(57)【要約】【課題】球面参照波を用いたシフト多重記録を行う際に記録媒体膜厚方向（ｚ方向）に対してもシフト多重記録可能とすることで記録密度の向上を図る。【解決手段】データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉縞を記録媒体にデータ情報として記録し、又は当該データ情報が記録された記録媒体６に対し、当該参照光を照射することにより当該データ情報を再生するホログラム記録再生装置において、上記参照光として球面参照光を照射する対物レンズ１３を備え、対物レンズ１３は、少なくとも記録媒体６における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させることにより少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けてシフト多重記録を行うことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉縞を記録媒体にデータ情報として記録し、又は当該データ情報が記録された記録媒体に対し、当該参照光を照射することにより当該データ情報を再生するホログラム記録再生装置において、
上記参照光として球面参照光を照射する参照光対物レンズを備え、
上記参照光対物レンズは、少なくとも上記記録媒体における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させることにより少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けて上記シフト多重記録を行うこと
を特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
上記参照光対物レンズは、上記記録媒体の両面から上記球面参照光を照射することにより、上記信号光に対して透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用してシフト多重ホログラム記録を行うこと
を特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
上記シフト多重記録が行われた上記記録媒体に対して、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に上記参照光対物レンズを相対的に移動させることによりデータ情報を再生すること
を特徴とする請求項１又は２項記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉縞を記録媒体にデータ情報として記録し、又は当該データ情報が記録された記録媒体に対し、当該参照光を照射することにより当該データ情報を再生するホログラム記録再生方法において、
上記参照光として球面参照光を照射し、
上記参照光対物レンズを、少なくとも上記記録媒体における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させることにより少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けてシフト多重記録を行うこと
を特徴とするホログラム記録再生方法。
【請求項５】
上記参照光対物レンズを、上記記録媒体の両面から上記球面参照光を照射することにより、上記信号光に対して透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用してシフト多重ホログラム記録を行うこと
を特徴とする請求項４記載のホログラム記録再生方法。
【請求項６】
上記シフト多重記録が行われた上記記録媒体に対して、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に上記参照光対物レンズを相対的に移動させることによりデータ情報を再生すること
を特徴とする請求項４又は５項記載のホログラム記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元化されたデジタルビットパターンを記録媒体にホログラムとして多重に記録することにより大容量光メモリを構成する上で好適なホログラム記録再生装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録すると共にこれを再生するホログラム記録媒体の記録再生装置が提案されている。この記録再生装置では、デジタル情報を記録する場合において、複数の画素よりなる透過型または反射型の空間光変調素子を利用し、記録すべきデジタル情報に基づきコヒーレントな信号レーザ光を空間光変調し、当該空間光変調された信号レーザ光と別途生成したコヒーレントな参照レーザ光とを干渉させることにより二次元的な回折光を生成する。そして、この回折光により形成される像をデジタル情報に対応する二次元情報としてホログラム記録媒体に記録する。
【０００３】
このようなホログラム記録媒体における主な記録再生方法としては、(1)角度多重記録、(2)シフト多重記録、(3)スペックル参照光多重記録等が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
(1)の方法では、参照光の角度をわずかずつ変化させてホログラムの多重記録を行う。係る(1)の方法では、記録媒体の膜厚が１ｍｍ以上と大きく、ブラッグ回折条件が角度的に厳しい条件のもとで多重記録を行う。そしてブック単位でホログラム多重記録を行い、媒体上を移動して重ならない位置で新たなホログラム多重記録をブック単位で行う。
【０００５】
(2)の方法では、参照光を球面波としてホログラム記録を行う。記録されたホログラムはブラッグ回折条件で再生されるが、記録媒体がわずかにシフトするとブラッグ回折条件が解除されホログラム再生が不可能となる。このため、わずかに記録媒体をシフトさせるだけで新たなホログラムの記録が可能となる。
【０００６】
(3)の方法では、(2)の方法と同様なシフト多重記録を行うものであるが、参照光がスペックルパターンで変調されている。このため、記録媒体にホログラム記録された情報を再生する際に、記録時と同様なスペックルパターンであれば再生が可能となる。しかし、記録媒体をわずかの距離に亘りシフトさせると、ホログラムパターンの一致がくずれて情報の再生が不可となる。このため、わずかに記録媒体をシフトさせるだけで新たなホログラムの記録が可能となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】志村努（編）：ホログラフィックメモリーのシステムと材料，シーエムーシー出版，東京(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来より主として検討されていた(1)角度多重記録では、参照光角度を０．０１°〜０．０２°程度の精度で設定する必要がある。かかるオーダーでの角度調整は、わずかな環境温度の変化やドライブの振動等によって簡単に影響を受ける範囲のものである。このため実使用環境では、より高度な角度制御技術が必要となる。また、光学系において角度変化の領域を拡張することが困難であり、記録密度の向上を図るのが困難になるという問題点がある。
【０００９】
一方、従来より検討されていたコリニアあるいはco-axis型シフト多重記録においては、記録原理から厚膜媒体の深さ方向を有効に活用できないという欠点があった。これは同一光軸上に参照光と信号光を配置し対物レンズで媒体に集光するためであり、この場合両者が干渉する領域は媒体内で限られることとなり、媒体膜厚の有効活用ができず高密度化が阻害される。このため厚膜化を図ることによる情報記録の高密度化を図ることができないという問題点があった。
【００１０】
また、参照光をスペックルパターン等、ランダム化された振幅あるいは位相変調を行う必要があるが、これらはノイズを多く発生させ信号対雑音比を低下させる。これも高密度化を阻害する要因となる。
【００１１】
従来より提案されていた球面参照波を用いたシフト多重記録の方法では、媒体トラック方向（ｘ方向）に対する多重記録は、数ミクロン程度のシフトで実現可能であるが、ラジアル方向（ｙ方向：ディスク半径方向）ではシフト選択性がゆるく、実際に多重記録を行うためには数１００μｍ程度のシフト量が必要となる。このため、実質的に２次元的な高密度化が困難であった。この球面参照波を用いたシフト多重記録の方法では、コリニア型に比べて信号光と参照光の干渉が膜厚全体で可能であるが、ｙ軸方向の記録密度の向上ができず記録密度に制限があった。
【００１２】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ホログラムを用いてデジタル情報を二次元的に記録すると共にこれを再生する情報記録再生方法及び装置において、球面参照波を用いたシフト多重記録を行う際に記録媒体膜厚方向（ｚ方向）に対してもシフト多重記録可能とすることで記録密度の向上を図ることが可能なホログラム記録再生装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載のホログラム記録再生装置は、データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉縞を記録媒体にデータ情報として記録し、又は当該データ情報が記録された記録媒体に対し、当該参照光を照射することにより当該データ情報を再生するホログラム記録再生装置において、上記参照光として球面参照光を照射する参照光対物レンズを備え、上記参照光対物レンズは、少なくとも上記記録媒体における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させることにより少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けて上記シフト多重記録を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載のホログラム記録再生装置は、請求項１記載の発明において、上記参照光対物レンズは、上記記録媒体の両面から上記球面参照光を照射することにより、上記信号光に対して透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用してシフト多重ホログラム記録を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載のホログラム記録再生装置は、請求項１又は２項記載の発明において、上記シフト多重記録が行われた上記記録媒体に対して、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に上記参照光対物レンズを相対的に移動させることによりデータ情報を再生することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載のホログラム記録再生方法は、データ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させ、得られた干渉縞を記録媒体にデータ情報として記録し、又は当該データ情報が記録された記録媒体に対し、当該参照光を照射することにより当該データ情報を再生するホログラム記録再生方法において、上記参照光として球面参照光を照射し、上記参照光対物レンズを、少なくとも上記記録媒体における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させることにより少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けてシフト多重記録を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載のホログラム記録再生方法は、請求項４記載の発明において、上記参照光対物レンズを、上記記録媒体の両面から上記球面参照光を照射することにより、上記信号光に対して透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用してシフト多重ホログラム記録を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載のホログラム記録再生方法は、請求項４又は５項記載の発明において、上記シフト多重記録が行われた上記記録媒体に対して、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に上記参照光対物レンズを相対的に移動させることによりデータ情報を再生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
上述した構成からなる本発明によれば、球面参照波を用いたシフト多重記録を行う際に記録媒体膜厚方向（ｚ方向）に対してもシフト多重記録可能とすることで記録密度の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用したホログラム記録再生装置によるシフト多重記録の概念図である。
【図２】本発明を適用したホログラム記録再生装置のブロック構成図である。
【図３】ｘ軸方向のシフト選択性実験結果を示す図である。
【図４】ｙ軸方向のシフト選択性実験結果を示す図である。
【図５】ｚ軸方向のシフト選択性実験結果を示す図である。
【図６】実験条件について説明するための図である。
【図７】透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用する例を示す図である。
【図８】反射型記録におけるｘ軸方向のシフト選択性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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態としてのホログラム記録再生装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明を適用したホログラム記録再生装置によるシフト多重記録の概念図を示している。記録媒体６に対して信号光１を照射するとともに、球面参照光２を照射する。記録媒体６は、トラック方向３（ｘ軸方向）、媒体膜厚方向４（ｚ軸方向）、媒体ラジアル方向５（ｙ方向）により各方向が定義される。この記録媒体６は、例えばフォトポリマー等により構成され、モノマーにより構成されているが、光が照射した箇所については、ポリマー化する材料により構成される。そして、ポリマー化された領域と、ポリマー化されていない領域との間で屈折率差が生じるが、これを読み取ることによりデータの再生を行うことも可能となる。
【００２３】
このような信号光１と球面参照光とが記録媒体６内で干渉してホログラムが形成される。多重記録を行う場合は、ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれぞれ独立に照射位置をシフトさせ、或いはｘ、ｚ軸方向を併用してわずかな距離に亘り照射位置をシフトさせて新たなホログラムを記録する。
【００２４】
図２は、本発明を適用したホログラム記録再生装置３０のブロック構成図である。このホログラム記録再生装置３０では、いわゆる透過型記録と反射型記録とを併用して記録媒体６にホログラムを記録するものである。
【００２５】
このホログラム記録再生装置３０は、青色レーザ光源７と、第１のシャッター８ａと、ハーフミラー９と、ＮＤフィルタ１０と、光路分離ミラー１１と、第２のシャッター８ａと、第１のミラー１２ａと、第３のミラー１２ｃと、第２の対物レンズ１３ｂとを備えている。また、このホログラム記録再生装置３０は、第４のシャッター８ｂと、第１の対物レンズ１３ａとを備えている。更に、このホログラム記録再生装置３０は、第２のミラー１２ｂと、第３のシャッター８ｃと、レンズ１４ａと、レンズ１４ｂと、空間変調器１５と、第３のレンズ１４ｃと、第４のレンズ１４ｄと、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１６とを備えている。
【００２６】
青色レーザ光源７は、青色レーザ光を発光する光源である。第１のシャッター８ａ〜第３のシャッター８ｃは、伝搬させるレーザ光の径を所定値まで調整する。ハーフミラー９は、第１のシャッター８ａの出射側に配設され、入射されるレーザ光の一部をこれと略直交する方向へ反射させるとともに一部を透過させる。ここで、ハーフミラー９による透過光は、球面参照光として、また反射光は信号光として使用することを前提としているが、その逆であってもよい。
【００２７】
ＮＤフィルタ１０は、青色レーザ光源７から出射されたレーザ光について光量を落とすために用いられる。このＮＤフィルタ１０は、灰色又は黒色で構成され、その濃さの度合いに応じて、青色レーザ光源７から出射されたレーザ光の減光量が決まる。
【００２８】
光路分離ミラー１１は、ＮＤフィルタ１２からの出射光路中に斜めに配設された図示しないハーフミラーを含むものである。この光路分離ミラー１１は、ＮＤフィルタ１０からのレーザ光を分割し、一部はそのまま透過させるとともに、残りの一部は反射させる。
【００２９】
第１のミラー１２ａ〜第３のミラー１２ｃはそれぞれ光路の方向を変更するために配設される。対物レンズ１３ａ、１３ｂは、それぞれ球面参照光を記録媒体６に向けて集光するためのレンズである。レンズ１４ａ〜１４ｄは、それぞれ信号光のスポット径を調整し、或いはこれを記録媒体６に向けて集光するためのものである。
【００３０】
空間変調器１５は、入力データに従って各々の素子を動作させることにより、イメージパターンを形成する。なお、空間変調器１５の各々の画素は、ＣＣＤカメラ１６の各々の画素に１対１で対応している。
【００３１】
ＣＣＤカメラ１６は、記録媒体６の背面側から撮像を行うカメラ等で構成されている。このＣＣＤカメラ１６は、像光を結像させるためのレンズと、レンズを介して入射される被写体像に基づき電気的な撮像信号を生成するＣＣＤイメージセンサとを有している。これにより、このＣＣＤカメラ１６は、記録媒体６から再生された信号光を受光することが可能となる。そして、このＣＣＤカメラ１６は、この信号光に関する情報から、記録媒体６の情報を取得することが可能となる。
【００３２】
次に本発明を適用したホログラム記録再生装置３０による記録動作について説明をする。
【００３３】
先ずデータ情報を担持した信号光と、参照光とを干渉させる。これにより得られた干渉縞を記録媒体６にデータ情報として記録する。この参照光としては球面参照光を照射する。そして、この球面参照光を照射するのは、第１の対物レンズ１３ａ、第２の対物レンズ１３ｂを介して行う。
【００３４】
先ず、第１の対物レンズ１３ａのみを介して球面参照光を照射する場合には、いわゆる透過型ホログラム記録を行う場合である。係る場合において、第１の対物レンズ１３ａを、記録媒体６における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させる。ここでいう媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向とは、図１に示すように媒体膜厚方向４（ｚ軸方向）と他の方向との間で設定されるベクトルの方向を意味するものである。ここでいう他の方向とは、トラック方向３（ｘ軸方向）、媒体ラジアル方向５（ｙ軸方向）を含むものであり、或いはこれ以外にｘｙ平面上のあらゆる方向であってもよい。
【００３５】
そして、データ情報を記録媒体６に記録する際には、第１の対物レンズ１３ａから球面参照光を出射させつつ、当該第１の対物レンズ１３ａを上記ベクトル方向に向けて移動させる。このベクトル方向は、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含んでいるため、少なくとも媒体膜厚方向（ｚ軸）に向けてホログラムがシフト多重記録されることとなる。また、このベクトル方向は、ｘｙ平面上のあらゆる方向の成分を含むものであることから、記録媒体６上のｘｙ平面上においてもホログラムがシフト多重記録されることとなる。
【００３６】
なお、第１の対物レンズ１３ａを上記ベクトル方向に向けて移動させる代わりに、第１の対物レンズ１３ａを固定しておき、記録媒体６を移動させるようにしても、上述と同様の効果を得ることが可能となる。即ち、第１の対物レンズ１３ａは、少なくとも記録媒体における媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に相対的に移動させるものであればよい。これはつまりｘ−ｚ平面内での相対移動、ｙ−ｚ平面内での相対移動を含むものである。
【００３７】
透過型記録のシフト選択性について実験的に求めた結果を図３、図４、図５に示す。本実験例は球面参照光を形成する対物レンズのＮＡが０．４の場合である。ＮＡが大きくなればシフト選択性も向上する。従来の研究では，ｘ軸あるいはｙ軸を含む検討が主たる結果であった。しかし、以下の実験例では、特にｚ軸方向へのホログラムのシフト多重記録の可否を検証した点が特徴である。
【００３８】
図６に実験条件を示す。この図６では、特に球面参照光の媒体近接領域の構成を抽出して記載している。実験では、まずｘ軸方向にシフト多重を10μm間隔で20多重行った。次にｚ軸方向に対して約３０°傾斜させた角度に20μmに亘り記録媒体６を移動させて、再度ｘ軸方向にシフト多重を10μm間隔で20多重を行い、いずれも各ホログラムの分離再生が可能であることを確認した。
【００３９】
ｚ軸方向の分離は20μmで十分であり、ｚ軸に10多重以上の記録が可能である。これで従来に比べ10倍以上の記録容量が可能となる。一方、ｘ軸方向にシフト多重を10μm間隔で20多重行い、次に記録媒体６をｙ軸方向に300μm移動させて同様にｘ軸方向にシフト多重を10μm間隔で20多重行った。いずれも各ホログラムの分離再生が可能であることを確認した。ｙ軸方向は200μm程度シフトさせれば多重記録が可能であり、ｘ軸方向だけに比べ数倍の記録密度の向上につながる。このように、x、y、z軸方向にそれぞれシフト多重記録を行うことが可能であることが確認され、高密度化が図れることが明らかとなった。
【００４０】
一方、本発明では透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用することも特徴である。図７に示すように、透過型記録と反射型記録は信号光に対して入射する参照光の方向が異なり、形成されるホログラムの干渉縞は比較的直交するような形で形成される。係る場合には、第１の対物レンズ１３ａ、第２の対物レンズ１３ｂを介して記録媒体６の両面から球面参照光を照射することにより、信号光に対して透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を併用してシフト多重ホログラム記録を行う。
【００４１】
そのため同一箇所に記録しても相互に干渉することはなく独立してホログラムの分離再生が可能となる。このため記録密度の向上が期待できる。従来、反射型記録は媒体の膜厚方向の収縮により再生画像が劣化し実用は困難であった。しかし本発明では、媒体膜厚を上げることによって収縮の影響が軽減できることを見出した。媒体膜厚1.5mmでは問題とならいレベルであることを見出し、実用が可能であるとの見通しを得た。具体的なシフト選択性を透過型記録と比較した結果を図８に示す。透過型と遜色ないシフト選択性が得られている。また再生画像も良好であり、実用が可能である。
【００４２】
なお、本発明を適用したホログラム記録再生装置３０は、シフト多重記録が行われた記録媒体６に対して、媒体膜厚方向（ｚ軸）を含むベクトル方向に対物レンズ１３を移動させることによりデータ情報を再生するようにしてもよい。このとき、対物レンズ１３を固定して記録媒体６を移動させるようにしてもよいことは勿論である。
【００４３】
また、本発明では、記録媒体６を複数枚張り合わせ、同一信号光に対しそれぞれ異なる媒体に対し透過型ホログラム記録と反射型ホログラム記録を行うようにしてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１  信号光
２  球面参照光
３  トラック方向
４  媒体膜厚方向
５  媒体ラジアル方向
６  記録媒体
７  青色レーザ光源
８  シャッター
９  ハーフミラー
１０  ＮＤフィルタ
１１  光路分離ミラー
１２  ミラー
１３  対物レンズ
１４  レンズ
１５  空間変調器
１６  カメラ
３０  ホログラム記録再生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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