JP3906831B2 - ホログラム記録方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ホログラム記録方法に係り、特に、光記録媒体にデータをホログラムとして多重記録するホログラム記録方法に関する。
次世代のコンピュータファイルメモリとして、３次元的記録領域に由来する大容量性と２次元一括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えたホログラフィックメモリが注目されている。ホログラフィックメモリでは、同一体積内に多重させて複数のデータページを記録することができ、且つページ毎にデータを一括して読み出すことができる。アナログ画像ではなく、二値のデジタルデータ「０，１」を「明、暗」としてデジタル化し、ホログラムとして記録・再生することによって、デジタルデータの記録・再生も可能となる。最近では、このデジタルホログラフィックメモリシステムの具体的な光学系や体積多重記録方式に基づくＳ／Ｎやビット誤り率評価、又は２次元符号化についての提案がなされ、光学系の収差の影響など、より光学的な観点からの研究も進展している。
図１１（Ａ）、（Ｂ）を参照して、体積多重記録方式の一例であるシフト多重記録方式について説明する。このシフト多重記録方式では、参照光として、球面波やスペックルパターン等、急峻に波面が変化する光波を用いる。このような参照光を用いた場合には、記録メディアの位置を記録スポットからシフト量δ（図１１（Ｂ））だけ僅かにずらすだけで、再生のためのブラッグ条件を外すことができ、そこに新たなホログラムを記録することができる。即ち、僅かに記録メディアを移動させながら記録することで略同じ体積中にホログラムを多重記録することができる。以上のように、デジタルホログラフィックストレージでは、二次元一括記録再生による高速転送と体積記録による大容量化が同時に実現できる。
このような多重記録を行う場合、光記録媒体のダイナミックレンジを十分に使用するために、先頭ページの回折効率が最大になるように記録した後、多重記録する各ページの回折効率が等しくなるように先頭ページから最終ページに向って徐々に露光時間を減少させるスケジュール露光方式が提案されている（非特許文献１）。
通常、記録媒体に記録するデジタルデータを空間変調素子３６によってデジタル表示する際、デジタルデータを２次元画像として表現する。その２次元画像では、最大階調をデジタルデータの１、最小階調をデジタルデータの０として表す。なお、最大階調をデジタルデータの０、最小階調をデジタルデータの１として表してもよい。この2次元画像を、空間変調素子３６に移し信号光を生成し、ホログラムとして記録媒体に記録する。再生の際には、CCDのような検出器４０を用い、再生像を受光する。この再生像からオリジナルのデジタルデータに復号する。検出器４０として、各画素が８ビット階調（２５６階調）をもっているCCDで再生像を受光した場合を例とすると、２５６階調のうち、理想的にはオリジナルデータの１は２５５（白色）に、オリジナルデータの０は０（黒色）で表される。
しかし、通常は記録再生条件やCCDのダイナミックレンジ設定、ノイズなどによって各々のデータの階調はばらつく。ヒストグラムで表すと１を表す分布と０を表す分布の２つの分布ができることになる。これらの分布が分離されていれば、どちらの分布にも属さない階調を閾値として用い、データの階調と閾値との大小関係を比較することによって、正確に復号することができる。
一方、この２つの分布の重なりが大きいほど、１と０とを正しく判別できないデータ数が多くなり、読出しエラーが大きくなる。従って、読出しエラーを小さくするには、これらの分布が重ならず、分離されていることが必要である。更に、再生像によらず復号に用いる閾値を一定にするためには、各ホログラムの回折効率が一定であることが望ましい。
Appl. Opt. 27, 1752（1988）
従来のスケジュール露光方式は、先頭ページの回折効率が最大になるように記録した後、記録媒体が許容できる最大数のホログラムを多重記録することが前提になっていた。この場合、多重記録するページ数（多重度）は一定であるため、１種類のみのスケジュール露光方式を用いることが可能であった。
しかしながら、１種類のスケジュール露光方式を用いる場合には、ファイル毎に多重記録する等、任意のページ数を多重記録する場合には、多重度の異なるファイルに含まれるホログラムの回折効率が等しくならない、という問題がある。
即ち、１種類のスケジュール露光を用いる場合、まず先頭ページの回折効率を最大にして、さらに、多重記録するページ数に応じて露光する回数が決まるため、多数のページを多重記録する場合と少数のページを多重記録する場合とで、両者の最終的な回折効率に大幅なばらつきを生じてしまう。この場合では、少数のページを多重記録する場合の回折効率は、多数のページを多重記録する場合の回折効率よりも大きくなる。従って、多重度によらず最終的な回折効率を等しくするためには、多重度に応じて適切な露光スケジュールを採用する必要がある。
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、複数ページのデータを多重記録する場合に、記録時間の短縮を図ると共に、多重度によらず各ページの回折効率のばらつきを防止することができるホログラム記録方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明の第１のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録角度を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。
また、本発明の第２のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を一定にし、信号光及び参照光と光記録媒体との少なくとも一方を相対移動させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録位置を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。 また、本発明の第３のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を一定にし、参照光の位相を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射し、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。
上記の第１〜第３のホログラム記録方法では、複数ページのデータを多重記録する場合に、複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にするので、多重度の異なるデータでも、各ページのホログラムの回折効率が等しくなり、回折効率のばらつきが防止される。また、最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にするので、記録時間の短縮を図ることができる。
上記目的を達成するために本発明の第４のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録角度を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。
また、本発明の第５のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を一定にし、信号光及び参照光と光記録媒体との少なくとも一方を相対移動させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録位置を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。
また、本発明の第６のホログラム記録方法は、信号光と参照光との成す角度を一定にし、参照光の位相を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射し、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録することを特徴としている。
上記の第４〜第６のホログラム記録方法では、複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にするので、多重度の異なるファイル間でも、各ページのホログラムの回折効率が等しくなり、回折効率のばらつきが防止される。また、最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にするので、記録時間の短縮を図ることができる。
上記のホログラム記録方法において、多重度をMとした場合に、第N番目に記録するホログラムの露光時間tNは、MとNとを変数にもつ指数関数の項を有する式で表すことができる。また、ホログラムの露光時間tNは、MとNとを変数にもつ指数関数で表してもよい。
本発明によれば、複数ページのデータを多重記録する場合に、記録時間の短縮を図ることができ、かつ、多重度によらず回折効率のばらつきを防止することができる、という効果が得られる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るホログラム記録再生装置について詳細に説明する。本実施の形態のホログラム記録再生装置は、本発明のホログラム記録方法をシフト多重記録方法に適用したものである。
図１に示すように、本実施の形態のホログラム記録再生装置には、例えばＮｄ:ＹＶＯ4結晶を用いたレーザ発振器１０が設けられている。レーザ発振器１０からは、コヒーレント光である波長５３２ｎｍのレーザ光が発振され、照射される。レーザ発振器１０のレーザ光照射側には、Ｐ偏光を透過しかつＳ偏光を反射することにより、レーザ光を参照光用の光と信号光用の光との２つの光に分離する偏光ビームスプリッタ１６が配置されている。
偏光ビームスプリッタ１６の光反射側には、参照光用のレーザ光を反射して光路をホログラム記録媒体方向に変更する反射ミラー１８、及び参照光用のレーザ光を集光して球面参照波からなる参照光を生成する対物レンズ２０が順に配置されている。この対物レンズ２０のレーザ光集光側には、ｚ面内でディスク状に形成されたホログラム記録媒体２４を回転させるステッピングモータを備えたｘ−ｚステージ２２が設けられている。対物レンズ２０は、ホログラム記録媒体２４に球面参照波であるＳ偏光を参照光として照射する。
偏光ビームスプリッタ１６の光透過側には、偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光を遮断するためのシャッター１２及び偏光面を９０度回転する旋光子２６の各々が、各々別々に光路中に挿入及び光路から退避可能に配置されている。旋光子２６の光透過側には、信号光用のレーザ光を４５°の反射角で反射して光路をホログラム記録媒体方向に変更する反射ミラー２８、レンズ３０、３２、３４で構成されたレンズ系が順に配置されている。レンズ３２とレンズ３４との間には、液晶表示素子等で構成され、供給された各ページ毎の記録信号に応じて信号光用のレーザ光を変調し、ホログラムの各ページを記録するための信号光を生成する透過型の空間変調素子３６が配置されている。
レンズ３０、３２は、レーザ光を大径のビームにコリメートして空間変調素子３６に照射し、レンズ３４は空間変調素子３６で変調されて透過したＰ偏光を信号光としてホログラム記録媒体２４上に集光させる。このとき、信号光の集光スポットが、参照光の集光スポットより小さくなるように集光され、信号光と参照光とが同時にホログラム記録媒体２４に照射される。また、Ｐ偏光を信号光としＳ偏光を参照光としているため、ホログラムの各ページを記録する際の信号光の偏光方向と参照光の偏光方向とは直交している。なお、Ｓ偏光を信号光としＰ偏光を参照光としてもよく、偏光面が平行な信号光と参照光とを用いてもよく、異なる方向に回転する円偏光を各々信号光と参照光として用いてもよい。
ホログラム記録媒体２４の再生光透過側には、レンズ３８、再生光から所定偏光方向の光（例えば、０°偏光成分、４５°偏光成分、または９０°偏光成分）を選択して透過させる検光子４４、及びＣＣＤ等の撮像素子で構成され、受光した再生光を電気信号に変換して出力する検出器４０が配置されている。検出器４０は、パーソナルコンピュータ４２に接続されている。
パーソナルコンピュータ４２は、パーソナルコンピュータから所定のタイミングで供給された記録信号に応じてパターンを発生するパターン発生器４６を介して空間変調素子３６に接続されている。また、パーソナルコンピュータ４２には、シャッター１２及び旋光子２６を各々別々に光路中に挿入するように駆動すると共に、光路中に挿入されているシャッター１２または旋光子２６を光路から別々に退避させる駆動装置４８が接続されている。また、パーソナルコンピュータ４２には、ｘ−ｚステージ２２を駆動する駆動装置５０が接続されている。
図２に、ホログラム記録媒体（光記録媒体）２４の構成を示す。なお、本実施の形態のホログラム記録媒体は、ディスク状に形成されているが、図では、矩形に切出した一部分を示した。図２（Ａ）に示すように、ホログラム記録媒体２４は、例えば１００μｍ厚以上の厚膜状に成型された光記録層２３で構成されている。光記録層担体では強度が不十分の場合は、図２（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように片面あるいは両面に石英やプラスチック等の板状の透明な媒質で構成された基板２５を設ける。
光記録層２３、すなわち光感応層は、光誘起屈折率変化あるいは光誘起二色性を示し、光誘起屈折率変化あるいは光誘起二色性が常温で保持されるフォトリフラクティブ材料や偏光感応材料であればどのような材料も使用することができるが、側鎖に光異性化する基を有する高分子、例えば、ポリエステル群から選ばれた少なくとも一種の重合体であって、その側鎖に光異性化する基、例えば、アゾベンゼン骨格を有する材料が好適である。更に、光の透過率を調整するなどの目的で、例えばアゾベンゼン骨格のような光感応基を含む高分子と記録光に対する吸収が小さい高分子とを混合してなるポリマーブレンドを用いることもできるし、アゾベンゼン骨格のような光感応基を含むモノマーと記録光に対する吸収が小さいモノマーとの共重合体を用いることもできる。
アゾベンゼンを例に光誘起複屈折の原理について説明する。アゾベンゼンは、光の照射によってトランス−シス−トランスの異性化サイクルを繰り返す。光照射前は、光記録層にはトランス体のアゾベンゼン分子が多く存在する。これらの分子はランダムに配向しており、マクロに見て等方的である。直線偏光を照射すると、偏光方向と同じ方位に吸収軸を持つアゾベンゼン分子は選択的にトランス−シス異性化される。偏光方向と直交した吸収軸を持つトランス体に緩和した分子は、もはや光を吸収せずその状態に固定される。結果として、マクロに見て吸収係数及び屈折率の異方性、つまり二色性と複屈折が誘起される。このような光異性化基を含む高分子は、光異性化により高分子自身の配向も変化し大きな複屈折を誘起することができる。このように誘起された複屈折は高分子のガラス転移温度以下で安定であり、ホログラムの各ページの記録に好適である。
下記の化学式で示される側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステル（特開平10-340479号公報参照）は、上述した機構によってホログラムを記録する材料として好適である。このポリエステルは、側鎖のシアノアゾベンゼンの光異性化による光誘起異方性に起因して、信号光の偏光方向をホログラムとして記録することができ、室温でホログラム記録可能であり、記録されたホログラムは半永久的に保持される。
Figure 0003906831
また、下記の化学式（１）、化学式（２）で表される２種類の高分子のポリマーブレンド（特願2003-126692号公報参照）を用いることもできる。厚膜の記録媒体を用いる際には、膜厚が増加するにつれて、媒体内での光吸収が増加するため、媒体の吸収率を調整するなどの目的で、２種類の高分子の混合比を適切に設定する。これにより、記録媒体の体積に良好にホログラムを記録することが可能となる。
Figure 0003906831
次に、図３を参照して、パーソナルコンピュータ４２によって実行される記録再生処理ルーチンについて説明する。まず、操作者は、図示しない操作装置を操作して、ホログラムの記録処理かホログラムの再生処理かを選択する。ファイルを複数ページのホログラムとして記録する場合には、ファイルを予めパーソナルコンピュータに入力し、ページ毎に記録信号を生成しておく。
ステップ１００では、ホログラムの記録処理が選択されたか、ホログラムの再生処理が選択されたかを判断し、ホログラムの記録処理が選択された場合には、ステップ１０２において、ファイルのページ数に応じて露光スケジュールを演算する。
ファイルのページ数、即ち、ファイルの多重度をＭとすると、ファイルの第Ｎ番目のページを露光する露光時間ｔN（秒）は、例えば下記式（１）によって求めることができる。
Figure 0003906831
ここで、Ａ及びＢは定数である。定数Ａは、最終ページのホログラムから再生に必要な回折効率を得るための露光時間（秒）の値とすることができる。露光時間の短縮化には、定数Ａはできるだけ小さい値の方が好ましい。定数Ｂは、各ページの回折効率のばらつきが小さくなるように、記録媒体の特性や記録光強度に応じて設定する。更に、回折効率のばらつきをより小さくするには、最終ページにダミーのページを付加すると良い。即ち、（ｍ−１）ページのデータを多重記録したいときに、最終ページにダミーのページを加えて全体でｍページにする。このｍを上記式（１）の多重度Mとして代入して露光スケジュールを求めることができる。
例えば、上記の化学式（１）で表される高分子化合物を５０ｗｔ％含む、化学式（２）で表される高分子化合物とのポリマーブレンドに、光強度２２０ｍＷ／ｃｍ2である記録光を用いて記録する場合には、上記式（１）は下記式（２）で表すことができる。
Figure 0003906831
図７に、M=２０としたときの１〜１９ページの再生像の規格化された回折効率を示す。上記式（２）に従い露光時間を設定した場合には、図７に示すように、各ページの回折効率をほぼ揃えることができた。更に、異なる多重度Mにおける露光時間ｔNを求めると、図８のようになる。最終ページの露光時間を一定としているため、多重度が小さいほど、最初のページの露光時間は短くなり、総露光時間も短くすることができる。図９に、M＝１５、２０の各場合の規格化された回折効率を比較して示す。図９から分かるように、多重度が異なる場合においても、回折効率をほぼ揃えることができる。
このように、上記の式（１）又は式（２）を用いることにより、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しく、かつ、多重度の異なるファイルに含まれるホログラムの回折効率とも等しくすることができる。
ところで、デジタルデータを２次元画像で表現する方法には、１を最大階調（白）で、０を最小階調（黒）で表現するという上述した方法以外に微分コード法と呼ばれる方法が知られている（Science, 265, 749(1994)）。この方法を用いれば、白から黒への変化、あるいは黒から白への変化を検出することによって、１か０かを判断するため、上述したような閾値を一定にするという制限を小さくできる。そのため、各ページの回折効率が揃っていなくても正しく復号することができる。このような閾値検出の制限が緩いコーディング法を用いる場合には、概して再生像の回折効率が大きいほど、読出しエラーを低減することができる。従って、再生像の回折効率が大きくなるように露光スケジュールを設定することができる。
露光スケジュールを設定するために、例えば上記式（１）を用いることができる。露光時間の長時間化は好ましくないため、定数Ａは、最終ページのホログラムから再生に必要な回折効率を得るための露光時間（秒）の値とすることができる。露光時間の短縮化には、定数Ａはできるだけ小さい値の方が好ましい。
また、定数Ｂを多重度Ｍの減少に従い増加させる。これにより、先述した方法よりも総露光時間は長くなるが、多重度Ｍに拘らず最終ページの露光時間が等しくなると共に、多重度Ｍの異なるファイル間でも最初のページでの露光時間に大幅な差が出ないため、各ページの回折効率の平均値を増加させることができる。例えば、多重度Ｍが１〜２０の範囲では、多重度Ｍに応じて露光時間ｔNを下記の３式を用いて求めることができる。
Figure 0003906831
図４に示すように、上記の３式を用いて露光時間ｔNを求めると、多重度Ｍに拘らず最終ページの露光時間が等しくなる。Ｍ＝４、１０、２０に相当するデータページをもつ３つのファイルを用いて多重記録を実施し、データページの再生像の平均回折効率を各ファイル毎に求めた。図１０に、Ｍ＝２０の場合の平均回折効率を１としたときの比較を示す。図１０に示すように、多重度が２０以下の場合に、上記の３番目の式を用いた場合の回折効率よりも大きくすることができた。従って、定数Ｂを適切に設定することにより、回折効率を大きくすることができる。その結果、復号の際に読出しエラーをより低減することができる。
次のステップ１０４で、駆動装置４８を駆動し、シャッター１２を光路から退避させてレーザ光が通過できるようにすると共に、駆動装置５０によりｘ−ｚステージ２２のステッピングモータを駆動して、ホログラム記録媒体を所定の回転速度で回転させる。
次のステップ１０６で、レーザ光を照射すると共に、パーソナルコンピュータ４２から各ページ毎の記録信号を露光スケジュールに従って所定のタイミングで出力し、ホログラム記録媒体へのホログラムのシフト多重記録処理を実行する。
ステップ１００で、ホログラムの再生処理が選択されたと判断された場合には、ステップ１０８において、シャッタ１２を光路中に挿入し、ステップ１１０でホログラムの再生処理を実行する。シャッタ１２を光路中に挿入することにより、偏光ビームスプリッタ１６を透過したレーザ光がシャッタ１２で遮光されるため、参照光のみがホログラムを記録したホログラム記録媒体２４に照射される。ホログラム記録媒体２４で回折された再生光は、レンズ３８を透過し、検光子４４により所定偏光成分の再生光のみが選択して透過され、検出器４０に受光された再生光が検出器４０により電気信号に変換されて、パーソナルコンピュータ４２に入力された後、復号器により復号され元のデジタルデータが復元される。
本実施の形態のシフト多重記録方法では、参照光として球面波を用い、ホログラム記録材料をディスク状とし、ディスク状のホログラム記録媒体（ディスク）を回転させることによりシフト多重記録を行っている。このシフト多重記録方法では、ディスクの回転によって同じ領域に複数ページのホログラムを重ねて記録することができる。レーザ光の波長や記録メディアの膜厚、対物レンズのNAなどを適切に設定すると、次のページのホログラムを記録するために記録位置が数十μｍ移動するようにディスクを回転するだけで、ディスクの略同じ領域に次のページのホログラムを既に記録されているページとクロストーク無く記録し再生することができる。これは、参照光が球面波であるため、ディスク状のホログラム記録媒体のシフト（数十μｍの移動）によって参照光の角度が変化したのと等価になることを利用したものである。
球面参照波を用いたシフト多重記録のディスク状ホログラム記録媒体のシフト量を定める距離、すなわち、互いのホログラムが独立に分離できる距離δsphericalは下記式（３）で与えられる。
Figure 0003906831
ここで、λはレーザ光の波長、z0は球面参照波を生成する対物レンズとホログラム記録媒体の記録媒体内から見た距離、Lはホログラム記録媒体の膜厚、ＮＡは対物レンズの開口数、θsは記録媒体内での信号光と参照光との角度である。上記式（３）より、ホログラム記録媒体の厚さＬが大きいほど、互いのホログラムが独立に分離できる距離に応じて定まるシフト量δは小さくなり、従って多重度を増加することができ、記録容量を増大させることができる。
パーソナルコンピュータでは、ホログラム記録媒体を回転させた状態で、ホログラムの各ページが記録開始位置からシフト量δの間隔で記録されるように定められたタイミングで各ページの記録信号を空間変調素子に供給する。
本実施の形態では、通常のデジタルホログラフィックストレージと同様に、信号光をレンズによりフーリエ変換して記録メディアであるホログラム記録媒体に照射する。レンズを用いることにより、比較的強い光強度をホログラム記録媒体面で得ることができる。このとき、フーリエ変換レンズとホログラム記録媒体との距離とレンズの焦点距離とを等しくすると、フーリエ変換ホログラムが記録される。一般的には、記録面上で信号光の０次回折光の強度を抑える目的でレンズのフォーカス位置から記録メディアを若干ずらしてホログラム記録を行う。
図５は、デフォーカス位置でのホログラム記録時の様子を模式的に描いた図である。ホログラム記録媒体面上では、信号光はレンズによってある程度集光され、かつ、データページの回折パターンが現れる。この回折パターンは、デジタルデータページのパターン（周期性）に対応しており、デジタルデータページがランダムパターンのときに一番の広がりを持っている。
一方、参照光は信号光の全ての回折パターンをカバーするように、信号光の回折パターンの照射領域と比較して広い領域に照射される。信号光と参照光の干渉により光が強めあうところでは屈折率あるいは吸収変化が生じ、弱めあうところではこれらの変化が少ない。この現象で各ページのホログラム記録が行われる。
以上説明した通り、本実施の形態では、任意の多重度の複数のファイルを多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなり、且つ、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間が等しくなるように露光スケジュールを設定し、この露光スケジュールに従って露光するので、多重度の異なるファイル間でも、各ページのホログラムの回折効率が等しくなり、回折効率のばらつきが防止される。また、最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にするので、記録時間の短縮を図ることができる。
なお、上記では、ホログラム記録媒体を回転させてシフト多重記録する例について説明したが、ホログラム記録媒体を直線状に移動させてシフト多重記録するようにしてもよく、ホログラム記録媒体を回転または直線状に移動する代わりに、信号光及び参照光をホログラム記録媒体上に走査するようにしてもよい。
上記では、シフト多重記録方法を適用した実施の形態について説明したが、角度多重記録方法や位相多重記録方法にも本発明を適用することができる。角度多重記録方法に適用する場合は、最初のホログラム記録時には、図６に示すように、信号光に対する参照光の成す角度を所定角度θずつ変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録角度を変化させて、信号光の情報を複数ページのホログラムとしてホログラム記録媒体に多重記録する。
なお、上記では参照光の角度を変化させて多重記録する例について説明したが、参照光に対する信号光の角度を変化させて多重記録するようにしてもよい。位相多重記録方法に適用する場合は、信号光と参照光との成す角度を一定にし、参照光の位相を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射し、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に記録する。
ところで、今までの記述では、複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合を例に述べたが、ファイル毎に限定されるものではない。即ち、記録媒体の同一領域に多重記録されるページ数が異なる場合であれば、どのような場合でも適用できる。例えば、同一領域に最大で２０多重記録できる記録媒体に１５多重記録分のページと１０多重記録分のページをまとめて記録する場合には、ある領域に２０多重記録し、別の領域に５多重記録することになる。このように同一領域に記録されるページ数（多重度）が異なり、それらの回折効率を揃える場合であれば、どのような場合でも適用できる。
本実施の形態のホログラム記録再生装置の概略図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、ホログラム記録媒体の構成を示す概略図である。 本実施の形態のホログラム記録再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 信号光照射領域と参照光照射領域との関係を示す概略図である。 ファイルの多重度に応じた露光スケジュールを示す線図である。 ホログラム多重記録方法の一つである角度多重記録方法を説明する図である。 所定多重度での再生像の規格化された回折効率を示すグラフである。 異なる多重度Mにおける露光時間ｔNを示すグラフである。 異なる多重度Mにおける再生像の規格化された回折効率を示すグラフである。 ファイルの多重度に応じた露光スケジュールを用いて露光した場合の規格化された回折効率を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、シフト多重記録方法を説明する図である。
符号の説明
１０ レーザ発振器
１２ シャッター
１６ 偏光ビームスプリッタ
１８ 反射ミラー
２０ 対物レンズ
２２ ｘ−ｚステージ
２３ 光記録層
２４ ホログラム記録媒体
２６ 旋光子
２８ 反射ミラー
３０、３２、３４、３８ レンズ
３６ 空間変調素子
４０ 検出器
４２ パーソナルコンピュータ
４４ 検光子
４６ パターン発生器
４８、５０ 駆動装置

Claims (8)

  1. 信号光と参照光との成す角度を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録角度を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  2. 信号光と参照光との成す角度を一定にし、信号光及び参照光と光記録媒体との少なくとも一方を相対移動させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録位置を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  3. 信号光と参照光との成す角度を一定にし、参照光の位相を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射し、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータを多重記録する場合に、前記複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、記録する最終ページのホログラムの露光時間を多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  4. 信号光と参照光との成す角度を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録角度を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  5. 信号光と参照光との成す角度を一定にし、信号光及び参照光と光記録媒体との少なくとも一方を相対移動させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射することにより記録位置を変化させて、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に多重記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  6. 信号光と参照光との成す角度を一定にし、参照光の位相を変化させながら信号光と参照光とを同時に光記録媒体に照射し、該信号光の情報を複数ページのホログラムとして該光記録媒体に記録するホログラム記録方法であって、
    前記複数ページのデータをファイル毎に多重記録する場合に、同一ファイルに含まれる複数ページのホログラムの回折効率が等しくなるように各ページの露光時間を変更すると共に、異なるファイルに含まれる最終ページのホログラムの露光時間をファイルの多重度によらず一定にして、複数ページのデータを多重記録するホログラム記録方法。
  7. 多重度をMとした場合に、第N番目に記録するホログラムの露光時間tNが、MとNとを変数にもつ指数関数の項を有する式で表される請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホログラム記録方法。
  8. 多重度をMとした場合に、第N番目に記録するホログラムの露光時間tNが、MとNとを変数にもつ指数関数で表される請求項１乃至６のいずれか１項に記載のホログラム記録方法。
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