JP2007240820A - ホログラム記録再生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ホログラム記録再生装置の信号再生の性能を向上する。
【解決手段】記録時と再生時のホログラム記録媒体５０の温度の異なりを温度センサ５１で検出して、少なくとも参照光のホログラム記録媒体５０への入射角度を対物レンズ２４の位置もしくはリレーレンズ３９の位置を記録時と再生時のホログラム記録媒体５０の温度に応じて調整し、または、光ビームの波長をレーザ光源２０ａによって記録時と再生時のホログラム記録媒体５０の温度に応じて調整して、記録再生特性を良好なものとする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ホログラム記録再生装置に関する。
近年、高記録密度を達成するとともに、高転送速度で記録データを記録再生することが可能な記録再生装置であるホログラフィックメモリが注目を集めている。ホログラフィックメモリでは、記録媒体の厚み方向も活用し、記録に際しては、２次元の情報を１ページとする記録データに応じたページデータに基づき参照光と信号光との干渉縞を、ホログラム記録媒体の中にホログラムとして形成して、３次元的に一度に記録するものである。また、再生に際しては、このようにして形成されたホログラムに参照光を照射して発生する回折光を得て記録データを再生する。
また、ホログラム記録再生の方式としては、コアキシャル方式と二光束方式とが、その代表例として知られている。ここで、コアキシャル方式は、記録時においては、記録データに応じて空間光変調器でレーザ光源からの光ビームを変調して信号光を得るとともに同一のレーザ光源からの光ビームを参照光として得て、このような信号光と参照光とを、光路の一部において同軸状（コアキシャル）に配置して、最終的には、同一の対物レンズを通過させて、ホログラム記録媒体に照射されるようにする。このようにして、信号光と参照光との干渉縞がホログラム記録媒体に記録されるようになすものである。また、コアキシャル方式は、再生時においては、レーザ光源からの光ビームを参照光として、ホログラム記録媒体に照射して、光路の一部において、参照光と同軸状となる位置関係でホログラム記録媒体から回折する回折光（再生光）を得て、この再生光から記録データが再生されるようにするものである（非特許文献１を参照）。
一方、二光束方式とは、記録時においては、信号光と参照光とを別の光路を通過させて両者の各々を独立にホログラム記録媒体に照射し、再生時においては、参照光と回折光（再生光）とを別の光路を通過させる方式である。
近年、ホログラム記録媒体のホログラムを形成する記録層として、安価に作成できること、その耐久性および高感度性などから、フォトポリマーがホログラム記録媒体の記録層の媒質として検討されている（特許文献１を参照）。しかしながら、フォトポリマーを記録再生層に用いた場合には、記録の際にモノマーがポリマーに変化する時に生ずる収縮や、温度の影響で、記録再生層が収縮・膨張するディメンジョン変化によって、３次元的に干渉パターン画像として形成されるホログラム（回折格子）の角度および間隔が変化するものである。その回折格子の形状変化によって、実際に記録したときの角度および間隔と、再生するときの角度および間隔とが異なってしまう。この結果として、回折効率のピークをむかえる角度が異なってしまうという現象がある。
回折効率のピークをむかえる角度が異なる結果として、記録時とは異なる再生時の温度条件でホログラム記録媒体から再生される記録データの品質は十分なものとならず。この改善策として、例えば、上述した１ページを１度に再生するのではなく、複数の部分に分割して再生することも行われている。この場合には、転送速度の低下、再生における処理の複雑化が大きな問題となっていた。これを解決するものとして、温度に応じてレーザ波長を変化させる方式が提案されている（非特許文献２を参照）。
特開２００４−２２６８２１号公報 日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号１０６頁〜１１４頁 Mitsuru.Toishi, et al. 「Temperature tolerance improvement with wavelength tuning laser source in holographic data storage」, Technical digest of Optical Data Storage/International Symposium on Optical Memory 2005 ThE5
しかしながら、温度に応じてレーザ波長を変化することに加え、さらに、良好なる特性を得るために、光ビームのホログラム記録再生媒体への入射角度を変化する、いわゆる、角度補正を採用することも考えられる。この場合、二光束方式（以下、方式の用語は、装置および方法のいずれかの一方またはその両方を指すものである）では、信号光および回折光と、参照光が異なる光路を通過するので、参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させることが比較的容易であった。一方、コアキシャル方式では、参照光、信号光、回折光が同一の対物レンズを通過するので、記録再生特性を温度に応じて補償するホログラム記録再生装置の提供は困難であった。その結果として、記録データをホログラム記録媒体から再生する場合におけるＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）の値が大きくなり、すなわち、ＢＥＲが悪化して、良好なる記録再生特性の維持が困難なものとなった。
そこで、本発明は、ホログラム記録層の特性が媒質の温度に応じて異なるホログラム記録媒体を用いる場合に、特に、コアキシャル方式のホログラム記録再生装置において、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とが異なるときに、ＢＥＲが低く、記録データを良好に記録再生することができるホログラム記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズのより内周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを縮小し、または、前記対物レンズのより外周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを拡大して表示するように前記空間光変調器を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、空間光変調器と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。空間光変調器は、参照光を発生させるための参照光パターンを表示する。温度センサは、ホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、対物レンズのより内周部を記参照光が通過するように参照光パターンの大きさを縮小し、または、対物レンズのより外周部を参照光が通過するように参照光パターンの大きさを拡大して表示するように空間光変調器を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記対物レンズと前記記録層との離間距離を所定の値に維持するフォーカス制御手段と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、フォーカス制御手段と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。フォーカス制御手段は対物レンズと記録層との離間距離を所定の値に維持する。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は温度センサから検出された温度に応じて、対物レンズと記録層との離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、空間光変調器と、リレーレンズ系と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。空間光変調器は参照光を発生させるための参照光パターンを表示する。リレーレンズ系は対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されている。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は温度センサから検出された温度に応じて、リレーレンズ系を形成する二個のレンズの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記対物レンズと前記イメージセンサとの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、可変波長光源と、イメージセンサと、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。可変波長光源は参照光または参照光および信号光を発生させるための光ビームを発生させる。イメージセンサは回折光によって生じる再生像を検出する。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、可変波長光源からの光ビームの波長および対物レンズとイメージセンサとの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、可変波長光源と、リレーレンズ系と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。可変波長光源は参照光または参照光および信号光を発生させるための光ビームを発生させる。リレーレンズ系は対物レンズと空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成される。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、可変波長光源からの光ビームの波長およびリレーレンズ系を形成する二個のレンズの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置によれば、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とが異なった場合において、ＢＥＲの値を小さくして、高精度に記録データを記録再生することができるホログラム記録再生装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、コアキシャル光学系を有してなるコアキシャル方式のホログラム記録再生装置について簡単に説明し、その後、ホログラム記録媒体に形成されたホログラムの温度によって生じる形状変化が記録再生に与える影響について簡単に説明し、さらに、本実施形態の記録再生装置の特徴的な要部の説明をおこなう。
（コアキシャル方式のホログラム記録再生装置）
コアキシャル方式のホログラム記録装置では、後述する信号光と参照光との各々について、光ビームの光路の一部を共有することによって、同一の対物レンズを用いて、記録再生を行うことができるため、光学系の簡略化ができ、さらに従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクと互換性が比較的に容易であるために注目を集めている。
図１に概念図として、コアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系１０を示す。コアキシャル光学系１０は、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、透過型液晶等で構成された空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３、対物レンズ２４を主要なる光学部品として備える。
レーザ光源２０から出た光ビームは、コリメートレンズ２１で平行光とされ、空間光変調器２２を透過する。そして、空間光変調器２２に発生される記録データに基づく信号光パターンを表示する信号光部分４６（図２を参照）と参照光パターンを表示する参照光部分４７（図２を参照）に光ビームの透過領域が分けられる。これらの二つに領域が分けられた空間光変調器２２の各々の領域を通過する光ビームの各々は、信号光４０および参照光４１として、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４の共通の光学部品を通過し、すなわち、光路を共通として、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図６を参照）に入射され、信号光部分４６によって生じる信号光４０と参照光部分４７によって生じる参照光４１とは記録層５０ａにおいて干渉する。そして、この干渉の態様に応じて記録層５０ａの微小領域における屈折率が変化をして、屈折率パターンに応じた光学部材としての回折格子（ホログラム）として記録データが記録される。
図２に空間光変調器２２に表示されるパターンの一例を示す。このパターンでは、より中心にちかい部分が信号光部分４６、その周りを参照光部分４７で囲っているという形になっている。図２において、黒い部分（暗部）は光ビームを遮る部分であり、白抜き部分（明部）は光ビームが透過する部分であり、暗明の度合いに応じて光ビームの透過量が変化するものである。なお、後述する反射型の空間光変調器２２ａ（図５を参照）では、黒い部分（暗部）は光ビームの反射光量が小さい部分であり、白抜き部分（明部）は光ビームの反射光量が大きい部分である。
図３に概念図として、コアキシャル方式のホログラム再生装置に用いるコアキシャル光学系１１の概念図を示す。コアキシャル方式のホログラム再生装置では、上述した、レーザ光源２０、コリメートレンズ２１、空間光変調器２２、ビームスプリッタ２３および対物レンズ２４に加えて、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等で構成されたイメージセンサ２５を備える。
再生においては、空間光変調器２２に参照光部分４７のパターンのみを表示させ、信号光部分４６は全黒のパターン（光ビームの透過を阻止する黒のみのパターン）とする。この参照光部分４７からの参照光４１をビームスプリッタ２３および対物レンズ２４を通過させ、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａに形成されたホログラムに入射させることによって記録データを再生する。ここで、この参照光によってホログラムに応じた回折光４２が生じ、この回折光４２は、ビームスプリッタ２３によって光ビームの進行方向を変化させ、再生光（回折光）４３としてイメージセンサ２５を照射する。そして、このイメージセンサ２５からの電気信号は記録データに応じた信号であるので、制御部６０において、この電気信号から記録データが再生できる。
ここで、ホログラム記録再生装置においては、コアキシャル光学系１０とコアキシャル光学系１１の両方の構成を備えるもの、すなわち、コアキシャル光学系１１と同様の構成を有して、空間光変調器２２には、記録時においては、信号光部分４６、その周りを参照光部分４７のパターン表示ができるようにし、再生時においては、参照光部分４７のパターン表示をし、信号光部分４６に対応する領域は光ビームを透過することがない上述した全黒のパターンを表示できるようにして、記録および再生ができるようになされている。
図４にコアキシャル方式のホログラム記録再生装置１００の主要なる機構部１２の外観を模式的に示す。このホログラム記録再生装置１００によって記録再生をおこなう媒体であるホログラム記録媒体５０は、ディスク型、すなわち、円盤状の形状をしており、その円盤の幾何学的中心点を中心として回転するようになされている。この点では、従来のＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｉｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）と同様の円盤状の外形構造を有するものである。
ホログラム記録媒体５０は、その中心部に装着孔を設けて、ＣＤやＤＶＤと同様にスピンドルモータ（図示せず）に取り付けられて回転できるようにされている。そして、ホログラム記録媒体５０の記録層（図２を参照）に光ビームを照射できるように、この記録層と対抗するように配置された対物レンズ２４を有する対物レンズユニット３２を備えた光学装置３３が配置されている。
光学装置３３には、上述したコアキシャル光学系１１を構成するすべての光学部品が配置されており、さらに、レーザ光源２０、空間光変調器２２およびイメージセンサ２５に接続される電気回路の一部、さらには、光ビームの位置をホログラム記録媒体５０との相対位置を制御するための対物レンズアクチュエータ（図５において符号５４を付した部分を参照）と、が配されている。
ここで、アクチュエータは、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０の記録層との相対距離を変化させるフォーカス方向（符号Ｆを付した矢印の方向を参照）、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０のラジアル方向（半径方向：符号Ｔを付した矢羽根印の方向であって、向かう方向は紙面の表裏面である）、への各々の方向へと、対物レンズ２４を移動させることが可能とされている。
すなわち、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０の記録層との相対距離を変化させることによって、光ビームを所定の大きさに絞ることができ、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０のラジアル方向への相対位置を変化させることによって、ホログラム記録媒体５０の所定の位置へ光ビームを照射してホログラム記録媒体の特定位置への記録再生が可能とされる。このようにして、対物レンズ２４を移動させる対物レンズアクチュエータ５４を駆動する信号は、後述するサーボ用光学系３０に配されたフォトディテクタ２９からの電気信号を制御部６０（図５を参照）において処理して得られるものである。
また、光学装置３３に配された対物レンズアクチュエータによっておこなうことができる対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０との間のラジアル方向への相対位置の変化の量は比較的に微小なものであるので、光学装置３３の全体がホログラム記録媒体に対してラジアル方向に移動できるよう、シャフト３１で光学装置３３の全体を支持して、ラジアル方向（符号Ｓを付した方向）へより大きくモータ等（図示せず）で移動できるようにされている。
図５は、本実施形態のホログラム記録再生装置１００の主要部、特に、図４に示す光学装置３３に含まれる部分を中心として示した模式図である。これまでの説明において引用した部分と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５においては、図１、図３に示すレーザ光源２０に替えて用いられるレーザ光源２０ａは、レーザ光の波長が可変とできる光源であり、その詳細については後述する。
空間光変調器２２ａは、図１、図３において示す透過型の空間光変調器２２に替えて反射型の空間光変調器としているが、その作用は空間光変調器２２と同等である。二個のリレーレンズ３５およびリレーレンズ３６は第１のリレーレンズ系を構成し、二個のリレーレンズ３８およびリレーレンズ３９は第２のリレーレンズ系を構成する。反射ミラー５６は光ビームの方向を変化させる。第１のリレーレンズ系および第２のリレーレンズ系は、対物レンズ２４と空間光変調器２２ａとの間に配されている。この第１のリレーレンズ系および第２のリレーレンズ系は、空間光変調器２２ａのパターンに応じて空間変調が施され、光学系を通過した後の光ビームから再びイメージセンサ２５に実像（再生像）を形成させるために用いられるものである。
また、光学装置３３には、サーボ用光学系３０が配されている。サーボ用光学系３０を構成する主要な光学部品にのみ符号を付して説明する。サーボ用光源２８はサーボ用の光ビームを射出する。サーボ用の光ビームは、記録再生のためのレーザ光源２０ａからの光ビームの波長とは異なり、より長波長の光ビーム（例えば、赤色レーザビーム）として、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとが分離可能となるようにされている。
ビームスプリッタ２７は、ホログラム記録媒体５０からの戻り光をフォトディテクタ２９に導くためのものであり、フォトディテクタ２９は、例えば、フォーカスサーボについては、アスティグマ法、ラジアル（トラッキング）サーボについては、プッシュプル法に対応するようにディテクタを複数に分割した構成を有している。また、ダイクロイックミラー３４は、サーボ用光学系３０と記録再生用光学系とに共通する光学部品であり、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとを分離する波長分離素子である。
ホログラム記録再生装置１００の動作を簡単に説明する。まず、記録時の動作を説明する。
レーザ光源２０ａからの光ビーム１３は空間光変調器（ＳＬＭ）２２ａに入射する。ここで、空間光変調器２２ａに表示されるパターンは、図２に示すと同様のパターンであり、信号光部分４６と参照光部分４７とを有している。空間光変調器２２ａではホログラム記録媒体５０に記録を行うために、記録データに基づき、信号光部分４６に信号光を発生させるための信号光パターンを表示し、参照光部分４７に参照光を発生させるための参照光パターンを発生する。
信号光および参照光の各々は、第１のリレーレンズ系（リレーレンズ３５、リレーレンズ３６）を通過し、ビームスプリッタ２３、第２のリレーレンズ系（リレーレンズ３８、リレーレンズ３９）、ダイクロイックミラー３４を通過して、反射ミラー５６で反射され、結像点５７に結像し、この像が対物レンズ２４で記録再生に適したビームサイズに絞られてホログラム記録媒体５０に照射され、ホログラム記録媒体５０の記録層（図６の符号５０ａの部分を参照）で信号光と参照光とが重なり合いホログラムを形成することによって記録データが記録される。
この場合において、記録再生を行う光ビームはホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図６を参照）の後部（光ビームの入射側から見た後部）の反射膜５０ｂ（図６を参照）に焦点を結び、所定のラジアル方向の位置に光ビームが配置されるように、サーボ用光学系３０を含むフォーカスおよびラジアルサーボ系によって制御がなされ、ホログラム記録媒体５０が所定の回転角度となるようにスピンドルモータを含むスピンドルサーボ系によって制御がなされている。サーボ用光学系３０からの光ビームはダイクロイックミラー３４と反射ミラー５６とで反射し、対物レンズ２４を通過してホログラム記録媒体５０に照射される。
ここで、ホログラム記録媒体５０には記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置決めをするためのアドレスグルーブ（図６の符号５０ｃの部分を参照）が配置されており、サーボ用光学系３０は、従来のＣＤ、ＤＶＤ等におけると同様な構成を有して、ホログラム記録媒体５０における記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置がフォトディテクタ２９からの電気信号に基づいて検出できるようにされている。すなわち、記録再生用の光ビームとサーボ用の光ビームとの相互の関係は記録再生用の光学系とサーボ用のサーボ用光学系３０の各々を構成する光学部品の配置の相対関係によって一義的に相互の関係が定められているので、サーボ用の光ビームとホログラム記録媒体５０との位置関係を上述したフォーカスおよびラジアルサーボ系、スピンドルサーボ系によって決めることによって、結果として、記録再生用の光ビームの位置関係も制御できるようになされている。
すなわち、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９からは、いわゆる、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出され、その各々のエラー信号に基づきフォーカスアクチュエータおよびトラッキングアクチュエータとで構成される対物レンズアクチュエータ５４が、制御部６０に配されたフォーカス・トラッキングサーボ回路（図示せず）により制御されて図５において、符号Ｆおよび符号Ｔで示す方向に対物レンズ２４を変位させ、サーボ用の光ビームおよび記録再生用の光ビームの各々の光ビームがホログラム記録媒体５０の目標位置を照射するようにされている。
ここで、空間光変調器２２ａで作られた記録パターン像の結像点５７は、リレーレンズ３９の符号Ｒを付した矢印方向の配置位置と焦点距離とにより決まるものであり、また、結像点５７と対物レンズ２４との距離はホログラム記録媒体５０の反射膜５０ｂに合焦点が形成されるように、フォーカスサーボ系を動作させることによって、この結像点５７と対物レンズ２４との適切な距離が維持されるようになされている。
リレーレンズ３９は、リレーレンズアクチュエータ５９によって矢印方向に移動させることが可能とされている。ここで、リレーレンズアクチュエータ５９は、フィードフォワード方式でリレーレンズ３９を矢印方向に駆動するものとしても良いが、より精度良く駆動するために、本実施形態においては、リレーレンズアクチュエータ５９に位置センサを配して、リレーレンズ３９の位置を正確に検出して所定の位置に配置できるようにされている。ここで、リレーレンズアクチュエータ５９は、例えば電磁力で駆動力を発生するアクチュエータである。そして、リレーレンズ３９がガイドレールに沿って精密に位置決めして可動するようになされており、その可動推力が、リレーレンズアクチュエータ５９によって発生され、リレーレンズ３８とリレーレンズ３９との離間距離を精密に可変できるようになされている。
また、イメージセンサ２５を、符号Ｉを付した方向に移動させるためのイメージセンサアクチュエータ５５を具備しており、このイメージセンサ２５の位置は、イメージセンサアクチュエータ５５に制御部６０から制御信号を送出することによって制御されている。この制御の内容については後述する。ここで、イメージセンサアクチュエータ５５は、上述したリレーレンズアクチュエータ５９と略同様な構造をしており、例えば電磁力で駆動力を発生するアクチュエータである。そして、イメージセンサ２５の全体がガイドレールに沿って精密に位置決めして可動するようになされており、その可動推力が、イメージセンサアクチュエータ５５によって発生され、対物レンズ２４とイメージセンサ２５との離間距離を精密に可変できるようになされている。
また、温度センサ５１は、ホログラム記録層の温度を検知する。温度センサ５１は、例えば、温度を抵抗値に変えて検出するサーミスタをホログラム記録媒体５０に近接させて配置する構成によるものであっても良く、または、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａ（図６を参照）の温度を記録層５０ａにおける屈折率の変化として記録層５０ａの温度を求めるものであっても良い。屈折率の変化を検出する手段としては、例えば、屈折率の検出用として、記録再生用およびサーボ系用とは別の屈折率検出用光ビームを記録層５０ａ照射し、この屈折率検出用光ビームの戻り光の位置をフォトディテクタによって検出するものであっても良い。また、市販のサーモグラフィによる温度センサを採用しても良い。この温度センサをどのように用いるかについては後述する。
（ホログラム記録媒体の構造）
図６は、上述した、ホログラム記録媒体５０の断面積方向に切断した構造を模式的に示し、さらに、信号光４０および回折光４２（実線で最外周部からの光線を示す）、参照光４１（破線で最外周部からの光線を示す）およびサーボ用の光ビーム（一点鎖線で最外周部からの光線を示す）がどのように対物レンズ２４に入射するかを模式的に示す図である。ホログラム記録媒体５０は記録層５０ａ、記録再生用の光ビームの反射膜５０ｂ、アドレスピット５０ｃを有するものである。
記録時においては、記録層５０ａには、信号光４０と参照光４１との干渉によって生じる干渉縞の形状に応じてホログラムが形成され、再生時においては、このホログラムに参照光４１のみが照射されることによって、記録時における信号光４０と略同一の領域に、ホログラムに応じた回折光４２が反射膜５０ｂで反射されて生じる。一方、サーボ用の光ビームは、波長選択特性を有する反射膜５０ｂを透過して、アドレスピット５０ｃが形成されたアルミ反射膜で反射して、ＣＤ、ＤＶＤにおけると同様の原理によって、サーボ用光学系３０のフォトディテクタ２９から検出した電気信号に基づいて、制御部６０で、上述した、フォーカスサーボ、ラジアルサーボ、スピンドルモータの回転制御の処理のために必要とされる各々のサーボのためのエラー信号、さらには、ホログラム記録媒体５０における光ビームが照射されるホログラム記録媒体５０の位置（アドレス）の特定のためのアドレス信号が得られる。
（ホログラムの形状変化が記録再生に与える影響について）
ここで、記録層５０ａとしてフォトポリマーを用いる場合において、記録時と再生時の温度が異なる場合の記録再生におよぼす影響を簡単に説明する。
記録層５０ａとして、フォトポリマーを用いた場合には記録の際にモノマーがポリマーに変化する時に生ずる収縮や、記録時または再生時の温度によって回折格子の形状が変化する。回折格子の変化が再生特性にどのような変化を与えるかについて図７ないし図９を参照して順に説明をする。
図７はホログラム記録媒体５０の記録層５０ａとしてフォトポリマーを用いた場合に形成されるホログラムを模式的に示すものである。なお、図７は、記録層５０ａの断面を示す断面図であり、信号光および参照光は図面の上方向から照射されるものとする。図７における矢印は信号光または参照光の一本の光線（入射する光ビームを複数の仮想的な線の集合で表した中の一本の線）を模式的に示すものである。
上述したように、信号光と参照光とによって干渉縞が生じ、その結果、ホログラム（回折格子）５２は、記録層５０ａに３次元に形成される。図７において、ホログラム５２は、実線と破線とで記載されている。符号５２ｂを付した実線は、記録直後に形成されたホログラムを模式的に示すものであり、符号５２ａを付した破線は、記録層５０ａが記録時とは異なる温度である再生時におけるホログラムを模式的に示すものである。
ここで、記録時点における記録層５０ａの温度と再生時点における記録層５０ａの温度との温度差が大きい場合には、両時点における回折格子の形状、すなわち、符号５２ｂを付した実線と符号５２ａを付した破線とは大きく異なる配置を有するものとなる。さらに、ホログラムの収縮は、記録直後の記録層５０ａの収縮によっても僅かに生じるものであるが、この変化量は記録再生特性には大きな影響を与えるものではない。
この結果、図８に示すように、記録時点の回折効率のピークをむかえる角度と、再生時点の回折効率のピークをむかえる角度との間にずれが生じてしまうこととなる。図９に、ホログラム（回折格子）角度と回折光のブラッグ条件からの角度ずれ量との関係を示す。図９に示すように、回折光の角度選択性のピーク位置は、回折格子の角度によって変化する。
次に、記録層５０ａの有する上述したホログラムの形状の温度変化が、ホログラム記録再生装置における記録再生特性にどのような影響を与えるかについて図１０に沿って説明する。
上述した空間光変調器２２の各位置から出射した信号光４０の各々の光線毎に、ホログラム５２の角度（図７を参照）は異なる。すなわち、空間光変調器２２の各場所からの光ビームによって、温度変化による、ホログラム記録媒体の膨張・収縮によるブラッグ条件からの角度ずれ量が異なることとなり、画像が一様に出力されなくなる。すなわち、記録再生特性の一つであるBER（Bit Error Rate）が悪化して記録再生が困難となる。
図１０に示す、グラフＧ１ないしグラフＧ５は、記録時に、ホログラム記録媒体５０の温度をある温度とし、光ビームの波長をある波長で記録し、再生時には、記録時とは異なる温度で再生した場合の特性の一つを示すものである。すなわち、記録時のホログラム記録媒体の温度と再生時のホログラム記録媒体の温度とが異なる場合において、再生におけるレーザ光波長をパラメータとした、波長ごとの回折格子角度とブラッグ条件を満たす角度からの角度ずれとの関係を示すものである。グラフＧ１が再生時におけるレーザ光波長が最も長い場合を示し、グラフＧ５はレーザ光波長が最も短い場合を示すものであり、グラフＧ２、グラフＧ３、グラフＧ４と順にレーザ光波長の長さが短い場合を示すものである。ここで、グラフＧ４が、記録時と再生時とで同じ波長のレーザ光波長を用いる場合を示すものである。
そして、図１１は、代表的な３つの再生時の光ビームの波長である、グラフＧ２を得た波長に対応する再生時のパターン画像Ｐ２、グラフＧ４を得た波長に対応するパターン画像Ｐ４およびグラフＧ５を得た波長に対応するパターン画像Ｐ５を示す図である。
ここで、図１０のグラフＧ４で示す特性を呈する波長の光ビームを記録層５０ａに照射することによって情報の再生を行う場合には、図１１において、再生時のパターン画像Ｐ４として示すような、中心部は正確に再生されるものの、両端が欠けたような再生時のパターン画像がイメージセンサ２５の受光面に得られる。なお、図１１は、再生時のパターン画像を模式的に示すもので、実際のパターン画像は、だんだんと、端になるに従い、再生時のパターン画像Ｐ４のコントラストが低くなり、記録時のパターン画像と異なるものとなるものである。
また、図１０のグラフＧ２で示す特性を呈する波長の光ビーム、すなわち再生時のパターン画像Ｐ４を得たレーザ光波長よりも、より波長の長いレーザ光を記録層５０ａに照射することによって情報の再生を行う場合には、図１１の再生時のパターン画像Ｐ２で示すような、左側（図面正面から見た場合）は正確に再生されるものの、右側（図面正面から見た場合）のコントラストが低くなった再生時のパターン画像Ｐ２がイメージセンサ２５の受光面に得られる。
また、図１０のグラフＧ５で示す特性を呈するレーザ光波長、すなわち再生時のパターン画像Ｐ４を得たレーザ光波長よりも、より波長の短いレーザ光を記録層５０ａに照射することによって情報の再生を行う場合には、図１１の再生時のパターン画像Ｐ５で示すような、右側は正確に再生されるものの、左側のコントラストが低くなった再生時のパターン画像Ｐ５がイメージセンサ２５の受光面に得られる。
記録時のホログラム記録媒体の温度と再生時のホログラム記録媒体の温度との差が大きくなると、このような現象が生じる結果として、本来、一度に記録されたパターン画像を再生時のパターン画像として、一度に再生することが困難になってくる。
すなわち、記録時の温度と再生時の温度との温度変化に応じて再生時におけるレーザの波長を変化させることにより、再生できる範囲が異なることとなるので、レーザの波長を順次変化させる（これを、以下、複数回スキャンと称する）ことによって、再生時における再生特性を改善することができる。なお、再生特性は記録時の温度に応じても影響を受けるので、本明細書中では、このような再生時における温度特性を、再生特性の用語のみならず記録再生特性の用語も用いる。
以下に、本実施形態のホログラム記録再生装置の要部である、光ビームの波長を可変とできるレーザ光源２０ａと、参照光の入射角度θRを変化させるための光学系の構成について、より詳細に説明する。ここで、二光束方式においては、参照光の入射角度θRを変化させるための光学系の構成に関しては、例えば、信号光とは別個の経路とされる参照光の通過経路に入射角度を変化させるための反射ミラーである角度可変ミラー（図示せず）等を配することによって簡便に参照光の入射角度を変化させることができるものである。一方、コアキシャル方式のホログラム再生装置においては、このような簡便な方法は採用できず、本実施形態としては、従来にはない特有の構成を採用するものであるが、これについては後述する。
（波長可変のレーザ光源について）
図１２に、出射光の波長を可変とする、波長可変レーザ光を出射するレーザ光源２０ａの一例を示す。レーザ光源２０ａは、レーザダイオード１０１、コリメートレンズ１０２、回折格子１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、アナモプリズム１０５およびアイソレータ１０６を主要な光学部品として備える。
レーザダイオード１０１は、マルチモードのレーザ光を発光する。例えば、４１０［ｎｍ］程度のブルーのレーザ光を発光するものである。コリメートレンズ１０２は、レーザダイオード１０１により出射されたレーザ光を平行光とする。回折格子１０３は、波長ごとに異なる方向へ１次光を発生し、そのうち特定波長（例えば４１０［ｎｍ］）の１次光がレーザダイオード１０１へ戻るようにレーザダイオード１０１との間の角度が設定されている。これにより、レーザダイオード１０１内でその波長成分だけが増大し、レーザダイオード１０１の発振のモードは、シングルモードにちかいものとなる。
レーザダイオード１０１により発光されるレーザ光の大半は、１次光ではなく０次光であり、回折格子１０３でミラーのように反射する。このレーザ光源２０ａは、基本的にはリットロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）型外部共振器レーザであるが、偏光ビームスプリッタ１０４を備え、回折格子１０３と偏光ビームスプリッタ１０４との相互の位置関係を固定として回転軸１１８を中心として回転させることができるものである。このような回転軸１１８を中心として回折格子１０３と偏光ビームスプリッタ１０４とを回転させる構成を採用する結果、回転の角度によらず、ホログラムの記録再生に用いる光ビームである出力光の方向を一定に保ちながら、出力光の波長を変化させることができるものとなる。
偏光ビームスプリッタ１０４は、透明ガラス１０７の表面に偏光膜１０８を形成してなるものであり、回折格子１０３を反射した０次光を回折格子以外の所定の方向にミラーのように反射し、０次光の偏光方向とは９０°異なる偏光方向を有する光（図１２では戻り光と記す）を透過する。アナモプリズム１０５は光ビームの断面形状を所定形状とするためのものである。また、アイソレータ１０６は、外部からのレーザ光（反射光）を内部に侵入することを防止するためのもので、ローテータ１１６と偏光ビームスプリッタ１１７とを有する。
このような構成を有するレーザ光源２０ａでは、上述したように、回転軸を中心として回折格子１０３および偏光ビームスプリッタ１０４を回転させることで、例えば４１０［ｎｍ］程度のブルーのレーザ光の波長を５〜１０［ｎｍ］程度可変することができる。なお、本発明に適用される波長可変レーザ光源は、上記のものに限定されず、その他各種の諸々の方式、例えば、出力光として１次光を得るリットマン型外部共振器レーザであっても良い。
ここで、図１２に示す、戻り光は、０次光の一部であり、この戻り光をフォトデテクタ（図示せず）で検出して０次光の波長を検出し、この波長に基づき制御部６０から、回折格子１０３および偏光ビームスプリッタ１０４を回転させるためのモータ（図示せず）を駆動する信号を出力して、レーザ波長を所望の値とすることができる。
以下に本実施形態の要部である、光ビームの波長を変化させて記録再生特性を補償（ＢＥＲを改善する）する方式、参照光の入射角度を変化させて記録再生特性を補償（ＢＥＲを改善する）する方式について説明をするに当たり、まず、コアキシャル方式においては形成される特徴あるホログラムの形状と温度との関係について説明する。
コアキシャル方式においては、ホログラムを形成する参照光と信号光とは同軸状に配されホログラム記録媒体５０に入射する。また、記録再生のための参照光と信号光からなる光ビームは反射膜５０ｂに集光するようになされ、記録層５０ａの厚みは焦点深度に対して無視できない厚みを有している。そのために、記録層５０aに入射する光ビームは対物レンズ２４で集光され、この光ビームの集光の態様に応じて対物レンズの光軸を略中心として同軸状にホログラムは形成されるとともに、この光軸に対する垂直面で切断したホログラムは、光ビームの入射方向（対物レンズ２４によりちかい側）がより広い面積を有して形成される。すなわち、ホログラムは光軸を略円錐の中心として円錐状に形成されており、各々の光線に応じて形成されるホログラムの微小な部分も円錐状の軸（円錐軸）対称な反射率または屈折率の分布を有することとなる。以下の説明においては、この円錐状に形成されたホログラムの円錐の中心軸をホログラムの中心軸と称して用いる。
このような形状を有するホログラムが形成された記録層５０ａの温度変化が生じた場合には、記録層５０aは膨張・収縮を生じるが、この膨張・収縮はホログラムの中心軸を基準として見た場合には、中心軸からの距離が短い部分では、膨張・収縮の絶対量が小さく、中心軸からの距離が長い部分では、膨張・収縮の絶対量が大きいものとなる。したがって、後述する光ビームの波長を変化させる波長補償、参照光の入射角度を変化させる角度補償のいずれをおこなうに際しても、このようなホログラム形状の特殊性を考慮する必要がある。一方、二光束方式では、参照光と信号光とは異なる光路を介してホログラム記録媒体５０に独立の異なる角度で入射する２つの光ビームとされるために、ホログラムの微小な部分は、円錐状の軸対称な反射率または屈折率の分布を有することとはならない。
（光ビームの波長を変化させる方式）
上述した、ホログラム記録再生装置１００において、記録再生のための光ビームの波長を変化させることによって記録再生特性の改善を図ることができる。コアキシャル方式においては、上述したようなホログラムの微小な部分が円錐状の軸対称な反射率または屈折率の分布を有するホログラムに対しては、光ビームの波長を変化させる補償は、ホログラムが記録された領域で一様になされる（ホログラムの角度に対して波長の変化が一様に作用する）こととなる。よって、波長補償によって記録再生特性を改善する方式は、コアキシャル方式に採用するに好適なものである。
ここにおいて、光ビームの波長の変化は、上述したように、図６に示すレーザ光源２０ａによっておこなうことができる。そして、記録時と再生時とのホログラム記録媒体５０の温度差に応じて光ビームの波長を変化させることによって記録再生特性を改善することができる。以下に光ビームの波長のみを変化させる方式についてより詳しく説明する。
まず、再生時における波長補償の説明をおこなう。ホログラム記録再生装置１００の制御部６０は、ホログラム記録再生装置１００を再生装置として動作させ、上述したヘッダ情報から記録時における温度を取得する。
次に、現在のホログラム記録媒体５０の温度を温度センサ５１から読み取り、ヘッダ情報から読み取れる記録時の温度と温度センサ５１からの温度差を制御部６０で求め、制御部６０に配された記憶部のテーブルから、この温度差に応じた光ビーム１３の特定の波長を求め、制御部６０はレーザ光源２０ａに対して光ビーム１３がこの特定の波長とする制御信号を送出する。
この場合において、対物レンズ２４においては、記録再生用の光ビームの波長が変化することによって収差が生じ、結果として、イメージセンサ２５における再生像のぼやけが生じる。一方、対物レンズ２４とイメージセンサ２５との距離を変化させると、このぼやけを少なくできることが実験の結果からも分かっている。そこで、予め、波長ごとにイメージセンサ２５に生じる再生像のぼやけが最も少なくなるイメージセンサ２５の位置を制御部６０の記憶部に記憶しておき、光ビームの波長を変化させると同時にイメージセンサ２５の位置も変化させるようにしている。上述した、光ビームの波長とイメージセンサ２５の位置との制御は、記録時におこなっても良いものであり、さらには、記録時および再生時の両方において、おこなっても良いものである。
また、記録再生用の光ビームの波長が変化することによって生じるイメージセンサ２５における再生像のぼやけを取り除く別の方式としては、対物レンズ２４と空間光変調器２２との間に配される二個のレンズであるリレーレンズ３８およびリレーレンズ３９から形成される第２のリレーレンズ系の離間距離を制御部６０からの制御信号によって制御するものであっても良い。この場合も制御部６０の記憶部に光ビームの波長ごとに、イメージセンサ２５における再生像がもっとも鮮明となるリレーレンズ３９の位置が記憶されている。
（参照光の入射角度の調整について）
次に実施形態のホログラム記録再生装置の別の要部である参照光の入射角度の調整の方式について説明する。本実施形態として説明したコアキシャル光学系を採用するホログラム記録再生装置においては参照光が信号光を包むように様々な角度でホログラム記録媒体に入射している。ここで、参照光の入射角度を調整して記録再生特性の向上を図るためにはホログラム記録媒体に入射する参照光の光線の各々の入射角度に応じて、異なる絶対量の補正角度で入射角度を変化させる必要がある。すなわち、上述したように、ホログラムは対物レンズ２４の光軸を中心軸として円錐状に形成されているので、中心軸にちかい部分の角度補正量はより小さく、中心軸から遠い部分の角度補正量はより大きくする必要がある。一方、二光束光学系を採用するホログラム記録再生装置においては、参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を一律に変化させることによって、記録再生特性の向上を図ることができるという差異がある。以上を前提として、入射角度の調整をおこなうホログラム記録再生装置に関する説明をさらにつづける。
入射角度の調整の方式としては、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の３態様を代表例としている。しかしながら、これらの３方式のいずれか２つ以上を組み合わせる方式を採用するものであっても良い。以下に順にこれらの３方式の説明をする。いずれの方式においても、対物レンズ２４の光軸を基準として、より外周部から入射する参照光の光線が、より内周部から入射する参照光の光線よりも、絶対量として大きな角度補償がなされ、コアキシャル光学系を採用して記録されたホログラムの角度補償をするに好適なものである。
（参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式）
参照光パターンの表示、すなわち、参照光部分４７を拡大もしくは縮小することによって、対物レンズ２４からホログラム記録媒体５０に入射する参照光のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｐａｔｕｒｅ）を可変とできる。これによって、式（１）における参照光の入射角度θRを変化させ、ホログラム記録媒体５０に生じる温度変化が与える記録再生特性に対する悪影響を補償して、良好なる記録再生特性を得ることができる。
すなわち、ここで用いる対物レンズ２４は、平行光として入射する光ビームの各々の光線を光軸上の一点に収束させる凸レンズとして構成されているので、最外周部から最内周部までの各々の光線毎に異なるＮＡを有することとなり、対物レンズの外周部ほど、ＮＡの値が大きくなる。その結果、ＮＡの値が大きい外周部の光線に該当する参照光ほど、その参照光の入射角度θRが大きくなるものである。したがって、参照光をより外周部に寄せて、参照光の入射角度θRを大きくし、参照光をより内周部に寄せて、参照光の入射角度θRを小さくすることができる。
図１３に空間光変調器２２に表示する参照光部分４７のパターンの例を示す。記録時に較べて再生時における温度が下降した時には、参照光部分４７のパターンを図１３の大きな矢印で示す方向に移動させる。すなわち、参照光部分４７のパターンの形状はそのまま保持しながら、空間光変調器２２の中心点（同心円状に配された参照光部分４７のパターンの幾何学的な中心）から外周部に向かって相似形に拡大して表示する。
また、記録時に較べて再生時における温度が上昇した時には、反対に、参照光部分４７のパターンを図１３の小さな矢印で示す方向に移動させる。すなわち、空間光変調器２２の中心点へ向かって収束するようにパターンの形状はそのまま保持しながら相似形に縮小して表示する。
このようにして、参照光部分４７のパターンの拡大／縮小を行うことによって、対物レンズ２４に入射する参照光の光ビームの位置が、対物レンズ２４のより外周部となるか、より内周部となるかが変化することとなり、参照光ＮＡの値を可変することとなる。すなわち、対物レンズ２４のより外周部を光線が通過する場合にはＮＡの値（入射角度θR）はより大きなものとなり、対物レンズ２４のより内周部を光線が通過する場合にはＮＡの値（入射角度θR）はより小さなものとなる。このことは、参照光部分４７のパターンの拡大の場合には、参照光の各々の光線について考えると、すべての光線が全体として外周側に移動するので、参照光の入射角度θRを、すべての光線について増加する方向に補正をしたこととなる。
一方、参照光部分４７のパターンの縮小の場合には、参照光の各々の光線について考えると、すべての光線が全体として内周側に移動するので、参照光の入射角度θRを、すべての光線について減少する方向に補正をしたこととなる。このようにして、参照光の入射角度θRの増／減が参照光部分４７のパターンの拡大/縮小を行うことによって行える。
ここで、空間光変調器２２に表示されるパターンの分解能が大きい程、すなわち、参照光部分４７のパターンをより微細に変化できるように、ピクセル（画素）の単位が細かいほど、細かいステップで参照光部分４７のパターンの拡大/縮小をおこなうことができるものとなる。なお、参照光部分４７のパターンを表示するためのデータは予め、制御部６０に配された記憶回路、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶されており、制御部６０から空間光変調器２２に対して参照光部分４７のパターンの拡大/縮小に応じたデータが送られる。
ここで、どのような信号に基づき、参照光部分４７のパターンの拡大/縮小を行うかという点が問題となるが、この点については、他の２つの方式の説明をおこなった後に、より詳しく説明する。
（対物レンズの位置を移動させる方式）
対物レンズ２４と対物レンズ２４に対抗するホログラム記録媒体５０の面との間の距離、すなわち、フォーカス方向の両者の離間距離を変えることによっても、参照光の入射角度θRを変化させることができる。すなわち、例えば、両者の離間距離を長くすれば、対物レンズ２４のより外周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが大ききなったことと等価であり、一方、両者の離間距離を短くすれば、対物レンズ２４のより内周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが小さくなったことと等価だからである。
ここで、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０の面との間の距離を変化させるには、平行光が入射される対物レンズ２４を対物レンズアクチュエータ５４によって、図５において符号Ｆで示す矢印の方向に移動させて、ホログラム記録媒体５０の円盤状の平面に対する対物レンズ２４の位置を変化させても良く、ホログラム記録媒体５０の全体を図示しないスピンドルモータごと、対物レンズ２４のレンズ面の方向に移動するものであっても良い。ここで本実施形態においては、対物レンズ２４、反射ミラー５６、ダイクロイックミラー３４、サーボ用光学系３０、制御部６０、対物レンズアクチュエータ５４は、フォーカス制御手段の一実施形態を構成するものである。
ここで、通常は、フォーカスサーボ系の作用によって、常時、記録再生用光ビームの合焦点の位置が所定の位置に維持されることとなるので、フォーカスサーボ系の目標値として、いわゆる、デフォーカス量に応じた値を設定することとなり、この設定は制御部６０においておこなわれる。なお、この場合において、再生時における角度補正の影響は参照光のみならず、回折光にもおよぶこととなる。また、後述する記録時に角度補正をおこなう場合には、参照光のみならず、信号光の入射角度も同時に変化することになる。
このように、対物レンズ２４とホログラム記録媒体５０の面との間の距離を変化させると、少なくとも参照光の入射角度θRを変化させ良好な記録再生特性を得る目的を達することができるものである。しかしながら、記録時において予め定めた合焦点からずれる、いわゆる、ホログラム記録媒体におけるデフォーカス（以下、記録媒体上のデフォーカスと称する）が生じることになり、その結果として、イメージセンサ２５に生じる再生光による像の解像度が低下する、いわゆる、ぼやけが生じてしまうこととなる。そこで、より、良好なる記録再生特性を得るために、対物レンズ２４またはホログラム記録媒体５０をフォーカス方向にシフトすることによって生じる再生光によるイメージセンサ２５の像のぼやけ（以下、再生像のデフォーカスと称する）を補正して、再生像のデフォーカスが生じないように以下の処理を施す。
第１の処理方式は、対物レンズ２４の移動に加えて、第２のリレーレンズ系のリレーレンズ３９を、符号Ｒを付した矢印方向にシフトするものである。リレーレンズ３９の移動によって、反射ミラー５６の側から対物レンズ２４に入射する光ビームは、ほんの僅かであるが、平行光からずれた角度を有して対物レンズ２４に入射することとなり、その結果、ホログラム記録媒体５０の記録層５０ａで反射して、再び第２のリレーレンズ系を通過してリレーレンズ３８から戻ってくる光ビームは、ビームスプリッタ２３を通過する時点では、平行光ではないものとなる。そして、この結果、回折光によってイメージセンサ２５に生じる再生光による像（再生像）は、再生像のデフォーカスの状態からリレーレンズ３９の移動量を適切なものとすることによって、再び明瞭な像が生じることとなる。すなわち、記録媒体上のデフォーカスによって生じた再生像のデフォーカスをリレーレンズ３９の位置を変化させて打ち消すのである。この場合には、フォーカスサーボのデフォーカス量とリレーレンズ３９の移動量との関係が予め、制御部６０に配された記憶部にテーブルとして記憶されており、フォーカスサーボのデフォーカス量に応じたリレーレンズ３９の移動すべき移動量が容易に得られるようになされている。
第２の処理方式は、イメージセンサ２５を、符号Ｉを付した矢印方向にシフトするものである。イメージセンサ２５のシフトによって、再生像のデフォーカスによって移動した明瞭な実像を形成する面にイメージセンサ２５の受光面を再び配置することが可能となって、イメージセンサ２５に生じる再生光による像（再生像）はデフォーカスすることなく、明瞭な像が生じることとなる。すなわち、記録媒体上のデフォーカスによって生じた再生像のデフォーカスをイメージセンサ２５の位置を変化させて打ち消すのである。この場合には、フォーカスサーボのデフォーカス量とイメージセンサ２５の移動量との関係が予め、制御部６０に配された記憶部にテーブルとして記憶されており、フォーカスサーボのデフォーカス量に応じたイメージセンサ２５の移動すべき移動量が容易に得られるようになされている。
上述した対物レンズの位置を移動させる方式においては、記録層５０ａに扇形に分布して形成されたホログラムの温度による形状の変化を補償するものであるが、この補償は信号光と参照光の透過成分のみによって形成されるホログラムに対して有効なもので、反射膜５０ｂによって反射した信号光と参照光が形成するホログラムについては、反対に乖離する方向にシフトすることになるので、透過反射と反射成分が、例えば、半々で記録されたホログラムについては回折光の光量が半減する。同様に反射成分同士の回折格子に合わせてデフォーカスを行うと透過成分によって形成されるホログラムに対しては出力が得られなくなる。したがって、この対物レンズの位置を移動させる方式においては、透過成分と反射成分との量を勘案して補償の量を調整する。
（リレーレンズの位置を移動させる方式）
図１４に示すように、対物レンズ２４に入射する各々の光線の入射位置を変化させることによって、第２のリレーレンズ系からの光ビームは収束光または拡散光となって、記録パターン像の結像点５７における像の大きさが変化することとなる。すなわち、図１４に示す１本の光線Ａが光線Ｂで示す位置に変化するとホログラム記録媒体に入射する光線の角度が変化することとなる。
すなわち、図５に示す、ホログラム記録再生装置１００に配された第２のリレーレンズ系のリレーレンズ３８とリレーレンズ３９との間隔を動かすことによって、対物レンズ２４に入射する光ビームを収束光または拡散光とすることができ、この結果として、対物レンズ２４への光線の入射位置を、例えば、光線Ａから光線Ｂで示す位置へ変更することができる。本実施形態では、上述した位置センサを備えるリレーレンズアクチュエータ５９によってリレーレンズ３９を移動させることとした。なお、この場合において、再生時における角度補正は参照光のみならず、回折光にもおよび、後述する記録時に補正をおこなう場合には、参照光のみならず、信号光の入射角度も同時に変化することになる。
（３つの方式における具体的な制御方法）
以上に説明した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の３つの方式における具体的な制御方法について説明をする。いずれの場合にも、再生時に角度補償をおこなう方式、再生時に角度補償および波長補償をおこなう方式、記録時に角度補償をおこなう方式、記録時に角度補償および波長補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償および波長補償をおこなう方式が可能である。
（再生時に角度補償をおこなう方式）
まず、ホログラム記録再生装置１００の制御部６０は、ホログラム記録再生装置１００を再生装置として動作させ、記録時点において、あらかじめヘッダ情報として記録された記録時における温度を取得する。ここで、例えば、ヘッダ情報は記録密度を低くしておき、記録時と再生時との温度変化が大きい場合にも容易にヘッダ情報を読み取ることができるようになされている。このヘッダ情報は、時間をあまりおかず、ホログラム記録媒体５０の温度が略等しいものである略同時期に書き込む記録データをブロック単位として、このブロックごとに付与されているものである。また、ホログラム記録媒体５０のヘッダ領域にホログラム記録媒体５０の記録層の温度膨張係数を、プリフォーマットとして、アドレスピット５０ｃまたはホログラム情報として記録しておき、制御部６０の記憶部のテーブルを用いることなく、式（１）に基づいて角度補償の情報を得るようにしても良い。
次に、現在のホログラム記録媒体５０の温度を温度センサ５１から読み取り、ヘッダ情報から読み取れる記録時の温度と温度センサ５１からの温度差を制御部６０で求め、制御部６０に配された記憶部のテーブルから、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式であれば、この温度差に応じた参照光部分４７のパターンの像を空間光変調器２２に送出する。
また、対物レンズの位置を移動させる方式では、記録時と再生時との温度差に応じて、デフォーカス量に応じた値を設定し、さらに、デフォーカス量に応じたリレーレンズ３９の移動すべき移動量（第１の処理方式）またはフォーカス量とイメージセンサ２５の移動すべき移動量（第２の処理方式）のいずれかを設定する。これらの設定は、記憶部のテーブルを参照して、制御部６０がおこなう。
また、リレーレンズの位置を移動させる方式では、リレーレンズアクチュエータ５９に対して、記憶部のテーブルを参照して、制御部６０が記録時と再生時との温度差に応じた制御信号を送出する。
（再生時に角度補償および波長補償をおこなう方式）
上述した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式のいずれにおいても、記録時に較べて再生時の温度が上昇した時には記録再生用の光ビーム１３の波長を短波長側に、記録時に較べて再生時の温度が下降したときには長波長側に光ビーム１３の波長をシフトさせる。この場合の波長シフトの量は、記憶部に予めテーブルとして格納されており、制御部６０が、レーザ光源２０ａに制御信号を送り図示しないモータを制御することによって光ビーム１３の波長を所定値とできるものである。このようにして、角度補償とともに光ビーム１３の波長補償をおこなうことによって、角度補償のみの場合に較べ、さらに、一度に再生できるホログラムの領域は大幅に広がる。
したがって、例えば、記録時と再生時との温度変化が比較的小さい時には角度補償による再生をおこない、記録時と再生時との温度変化が比較的大きい時には角度補償および波長補償による再生をおこなうことによって、再生の速度（転送レート）と再生信号の品質との整合性を得ることができるものである。すなわち、記録時と再生時との温度変化が比較的小さい時には角度補償のみによって１回のスキャンで１ページの記録データを読み出すことが可能となり、記録時と再生時との温度変化が比較的大きい時には角度補償および波長補償による再生をおこなうことによって１回のスキャンで１ページの記録データを読み出すことが可能となるものである。このようにして、ホログラム記録再生装置１００における転送レートの向上を図ることができる。
（記録時に補償をおこなう方式）
上述したのは、再生時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであったが、再生時にホログラム記録媒体５０の温度が管理できる場合。または、再生時のホログラム記録媒体５０温度に応じて、再生時においても角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであれば、記録時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうこともできる。このようにすれば、ホログラム記録媒体５０記録する際の温度をヘッダ情報として記録しておく必要がなくなる。
この場合においては、現在のホログラム記録媒体５０の温度を温度センサ５１から読み取り、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式であれば、この温度差に応じた参照光部分４７のパターンの像を空間光変調器２２に送出する。また、対物レンズの位置を移動させる方式では、この温度に応じて、記録媒体上のデフォーカスの量を設定する。また、リレーレンズの位置を移動させる方式では、この温度に応じて、リレーレンズアクチュエータ５９に対して制御信号を送出する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当然にその発明の技術的思想の範囲内で様々に変形して実施することが可能である。例えば、記録時の温度と再生時の温度差が小さい場合には角度補償と波長補償のいずれかを用い、記録時の温度と再生時の温度差が大きい場合には角度補償と波長補償の両方を用いる等の、角度補償と波長補償の任意の組み合わせが可能である。また、例えば、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式と対物レンズの位置を移動させる方式とを組み合わせる等も可能である。また、波長補償をおこなうに際しては、複数回、波長を異ならせて同一領域のホログラムの再生（複数回スキャン）をおこない、より良好なる再生特性を得ても良く、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の３つの方式のいずれか、または、これらの組み合わせによって、複数回、参照光の入射角度を異ならせて同一領域のホログラムの再生（複数回スキャン）をおこない、より良好なる再生特性を得るようにしても良い。さらに、例えば、再生時に角度補償を用い、記録時には波長補償を用いる等の任意に組み合わせが可能である。
コアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系の模式図である。 空間光変調器に表示されるパターンの一例を示す図である。 コアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系の模式図である。 コアキシャル方式のホログラム記録再生装置の主要なる機構部を模式的に示す図である。 実施形態のホログラム記録再生装置の主要部を示す模式図である。 ホログラム記録媒体の断面積方向に切断した構造を示す模式図である。 ホログラム記録媒体の記録層に形成されるホログラムの温度変化を模式的に示すものである。 ホログラムの形状変化が生じた場合の記録角度と再生角度との回折効率を示すグラフである。 回折格子角度と回折光のブラッグの条件からの角度ずれ量との関係を示すグラフである。 再生時における波長を変化させたときの回折格子角度と、回折光のブラッグの条件からの角度ずれ量との関係を示すグラフである。 再生時における波長を変化させたときのパターン画像の模式図である。 波長可変レーザ光を出射するレーザ光源示す図である。 空間光変調器に表示する参照光部分のパターンの例を示す図である。 対物レンズに入射する光線を示す図である。
符号の説明
１０、１１ コアキシャル光学系、１２ 機構部、２０、２０ａ レーザ光源、２２、２２ａ 空間光変調器、２４ 対物レンズ、２５ イメージセンサ、３０ サーボ用光学系、３３ 光学装置、３８、３９ リレーレンズ、４０ 信号光、４１ 参照光、４２ 回折光、５０ ホログラム記録媒体、５１ 温度センサ、５４ 対物レンズアクチュエータ、５５ イメージセンサアクチュエータ、５９ リレーレンズアクチュエータ、６０ 制御部、１００ ホログラム記録再生装置

Claims (7)

  1. 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
    前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
    前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、
    前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズのより内周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを縮小し、または、前記対物レンズのより外周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを拡大して表示するように前記空間光変調器を制御する制御部と、
    を備えるホログラム記録再生装置。
  2. 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
    前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
    前記対物レンズと前記記録層との離間距離を所定の値に維持するフォーカス制御手段と、
    前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離を制御する制御部と、
    を備えるホログラム記録再生装置。
  3. 前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系を備え、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離に応じて前記二個のレンズの間の距離を変化させることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
  4. 前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
    前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、
    を備え、
    前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離に応じて前記イメージセンサと前記対物レンズとの間の距離を変化させることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録再生装置。
  5. 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
    前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
    前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、
    前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
    前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサから検出された温度に応じて、前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、
    を備えるホログラム記録再生装置。
  6. 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
    前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
    前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、
    前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、
    前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記対物レンズと前記イメージセンサとの離間距離を制御する制御部と、
    を備えるホログラム記録再生装置。
  7. 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
    前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
    前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、
    前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
    前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
    前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、
    を備えるホログラム記録再生装置。

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