(57)【要約】【課題】従来よりも大容量の記録データを記録再生し得るホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法を提案する。【解決手段】ホログラム記録再生装置1では、再生光L4内に再生像として表れるピクセル単位のピクセル領域光強度の一時的な状態だけでなく、当該ピクセル領域光強度の経時的な変化をも記録再生情報として扱うようにしたことで、従来のシフト選択性の大きさによって決まっていた記録密度の壁を越え、より高密度に記録データを記録再生し得、かくして、従来よりも大容量の記録データを記録再生し得る。【選択図】図４
2013178860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と、一又は複数のピクセルのピクセル領域光強度が記録データに応じて経時的に変化する信号光とを干渉させた記録光、又は前記参照光のみをホログラム記録媒体に照射する光学系と、
前記ホログラム記録媒体に対し前記記録光を連続して照射してゆき、前記信号光に対応して経時変化するホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録させてゆく記録制御手段と、
前記ホログラム記録媒体に対し前記参照光を連続して照射してゆき、該ホログラム記録媒体に記録された前記ホログラムを前記参照光が透過することで得られる再生光から、前記ピクセル領域光強度の経時的な変化を検出して該ピクセル領域光強度の経時的な変化の違いを基に前記記録データを再生させる再生制御手段と
を備えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記ホログラム記録媒体には複数の前記ホログラムが連続して形成されてゆき、隣接する前記ホログラム間の空間シフト量が、回折限界以下である
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記信号光と前記参照光とを同一光軸上に配置して前記ホログラム記録媒体に照射するコアキシャル方式でなり、
前記記録制御手段は、記録媒体移動手段によって前記ホログラム記録媒体を移動させながら、前記記録光を前記ホログラム記録媒体に照射させてゆき、
前記再生制御手段は、前記記録媒体移動手段によって前記ホログラム記録媒体を移動させながら、前記参照光を前記ホログラム記録媒体に照射させてゆく
ことを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記光学系は、前記信号光と異なる入射方向であって、かつ入射角度を変えながら前記参照光を前記ホログラム記録媒体に照射させてゆき、
前記記録制御手段は、記録媒体移動手段によって前記ホログラム記録媒体を移動させながら、前記信号光及び前記参照光を前記ホログラム記録媒体に照射させてゆき、
前記再生制御手段は、前記記録媒体移動手段によって前記ホログラム記録媒体を移動させながら、前記参照光を前記ホログラム記録媒体に照射させてゆく
ことを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
前記光学系は、前記参照光に囲まれた領域に前記信号光を配置させ、かつ前記信号光の各前記ピクセルの周辺にも前記参照光が配置させた前記記録光を生成する
ことを特徴とする請求項３記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
参照光と、一又は複数のピクセルのピクセル領域光強度が記録データに応じて経時的に変化する信号光とを干渉させた記録光を、前記光学系によってホログラム記録媒体に照射する記録光照射ステップと、
記録制御手段によって、前記ホログラム記録媒体に対し前記記録光を連続して照射してゆき、前記信号光に対応して経時変化するホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録させてゆくホログラム記録ステップと、
前記参照光のみを、前記光学系によって前記ホログラム記録媒体に照射する参照光照射ステップと、
再生制御手段によって、前記ホログラム記録媒体に対し前記参照光を連続して照射してゆき、該ホログラム記録媒体に記録された前記ホログラムを前記参照光が透過することで得られる再生光から、前記ピクセル領域光強度の経時的な変化を検出して該ピクセル領域光強度の経時的な変化の違いを基に前記記録データを再生させる再生ステップと
を備えることを特徴とするホログラム記録再生方法。
【請求項７】
前記ホログラム記録ステップは、
隣接する前記ホログラム間の空間シフト量を回折限界以下として、前記ホログラム記録媒体に複数の前記ホログラムを連続して形成してゆく
ことを特徴とする請求項６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】
本発明はホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の光メモリとしてホログラム記録再生方式が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。図２０において、100は従来のホログラム記録装置を示し、このホログラム記録装置100は、信号光L2と参照光L3とを同一光軸上に配置したコアキシャル方式（コリニア方式ともいう）を採用した構成を有する。実際上、ホログラム記録装置100は、光源101から空間光変調器（SLM）102にレーザ光L1が照射され、例えばデータ記録時、当該空間光変調器（SLM）102により記録データに応じた空間光変調をレーザ光L1に施して信号光L2と参照光L3とを生成し得る。
【０００３】
ここで、空間光変調器102は、例えば液晶パネルからなり、光源101から受けたレーザ光L1をピクセル単位で空間光変調を行え得るようになされており、例えばデータ記録時、図２１Ａに示すように、予め定められた明暗の参照光パターンLP3と、記録データに応じて形成された明暗の信号光パターンLP2とでなる記録光パターンRP100を照射面に形成し得る。因みに、この実施の形態の場合、記録光パターンRP100は、円環状の参照光パターンLP3の内側円形領域に、信号光パターンLP2が形成され得る。空間光変調器102は、図２０に示すように、レーザ光L1が記録光パターンRP100に照射されることにより、当該レーザ光L1を空間光変調して参照光パターンLP3と同じ明暗パターンの参照光L3と、記録データに応じて形成された信号光パターンLP2と同じ明暗パターンの信号光L2とを生成し得る。
【０００４】
そして、空間光変調器102は、これら信号光L2及び参照光L3を対物レンズ103に照射し、これら信号光L2及び参照光L3を当該対物レンズ103でフーリエ変換させて信号光L2及び参照光L3を干渉させた干渉縞を生成させて、これを記録光としてホログラム記録媒体104に照射させ得る（すなわち、対物レンズ103は、前側焦点位置における光の空間的振幅分布をフーリエ変換したフーリエ変換像を、後側焦点位置にあるホログラム記録媒体104上に形成する）。ホログラム記録媒体104は、信号光L2及び参照光L3が干渉して生成された記録光が記録層に照射されることにより、信号光L2及び参照光L3の明暗パターンを反映したホログラムM1を記録し得るようになされている。
【０００５】
因みに、このホログラム記録媒体104は、フォトポリマー材料からなる記録層を有し、データ記録前、記録層にモノマーのみが存在しており、データ記録時に信号光L2及び参照光L3が照射されることで、光強度の強い明るい箇所で光重合反応によりモノマーがポリマーに変わり、光強度の弱い暗い箇所ではそのままモノマーが維持され得る。このようにホログラム記録媒体104には、信号光L2及び参照光L3の明暗の光強度分布に対応して、モノマーと、当該モノマーと屈折率が異なるポリマーとが形成され、干渉縞（記録光）に対応したホログラムM1が形成され得る。
【０００６】
次に、このようにしてホログラム記録媒体104に記録されたホログラムを再生するホログラム再生装置について説明する。図２０との対応部分に同一符号を付して示す図２２において、110はホログラム再生装置を示し、データ再生時、光源101から照射されたレーザ光L1に対して空間光変調器102により空間光変調を施し、参照光L3のみを生成し得る。空間光変調器102は、この参照光L3を対物レンズ103に照射して、当該対物レンズにてフーリエ変換させて、これをホログラム記録媒体104に照射し得る。ここで、空間光変調器102は、データ再生時、図２１Ｂに示すように、データ記録時と同じ参照光パターンLP3のみを照射面に形成し、レーザ光L1を空間光変調してデータ記録時と同じ参照光L3を生成し得る。ホログラム再生装置110は、図２２に示すように、この参照光L3をホログラム記録媒体104に照射することで、ホログラム記録媒体104のホログラムに応じた回折光を得、当該回折光を再生光L4として対物レンズ105にて逆フーリエ変換し、これをディテクタ106に照射する。
【０００７】
ディテクタ106は、例えばCCD(Charge Coupled Device)センサや、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサからなり、受光した明暗２値の再生光L4を、ピクセル毎に「0」「1」のページデータ（再生像）として検出し、これを再生信号として再生手段107に送出する。これにより再生手段107は、再生信号に基づいて記録データを再生し得るようになされている。
【０００８】
ところで、このようなホログラム記録装置100では、後述するシフト多重記録方式を利用して、複数のホログラムM1をホログラム記録媒体104に多重記録し得るようになされている。実際上、このシフト多重記録方式では、例えばホログラム記録媒体104に対する信号光L2と参照光L3に対して、ホログラム記録媒体104を移動させ、これら信号光L2及び参照光L3の照射位置を面方向にずらして記録箇所を変えながら複数のホログラムM1をホログラム記録媒体104に記録してゆき、大容量の記録データを記録再生し得るようになされている。
【０００９】
例えば、図２３に示すような画像J100や、図示しない他の画像を記録データとしてホログラム記録媒体104に記録する場合には、当該画像J100に所定の符号化処理を施して、２次元平面に複数のピクセルが配置され、かつピクセル毎に明暗を変えたページデータP100を生成する。また、画像J100とは異なる他の画像（図示せず）についても、符号化処理を施すことにより、画像J100のページデータP100とは異なる明暗パターンのページデータP200を生成し得る。そして、これらページデータP100,200は、信号光パターンLP2として空間光変調器102の照射面に表示され得る。
【００１０】
そして、ホログラム記録装置100は、このようなページデータP100,P200を信号光パターンLP2として空間光変調器102にそれぞれ表示して、各信号光パターンLP2からそれぞれ異なる信号光L2を生成し、各信号光L2の明暗パターンを反映させたホログラムM1を、ホログラム記録媒体104の記録位置を変えながら多重記録してゆく。ここで、ホログラム記録媒体104に記録されたホログラムM1は、参照光L3が照射されると、再生信号光強度が高い再生光L4を出射し得る。そして、図２４に示すように、この再生信号光強度が高い再生光L4内には、例えばページデータP100が再生像として表れ得る。但し、参照光L3の照射位置を記録位置（ホログラムM1）からシフトしていった場合には、ホログラムM1の再生条件を満たさなくなり、最終的に再生像が得られなくなる。
【００１１】
従って、隣り合う独立したホログラム間で空間シフト量が小さい場合には、一のホログラムから再生光L4が発する位置（所定の回折光強度（再生信号光強度）を持った位置）に、次のホログラムを多重記録することになり、一のホログラムの再生時に次のホログラムからの再生光L4も観測されてしまい、ノイズが発生してしまうという問題がある。すなわち、ホログラム記録媒体104に多重記録される複数のホログラムM1は、隣接した他のホログラムM1から再生像が最終的に得られなくなるまで、所定の空間シフト量を設けて選択配置しなければならないというシフト選択性を有している。
【００１２】
そこで、シフト多重記録方式により複数のホログラムM1をホログラム記録媒体104に多重記録する場合には、一のホログラムM1から再生像を得るときに、他のホログラムM1からのノイズが発生しないように、一のホログラムM1の再生信号光強度が0となる所定の空間シフト量△x300を設けて、次のホログラムM1を記録し得るようになされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】H.J.Coufal,D.Psaltis,G.T.Sincerbox,Eds.,HolographicData Storage,Springer(2000).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
かくして、このようなシフト多重記録方式を用いたホログラム記録装置100では、図２５に示すように、データ再生時に再生信号光強度の高い空間シフト量△x100が互いに重ならないように、隣り合うホログラムM1をホログラム記録媒体104に多重記録する必要があることから、ホログラム記録媒体104の所定領域に記録できるホログラム数に限りがあり、さらなる大容量の記録データを記録再生し得ることが困難であった。
【００１５】
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来よりも大容量の記録データを記録再生し得るホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の請求項１におけるホログラム記録再生装置は、参照光と、一又は複数のピクセルのピクセル領域光強度が記録データに応じて経時的に変化する信号光とを干渉させた記録光、又は前記参照光のみをホログラム記録媒体に照射する光学系と、前記ホログラム記録媒体に対し前記記録光を連続して照射してゆき、前記信号光に対応して経時変化するホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録させてゆく記録制御手段と、前記ホログラム記録媒体に対し前記参照光を連続して照射してゆき、該ホログラム記録媒体に記録された前記ホログラムを前記参照光が透過することで得られる再生光から、前記ピクセル領域光強度の経時的な変化を検出して該ピクセル領域光強度の経時的な変化の違いを基に前記記録データを再生させる再生制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項６におけるホログラム記録再生方法は、参照光と、一又は複数のピクセルのピクセル領域光強度が記録データに応じて経時的に変化する信号光とを干渉させた記録光を、前記光学系によってホログラム記録媒体に照射する記録光照射ステップと、記録制御手段によって、前記ホログラム記録媒体に対し前記記録光を連続して照射してゆき、前記信号光に対応して経時変化するホログラムを前記ホログラム記録媒体に記録させてゆくホログラム記録ステップと、前記参照光のみを、前記光学系によって前記ホログラム記録媒体に照射する参照光照射ステップと、再生制御手段によって、前記ホログラム記録媒体に対し前記参照光を連続して照射してゆき、該ホログラム記録媒体に記録された前記ホログラムを前記参照光が透過することで得られる再生光から、前記ピクセル領域光強度の経時的な変化を検出して該ピクセル領域光強度の経時的な変化の違いを基に前記記録データを再生させる再生ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１及び請求項６によれば、再生光内に再生像として表れるピクセル単位のピクセル領域光強度の一時的な状態だけでなく、当該ピクセル領域光強度の経時的な変化をも記録再生情報として扱うことができ、従来のシフト選択性の大きさによって決まっていた記録密度の壁を越え、より高密度に記録データを記録再生し得、かくして、従来よりも大容量の記録データを記録再生し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。
【図２】３次元ページデータの説明に供する概略図である。
【図３】ホログラムと、信号光の再生信号光強度との関係を示す概略図である。
【図４】３次元ページデータにおけるピクセル領域光強度の説明に供する概略図である。
【図５】シフト分解能により検知可能な回折限界以下の空間シフト量変化について概略的に示した概略図である。
【図６】理論式の説明に供する概略図である。
【図７】信号光を中心ピクセルにだけ配置させた記録光パターンの構成を示す概略図である。
【図８】ホログラム記録媒体に連続して密に多重記録された複数のホログラムを示す概略図である。
【図９】再生光の再生信号光強度と、空間シフト量との関係を示すグラフである。
【図１０】再生信号光強度分布を示す概略図である。
【図１１】ホログラム記録媒体に設けられた複数のトラックの説明に供する概略図である。
【図１２】図７の記録光パターンを用いて複数のトラックに記録データを多重記録したときの再生信号光強度分布を示す概略図である。
【図１３】信号光を中心ピクセルにだけ配置させた他の記録光パターンの構成を示す概略図である。
【図１４】図１３の記録光パターンを用いたときの再生信号光強度と空間シフト量との関係を示すグラフである。
【図１５】図１３の記録光パターンを用いて複数のトラックに記録データを多重記録したときの再生信号光強度を示す概略図である。
【図１６】信号光を複数のピクセルに配置させた記録光パターンの構成を示す概略図である。
【図１７】図１６の記録光パターンを用いてホログラム記録媒体に連続して密に多重記録された複数のホログラムを示す概略図である。
【図１８】図１６の記録光パターンを用いたときの再生信号光強度と空間シフト量との関係を示すグラフである。
【図１９】他の実施の形態によるホログラム記録再生装置の構成を示す概略図である。
【図２０】従来のホログラム記録装置の構成を示す概略図である。
【図２１】データ記録時の記録光パターンと、データ再生時の参照光パターンとを示す概略図である。
【図２２】従来のホログラム再生装置の構成を示す概略図である。
【図２３】従来のページデータの説明に供する概略図である。
【図２４】再生信号光強度とページデータの説明に供する概略図である。
【図２５】シフト選択性の説明に供する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
【００２１】
（１）本発明のホログラム記録再生装置の概要
図２０及び図２２との対応部分に同一符号を付した図１において、1は信号光L2と参照光L3とを同一光軸上に配置したコアキシャル方式のホログラム記録再生装置を示し、ホログラム記録媒体104に連続して密に複数のホログラムM1を多重記録し得るとともに、当該ホログラム記録媒体104に連続して密に多重記録された複数のホログラムM1から記録データを再生し得るようになされている。ここでは、先ず初めにホログラム記録再生装置1におけるデータ記録処理について説明した後、データ再生処理について順に説明する。
【００２２】
実際上、このホログラム記録再生装置1には、図示しないCPU(Central Processing Unit))、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access
Memory)等のマイクロコンピュータ構成でなるシステムコントローラ2によって、ROMに予め格納している基本プログラムやデータ記録処理プログラム、データ再生処理プログラム等の各種プログラムをRAMに適宜ロードすることにより、ホログラム記録再生装置1における各種機能を統括的に制御し、データ記録処理やデータ再生処理等を実行し得るようになされている。実際上、このホログラム記録再生装置1は、記録制御手段としてのシステムコントローラ2からの制御信号に基づいて光源101から照射されたレーザ光L1を、空間光変調器102（SLM）及び対物レンズ103でなる光学系に照射し得る。
【００２３】
空間光変調器102は、アレイ状に空間分割された複数のピクセル（画素）を照射面に有しており、各ピクセル毎にレーザ光の透過と遮蔽とを制御し得る。空間光変調器102は、システムコントローラ2からの制御信号に基づいて後述するデータ記録処理を実行し、照射面の各ピクセルを制御して、記録データを表した経時変化する明暗の信号光パターンと、予め定められた明暗の参照光パターンとでなる記録光パターンRP1を照射面に形成し得る。
【００２４】
空間光変調器102は、各ピクセルの光強度（以下、ピクセル領域光強度とも呼ぶ）が経時的に変化する信号光パターンにより、レーザ光L1に空間光変調を施して、ピクセル単位で経時的に光強度が変化する信号光L2を生成する。また空間光変調器102は、予め定められた所定の光強度分布となっている参照光パターンにより、レーザ光L1に空間光変調を施して、参照光L3を生成し得る。かくして、空間光変調器102は、ピクセル単位で光強度が経時的に変化する信号光L2と、一定の明暗パターンが固定された参照光L3とを対物レンズ103に照射し、これら信号光L2及び参照光L3を対物レンズ103にてフーリエ変換させて、信号光L2と参照光L3とを干渉させた干渉縞を記録光としてホログラム記録媒体104に照射し得る。
【００２５】
ホログラム記録媒体104は、記録光を受光している際、記録媒体移動手段3により面方向に移動されており、記録光が照射される記録位置を面方向にずらしてゆき、かくして、当該記録光の照射によって面方向に密に連なった複数のホログラムが記録層に記録され得る。このようにしてホログラム記録再生装置1は、シフト選択性によって決まる空間シフト量△x300（図２４）よりも格段的に小さい間隔で、ホログラム記録媒体104に複数のホログラムM1を密にシフト多重記録してゆくようになされている。
【００２６】
ここで、図２に示すように、例えば画像J100を記録データとしてホログラム記録媒体104に記録する場合には、当該画像J100に予め所定の符号化処理を施して、画像J100から３次元ページデータP1を生成する。なお、３次元ページデータP1とは、従来のように２次元平面上に複数のピクセルを配置し、各ピクセルのピクセル領域光強度の明暗だけを表したページデータP100,P200（図２３）とは異なり、２次元のページデータ上での各ピクセル領域光強度のパターンだけでなく、各ピクセルp毎にそれぞれピクセル領域光強度の高い状態（以下、ON状態と呼ぶ）がどの程度続いて、光強度の低い状態（以下、OFF状態と呼ぶ）に遷移したかを、記録データの識別情報として用いるものである。
【００２７】
例えば、図２に示す３次元ページデータP1では、２次元平面のページデータP2においてアレイ状に並んだ複数のピクセルpのうち、１つのピクセルp1に着目すると、初めに空間シフト量PH1だけピクセル領域光強度がON状態となっており、その後、空間シフト量PL1のOFF状態が続き、次いで空間シフト量PH2のON状態、最後に空間シフト量PL2のOFF状態が続いている。このように１つの記録データから予め生成された３次元ページデータP1は、各ピクセルp毎にそれぞれON状態になっている空間シフト量が異なり、これら全てのピクセルpのON状態の空間シフト量を識別情報として用いて１つの記録データを表すようになされている。
【００２８】
因みに、従来のコアキシャル方式のホログラム記録装置100（図２０）では、２次元のページデータP100,P200を基に生成された２次元のホログラム単位で記録データの記録再生を行っており、ホログラムM1から得られる再生像に、他のホログラムによるノイズが発生しないようシフト選択性を考慮して、隣接するホログラムM1間に所定の空間シフト量△x300（図２４）を設けてホログラム記録媒体104に複数のホログラムM1を記録していた。
【００２９】
これに対して本発明のホログラム記録再生装置1では、シフト選択性によって決まる空間シフト量よりも格段的に小さい間隔で、密に複数のホログラムM1をシフト多重記録し得るようになされている。そして、本発明のホログラム記録再生装置1では、２次元のページデータP1において各ピクセルpにおけるピクセル領域光強度の経時的な変化に着目し、データ再生時に、連続的に一列に連なった複数のホログラムM1から１つの再生光L4を生成し、再生光L4内に表れるページデータP1内の各ピクセル領域光強度の経時的な変化の遷移を基に、記録データを再生し得るようにしたものである。
【００３０】
次に、ホログラム記録媒体104に多重記録されたホログラムM1から記録データを再生するデータ再生処理について以下説明する。図１に示すように、空間光変調器102は、再生制御手段としてのシステムコントローラ2からの制御信号に基づいてデータ再生処理を実行し、照射面の各ピクセルを制御して、データ記録処理時に形成した参照光パターンのみを照射面に再び表示させる。空間光変調器102は、参照光パターンによりレーザ光L1に対し空間光変調を施して参照光L3を生成し、この参照光L3を対物レンズ103でフーリエ変換してホログラム記録媒体104に照射し得るようになされている。
【００３１】
ホログラム記録媒体104は、参照光L3を受光している際、データ記録時と同様に、記録媒体移動手段3により面方向に移動されており、参照光L3が照射される照射位置を面方向にずらしてゆき、複数のホログラムM1が連続して多重記録されている記録位置に合わせて、参照光L3が照射され得る。これによりホログラム記録再生装置1は、ホログラム記録媒体104にて連続して密に多重記録されたホログラムM1に参照光L3が照射されている間、この連続したホログラムM1に応じた回折光がホログラム記録媒体104から出射し続け、これを再生光L4として対物レンズ105にて逆フーリエ変換し、これをディテクタ106に照射し得るようになされている。
【００３２】
ディテクタ106は、ホログラム記録媒体104にて連続して多重記録されたホログラムM1の長さに応じて生成される再生光L4を受光し続け、当該再生光L4から各ピクセル毎にそれぞれON状態の長さを示す空間シフト量を検出し、各ピクセル毎にそれぞれON状態の空間シフト量の長さを示す再生信号を生成して、これを再生手段5に送出し得る。再生手段5は、データ記録時に記録データに対して行った符号化処理とは逆の復号化処理を再生信号に対して施すことにより記録データを生成して、記録データに基づいて、例えば図２に示したような画像J100を表示部（図示せず）に表示し得るようになされている。
【００３３】
ここで、図３は、ホログラム記録媒体104に複数のホログラムM1,M2,M3…を連続的に多重記録した際に得られる再生光L4の再生信号光強度を示すイメージ図である（なお、図３中、△xは空間シフト量を示し、vは記録光及び参照光のホログラム記録媒体104上の移動速さを示し、△ｔは時間を示す）。ホログラム記録再生装置1において複数のホログラムM1,M2,M3…を密に連続してホログラム記録媒体104に多重記録していった場合には、データ再生時、連続した複数のホログラムM1,M2,M3…の長さに比例した空間シフト量に亘って再生信号光強度が立ち上がり、再生光L4が発生し得る。そして、この再生信号光強度が高く、再生光L4が発生しているときには、図４に示すように、２次元平面に複数のピクセルpが配置されたページデータP2が再生光L4内に表れ、かつ再生光L4が発生してから再生光L4が消失するまでの間、このページデータP2内の各ピクセルpのピクセル領域光強度のON状態とOFF状態とが切り替わり、かくして、再生光L4内に表れるページデータP2の明暗パターンが経時的に変化してゆく。
【００３４】
例えば、図４に示した３次元ページデータP1を構成するページデータP2のうち、所定のピクセルp2では、当初からON状態が比較的長く続き、その後、OFF状態、ON状態へと順にピクセル領域光強度が遷移している。一方、ページデータP2の他のピクセルp3では、ピクセルp2がON状態にあるとき、ON状態からOFF状態へと遷移しており、またピクセルp2がOFF状態に遷移しているとき、これとは逆にON状態に遷移している。
【００３５】
そして、ディテクタ106（図１）は、再生光L4内に表れる経時変化するページデータP2を受光して、ページデータP2内の各ピクセルp毎にそれぞれピクセル領域光強度がON状態からOFF状態に遷移するまでの空間シフト変化量を検出し、各ピクセルp毎に得られた全ての空間シフト変化量を基に１つの再生信号を生成し得るようになされている。
【００３６】
ここで、再生光L4内において、あるピクセル領域光強度が、例えば空間シフト量1[μm]でON状態からOFF状態に遷移したか、或いは空間シフト量1.1[μm]でON状態からOFF状態に遷移したかの検出については、シフト選択性とは全く関係がなく、ホログラム記録再生装置1におけるシフト分解能（いかに空間シフト量を細かく調整できるか）だけで決まる。従って、このホログラム記録再生装置1では、シフト分解能により、図５に示すように、再生光L4において、光の回折限界以下の僅かな空間シフト量変化△x1でのピクセル領域光強度の検出が可能となる。
【００３７】
また、従来では、図２５に示す２つの空間シフト量△x100を合わせた空間シフト量が2[μm]とすると、この2[μm]間で１ピクセルが表現できる情報量は、0[μm]、1[μm]の各箇所でON状態かOFF状態かの組み合わせで、22=４通り（=2[bit]）となる。これに対して本発明では、ホログラム記録再生装置1のシフト分解能を100[nm]とすると、仮に次の再生光へのクロストークを考慮して1.1〜2.0[μm]の間を常にOFF状態に設定したとしても、ピクセル領域光強度のON状態の長さが異なるパターンの組み合わせは66通り（＞6[bit]）にも達することになる。
【００３８】
このようにしてホログラム記録再生装置1は、ページデータP2の各ピクセル単位で経時的に変化するピクセル領域光強度のON状態の長さを情報として扱うことで、従来のシフト選択性に制約されることなく、大容量の記録データを記録再生し得る。
【００３９】
（２）動作及び効果
以上の構成において、このホログラム記録再生装置1では、データ記録時、システムコントローラ2からの制御信号に基づいて、空間光変調器102及び対物レンズ103でなる光学系にて、参照光L3と、一又は複数のピクセルpのピクセル領域光強度が記録データに応じて経時的に変化する信号光L2とを生成し、これら信号光L2及び参照光L3を干渉させた記録光を連続してホログラム記録媒体104に照射してゆく。これにより、ホログラム記録再生装置1では、信号光L2によりピクセル単位で経時変化するピクセル領域光強度を反映させたホログラムM1,M2,M3…をホログラム記録媒体104に記録させてゆく。
【００４０】
一方、データ再生時、ホログラム記録再生装置1では、システムコントローラ2からの制御信号に基づいて、空間光変調器102及び対物レンズ103でなる光学系にて、データ記録時と同じ参照光L3だけを生成し、当該参照光L3を連続してホログラム記録媒体104に対し照射してゆく。これによりホログラム記録再生装置1では、ホログラム記録媒体104に記録されたホログラムM1,M2,M3…を参照光L3が透過することで得られる再生光L4をディテクタ106に出射する。
【００４１】
光強度検出手段であるディテクタ106は、再生光L4内に表れ経時変化してゆく再生像（すなわち３次元ページデータP1）から、ピクセル単位で得られるピクセル領域光強度の経時的な変化を検出してゆき、このピクセル領域光強度の経時的な変化を示す再生信号を生成する。かくして、ホログラム記録再生装置1では、再生手段により、この再生信号に基づいて記録データを再生させることができる。
【００４２】
このようにしてホログラム記録再生装置1では、再生光L4内に再生像として表れるピクセル単位のピクセル領域光強度の一時的な状態だけでなく、当該ピクセル領域光強度の経時的な変化をも記録再生情報として扱うことができ、従来のシフト選択性の大きさによって決まっていた記録密度の壁を越え、より高密度に記録データを記録再生し得、かくして、従来よりも大容量の記録データを記録再生し得る。
【００４３】
（３）ホログラム記録再生装置におけるデータ記録再生に関する理論式
次に本発明によるホログラム記録再生装置1におけるデータ記録再生に関する理論式について以下説明する。ここでは、図６に示すように、空間光変調器102の照射面上の位置（座標）を表す変数を（X,Y）とし、空間光変調器102からの参照光L3をフーリエ変換してホログラム記録媒体104に照射する対物レンズ103の焦点距離をfとする。因みに、後述する数１等には用いられていないが、図６中、k（X,Y）は、空間光変調器102の照射面上の座標（X,Y）のピクセルから到達する光の波数ベクトルを表す。
【００４４】
また、空間光変調器102の照射面上における信号光ピクセルの位置（定数）を（α,β）とし、ホログラム記録媒体104上の読み出し位置を表す変数を（△x,△y）とし、ホログラム記録媒体104上での記録トラック形状を示す関数をg（△x,△y）（このg（△x,△y）では信号を記録する座標で1、それ以外の座標では0とする）とし、参照光パターンのON-OFF状態を表す関数をP（X,Y）（このP（X,Y）では空間光変調器102の照射面上の座標（X,Y）のピクセルがON状態のとき1、OFF状態のとき0とする）とし、再生信号の電場E（△x,△y）を表したところ、下記の数１及び数２のように表される。
【００４５】
【数１】
2013178860.tif 000003
【００４６】
【数２】
2013178860.tif 000004
【００４７】
なお、Edifは回折光の振幅を表し、λは光源101から発するレーザ光L1の波長を示す。このように再生信号の電場E（△x,△y）は、g（△x,△y）とEdif（△x,△y）との畳み込みで表せ、下記数３のようにまとめることができる。
【００４８】
【数３】
2013178860.tif 000005
【００４９】
なお、∝は比例であることを表し、∝の直後にあるF-1[ ]は逆フーリエ変換を表し、G（X,Y）はg（△x,△y）をフーリエ変換したものである。数３に示すように、ホログラム記録媒体104上の記録トラック形状のフーリエ変換と、信号光ピクセルを中心に見た参照光パターンとから、再生信号の電場E（△x,△y）を求めることができる。そして、並列に配置された記録トラックにホログラムを多重記録する際には、データ再生時のクロストークを減らすために、信号光L2の近くに参照光L3が必要となり、記録密度を上げるために、信号光L2から離れた位置にも参照光L3が必要であることが確認できた。
【００５０】
（４）他の実施の形態による記録光パターン
上述した実施の形態においては、空間光変調器102において、環状の参照光L3内において複数の信号光をアレイ状に配置した記録光パターンRP1を形成し（図２１）、この記録光パターンRP1をホログラム記録媒体104の１つのトラックに照射して、連続して一列に並んだ複数のホログラムM1,M2,M3…を多重記録する場合について説明した。ここでは、上述した数３の理論式を基に、記録光パターンRP1の構成を変え、並走する複数のトラックに記録光パターンを照射する場合等について説明する。
【００５１】
先ず初めに、ホログラム記録媒体104に複数のホログラムM1,M2,M3…を連続して密に多重記録する際の記録光パターンの形状について、上述した理論式を基にシミュレーションを行った。ここでは、図７に示すような記録光パターンRP2を空間光変調器102にて用いる場合についてシミュレーションを行った。実際上、この記録光パターンRP2は、円環状の参照光L5を生成し、かつこの参照光L5の中心１ピクセルにだけ信号光L6を生成し得るように構成した。すなわち、この記録光パターンRP2では、信号光L6から遠く離れた位置に参照光L5を配置させるだけとし、信号光L6の近くに参照光L5を配置させないようにした。
【００５２】
また、このシミュレーションでは、図１に示すようなホログラム記録再生装置1を用いることを前提に、光源101のレーザ光L1の波長を405[nm]、空間光変調器102及びホログラム記録媒体104間の対物レンズ103の開口数（NA）を0.55、対物レンズ103の焦点距離ｆを4.0[mm]とし、また、空間光変調器102のピクセルピッチを10.7[μm]とし、この空間光変調器102の中心１ピクセルに信号光L6を生成した。さらに、このシミュレーションでは、図８に示すように、記録光パターンRP2で生成した記録光を10[nm]間隔でホログラム記録媒体104に照射しゆき、長さ1[μm]に亘って10[nm]間隔（空間シフト量△x2間隔）で複数のホログラムM1,M2…を連続してホログラム記録媒体104に多重記録することとした。
【００５３】
そして、これら連続したホログラムM1,M2…から得られる再生信号光強度をシミュレーションから求めた結果、図９に示すように、連続してホログラムM1,M2…を多重記録した長さと同じ空間シフト量1[μm]に亘って再生信号光強度が表れ、多重記録したホログラムM1,M2…の長さに応じた再生光L4が得られることが確認できた。
【００５４】
次に、ホログラムM1,M2…を多重記録したトラックだけでなく、このトラックと隣接する他のトラックでの再生信号光強度についても調べたところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０から、ホログラムM1,M2…を記録したトラックの方向だけでなく、このトラックと隣接した他のトラック（△yの縦軸上方向）や、トラックと遠く離れた他のトラックにおいても、再生信号光強度が高い箇所が表れており、トラック間にクロストークが生じてしまっていることが確認できた。
【００５５】
ところで、このようなホログラム記録媒体104に対して大容量の記録データを記録する場合には、図１１に示すように、例えば円盤状のホログラム記録媒体104に、径が異なり並走する円状のトラックT1,T2,T3,T4,T5を複数設け、各トラックT1,T2,T3,T4,T5毎にそれぞれ３次元ページデータP1が検出可能なホログラムM1,M2…を記録できることが望ましい。
【００５６】
ここで、上述の図７に示した記録光パターンRP2を用いて、トラック間距離が0.5[μm]の４つのトラックT1,T2,T3,T4を設け、トラックT1に2.0[μm]、トラックT2に1.5[μm],1.0[μm]、トラックT3に2.5[μm]、トラックT4に1.5[μm]の長さでそれぞれ複数のホログラムM1,M2…を多重記録し、各トラックT1,T2,T3,T4の再生信号光強度を調べたところ、図１２に示すような結果が得られた。なお、図１２では、縦軸△yの0.0[μm]にトラックT1、0.5[μm]にトラックT2、1.0[μm]にトラックT3、1.5[μm]にトラックT4がある。図１２から、トラックT1,T2,T3,T4間にクロストークが発生してしまい、トラックT1,T2,T3,T4毎に再生信号光強度の高い箇所を正確に検出できないことが確認できた。
【００５７】
そこで、上述した理論式を基にトラック間でクロストークが生じない最適な記録光パターンについて検討した結果、図１３に示すような記録光パターンRP3を用いることにより、トラック間のクロストークを抑制し得ることが確認できた。ここで、図１３は、中心ピクセルにだけ信号光L6を生成したときの記録光パターンRP3を示し、中心ピクセルの信号光L6を取り囲むように隙間なく参照光L7が配置され、かつ信号光L6の近くだけでなく、信号光L6から遠く離れた箇所にも参照光L7を配置させるようにした。
【００５８】
このような記録光パターンRP3から生成した記録光を、0.8[μm]、1[μm]、1.2[μm]の長さに亘って10[nm]間隔でホログラム記録媒体104に照射しゆき、３つの異なる長さにおいて10[nm]間隔で複数のホログラムM1,M2…を連続して多重記録することとした。因みに、このシミュレーションでも、図１に示すようなホログラム記録再生装置1を用いることを前提に、光源101のレーザ光L1の波長を405[nm]、空間光変調器102及びホログラム記録媒体104間の対物レンズ103の開口数（NA）を0.55、対物レンズ103の焦点距離ｆを4.0[mm]とし、また空間光変調器102のピクセルピッチを10.7[μm]とし、この空間光変調器102の中心１ピクセルに信号光L6を生成した。
【００５９】
そして、これら連続したホログラムM1,M2…から得られる各再生信号光強度をシミュレーションからそれぞれ求めた結果、図１４に示すように、各記録箇所において、ホログラムM1,M2…を連続して多重記録した長さと同じ空間シフト量0.8[μm]、1[μm]、1.2[μm]に亘ってそれぞれ高い再生信号光強度が表れ、多重記録したホログラムM1,M2…の長さに応じた再生光L4がそれぞれ正確に得られることが確認できた。
【００６０】
次に、図１３に示すような記録光パターンRP3を用いて複数のトラックT1,T2,T3,T4に連続してホログラムを多重記録してゆき、トラックT1,T2,T3,T4間にクロストークが発生しているかについてシミュレーションを行った。実際上、ここでは、トラック間距離を0.5[μm]として４つのトラックT1,T2,T3,T4を設け、トラックT1に1.0[μm]、トラックT2に0.75[μm],0.5[μm]、トラックT3に1.25[μm]、トラックT4に0.75[μm]に、それぞれ複数のホログラムM1,M2…を密に多重記録してゆき、各トラックの再生信号光強度を調べたところ、図１５に示すような結果が得られた（図１５中、白い箇所が再生信号光強度の高い位置を示す）。
【００６１】
図１５から、各トラック間にはクロストークが発生しておらず、連続的に多重記録されたホログラムM1,M2…の長さに合わせて、高い再生信号光強度を正確に検出できることが確認できた。従って、ホログラム記録再生装置1では、このような記録光パターンRP3を用いることで、クロストークを発生させることなく、複数のトラックT1,T2,T3,T4にそれぞれ記録データを記録させることができ、かくしてさらに一段と大容量の記録データを記録再生し得る。
【００６２】
次に、複数のピクセルに信号光を配置した記録光パターンを用いて、シミュレーションによる再生信号光強度と、検証試験による再生信号光強度とについてそれぞれ調べた。図１６に示すように、このような記録光パターンRP4としては、中心ピクセルに信号光L8を配置するとともに、この中心ピクセルを取り囲むようにして等間隔に並べた８つのピクセルにも信号光L8を配置し、かつ各ピクセルの周辺を個別に取り囲むようにして参照光L9を隙間なく配置した。すなわち、この記録光パターンRP4では、各信号光L8の近くにそれぞれ参照光L9を配置するとともに、各信号光L8から遠く離れた領域にも参照光L9を配置した構成とした。
【００６３】
また、このシミュレーション及び検証試験では、図１に示すようなホログラム記録再生装置1を用い、光源101のレーザ光L1の波長を405[nm]、空間光変調器102及びホログラム記録媒体104間の対物レンズ103の開口数（NA）を0.55、対物レンズ103の焦点距離ｆを4.0[mm]、空間光変調器102のピクセルピッチを10.7[μm]とした。さらに、このシミュレーション及び検証試験では、記録光パターンRP4で生成した記録光を100[nm]間隔でホログラム記録媒体104に照射しゆき、図１７に示すように、長さ1[μm]に亘って100[nm]間隔で複数のホログラムM1,M2…を連続してホログラム記録媒体104に多重記録することとした。
【００６４】
そして、これら連続したホログラムM1,M2…から得られる再生信号光強度を、シミュレーションと、実際のホログラム記録再生装置を用いた検証試験とから求めた結果、図１８に示すような結果が得られた。図１８から、シミュレーション（計算）及び検証試験（実験）のいずれにおいても、連続してホログラムM1,M2…を多重記録した長さと同じ空間シフト量1[μm]に亘って再生信号光強度が表れ、多重記録したホログラムM1,M2…の長さに応じた再生光L4が得られることが確認できた。
【００６５】
（５）他の実施の形態によるホログラム記録再生装置
上述した実施の形態においては、信号光L2と参照光L3とがホログラム記録媒体104に対して、同一方向から入射されるコアキシャル方式のホログラム記録再生装置1について適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１９に示すように、信号光L2と参照光L3a（L3b,L3c）とがホログラム記録媒体104aに対して異なる入射角度から照射され、参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度を連続して変えながらデータの記録再生を行う角度シフト多重記録方式を用いたホログラム記録再生装置31を適用してもよい。因みに、このホログラム記録再生装置31における光学系は、空間光変調器102及び対物レンズ103と、参照光L3a,L3b,L3cを生成する移動可能な空間光変調器（図示せず）とにより構成され得る。
【００６６】
ここで、ホログラム記録再生装置31は、信号光L2と参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度が異なるだけでなく、データ記録時にホログラム記録媒体104aを移動させずに、参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度を連続的に変えながら、信号光L2と参照光L3a（L3b,L3c）をホログラム記録媒体104aに照射し得るようになされている。ホログラム記録再生装置31は、参照光L3a,L3b,L3cのホログラム記録媒体104aに対する照射位置を変えずに、参照光L3a,L3b,L3cと順に入射角度を変えながらホログラム記録媒体104aに直接照射し、同じくホログラム記録媒体104aに照射された信号光L2と、参照光L3a,L3b,L3cとを干渉させて記録光を生成し得る。
【００６７】
すなわち、このホログラム記録再生装置31は、参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度が経時的に変化することで、経時的に回折光が生じるシフト量を変調した記録光が生成され、当該記録光によって経時的に変化する複数のホログラムがホログラム記録媒体104aに記録され得る。
【００６８】
また、このホログラム記録再生装置31は、データ再生時、データ記録時と同様に、参照光L3a,L3b,L3cのホログラム記録媒体104aに対する照射位置を変えずに、参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度を連続的に変えながら、ホログラム記録媒体104aのホログラムに参照光L3a（L3b,L3c）を直接照射することで再生光L4を生成し、再生光L4内に表れるページデータP1内の各ピクセル領域光強度の経時変化の遷移を基に記録データを再生し得る。このようなホログラム記録再生装置31でも、ページデータP2の各ピクセル単位で経時的に変化するピクセル領域光強度のON状態の長さを情報として扱うことができ、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した他の実施の形態においては、参照光L3a（L3b,L3c）の入射角度を変えつつホログラムの多重記録を行う角度シフト多重記録方式を用いたホログラム記録再生装置31を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば参照光の入射角度を固定し、信号光と参照光との入射角度が単に異なるホログラム記録再生装置を適用してもよい。
【００７０】
因みに、このホログラム記録再生装置では、データ記録時、信号光をホログラム記録媒体104に照射する際、信号光とは異なる入射角度に固定した参照光を直接ホログラム記録媒体104に照射し得る。この際、ホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体104を面方向に移動して、これら信号光と参照光とが照射される記録位置が面方向にずれてゆき、これら信号光及び参照光とが干渉して生成された記録光（干渉縞）の照射によって面方向に連なった複数のホログラムが記録位置に形成され得る。かくして、ホログラム記録再生装置は、上述と同じようにして、シフト選択性によって決まる空間シフト量よりも格段的に小さい間隔で、ホログラム記録媒体104に複数のホログラムを密にシフト多重記録し得、この場合であっても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
1,31  ホログラム記録再生装置
2  システムコントローラ（記録制御手段、再生制御手段）
3  記録媒体移動手段
102  空間光変調器（光学系）
103  対物レンズ（光学系）
104,104a  ホログラム記録媒体
【図４】
2013178860.tif 000006
【図５】
2013178860.tif 000007
【図９】
2013178860.tif 000008
【図１４】
2013178860.tif 000009
【図１８】
2013178860.tif 000010
【図２４】
2013178860.tif 000011
【図２５】
2013178860.tif 000012
【図１】
2013178860.tif 000013
【図２】
2013178860.tif 000014
【図３】
2013178860.tif 000015
【図６】
2013178860.tif 000016
【図７】
2013178860.tif 000017
【図８】
2013178860.tif 000018
【図１０】
2013178860.tif 000019
【図１１】
2013178860.tif 000020
【図１２】
2013178860.tif 000021
【図１３】
2013178860.tif 000022
【図１５】
2013178860.tif 000023
【図１６】
2013178860.tif 000024
【図１７】
2013178860.tif 000025
【図１９】
2013178860.tif 000026
【図２０】
2013178860.tif 000027
【図２１】
2013178860.tif 000028
【図２２】
2013178860.tif 000029
【図２３】
2013178860.tif 000030