(57)【要約】【課題】  記録するホログラムを適宜に選択できるホログラム記録媒体、ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供する。【解決手段】  ホログラム記録媒体の記録層と反射層の間に、複屈折性を有し、かつ信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層を配置する。複屈折層が互いに入射方向の異なる信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させることで、記録するホログラムの選択が可能となる。【選択図】  図１
2006154444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光され、かつ互いに入射方向の異なる信号光および参照光を入射し、かつホログラムを記録するホログラム記録層と、
前記ホログラム記録層に積層され、複屈折性を有し、かつ前記信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層と、
前記複屈折層に積層され、かつ前記信号光および参照光を反射する反射層と、
を具備することを特徴とするホログラム記録媒体。
【請求項２】
前記複屈折層が、前記複屈折層の略層方向の軸性を有する複屈折材料から構成される
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録媒体。
【請求項３】
前記複屈折材料が、高分子材料である
ことを特徴とする請求項２記載のホログラム記録媒体。
【請求項４】
前記信号光および参照光が直線偏光である
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録媒体。
【請求項５】
前記信号光および参照光の偏光方向が略平行である
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録媒体。
【請求項６】
前記信号光および参照光の偏光方向が略垂直である
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録媒体。
【請求項７】
前記複屈折層を通過する前後で、前記信号光の偏光方向が略同一であり、前記参照光の偏光方向が略９０°異なる
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録媒体。
【請求項８】
前記複屈折層を通過する前後で、前記信号光の偏光方向が略９０°異なり、前記参照光の偏光方向が略同一である
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録媒体。
【請求項９】
前記複屈折層を通過する前後で、前記信号光および参照光の偏光方向が略９０°異なる
ことを特徴とする請求項４記載のホログラム記録媒体。
【請求項１０】
前記信号光および参照光が円偏光である
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録媒体。
【請求項１１】
前記信号光および参照光が前記透光層にそれぞれ、２０°以下および２５°以上３５°以下の入射角度で入射する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録媒体。
【請求項１２】
レーザ光源から出射されるレーザ光を信号光と参照光とに分離する光分離素子と、
前記分離された信号光を変調する変調器と、
ホログラムを記録するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層上に積層され、複屈折性を有し、かつ前記信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層と、前記複屈折層に積層され、かつ前記信号光および参照光を反射する反射層と、を有するホログラム記録媒体に、前記変調される信号光および前記分離される参照光とを異なる角度で入射、集光する集光系と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項１３】
レーザ光源から出射されるレーザ光を信号光と参照光とに分離するステップと、
前記分離された信号光を変調するステップと、
ホログラム記録層と、複屈折層と、反射層と、を有するホログラム記録媒体に、前記変調される信号光および前記分離される参照光とを異なる角度で入射、集光するステップと、
前記集光される信号光および参照光が前記複屈折層を通過していずれか一方の偏光状態が変化するステップと、
前記複屈折層を通過した信号光および参照光が前記反射層で反射されるステップと、
前記反射層で反射される信号光および参照光が前記複屈折層を再度通過して前記いずれか一方の偏光状態が変化するステップと、
前記複屈折層を通過した信号光および参照光が前記ホログラム記録層に再入射されるステップと、
を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを用いて情報を記録するホログラム記録媒体、ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム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（ホログラムメディア）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。
ホログラム記録媒体には記録層への反射層の付加の有無に応じて、反射型および透過型がある。反射型のホログラム記録媒体は、透過型のホログラム記録媒体に比べて、光学系の簡略化容易や、光学系の類似による現行の光ディスクのサーボ系の利用容易等の利点がある。
【０００３】
反射型のホログラム記録媒体では、信号光と参照光の干渉による透過型ホログラム、反射した信号光と反射した参照光との干渉による透過型ホログラム、反射した信号光と参照光との干渉による反射型ホログラム、信号光と反射した参照光との干渉による反射型ホログラムと、４種類のホログラムが記録され得る。
これら４種類のホログラムは、記録再生に用いられる信号光や参照光がホログラム記録媒体に入射されたままの透過成分であるか、反射層で反射された反射成分であるかに応じて、ホログラム記録媒体へのシフト多重記録時におけるシフト量に対する選択性が異なる。例えば、信号光の透過成分によって記録されるホログラムは、反射成分のときと比べて、再生時でのホログラム記録媒体のシフトによってデフォーカス量が２倍になり、Ｓ／Ｎ比が低下する。
また、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムはそれぞれ、ホログラム記録媒体の平面方向に対して垂直および水平に形成される。従い、ホログラム記録媒体がフォトポリマのような記録時に収縮などのディメンジョン変化が生じる材料から構成される場合には、透過型および反射型それぞれでのホログラムの形状の変化の仕方が異なる。このため、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムそれぞれで再生光の出射角度が異なり、ノイズの原因となる。
このような反射型ホログラム記録媒体において記録層と反射層の間に１／４波長板を挿入することで透過光と反射光間での干渉を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００３９００１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の技術では４つのホログラムのうち反射同士の干渉を防ぐに過ぎず、更に１／４波長板を用いることによりホログラム記録媒体のコストの上昇を招く。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、記録方式などに応じて、記録するホログラムを適宜に選択できるホログラム記録媒体、ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
Ａ．本発明に係るホログラム記録媒体は、偏光され、かつ互いに入射方向の異なる信号光および参照光が入射され、かつホログラムを記録するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層上に積層され、複屈折性を有し、かつ前記信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層と、前記複屈折層に積層され、かつ前記信号光および参照光を反射する反射層と、を具備することを特徴とする。
ホログラム記録媒体の記録層と反射層の間に、複屈折性を有し、かつ信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層が配置する。複屈折層が互いに入射方向の異なる信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させることで、記録するホログラムの選択が可能となる。
【０００６】
（１）前記複屈折層が、前記複屈折層の略層方向の軸性を有する複屈折材料から構成されてもよい。
複屈折層の略層方向の軸性を有する複屈折材料を用いることで、互いに入射方向の異なる信号光および参照光に異なる偏光状態を付与することができる。例えば、複屈折材料の軸方向に入射する光は偏光状態が変化せず、軸方向に斜めに入射する光は偏光状態が変化する。
複屈折材料に、プラスチック等の高分子材料を用いることができる。
【０００７】
（２）信号光および参照光に直線偏光を用いることができる。
この信号光および参照光の偏光方向が略平行、あるいは略垂直のいずれを用いることも可能である。
【０００８】
１）複屈折層を通過する前後で、信号光の偏光方向が略同一であり、参照光の偏光方向が略９０°異なっても差し支えない。
このとき信号光および参照光の偏光方向が略平行であれば、信号光の透過成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラム、および信号光の反射成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラムが記録される。また、信号光および参照光の偏光方向が略垂直であれば、信号光の反射成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラム、および信号光の透過成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラムが記録される。
【０００９】
２）複屈折層を通過する前後で、信号光の偏光方向が略９０°異なり、参照光の偏光方向が略同一であっても差し支えない。
このとき信号光および参照光の偏光方向が略平行であれば、信号光の透過成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラム、および信号光の透過成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラムが記録される。また、信号光および参照光の偏光方向が略垂直であれば、信号光の反射成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラム、および信号光の反射成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラムが記録される。
【００１０】
３）複屈折層を通過する前後で、信号光および参照光の偏光方向が略９０°異なっても差し支えない。
このとき信号光および参照光の偏光方向が略平行であれば、信号光の透過成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラム、および信号光の反射成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラムが記録される。また、信号光および参照光の偏光方向が略垂直であれば、信号光の反射成分と参照光の透過成分の干渉によるホログラム、および信号光の透過成分と参照光の反射成分の干渉によるホログラムが記録される。
【００１１】
（３）信号光および参照光に円偏光を用いることができる。
信号光および参照光の透過成分および反射成分の干渉による多様なホログラムの記録自体を低減し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００１２】
（４）前記信号光および参照光が前記複屈折層にそれぞれ、２０°以下および２５°以上３５°以下の入射角度で入射してもよい。
【００１３】
Ｂ．本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光源から出射されるレーザ光を信号光と参照光とに分離する光分離素子と、前記分離された信号光を変調する変調器と、ホログラムを記録するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層上に積層され、複屈折性を有し、かつ前記信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる複屈折層と、前記複屈折層に積層され、かつ前記信号光および参照光を反射する反射層と、を有するホログラム記録媒体に、前記変調される信号光および前記分離される参照光とを異なる角度で入射、集光する集光系と、を具備することを特徴とする。
複屈折層が互いに入射方向の異なる信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させることで、記録するホログラムの選択が可能となる。
【００１４】
Ｂ．本発明に係るホログラム記録方法は、レーザ光源から出射されるレーザ光を信号光と参照光とに分離するステップと、前記分離された信号光を変調するステップと、ホログラム記録層と、複屈折層と、反射層と、を有するホログラム記録媒体に、前記変調される信号光および前記分離される参照光とを異なる角度で入射、集光するステップと、前記集光される信号光および参照光が前記複屈折層を通過していずれか一方の偏光状態が変化するステップと、前記複屈折層を通過した信号光および参照光が前記反射層で反射されるステップと、前記反射層で反射される信号光および参照光が前記複屈折層を再度通過して前記いずれか一方の偏光状態が変化するステップと、前記複屈折層を通過した信号光および参照光が前記ホログラム記録層に再入射されるステップと、を具備することを特徴とする。
複屈折層が互いに入射方向の異なる信号光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させることで、記録するホログラムの選択が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、記録するホログラムを適宜に選択できるホログラム記録媒体、ホログラム記録装置、およびホログラム記録方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
ホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体１０１への情報の記録、再生を行うものであり、光学ユニット１００を備える。
光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１，コリメートレンズ１１２，偏光ビームスプリッタ１１３，ミラー１２１，ピンホール１２２，空間光変調器１２３，ミラー１２４，ダイクロイックミラー１２５，凹レンズ１２６，対物レンズ１２７，ファラデー素子１３１、１３２，偏光ビームスプリッタ１３３，撮像素子１３４，１／２波長板１３５，１３６，ミラー１４１，遮蔽板１４２，位相変調素子１４３，サーボ用光源１５１，コリメートレンズ１５２，グレーティング１５３，ビームスプリッタ１５４，集光用レンズ１５５，シリンドリカルレンズ１５６，受光素子１５７，サーボ用駆動ユニット１５８を有する。
【００１７】
ホログラム記録媒体１０１は、図示しない駆動手段で移動、または回転され、空間光変調器１２３の像を多数のホログラムとして記録することができる。
ホログラム記録媒体１０１は、基板１０２、１０３，記録層１０４，複屈折層１０５，反射層１０６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。
基板１０２、１０３は、記録層１０４等を外界から保護するための層である。基板１０２は、信号光と参照光を透過する透光層として機能し、例えば、ＡＰＯ（アモルファスポレオリフィン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。これらの材料は複屈折性が小さいことから、基板１０２に適する。また基板１０２に、ガラスや複屈折を極限まで下げたＰＣ（ポリカーボネート）を用いてもよい。基板１０３には、ＡＰＯ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ガラスのいずれを用いてもよい。ここで、基板１０３には信号光や参照光が入射されないために、複屈折を有するＰＣを用いても差し支えなく、安価なＰＣを用いることが容易になる。
【００１８】
記録層１０４は、この干渉縞を屈折率（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を用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマ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、露光部でモノマが重合する。そして、ポリマ化するにつれて周囲からモノマが移動してモノマの濃度が場所によって変化する。
記録層１０４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（ホログラム）を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録媒体１０１に記録できる。
【００１９】
複屈折層１０５は，複屈折性を有する材料から構成され、複屈折層１０５を通過する記録光および参照光の少なくともいずれか一方の偏光状態を変化させる。なお、この詳細は後述する。
反射層１０６は、複屈折層１０５を通過した記録光および参照光を反射する。例えば、屈折率の異なる透光性の材料を交互に積層してなる誘電体多層膜を反射層１０６に用いることができる。
【００２０】
記録再生用光源１１１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レーザを用いることができる。
コリメートレンズ１１２は、記録再生用光源１１１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。
偏光ビームスプリッタ１１３は、コリメートレンズ１１２から入射した平行光を信号光と参照光に分割する光学素子である。偏光ビームスプリッタ１１３からは、ミラー１２１に向かうs波の信号光とミラー１４１に向かうp波の参照光が出射される。
【００２１】
ミラー１２１、１２４、１４１は、入射光を反射してその方向を変更する光学素子である。
ピンホール１２２は、信号光のビーム径を所望の径に絞る光学素子である。
空間光変調器１２３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１２３は、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。なお、空間光変調器に反射型の素子であるＤＭＤ(Digital micro mirror) や反射型液晶、ＧＬＶ(Grating Light Value)素子を用いることも可能である。
【００２２】
ダイクロイックミラー１２５は、記録再生に用いる光（記録再生用光源１１１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源１５１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１２５は、記録再生用光源１１１とサーボ用光源１５１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１１１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源１５１からのサーボ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は記録再生用の光は全透過し、サーボ用に用いる光は全反射するような薄膜処理がその表面に施されている。
凹レンズ１２６は、信号光の収束性を参照光と異ならせるためのレンズである。信号光のみが凹レンズ１２６を通過することで、信号光と参照光のホログラム記録媒体１０１での集光深さが異なってくる。
対物レンズ１２７は、信号光および参照光の双方をホログラム記録媒体１０１に集光するための光学素子である。
【００２３】
ファラデー素子１３１、１３２は、偏光面を回転するための光学素子である。ファラデー素子１３１に入射したｓ偏光は偏光面が４５°回転され、ファラデー素子１３２で元のｓ偏光に戻される。
偏光ビームスプリッタ１３３は、ファラデー素子１３１から入射した偏光を透過し、ホログラム記録媒体１０１で反射されてファラデー素子１３２から戻ってきた戻り光（再生光）を反射するための光学素子である。これは、ファラデー素子１３１、１３２、と偏光ビームスプリッタ１３３との組み合わせにより実現される。
撮像素子１３４は、再生光の画像を入力するための素子である。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）素子を用いることができる。
【００２４】
１／２波長板１３５，１３６はそれぞれ、入射した信号光および参照光の偏光方向を調節するための光学素子である。１／２波長板１３５，１３６で信号光および参照光の偏光方向を調節することで、ホログラム記録媒体１０１の複屈折層１０５中での偏光状態の変化と相俟って、ホログラム記録媒体１０１に記録されるホログラムを選択することを可能とする。なお、この詳細は後述する。
【００２５】
１／２波長板１３５，１３６それぞれを信号光および参照光が通過することで、これらの偏光方向が９０°回転される。この偏光方向の回転の有無は、１／２波長板１３５，１３６の角度によって調節可能であり、１／２波長板１３５，１３６を適宜に回転することで、偏光方向を回転させない、あるいは９０°回転することが可能である。また、１／２波長板１３５，１３６の光路中への挿入の有無によっても、偏光方向を回転の有無を切替可能である。
【００２６】
１／２波長板１３５，１３６の回転、または光路中への挿入の有無によって、偏光方向の回転を制御できる。例えば、波長板１３５，１３６を光路中に挿入して偏光方向を９０°回転させたり、波長板１３５，１３６を光路中から除外して偏光方向を回転させないようにできる。あるいは、波長板１３５，１３６を回転させる回転機構を設けて、偏光方向を９０°回転させたり回転させなかったりすることができる。
このように、１／２波長板１３５，１３６により偏光方向の回転を制御することで、ホログラム記録媒体１０１に入射する信号光および参照光の偏光方向を一致させたり（平行とする）、偏光方向を異ならせたりする（垂直とする）ことができる。
【００２７】
遮蔽板１４２は、参照光の一部を遮蔽して、記録光と重ならないようにするための光学素子である。ここでは、ビームの中心部分が遮蔽される。
位相変調素子１４３は、参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための光学素子であり、位相マスクといってもよい。位相変調素子１４３には、すりガラスやデフューザ、空間位相変調器を用いても良い。また、位相パターンを記録したホログラム素子を用いることも可能である。ホログラム素子からの再生によって位相パターンを有する光が発生する。
【００２８】
サーボ用光源１５１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１１１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源１５１は、例えば、レーザーダイオードであり、ホログラム記録媒体１０１に対して感度が小さい、例えば、６５０ｎｍを発振波長として使用する。
コリメートレンズ１５２は、サーボ用光源１５１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１５３は、コリメートレンズ１５２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。
【００２９】
ビームスプリッタ１５４は、グレーティング１５３から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１０１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１５５は、ビームスプリッタ１５４からの戻り光を受光素子１５７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１５６は、集光用レンズ１５５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。
受光素子１５７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である。
サーボ用駆動ユニット１５８は、受光素子１５７の出力から生成された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１２７を駆動し、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、駆動用のコイル１６１，１６２を有する。
【００３０】
（ホログラム記録装置の動作）
以下、ホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
Ａ．記録時
記録時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１１２によって平行光になり偏光ビームスプリッタ１１３によってs波の信号光とp波の参照光とに分割される。
【００３１】
信号光はミラー１２１によって反射され,ピンホール１２２によって所望のビーム径にされ、空間光変調器１２３によって空間的に強度変調される。空間光変調器１２３で光変調されたレーザ光はファラデー素子１３１、偏光ビームスプリッタ１３３，ファラデー素子１３２を通過し（１／２波長板１３５が光路中に挿入されていれば、１／２波長板１３５も通過）、ミラー１２４によって反射され、ホログラム記録媒体１０１上での焦点を調節する凹レンズ１２６を通過する。
【００３２】
また偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光はミラー１４１で反射され（１／２波長板１３６が光路中に挿入されていれば、その後、１／２波長板１３６を通過）、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断され所望のビームの形にされる。このため、ミラー１２４では反射されず信号光と同一の光路となる。
対物レンズ１２７が記録光と参照光とをホログラム記録媒体１０１上の略同一の箇所に集光することで、ホログラム記録媒体１０１上に干渉縞が形成される。この結果、空間光変調器１２３によって空間変調された情報をホログラム記録媒体１０１上にホログラムとして記録される。同軸に入射された光はおのおの前記メディア内で焦点距離をずらしており、２つの光の干渉縞として前記空間光変調器の情報をホログラムとして記録される。
【００３３】
ここでホログラム記録媒体１０１またはユニット１００全体を平面的に移動（シフト）させ、信号光および参照光を略同一の箇所に入射させることで、空間変調によるデータをホログラムとしてホログラム記録媒体１０１に記録することができる。なお、このときに必要な移動量（シフト量）は位相変調素子１４３の位相パターンのピッチに依存する。
また、位相変調素子１４３またはユニット１００全体をホログラム記録媒体１０１の表面に垂直な方向（奥行き方向）に移動（シフト）させ、信号光および参照光を入射させることで、空間変調によるデータを記録することができる。
【００３４】
Ｂ．再生時
再生時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
再生時には信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録媒体１０１に入射させる。
記録再生用光源１１１から出射し、偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光がミラー１４１によって反射され（１／２波長板１３６が光路中に挿入されていれば、１／２波長板１３６を通過）、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断される。その後、参照光はダイクロイックミラー１２５を通過し、位相変調素子１４３によって記録時と同様の位相パターンを有する参照光となりホログラム記録媒体１０１に入射する。
ここで１／２波長板１３６の光路中への挿入／除外の状態は、記録時と同様とは限らない。後述のモード（３）（４）（５）（６）では、参照光を記録時と同じ偏光方向で入射すると信号光と再生光（回折光）の偏光方向がずれてしまう。このため、参照光の偏光方向を記録と再生時では９０度回転させるように、１／２波長板１３６の光路中への挿入／除外の状態を再生時と記録時で異ならせる。
【００３５】
記録時と同じ位相パターンを持った参照光がホログラム記録媒体１０１に入射することにより、ホログラム記録媒体１０１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。
発生した再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ１２７、凹レンズ１２６，ダイクロイックミラー１２５を透過して、ミラー１２４で反射される。
ミラー１２４で反射された再生光は、ファラデー素子１３２によって偏光方向が回転される。その結果、ファラデー素子１３２を出射した再生光は、偏光ビームスプリッタ１３３で反射され、撮像素子１３４によって空間光変調器１２３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。撮像素子１３４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。
【００３６】
ここでホログラム記録媒体１０１またはユニット１００全体を平面的に移動（シフト）させ、ホログラム記録媒体１０１上で再生したい場所に参照光を入射させることによって所望のデータが再生される。
また、位相変調素子１４３またはユニット１００全体をホログラム記録媒体１０１の表面に垂直な方向（奥行き方向）に移動（シフト）させることで奥行き方向に多重化されたデータを取り出すことができる。
【００３７】
（ホログラム記録媒体１０１近傍での信号光、参照光の詳細）
図２は、ホログラム記録媒体１０１近傍での信号光、参照光の詳細を表す模式図である。信号光の回りを囲うように参照光が入射されている。
これに換えて、図３のように信号光に対して両脇から参照光を２本入射させてもよい。また両脇からではなく片方のみから参照光を入射させることもできる。参照光が３本や４本であっても良い。
なお、図１に示したホログラム記録装置では、ホログラム記録媒体１０１に入射する信号光および参照光が直線偏光であることを前提としていたが、直線偏光に代えて円偏光とすることも可能である。
【００３８】
ホログラム記録媒体１０１には以下のような複数のホログラムａ〜ｄが記録される可能性がある。後述するように、ホログラム記録媒体１０１が複屈折層１０５を備えていることで、記録されるホログラムが制限される。その結果、Ｓ／Ｎ比の向上が実現される。
ホログラムａ：  信号光の透過成分と参照光の透過成分による透過型ホログラム
ホログラムｂ：  信号光の反射成分と参照光の反射成分による透過型ホログラム
ホログラムｃ：  信号光の反射成分と参照光の透過成分による反射型ホログラム
ホログラムｄ：  信号光の透過成分と参照光の反射成分による反射型ホログラム
ここで、信号光、参照光の透過成分とは、信号光、参照光の内、基板１０２を透過し、反射層１０６で反射されていない成分をいう。また、信号光、参照光の反射成分とは、信号光、参照光の内、反射層１０６で反射された成分をいう。
【００３９】
ホログラム記録媒体１０１にホログラムａ〜ｄの全てが記録されれば、それぞれのホログラムａ〜ｄからの回折光の足し合わせによって信号が再生される（再生光）。
これらのホログラムａ〜ｄからの回折光同士の位置合わせなどが正確になされていれば良いが、ホログラム記録媒体１０１の回転、移動などによってフォーカス方向やトラック方向のズレ、またはチルト角がずれるなど様々なズレが生じる。これらのずれによって各ホログラムａ〜ｄの選択性が異なることから、再生光のＳ／Ｎ比が劣化することになる。
これから判るように、記録するホログラムａ〜ｄを制限する（例えば、ホログラムａ〜ｄの２つ、あるいは１つのみを記録する）ことによって、再生光（回折光）のＳ／Ｎ比が向上することが期待される。
【００４０】
また、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムはそれぞれ、ホログラム記録媒体の平面方向に対して垂直および水平に形成される。従い、ホログラム記録媒体がフォトポリマのような記録時に収縮などのディメンジョン変化が生じる材料から構成される場合には、透過型および反射型それぞれでのホログラムの形状の変化の仕方が異なる。このため、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムそれぞれで再生光の出射角度が異なり、ノイズの原因となる。
即ち、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムのいずれか一方のみを選択することでも、再生光（回折光）のＳ／Ｎ比が向上することが期待できる。
【００４１】
ここで、ホログラムａ〜ｄのどれを記録するホログラムとして選択するかによって、再生光（回折光）のＳ／Ｎ比が変わり得ることを示す。
図１に示したホログラム記録装置のように、参照光にランダムな位相または振幅パターンを与えた位相相関多重を用いた場合には、デフォーカス方向のマージンが数十μｍ程度と厳しくなる。そのとき、参照光の反射成分はホログラム記録媒体１０１中でダブルパスとなる（往復する）ためそのマージンは１／２となる。
ホログラムｂ，ｄでは、再生時に参照光がダブルパスになり、デフォーカス方向のマージンが厳しい。即ち、デフォーカスマージンを考慮に入れると、ホログラムａ、ｃは、マージンがホログラムｂ，ｄより広く、有用となる。
【００４２】
さらに、ホログラムａでは、再生時に参照光の透過成分の入射によってホログラムａから発生する回折光が反射層１０６で反射されて、ホログラム記録媒体１０１からの再生光となる。一方ホログラムｃでは、再生時に参照光の反射成分の入射によってホログラムａから発生する回折光がそのまま再生光となる。これら２つのホログラムａ，ｃを比較すると、一般に、参照光の反射成分が回折して出力されるホログラムｃの方が効率は悪くなると予想される。しかし、ホログラムの記録条件によってＳ／Ｎ比の良否は変化しうることから、ホログラムａのＳ／Ｎ比がホログラムcに必ず勝るとは限らない。
【００４３】
上記では、ホログラムａ〜ｄ中からホログラムａ、ｃを選択することが有用であることを示したが、条件によっては他の選択が有用となる可能性もある。例えば、透過型のホログラムａ，ｂのみ、あるいは反射型のホログラムｃ，ｄのみで記録する方が記録効率が良好な場合もある。
以上のように、ホログラムａ〜ｄのどれを選択するかは、記録条件等によって適宜に変更することが好ましい。後述するように、モード（１）〜（６）によって、ホログラムａ〜ｄから２つのホログラムを適宜に選択、記録することができる。
【００４４】
（複屈折層１０５の詳細）
既述のように、ホログラム記録媒体１０１が複屈折層１０５を備えていることから、ホログラムａ〜ｄ中から記録するホログラムを選択することが可能となる。
複屈折層１０５は、信号光と参照光の少なくとも一方の偏光状態を変化させる。一例として、信号光と参照光が直線偏光である場合に、参照光のみの反射光の偏光方向を９０［ｄｅｇ．］回転させる。
【００４５】
図４は、ホログラムａ〜ｄのうちいずれか２つのホログラムを選択して記録できる方式（モード（１）〜（６））をまとめた図である。
モード（１）：  複屈折層１０５が斜めから入射してきた光波（信号光、参照光のいずれか、図１では信号光）の偏光方向を９０°回転させ、かつ入射時の信号光と参照光の入射の偏光方向を一致させる。
モード（２）：  複屈折層１０５が斜めから入射してきた光波（信号光、参照光のいずれか、図１では信号光）の偏光方向を９０°回転させ、かつ信号光と参照光の入射の偏光方向を９０°異ならせる。
モード（３）：  複屈折層１０５が垂直に入射してきた光波（信号光、参照光のいずれか、図１では参照光）の偏光方向を９０°回転させ、かつ入射時の信号光と参照光の入射の偏光方向を一致させる。
モード（４）：  複屈折層１０５が垂直に入射してきた光波（信号光、参照光のいずれか、図１では参照光）の偏光方向を９０°回転させ、かつ信号光と参照光の入射の偏光方向を９０°異ならせる。
モード（５）：  複屈折層１０５が斜めおよび垂直に入射してきた光波（信号光、参照光の双方）の偏光方向を９０°回転させ、かつ入射時の信号光と参照光の入射の偏光方向を一致させる。
モード（６）：  複屈折層１０５が斜めおよび垂直に入射してきた光波（信号光、参照光の双方）の偏光方向を９０°回転させ、かつ信号光と参照光の入射の偏光方向を９０°異ならせる。
【００４６】
モード（１）では、ホログラムａ，ｃは記録されるが、ホログラムｂ，ｄは記録されない。ホログラムｂは信号光および参照光の反射成分の干渉によるものであるが、これらの偏光方向が９０度異なることから干渉が生じない。また、ホログラムｄは信号光の透過成分および参照光の反射成分の干渉によるものであるが、これらの偏光方向が９０度異なることから干渉が生じない。
また、モード（２）では、信号光と参照光の透過成分同士によるホログラムａは記録されず、反射成分同士によるホログラムｂは記録される。また反射型ホログラムについてはホログラムｃが記録されず、ホログラムｄが記録される。
さらに、モード（３）〜（６）ではそれぞれ、ホログラムａ，ｄ、ホログラムｂ，ｃ、ホログラムａ，ｂ、ホログラムｃ，ｄが記録される。
【００４７】
次に示すように、ホログラム記録装置の特性に応じて、モード（１）〜（６）を選択することが可能である。
・再生のデフォーカス方向のシフトによる回折光の選択性を改善したい場合：モード（１）
・再生のデフォーカス方向のシフトによるＣＣＤ上での像の劣化に対するマージンを改善したい場合：モード（４）
・透過型ホログラムのみで記録したい場合：モード（５）
・反射型ホログラムのみで記録したい場合：モード（６）
【００４８】
透過型ホログラムおよび反射型ホログラムはそれぞれ、ホログラム記録媒体１０１の平面方向に対して垂直および水平に形成されるため、ホログラム記録媒体１０１がフォトポリマのような記録時に収縮などのディメンジョン変化が生じる材料から構成される場合には、これら２つのホログラムの形状の変化の仕方が異なり、それぞれからの再生光の出射角度が相違しノイズの原因となる。モード（５）、（６）いずれかを用いて、透過型ホログラムおよび反射型ホログラムの一方のみを選択することで、再生光のＳ／Ｎ比が向上する。
ここで、透過型ホログラムは、ディメンジョンの変化に対してより広いマージンを持つ。また反射型ホログラムは、波長選択性が非常に狭く、波長多重を行いたい場合に適している。これらの事情に応じて、モード（５）、（６）が適宜に選択される。
【００４９】
複屈折層１０５を構成する材料に求められる性質として以下１、２が挙げられる。
１．  固有複屈折値がある程度高く、ある程度制御可能なこと
２．  透明性が高いこと
複屈折層１０５として、高分子材料（ポリマー）、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンを用いることができる。なお、これらの材料は、比較的安価で手に入りやすい利点もある。
【００５０】
複屈折層１０５に求められる性質は上記のモード（１）〜（６）に応じて異なる。
モード（１）、（２）を実現するためには、複屈折層１０５の複屈折によって、その入射角度に応じて参照光と信号光の偏光状態が異なる必要がある。具体的には、下記の式（１）を満たす必要がある。
｜（ｎｓ・Ｌ／ｃｏｓθｓ）−（ｎｒ・Ｌ／ｃｏｓθｓ）｜＝Ｎ・（λ／２）
ｎ＝ｎｓ                                                        ……式（１）
【００５１】
ここで、θｓ：  複屈折層１０５内での信号光の入射角
θｒ：  複屈折層１０５内での参照光の入射角
Ｌ：  複屈折層１０５の厚み
ｎ：  複屈折層１０５の平均屈折率
ｎｓ：  入射角θｓでの屈折率
ｎｒ：  入射角θｒでの屈折率
Ｎ：  任意の整数
である。
【００５２】
条件が上記の式（１）からずれると、偏光方向が９０度ずれていないことを意味するため、そのズレの分だけ不要なホログラム（干渉）が発生する。
なお、入射光が平行光ではなく収束光である場合には入射角θは一つの値には定まらないが、このときには光軸を基準に入射角を規定する。このようにすることで、最大限干渉を妨げることが出来る。
【００５３】
モード（３）、（４）では以下の式（２）を満たす必要がある。
｜（ｎｓ・Ｌ／ｃｏｓθｓ）−（ｎｒ・Ｌ／ｃｏｓθｓ）｜＝Ｎ・（λ／２）
ｎ＝ｎｒ                                                        ……式（２）
【００５４】
モード（５）、（６）では以下の式（３）を満たす必要がある。
ｎｓ・Ｌ／ｃｏｓθｓ＝Ｎ・（λ／２）
ｎｒ・Ｌ／ｃｏｓθｓ＝Ｎ・（λ／２）                            ……式（３）
【００５５】
Ａ．実験例１（信号光、参照光の双方が直線偏光の場合）
信号光、参照光の双方が直線偏光の場合を詳細に説明する。
図５（Ａ），（Ｂ）は、直線偏光を複屈折層１０５に入射したときの模式的な状態および入射角度の変化に対する複屈折特性の一例を表す図である。なお、複屈折層１０５としてＰＣ基板を用いた場合を想定している。
ここでは、複屈折層１０５が複屈折層１０５の層方向に平行な一軸性の屈折率楕円体（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ）で表せるものと仮定している。即ち、主屈折率ｎｚが複屈折層１０５の層方向に平行であり、Ｘ，Ｙ方向の主屈折率ｎｘ、ｎｙは互いに等しい（ｎｘ＝ｎｙ）。
入射光が垂直に入射（入射角度０°）する場合には、Ｘ，Ｙ方向（複屈折層１０５の層に平行な方向）の主屈折率ｎｘ，ｎｙのみが影響し、信号光、参照光の偏光方向は入射前と変わらない。しかし、入射角度が大きくなるに従って主屈折率ｎｚの影響が現れ、偏光方向が変化するようになる。具体的には、入射角度±３０［ｄｅｇ．］程度で偏光方向が９０°変化する。
【００５６】
よって、複屈折層１０５としてＰＣ基板を用いたときには、信号光の入射角度を−２０［ｄｅｇ．］から＋２０［ｄｅｇ．］の範囲とし、参照光の入射角度を−３５［ｄｅｇ．］から−２５［ｄｅｇ．］（または、＋２５［ｄｅｇ．］から＋３５［ｄｅｇ．］）の範囲とすることで、参照光の偏光方向のみを略９０°回転させることができる。
この場合、信号光の反射成分（反射層１０６で反射された信号光）は信号光の透過成分（反射層１０６で反射される前の信号光）とほぼ変わらない偏向方向であるが、参照光の反射成分は複屈折層１０５の複屈折の影響により参照光の透過成分とは偏向方向が９０［ｄｅｇ．］ずれる。よって信号光の反射成分と参照光の反射成分とが干渉しないためにホログラムｂが記録されない。また、信号光の透過成分と参照光の反射成分の干渉による反射型ホログラムｄも記録されない。このように、ホログラムを選択して記録することで、ノイズの原因となる余分なホログラムの記録を避け、Ｓ／Ｎ比の改善が期待できる。
【００５７】
Ｂ．実験例２（信号光、参照光の双方が円偏光の場合）
図６は、円偏光を複屈折層１０５に入射したときの入射角度の変化に対する複屈折特性の一例を表す図である。なお、複屈折層１０５としてＰＣ基板を用いた場合を想定している。
図６から、複屈折層１０５としてＰＣ基板を用いたときには、信号光の入射角度を−１８［ｄｅｇ．］から＋１８［ｄｅｇ．］の範囲とし、参照光の入射角度を−３５［ｄｅｇ．］から−２５［ｄｅｇ．］（または、＋２５［ｄｅｇ．］から＋３５［ｄｅｇ．］）の範囲とすることで、参照光の偏光状態のみを変化させることができる。
【００５８】
この場合、信号光の反射成分（反射層１０６で反射された信号光）は信号光の透過成分（反射層１０６で反射される前の信号光）とほぼ変わらない偏向状態（円偏光）であるが、参照光の反射成分は複屈折層１０５の複屈折の影響により直線偏光となり、参照光の透過成分が円偏光であるのと異なる。よって信号光の反射成分と参照光の反射成分の干渉は、そのまま円偏光で反射してきたときよりも数十パーセントほど減少する。Ａで示した直線偏光の場合のように偏光方向を完全に９０度回転させてホログラムの記録を防止するのは困難であるが、ノイズの原因となるホログラムを減少するという意味で有益である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置を表す模式図である。
【図２】ホログラム記録媒体近傍での信号光、参照光の一例の詳細を表す模式図である。
【図３】ホログラム記録媒体近傍での信号光、参照光の他の例の詳細を表す模式図である。
【図４】複数のホログラムのうちいずれか２つのホログラムを選択して記録できる方式（モード）をまとめた図である。
【図５】直線偏光を複屈折層に入射したときの模式的な状態および入射角度の変化に対する複屈折特性の一例を表す図である。
【図６】円偏光を複屈折層に入射したときの入射角度の変化に対する複屈折特性の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００    光学ユニット
１０１    ホログラム記録媒体
１０２，１０３    基板
１０４    記録層
１０５    複屈折層
１０６    反射層
１１１    記録再生用光源
１１２    コリメートレンズ
１１３    偏光ビームスプリッタ
１２１    ミラー
１２２    ピンホール
１２３    空間光変調器
１２４    ミラー
１２５    ダイクロイックミラー
１２６    凹レンズ
１２７    対物レンズ
１３１    ファラデー素子
１３２    ファラデー素子
１３３    偏光ビームスプリッタ
１３４    撮像素子
１３５，１３６    １／２波長板
１４１    ミラー
１４２    遮蔽板
１４３    位相変調素子
１５１    サーボ用光源
１５２    コリメートレンズ
１５３    グレーティング
１５４    ビームスプリッタ
１５５    集光用レンズ
１５６    シリンドリカルレンズ
１５７    受光素子
１５８    サーボ用駆動ユニット
１６１，１６２    コイル
【図１】
2006154444.tif 000003
【図２】
2006154444.tif 000004
【図３】
2006154444.tif 000005
【図４】
2006154444.tif 000006
【図５】
2006154444.tif 000007
【図６】
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