JP2009087448A - ホログラム記録再生装置及びホログラム記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角度多重記録方式を用いたホログラム情報記録再生装置において、隣接ホログラムからのクロストークを低減する。
【解決手段】角度多重記録方式でホログラムを記録する時の参照光のディスクへの入射角度の集合を｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］と表すとき、光情報記録媒体１上の位置又はトラック位置に応じて参照光の入射角度｛θ｝を切り替える。
【選択図】図６

Description

本発明は、ホログラフィを用いて光情報記録媒体に情報を記録及び／又は再生する装置、及びホログラム記録再生方法に関する。

現在、青紫色半導体レーザを用いた、Blu-ray Disc（ＢＤ）規格やHigh Definition Digital Versatile Disc（ＨＤ ＤＶＤ）規格などにより、民生用においても５０ＧＢ程度の記録密度を持つ光ディスクの商品化が可能となってきた。今後は、光ディスクでも１００ＧＢ〜１ＴＢというＨＤＤ（Hard Disc Drive）容量と同程度まで大容量化が望まれる。しかしながら、このような超高密度を光ディスクで実現するためには、今までのような短波長化と対物レンズ高ＮＡ化による従来の高密度技術のトレンドとは異なった新しいストレージ技術が必要となる。

次世代のストレージ技術に関する研究が行われる中、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録するホログラム記録技術が注目を集めている。ホログラム記録技術とは、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）により２次元的に変調されたページデータの情報を有する信号光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時に生じる干渉縞パターンによって記録媒体内に屈折率変調を生じさせることで情報を記録する技術である。情報の再生時には、記録時に用いた参照光を同じ配置で記録媒体に照射すると、記録媒体中に記録されているホログラムが回折格子のように作用して回折光を生じる。この回折光が記録した信号光と位相情報を含めて同一の光として再生される。再生された信号光は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの光検出器を用いて２次元的に高速に検出される。このようにホログラム記録では、１つのホログラムで２次元的な情報を同時に記録／再生でき、また同じ場所に複数のページデータを重ね書きすることができるため、大容量かつ高速な情報の記録再生に有効である。

ホログラム記録技術として、特開２００４−２７２２６８号公報には、信号光束をレンズで光情報記録媒体に集光すると同時に、平行光束の参照光を照射して干渉させてホログラムの記録を行い、さらに参照光の光記録媒体への入射角度を変えながら異なるページデータを空間光変調器に表示して多重記録を行う、いわゆる角度多重記録方式が記載されている。さらに本公報には、信号光をレンズで集光してそのビームウエストに開口（空間フィルタ）を配することにより、隣接するホログラムの間隔（ピッチ）を短くすることができ、従来の角度多重記録方式に比べて記録密度／容量を増大させる技術が記載されている。また、ＷＯ２００４−１０２５４２号には、１つの空間光変調器において内側の画素からの光を信号光、外側の輪帯状の画素からの光を参照光として、両光束を同じレンズで光記録媒体に集光し、レンズの焦点面付近で信号光と参照光を干渉させてホログラムを記録するシフト多重方式を用いた例が記述されている。

特開２００４−２７２２６８号公報 ＷＯ２００４−１０２５４２号

ところで、ホログラム記録において記録密度を高めるためには、角度多重記録方式、シフト多重方式ともに、隣接するホログラムの間隔（ピッチ）を小さくする必要がある。また角度多重記録方式においては、角度多重記録時の参照光の光情報記録媒体に対する入射角度θの間隔（角度ピッチ）を小さくすることによっても記録密度を高めることができる。しかしながら、隣接するホログラムの間隔（ピッチ）や角度ピッチを小さくすると、ホログラム間でのクロストークが大きくなり、再生信号の品質が劣化する。

また、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを表す量としてＭ／＃（エムナンバー）がしばしば用いられる。Ｍ／＃は、ホログラム記録媒体の所定の位置にどれだけのホログラムを多重記録できるか（多重度）を示す指標で、ホログラム記録材料や媒体の厚さによって決まる媒体固有の量である。ホログラムの多重度をＭとすると、１つのホログラムの回折効率ηは全てのホログラムの回折効率を均等とした場合、

で表される。式（１）が示すように、高密度化に向けてホログラムの多重度Ｍを上げると、信号となるホログラムの回折効率ηは多重度Ｍに対して−２乗で低下する。このことも高密度化において再生信号の品質を劣化させる要因となる。

この問題に対し、特開２００６−２４３２４３号公報では、シフト多重方式において、ディスク上のトラック位置に応じて記録再生を行うレーザ光源の発振波長を切り替える方法が記載されている。しかしながら、このような対策を採るためには、レーザ光の発振波長を変えることのできるレーザ光源（波長可変レーザ）が必須となる。また、ディスク上のトラック位置に応じて記録再生を行うレーザ光源の波長を切り替えるため、光学系の色収差が問題となる。さらに、角度多重方式でディスク上のトラック位置に応じて記録再生を行うレーザ光源の波長を切り替えた場合、ホログラムの再生時にはレーザ光源の波長と参照光の入射角度を同時に最適調整しなければならず、再生過程が複雑になる。

本発明は上記問題を鑑みなされたものであり、角度多重記録方式を用いて、信頼性の高いホログラム情報記録及び／又は再生装置、及びホログラム記録及び／又は再生方法を提供することを目的とする。

本発明に係るホログラム記録再生装置は、レーザ光源と、レーザ光源から出射した光ビームから信号光と参照光を形成する光学素子と、信号光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調された信号光と参照光との干渉により生じる干渉縞をホログラムとして記録する光情報記録媒体と、空間光変調器によって変調された信号光と参照光とを光情報記録媒体中で干渉させる光学系と、光情報記録媒体への参照光の入射角度を制御する参照光角度制御手段と、光情報記録媒体からの再生光を検出する光検出器とを具備し、参照光角度制御手段は参照光を光情報記録媒体の略同じ位置に複数の入射角度｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］（Ｍは２以上の整数）で入射させ、光情報記録媒体上でのトラック位置に応じて、参照光の入射角度｛θ｝を切り替える。

参照光の光情報記録媒体への入射角度｛θ｝の切り替えは、光情報記録媒体上でのトラック位置毎に行ってもよい。

また、参照光の光情報記録媒体への入射角度｛θ｝の切り替えは、光情報記録媒体のトラックを各々が２以上の連続するトラックからなる複数のトラック群に分類し、同一のトラック群に属するトラックに対してはトラック位置に応じて異なる参照光の入射角度｛θ｝を用い、トラック群毎にその異なる参照光の入射角度｛θ｝を繰返し適用してもよい。

また、参照光の入射角度｛θ｝の切り替えは、光情報記録媒体のトラックを最内周又は最外周から奇数トラックと偶数トラックに分類し、奇数トラック同士あるいは偶数トラック同士に対しては同じ参照光の入射角度｛θ｝を用い、奇数トラックと偶数トラックに対しては異なる参照光の入射角度｛θ｝を用いてもよい。

特に、奇数トラックに含まれるホログラムに対する前記参照光の入射角度を｛θ｝＝［θ₁，θ₂，…，θ_k，…θ_M］（Ｍは２以上の整数）としたとき、ｋ番目の入射角度θ_kは、隣接するｋ−１番目の入射角度θ_k-1で記録されたホログラムの再生光量が、入射角度を前記入射角度θ_k-1から変化させた時に、２番目に略０、あるいは、極小となる角度（2nd null）に相当する角度とし、前記偶数トラックに含まれるホログラムに対する前記参照光のｋ番目の入射角度θ_k’は、前記奇数トラックに含まれるｋ番目のホログラムの再生光量が、１番目に略０、あるいは、極小となる角度（1st null）に相当する角度としてもよい。

本発明のホログラム記録再生装置は、角度多重記録方式において、参照光の入射角度をトラック位置に応じて切り替えるだけで隣接トラックのホログラムからのクロストークを低減することができ、ホログラムの記録再生性能を向上することができる。また、角度多重方式を用いたホログラム記録再生装置は参照光角度制御手段を備えているため、新たな機構を追加する必要はなく、装置構成が複雑になることはない。

また、本発明に係るホログラム記録再生装置の参照光角度制御手段は、ホログラムの光情報記録媒体上の位置に応じて、参照光の入射角度｛θ｝を切り替えるものでもよい。

このとき、参照光の入射角度｛θ｝の切り替えは、光情報記録媒体上での位置毎に異なる角度を用いてもよい。また、参照光の入射角度｛θ｝は、３セット以上あればよい。

この構成では、角度多重記録方式において、参照光の入射角度を媒体上の位置に応じて切り替えるだけで隣接ホログラムからのクロストークを低減することができ、ホログラムの記録再生性能を向上することができる。また、角度多重記録方式を用いたホログラム記録再生装置は参照光角度制御手段を備えているため、新たな機構を追加する必要はなく、装置構成が複雑になることはない。

ホログラム記録再生装置内、光情報記録媒体内、又は、光情報記録媒体を収容するカートリッジに具備される所定の記録手段に記録された、ホログラム記録媒体のトラック位置あるいは記録位置に応じた参照光の入射角度情報を取得する参照光角度情報検出手段を具備し、参照光角度制御手段は、参照光角度情報検出手段により取得した参照光角度情報に基づいて、参照光の入射角度をトラック位置あるいは記録位置に応じて切り替えてもよい。

また、光情報記録媒体にすでに記録されたホログラムの再生に必要な参照光の入射角度を取得する参照光角度情報検出手段を具備し、参照光角度制御手段は、参照光角度情報検出手段により取得した参照光角度情報に基づいて、参照光の入射角度を光情報記録媒体上でのトラック位置あるいは記録位置に応じて切り替えてもよい。

光情報記録媒体はディスクの形状に限らず、カードの形状であってもよい。

本発明によれば、角度多重記録方式を用いた、信頼性の高いホログラム情報記録装置、ホログラム情報再生装置、ホログラム情報記録再生装置、及びホログラム記録再生方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

［ホログラム情報記録再生装置の全体構成］
図１は、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録及び／又は再生するホログラム情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。

ホログラム情報記録再生装置１０は、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４ならびに回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。ピックアップ１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に出射してホログラフィを利用してデジタル情報を記録する役割を果たす。記録する情報信号は、コントローラ８９によって信号生成回路８６を介してピックアップ１１内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。

光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、ピックアップ１１から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系１２によって生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。この位相共役光によって再生される再生光を、ピックアップ１１内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、ピックアップ１１内の後述するシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。

媒体キュア光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュア及びポストキュアに用いる光ビームを生成する。ここでプリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程のことである。またポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、その位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程のことである。

媒体回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に調整する場合は、媒体回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によって媒体回転モータ制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御することができる。光源駆動回路８２からは、所定の光源駆動電流がピックアップ１１、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光することができる。

また、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路８１を介して位置制御が行われる。なお、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３が大型でスライドするのが困難な場合は、これらを光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドする代わりに、光情報記録媒体１をスライドする構成でもかまわない。

ところでホログラフィを利用した記録技術は、超高密度な情報を記録可能な技術であるがゆえに、例えば光情報記録媒体１の傾きや位置ずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。それゆえピックアップ１１内に、例えば光情報記録媒体１の傾きや位置ずれ等、許容誤差が小さいずれ要因のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構をホログラム情報記録再生装置１０内に備えても良い。

またピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４は、いくつかの光学系構成又は全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。

［ピックアップ光学系構成］
図２は、ホログラム情報記録再生装置１０におけるピックアップ１１の光学系構成の一例を示したものである。

光源２０１を出射した光ビームはコリメートレンズ２０２を透過し、シャッタ２０３に入射する。シャッタ２０３が開いている時は、光ビームはシャッタ２０３を通過した後、例えば１／２波長板などで構成される光学素子２０４によってＰ偏光とＳ偏光の光量比が所望の比になるように偏光方向を制御された後、偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。

偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビーム２０６は、ビームエキスパンダ２０９によって光ビーム径を拡大された後、位相マスク２１１、リレーレンズ２１０、偏光ビームスプリッタ２０７を経由して空間光変調器２０８に入射する。空間光変調器２０８によって情報を付加された信号光ビームは偏光ビームスプリッタ２０７を透過し、リレーレンズ２１２ならびに空間フィルタ２１３を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ２２５によって光情報記録媒体１に集光する。

一方、偏光ビームスプリッタ２０５を反射した光ビーム２２３は参照光ビームとして働き、偏光方向変換素子２２４によって記録時又は再生時に応じて所定の偏光方向に設定された後、ミラー２１４ならびにミラー２１５を経由してガルバノミラー２１６に入射する。ガルバノミラー２１６はアクチュエータ２１７によって角度を調整可能のため、レンズ２１９とレンズ２２０を通過した後に情報記録媒体１に入射する参照光ビームの入射角度を、所望の角度に設定することができる。

このように信号光ビーム２０６と参照光ビーム２２３を光情報記録媒体１において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。また、ガルバノミラー２１６によって光情報記録媒体１に入射する参照光ビームの入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。

記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光ビームを光情報記録媒体１に入射し、光情報記録媒体１を透過した光ビームをガルバノミラー２２１にて反射させることで、その位相共役光を生成する。ガルバノミラー２２１はアクチュエータ２２２によって角度を調整可能であり、光情報記録媒体１に記録された情報の再生時に、前記ガルバノミラー２１６と連動して駆動される。この位相共役光によって再生された再生光ビームは、対物レンズ２２５、リレーレンズ２１２ならびに空間フィルタ２１３を伝播する。その後、再生光ビームは偏光ビームスプリッタ２０７を反射して光検出器２１８に入射し、記録した信号を再生することができる。

なお、ピックアップ１１の光学系構成は図２に限定されるものではない。図２では位相共役光を用いることにより、ホログラムの記録時と再生時の信号光は同一のリレーレンズ２１２、空間フィルタ２１３、対物レンズ２２５を通過するため、空間光変調器２０８と光検出器２１８が光情報記録媒体１に対して同じ側に配置されるが、例えば光検出器２１８を光情報記録媒体１に対して空間光変調器２０８と反対側に配置し、位相共役光の代わりに記録時と同じ参照光を用いて信号を再生する構成も可能である。

［動作フロー］
図３は、ホログラム情報記録再生装置１０における記録、再生の動作フローを示したものである。図３（ａ）は、ホログラム情報記録再生装置１０に光情報記録媒体１を挿入した後、記録又は再生の準備が完了するまでの動作フローを示し、図３（ｂ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に情報を記録するまでの動作フロー、図３（ｃ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に記録した情報を再生するまでの動作フローを示したものである。

図３（ａ）に示すように媒体を挿入すると、ホログラム情報記録再生装置１０は光情報記録媒体１に設けられたコントロールデータを読み出し、例えば光情報記録媒体１に関する情報や、記録や再生時における各種設定条件に関する情報を取得する。コントロールデータの読み出し後は、コントロールデータに応じた各種調整やピックアップ１１に関わる学習処理を行い、ホログラム情報記録再生装置１０は、記録又は再生の準備が完了する。

準備完了状態から情報を記録するまでの動作フローは図３（ｂ）に示すように、まず記録するデータを受信して、データに応じた情報をピックアップ１１内の空間光変調器に送り込む。その後、光情報記録媒体１に高品質の情報を記録できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行い、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに媒体キュア光学系１３の位置を光情報記録媒体１の所定の位置に配置する。その後、媒体キュア光学系１３から出射する光ビームを用いて所定の領域をプリキュアし、ピックアップ１１から出射する参照光と信号光を用いてデータを記録する。データを記録した後は、必要に応じてデータをベリファイし、媒体キュア光学系１３から出射する光ビームを用いてポストキュアを行う。

準備完了状態から記録された情報を再生するまでの動作フローは図３（ｃ）に示すように、光情報記録媒体１から高品質の情報を再生できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う。その後、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに位相共役光学系１２の位置を光情報記録媒体１の所定の位置に配置する。その後、ピックアップ１１から参照光を出射し、光情報記録媒体１に記録された情報を読み出す。

［角度選択性］
図４は、ピックアップ１１において光情報記録媒体１に対する記録時と再生時の参照光の角度ずれと、再生光の回折効率を示すグラフである。光情報記録媒体１への入射角度θの参照光で記録したホログラムを、入射角度θ’の参照光で再生する時、ホログラムの回折効率ηは

で表され、参照光の入射角度に対して非常に高い角度選択性を持つ。ここで、Δθは記録時と再生時の光情報記録媒体１への参照光の入射角度のずれθ’−θ、θ_sは信号光の光情報記録媒体１への入射角度、θ_rsは信号光と参照光の光情報記録媒体１への入射角度のなす角、λはレーザ光源の波長、ｎは記録材料の屈折率、Ｌは記録材料の厚さを表す。

図４が示すように、記録に用いた参照光の入射角度から約０．００５度角度をずらすと回折効率は略０となっている。回折効率が略０又は極小となる参照光の入射角度をnull（ヌル）と呼ぶが、式（２）より回折効率が略０となる参照光の角度ずれΔθは

と表され、nullとなる参照光の入射角度は周期的に現れる。図４に示すように１番目、２番目のnullを1st null、2nd nullと呼ぶが、角度多重記録を行う時は、ある入射角度の参照光でホログラムを記録した後、次のホログラムは例えば前に記録したホログラムの2nd nullの入射角度の参照光で記録する。これを繰り返すことにより、同じ位置に記録した異なるホログラムからのクロストークを抑えることができる。

［角度多重記録におけるホログラム間のクロストーク］
角度多重方式では、図２に示すように信号光を収束光として、参照光を平行光として光情報記録媒体１に入射しているが、高密度化のために隣接するホログラムの間隔（ピッチ）を小さくして記録した場合、再生時に参照光を照射すると、図５に示すように隣接するホログラムも同時に再生されてしまい、この再生光がクロストーク成分となってしまう。隣接ホログラムを当該ホログラムと同じ参照光の入射角度で記録していると、当該ホログラムを再生する時には隣接ホログラムも高い回折効率で再生されてしまうため、クロストークの影響が大きくなってしまう。しかし、図４に示した高い角度選択性から、隣接するホログラムの参照光の入射角度を当該ホログラムの参照光角度とずらして記録することによって、隣接するホログラムからのクロストークを抑えることが可能となる。

［角度多重記録方式のホログラム記録再生装置の実施例］
図６は、図２に示すピックアップ１１の光学系構成におけるホログラムの多重方式の一例を示したものである。この実施例では、ディスク状の光情報記録媒体１上に同心円状のトラックに沿ってホログラムを記録する場合を示している。また、信号光と参照光の入射平面はディスクの周方向に平行な場合を示している。

本実施例に示す角度多重記録方式では、ディスク上のある位置でホログラムを記録する時の参照光のディスクへの入射角度の集合を｛θ｝と表すとき、ディスクのトラック位置（半径位置）に応じて参照光のディスクへの入射角度｛θ｝を切り替える。例えば図６は、ディスク上の隣接する３つのトラック（＃ｎ−１，＃ｎ，＃ｎ＋１トラック）に記録されたホログラムを示している。角度多重度をＭとし、＃ｎトラックには参照光のディスクへの入射角度を｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］として記録したとする。この時、＃ｎ−１，＃ｎ＋１トラックはそれぞれ｛θ｝＝［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ₁］、［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ₂］（ただし、Δθ₁，Δθ₂≠０）とする。これにより、＃ｎトラックのホログラム再生時には、＃ｎ−１トラック、＃ｎ＋１トラックのホログラムからのクロストークを低減することができ、良好な信号の再生が可能となる。

ディスクの最内周から最外周トラックまでそれぞれ異なる参照光の入射角度を用いたり、一部重複する入射角度を用いたりしてもよいが、ディスクの連続する数トラック毎に、割り当てる参照光の入射角度を繰り返してもよい。例えば、ｋを２以上の整数として、ディスクの最内周又は最外周から連続するｋ個のトラックを一纏めとし、初めの連続するｋトラックに関しては＃ｉトラック（１≦ｉ≦ｋ）における参照光の入射角度は｛θ_i｝＝［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ_i］（ただしΔθ_i≠０，Δθ_i≠Δθ_i+1）とし、次のｋ個のトラック（ｋ＋１≦ｉ≦２ｋ）は、また｛θ_i｝＝［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ_i］とし、これをディスクの全トラックにおいて繰返してもよい。この方法によると、参照光の入射角度は少なくとも２種類｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］、［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ］の繰返しであればよい。例えば図７に示すように、ディスクの奇数トラックは｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］、偶数トラックは｛θ｝＝［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ］としてもよい。

参照光の入射角度の切り替え方法に関して、クロストークをできる限り低減するために、当該トラックの参照光の入射角度｛θ｝及び隣接トラックの参照光の入射角度｛θ｝は略null角度で記録再生を行うのが望ましい。より具体的には例えば、全てのトラックにおいて角度多重記録は2nd nullで行うこととし、奇数トラックのホログラムは参照光の入射角度｛θ｝＝［θ₁，θ₂，…，θ_k，…，θ_M］で記録を行い、偶数トラックのホログラムはその奇数ホログラムの1st null｛θ'｝＝［θ₁'，θ₂'，…，θ_k'，…，θ_M'］ で記録を行えば、角度ピッチをできる限り小さく詰めて高密度記録が可能となると同時に、隣接トラックからのクロストークをほぼ０に抑えることができる。
ここで、
θ_k＝θ_k-1＋Δθ_{2nd null} （４）
θ_k'＝θ_k＋Δθ_{1st null} （５）
である。ただし、式（４）におけるΔθ_{2nd null}は、参照光の入射角度θ_kで記録したホログラムの2nd nullであり、式（５）におけるΔθ_{1st null}は、参照光の入射角度θ_kで記録したホログラムの1st nullである。

なお、隣接トラックからのクロストークを抑えるためには、隣接トラックのホログラムの記録再生に用いる参照光の入射角度は必ずしも回折効率が０となる角度に設定する必要はなく、発生するクロストークの量や参照光角度の変更可能範囲、最小角度変化量などによって決定される。

参照光の入射角度は、ホログラム記録再生装置１０内、例えばコントローラ８９内に入射角度情報をもっておき、情報の記録時に前記情報を読み出してもよい。また、入射角度情報は、光情報記録媒体１内、あるいは、光情報記録媒体１を収容するカートリッジに具備される所定の記録手段に予め記録され、情報の記録時に前記情報を読み出してもよい。

また、参照光の入射角度は、光情報記録媒体１にすでに記録されたホログラムを再生して、再生光量が略最大となる参照光の入射角度を検出してもよい。参照光の入射角度の検出は、例えば図２に示すピックアップにおいて参照光用のガルバノミラー２１６の向きを制御するアクチュエータ２１７の駆動電流から検出してもよい。こうして検出された参照光の入射角度の情報から、そのホログラムに隣接する位置に角度多重記録方式でホログラムを記録するとき、クロストークが少なくなるように参照光の入射角度を決定してもよい。

また、本実施例におけるホログラム記録再生装置は、光情報記録媒体１の基準位置に対する傾斜角度を検出するための傾斜検出手段を具備し、傾斜検出手段により検出された光情報記録媒体１の傾斜に応じて、参照光入射角度を補正してもよい。傾斜検出手段は、例えば光情報記録媒体表面にレーザ光を当ててその反射光を読み取ることで角度を検出するレーザチルトセンサなどでもよい。

本実施例では、信号光と参照光はディスクの周方向に入射する場合を示しているが、信号光と参照光の入射面はこれに限るものではなく、例えばディスクの半径方向に入射するのでもよい。また、本実施例ではホログラムは同心円状に記録した場合を示しているが、データトラックの形式はこれに限るものではなく、例えばスパイラル状に記録してもよい。

また、本実施例では光情報記録媒体１はディスク状の形態としたが、本発明はこれに限られない。例えば図８に示すようにカード状の媒体でも構わない。図９は、図８に示すカード状の光情報記録媒体１を用いた場合の情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。ホログラム情報記録再生装置１０は、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３ならびに媒体駆動モータ９０２を備えており、光情報記録媒体１はコントローラ８９によって媒体駆動制御回路９０１を介して媒体駆動モータ９０２によって駆動可能な構成となっている。なお、図９では光情報記録媒体１を駆動する構成となっているが、光情報記録媒体１を駆動する代わりに、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３の位置をスライドする機構を設け、アクセス制御回路８１を介して位置制御を行うのでもかまわない。

図１０は、図２に示すピックアップ１１の光学系構成におけるホログラムの多重方式の一例を示したものである。この実施例では、ディスク状の光情報記録媒体１上に同心円状のトラックに沿ってホログラムを記録する場合を示している。また、信号光と参照光の入射平面はディスクの周方向に平行な場合を示している。なお図１０の説明において実施例１と重複する部分は説明を省略する。

本実施例に示す角度多重方式では、ディスク上のある位置でホログラムを記録する時の参照光のディスクへの入射角度の集合を｛θ｝と表すとき、ディスク上の位置（半径ｒ、方位φ）に応じて参照光のディスクへの入射角度｛θ｝を切り替える。例えば図１０は、ディスク上のあるホログラムに対して隣接する８つのホログラムを示している。角度多重度をＭとし、中心のホログラムは参照光のディスクへの入射角度を｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］で記録したとする。この時、隣接する８つのホログラムはそれぞれ｛θ｝＝［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ_i］（ｉ＝１，２，・・・，８）とする。ここで、Δθ_i（ｉ＝１，２，・・・，８）はすべて異なる値である必要はなく、発生するクロストークの量や参照光角度の変更可能範囲、最小角度変化量などによって決定される。また、この方法によると、隣接ホログラムと同じ参照光の入射角度を用いないためには、参照光の入射角度は少なくとも３セット｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］、［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ₁］、［（θ₁，θ₂，・・・，θ_M）＋Δθ₂］あればよい。例えば、図１０に示した配置では、一例として、Δθ₅＝Δθ₆＝０、Δθ₄＝Δθ₈＝Δθ₁、Δθ₃＝Δθ₇＝Δθ₂として３セットの入射角度｛θ｝を用意すれば、隣接するホログラムからのクロストークを十分抑制することができる。

参照光の入射角度の切り替え方法に関して、クロストークをできる限り低減するために、当該ホログラムの参照光の入射角度｛θ｝及び隣接ホログラムの参照光の入射角度｛θ｝は略null角度で記録再生を行うのが望ましいが、隣接ホログラムの記録再生に用いる参照光の入射角度は必ずしも回折効率が０となる角度に設定する必要はなく、発生するクロストークの量や参照光角度の変更可能範囲、最小角度変化量などによって決定される。

本実施例における参照光の入射角度は、ホログラム記録再生装置１０内、例えばコントローラ８９内に入射角度情報をもっておき、情報の記録時に前記情報を読み出してもよい。また、入射角度情報は、光情報記録媒体１内、あるいは、光情報記録媒体１を収容するカートリッジに具備される所定の記録手段に予め記録され、情報の記録時に前記情報を読み出してもよい。

また、本実施例においても、参照光の入射角度は、光情報記録媒体１にすでに記録されたホログラムを再生して、再生光量が略最大となる参照光の入射角度を検出してもよい。参照光の入射角度の検出は、例えば図２に示すピックアップにおいて参照光用のガルバノミラー２１６の向きを制御するアクチュエータ２１７の駆動電流から検出してもよい。こうして検出された参照光の入射角度の情報から、そのホログラムに隣接する位置に角度多重記録方式でホログラムを記録するとき、クロストークが少なくなるように参照光の入射角度を決定してもよい。

また、本実施例におけるホログラム記録再生装置は、光情報記録媒体１の基準位置に対する傾斜角度を検出するための傾斜検出手段を具備し、傾斜検出手段により検出された光情報記録媒体１の傾斜に応じて、参照光入射角度を補正してもよい。傾斜検出手段は、例えば光情報記録媒体表面にレーザ光を当ててその反射光を読み取ることで角度を検出するレーザチルトセンサなどでもよい。

本実施例では信号光と参照光はディスクの周方向に入射する場合を示しているが、信号光と参照光の入射面はこれに限るものではなく、例えばディスクの半径方向に入射するのでもよい。また、本実施例ではホログラムは同心円状に記録した場合を示しているが、データトラックの形式はこれに限るものではなく、例えばスパイラル状に記録してもよい。また、本実施例では光情報記録媒体１はディスク状の形態としたが、本発明はこれに限られない。例えば図１１に示すようにカード状の媒体でも構わない。

本発明のホログラム記録再生装置によれば、角度多重記録方式において光情報記録媒体の半径位置あるいは記録位置に応じて参照光の入射角度を切り替えることによって、隣接するトラックあるいは隣接する記録位置からのクロストークを低減することができ、信頼性の高いホログラム記録再生装置が実現できる。

ホログラム情報記録再生装置の実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置の動作フローの実施例を表す概略図。 角度多重方式において記録時と再生時の参照光の入射角度のずれと回折効率の関係を示す図。 光情報記録媒体に記録されたホログラムと参照光の関係を示す図。 本発明のホログラム記録再生装置の角度多重方式の一例を表す概略図。 本発明のホログラム記録再生装置の角度多重方式の一例を表す概略図。 カード型の光情報記録媒体を用いた本発明のホログラム記録再生装置の角度多重方式の一例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置の実施例を表す概略図。 本発明のホログラム記録再生装置の角度多重方式の一例を表す概略図。 カード型の光情報記録媒体を用いた本発明のホログラム記録再生装置の角度多重方式の一例を表す概略図。

符号の説明

１…光情報記録媒体、１０…ホログラム情報記録再生装置、１１…ピックアップ、
１２…位相共役光学系、１３…媒体キュア光学系、
１４…媒体回転角度検出用光学系、５０…回転モータ、
８１…アクセス制御回路、８２…光源駆動回路、８３…サーボ信号生成回路、
８４…サーボ制御回路、８５…信号処理回路、８６…信号生成回路、
８７…シャッタ制御回路、８８…媒体回転モータ制御回路、
８９…コントローラ、
２０１…光源、２０２…コリメートレンズ、２０３…シャッタ、
２０４…光学素子、２０５…偏光ビームスプリッタ、
２０６…信号光、２０７…偏光ビームスプリッタ、２０８…空間光変調器、
２０９…ビームエキスパンダ、２１０…リレーレンズ、
２１１…フェーズ（位相）マスク、２１２…リレーレンズ、
２１３…空間フィルタ、２１４…ミラー、２１５…ミラー、
２１６…ミラー、２１７…アクチュエータ、２１８…光検出器、
２１９…レンズ、２２０…レンズ、２２１…ミラー、２２２…アクチュエータ、
２２３…参照光、２２４…偏光方向変換素子、２２５…対物レンズ、
９０１…駆動制御回路、９０２…媒体駆動モータ

Claims (14)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射した光ビームから信号光と参照光を形成する光学素子と、
   前記信号光を変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器によって変調された前記信号光と前記参照光との干渉により生じる干渉縞をホログラムとして記録する光情報記録媒体と、
   前記空間光変調器によって変調された前記信号光と前記参照光とを前記光情報記録媒体中で干渉させる光学系と、
   前記光情報記録媒体への前記参照光の入射角度を制御する参照光角度制御手段と、
   前記光情報記録媒体からの再生光を検出する光検出器と
   を具備し、
   前記参照光角度制御手段は前記参照光を前記光情報記録媒体の略同じ位置に複数の入射角度｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］（Ｍは２以上の整数）で入射させ、前記光情報記録媒体上でのトラック位置に応じて、前記参照光の入射角度｛θ｝を切り替えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 前記参照光角度制御手段は、前記光情報記録媒体上でのトラック位置毎に前記参照光の入射角度｛θ｝を切り替え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。
3. 前記参照光角度制御手段は、前記光情報記録媒体のトラックを各々が２以上の連続するトラックからなる複数のトラック群に分類し、同一のトラック群に属するトラックに対してはトラック位置に応じて異なる参照光の入射角度｛θ｝を用い、トラック群毎に前記異なる参照光の入射角度｛θ｝を繰返し適用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。
4. 前記参照光角度制御手段は、前記光情報記録媒体のトラックを最内周又は最外周から奇数トラックと偶数トラックに分類し、奇数トラック同士あるいは偶数トラック同士に対しては同じ参照光の入射角度｛θ｝を用い、奇数トラックと偶数トラックに対しては異なる参照光の入射角度｛θ｝を用い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。
5. 前記奇数トラックに含まれるホログラムに対する前記参照光の入射角度を｛θ｝＝［θ₁，θ₂，…，θ_k，…θ_M］（Ｍは２以上の整数）としたとき、ｋ番目の入射角度θ_kは、隣接するｋ−１番目の入射角度θ_k-1で記録されたホログラムの再生光量が、入射角度を前記入射角度θ_k-1から変化させた時に、２番目に略０、あるいは、極小となる角度（2nd null）に相当する角度とし、
   前記偶数トラックに含まれるホログラムに対する前記参照光のｋ番目の入射角度θ_k’は、前記奇数トラックに含まれるｋ番目のホログラムの再生光量が、１番目に略０、あるいは、極小となる角度（1st null）に相当する角度とすることを特徴とする請求項４記載のホログラム記録再生装置。
6. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射した光ビームから信号光と参照光を形成する光学素子と、
   前記信号光を変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器によって変調された前記信号光と前記参照光との干渉により生じる干渉縞をホログラムとして記録する光情報記録媒体と、
   前記空間光変調器によって変調された前記信号光と前記参照光とを前記光情報記録媒体中で干渉させる光学系と、
   前記参照光の前記光情報記録媒体への入射角度を制御する参照光角度制御手段と、
   前記光情報記録媒体からの再生光を検出する光検出器と
   を具備し、
   前記参照光角度制御手段は前記参照光を前記光情報記録媒体の略同じ位置に複数の入射角度｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］（Ｍは２以上の整数）で入射させるホログラム記録再生装置において、
   前記参照光角度制御手段は、前記光情報記録媒体上でのホログラム記録位置に応じて、前記参照光の入射角度｛θ｝を切り替えることを特徴とするホログラム記録再生装置。
7. 前記参照光角度制御手段は、前記光情報記録媒体上での位置毎に前記参照光の入射角度｛θ｝を切り替えることを特徴とする請求項６に記載のホログラム記録再生装置。
8. 前記参照光角度制御手段は、３セット以上の参照光の入射角度｛θ｝を用いることを特徴とする請求項６に記載のホログラム記録再生装置。
9. 前記参照光の入射角度情報は、前記ホログラム記録再生装置内、又は、前記光情報記録媒体内、又は、前記光情報記録媒体を収容するカートリッジに具備される所定の記録手段に記録され、
   前記参照光角度制御手段は、前記参照光角度情報に基づいて、前記参照光の入射角度｛θ｝を制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のホログラム記録再生装置。
10. 前記ホログラム記録再生装置は、前記光情報記録媒体にすでに記録されたホログラムの再生に必要な参照光の入射角度を取得する参照光角度情報検出手段を具備し、
    前記参照光角度制御手段は、前記参照光角度情報検出手段により取得した参照光角度情報に基づいて、前記参照光の入射角度｛θ｝を前記光情報記録媒体上での位置に応じて切り替えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のホログラム記録再生装置。
11. 前記ホログラム記録再生装置は、基準位置に対する前記光情報記録媒体の傾斜角度を検出するための傾斜検出手段を具備し、
    前記参照光角度制御手段は、前記傾斜検出手段により検出された前記光情報記録媒体の傾斜に応じて、前記参照光の入射角度｛θ｝を補正することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のホログラム記録再生装置。
12. 前記光情報記録媒体は、ディスクの形状である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のホログラム記録再生装置。
13. 前記光情報記録媒体は、カードの形状である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のホログラム記録再生装置。
14. 光情報記録媒体の略同じ位置に入射角度｛θ｝＝［θ₁，θ₂，・・・，θ_M］（Ｍは２以上の整数）で参照光を入射する工程と、
    光情報記録媒体上の前記位置に隣接する位置において、前記入射角度｛θ｝と異なる入射角度で参照光を入射する工程と
    を有することを特徴とするホログラム記録再生方法。

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