(57)【要約】【課題】参照光と再生光との相互の入射方向を変え、良好なる記録再生特性を得るための技術を提供する。【解決手段】ホログラム記録再生装置１では、制御部１００は、記録をするときのホログラム記録媒体４８の温度に応じて空間変調器１９の参照光領域が形成される範囲を第１所定範囲とし、記録データの再生をするときのホログラム記録媒体４８の温度に応じて再生光領域が形成される範囲を第２所定範囲とする。【選択図】図１
2009037685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録し、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム記録再生装置において、
前記参照光を発生するための参照光領域と前記再生光を発生するための再生光領域との各々が形成される空間変調器と、
前記参照光領域が形成される範囲と前記再生光領域が形成される範囲との各々を制御する制御部と、を具備し、
記録をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記参照光領域が形成される範囲を第１所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を第１所定角度範囲に制御し、
前記記録データの再生をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記再生光領域が形成される範囲を第２所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
記録をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記参照光の波長を第１所定波長とし、前記記録データの再生をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記再生光の波長を第２所定波長とすることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項３】
さらに、前記参照光と前記再生光との各々が通過する位相マスクを具備し、
前記位相マスクは、前記参照光領域が形成される範囲と前記再生光領域が形成される範囲との各々が変化する場合において、前記ホログラムの同一の点を照射する光ビームに対しては同一の位相特性を付与することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項４】
前記参照光領域と前記再生光領域との各々が、同一の中心を有するドーナツ形状とされ、前記位相マスクは、前記中心を通過する放射線上では同一の位相特性を有するように形成されることを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記ホログラム記録媒体の温度に対応した第１所定範囲および第２所定範囲の情報を記憶する記憶回路を有することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項６】
ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録し、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム記録再生装置において、
前記参照光を発生するための参照光領域と前記再生光を発生するための再生光領域との各々が形成される空間変調器と、
前記参照光領域が形成される範囲と前記再生光領域が形成される範囲との各々を制御する制御部と、を具備し、
前記参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御し、
前記ホログラム記録媒体を記録するときの前記参照光の前記所定角度範囲を前記再生光の入射角度の範囲が含むように前記再生光領域の形成される範囲を制御することを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項７】
ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録するホログラム記録装置において、
前記参照光を発生するための参照光領域が形成される空間変調器と、
前記参照光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、
記録をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項８】
信号光およびホログラム記録媒体の記録時の温度に応じた第１所定角度範囲の参照光を照射してホログラムとして記録データが記録された前記ホログラム記録媒体に再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム再生装置において、
前記再生光を発生するための再生光領域が形成される空間変調器と、
前記再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、
前記記録データの再生をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記再生光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項９】
信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データが記録された前記ホログラム記録媒体に再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム再生装置において、
前記再生光を発生するための再生光領域が形成される空間変調器と、
前記再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、
前記再生光の入射角度の範囲が、前記ホログラム記録媒体に前記ホログラムを記録するときの前記参照光の入射角度の範囲を含むように、前記再生光領域の形成される範囲を制御することを特徴とするホログラム再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラム記録装置および／またはホログラム再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、データストレージデバイスとしてホログラムメモリが注目されている。このホログラムメモリでは、ホログラム記録装置を用いて記録をおこない、また、ホログラム再生装置を用いて再生をおこなうものである。記録の動作は以下のようにおこなわれる。記録データに応じて変調された信号光と所定の参照光とを同一光源からのレーザ光によって生成し、これらをホログラム記録媒体に照射して、ホログラム記録媒体中で信号光と参照光とを干渉させて干渉縞(ホログラム)を形成する。このようにして、ホログラム記録媒体に記録データがホログラムとして記録される。ここで記録されるホログラムには、１ページと称される単位で極めて大容量の情報が含まれ、記録データは１ページ毎に特定され管理される。
【０００３】
また、このホログラムメモリでは、ホログラム再生装置を用いて、記録済みのホログラム記録媒体からの記録データの再生をおこなう。再生の動作は以下のようにおこなわれる。上述した記録データに応じ形成されたホログラムに、記録において用いられた光ビームである参照光と同様な性質を有する光ビームである再生光を照射することで、ホログラム記録媒体から回折光を発生させる。この回折光は１ページ分の記録データを含んでいるので、回折光を２次元配列された受光素子で受光し、信号処理を施して記録データを再生できる。
【０００４】
また、ホログラム記録装置の機能と、ホログラム再生装置の機能とを同一の装置で実現するホログラム記録再生装置（記録および再生装置）も提案されている。なお、以下の説明においては、ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録再生装置の総称（記録および／または再生装置）としてホログラム記録再生装置の用語も用いるものとし、明確な区別が必要な場合には、その旨を記載する。また、記録する、再生をする、記録再生（記録および再生）をする、の用語についても、それらの動作の総称（記録および／または再生）として、記録再生をする、の用語も用いるものとし、明確な区別が必要な場合には、その旨を記載する。
【０００５】
なお、上述した、信号光、参照光、再生光の発生、および回折光の受光は、光学素子を組み合わせて構成したホログラム記録再生光学部でおこなわれる。光学部における光路設計のひとつの方式としては、信号光と参照光とを同軸状に配置して、さらに、参照光と再生光との経路の一部を同一とし、これらの光ビーム（信号光と参照光と再生光）が通過する光路を共通とする、所謂、コアキシャル方式（例えば、非特許文献１を参照）が知られている。また、光学部における光路設計の他の方式としては、信号光と参照光（再生光）の各々の光ビームが別の光路を通過する２光束法が知られている。
【０００６】
ホログラムメモリでは、記録時の温度と再生時の温度とが数℃異なると、ホログラム記録媒体の熱膨張または熱収縮のためにデータを再生できない。図１７は、ホログラム記録媒体の熱膨張と熱収縮とを模式的に示す図である。図１７（Ａ）ないし図１７（Ｃ）は、ホログラム記録媒体の温度に対するホログラムの状態を示すものである。ここで、ホログラム記録媒体は、説明を簡単にするために、基板４８ａ、基板４８ｃおよび記録材料４８ｂのみが示されており、反射膜等は記載が省略されている。基板４８ａと基板４８ｃとによって記録材料４８ｂは挟みこまれる構造を有している。なお、以下の説明では熱膨張の用語を広く用い、熱収縮を含むものとするが、特に、区別する必要がある場合には、両方の用語を用いることとする。
【０００７】
温度が変化すると、Ｚ方向（図１７の左下の図を参照）には記録材料４８ｂの熱膨張率（典型値は５×１０−４/℃程度）に支配されて熱膨張する。一方、Ｘ方向およびＹ方向（図１７の左下の図を参照）は、固く、かつ熱膨張率の小さい基板（基板の熱膨張率は７×１０−６/℃〜８×１０−６/℃程度)に抑えこまれて、記録された干渉縞(ホログラム)の間隔および方向が変わる。図１７（Ｂ）は基準となる温度であるホログラム記録媒体の温度２５℃におけるホログラムの状態を模式的に示すものであって、記録材料４８ｂの厚みを厚みＬ１、ホログラムの間隔を間隔ｄ１、ホログラム記録媒体の面に対する傾きを傾きα１として示す。
【０００８】
図１７（Ａ）は基準となる温度２５℃において記録されたホログラムが、ホログラム記録媒体の温度を１５℃とすることによって変化した状態を模式的に示すものである。記録材料４８ｂの厚みを厚みＬ２、ホログラムの間隔を間隔ｄ２、ホログラム記録媒体の面に対する傾きを傾きα２として示す。ここで、記録材料４８ｂの熱収縮によって、厚みＬ２は厚みＬ１よりも小さなものとなり、間隔ｄ２は間隔ｄ１よりも小さなものとなり、傾きα２は傾きα１よりも大きなものとなる。また、図１７（Ｃ）は基準となる温度２５℃において記録されたホログラムが、ホログラム記録媒体の温度を３５℃とすることによって変化した状態を模式的に示すものである。記録材料４８ｂの厚みを厚みＬ３、ホログラムの間隔を間隔ｄ３、ホログラム記録媒体の面に対する傾きを傾きα３として示す。ここで、記録材料４８ｂの熱膨張によって、厚みＬ３は厚みＬ１よりも大きなものとなり、間隔ｄ３は間隔ｄ１よりも大きなものとなり、傾きα３は傾きα１よりも小さなものとなる。
【０００９】
このように、記録時におけるホログラム記録媒体の温度と再生時におけるホログラム記録媒体の温度に違いがある場合には、上述するようにホログラムの形状に異なりが生じる。この結果、記録時に用いた参照光と同じ波長および入射方向を有する光ビームを再生光として用いて、ホログラム記録媒体から回折光を得て記録データを再生する場合には、干渉縞のブラッグ条件を満たさず、回折光を生じず、回折光から記録データを再生することが困難となる。この対策として、本願の願書に記載の発明者は、参照光と再生光との相互の間で、波長と入射方向を変える方法を提案し、波長を変えるためのチューナブル(波長可変)レーザを提案している(非特許文献２を参照)。また、入射方向については、上述した、２光束法を採用する場合には、再生光および参照光のいずれについても入射方向を変えるのは容易である。
【特許文献１】特開平１１−２４２４２４号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号Ｐ１０６〜１１４
【非特許文献２】T. Tanaka, K. Sako, R. Kasegawa, M. Toishi, K. Watanabe, and S. Akao, “Tunable blue laser for holographic data storage” Proceedings of Optical Data Storage, 215-217 (2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、コアキシャル方式では、信号光および参照光の光路が同一のものとされており、再生光の入射方向を参照光の入射方向と異ならせることは困難であった。本発明は、参照光と再生光との相互の入射方向を変え、良好なる記録および／または再生特性を得るための記録および／または再生の技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録し、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム記録再生装置において、前記参照光を発生するための参照光領域と前記再生光を発生するための再生光領域との各々が形成される空間変調器と、前記参照光領域が形成される範囲と前記再生光領域が形成される範囲との各々を制御する制御部と、を具備し、記録をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記参照光領域が形成される範囲を第１所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を第１所定角度範囲に制御し、前記記録データの再生をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記再生光領域が形成される範囲を第２所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御する。
【００１２】
本発明のホログラム記録再生装置では、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録する。また、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、回折光より記録データを再生する。また、空間変調器と、この空間変調器の参照光領域の範囲と再生光領域の範囲とを制御する制御部と、を具備する。そして、ホログラム記録媒体に記録をするときは、そのときのホログラム記録媒体の温度に応じて、参照光領域が形成される範囲を第１所定範囲とすることによってホログラム記録媒体への参照光の入射角度の範囲を第１所定角度範囲に制御する。また、ホログラム記録媒体から再生をするときには、そのときのホログラム記録媒体の温度に応じて、再生光領域が形成される範囲を第２所定範囲とすることによってホログラム記録媒体への再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御する。ここで、第２所定角度範囲は、ブラッグ条件を最も満たす入射角度範囲（最適なる再生光の入射角度範囲）である。このようにして、ホログラム記録媒体に形成されるホログラムの形状が温度に応じて変化する場合でも、参照光と再生光の入射角度をホログラム形状に合わせて適切に対応して変化させることよって、良好な記録再生特性が得られる。すなわち、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで異なる場合においても記録再生特性を良好なものとできる。
【００１３】
別の本発明のホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録し、前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム記録再生装置において、前記参照光を発生するための参照光領域と前記再生光を発生するための再生光領域との各々が形成される空間変調器と、前記参照光領域が形成される範囲と前記再生光領域が形成される範囲との各々を制御する制御部と、を具備し、前記参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御し、前記ホログラム記録媒体を記録するときの前記参照光の前記所定角度範囲を前記再生光の入射角度の範囲が含むように前記再生光領域の形成される範囲を制御する。
【００１４】
別の本発明のホログラム記録再生装置では、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録する。また、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムに再生光を照射して回折光を得て、回折光より記録データを再生する。また、空間変調器と、この空間変調器の参照光領域の範囲と再生光領域の範囲とを制御する制御部と、を具備する。ホログラム記録媒体に記録をするときには、ホログラム記録媒体の温度に応じて、参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによってホログラム記録媒体への参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御する。そして、ホログラム記録媒体から再生をするときには、ホログラム記録再生装置の使用温度範囲内の任意の温度における再生光の入射角度の範囲を含むように再生光領域の形成される範囲を制御する。この結果、ホログラムの形状の温度変化が生じたか否かに拘わらず、ホログラムを照射する参照光の入射角度範囲を再生光の入射角度範囲は必ず含むようにできる。すなわち、参照光と信号光とによって形成されたホログラムに対して、適切な入射角度を有する再生光と再生に寄与しない入射角度を有する再生光との両方を照射する。そして、適切な入射角度範囲を有する再生光のみが、ブラッグ条件を満たして、回折光を発生させることを利用して、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで異なる場合においても記録再生特性を良好なものとできる。
【００１５】
本発明のホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録するホログラム記録装置において、前記参照光を発生するための参照光領域が形成される空間変調器と、前記参照光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、記録をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御する。
【００１６】
本発明のホログラム記録装置では、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録する。また、空間変調器と、空間変調器の参照光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備する。そして、ホログラム記録媒体に記録をするときには、記録時のホログラム記録媒体の温度に応じて、参照光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによってホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲に制御する。このようにしてホログラム記録媒体の記録は完了する。そして、このようにして記録されたホログラムに再生光を照射して再生をおこなう場合においては、適切なる再生光の入射角度についても特定することができることとなる。よって、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで異なる場合においても記録再生特性を良好なものとできる。
【００１７】
本発明のホログラム再生装置は、信号光およびホログラム記録媒体の記録時の温度に応じた第１所定角度範囲の参照光を照射してホログラムとして記録データが記録された前記ホログラム記録媒体に再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム再生装置において、前記再生光を発生するための再生光領域が形成される空間変調器と、前記再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、前記記録データの再生をするときの前記ホログラム記録媒体の温度に応じて、前記再生光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによって前記ホログラム記録媒体への前記再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御する。
【００１８】
本発明のホログラム再生装置では、再生の対象となるホログラム記録媒体は、信号光およびホログラム記録媒体の記録時の温度に応じた第１所定角度範囲の参照光を照射してホログラムとして記録データが記録されたものである。すなわち、参照光の入射角度範囲を第１所定範囲とすることによって、ホログラムの形状がその後の温度変化に応じた形状の変化をする場合においても、その形状の変化が予測可能であり、最適なる再生光の入射角度範囲も予想可能とできる態様で記録される。また、空間変調器と、空間変調器の再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備する。そして、再生時におけるホログラム記録媒体の温度に応じて、再生光領域が形成される範囲を所定範囲とすることによってホログラム記録媒体への再生光の入射角度の範囲を第２所定角度範囲に制御する。ここで、第２所定角度範囲は、ブラッグ条件を最も満たす入射角度範囲（最適なる再生光の入射角度範囲）である。このようにして再生をおこなえば、ホログラムの記録後、ホログラム記録媒体の温度が変化して、ホログラムの形状が変化した場合であっても、再生をおこなう場合において適切なる再生光の入射角度範囲が特定される。そして、適切なる入射角度範囲を有する再生光を用いて、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで異なる場合においても記録再生特性を良好なものとできる。
【００１９】
別の本発明のホログラム再生装置は、信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データが記録された前記ホログラム記録媒体に再生光を照射して回折光を得て、前記回折光より記録データを再生するホログラム再生装置において、前記再生光を発生するための再生光領域が形成される空間変調器と、前記再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備し、前記再生光の入射角度の範囲が、前記ホログラム記録媒体に前記ホログラムを記録するときの前記参照光の入射角度の範囲を含むように、前記再生光領域の形成される範囲を制御する。
【００２０】
別の本発明のホログラム再生装置では、ホログラム記録媒体から再生をするときには、ホログラム記録媒体を記録するときの参照光の所定角度範囲を再生光の入射角度の範囲が含むように再生光領域の形成される範囲を制御する。この結果、ホログラムの形状の温度変化が生じたか否かに拘わらず、ホログラムを照射する参照光の入射角度範囲を再生光の入射角度範囲は必ず含むようにできる。すなわち、適切な入射角度を有する再生光と再生に寄与しない入射角度を有する再生光とを照射して、ホログラムに照射される再生光の中で、適切な入射角度範囲を有する再生光のみが、ブラッグ条件を満たして、回折光を発生させることによって、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで異なりホログラムの形状が温度変化を受ける場合においても記録再生特性を良好なものとできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、参照光と再生光との相互の入射角度の範囲を変えることによって良好なる記録および／または再生特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態の記録および再生の原理の概要）
実施形態のホログラムの記録と再生とにおいては、コアキシャル方式を採用する。そして、ホログラム記録媒体に信号光および参照光を照射してホログラムとして記録データを記録する。ここで、実施形態のホログラム記録装置および／またはホログラム再生装置は、空間変調器と、空間変調器の参照光領域および／または再生光領域が形成される範囲を制御する制御部と、を具備する。そして、ホログラム記録媒体に記録をするときには、記録時のホログラム記録媒体の温度に応じて、参照光領域が形成される範囲を所定範囲（第１所定範囲）とすることによってホログラム記録媒体への前記参照光の入射角度の範囲を所定角度範囲（第１所定角度範囲）に制御する。このようにしてホログラム記録媒体の記録は完了する。ここで、ホログラム記録媒体の温度と、参照光領域が形成される範囲（第１所定範囲）とを関係づけるに際しては、計算式を用いても良く、また、ラム（ＲＡＭ）等に両者の関係をマッピングしておいても良い。計算式を用いる場合には、温度を入力とし、参照光領域が形成される範囲を出力とする計算を制御部においておこなうこととなり、マッピングを用いる場合には、温度をアドレス空間として、参照光領域が形成される範囲を各々のデータとすることとなる。
【００２３】
そして、このようにして記録されたホログラムは、ホログラム記録媒体の温度が変化する場合にどのように形状が変化をするかが、一義的に特定できることとなる。ここで、形状の変化の代表的なパラメータとしては、ホログラムの傾き角度とホログラムの格子間隔である。ホログラムの傾き角度は入射する光ビームの角度である入射角度と密接に関連しており、ホログラムから最も良好に回折光を得るための光ビームの入射角度はホログラムの形状から決定されることとなる。さらに、ホログラムは３次元的に形成されるので、各々の温度における最適なる再生光の入射角度範囲（第２所定角度範囲）も一義的に定まることとなる。ここで、最適なる再生光の入射角度範囲とは、ブラッグ条件を最も満たす入射角度範囲をいうものである。ブラッグ条件を満たさない場合には、回折光の光量は減少するので、最適なる再生光の入射角度範囲の再生光を照射することによって、再生特性は最も良好なものとでき、記録特性と再生特性の両方を含めた特性である記録再生特性を最も良好なものとできる。
【００２４】
最適なる入射角度範囲の再生光を得るためには、再生光の入射角度範囲を変化させるための構成が必要となる。コアキシャル方式を採用する場合には、従来はこのような構成を実現することは、困難とされていた。しかしながら、この実施形態では、空間変調器に形成される再生光領域の範囲を変化させることで、再生光の入射角度範囲を容易に変更できるものとしている。また、記録時における参照光についても同様のことが言える。つまり、所定角度範囲（第１所定角度範囲）の参照光は、空間変調器の所定範囲（第２所定範囲）に参照光領域を形成するによって得ることができ、所定角度範囲（第２所定角度範囲）の再生光は、空間変調器の所定範囲（第２所定範囲）に再生光領域を形成することによって得ることができる。
【００２５】
また、ホログラムの格子間隔は入射する光ビームの波長と密接に関連しており、ホログラムから最も良好に回折光を得るための光ビームの波長はホログラムの形状から決定されることとなる。よって、ホログラムの記録時において、所定の波長の参照光を用いて記録しておけば、そのホログラムに再生光を照射して、回折光を得る場合において、最も適切なる再生光の波長が一議的に決定できることとなる。すなわち、上述したように、再生光の入射角度範囲を適切に設定することに加えて、再生光の波長を適切に選択することによって、さらに良好なる再生特性、さらに良好なる記録再生特性を得ることができるものである。ホログラム記録媒体の温度と、波長とを関係づけるに際しては、計算式を用いても良く、また、ラム（ＲＡＭ）等に両者の関係をマッピングしておいても良い。
【００２６】
さらに、参照光が通過する位相マスクを具備して、所謂、０次光がホログラム記録媒体の特定の場所に集中することを防止することができる。ここで、この位相マスクは、再生時においても用いなければ、記録再生特性を良好なるものとすることができない。また、この位相マスクは、ホログラム記録媒体の温度が記録時と再生時とで変化を有することがない場合には、同一の位相マスクを用いるようにすれば良く、その構成に特段の制約があるものではない。しかしながら、この実施形態において位相マスクを採用する場合には、ある制約が必要となる。空間変調器の参照光領域が形成される範囲と再生光領域が形成される範囲とが異なる場合においては、この点を考慮して、位相マスクを構成する必要がある。すなわち、ホログラムの同一の点を照射する光ビームに対しては同一の位相特性を付与するようにしなければならない。ここで、ホログラムの同一の点（ホログラムを形成する３次元領域の中の任意の一点）は上述したように、温度に応じて移動するものである。よって、記録時と再生時との温度が異なる場合においても、位相マスクを経て得られる参照光のこの同一点に対する作用と、位相マスクを経て得られる再生光のこの同一点に対する作用とは同様なものでなければならない。
【００２７】
参照光と信号光とが同様な作用をおよぼす位相マスクの一例を挙げれば、参照光領域と再生光領域との各々が、同一の中心を有するドーナツ形状とされる場合においては次のような形態が採用できる。この位相マスクは、ドーナツ形状の中心（ドーナツ状の形状を構成する外円および内円の中心）を通過する放射線上では、同一の位相特性を有するように形成することができる。さらに、具体的に説明すれば、最も簡単な例は円周方向にのみ位相が変化し、半径方向には位相の変化がない位相マスクである。
【００２８】
また、この実施形態では、ホログラム記録媒体の温度に応じて参照光の入射角度範囲を適宜定め、ホログラム記録媒体の温度に応じて再生光の入射角度範囲を適宜定めるようにしたが、別の実施形態としては、記録時においては参照光の入射角度範囲を予め定めた固定範囲、または、記録時のホログラム記録媒体の温度に応じた入射角度範囲とし、再生時においては、再生光の入射角度範囲を参照光の入射角度範囲よりも広く設定して、ホログラム記録媒体の温度、少なくともホログラム記録媒体の再生時における温度、を知ることなく、良好なる再生特性、記録再生特性を得ることができる。この場合には、余分な再生光が発生するが、回折光を得るに際しては、この余分な再生光はブラッグ条件によって、大きな障害を与えるものとはならないからである。
【００２９】
この記録と再生の原理は、ホログラム記録装置に適用でき、ホログラム再生装置に適用でき、さらに、ホログラム記録および再生装置に適用ができるものであるので、以下、より具体的に図面を参照して説明をする。
【００３０】
（実施形態のホログラム記録再生装置）
図１に、ホログラム記録再生装置の主要部である光学部を中心として、ホログラム記録媒体を用いて記録再生をおこなうホログラム記録再生装置の模式図を示す。図１に示すホログラム記録再生装置は、ホログラムの記録および／または再生をおこなう装置であり、コアキシャル方式を採用するものである。
【００３１】
図１に示すホログラム記録再生装置１に用いるホログラム記録媒体４８は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）やデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）と同様のディスク型（円盤形状）をしており、ホログラム記録媒体４８の最内周部には、回転中心を位置決めするための孔部が設けられている。このようなホログラム記録媒体４８に記録再生をおこなうホログラム記録再生装置１は、図１に図示された光学部を主要な構成部分として備えている。また、詳細は図示しない電気回路で構成される制御部１００を備え、さらに、そのすべては図示しないが図１にその一部を図示する機構部を備えている。そして、ホログラム記録再生装置１は、制御部１００を介して図示しない外部装置に接続されるようになされている。ここで、外部装置は、例えば、ホストコンピュータ、映像表示装置（モニター）等である。ここで、ホログラム記録媒体４８は、１３に背景技術として図示すると同様に記録材料４８ｂと基板４８ａおよび基板４８ｃとを有している。また、ホログラム記録再生装置１がコアキシャル方式を採用するために、再生光によって発生された回折光を反射して、再び、光学部に戻すための反射膜（図示せず）をさらに有している。
【００３２】
ホログラム記録再生装置１の光学部は、光ビームが通過する光路を形成している。光学部は、レーザ光源１０、アイソレーター１１、シャッター１２、フーリエ変換レンズ１３、フーリエ変換レンズ１４、可動ミラー１６ａ、空間変調器１９、偏光ビームスプリッタ２０、フーリエ変換レンズ２１、フーリエ変換レンズ２４、偏光ビームスプリッタ２７、フーリエ変換レンズ４１、フーリエ変換レンズ４２、１／４波長板２６、対物レンズ２８、フーリエ変換レンズ２９、ミラー３０、フーリエ変換レンズ３１、イメージセンサ３２を有している。対物レンズ２８と図示しないミラーとによって形成される対物レンズユニット３６と、１／４波長板２６と、フーリエ変換レンズ４２とは、トラックキング可動部３４に固着されている。なお、対物レンズユニット３６に配されたミラーは、図１の紙面の左右方向に進行する光ビームの通過方向を、紙面の表裏方向に変換するためのものである。
【００３３】
また、図１に表された機構部の一部としての可動ミラーユニット１６に設けられた可動ミラーアクチュエータ（図示せず）によって可動ミラー１６ａの回動の角度は制御され、対物レンズ２８を通過してホログラム記録媒体４８に照射される光ビームを紙面の左右方向（紙面の短手方向）である（タンジェンシャル方向）に移動させるようになされている。また、トラックキング可動部３４は、フーリエ変換レンズ４２、１／４波長板２６および対物レンズユニット３６を一体としてラジアル方向に微少量だけ移動するようになされている。このトラックキング可動部３４の移動は、機構部の一部である可動部アクチュエータ６０を用いておこなわれるようになされている。すなわち、可動ミラーアクチュエータは、光スポットをタンジェンシャル方向に移動させる機構部である。また、トラックキング可動部３４は、光スポットをトラッキング方向に移動させる機構部である。
【００３４】
また、図１に表された他の機構部としては、ホログラム記録媒体４８を回転させる機構部分およびフォーカスサーボをおこなう機構部が示されている。ホログラム記録媒体４８はターンテーブルに例えば、マグネットチャッキングによって装着されるようになされ、このターンテーブルはスピンドルモータ３３の回転軸と固着されている。このような機構部の構造によって、スピンドルモータ３３の駆動力でホログラム記録媒体４８を回転させるようになされている。スピンドルモータ３３とスピンドルモータ基台５８との間にはフォーカスアクチュエータ５５が装着され、図１に示す図の紙面の表裏方向（フォーカス方向）のホログラム記録媒体４８とスピンドルモータ基台５８との間の距離を変化させることができるようになされている。また、スライド送りモータ５６の回転軸に固着され、この回転軸とともに回転する第１の歯車５７ａと、スピンドルモータ基台５８に固着された第２の歯車５７ｂとが噛み合って、スライド送りモータ５６の回転にともなって、ホログラム記録媒体４８の全体を同心円の中心を支軸として回転させることができるようになされている。このようなスライド送り機構は、ホログラム記録媒体４８の半径に相当する距離に渡り、トラッキングサーボの低域成分の大きな量の変位に対応してホログラム記録媒体４８を移動させることができるようにされている。
【００３５】
また、ホログラム記録再生装置１は温度検出部７０を有している、温度検出部７０は、ホログラム記録媒体４８の温度を検出するものであって、熱電対温度計、ホログラフィ温度検出器、水銀温度計などを用いて、ホログラム記録媒体４８の温度またはホログラム記録媒体４８の付近の温度を電気信号に変換して検出する部分であり、電気信号に変換して検出された温度信号は制御部１００に入力される。
【００３６】
（記録の作用の概要説明）
光学部の各部の作用と併せてホログラムへの記録がどの様におこなわれるかについて、順に説明をする。
【００３７】
レーザ光源１０は、例えば、レーザ光の波長が４０５ｎｍ（ナノ・メータ）とされているレーザ（いわゆる、青色レーザ）を有し、青色レーザからの光ビームを外部共振器に通過させ、光ビームの波長を変化できるようにされている。アイソレーター１１は、レンズ等の反射によって戻光が戻った場合でも、外部共振器型レーザを構成する青色レーザに戻光が戻ることを防いで、シングルモードの発振を維持するためのものである。レーザ光の波長は、制御部１００からの信号によって制御される。
【００３８】
シャッター１２は光ビームを透過、または、遮蔽するための素子であり、制御部１００からの信号によって光ビームが透過させられるか、遮蔽されるかが制御される。フーリエ変換レンズ１３およびフーリエ変換レンズ１４は光ビームの径を拡大するためのものである。このようにして径を拡大された光ビームは、可動ミラー１６ａに入射して、偏光ビームスプリッタ２０によって光ビームは空間変調器１９に向かうように反射する。このようにして、空間変調器１９の所望の領域、すなわち、後述する空間変調器１９の参照光領域１９ａおよび信号光領域１９ｂ（図３を参照）に光ビームを照射することが可能とされる。
【００３９】
空間変調器１９は、上述する参照光領域および信号光領域の各々に所定のパターンを表示して、光ビームに空間的な変調を施して参照光と信号光とを得るためのものであり、例えば、反射型強誘電体液晶が採用されている。反射型強誘電体液晶は２次元に微細なサイズに分割されたピクセルの集合として形成されている。各々のピクセルは、例えば、１０μｍの正方形として形成されている。また空間変調器１９の縦と横に各々１０００個のピクセルが配置され、空間変調器１９に配置されるピクセルの総数は、１０００×１０００＝１００００００個とされており、このピクセルによって、参照光領域および信号光領域の各々、さらには、再生光領域が形成されようになされている。そして、上述した所定のパターンとは、このピクセルの各々に照射される光ビームを反射するようにするか、反射しないようにするかの組み合わせをピクセル単位で選ぶものであって、このパターンの形態は制御部１００によって制御されている。
【００４０】
図２は、参照光領域および信号光領域の各々表示されるパターンを示している。図２の紙面の色と同じ部分（以下、白部と称する）は光ビームを反射する部分で、黒い部分（以下、黒部と称する）は光ビームを反射しない部分である。ここで、制御部１００においては記録データを２値のブロック符号としてエンコードして、「１」を白い部分に、「０」を黒い部分に対応させている。内側の多角形が信号光を発生するための信号光領域であり、参照光を発生する参照光領域は明るいドーナツ部分であり、同図のように白部と黒部とをランダムに配置する方式もあるし、全部を白部とする方式もあり、様々である。多角形とドーナツの間に黒い部分があり、これによって信号光と参照光を分けている。
【００４１】
図３は、図２に示される参照光領域１９ａおよび信号光領域１９ｂの範囲を具体的な寸法によって示すものである。
【００４２】
再び、図１に示す各部の説明に戻る。空間変調器１９で変調を受けた参照光および信号光はその偏光方向が入射光に対してπ／２異なって直交するので偏光ビームスプリッタ２０を透過してフーリエ変換レンズ２１の方向に向かう。フーリエ変換レンズ２１およびフーリエ変換レンズ２４を通過した光ビームは、偏光ビームスプリッタ２７に入射する。
【００４３】
偏光ビームスプリッタ２７は、参照光および信号光をフーリエ変換レンズ４１の方向に向かわせるとともに、後述する回折光をフーリエ変換レンズ２９の方向に向かわせるためのものである。
【００４４】
フーリエ変換レンズ４１およびフーリエ変換レンズ４２を通過した光ビームは、さらに、１／４波長板２６を透過し、対物レンズユニット３６に配されたミラーによって方向が変えられた光ビームは対物レンズで集光されて、参照光と信号光とによって形成される干渉縞に応じたホログラムをホログラム記録媒体４８の記録材料４８ｂの中に形成してホログラムの記録がおこなわれる。
【００４５】
（再生の作用の概要説明）
光学部の各部の作用と併せてホログラムからの再生がどの様におこなわれるかについて、簡単に順に説明をする。
【００４６】
ホログラムの再生に際しては、参照光領域１９ａは、再生光領域として機能し参照光領域１９ａには記録時におけると同様なパターンが表示されるのが、従来は一般的である。なお、本実施形態では、記録における参照光領域１９ａと再生における再生光領域とは異なる領域であることを特徴とするが、この点については、後に詳細に説明をする。また、信号光領域１９ｂのピクセルはすべて黒部とされ、信号光領域１９ｂからは光ビームを反射しないようになされる。空間変調器１９にこのようなパターンを表示する制御は、制御部１００から空間変調器１９に信号を供給することによって制御される。
【００４７】
空間変調器１９にこのようなパターンを表示した後に、記録をおこなうときと同様に光ビームを空間変調器１９に照射して、光ビームを変調して、変調された光ビームは、記録時におけると同様に、途中の光学部品を通過して最終的に対物レンズ２８で集光されて、ホログラム記録媒体４８の記録材料４８ｂに集光される。記録材料４８ｂに形成されているホログラムに応じて発生する回折光は、ホログラム記録媒体４８の図示しない反射膜で反射されて、再び、対物レンズ２８、１／４波長板２６を通過して、他の光学部材を通過して、偏光ビームスプリッタ２７に至る。
【００４８】
ここで、１／４波長板２６は、行きの経路では、青色光ビームの偏光を直線偏光から円偏光に変換し、帰りの経路では、１／４波長板２６に入射する青色光ビームの偏光が円偏光である場合には円偏光から直線偏光に変換する。このときの戻光の青色光ビームの偏光面は行きの偏光面とπ／２異なって直交することとなるので、偏光ビームスプリッタ２７に至った回折光は、フーリエ変換レンズ２９の方向へ向かうこととなる。
【００４９】
ミラー３０は、フーリエ変換レンズ２９からの回折光を反射してフーリエ変換レンズ３１に導くものであり、ミラー３０は光ビームの通過する光路を折り曲げて光学部のサイズを小さくするために用いられている。また、フーリエ変換レンズ２９とフーリエ変換レンズ３１とは、倍率が調整された実像がイメージセンサ３２に形成されるようにするためのものである。イメージセンサ３２は、シーモス・センサ（ＣＭＯＳセンサ）、チャージ・カップルト・デバィス（ＣＣＤ）等に代表される光学受光素子であって、微細に分割された複数の受光素子（ピクセル）が２次元に配置され、各々の受光素子を照射する回折光の明暗に応じた電気信号を各々のピクセルで検出するものである。制御部１００ではこの電気信号を入力して記録データを再生するための信号処理をおこなうようになされている。ここで、記録データは、従来のＣＤ、ＤＶＤのような光ディスクと比較すると、１×１０３〜１×１０６  ｂｉｔ（ビット）のデータ（１ペ−ジ分のデータ）を一度に記録、再生できるのが特徴である。
【００５０】
（ホログラム記録媒体の熱膨張の影響について）
図４は、ホログラム記録媒体４８の温度と、レーザ光源１０から出射される最適なレーザ波長（光ビーム波長）との関係を示すグラフであり、図５は、ホログラム記録媒体４８の温度と、参照光および再生光の最適な入射角度（後述する図６を参照）の範囲である入射角度範囲または参照光領域１９ａ１（後述する図６を参照）および再生光領域１９ａ２（後述する図７を参照）との関係を示すグラフである。このグラフは、計算式によって求めた結果であるが、実験結果との一致度が極めて高いものである。この計算結果は、背景技術の説明において、図１７を用いて説明をしたホログラム記録媒体４８における基板４８ａおよび基板４８ｃと記録材料４８ｂの熱膨張の違いから発生する現象を解析して得たものである。
【００５１】
図４および図５に示すグラフの意味するところは、例えば、記録時におけるホログラム記録媒体４８の温度が２５℃、参照光の入射角度が３１．３°〜３６．９°（参照光領域１９ａ１の範囲は２．６ｍｍ〜３．０ｍｍ）、レーザ波長４０５ｎｍの条件で記録した場合には、再生時において、ホログラム記録媒体４８の温度が２５℃の条件下では、再生光の入射角度は３１．３°〜３６．９°（再生光領域１９ａ２の範囲は２．６ｍｍ〜３．０ｍｍ）、レーザ波長４０５ｎｍの条件で再生するのが最も望ましく、また、別の例では、再生時において、ホログラム記録媒体４８の温度が３５℃の条件下では、再生光の入射角度は３１．１°〜３６．６°（再生光領域１９ａ２の範囲は２．５８ｍｍ〜２．９８ｍｍ）、レーザ波長４０２．３ｎｍの条件で再生するのが最も望ましく、さらに、別の例では、再生時において、ホログラム記録媒体４８の温度が１５℃の条件下では、再生光の入射角度は３１．６°〜３７．１°（再生光領域１９ａ２の範囲は２．６２ｍｍ〜３．０２ｍｍ）、レーザ波長４０７．７ｎｍの条件で再生するのが最も望ましく、これらの条件で再生する場合に最も良好なる再生特性が得られることを意味している。
【００５２】
また、図４および図５の用い方の別の例を挙げる。記録時におけるホログラム記録媒体４８の温度が３５℃である場合には、参照光の入射角度３１．３〜３６．９°（再生光領域１９ａ２の範囲は２．５８ｍｍ〜２．９８ｍｍ）、レーザ波長４０２．３ｎｍの条件で記録するのが最も望ましく、このような条件で記録すれば、上述したように、図４および図５のグラフを参照することによって、再生時のホログラム記録媒体４８の温度が如何なる場合であっても、図４および図５を参照して、最適なるレーザ波長および最適なる再生光の入射角度（再生光領域１９ａ２の範囲）を定めることができる。
【００５３】
ここで、図４および図５にグラフとして示すデータの内容は、制御部１００の内部に配されたラム（ＲＡＭ）等に記憶されているので、制御部１００は温度検出部７０から温度を検出し、制御部１００は、ＲＡＭを参照して、この温度に対応するレーザ波長と参照光または再生光の入射角度（参照光領域１９ａ１または再生光領域１９ａ２の範囲）を読み出し、制御部１００が空間変調器１９を制御することによって、最適なる記録および／または再生の条件を設定することができる。
【００５４】
（第１実施形態）
図６ないし図８を参照して第１実施形態について詳細に説明をする。図６は、記録時における、空間変調器１９（図１を参照）に表示される参照光領域１９ａ１と信号光領域１９ｂ、対物レンズ２８（図１を参照）、ホログラム記録媒体４８（図１を参照）との相互の関係を光ビームの進行方向の沿った断面図として模式的に示すものである。
【００５５】
図７および図８は、再生時における、空間変調器１９に表示される再生光領域１９ａ２と信号光領域１９ｂ、対物レンズ２８、ホログラム記録媒体４８との相互の関係を光ビームの進行方向の沿った断面図として模式的に示すものである。正確には図６ないし図８において、ホログラム記録媒体４８の表面で光は屈折するが、実施形態の説明の本質には影響を与えないために、図６ないし図８においては、記載は省略してある。ここで、図６に示されている入射角度Ａ１は、特定のピクセル（このピクセルの空間的位置は変化するが、このピクセルが「１」であるか「０」であるかの信号は特定されている所定の電気的に特定されるピクセル、このようなピクセルの位置を電気的位置と称して以下用いる）から反射する参照光の入射角度を示すものである。図７に示されている入射角度Ａ２および図８に示されている入射角度Ａ３は、この特定のピクセルから反射する再生光の入射角度を示すものである。ここで、入射角度Ａ１の光ビームと入射角度Ａ２の光ビーム、さらには、後述する入射角度Ａ３の光ビームとがホログラムの同一点を通過するようにするのが、本実施形態の特徴である。また図６ないし図８では空間変調器１９で反射する光ビームを、各画素の中心から発する点光源のように記載しているが、実際は参照光領域１９ａ１の全領域、再生光領域１９ａ２の全領域、信号光領域１９ｂの全領域で反射して連続的に分布する。
【００５６】
図６に示すように、空間変調器１９の外周部に参照光領域１９ａ１が配され、空間変調器１９の内周部に信号光領域１９ｂが配されている点は、図３に示すと同様である。ここで、記録時におけるホログラム記録媒体の温度が２５℃であるとして以下の説明をおこなう。参照光領域１９ａ１および信号光領域１９ｂの各々の領域で反射された光ビームは、広がりつつ、対物レンズ２８に到達し、対物レンズ２８を通過後は平行光となってホログラム記録媒体４８を照射する。
【００５７】
実施形態における具体的なパラメータとしては、対物レンズの焦点距離が５ｍｍ、対物レンズ２８の開口（Ｎ．Ａ．）が０．６、参照光領域１９ａ１および信号光領域１９ｂの各々を形成するピクセル（画素）が１０μｍ（マイクロ・メータ）の正四角形、ホログラム記録媒体４８メディアの屈折率が１．５のとき、各画素からの平行光の幅は４０５μｍとなるように設定されている(この計算においてはホログラム記録媒体４８での屈折を考慮してある。)。また、信号光領域１９ｂの範囲は、図３に示すように、空間変調器１９での半径で２．３mm以内(この値は温度によらず固定)とされ、ホログラム記録媒体の温度が温度２５℃において参照光領域の範囲は２．６ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲とされている。この範囲設定は制御部１００から出力される電気信号によって任意に設定することができる。
【００５８】
上述した条件で記録した場合、信号光領域１９ｂを暗部として再生する場合の、再生時におけるホログラム記録媒体４８の温度が１０℃程度異なれば、上述したホログラム記録媒体４８における熱膨張の影響によって、参照光領域１９ａ１と再生光領域１９ａ２とを同じ領域とし、参照光の入射角度と再生光の入射角度とを共に入射角度Ａ１とし、光ビームの波長を同じとする場合には、記録データを再生できない。本実施形態では、この点を考慮して参照光領域１９ａ１と再生光領域１９ａ２とを独立して各々設定するようにしている（参照光領域１９ａ１と再生光領域１９ａ２とが一致する場合も含む）。
【００５９】
図７は、上述した条件で記録されたホログラム記録媒体４８を、例えば、ホログラム記録媒体４８の温度が１０℃低い１５℃の温度で再生する場合における、最適なる再生光領域１９ａ２を示す図である。再生光領域１９ａ２の範囲は、図４および図５を参照して説明した、本実施形態の記録再生の原理を基礎づけるデータによって特定され、この場合であれば、再生光領域１９ａ２の範囲は２．６２ｍｍ〜３．０２ｍｍである。再生光領域１９ａ２の範囲を２．６２ｍｍ〜３．０２ｍｍとする制御は、空間変調器１９に制御部１００から指令を出しておこなわれる。具体的には、画素の一辺が１０μｍの正方形の場合、内半径で２画素、外半径で２画素、それぞれ、外側にずらすことになる。なお、レーザ波長は、上述したように、レーザ光源１０に制御部１００から指令を出して、４０７．７ｎｍに設定される。また、入射角度Ａ２は、入射角度Ａ１よりも大きく設定されることとなる。
【００６０】
図８は、上述した条件で記録されたホログラム記録媒体４８を、例えば、ホログラム記録媒体４８の温度が１０℃高い３５℃の温度で再生する場合における、最適なる再生光領域１９ａ２を示す図である。再生光領域１９ａ２の範囲は、図４および図５を参照して説明した、本実施形態の記録再生の原理を基礎づけるデータによって特定され、この場合であれば、再生光領域１９ａ２の範囲は２．５８ｍｍ〜２．９８ｍｍ）、レーザ波長４０２．３ｎｍである。再生光領域１９ａ２の範囲を２．５８ｍｍ〜２．９８ｍｍ（再生光の入射角度は３１．１°〜３６．６°に対応する）とする制御は、空間変調器１９に制御部１００から指令を出しておこなわれる。
【００６１】
具体的には、画素の一辺が１０μｍの正方形の場合、内半径で２画素、外半径で２画素、それぞれ、内側にずらすことになる。しかしながら、画素の一辺が１０μｍの正方形の場合には、通常は、所望の半径に対して、ぴったりの半径では照射できない。(上記例では、２画素ずらすと内半径は２．５８０ｍｍとなる。このため、この場合には、幾分、内径側を予定よりも越えるような再生光領域１９ａ２を設定する。この場合には、再生に必要な入射角度の範囲をカバーしているので記録データを問題なく再生できる。幾分余分な入射角度を有する光ビームはブラッグ条件を満たさないので再生において、障害とはならない。
なお、レーザ波長は、上述したように、レーザ光源１０に制御部１００から指令を出して、４０２．３ｎｍに設定される。また、入射角度Ａ３は、入射角度Ａ１よりも小さく設定されることとなる。
【００６２】
図９、図１０は空間変調器１９の反射面に形成される参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２を各々示すものである。図９は図７に示す断面図に対応し、図１０は図８に示す断面図に対応するものである。
【００６３】
図７では、参照光領域１９ａ１は再生光領域１９ａ２に対して、より、内周側に配置される。この場合、図９においては、参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々に属するピクセルの空間的位置を円柱座標で示せば、参照光領域１９ａ１の一点は点Ｒ１（実際には一辺が１０μｍの正方形）で表される、この点が白部であるか黒部であるかは、電気的位置に応じて制御部１００が「１」または「０」の信号によって制御している。そして、温度が１０℃低い１５℃の温度で再生する場合には、同じ電気的位置である参照光領域１９ａ１の点Ｒ１は、再生光領域１９ａ２の点Ｒ２に、空間的に写像されることとなる。すなわち、空間的な位置（θ１、ｒ１）は空間的な位置（θ１、ｒ２）に写像されたことになる。ここで、θ１は点Ｒ１を円座標で表す場合の基準線Ｂからの角度、ｒ１は点Ｒ１を円座標で表す場合の円の中心Ｏからの半径であり、ｒ２は点Ｒ２を円座標で表す場合の円の中心Ｏからの半径である。ここで、同じ空間的な電気位置は、同一の角度を有し、記録時と再生時とのホログラム記録媒体４８の温度に応じて異なる半径を有する点に写像されることとなり、一次近似として数式１の変換式が点Ｒ１の半径ｒ１と点Ｒ２の半径ｒ２の両者に間に成立する。ここで、ｋは定数、Ｔｗは記録時の温度であり、この場合には２５℃である。また、Ｔｒは再生時の温度であり、この場合には１５℃である。また、点Ｒ１の角度と点Ｒ２の角度については同一のθ１である。
【００６４】
【数１】
2009037685.tif 000003
【００６５】
図８では、参照光領域１９ａ１は再生光領域１９ａ２に対して、より、外周側に配置される。この場合、温度が１０℃高い３５℃の温度で再生する場合には、同じ電気的位置である参照光領域１９ａ１の点Ｒ１は、再生光領域１９ａ２の点Ｒ３に、空間的に写像されることとなる。すなわち、空間的な位置（θ１、ｒ１）は空間的な位置（θ１、ｒ３）に写像されたことになる。ｒ３は点Ｒ３を円座標で表す場合の円の中心Ｏからの半径である。ここで、数式１のｒ２をｒ３に置き換え、Ｔｗに２５℃を代入し、Ｔｒに３５℃を代入して、点Ｒ１が写像される点である点Ｒ３の半径ｒ３を得ることができる。
【００６６】
上述した、第１実施形態では、参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々に表示されるパターン（これらの領域を形成する各々のピクセルの白部または黒部の分布の態様）は、どのようなものでも、数式１の関係が同じ電気的な位置にあるピクセルについて成立すれば、特に、制限があるものではなく、所定のパターン、ランダムパターン、全部が白部のパターン等のいかなるパターンであっても良いものである。
【００６７】
また、上述した第１実施形態においては、参照光領域１９ａ１と再生光領域１９ａ２との相互の空間的な位置関係を記録時および再生時のホログラム記録媒体４８の温度に応じて変化させるとともに、レーザ波長も同時に変化させるようにしたが、記録時と再生時の温度差が小さい場合には、レーザ波長を変化させることなく、参照光領域１９ａ１と再生光領域１９ａ２との相互の空間的な位置関係を変化させるだけでも、記録再生特性の改善効果を十分に得ることができるものである。
【００６８】
（第２実施形態）
図１１は空間変調器１９の反射面に形成される参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２を各々示す図である。図１１に沿って第２実施形態の説明をする。ホログラム記録再生装置１の使用温度範囲が５℃〜４５℃の範囲で動作するように設計されているとする。このときには、ホログラム記録媒体４８の温度も、ホログラム記録再生装置１の使用温度範囲に応じて５℃〜４５℃の範囲で記録と再生の動作がおこなわれることとなる。この場合において、図５を参照すれば、再生光領域１９ａ２は半径で２．５６ｍｍから３．０４ｍｍの間に分布する。第２実施形態では、温度によらず、再生光領域１９ａ２の領域をこの範囲まで拡大して、この範囲の再生光をすべて照射する。一方、参照光領域１９ａ１は、温度に応じてその範囲を変化させる。これによって使用温度範囲のどの温度においても必要とする入射方向の再生光成分がホログラム記録媒体４８に配された記録材料４８ｂに照射され、良好な再生が可能となる。余計な再生光を記録材料４８ｂに照射しても支障がないのは、本来の入射角度ではない入射角度を有する余分な光ビームは、ブラッグ条件を満たさないので影響を与えないためである。この場合には、再生光領域１９ａ２は、すべて、白部とすることが望ましい。また、記録時と再生時との温度差が比較的小さい場合には、レーザ波長を一定に保っても良好なる記録再生特性が得られる。しかしながら、記録時と再生時との温度差が比較的大きい場合には、レーザ波長を図４に示すグラフに応じて変化させることによって、さらに良好なる記録再生特性を得ることができる。また、参照光領域１９ａ１は、ホログラム記録媒体の温度が変化しても固定値を採用し、再生光領域１９ａ２も同様に固定値とするようにしても良い。この場合には、再生光領域１９ａ２の範囲が、ホログラム再生装置の使用温度範囲内において、ホログラムに対して、参照光を照射すべき範囲の全てをカバーするように形成されるものであれば、再生特性に問題が生じることはない。
【００６９】
（第３実施形態）
図１２は第３実施形態に係るホログラム記録再生装置２を示す図である。位相マスクを空間変調器１９に接するように、あるいは図１２に示すように空間変調器１９の実像ができる位置に位相マスク４０を配置することによって、さらに、０次光が記録材料４８ｂ（図１７を参照）において生じるのを防ぐことができるという効果を得ることができる。０次光が生じると、記録時においては、局所的にエムナンバー（Ｍ／＃）を浪費し、多重記録をおこなう場合の多重の回数である多重記録回数が減少する。また再生時においては、光ビームが記録材料４８ｂの特定の位置に集中することによって記録材料４８ｂの劣化を促進してしまう。このために画素ごとに位相を変え、記録材料４８ｂの内部の０次光が照射される位置での各々の画素からの光ビームの振幅の和をほぼ０にする(打ち消しあうようにする)のが、第３実施形態において位相マスクを使用する理由である。
【００７０】
第１実施形態では、参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々の領域の範囲を変化させ、第２実施形態では、参照光領域１９ａ１の領域の範囲を変化させ、これによって、参照光および再生光または参照光の入射角を半径方向に変える。このような実施形態に、さらに、位相マスク（例えば、位相マスク４０）を備える場合においては、その際に位相を記録時におけると同様に保たないと良好な再生特性を得ることができない。このため、参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々の領域の範囲が変化する場合であっても位相マスクで発生される位相は同一でなければならない。このような位相マスクの一例として、放射状の位相マスクが挙げられる。
【００７１】
図１３は、放射状の位相マスクの例として位相マスク４０の平面図を示すものである。図１３は、位相マスクの光ビームの進行方向に垂直な断面図を示すものであり、その内半径と外半径は、第１実施形態および第２実施形態で示した参照光領域および再生光領域の全範囲をカバーしており、位相マスクの内半径は、例えば、半径２．５ｍｍとされ、外半径は、例えば、半径３．１ｍｍとされている。符号４０ａを付した部分は凸部（図１４（Ａ）の符号４０ａの部分を参照）、符号４０ｂを付した部分は凹部（図１４（Ａ）の符号４０ｂの部分を参照）を示すものであり、凹部と凸部とが交互にドーナツ状に配置されている。図１４は種々の形態の位相マスクの断面を示す図である。位相マスク４０としては、図１４（Ａ）ないし図１４（Ｃ）のいずれを採用するものであっても良い。図１４（Ａ）は階段状の凹凸を有するものであり、符号４０ａを付した凸部と符号４０ｂを付した凹部との段差がｍλ／（２ｎ）とされている。ここでｍは奇数、λは光ビームの波長、ｎは屈折率である。また、図１４（Ｂ）は正弦波（Ｓｉｎ）状の凹凸を有するものであり、また、図１４（Ｃ）はテーパ形状の階段状の凹凸を有するものである。
【００７２】
数式２は、このような位相マスクを用いる場合において、０次光を打ち消せることを計算で確認するための式である。ここで、図１４（Ａ）ないし図１４（Ｃ）に示す位相マスクの断面図の頂上と底の位相差が２πであり、円周の1周の間にp周期の凹凸の変化を有するものとする。pは整数である。
【００７３】
【数２】
2009037685.tif 000004
【００７４】
ここで、０次光の強度Ｉ０は、数式３で表される。E＊はEの共役関数である。
【００７５】
【数３】
2009037685.tif 000005
【００７６】
また、頂上と底の位相差が２×２π、1周の間にp周期であれば、数式２のｐを２ｐで置きかえればよく、結果は同様となる。
【００７７】
図１５は位相マスクの凹凸の繰り返し数を種々に変化させる例を示す図である。図１５で白い部分は凸部、黒い部分は凹部に対応するものである。図１５（Ｐ１）は１６分割、すなわち１周の間に８周期の凹凸の繰り返しを有する位相マスクを示すものである。図１５（Ｐ２）は３２分割、すなわち１周の間に１６周期の凹凸の繰り返しを有する位相マスクを示すものである。図１５（Ｐ３）は６４分割、すなわち１周の間に３２周期の凹凸の繰り返しを有する位相マスクを示すものである。図１５（Ｐ４）は１２８分割、すなわち１周の間に６４周期の凹凸の繰り返しを有する位相マスクを示すものである。
【００７８】
図１６は、位相マスクの周期を種々に変化させた場合における、ホログラム記録媒体４８における光ビームのピーク強度と、１周の間の位相マスクの凹凸の繰り返し数の２倍の数である分割数と、の関係を示すグラフである。グラフの横軸は、分割数を示し、縦軸は、１または複数個生じる光ビームの強度が大きくなる点の中の最大の強度（ピーク強度）を示すものである。点Ｐ１は、１６分割のときのピーク強度を示し、点Ｐ２は、３２分割のときのピーク強度を示し、点Ｐ３は、６４分割のときのピーク強度を示し、点Ｐ４は、１２８分割のときのピーク強度を各々示すものである。点Ｐｍは位相マスクがないときのピーク強度を示すものであり、点Ｐｒは２レベルのランダムなパターンを有する位相マスクを用いる場合におけるピーク強度を示すものである。図１６は、位相マスクがピーク強度を低下させる効果があることを示すとともに、ピーク強度を抑圧する効果は、位相マスクの分割数が大きくなればなるほど大きくなることを示している。
【００７９】
なお、図１４（Ａ）ないし図１４（Ｃ）、数式２では、位相マスクは規則的な形状を有するものとして説明をしたが、原理的には、位相マスクの形状は、点対称である必要はなく、参照光領域が形成される範囲と再生光領域が形成される範囲との各々が変化する場合において、ホログラム記録媒体の温度に応じて形状が変化するホログラムの同一の点を照射する光ビームに対しては、同一の位相特性を付与するものであればどの様なものでも良い。より具体的には、参照光領域および再生光領域がドーナツ状の形状を有する領域として形成される場合においては、０次光を打ち消す形状であって、かつ「放射状」であれば良い。ここで、位相マスクは、参照光領域および参照領域と１体１に対応するものである。このような、点対称ではない位相マスクの場合にも上述の点対称の場合におけると同様に、制御部１００によって位相マスクの態様の制御をすることができる。
【００８０】
また、空間変調器１９は、信号光領域１９ｂ、参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々の領域に属する空間変調器１９のピクセル（画素）の大きさを１０μｍの正方形として説明をしたが、位相マスクのピクセルと、空間変調器１９のピクセルとが同じ形である必要はない。たとえば、位相マスクの信号光領域１９ｂに対応する部分の形状は１０μｍの正方形として、位相マスクの参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２に対応するピクセルの形状は、正方形ではなく、ドーナツ型としても良い。そして、そのドーナツの幅（ドーナツ形状を形成する外周円と内周円との各々の円の半径の差）を例えば１０μｍ程度の幅となるようにして１ピクセルを形成し、このような１０μｍステップのドーナツの幅を有する複数のピクセルの集合で形成される参照光領域１９ａ１および再生光領域１９ａ２の各々の形態を制御部１００によって、ピクセルごとに制御するようにしても良い。
【００８１】
第３実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態から得られる効果と同様に、光ビームの入射角度範囲を適切にして記録再生特性を良好なものとする効果に加えて、光ビームが特定の部分に集中してピーク強度を大きくすることを防止できる。そして、ピーク強度を大きくすることを防止できる効果としては、記録時においては、局所的にエムナンバー（Ｍ／＃）を浪費することが防止でき、多重記録をおこなう場合の多重の回数である多重記録回数を増大させることができる。また再生時においては、光ビームが記録材料の特定の位置に集中することを防止して、記録材料の劣化が生じることを防止できる。
【００８２】
上述した実施形態の説明に用いた数値は、本願の願書に記載した発明者らが実験で用いている典型値である。例えば、図４および図５に示すグラフは異なる記録材料を有するホログラム記録媒体を用いれば異なるものであり、空間変調器における信号光領域と参照光領域の該当半径も説明に用いた値に限られるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ホログラム記録再生装置の光学部を中心とする模式図である。
【図２】参照光領域および信号光領域の各々表示されるパターンを示す図である。
【図３】図２に示される参照光領域および信号光領域の範囲を具体的な寸法によって示す図である。
【図４】ホログラム記録媒体の温度と、レーザ光源から出射される最適なレーザ波長との関係を示すグラフである。
【図５】ホログラム記録媒体の温度と、光ビームの最適な入射角度範囲および最適な半径範囲との関係を示すグラフである。
【図６】記録時における、参照光領域と信号光領域、対物レンズ、ホログラム記録媒体との相互の関係を光ビームの進行方向の沿った断面図として模式的に示す図である。
【図７】再生時における、参照光領域と信号光領域、対物レンズ、ホログラム記録媒体との相互の関係を光ビームの進行方向の沿った断面図として模式的に示す図である。
【図８】再生時における、参照光領域と信号光領域、対物レンズ、ホログラム記録媒体との相互の関係を光ビームの進行方向の沿った断面図として模式的に示す図である。
【図９】空間変調器の反射面に形成される参照光領域および再生光領域を各々示す図である。
【図１０】空間変調器の反射面に形成される参照光領域および再生光領域を各々示す図である。
【図１１】空間変調器の反射面に形成される参照光領域および再生光領域を各々示す図である。
【図１２】別のホログラム記録再生装置の光学部を中心とする模式図である。
【図１３】位相マスクの一例として、放射状の位相マスク平面図を示す図である。
【図１４】種々の形態の位相マスクの断面を示す図である。
【図１５】位相マスクの凹凸の繰り返し数を種々に変化させる例を示す図である。
【図１６】位相マスクの周期を種々に変化させた場合における、ホログラム記録媒体における光ビームのピーク強度と、位相マスクの分割数との関係を示すグラフである。
【図１７】ホログラム記録媒体の熱膨張と熱収縮とを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、２  ホログラム記録再生装置、  １０  レーザ光源、  １１  アイソレーター、  １２  シャッター、  １３、１４、２１、２４、２９、３１、４２  フーリエ変換レンズ、  １６  可動ミラーユニット、  １６ａ  可動ミラー、  １９  空間変調器、  １９ａ、１９ａ１  参照光領域、  １９ａ２  再生光領域、  １９ｂ  信号光記録領域、  ２０、２７  偏光ビームスプリッタ、  ２６  １／４波長板、  ２８  対物レンズ、  ３０  ミラー、  ３２  イメージセンサ、  ３３  スピンドルモータ、  ３４  トラックキング可動部、  ３６  対物レンズユニット、  ４０  位相マスク、  ４８  ホログラム記録媒体、  ４８ａ、４８ｃ  基板、  ４８ｂ  記録材料、  ５５  フォーカスアクチュエータ、  ５６  モータ、  ５７ａ、５７ｂ  歯車、  ５８  スピンドルモータ基台、  ６０  可動部アクチュエータ、  ７０  温度検出部、  １００  制御部、  Ａ１、Ａ２、Ａ３  入射角度、  ｄ１、ｄ２、ｄ３  間隔
【図１】
2009037685.tif 000006
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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