(57)【要約】【課題】  特に、温度変化によって記録媒体に記録されたデータを読み出すための適正波長帯域が変動しても、適切に前記データを読み出すことを可能としたホログラム記録方法等を提供することを目的としている。【解決手段】  本発明は、記録媒体にデータを記録するときの記録波長を狭い波長帯域に制御するものであり、例えば面発光レーザの５０℃以上のときの適正波長帯域を用いる。面発光レーザは、温度が高くなるほど適正波長帯域が徐々に狭くなっていくため面発光レーザの５０℃のときの適正波長帯域は非常に狭くなっており、このような厳しい条件で、記録波長の波長帯域を制御すると、再生時に、前記面発光レーザを用いて前記データを読み取るとき、５０℃よりも低い温度では、適正波長帯域が記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がり、前記データを適切且つ確実に読み取ることが可能になる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録参照光と、データ光とを干渉させて記録媒体にデータを記録するためのホログラム記録方法において、
温度が低温側から高温側に上昇するに従って適正波長帯域が狭くなる面発光レーザの高温側での前記適正波長帯域を、記録波長の波長帯域として用いることを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項２】
請求項１に記載された記録方法を用いてデータが記録されたことを特徴とするホログラム記録媒体。
【請求項３】
前記記録媒体は温度が上昇するに従って膨張する性質を有する請求項２記載のホログラム記録媒体。
【請求項４】
再生参照光と、記録媒体に記録されているデータを取得する撮像手段とを有し、前記再生参照光に前記面発光レーザを用い、前記高温側よりも低い温度にて、請求項２あるいは請求項３に記載されたホログラム記録媒体からデータを読み出す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、例えば参照光とデータ光とを干渉させて記録媒体にデータを記録するホログラム記録方法、ホログラム記録媒体、及びホログラム再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラムの記録は、記録参照光と、二次元のデジタル映像データを含むデータ光とを記録媒体に干渉させることで行なわれる。ホログラムによる記録では、同一記録エリア内に多重記録が可能であり、しかも高速レートで記録・再生を行なうことが出来るといった利点がある。多重記録には、様々な手法があるが、よく知られている手法に角度多重と波長多重がある。このうち波長多重では、記録波長を変動させながら記録を行なうもので角度多重のように機械的動作が不要といった利点がある。
【０００３】
一方、ホログラムの再生では、再生参照光を、前記記録媒体に入射させると、ブラッグ条件式により、前記再生参照光が記録媒体に記録されたデータの干渉縞で回折され、再生光（回折光）が発せられる。そして、前記再生光に含まれるデータの内容が、ＣＣＤやＣＭＯＳなどからなる撮像素子により読み出される。
【特許文献１】特開２００２−３２００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで前記再生参照光として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いた場合、前記面発光レーザは温度変化（気温変化）によって適正波長帯域が変動する。図３は、前記面発光レーザの温度ごとの波長帯域と光強度比率との関係を示すグラフである。「光強度比率」とは、光強度がある値の光強度（ｍＷ）のときを基準値として比率で示したものである。
【０００５】
図３に示すように、温度が上昇すると光強度比率が低下するとともに前記光強度が０（ｍＷ）よりも大きくなる波長帯域も狭くなる。ここで「適正波長帯域」とは、任意に決めた所定値以上の光強度を得ることが可能な波長帯域と定義される。
【０００６】
例えば、記録参照光の波長が図３に示すλ１（ｎｍ）とλ２（ｎｍ）の間の波長λｘ（ｎｍ）であったとする。このとき原理的には再生参照光の入射角度を、前記記録参照光の入射角度と同じにするとともに、再生波長をλｘ（ｎｍ）とすれば、λｘ（ｎｍ）の波長で記録されたデータは、前記再生参照光を照射することで読み出されるが、再生時の温度が４０℃以上の高温であると、図３に示すようにλｘｎｍの波長では光強度が０となってしまい、再生不可能となってしまう。
【０００７】
このように温度が上昇すると、図３に示すように、面発光レーザの光強度のピークが長波長側にシフトするとともに、適正波長帯域が徐々に狭くなるため、短波長で記録されたデータを、再生時の温度が高温である場合、読み出すことができない可能性があった。
【０００８】
またホログラム記録媒体が温度変化によって伸縮する場合、記録媒体に記録されたデータのピッチ幅が変化することで、光の回折が生じる波長が記録参照光の波長と異なる値となってしまうため、この点も加味して、再生時に、記録されたデータを全て適切に読み出せるようにする必要があった。
【０００９】
上記した特許文献１は、記録媒体の温度変化による寸法変化の現象に着目し、記録媒体の構造を改良して、記録されたホログラム情報の温度変化に対する影響を減少させることを発明の目的・効果としている。しかし特許文献１では、特に面発光レーザの温度依存性については何ら記載されていないから、当然、上記した本発明の課題やその課題に対する解決手段についての記述はない。
【００１０】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、温度変化によって記録媒体に記録されたデータを読み出すための適正波長帯域が変動しても、適切に前記データを読み出すことを可能としたホログラム記録方法、ホログラム記録媒体、及びホログラム再生方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、記録参照光と、データ光とを干渉させて記録媒体にデータを記録するためのホログラム記録方法において、
温度が低温側から高温側に上昇するに従って適正波長帯域が狭くなる面発光レーザの高温側での前記適正波長帯域を、記録波長の波長帯域として用いることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、記録媒体にデータを記録するときの記録波長を狭い波長帯域に制御するものであり、その基準として面発光レーザの高温側での適正波長帯域を用いる。図３に示すように、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、温度が高くなるほど、光強度のピークが長波長側にシフトしながら、適正波長帯域が徐々に狭くなっていく。「適正波長帯域」とは、任意に設定された、ある光強度以上を得ることが出来る波長帯域と定義される。
【００１３】
図３に示すように、高温側の例えば５０℃の適正波長帯域は非常に狭くなっており、このような厳しい条件下で、記録波長の波長帯域を制御することで、再生時に、前記面発光レーザを用いて前記データを読み取るとき、上述した５０℃よりも低い再生温度では、適正波長帯域が記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がるため、前記データを適切且つ確実に読み取ることが可能になる。
【００１４】
また本発明におけるホログラム記録媒体は、上記に記載された記録方法を用いてデータが記録されたことを特徴とするものである。このとき前記記録媒体は温度が上昇するに従って膨張することが好ましい。すなわち温度が低下すると前記記録媒体は収縮し、前記記録媒体に記録されたデータのピッチ幅は狭くなり、前記データを読み出すのに必要な光の波長は、短波長側にシフトする。このため記録時の温度を再生時の温度よりも高い温度とすることで、再生時に、上記した記録媒体の収縮が生じて、前記データを読み出すのに必要な光の波長は短波長側にシフトする。このとき上記したように再生時の適正波長帯域は記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がるため、読み出すのに必要な波長が短波長側にシフトしたデータを適切且つ確実に読み出すことが可能になる。
【００１５】
また本発明におけるホログラム再生方法は、再生参照光と、記録媒体に記録されているデータを取得する撮像手段とを有し、前記再生参照光に前記面発光レーザを用い、前記高温側よりも低い温度にて、上記に記載されたホログラム記録媒体からデータを読み出すことを特徴とするものである。上記したように、再生時に、前記面発光レーザを用いて前記データを読み取るとき、再生時の適正波長帯域は記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がるため、記録された前記データ全てを適切且つ確実に読み取ることが可能になる。また記録媒体の温度低下に伴う収縮により、データを読み出すのに必要な光の波長が短波長側にシフトした場合でも、上記のように、再生時の適正波長帯域は、記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がるため、適切に前記データを読み出すことが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、記録媒体にデータを記録するときの記録波長を狭い波長帯域に制御するものであり、その基準として面発光レーザの高温側での適正波長帯域を用いる。面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、温度が高くなるほど、光強度のピークが長波長側にシフトしながら、適正波長帯域が徐々に狭くなっていく。このため面発光レーザの高温側での適正波長帯域は非常に狭くなっており、このような厳しい条件下で、記録波長の波長帯域を制御することで、再生時に、前記面発光レーザを用いて前記データを読み取るとき、高温側よりも低い再生温度では、適正波長帯域が記録時の波長帯域を包含しながら短波長側に広がり、前記データを適切且つ確実に読み取ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態として、ホログラム記録装置によって記録媒体にデジタル映像データを記録する概念図、図２は、ホログラム再生装置によって記録媒体からデジタル映像データを再生する概念図、である。
【００１８】
図１に示すホログラム記録装置では、光源２０から発せられた光（コヒーレント光）は、図示しないビームスプリッタによって２方向に分割される。分割された光のうち、一方は参照光（記録参照光）２８として、他方はデータ光２１として、それぞれ記録媒体２７上の一定の地点に入射される。図１に示すように前記データ光２１は、空間光変調器２３に入射される。前記空間光変調器２３には、例えば物体等の画像データが２値（０，１）のデジタル信号（記録信号）として入力される。前記空間光変調器２３では、前記デジタル信号を「明，暗」の二次元のデジタル映像データに変換する。例えば″０″信号を、「明」のデジタル映像データに変換し、″１″信号を、「暗」のデジタル映像データに変換する。前記「明」のデジタル映像データは、光を透過するが、「暗」のデジタル映像データは光を遮断する。前記空間光変調器２３は例えば液晶素子である。
【００１９】
データ光２１の光強度は、前記空調光変調器２３を透過することで空間変調されて前記記録媒体２７上の一定の地点に入射される。
【００２０】
図１に示すように、前記参照光２８とデータ光２１が記録媒体２７に照射されると、前記参照光２８とデータ光２１とが重なる領域に、多数のデジタル映像データ３０が記録される（図４，図５）。記録された前記デジタル映像データ３０は記録媒体２７内に干渉縞（ホログラム）として現われる。
【００２１】
ホログラム記録装置では、記録媒体２７の同一領域に多数の前記デジタル映像データ３０を記録できる。いわゆる多重記録が可能であり、多重記録の手法としては、記録波長を一定にし、前記参照光２８の記録媒体２７の表面２７ａに対する入射角度θ１を変化させて記録する角度多重や、入射角度θ１を一定にし記録波長を変化させて記録する波長多重等がある。
【００２２】
次に図２に示すホログラム再生装置を用いて、前記記録媒体２７に記録されたデジタル映像データ３０を再生するとき、図２に示すように、光源４１から参照光（再生参照光）４０を前記記録媒体２７に照射する。このとき、上記した波長多重で前記デジタル映像データ３０を記録媒体２７に記録したとき、前記参照光４０の記録媒体２７の表面２７ａに対する入射角度θ２は、図１の記録時の参照光２８の入射角度θ１と同じ値である。一方、前記参照光４０の波長を変化させながら、前記参照光４０を前記記録媒体２７に照射すると、ブラッグ条件式を満たす干渉縞では光が回折して、再生光（回折光）４３に前記デジタル映像データ３０が現われ、そして前記再生光４３上にＣＣＤやＣＭＯＳなどからなる撮像素子４２を配置しておくことにより、記録媒体２７に記録されているデジタル映像データ３０の内容を読み出すことが可能とされている。原理的には、再生時、記録波長と同じ波長帯域内で波長を変化させながら上記した光の回折を起こすことで、全てのデジタル映像データ３０を読み出すことが可能である。
【００２３】
図２に示す光源４１は、VCSEL（面発光レーザ）アレイであり、前記光源４１からは再生参照光４０として面発光レーザが照射される。図３に面発光レーザの温度変化による波長と光強度との関係の一例を示す。
【００２４】
図３に示すように、温度が徐々に高くなっていくと適正波長帯域が徐々に狭くなっていくことがわかる。図３に示す「光強度比率」とは、ある光強度を基準値として「１」と示し、その基準値に対する比率である。「適正波長帯域」とは、任意に設定された所定値以上の光強度比率（本実施形態では０．５に設定）を有する波長帯域と定義される。
【００２５】
図３に示すように、光強度比率のピークは、温度が高くなるほど徐々に小さくなる。しかも前記ピークは温度が上昇するほど長波長側にシフトすることがわかる。図３に示すように５０℃での適正波長帯域は、２０℃、３０℃、４０℃のいずれの適正波長帯域よりも狭いとともに、２０℃、３０℃、４０℃の各適正波長帯域内に包含される。４０℃、３０℃、２０℃の順で各適正波長帯域は、５０℃の適正波長帯域よりも短波長側に広がりを見せる。
【００２６】
本発明では、図１に示すホログラム記録装置を用いて行なうホログラム記録方法において、図３に示す面発光レーザの５０℃以上のときの適正波長帯域を、記録波長の波長帯域として用いている。よって記録波長の波長帯域は、λｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）の範囲内（概ね２〜３ｎｍの幅がある）である。従って図１に示す光源２０から発せられる光の波長は、λｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）の範囲内であり、この範囲内において、記録媒体２７に対しデジタル映像データ３０の記録を例えば波長多重にて行なう。前記ホログラム記録装置に用いられる光源２０は、固定レーザやガスレーザ等、特に限定されない。
【００２７】
次に図２に示すホログラム再生装置を用いてホログラムを再生するとき、上記したように光源４１にVCSELアレイを用い、前記光源４１から再生参照光４０として面発光レーザを照射する。このとき、特に温度調整を行なわず、そのときの気温下にて、ホログラムの再生を行なう。例えば気温が２０℃であると、図３に示すように、面発光レーザの適正波長帯域は、λｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）の範囲内（概ね３〜５ｎｍの幅がある）になり、記録時の波長帯域であるλｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）を包含する。このため、ホログラムの再生時に、投入電流を変化させながら面発光レーザの波長をλｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）の範囲内で変化させれば、必ず、全てのデジタル映像データ３０を読み出すことが出来る。気温が５０℃以下であれば、上記のように、記録時の波長帯域は、再生時の適正波長帯域内に包含されるため、全てのデジタル映像データ３０を適切に読み出すことが可能になる。仮に再生時の温度が５０℃よりも高くなるような場合でも、図２に示すホログラム再生装置内に、冷却手段を設けておき、前記冷却手段により再生時の温度を５０℃以下となるように温度調整すれば、図３のように、再生時の適正波長帯域が変動し、面発光レーザが５０℃のときの適正波長帯域内で調整された記録時の波長帯域を包含しながら広がるため、全てのデジタル映像データ３０を適切且つ確実に読み出すことが可能である。
【００２８】
ところで、ホログラムを記録媒体２７に記録するときの温度は、図３に示すグラフに基づき５０℃で行なう必要性はない。図３は、面発光レーザの波長の温度特性を示すもので、記録時に重要なことは、記録するときの温度ではなくて、波長帯域にある。すなわち面発光レーザが５０℃のときの適正波長帯域であるλｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）の範囲内にてホログラムの記録を行なえば、そのときの温度は別に５０℃である必要はない。しかし、以下に説明するように、記録時の温度は再生時の温度よりも高いほうが好ましい。具体的には前記記録時の温度を５０℃以上に設定することがより好ましい。
【００２９】
記録媒体２７は温度が上昇するにつれて膨張する性質を有し、図４は、ある温度のときにある波長にて記録媒体２７に記録されたデジタル映像データ３０の記録状態を示す。図５は、温度を上昇させて、記録媒体２７を膨張させたときの前記デジタル映像データ３０の記録状態を示し、図５におけるデジタル映像データ３０間のピッチ幅Ｂは、図４におけるデジタル映像データ３０間のピッチ幅Ａよりも大きくなっており、図５に記録されたデジタル映像データ３０を読み出すのに必要な波長は、図４に記録されたデジタル映像データ３０を読み出すのに必要な波長よりも長くなる。このように、記録媒体２７に記録されたデジタル映像データ３０は、温度変化によってピッチ幅が変動するため、温度が変化したときに、前記デジタル映像データ３０を読み出すのに必要な波長が記録時の波長と異なってしまう。
【００３０】
しかし図３に示すように、記録時の波長帯域を、面発光レーザが５０℃のときの適正波長帯域に一致させ、λｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）の範囲内に設定すれば、再生時の気温が２０℃のとき、面発光レーザの適正波長帯域は、５０℃のときの前記適正波長帯域を包含するとともに、短波長側に広がりを見せ、λｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）の範囲内になる。このとき、記録時の温度を再生時の温度よりも高い温度にしておけば、例えばあるデジタル映像データ３０が図３に示すＣ点の波長λｙ１（ｎｍ）にて記録されていると仮定すると、再生時に温度が下がることで記録媒体２７が収縮し、図５の記録状態から図４の記録状態に変態する。このため、λｙ１（ｎｍ）の波長にて記録されたデジタル映像データ３０を再生するときの波長は、λｙ１（ｎｍ）よりも短波長側のＤ点での波長となるが、上記したように、再生時の面発光レーザの適正波長帯域は、５０℃のときの前記適正波長帯域を包含するとともに、短波長側に広がるため、記録媒体２７の収縮によって読み出すための波長が短波長側にシフトしたデジタル映像データ３０も適切に読み取ることが出来る。逆に、記録時の温度が再生時の温度よりも低い状態であると、記録波長を、面発光レーザの５０℃のときの適正波長帯域であるλｙ１（ｎｍ）〜λｙ２（ｎｍ）の範囲内に設定しても、図３に示すＥ点の波長λｙ２（ｎｍ）にて記録されたデジタル映像データ３０は、再生時の温度が記録時の温度よりも高いことで、図４の記録状態から図５の記録状態に変動し、λｙ２（ｎｍ）の波長にて記録されたデジタル映像データ３０は、λｙ２（ｎｍ）よりも高い波長Ｆにて再生されることになる。このとき図３に示すように、再生時の面発光レーザの適正波長帯域を、２０℃のときのλｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）の範囲内に設定しても、再生時の前記適正波長帯域は、記録波長の波長帯域よりも、ほとんど長波長側に広がりを見せないため、波長λｙ２（ｎｍ）にて記録されたデジタル映像データ３０を適切に再生できない場合が出てくる。このため、記録時の温度は再生時の温度よりも高いほうが好ましい。具体的には前記記録時の温度を図３に基づいて５０℃以上に設定しておけば、再生時の気温が５０℃よりも高くならない限り、全てのデジタル映像データ３０を適切に再生することが出来る。ホログラム記録装置内には温度調整手段を設けておき、記録時の温度が５０℃以上となるように調整する。また再生時の温度が５０℃よりも高くなる雰囲気下であれば、上記したように、ホログラム再生装置内に冷却手段等を設けておき、前記冷却手段等により再生時の温度が５０℃よりも低い温度になるように調整すればよい。
【００３１】
上記のように、波長Ｃで記録されたデジタル映像データ３０が再生のとき、記録媒体２７の収縮によって、読み出すのに必要な波長が短波長側のＤ点に変動しても、λｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）（面発光レーザが２０℃のときの適正波長帯域）内にて波長を変化させながら、再生を行なえば、Ｄ点での短波長の再生参照光４０を照射することで、Ｃ点での波長で記録された前記デジタル映像データ３０を読み出すことが出来る。このとき、地点Ｄでの波長で読み出されたデジタル映像データ３０が、記録時、Ｃ点での波長で記録されたデジタル映像データ３０と同じものであるか否かを調べる必要はなく、λｚ１（ｎｍ）〜λｚ２（ｎｍ）の波長帯域内で波長を変化させながら、全てのデジタル映像データ３０を読み出す。デジタル映像データ３０には番地データも含まれており、この番地データに基づいて、前記デジタル映像データ３０の並び替えや不必要なデジタル映像データ３０の消去等を行って、撮像素子４２により物体等の画像データを再生する。
本発明におけるホログラムの記録方法は特に波長多重のときに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ホログラム記録装置によって記録媒体にデジタル映像データを記録する概念図（部分断面図）、
【図２】ホログラム再生装置によって記録媒体からデジタル映像データを再生する概念図（部分断面図）、
【図３】面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の温度ごとの波長と光強度との関係を示すグラフ、
【図４】記録媒体に記録されたデジタル映像データの記録状態を説明するための概念図、
【図５】図４のときよりも高温時であって、記録媒体に記録されたデジタル映像データの記録状態を説明するための概念図、
【符号の説明】
【００３３】
２０、４１  光源
２１  データ光
２７  記録媒体
２８  記録参照光
３０  デジタル映像データ
４０  再生参照光
４３  再生光
４２  撮像素子
Ａ、Ｂ  ピッチ幅
【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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