JP5422740B2 - ホログラム記録方法および記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ホログラムの記録方法および記録再生装置に関する。

ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc）などに代表される光情報記録媒体は、これまで主としてレーザ光の短波長化および対物レンズの開口数（ＮＡ）の増大により記録密度の増加に対応してきた。しかし、そのいずれもが技術的な理由などにより限界に近づいているといわれており、その他の手段または方式による記録密度の増大が要望されている。
そこで、ホログラフィを用いた体積記録型の高密度光記録（以下、ホログラフィックメモリという。）およびホログラフィックメモリの記録再生装置が開発されている。ＤＶＤなどのように記録面上に記録マークを記録する、いわゆる面記録方式に対して、ホログラフィックメモリの記録に用いるホログラフィック光ディスクは、情報記録層の厚み方向への記録が可能な体積記録方式であるため、ＤＶＤなどに比べて大きな記録密度を獲得できる。
ＤＶＤなどの場合、記録マークは一般にＯＮ／ＯＦＦのビットデータを表すが、ホログラフィックメモリの場合、比較的大量の情報が一括して変調されて干渉縞として記録媒体に記録される。この一組の情報は、記録媒体に保持する情報光の変調パターンで、白黒のドットで構成された２次元バーコード状の記録再生の最小単位であり、再生像（ページデータ）という。一回の記録または再生で大量の情報を得ることができるため、高い転送レートが実現できる。

特開平１０−１０５０３３公報 特開２００７−１２７６９７公報

しかしながら、記録媒体に情報を記録する位置には高い位置決め精度が要求されることになり、情報記録時に記録媒体が振動している場合には、いつまでも記録が行われない、または、記録可能な時間が著しく短くなる。その結果、所望のページデータを記録するのに必要以上に長い露光時間を要するという問題がある。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、定常的な微小振動が存在する場合でも、短時間で効率的に情報を記録できるホログラムの記録方法および記録再生装置を提供することを目的とする。

本実施形態のホログラム記録再生装置は、まず、可干渉性の光源より出射される、記録される情報を含む情報光と該情報光と同一波長である参照光とが干渉することにより、ホログラムとして情報が記録されるホログラム記録媒体の変位を検出して変位信号を生成する。次に、一定時間ごとに前記変位信号をサンプリングし、一定間隔で区切った複数の範囲のそれぞれを階級として、前記変位信号のサンプリング値が該当する階級に度数を割り当てて該サンプリング値の頻度分布情報を計算する。次に、前記頻度分布情報から前記変位信号の変位の振幅範囲である許容変位範囲を決定し、前記ホログラム記録媒体に情報の記録を開始するときに、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲内にある場合は、前記ホログラム記録媒体に情報の記録をおこない、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲外にある場合は、前記情報光および前記参照光の少なくともどちらか一方を、前記情報が前記ホログラム記録媒体に記録されない光強度に減光または遮断する露光制御をおこなうことを特徴とする。

ホログラム記録再生装置を示すブロック図。 ホログラム記録媒体の構造を示す図。 ホログラム記録再生装置の光学系を示すブロック図。 ホログラム記録再生装置の制御構造を示す図。 本実施形態に係るＤＳＰを示すブロック図。 本実施形態に係るＤＳＰのレーザ制御処理の動作を示すフローチャート。 本実施形態に係るレーザ制御処理をおこなった場合の時間波形とレーザ強度との関係の一例を示す図。 本実施形態に係るレーザ制御処理をおこなった場合の時間波形とレーザ強度との関係の別例を示す図。 本実施形態に係るレーザ制御処理をおこなった場合の頻度分布情報と再生像との一例を示す図。 本実施形態の変形例に係るＤＳＰを示すブロック図。 本実施形態の変形例に係るＤＳＰのレーザ制御処理の動作を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るホログラム記録方法および記録再生装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。

本実施形態が適用可能なホログラム記録再生装置について図１を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係るホログラム記録再生装置１００は、変位検出部１０１、レーザ制御部１０２、撮像素子制御部１０３、再生角度制御部１０４、シャッター制御部１０５、空間光変調制御部１０６、信号処理部１０７、主演算処理部（ＣＰＵ）１０８、ＲＡＭ１０７、ＲＯＭ１１０、ＮＶ−ＲＡＭ１１１、ＩＦ（インタフェース）部１１２、信号バス１１３、ホログラム光学系１５０を含む。さらに、ホログラム光学系１５０は、レーザ光源１５１、撮像素子１５２、角度ステージ１５３、シャッター１５４、空間光変調部１５５を含む。
このホログラム記録再生装置１００を用いて、ホログラム記録媒体１３０に情報を記録する。ホログラム記録媒体１３０については、図２を参照して後述する。また、ホログラム光学系１５０の動作については、図３を参照して後述する。

変位検出部１０１は、ホログラム記録媒体１３０が振動することにより生じる変位を検出し、変位に応じた電気信号（以下、変位信号とも呼ぶ）として出力する。変位検出部１０１は、フォトニックセンサやレーザ変位計などの光学式センサや、圧電素子などを用いることもできる。なお、ホログラム記録媒体１３０で反射した参照光のスポット位置を検出する手法でもよく、媒体の変位に応じた電気信号が得られればどのような手法でもよい。参照光は、情報光と同一波長で一般的には情報光と同一光源から生成される光であり、参照光については図３を用いて後述する。
また、図示しないが、ホログラム記録媒体１３０に反射層を設け、従来のＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスク同様に焦点誤差信号を検出するようにして、ホログラム記録媒体１３０の変位に応じた信号を得てもよい。

レーザ制御部１０２は、情報記録時または再生時にＣＰＵ１０８の指令に基づいて設定された再生時レーザパワー、記録時レーザパワーが適切に得られるように、レーザ光源１５１を制御する。また、レーザ制御部１０２は、変位検出部１０１から変位信号を受け取り、変位信号に基づいてレーザ光源１５１の強度を変調する。レーザ制御部１０２の動作については、図４を参照して後述する。

撮像素子制御部１０３は、情報再生時に、ＣＰＵ１０８からの指令に基づいて設定された撮像素子のパラメータを撮像素子１５２に設定し、ＣＰＵ１０８からの指令に基づいて撮像開始の合図となる信号を撮像素子１５２に送る。さらに、撮像素子制御部１０３は、撮像された画像データをＲＡＭ（Random Access Memory）１０７に記録する。

再生角度制御部１０４は、情報記録時または再生時に、参照光とホログラム記録媒体１３０との角度を制御するための指令をＣＰＵ１０８から受け取り、この指令に基づいて角度ステージ１５３を制御する。

シャッター制御部１０５は、情報記録時または再生時に、シャッター１５４の開閉を制御する。

空間光変調制御部１０６は、情報記録時に、ホスト装置１２０からＩＦ １１２を介して提供される記録したい情報（記録データ）に基づいて、画像データを空間光変調部１５５に表示する。

信号処理部１０７は、再生信号処理および記録信号処理をおこなう。再生信号処理の場合には信号バス１１３を介して画像データを取得し、デジタルデータにデコードするための処理をおこなう。記録信号処理の場合には再生信号処理とは逆の処理、すなわち、エンコードをおこなう。

図示されている各制御部、メモリなどは、すべて信号バス１１３を介してＣＰＵ１０８によって制御される。ＣＰＵ１０８は、ＩＦ １１２を通じてホスト装置１２０から提供される動作コマンドに従って、記録再生装置の全体動作を制御する。また、ＣＰＵ１０８は、ＲＡＭ１０９を作業エリアとして使用し、不揮発メモリ（ＮＶ−ＲＡＭ：Non-Volatile Random Access Memory）１１１に記録された装置個体ごとのパラメータを適宜参照し、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０に記録されているプログラムを含む制御プログラムに従って所定の動作をおこなう。

次に、ホログラム記録媒体１３０の構造について図２を参照して詳細に説明する。
ホログラム記録媒体１３０は、透過型の記録媒体であり、図２に示すように、対向する２つの基板２０１ａおよび基板２０１ｂと、基板２０１ａと基板２０１ｂとの間に挟持されて基板２０１ｂ上に積層されたホログラム記録層２０２と、を含む。

基板２０１ａおよび２０１ｂは、ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂などの光透過性を有する材質で形成される。ただし、基板２０１ａおよび２０１ｂの材質は、これらに限定されるものではなく、例えば、一般的なレーザ光の全波長に対して透過性を有する必要はないので、使用するレーザ光の波長に対する透過性を有する材質で形成されていればよい。

ホログラム記録層２０２は、ホログラム記録材料から形成される。ホログラム記録材料は、レーザ光の情報光と参照光とを干渉させてホログラムが形成される材料である。ホログラム記録材料としては、一般にはフォトポリマーと呼ばれるラジカル重合形の材質で形成され、ラジカル重合性化合物、光ラジカル重合開始剤、マトリックス材料などが含まれる。なお、ホログラム記録材料は、これらの材料に限定されるものではなく、ホログラム記録が可能な材料であれば、いずれの材料を用いてもよい。

次に、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１００の光学系について図３を参照して詳細に説明する。
ホログラム光学系１５０は、レーザ光源１５１、１／４波長板３０１，３１１、偏光ビームスプリッタ３０２，３０５，３０６、空間光変調部１５５、レンズ３０３，３０４，３０９，３１０、シャッター１５４、撮像素子１５２、集光レンズ３０７、ミラー３０８、および共役ミラー３１２を含む。

本実施形態では、情報光と参照光とが別々の対物レンズなどを経てホログラム記録層２０２において重なるようにホログラム記録媒体１３０に入射させる方式である、二光束方式の光学系を採用する。なお図３においては、煩雑さを避けるために、レーザ光を整形するためのコリメータレンズなどは省略して図示する。

レーザ光源１５１は、記録再生用のレーザ光を出射する光源であり、一般には緑色や青紫色の半導体レーザおよび波長を安定させるための外部共振器（図示せず）を組み合わせて用いる。なお、レーザ光源１５１として、その他の波長や、いわゆるＤＦＢレーザ、ＳＨＧレーザ、固体レーザ、および気体レーザなどのレーザ光を出射するような光源を用いてもよい。

レーザ光源１５１から出射されたレーザ光は、直線偏光を円偏光にする１／４波長板３０１によって直線偏光が円偏光にされ、偏光ビームスプリッタ３０２によって２つの光束に分割される。２つの光束のうち偏光ビームスプリッタ３０２によって反射された第１の光束は、レンズ３０３、３０４により径の調整がおこなわれて、再び偏光ビームスプリッタ３０５で反射されて空間光変調部１５５に入射され、空間光変調部１５５によって変調される。ここで、空間光変調部１５５としては、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイスなどを用いることができ、空間光変調部１５５によって、レーザ光を空間的に変調して情報を担持する情報光が生成される。

その後、空間光変調部１５５によって変調された第１の光束は、今度は偏光ビームスプリッタ３０５，３０６を透過して、集光レンズ３０７により収束光となり、情報光としてホログラム記録媒体１３０のホログラム記録層２０２に集光される。なお、このときシャッター１５４は、開状態となり、情報光である第１の光束を遮断することはない。

一方、偏光ビームスプリッタ３０２によって分割された２つの光束のうち偏光ビームスプリッタ３０２を透過した第２の光束は、ミラー３０８で反射して、レンズ３０９、３１０により光束の直径が調整され、ホログラム記録媒体１３０のホログラム記録層２０２に参照光として照射される。

ここで、上述したホログラム光学系１５０によるホログラム記録媒体１３０のホログラム記録層２０２へ、ホログラムを記録するときは、まず、上述の過程により生成された情報光と参照光とをホログラム記録層２０２中の同一位置に照射し、これらの光を重ね合わせて干渉縞を形成させる。このとき、フォトポリマー中の光重合開始剤がフォトンを吸収して活性化し、干渉縞明部のモノマーの重合を発動させて促進させる。モノマーの重合が進行して干渉縞明部に存在するモノマーが消費されると、干渉縞暗部から明部にモノマーが移動して供給され、結果として、干渉縞パターンの明部と暗部に密度差が生じる。これにより、干渉縞パターンの強度分布に応じた屈折率変調が形成されるのでホログラム記録をおこなうことができる。このときに十分な屈折率変調が生じるまでの時間、すなわちホログラム記録媒体１３０に情報を記録するために必要とされる時間である必要露光時間Ｔｗを、媒体の特性や多重数、レーザパワーによって予め決定もしくは学習しておき、その都度調整することで安定した記録ができる。

一方、ホログラム記録媒体１３０に記録された情報を再生するときは、シャッター１５４を閉状態として情報光を遮断し、第２の光束を、ホログラム記録媒体１３０を一旦透過し、１／４波長板３１１を通過し、参照光のみをホログラム記録媒体１３０に入射させる。具体的には、第２の光束が、共役ミラー３１２で第２の光束の位相が共役となるように位相成分が反転されて反射され、参照光として入射される。すなわち、ホログラムを形成するときに参照光を照射した方向とは反対方向から、ホログラム記録媒体１３０に対して参照光を照射して再生光を取り出す。このように反対方向から参照光を照射することで、ホログラム光学系１５０の回路規模を小さくすることができる。また、ホログラム記録媒体１３０から取り出された再生光は、偏光ビームスプリッタ３０６で図３の下の方向に向きを変えた上で撮像素子１５２により取得される。ここで、撮像素子１５２には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサを用いることができる。ただし、これに限定されるものではなく、撮像素子１５２として１次元のリニアイメージセンサを走査して用いてもよいし、撮像管を用いてもよい。

なお、位相を揃えるため、情報光と参照光とのホログラム記録媒体１３０にいたるまでの光路長は、同一であることが好ましいが、レーザ光源１５１のいわゆるコヒーレント長で許容される範囲であれば当該光路長は異なっていてもよい。
さらに、ホログラム記録媒体１３０と撮像素子１５２との間にダイクロイックミラーを設置してもよい。

次に、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１００の具体的な制御構造について図４を参照して説明する。
ここでは、変位検出部１０１、ホログラム光学系１５０、レーザ制御部１０２を用いて説明する。ホログラム光学系１５０の動作は、図３の動作と同様であるのでここでの説明は省略する。レーザ制御部１０２は、ＢＰＦ（Band Pass Filter）部４０１、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換部４０２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４０３、デジタル出力部（ＤＩＯ）４０４およびレーザ駆動部（ＬＤ Driver）４０５を含む。

ＢＰＦ部４０１は、変位検出部１０１から変位信号を受け取り、変位信号から直流成分と高域のノイズ成分とを取り除き、振動成分のみの情報を有する振動変位信号を抽出する。

Ａ／Ｄ変換部４０２は、ＢＰＦ部４０１から振動変位信号を受け取り、この振動変位信号についてアナログ−デジタル変換をおこなう。

ＤＳＰ４０３は、Ａ／Ｄ変換部４０２からデジタル化された振動変位信号を受け取り、デジタル化された振動変位信号をもとに、変位信号の振幅方向の変位が所定の範囲内であるときにホログラム記録媒体１３０に情報を記録するように、変調信号を生成する。ＤＳＰ４０３の具体的は処理については図６のフローチャートを参照して後述する。

デジタル出力部４０４は、ＤＳＰ４０３から変調信号を受け取り、変調信号に応じて複数の電圧信号を出力する。ここでは、ＨｉｇｈとＬｏｗとの２値の電圧信号を出力する。一般的なＴＴＬレベルとして、Ｈｉｇｈでは２．０Ｖ以上、Ｌｏｗでは０．８Ｖ以下の電圧信号を出力する。なお、２値信号に限らず、複数のレベルを設けた電圧信号を出力してもよい。

レーザ駆動部４０５は、デジタル出力部４０４から２値の電圧信号を受け取り、２値の電圧信号に関して、ＨｉｇｈからＬｏｗへ、ＬｏｗからＨｉｇｈへのタイミングと同期して、レーザ光源１５１の駆動電流がパルス状になるように変調して出力する。すなわち、２値の電圧信号がＨｉｇｈのときはホログラム記録媒体１３０に記録を行う場合のレーザ強度となるような電流値を出力し、Ｌｏｗのときは記録を行わない状態のレーザ強度となるような電流値を出力する。出力電流値は２値に限らず、複数のレベルを設けるように構成してもよく、少なくとも記録を行うレーザ強度と、記録をおこなうレーザ強度に達しないレーザ強度との２種類が存在すればよい。

なお、図４に示した例ではＢＰＦ４０１があるがこれは必須ではなく、変位信号からフィルタ処理を行わずに、直接ホログラム記録媒体１３０の変位状態を抽出して処理することができれば、変位検出部１０１の出力が直接Ａ／Ｄ変換部４０２に入力されてもよい。

続いて、ＤＳＰ４０３の構成について図５を参照して詳細に説明する。
ＤＳＰ４０３は、オフセット除去部５０１、頻度分布計算部５０２、ピーク検出部５０３、記録範囲決定部５０４および変調信号生成部５０５を含む。なお、変調信号生成部５０５と、上述したデジタル出力部４０４およびレーザ駆動部４０５とをあわせて露光制御部とも呼ぶ。

オフセット除去部５０１は、Ａ／Ｄ変換部４０２からデジタル化された振動変位信号を受け取り、ＡＤコンバータのオフセット分など、前段のＢＰＦ４０１で除去しきれなかったＤＣ成分のオフセットを振動変位信号から除去し、振動信号を生成する。

頻度分布計算部５０２は、オフセット除去部５０１から振動信号を受け取り、振動信号の振幅方向の変位に対して、振動信号のサンプリング値がどの範囲に分布するかを示す頻度分布を計算し、頻度分布情報を生成する。

ピーク検出部５０３は、頻度分布計算部５０２から頻度分布情報を受け取り、頻度分布情報の中で最大値、すなわち最も出現頻度が高い値を頻度中心変位として検出する。

記録範囲決定部５０４は、ピーク検出部５０３から頻度中心変位を受け取り、ホスト装置１２０からタイミング信号を受け取った場合に、頻度中心変位に基づいて許容変位範囲を決定する。

変調信号生成部５０５は、ウィンドウコンパレータを構成しており、オフセット除去部５０１から振動信号を受け取り、ホスト装置１２０からタイミング信号を受け取った場合に、タイミング信号がＨｉｇｈを指示し、かつ振動信号の変位が許容変位範囲内にあればＨｉｇｈとし、許容変位範囲外にあればＬｏｗとなるような２値の変調信号を生成する。ここで、タイミング信号がＨｉｇｈを指示する場合とは、ホログラム記録媒体に情報の記録をおこなう場合を示す。また、タイミング信号がＬｏｗを指示する場合には、Ｌｏｗとなるような変調信号に固定し、変調信号を変化させない。

次に、ＤＳＰ４０３の動作について図６のフローチャートを参照して詳細に説明する。

ステップＳ６０１では、Ａ／Ｄ変換部４０２からデジタル化された振動変位信号が、オフセット除去部５０１に入力される。デジタル化された振動変位信号は、直流成分が取り除かれているため、通常は０を中心に正負に振動する値としてオフセット除去部５０１に入力される。

ステップＳ６０２では、オフセット除去部５０１が、ＡＤコンバータのオフセット分など、前段のＢＰＦ４０１で除去しきれなかったＤＣ成分のオフセットをデジタル化された振動変位信号から除去し、振動信号を生成する。

ここで、ステップＳ６０２の後の処理は、２つのスレッドに分けて並列的に処理される。

ステップＳ６０３では、頻度分布計算部５０２が、振動信号に関して、所定の時間における変位の頻度分布を計算して頻度分布情報を生成する。
頻度分布情報は、はじめにサンプル時間Ｔｌの振動信号の変位に関する頻度分布を生成する。Ｔｌは、必要露光時間Ｔｗに合わせることが望ましいが、それより短い時間間隔でもよい。サンプリング間隔をＴｓとすると、このときデータ点数（Ｔｌ/Ｔｓ）は少なくとも５０以上になるように予めＴｓを設計しておくことが望ましい。さらに変位の頻度分布の範囲Ｒを許容範囲±ｄに対して４ｄ、変位の頻度分布の範囲を一定間隔に区切った場合の分割数を示す階級数ＮをＮ＝２０と設定し、階級間隔ｈはＲ／Ｎより求める整数とする。これらのＴｓ，Ｒ，Ｎ，ｈの数値は設計要件であり、対象とする系にあわせて適切に設計され、これに限定されない。また許容範囲±ｄは、ホログラム光学系およびレーザ波長で決まる、二重に重なって記録されていてもそれぞれのページ間で干渉が起きないような範囲であり、例えば、波長の半分程度（０．２μｍ）になるように設定されるが、これに限定されない。

各階級の端点をａ［ｎ］＝（ｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）とすると、各端点は式（１）で表せる。

続いて、頻度分布計算部５０２は、変位信号のサンプリング値Ｖ_ｉｎが各階級に含まれる数をカウントする。すなわちサンプリング周期ごとに、変位信号のサンプリング値がａ［ｋ］≦Ｖ_ｉｎ＜ａ［ｋ］＋ｈの範囲内となるとき、配列Ｈｉｓｔ［ｋ］の値をインクリメントすることで、配列Ｈｉｓｔ［ｎ］（ｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）には階級ｎにおける頻度を示す値が格納され、頻度分布情報が生成される。

ステップＳ６０４では、頻度分布計算部５０２が、所定のサンプル時間Ｔｌが経過しているかどうかを判定する。所定のサンプル時間Ｔｌが経過していない場合、つまりサンプリング値の数が所定の数に到達していない場合にステップＳ６１０に進む。一方、所定のサンプル時間Ｔｌが経過した場合、つまりサンプリング値の数が所定の数に到達した場合はステップＳ６０５に進む。

ステップＳ６０５では、ピーク検出部５０３が、頻度分布情報に基づいて、配列Ｈｉｓｔ［ｎ］（ｎ＝０，１，２，・・・，Ｎ−１）の最大値探索をおこない、サンプリング値が格納されている数が最も多い配列、すなわち最頻値を示す階級ｎ＝ｎ_ｍａｘを検出する。このとき、ピーク検出部５０３は、変位信号の変位の中心値を示す頻度中心変位Ｃ’を、
Ｃ’＝−ｄ＋（ｎ_ｍａｘ＋０．５）×ｈ
から算出し、中心変位情報を生成する。なお、ピークとなる最頻値が複数存在する場合には、どの最頻値を選択しても得られる効果は同一となるため、複数の最頻値の中から１つ選択して、選択した最頻値を用いて頻度中心変位Ｃ’を算出すればよい。

ステップＳ６０６では、記録範囲決定部５０４が、ホスト装置１２０からタイミング信号に同期する。そして、記録範囲決定部５０４がタイミング信号を受け取った場合に、頻度中心変位Ｃ’を許容中心変位Ｃとして、ホログラム記録媒体に情報を記録するときに許容される変位信号の振幅範囲である許容変位範囲Ｃ±ｄと決定する。

ステップＳ６０７では、頻度分布計算部５０２の配列Ｈｉｓｔ［ｎ］が初期化される。

ステップＳ６０８では、変調信号生成部５０５が、ホスト装置１２０から記録を指示する（Ｈｉｇｈを指示する）タイミング信号を受け取った場合に、変調信号としてＶ_ｏｕｔ（ＨｉｇｈまたはＬｏｗの２値信号）を生成する。具体的には、オフセット除去部５０１から入力された振動信号をＶ_ｉｎ、記録範囲決定部５０４で決定された許容変位範囲Ｃ±ｄ（単位はμｍをデジタル値に変換した値）、変調信号をＶ_ｏｕｔ（ＨｉｇｈまたはＬｏｗの２値信号）とすると、変調信号生成部５０５の処理は式（２）のように表される。

また、変調信号生成部５０５は、記録範囲決定部５０４から新たに決定された許容変位範囲Ｃ±ｄにより更新されるまで、それ以前の許容変位範囲を用いて変調信号を生成する。

ステップＳ６０９では、変調信号に応じてＨｉｇｈまたはＬｏｗの２値の電圧信号を出力し、ステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６１０では、１サンプリング値当たりの処理を終了し、次のサンプリング値に対してもステップＳ６０１からステップＳ６１０まで同様の処理をおこなう。

なお、レーザ駆動部４０５において、変調信号をＬｏｗレベルにおいてもバイアスパワー以上で、かつＨｉｇｈレベルにおける記録パワーよりも小さいバイアス電流を重畳しておくことによって、緩和振動の発生を抑制し、コヒーレンスの悪化を抑える効果が得られる。また、電流注入から発光までの応答遅延を短縮することもできる。その結果、振動の発生から、レーザの変調までに生じる遅延時間を短縮できるため、より高い周波数の振動に対しても効果を得ることができる。

次に、本実施形態にかかるホログラム記録再生装置１００のデータ記録時のレーザ制御動作を図７と図８とを参照して詳細に説明する。
図７は、静止している媒体に対して、突発的に振動が加わった場合のホログラム記録再生装置１００の記録動作を示し、図７上部の曲線（ａ）は、変位検出部１０１により取得したホログラム記録媒体１３０の変位を表す変位信号であり、図７下部の曲線（ｂ）は、変調されたレーザ強度を表す。ホログラム記録媒体１３０が静止している間（Ａ−Ｂ間）、変調信号はＨｉｇｈとなり、レーザ強度は記録パワーとなり、ホログラム記録媒体１３０へのホログラムの記録がおこなわれる。このとき許容変位範囲７０１は、ホログラム記録媒体１３０が静止している時の変位信号の定常状態を中心とした、図７上部の矢印で示された範囲となる。続いて、ホログラム記録媒体１３０に振動が加わり変位信号が許容変位範囲を超えた点Ｂにおいては、曲線（ｂ）に示すように変調信号がＬｏｗとなり、レーザ強度は記録に寄与しない程度のバイアスパワーとなる。そして、変位が再び許容変位範囲７０１内に収まるまでの間（Ｂ−Ｃ間）、ホログラム記録媒体１３０への記録は中断される。このように、変位信号の変位に応じて、許容変位範囲内に変位信号が収まる場合に発光し、ホログラム記録媒体１３０中の意図しない場所へのホログラム記録を阻止する。

次に、図８は、ホログラム記録媒体１３０が定常的に定期的に振動している場合のホログラム記録再生装置１００の記録動作を示し、図８上部の曲線（ａ）は、変位検出部１０１により取得したホログラム記録媒体１３０の変位を表す変位信号であり、図８上部の曲線（ｂ）は、変調されたレーザ強度を表す。
このときの変位頻度分布は曲線（ａ）に示すような、２つのピークをもつ形状となる。この場合は、片方のピークを中心とした所定の範囲が許容変位範囲として設定され、このときの許容変位範囲８０１は、図８上部の矢印で表す範囲のように振動の中心からシフトした範囲となる。その結果、レーザ光の変調レーザ強度は、曲線（ｂ）のように変調され、振動の片方のピークでのみ記録パワーでの発光がおこなわれる。頻度分布を観測することによりホログラム記録媒体１３０の変位位置を推定することができるため、同一の記録場所に効率的に情報を記録することができ、結果として従来よりも短時間で情報を記録することができる。

本実施形態に係るホログラム記録再生装置１００により生成された再生像と従来手法の場合の再生像との比較について図９を参照して詳細に説明する。
図９（ａ）は定期的な振動における頻度分布情報を表し、図９（ｂ）は従来手法を用いて定期的な振動の状態で記録したホログラムの再生像を示す。その結果、振動の影響により、ホログラム記録媒体１３０中の複数の記録場所にデータを記録してしまうため、非再生領域（例えば、図９（ｂ）中、右側の隅にある黒い領域）が生じ、再生像の劣化が生じていることがわかる。一方、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１００では、図９（ｃ）に表された頻度分布情報のうち、最頻値９０１を含む中心から左側の範囲でのみ記録し、右側の斜線部では記録を停止する。その結果、得られる再生像は図９（ｄ）に示すように、再生像全面に渡って明遼に得られ、高品質の再生像となる。
以上に示した実施形態によれば、ホログラム記録媒体の変位を計測し、変位状態にあるホログラム記録媒体中で変位の頻度分布が最も高い範囲を選択してホログラム記録媒体に情報を記録できる変位の許容範囲を設定することで、振動状態によらずにその影響を排除しつつ、ホログラム記録媒体中の所望の記録場所に短時間で効率的に高品質なホログラムを記録できる。

（実施形態の変形例）
本実施形態に係る変形例は、ホログラム記録媒体に情報を記録する場合に、情報を記録した累積時間をカウントし、一定時間経過した場合は露光を停止する。累積時間をカウントすることで、露光時間が不十分で記録がうまく行えない状態になる場合や、情報を記録する際に記録がうまくおこなえない状態にもかかわらず記録し続けてしまう場合をなくし、無駄な記録時間を削減することができる。

本変形例に係るＤＳＰについて図１０のブロック図を参照して説明する。
ＤＳＰ１０００は、オフセット除去部５０１、頻度分布計算部５０２、ピーク検出部５０３、記録範囲決定部５０４、カウント部１００１、および変調信号生成部１００２を含む。オフセット除去部５０１、頻度分布計算部５０２、ピーク検出部５０３、および記録範囲決定部５０４は、図５に示した各ブロックと同様の動作をするため、ここでの詳細な説明は省略する。
カウント部１００１は、例えばタイマーであり、ホスト装置１２０からのタイミング信号を変調信号生成部５０５が受け取り、変調信号を生成して、ホログラム記録媒体１３０に記録が始まった時点から時間のカウントを始める。そして一定時間を経過した場合に、累積カウント値をリセットし、リセットしたことを示すリセット信号を生成する。

変調信号生成部１００２は、カウント部１００１が累積カウント値をリセットしたことを示すリセット信号を受け取った場合に、変調信号としてＬｏｗの電圧信号を生成する点が図５に示す変調信号生成部５０５と異なるが、後は変調信号生成部５０５と同様の動作をおこなう。

次に、本変形例に係るＤＳＰ１０００の動作について図１１のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、図１１に示すフローチャートのうち、ステップＳ６０１からステップＳ６０７、ステップＳ６０９、ステップＳ６１０までは、図６に示した各ステップと同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

ステップＳ６０８では、変調信号生成部５０５が、後述する累積カウント値Ｉがゼロであり、かつホスト装置１２０からＨｉｇｈを指示するタイミング信号を受け取った時点から動作を開始し、累積カウント値Ｉがゼロでない限り、サンプリングごとに変調信号を生成し続ける。
ステップＳ１１０１では、カウント部１００１が、ステップＳ６０８で変調信号生成部５０５がＨｉｇｈの変調信号を生成した後に、累積露光時間のカウントを開始する。累積露光時間は、ホログラム記録媒体１３０に記録をおこなっている時間、すなわち変調信号がＨｉｇｈとなっている場合のみカウントをおこなった累積時間である。
ステップＳ１１０２では、カウント部１００１が、累積露光時間が所定の必要露光時間Ｔｗに達するまでカウントする。累積露光時間は累積カウント値Ｉ×サンプリング周期Ｔｓで求めることができる。累積露光時間が必要露光時間Ｔｗに達した場合は、ステップＳ１１０３に進む。一方、累積露光時間が必要露光時間Ｔｗに達していない場合は、ステップＳ６０９に進み、そのまま変調信号が出力され、記録を続ける。
ステップＳ１１０３では、カウント部１００１が累積カウント値Ｉをゼロにリセットし、同時に変調信号生成部５０５がカウント部１００１からリセット信号を受け取り、変調信号をＬｏｗに再設定する。
以上で１サンプリング値の処理を終了し、次のサンプリング値に対しても同様の処理をおこなう。

以上に示した本実施形態に係る変形例では、カウント部により累積露光時間を計測することで、露光時間が不十分で記録がうまく行えない状態になる場合や、情報を記録する際に記録がうまくおこなえない状態にもかかわらず記録し続けてしまう場合をなくし、無駄な記録時間を削減することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１００・・・ホログラム記録再生装置、１０１・・・変位検出部、１０２・・・レーザ制御部、１０３・・・撮像素子制御部、１０４・・・再生角度制御部、１０５・・・シャッター制御部、１０６・・・空間光変調制御部、１０７・・・信号処理部、１０８・・・ＣＰＵ、１０９・・・ＲＡＭ、１１０・・・ＲＯＭ、１１１・・・ＮＶ−ＲＡＭ、１１２・・・ＩＦ、１２０・・・ホスト装置、１３０・・・ホログラム記録媒体、１５０・・・ホログラム光学系、１５１・・・レーザ光源、１５２・・・撮像素子、１５３・・・角度ステージ、１５４・・・シャッター、１５５・・・空間光変調部、２０１ａ，２０１ｂ・・・基板、２０２・・・ホログラム記録層、３０１，３１１・・・１／４波長板、３０２，３０５，３０６・・・偏光ビームスプリッタ、３０３，３０４，３０９，３１０・・・レンズ、３０７・・・集光レンズ、３０８・・・ミラー、３１２・・・共役ミラー、４０１・・・ＢＰＦ部、４０２・・・Ａ／Ｄ変換部、４０３，１０００・・・ＤＳＰ、４０４・・・デジタル出力部、４０５・・・レーザ駆動部、５０１・・・オフセット除去部、５０２・・・頻度分布計算部、５０３・・・ピーク検出部、５０４・・・記録範囲決定部、５０５・・・変調信号生成部、７０１，８０１・・・許容変位範囲、９０１・・・最頻値、１００１・・・カウント部。

Claims (7)

1. 可干渉性の光源より出射される、記録される情報を含む情報光と該情報光と同一波長である参照光とが干渉することにより、ホログラムとして情報が記録されるホログラム記録媒体の変位を検出して変位信号を生成し、
   一定時間ごとに前記変位信号をサンプリングし、一定間隔で区切った複数の範囲のそれぞれを階級として、前記変位信号のサンプリング値が該当する階級に度数を割り当てて該サンプリング値の頻度分布情報を計算し、
   前記頻度分布情報から前記変位信号の変位の振幅範囲である許容変位範囲を決定し、
   前記ホログラム記録媒体に情報の記録を開始するときに、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲内にある場合は、前記ホログラム記録媒体に情報の記録をおこない、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲外にある場合は、前記情報光および前記参照光の少なくともどちらか一方を、前記情報が前記ホログラム記録媒体に記録されない光強度に減光または遮断する露光制御をおこなうことを特徴とするホログラム記録方法。
2. 前記頻度分布情報から前記サンプリング値の度数が最大である階級を検出して、該階級から前記変位信号の変位の中心値を示す頻度中心変位を算出することをさらに具備し、
   前記許容変位範囲を決定することは、前記頻度中心変位に正の第１値を加算して第２値を算出し、該頻度中心変位に負の該第１値を加算して第３値を算出し、該第２値と該第３値とで規定された範囲を許容変位範囲として決定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方法。
3. 前記一定時間は、前記ホログラム記録媒体に情報を記録するために必要とされる時間である必要露光時間と同一時間、または該必要露光時間より短い時間であり、
   前記許容変位範囲を決定することは、前記ホログラム記録媒体に情報の記録を開始することを示すタイミング信号を受け取った場合に、前記許容変位範囲を更新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方法。
4. 前記タイミング信号を受け取った際に前記露光制御を開始する場合に、前記ホログラム記録媒体への記録をおこなった累積時間を示す累積露光時間をカウントし、
   前記露光制御をおこなうことは、前記累積露光時間が前記必要露光時間に達した場合に、前記情報光および前記参照光の少なくともいずれか一方を、前記情報が前記ホログラム記録媒体に記録されない光強度に減光または遮断することを特徴とする請求項３に記載のホログラム記録方法。
5. 前記可干渉性の光源は、半導体レーザであり、
   前記露光制御をおこなうことは、前記半導体レーザをパルス変調するために変調信号を出力し、
   前記変調信号に応じて前記半導体レーザをパルス駆動するために電流を出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のホログラム記録方法。
6. 前記電流を出力することは、前記半導体レーザが発光する閾値電流以上のバイアス電流を重畳することを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録方法。
7. 可干渉性の光源より出射される、記録される情報を含む情報光と該情報光と同一波長である参照光とが干渉することにより、ホログラムとして情報が記録されるホログラム記録媒体の変位を検出して変位信号を生成する変位検出部と、
   一定時間ごとに前記変位信号をサンプリングし、一定間隔で区切った複数の範囲のそれぞれを階級として、前記変位信号のサンプリング値が該当する階級に度数を割り当てて該サンプリング値の頻度分布情報を計算する頻度分布計算部と、
   前記頻度分布情報から前記変位信号の変位の振幅範囲である許容変位範囲を決定する記録範囲決定部と、
   前記ホログラム記録媒体に情報の記録を開始するときに、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲内にある場合は、前記ホログラム記録媒体に情報の記録をおこない、変位信号のサンプリング値が前記許容変位範囲外にある場合は、前記情報光および前記参照光の少なくともどちらか一方を、前記情報が前記ホログラム記録媒体に記録されない光強度に減光または遮断する露光制御をおこなう露光制御部と、を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。

Images