JP5094258B2 - ホログラム装置、ホログラム記録方法、ならぶにホログラム再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、コリニア方式のホログラフィック技術に関する。

例えば下記特許文献１にはコリニア方式と呼ばれるホログラフィック技術が開示されている。

前記コリニア方式では、記録参照光とデータ光の互いの光軸を同一線上に制御し、前記記録参照光とデータ光とをホログラム記録媒体の記録層にて干渉させて、前記記録層にデータを記録する。

このようなコリニア方式では、ホログラム記録媒体に多数のデータを記録するには、記録位置を面方向にずらしながら行うシフト多重方式が主流であった。

しかしシフト多重記録では、例えば記録位置間隔を小さくすることで、ある程度記録容量を大きくできるものの、略同一の記録領域に多重記録ができないため飛躍的に記録容量を向上させることはできなかった。
特開２００３−１７８４６０号公報

特許文献１には、コリニア方式において同じ記録領域に多重記録を行うホログラフィック技術が開示されている。

特許文献１の図１に示す光源装置２５から照射された光を、プリズムブロック１９で２手に分け、一方の光を空間変調器１８に通して情報光（データ光）を生成し、他方の光を位相空間変調器１７に通して記録用参照光を生成する。続いて、プリズムブロック１５で前記情報光及び記録参照光の光軸が同一線上となるように調整し、前記情報光及び記録参照光を対物レンズ１２を介して記録媒体１に照射する。

特許文献１には、前記記録媒体１のホログラム層３（記録層）の同じ領域に、記録用参照光の変調パターンを変えて複数回の記録動作を行うことで、多重記録が可能であると記載されている（例えば特許文献１の［００５４］欄）。

しかしながら特許文献１に記載されたホログラム記録装置では、情報光（データ光）と記録参照光とを途中で二手に分けなければならず、空間変調器も一つで足りず、また多数のプリズムブロックが必要になるなどして、ホログラフィックシステムを簡素化できるというコリニア方式のメリットが生かしきれていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、ホログラム記録媒体の構造を改良することで、簡単なホログラフィックシステムにて記録層の略同一領域に多重記録を可能としたホログラム記録媒体、ホログラム装置、ホログラム記録方法、ならびにホログラム再生方法を提供することを目的としている。

本発明は、ホログラム記録媒体に、光軸が同一の記録参照光及びデータ光よりなる複数の記録光を入射して複数のデータを記録するためのホログラム装置において、
光源と、前記光源から発せられた光から前記記録光を生成するための記録光生成手段と、
前記記録光生成手段と前記ホログラム記録媒体を支持する支持板との間に位置して、前記記録光を前記ホログラム記録媒体へ集光させるための対物レンズと、前記対物レンズと前記記録光生成手段との間に位置し、前記対物レンズから見て前記ホログラム記録媒体側での前記記録光の開口数及び焦点を変化させるための光学機構と、を有し、
前記ホログラム記録媒体は、記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記記録光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記記録光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
前記光学機構により、前記ホログラム記録媒体に対して、前記光軸が同一で且つ前記開口数が異なる複数の前記記録光が照射されて、前記ホログラム記録媒体の前記記録層の略同一領域に複数の前記データが多重記録されることを特徴とするものである。

これにより、簡単な光学系の構成により、記録層の略同一領域に多重記録が可能なコリニア式のホログラフィックシステムを実現できる。

また本発明は、ホログラム記録媒体に、再生参照光を入射して前記ホログラム記録媒体の記録層の略同一の領域に記録された複数のデータを再生するためのホログラム装置において、
光源と、前記ホログラム記録媒体を支持する支持板と前記光源との間に位置して、前記光源からの再生参照光を前記ホログラム記録媒体へ集光させるための対物レンズと、前記対物レンズと前記光源との間に位置し、前記対物レンズから見て前記ホログラム記録媒体側での前記再生参照光の開口数及び焦点を変化させるための光学機構と、前記再生参照光がホログラム記録媒体の前記反射面で反射された戻り光に含まれる前記データを再生するための撮像素子と、を有し、
前記ホログラム記録媒体は、光軸が同一で且つ開口数が異なる複数の記録参照光及びデータ光よりなる記録光が照射されて、略同一領域に複数の前記データが多重記録された記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記再生参照光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記再生参照光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
前記光学機構により、前記ホログラム記録媒体に対して、前記光軸が同一で且つ前記開口数が異なる複数の前記再生参照光が照射されて、前記ホログラム記録媒体の前記記録層の略同一領域に多重記録された複数の前記データが再生されることを特徴とするものである。
本発明では、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であることが好ましい。

これにより、簡単な光学系の構成により、コリニア式にて略同一領域に記録された複数のデータを適切に再生することが可能なホログラフィックシステムを実現できる。

また本発明では、前記光学機構は、前記対物レンズに対して遠近移動可能な可動レンズを有することが好ましい。これにより、簡単な構成にて、前記対物レンズから見て前記ホログラム記録媒体側での前記記録光及び再生参照光の開口数及び焦点を変化させることが可能である。

また本発明は、ホログラム記録媒体に、光軸が同一の記録参照光及びデータ光よりなる複数の記録光を入射して複数のデータを記録するためのホログラム記録方法において、
前記ホログラム記録媒体は、記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記記録光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記記録光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
前記記録光を前記ホログラム記録媒体へ向けて照射し、前記記録光を対物レンズを通して前記ホログラム記録媒体へ集光させるとき、
光軸が同一である複数の前記記録光の前記対物レンズから見た前記ホログラム記録媒体側での開口数を変化させるとともに、各記録光の焦点を、夫々、前記ホログラム記録媒体の膜厚方向の異なる位置に設けられた各反射面に合わせて、前記記録層の略同一領域に複数の前記データを多重記録することを特徴とするものである。

これにより、コリニア式のホログラフィック技術において、簡単かつ適切に、記録層の略同一領域に多重記録が可能となり、記録容量を向上させることができる。

また本発明は、ホログラム記録媒体に、再生参照光を入射して前記ホログラム記録媒体の記録層の略同一の領域に記録された複数のデータを再生するためのホログラム再生方法において、
前記ホログラム記録媒体は、光軸が同一で且つ開口数が異なる複数の記録参照光及びデータ光よりなる記録光が照射されて、略同一領域に複数の前記データが多重記録された記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記再生参照光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記再生参照光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
光軸が同一の複数の前記再生参照光の前記対物レンズから見た前記ホログラム記録媒体側での開口数を変化させるとともに、各再生参照光の焦点を、夫々、前記ホログラム記録媒体の膜厚方向の異なる位置に設けられた各反射面に合わせて、複数の前記データを再生することを特徴とするものである。

これにより、コリニア式により記録層の略同一領域に記録された複数のデータを簡単且つ適切に再生することが可能になる。

本発明のホログラム記録媒体を用いたホログラム記録方法によれば、コリニア式のホログラフィック技術において、適切且つ容易に記録層の略同一領域に多重記録が可能になり、従来に比べて記録容量を向上させることが可能である。また本発明のホログラム記録媒体を用いたホログラム再生方法によれば、コリニア式により記録層の略同一領域に記録された複数のデータを簡単且つ適切に再生することが可能になる。

また本発明のホログラム記録装置によれば、簡単な光学系の構成により、記録層の略同一領域に多重記録が可能なコリニア式のホログラフィックシステムを実現できる。また本発明のホログラム再生装置によれば、簡単な光学系の構成により、コリニア式にて略同一領域に記録された複数のデータを適切に再生することが可能なホログラフィックシステムを実現できる。

図１は、本発明の第１実施形態のホログラム記録媒体を膜厚方向から切断した切断面の断面図、及び、記録時あるいは再生時の光（記録光あるいは再生参照光）のホログラム記録媒体に対する照射状態を示す概念図である。

本実施形態における前記ホログラム記録媒体１は、コリニア式のホログラフィック技術に用いられる。前記ホログラム記録媒体１の平面形状は例えば円形状であるが、それに限定されるものではない。

図１に示すように、ホログラム記録媒体１は、下から第１の基板２、第１のギャップ層３、第１の反射層４、第２のギャップ層５、第２の反射層６、第３のギャップ層７、記録層８、及び第２の基板９の順に積層されている。

前記第１の基板２及び第２の基板９の材質はセラミックス、ガラス、樹脂等、特に限定されない。ただし前記第２の基板９は、入射光の全波長帯域で透過可能な材質であることが必要である。例えば前記第１の基板２及び第２の基板９はポリカーボネートの透明基板で形成される。

前記第１の反射層４は、アルミニウム等の金属の蒸着膜や有機色素のコーティング膜である。前記第１の反射層４の表面４ａは全反射面（以下、全反射面４ａと表記する）である。光の波長や開口数（ＮＡ）等にかかわらず、前記全反射面４ａに到達した光は反射される。

前記第２の反射層６の表面６ａは半透過の反射面（以下、半透過の反射面６ａ、あるいは単に反射面６ａと表記する）である。前記反射面６ａは、全反射面４ａより記録層８側に位置する記録層側反射面である。前記半透過の反射面６ａでは、前記半透過の反射面６ａで焦点を結ぶ記録光や再生参照光は反射させるが、前記焦点が前記反射面６ａから見て記録層８から離れた位置にある前記記録光や再生参照光は透過させる。

具体的に図１を用いて説明すると、図１では、対物レンズ２９から見てホログラム記録媒体１側での開口数（ＮＡ）がｎ・Ｓｉｎθ１（ｎは屈折率、２×θ１が開口角）の第１の記録光Ｒ１の焦点Ａは前記反射面６ａで結ばれており、前記第１の記録光Ｒ１は前記反射面６ａで反射される。一方、開口数（ＮＡ）が、前記第１の記録光Ｒ１の開口数と異なるｎ・ｓｉｎθ２（２×θ２が開口角）である第２の記録光Ｒ２の焦点Ｂは、前記焦点Ａよりも記録層８から離れた側に位置し、前記全反射面４ａで結ばれている。よって、前記第２の反射層６は、前記第２の記録光Ｒ２が、前記半透過の反射面６ａにて反射することなく透過するように、光学的に設計されている。光学的な設計は、開口数（ＮＡ）に基づいて行ってもよいし、あるいは色の波長λに基づいて行ってもよい。色の波長λに基づく調整の場合、例えば、青色レーザは反射させるが、緑色レーザは透過する反射層とすれば、第１の記録光Ｒ１に青色レーザを、第２の記録光Ｒ２に緑色レーザを用いることで、前記第１の記録光Ｒ１を、前記半透過の反射面６ａで反射させるとともに、第２の記録光Ｒ２を透過させることが可能である。前記第２の反射層６の材質や構造は上記した機能を満たせば特に限定されないが、例えば、アモルファスシリコン等の無機材料や、コレステリック液晶等の有機材料からなる単層膜や多層膜で形成される。なお図１では、前記半透過の反射面６ａが前記第２の反射層６の表面に位置したが、前記第２の反射層６の内部に位置するように光学的に設計することも可能である。

前記記録層８は、感光材料で形成され、例えば、フォトポリマーで形成される。これにより光照射により重合反応が生じ高分子化する。

各ギャップ層３、５、７は、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートの透明フィルムで形成される。前記ギャップ層３、５、７は、各反射層４、６間を膜厚方向に所定距離だけ離したり、あるいは各反射層４、６や記録層８の表面の平坦性を向上させるために設けられたものである。

本実施形態のホログラム記録媒体１は、コリニア方式において、開口数（ＮＡ）が異なる複数の記録光Ｒ１，Ｒ２を照射することで、略同一領域に多重記録が可能な記録層８と、前記記録層８の前記記録光Ｒ１，Ｒ２の入射側と反対側に、各開口数（ＮＡ）における前記記録光Ｒ１，Ｒ２の膜厚方向に異なる焦点Ａ，Ｂに対応した複数の反射面４ａ，６ａと、を有する点に特徴的部分がある。

図１に示す符号２９は図３で説明する対物レンズ２９である。まず第１の記録光Ｒ１をホログラム記録媒体１に入射する。前記第１の記録光Ｒ１は光軸が同一の第１のデータ光と記録参照光よりなる。図１に示すように、開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ１である第１の記録光Ｒ１がホログラム記録媒体１に入射されると、前記第１の記録光Ｒ１は、第２の基板９、記録層８、第３のギャップ層７を透過し、前記半透過の反射面６ａに到達する。前記第１の記録光Ｒ１は、予めホログラム記録装置の光学機構により、焦点Ａが前記半透過の反射面６ａに結ぶように調整されている。

前記第１の記録光Ｒ１は前記反射面６ａで反射し、再び、第３のギャップ層７、記録層８及び第２の基板９を透過した戻り光となる。

前記第１の記録光Ｒ１に含まれている記録参照光と第１のデータ光は前記記録層８にて干渉することで第１のデータが記録される。記録された前記第１のデータは記録媒体１内に干渉縞（第１のホログラム）として現われる。

続いて第２の記録光Ｒ２をホログラム記録媒体１に入射する。前記第２の記録光Ｒ２は光軸が同一の第２のデータ光と記録参照光よりなる。また前記第２の記録光Ｒ２の光軸は、前記第１の記録光Ｒ１の光軸とも一致している。図１に示すように、開口数（ＮＡ）が前記第１の記録光Ｒ１と異なるｎ・ｓｉｎθ２である第２の記録光Ｒ２がホログラム記録媒体１に入射されると、前記第２の記録光Ｒ２は、第２の基板９、記録層８、第３のギャップ層７、第２の反射層６、第２のギャップ層５を透過し、前記全反射面４ａに到達する。前記第２の記録光Ｒ２は、予めホログラム記録装置の光学機構により、焦点Ｂが前記全反射面４ａに結ぶように調整されている。焦点Ｂは焦点Ａより記録層８から離れた位置にある。

前記第２の記録光Ｒ２は前記全反射面４ａで反射し、再び、第２のギャップ層５、第２の反射層６、第３のギャップ層７、記録層８及び第２の基板９を透過した戻り光となる。

前記第２の記録光Ｒ２に含まれている記録参照光と第２のデータ光は前記記録層８にて干渉することで第２のデータが記録される。記録された前記第２のデータは記録媒体１内に干渉縞（第２のホログラム）として現われる。

上記したように、前記第２の反射層６は、前記第２の記録光Ｒ２の入射光及び戻り光を透過させるように光学的に設計されている。

上記により第１のデータ及び第２のデータは記録層８の略同一領域に記録される。このとき、第１の記録光Ｒ１及び第２の記録光Ｒ２の開口数（ＮＡ）及び焦点Ａ，Ｂが異なることにより、適切に記録層８での第１の記録光Ｒ１と第２の記録光Ｒ２の入射角（最大入射角は、第１の記録光Ｒ１がθ１で、第２の記録光Ｒ２がθ２である）が異なり、第１のデータ及び第２のデータは記録層８の略同一領域で異なる干渉縞として記録され多重記録が可能となる。図面では、特にホログラム記録媒体１内部での屈折率を無視して（ホログラム記録媒体１全体を空気と同じ屈折率１として図示している）光の収束状態を模式図的に図示しているが、例えば前記第１の記録光Ｒ１及び第２の記録光Ｒ２の開口数（ＮＡ）を変えても、焦点Ａ、Ｂを同じ位置にすると、ホログラム記録媒体１内部での屈折率の影響により記録層８での第１の記録光Ｒ１及び第２の記録光Ｒ２の入射角はあまり変わらなくなってしまうため、略同一領域に多重記録を行うには前記開口数（ＮＡ）のみならず焦点Ａ，Ｂも変えることが重要である。

以上により図１に示す膜厚方向に複数の反射面４ａ，６ａを備えたホログラム記録媒体１によれば、コリニア式のホログラフィック技術において、適切且つ容易に記録層８の略同一領域に多重記録が可能であり、従来に比べて記録容量を向上させることが可能である。

図３は、本実施形態におけるホログラム記録再生装置の構成図である。以下では、図３に示すホログラム記録再生装置の構成、及び、図１に示す半透過の反射面６ａに記録参照光及びデータ光の焦点を結んで、前記記録層８に第１のデータを記録するホログラム記録方法についても説明する。

前記ホログラム記録を行う際、前記ホログラム記録媒体１に対する対物レンズ２９の位置等はすでに調整されており、基本的に後述する可動レンズ２７以外の光学部材は固定であるとして説明する。

図３に示すホログラム記録再生装置では、第１の光源２０から発せられた光（コヒーレント光）は、コリメータレンズ２１により平行光とされ、液晶素子等で形成された空間変調器（記録光生成手段）２２に通される。この空間変調器２２には、中央部分にデータパターンが、その周囲領域に記録参照光パターンが配置されている。前記データパターンは、物体等の画像データを２値（０，１）のデジタル信号（記録信号）とし、前記デジタル信号を「明，暗」の二次元のデジタル映像データに変換したものである。例えば″０″信号は、「明」のデジタル映像データに変換され、″１″信号は、「暗」のデジタル映像データに変換されており、前記「明」のデジタル映像データは、光を透過するが、「暗」のデジタル映像データは光を遮断する。

前記空間変調器２２のデータパターンは第１のデータパターンに調整されている。前記空間変調器２２に光を通すことで、光軸が同一の記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４が生成され、前記記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４は第１のビームスプリッタ２３、及び第２のビームスプリッタ２４を透過する。前記記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４は、直線偏光を円偏光に、あるいは円偏光を直線偏光に変換する波長板２５を介して両凸レンズ２６に入射される。前記波長板２５を通過した平行光である記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４は前記両凸レンズ２６を通ることで収束する光となり、続いて平凹レンズである可動レンズ２７にて再び平行光にされる。平凹レンズは平面側が両凸レンズ２６側に向けられている。図３の実施形態では、前記両凸レンズ２６及び可動レンズ２７によって、開口数及び焦点制御の光学機構３１が構成されている。

前記記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４はミラー２８により反射され、対物レンズ２９を介して、支持板（図示しない）に支持された前記ホログラム記録媒体１に照射される。

前記対物レンズ２９を前記ホログラム記録媒体１の膜厚方向及び半径方向に移動とするアクチュエータ３０が設けられている。なお前記ミラー２８は前記対物レンズ２９と連動するように支持されているか、あるいは、前記アクチュエータ３０と別個のアクチュエータが備えられて、前記対物レンズ２９とは個別に移動可能に支持されている。

図１で説明したように、前記記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４よりなる第１の記録光Ｒ３は、前記ホログラム記録媒体１の内部の反射面６ａに反射されて対物レンズ２９側に戻ってくる。その後、戻り光は、第２のビームスプリッタ２４の半反射面２４ａで反射されて、対物レンズ３３を介して４分割フォトディテクタ３４に入射される。この光経路は、図４で説明する前記記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５についても同じである。

図３に示すホログラム記録再生装置では、前記対物レンズ２９と光源２０との間に開口数及び焦点制御の光学機構３１が設けられている点に特徴的部分がある。

図３の実施形態では、前記光学機構３１は、両凸レンズ２６及び可動レンズ２７とを有して構成されている。前記可動レンズ２７は、前記対物レンズ２９に対して遠近移動可能に支持されている。

図３のホログラム記録時では、前記可動レンズ２７の位置が調整されて、前記対物レンズ２９から前記ホログラム記録媒体１へ集光した記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４は、図１に示す開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ１で焦点Ａが反射面６ａで結ばれるように調整され、記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４の記録層８内での干渉により第１のデータが記録層８へ記録される。

図４は、図３と同様の本実施形態におけるホログラム記録再生装置の構成図であり、図４を用いて第１のデータと略同一領域に第２のデータを記録するホログラム記録方法について説明する。

図４では、空間変調器２２の中央部分にデータパターンが第２のデータ用に変えられて、第１の光源２０から発せられた光が、前記空間変調器２２を通ることで、光軸が同一の記録参照光Ｒ３と第２のデータ光Ｒ５が生成される。前記記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５の光軸は、図３における前記記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４の光軸とも一致している。前記記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５は、第１のビームスプリッタ２３、第２のビームスプリッタ２４、波長板２５及び両凸レンズ２６を通過する。

図４に示す実施形態では、前記可動レンズ２７が、図３のときよりも対物レンズ２９側に移動している。これにより、両凸レンズ２６と前記可動レンズ２７間の距離が図３のときよりも長くなる。このため、前記両凸レンズ２６から前記可動レンズ２７側にて収束し、前記可動レンズ２７を通過して平行光となった記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５の光径は、図３のときよりも小さくなる。

これにより前記対物レンズ２９から前記ホログラム記録媒体１へ集光した記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５よりなる第２の記録光Ｒ２の開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ２、焦点Ｂが反射面４ａで結ばれるように調整され、前記第１の記録光Ｒ１の開口数（ＮＡ）と異なるとともに、第１の記録光Ｒ１の焦点Ａよりも記録層８から離れた位置となる。そして、記録参照光Ｒ３及び第２のデータ光Ｒ５の記録層８内での干渉により第２のデータが第１のデータと略同一領域の記録層８へ記録される。

以上により図３、図４に示す開口数及び焦点制御の光学機構３１を有するホログラム記録再生装置を用いることで、簡単な構成により、記録層８の略同一領域に多重記録が可能なコリニア式のホログラフィックシステムを実現できる。

特に本実施形態では、第１の光源２０からホログラム記録媒体１に照射されるまでの間、記録参照光Ｒ３及びデータ光Ｒ４，Ｒ５の光軸は常に同一であり、光源２０から対物レンズ２９に至るまで記録参照光Ｒ３及びデータ光Ｒ４，Ｒ５に対して共通の光学部材を用いることができ、コリニア方式のメリットである光学機構の簡略化をより適切に促進できる。

なお焦点合わせは、前記可動レンズ２７の移動のみならずアクチュエータ３０により対物レンズ２９を前記ホログラム記録媒体１の膜厚方向に対して微動移動させることで調整することも可能である。

焦点が反射面４ａ，６ａ上に結ばれているか否かは４分割フォトディテクタ３４より検知できる。

続いて図５、図６を用いてホログラム再生方法について説明する。図５は図３にて記録された第１のデータを再生する方法を示し、図６は図４にて記録された第２のデータを再生する方法を示す。

前記ホログラム再生を行う際、前記ホログラム記録媒体１に対する対物レンズ２９の位置等はすでに調整され、図３と同じ状態にされている。

図３、図４で説明したホログラム装置は記録のみならず再生も可能であるので、第１のデータを再生するのに図３、図４で説明したホログラム装置をそのまま用いることができる。

図５のように、ホログラム記録媒体１に記録された第１のデータを再生するには、再生参照光パターンのみを空間変調器２２にて表示する。前記再生参照光パターンは記録参照光パターンと同じである。前記第１の光源２０からコリメータレンズ２１及び空間変調器２２を通過した再生参照光Ｒ６の光軸は、図３で説明した記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４と同一である。

前記再生参照光Ｒ６は、第１のビームスプリッタ２３、第２のビームスプリッタ２４、波長板２５、両凸レンズ２６及び可動レンズ２７を透過する。図５の前記可動レンズ２７は、図３の可動レンズ２７と同位置に調整されている。よってミラー２８にて反射して前記対物レンズ２９により前記ホログラム記録媒体１側で集光する再生参照光Ｒ６の開口数（ＮＡ）は、図３での記録参照光Ｒ３及び第１のデータ光Ｒ４よりなる第１の記録光Ｒ１の開口数（ＮＡ）と同じｎ・ｓｉｎθ１であり、焦点位置も第１の記録光Ｒ１と同じＡである（図１も参照）。よって前記再生参照光Ｒ６は反射面６ａにて反射する。前記再生参照光Ｒ６の戻り光が、記録層８を通過すると、前記再生参照光６の中央の空白部分に前記記録層８に記録されていた第１のデータが現れ、前記第１のデータを含む再生光として対物レンズ２９側に戻ってくる。

前記再生光は、ミラー２８にて反射されて、可動レンズ２７、両凸レンズ２６、波長板２５、第２のビームスプリッタ２４を透過し、前記第１のビームスプリッタ２３の半反射面２３ａにて反射され、ＣＣＤやＣＭＯＳなどからなる撮像素子４０にて第１のデータが再生される。

次にホログラム記録媒体１に記録された第２のデータを再生する図６では、前記可動レンズ２７が、図４の可動レンズ２７と同位置に調整されている。このため、前記可動レンズ２７を透過した再生参照光Ｒ７の前記対物レンズ２９から見て前記ホログラム記録媒体１側での開口数（ＮＡ）は、図４での記録参照光Ｒ１及び第２データ光Ｒ５よりなる第２の記録光Ｒ２と同じｎ・ｓｉｎθ２で、焦点位置も第２の記録光Ｒ２と同じＢの位置である（図１も参照）。よって前記再生参照光Ｒ７が全反射面４ａにて反射する。前記再生参照光Ｒ７の戻り光が、記録層８を通過すると、前記再生参照光Ｒ７の中央の空白部分に前記記録層８に記録されていた第２のデータが現れ、前記第２のデータを含む再生光として対物レンズ２９側に戻ってくる。

前記再生光は、ミラー２８にて反射されて、可動レンズ２７、両凸レンズ２６、波長板２５、第２のビームスプリッタ２４を透過し、前記第１のビームスプリッタ２３の半反射面２３ａにて反射され、ＣＣＤやＣＭＯＳなどからなる撮像素子４０にて第２のデータが再生される。

以上により図５、図６に示す開口数及び焦点制御の光学機構３１を有するホログラム記録再生装置を用いることで、コリニア式により記録層８の略同一領域に記録された複数のデータを簡単且つ適切に再生することが可能になる。

図３ないし図６の実施形態では記録と再生を兼用したホログラム記録再生装置として説明したが、ホログラム記録装置とホログラム再生装置とを別々に製造することが可能である。かかる場合、ホログラム記録装置では、撮像素子４０は必要なく、またホログラム再生装置では、空間変調器２２は必要ない。

また図３ないし図６の実施形態に示す光学機構３１は一例であって、図３ないし図６の構成に限定されるものではない。ただし対物レンズ２９に対して遠近移動可能な可動レンズ２７（レンズの種類は別のものでもよい）を設け、前記可動レンズ２７の移動によって、開口数や焦点の調整が行いやすく簡単な光学機構を実現できるので、少なくとも可動レンズ２７を設けることが好適である。

図２は、本実施形態の第２実施形態のホログラム記録媒体５０を膜厚方向から切断した切断面の断面図、及び、記録時あるいは再生時の光のホログラム記録媒体に対する照射状態を示す概念図である。

図２に示すように、ホログラム記録媒体５０は、下から第１の基板５１、第３の反射層５２、第４のギャップ層５３、第４の反射層５４、第５のギャップ層５５、第５の反射層５６、第６のギャップ層５７、記録層５８、第２の基板５９の順に積層されている。

この実施形態では、前記第１の基板５１の記録層５８側の表面に凹凸形状のサーボパターン６０が形成されている。前記サーボパターン６０にはアドレス情報やフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うための情報が記録されている。

前記第１の基板５１の表面のサーボパターン６０上に直接形成された第３の反射層５２の表面は、図１で説明した第１の反射層４の表面と同じ全反射面（以下、全反射面５２ａと称する）である。

前記全反射面５２ａから見て、前記記録層５８に近い側にある第４の反射層５４の表面（記録層側反射面）は、半透過の反射面５４ａである。図２では、焦点Ｄが前記反射面５４ａにて結ばれる第４の記録光Ｒ９は反射させるが、前記反射面５４ａから見て焦点Ｅが記録層５８から離れた全反射面５２ａで結ばれる第５の記録光Ｒ１０は透過させるように光学的に設計されている。

前記半透過の反射面５４ａから見て、前記記録層５８に近い側にある第５の反射層５６の表面（記録層側反射面）は、半透過の反射面５６ａである。図２では、焦点Ｃが前記反射面５６ａにて結ばれる第３の記録光Ｒ８は反射させるが、前記反射面５４ａから見て焦点Ｄ，Ｅが記録層５８から離れた反射面５４ａ及び全反射面５２ａで結ばれる第４の記録光Ｒ９及び第５の記録光Ｒ１０は透過させるように光学的に設計されている。

またこの実施形態では、第４の反射層５４及び第５の反射層５６は、記録光や再生参照光に使用される青色レーザや緑色レーザよりも長波長の赤色レーザを透過するように波長選択性が付与されている。

上記した第４の反射層５４及び第５の反射層５６の材質については、図１に示す第２の反射層６と同様の材質を用いることが可能である。

第１の基板５１、記録層５８、ギャップ層５３、５５、５７及び第２の基板５９の材質は図１で説明したものと同様のものを用いることが可能である。

図２に示すホログラム記録媒体５０の前記第１の基板５１の記録層側表面にはサーボパターン６０が形成されているので、サーボ光（赤色レーザ）を、サーボパターン６０上の全反射面５２ａに照射し、その戻り光を４分割フォトディテクタにて検知することで、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ、及びアドレスの判別を行うことができる。これにより前記対物レンズ２９のホログラム記録媒体５０に対する位置を適切に制御できる。また、半透過の反射面５４ａ、５６ａにも前記サーボパターン６０と同様のアドレス情報やフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うための情報が記録されていることが好ましい。

図３示すように、本実施形態のホログラム記録再生装置には、サーボ制御用光学機構６３が設けられており、第２の光源６１からサーボ光（赤色レーザ）が出射され、ハーフミラー６２にて反射される。前記サーボ光は、第２の対物レンズ３３を透過して平行光となり、第２のビームスプリッタ２４の半反射面２４ａにて反射される。前記第２のビームスプリッタ２４にて反射されたサーボ光は、光軸が記録光や再生参照光と同一である。さらに前記サーボ光は、波長板２５、両凸レンズ２６、可動レンズ２７を透過し、ミラー２８で反射されて、前記第１の対物レンズ２９を介して図２に示すホログラム記録媒体５０に照射される。このとき、前記サーボ光は、前記サーボピットパターン６０上の全反射面５２ａにて反射して再び対物レンズ２９側に戻ってくる。前記サーボ光の戻り光は、第１の対物レンズ２９を透過し、さらにミラー２８にて反射され、可動レンズ２７、両凸レンズ２６、波長板２５を透過し、第２のビームスプリッタ２４の半反射面２４ａにて反射されて第２の対物レンズ３３を透過して集光する。サーボ光の集光した戻り光は、前記ハーフミラー６２を透過し、４分割フォトディテクタ３４にて検出される。この４分割フォトディテクタ３４の出力に基づいて、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ、及びアドレスの判別が行われる。

上記にて、前記対物レンズ２９の前記ホログラム記録媒体５０に対する位置が調整され、続いて図２に示すホログラム記録媒体５０に対してホログラム記録を行う。

例えばまず、図２に示すように、光軸が同一の記録参照光と第３のデータ光よりなる第３の記録光Ｒ８がホログラム記録媒体５０に照射される。

図３ないし図５に示すホログラム記録再生装置を用い、可動レンズ２７を移動させて、前記第３の記録光Ｒ８の開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ３、焦点Ｃが最も記録層５８に近い半透過の反射面５６ａに結ぶように調整する。前記記録層５８にて前記記録参照光と第３のデータ光とが干渉することで、第３のデータが前記記録層５８に記録される。

続いて、図２に示すように、光軸が同一の記録参照光と第４のデータ光よりなる第４の記録光Ｒ９が前記ホログラム記録媒体５０に照射される。

図３ないし図５に示すホログラム記録再生装置を用い、可動レンズ２７を移動させて、前記第４の記録光Ｒ９の開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ４、焦点Ｄが半透過の反射面５４ａに結ぶように調整する。このとき、前記第４の記録光Ｒ９は、焦点Ｄよりも記録層５８側にある反射層５６を透過する。前記記録層５８にて前記記録参照光と第４のデータ光とが干渉することで、第４のデータが前記記録層５８に記録される。

続いて、図２に示すように、光軸が同一の記録参照光と第５のデータ光よりなる第５の記録光Ｒ１０が前記ホログラム記録媒体５０に照射される。

図３ないし図５に示すホログラム記録再生装置を用い、可動レンズ２７を移動させて、前記第５の記録光Ｒ１０の開口数（ＮＡ）がｎ・ｓｉｎθ５、焦点Ｅが最も記録層５８から離れた全反射面５２ａに結ぶように調整する。このとき、前記第５の記録光Ｒ１０は、焦点Ｅよりも記録層５８側にある反射層５４，５６を透過する。前記記録層５８にて前記記録参照光と第５のデータ光とが干渉することで、第５のデータが前記記録層５８に記録される。

これにより、記録層５８の略同一領域に第３データ、第４データ、及び第５データが夫々記録される。

前記ホログラム記録媒体５０の回転や前記対物レンズ２９のアクチュエータ３０による半径方向への移動により、新たな記録領域に前記対物レンズ２９がシフトし、そこで上記したアドレス情報の取得やサーボ制御が行われるとともに、略同一領域に多重記録が行われる。

またホログラム記録媒体５０の略同一領域に記録された複数のデータを再生する前に、上記したサーボ制御を行い対物レンズ２９のホログラム記録媒体５０に対する位置を調整する。ホログラム再生は、図５、図６を用いて説明したとおりである。すなわち、再生参照光の開口数（ＮＡ）及び焦点を、各データを記録した際の記録光と同じとなるように、前記可動レンズ２７を移動させることで調整して、図２に示すように、各再生参照光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の焦点Ｃ，Ｄ，Ｅを各反射面５２ａ，５４ａ，５６ａに合わせる。再生参照光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３は、各反射面５２ａ，５４ａ，５６ａにて反射し、記録層５８に記録された各データを含む再生光として戻り、各データが撮像素子４０にて再生される。

このように図２に示すホログラム記録媒体５０を用いることで、アドレス情報の取得やサーボ制御を行うとともに、簡単且つ適切に記録層５８の略同一領域に多重記録が可能であり、また略同一領域に記録された複数のデータを再生することが可能である。

また図２に示すように記録層５８から最も離れた反射面を全反射面５２ａとし、残りの反射面を、各反射面から見て焦点が記録層から離れた側にある記録光、再生参照光、及び赤色レーザを透過させるように光学的に調整することで、前記全反射面５２ａをサーボ制御用反射面とホログラム記録用反射面として兼用でき、対物レンズ２９の位置制御と更なる記録容量の向上を図ることが可能である。

本発明の第１実施形態のホログラム記録媒体を膜厚方向から切断した切断面の断面図、及び、記録時あるいは再生時の光（記録光あるいは再生参照光）のホログラム記録媒体に対する照射状態を示す概念図、 本発明の第２実施形態のホログラム記録媒体を膜厚方向から切断した切断面の断面図、及び、記録時あるいは再生時の光（記録光あるいは再生参照光）のホログラム記録媒体に対する照射状態を示す概念図、 本発明の実施形態のホログラム記録再生装置の概念図（第１のデータを記録している図）、 本発明の実施形態のホログラム記録再生装置の概念図（第２のデータを記録している図）、 本発明の実施形態のホログラム記録再生装置の概念図（第１のデータを再生している図）、 本発明の実施形態のホログラム記録再生装置の概念図（第２のデータを再生している図）、

符号の説明

１、５０ ホログラム記録媒体
２、９、５１、５９ 基板
３、５、７、５３、５５、５７ ギャップ層
４、６、５２、５４、５６ 反射層
４ａ、５２ａ 全反射面
６ａ、５４ａ、５６ａ 半透過の反射面
８、５８ 記録層
２０、６１ 光源
２２ 空間変調器
２３、２４ ビームスプリッタ
２６ 両凸レンズ
２７ 可動レンズ
２８ ミラー
２９、３３ 対物レンズ
３０ アクチュエータ
３１ 開口数及び焦点制御の光学機構
３４ ４分割フォトディテクタ
４０ 撮像素子
６０ サーボパターン
６２ ハーフミラー
６３ サーボ制御用光学機構
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０ 記録光
Ｒ３ 記録参照光
Ｒ４、Ｒ５ データ光
Ｒ６、Ｒ７、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３ 再生参照光

Claims (5)

1. ホログラム記録媒体に、光軸が同一の記録参照光及びデータ光よりなる複数の記録光を入射して複数のデータを記録するためのホログラム装置において、
   光源と、前記光源から発せられた光から前記記録光を生成するための記録光生成手段と、
   前記記録光生成手段と前記ホログラム記録媒体を支持する支持板との間に位置して、前記記録光を前記ホログラム記録媒体へ集光させるための対物レンズと、前記対物レンズと前記記録光生成手段との間に位置し、前記対物レンズから見て前記ホログラム記録媒体側での前記記録光の開口数及び焦点を変化させるための光学機構と、を有し、
   前記ホログラム記録媒体は、記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記記録光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
   各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記記録光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
   前記光学機構により、前記ホログラム記録媒体に対して、前記光軸が同一で且つ前記開口数が異なる複数の前記記録光が照射されて、前記ホログラム記録媒体の前記記録層の略同一領域に複数の前記データが多重記録されることを特徴とするホログラム装置。
2. ホログラム記録媒体に、再生参照光を入射して前記ホログラム記録媒体の記録層の略同一の領域に記録された複数のデータを再生するためのホログラム装置において、
   光源と、前記ホログラム記録媒体を支持する支持板と前記光源との間に位置して、前記光源からの再生参照光を前記ホログラム記録媒体へ集光させるための対物レンズと、前記対物レンズと前記光源との間に位置し、前記対物レンズから見て前記ホログラム記録媒体側での前記再生参照光の開口数及び焦点を変化させるための光学機構と、前記再生参照光がホログラム記録媒体の前記反射面で反射された戻り光に含まれる前記データを再生するための撮像素子と、を有し、
   前記ホログラム記録媒体は、光軸が同一で且つ開口数が異なる複数の記録参照光及びデータ光よりなる記録光が照射されて、略同一領域に複数の前記データが多重記録された記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記再生参照光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
   各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記再生参照光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
   前記光学機構により、前記ホログラム記録媒体に対して、前記光軸が同一で且つ前記開口数が異なる複数の前記再生参照光が照射されて、前記ホログラム記録媒体の前記記録層の略同一領域に多重記録された複数の前記データが再生されることを特徴とするホログラム装置。
3. 前記光学機構は、前記対物レンズに対して遠近移動可能な可動レンズを有する請求項１又は２に記載のホログラム装置。
4. ホログラム記録媒体に、光軸が同一の記録参照光及びデータ光よりなる複数の記録光を入射して複数のデータを記録するためのホログラム記録方法において、
   前記ホログラム記録媒体は、記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記記録光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
   各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記記録光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
   前記記録光を前記ホログラム記録媒体へ向けて照射し、前記記録光を対物レンズを通して前記ホログラム記録媒体へ集光させるとき、
   光軸が同一である複数の前記記録光の前記対物レンズから見た前記ホログラム記録媒体側での開口数を変化させるとともに、各記録光の焦点を、夫々、前記ホログラム記録媒体の膜厚方向の異なる位置に設けられた各反射面に合わせて、前記記録層の略同一領域に複数の前記データを多重記録することを特徴とするホログラム記録方法。
5. ホログラム記録媒体に、再生参照光を入射して前記ホログラム記録媒体の記録層の略同一の領域に記録された複数のデータを再生するためのホログラム再生方法において、
   前記ホログラム記録媒体は、光軸が同一で且つ開口数が異なる複数の記録参照光及びデータ光よりなる記録光が照射されて、略同一領域に複数の前記データが多重記録された記録層と、前記記録層の前記記録光の入射側と反対側に膜厚方向に間隔を空けて設けられ、各開口数における前記再生参照光の膜厚方向に異なる焦点に対応した複数の反射面と、を有し、
   各反射面のうち、前記記録層から最も離れた反射面を除く記録層側反射面は、各記録層側反射面から見て、前記焦点が前記記録層から離れた側に位置する前記再生参照光を透過させる半透過の反射面で形成され、前記記録層から最も離れた位置にある前記反射面は全反射面であり、
   光軸が同一の複数の前記再生参照光の前記対物レンズから見た前記ホログラム記録媒体側での開口数を変化させるとともに、各再生参照光の焦点を、夫々、前記ホログラム記録媒体の膜厚方向の異なる位置に設けられた各反射面に合わせて、複数の前記データを再生することを特徴とするホログラム再生方法。

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