補正されることになる。つまり、上記[式３７]を満たす色収差対物レンズを用いることで、ズーム倍率調整部９のような調整機構を敢えて設けずとも、第１の実施の形態の場合と同様に、像ボケを防止した温度補償を実現することができる。
【０１３０】
なお確認のために述べておくと、[式３０]は、先に述べた通り記録層Ｌ２の体積変化が垂直方法にのみ生じることを前提とした場合に成り立つ条件式である。つまりこの点からも理解されるように、第２の実施の形態は、記録層Ｌ２の体積変化が垂直方法にのみ生じることを前提としたときに成立するものとなる。
【０１３１】
図２１は、第２の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。なおこの図において、第１の実施の形態の記録再生装置と共通となる部分については同一符号を付して説明を省略し、以下では主に相違点のみについて説明する。
先ず第２の実施の形態の記録再生装置においては、第１の実施の形態の記録再生装置に備えられていたズーム倍率調整部９が省略される。
そして、対物レンズ１０に代えて色収差レンズ２０が、また集光レンズ１１に代えて色収差レンズ２１が設けられる。
これら色収差レンズ２０,２１には、先の[式３７]を満たす負の軸上色収差を持つレンズが用いられる。
【０１３２】
さらにこの場合、メモリ１６においては、調整値テーブル１６ａに代えて、調整値テーブル１６ｂが格納される。先の説明からも理解されるように、この場合、温度補償にあたっての能動的な調整動作は波長側についてのみ行われればよく、従って上記調整値テーブル１６ｂとしては、温度変化量ごとに、その温度変化量に応じて設定すべきとされた波長変化量の値が格納されることになる。
なお、回折効率の向上・均一化を図るために温度変化量（ΔＴ）ごとに設定されるべき波長変化量（Δλ）の決定手法としては、第１の実施の形態にて説明したものと同様の手法を採ればよい（[式３２][式３３][式３６][式３５]を用いる手法、或いは実験による探索）。調整値テーブル１６ｂに対しては、そのような決定手法によって決定された温度変化量ごとの波長変化量の値が格納される。
【０１３３】
第２の実施の形態の記録再生装置においても、温度補償動作の実現にあたっての制御処理は制御部１５が行う。
制御部１５が記録時に実行すべき処理動作は、この場合も先の図１９にて説明したものと同様となる。
一方、再生時において、この場合の制御部１５は、先の図２０に示したステップＳ２０１〜Ｓ２０３までの処理は共通に行うが、ステップＳ２０４においては、調整値テーブル１６ｂから、算出した温度変化量に応じた波長変化量の情報のみを取得する処理を行うことになる。そして続くステップＳ２０５においては、取得した波長変化量の情報に基づき、波長可変レーザ１に対する波長の設定制御のみを行うことになる。
【０１３４】
このような第２の実施の形態によれば、記録材料の体積変化が垂直方向にのみ生じる場合に対応して、再生像の像ボケを発生させずに、温度変化に伴う回折効率の低下・不均一化の補償を行うことができる。すなわち、第２の実施の形態によっても、従来の温度補償手法を採る場合と比較してＳＮ比の大幅な改善を図ることができ、ホログラム記録再生システムの動作可能温度範囲の拡大化を図ることができる。
【０１３５】
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えばこれまでの説明では、温度変化量に応じて設定すべきズーム倍率変化量Δｍ、波長変化量Δλの値を、予め調整値テーブル（１６ａ、１６ｂ）として装置側に記憶させておく手法を例示したが、これらズーム倍率変化量Δｍ、波長変化量Δλの値は、温度変化量ΔＴの値を変数とした関数により逐次求めるようにすることもできる。つまりこの場合、記録再生装置に対しては、予めメモリ１６などに、上記関数として、例えば先に挙げた[式３２]〜[式３５]（或いは[式３４]に代えて[式３６]）や[式２８]（又は[式２９][式３０]）に基づいて、ΔＴを変数として、像ボケ防止及び回折効率の向上・均一化の図られるΔｍとΔλの値が求まるように設定した関数を格納しておく。その上で、この場合の再生時には、制御部１５が、算出した温度変化量ΔＴと上記関数とに基づき、ΔｍとΔλの値を逐次計算により求めるようにする。
このような手法を採る場合、調整値テーブルを記憶させる必要は無いので、その分メモリ容量の削減を図ることができる。
なお確認のために述べておくと、調整値テーブル１６ａ,１６ｂのように予め設定すべきΔｍ・Δλの値（又はΔλのみ）を格納しておく手法を採る場合には、調整にあたっての演算処理の負担を削減できる。
【０１３６】
また、これまでの説明では、透過型のホログラム記録媒体ＨＭに対して記録／再生を行う場合について例示し、ホログラム記録媒体には透過型ホログラムのみが記録されるものとしたが、反射型ホログラムが記録される場合にも本発明は好適に適用できる。
反射型ホログラム（−π／２＜θsig＜π／２、−π／２＜θref＜３π／２）の場合、先の[式３２]の符号が変わり
【数４２】
2010153010.tif 000044
となる。反射型ホログラムの場合は、この[式３９]に基づき、ΔｋZ＝０とする（或いはΔｋZ＝０に極力近づける）ことのできるズーム倍率変化量Δｍ（又は波長変化量Δλ）を求めるようにすればよい。
なお確認のために述べておくと、この場合は回折効率の向上・均一化を図ることのできるΔｍ（又はΔλ）の最適値を計算により求めるとした場合の手法が異なるのみであり、温度変化量ΔＴごとに設定されるべきΔｍとΔλの関係が[式２８]や[式３０]などの像ボケ防止条件を満たすという点や、温度補償処理の内容自体はこれまでに説明したものと同様となる。
【０１３７】
また、これまでの説明では、ズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの１つの組合せの設定により、データページ全体の回折効率の改善を図ることができることを前提としたが、例えば対物レンズのＮＡが比較的大きく、また記録材料の体積変化も比較的大きい場合などには、ズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの１つの組合せでデータページ全体の回折効率を完全に均一化することが原理的に困難となる。
そのような場合には、１ページ内を複数の領域に分けて、それぞれの領域で最適とされる再生条件で再生を行い、再生された各領域のデータをつなぎ合わせてページ全体のデータを復元するという手法を採ることができる。最も簡単な例としては、１ホログラムページの再生につき、ページ中心部の光強度を強くすることのできるズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの組合わせによる再生と、ページ外周部の光強度を強くすることのできるズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの組合わせによる再生との２度の再生を行い、それらの再生データをつなぎ合わせて１ページ全体の再生データを得るという手法を挙げることができる。
なおこのとき、像ボケの発生が防止されるべく、それぞれの領域の再生で設定されるズーム倍率変化量Δｍ・波長変化量Δλの値が先に提示した像ボケ防止条件を満たすようにすることは言うまでもない。
【０１３８】
また、これまでの説明では、制御部１５が、ズーム倍率や波長の変化量（Δｍ、Δλ）の情報に基づいてズーム倍率・波長の設定制御を行う場合を例示したが、勿論、ズーム倍率ｍや波長λに基づいてズーム倍率・波長の設定制御を行うようにすることもできる。その場合、温度補償にあたって設定されるべきｍ、λの値の決定にあたっては、各式におけるΔｍをｍ−１に、Δλをλ−１に置き換えて考えればよい。また、調整値テーブル１６ａ（又は１６ｂ）に格納される調整値は、ズーム倍率ｍや波長λとなる。
【０１３９】
また、これまでの説明では、信号光や参照光の生成を行うための強度変調を、透過型の液晶パネルを用いて行う場合を例示したが、他の構成によって空間光強度変調を行うこともできる。例えば、入射光の偏光方向制御を行うＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal：強誘電性液晶）などの反射型液晶素子と、偏光ビームスプリッタとの組合せにより強度変調を行う構成や、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device：登録商標）を用いて強度変調を行う構成とすることもでき、信号光、参照光生成のための強度変調を行う構成は、実施の形態で例示したものに限定はされない。
【０１４０】
また、これまでの説明では、本発明が記録と再生の双方が可能な記録再生装置に適用される場合を例示したが、本発明としては、記録機能を有さない再生専用装置（再生装置）にも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１  波長可変レーザ、２  コリメーションレンズ、３  ＳＬＭ（空間光変調器）、４,６  リレーレンズ、５  アパーチャー、７,８  レンズ、７ａ,８ａ  固定レンズ、７ｂ,８ｂ  可動レンズ、９  ズーム倍率調整部、９ａ  レンズ駆動部、１０  対物レンズ、１１  集光レンズ、１２  イメージセンサ、１３  変調制御部、１４  データ再生部、１５  制御部、１６  メモリ、１６ａ,１６ｂ  調整値テーブル、１７  温度センサ、２０,２１  色収差レンズ、ＨＭ  ホログラム記録媒体、Ｌ１  カバー層、Ｌ２  記録層、Ｌ３  基板
【図１】
2010153010.tif 000050
【図２】
2010153010.tif 000051
【図３】
2010153010.tif 000052
【図４】
2010153010.tif 000053
【図５】
2010153010.tif 000054
【図６】
2010153010.tif 000055
【図７】
2010153010.tif 000056
【図８】
2010153010.tif 000057
【図９】
2010153010.tif 000058
【図１０】
2010153010.tif 000059
【図１２】
2010153010.tif 000060
【図１３】
2010153010.tif 000061
【図１４】
2010153010.tif 000062
【図１５】
2010153010.tif 000063
【図１６】
2010153010.tif 000064
【図１７】
2010153010.tif 000065
【図１８】
2010153010.tif 000066
【図１９】
2010153010.tif 000067
【図２０】
2010153010.tif 000068
【図２１】
2010153010.tif 000069
【図２２】
2010153010.tif 000070
【図２３】
2010153010.tif 000071
【図１１】
2010153010.tif 000072