JP2006189597A - ホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、ＳＮＲの向上を図ることのできるホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】反射型のホログラム記録媒体を用いたホログラム記録再生装置において、記録時の波長からシフトさせた波長（透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性の間の波長）のレーザ光で再生を行う。これにより、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、ＳＮＲの向上を図ることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ホログラムを用いて情報の記録再生を行うホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法に関し、特に反射型のホログラム記録媒体を用いるホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。

ホログラム記録では、変調された（データが重畳された）信号光、変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。

ホログラム記録媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録媒体に多数のホログラムを形成する場合がある。この場合、ホログラム記録媒体上の異なる箇所にホログラムを形成するとは限らず、ホログラム記録媒体の同一箇所（または、互いに重なり合う領域）にホログラムを形成することも可能である。これが、いわゆる多重記録であり、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式、コリニア方式等種々の方式が提案されている。

例えば、角度多重方式では、ホログラム記録媒体の同一箇所に参照光の入射角度を変化させてホログラムを形成する。再生時に記録時と同様の参照光を用いることで、同一箇所に形成された複数のホログラムそれぞれに対応する再生光、ひいてはデータを得ることができる。

なお、多重記録の一種である位相相関多重を用いて記憶容量の増大を図ったホログラム記録装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。） 。
特開平１１−２４２４２４号公報

反射型のホログラム記録媒体を用いた場合、透過型のホログラム記録媒体を用いた場合に比べて光学系の簡略化が期待されることや、ＣＤ，ＤＶＤなどの現在の光ディスク用のものと類似した光学系を利用できるため既存のサーボ技術を使いこなすことができるなど、様々な利点を伴う。しかしながら、反射型のホログラム記録媒体を用いた場合には、信号光と参照光との干渉による透過型ホログラム、反射した信号光と反射した参照光との干渉による透過型ホログラム、反射した信号光と参照光とによる反射型ホログラム、信号光と反射した参照光とによる反射型ホログラムの４つのホログラムが生成される。

透過型ホログラムはメディア平面方向に対して垂直に、反射型ホログラムは水平に形成されるため、フォトポリマーのような記録時に収縮などのディメンジョン変化が生じてしまうメディアにおいては、それら２つのホログラムからの出射角度がずれてしまい、これがノイズを発生させる原因となる。

また、これら２つのホログラムは選択性が異なることに起因してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が低下する。このため、反射型ホログラムからの回折光を取り除き、透過型ホログラムからのみ回折光を得ることが良好なホログラム再生を実現するために必要である。

反射型ホログラムを取り除く方法として、メディアの反射膜と記録層の間にλ／４波長板を入れて、透過してきた光と反射してきた光との偏光を９０度ずらして干渉を起こさせない方法があるが、この方法ではメディアのコストが高くなってしまうことが懸念される。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、ＳＮＲの向上を図ることのできるホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るホログラム記録再生装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、光変調素子で変調された信号光および光分岐素子で分岐された参照光を反射型のホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、ホログラム記録媒体からの再生光を検出する光検出素子と、再生時にレーザ光の波長を記録時の波長からシフトさせる波長シフト手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係るホログラム記録再生装置によれば、透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性の違いを利用して、記録時の波長からシフトさせた波長のレーザ光で再生を行うことで、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができる。

本発明に係るホログラム記録再生装置において、記録時のレーザ光の波長をλ_０、参照光の入射角をθ、ホログラム記録媒体の厚みをL、ホログラム記録媒体の屈折率をｎとすると、再生時のレーザ光の波長の記録時の波長からのシフト幅Δλを、（−λ_０ ² ／（λ_０＋２ｎＬｃｏｓθ））<Δλ<（（−λ_０ ² ｃｏｓθ）／（λ_０ｃｏｓθ＋２ｎＬｓｉｎ²θ））の条件を満足するように設定することが好ましい。

すなわち、透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性の間の波長で再生を行うことで、より確実に、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、ＳＮＲの向上を図ることができる。

本発明に係るホログラム記録再生装置は、波長のシフト量に対応して光検出素子が空間的にずらして配置されていることにも特徴がある。これにより、光の波長をシフトさせることに起因して生じる光検出素子上での像の位置ずれを防止できる。

本発明に係るホログラム記録再生装置は、波長のシフト量に対応して光検出素子のピクセル数のマージンが設定されていることにも特徴がある。これにより、光の波長をシフトさせても光検出素子で再生光をすべて検出することができる。

さらに、本発明に係るホログラム記録再生装置は、参照光の角度を変化させる機能を備えたホログラム記録再生装置であって、再生時にホログラム記録媒体への光の入射角度に対応して光検出素子を移動させる手段をさらに具備するものであってもよい。これにより、角度多重方式において、波長をシフトさせることに起因して生じる、光の入射角度ごとの光検出素子上での像の位置ずれを防止できる。

以上のように、本発明によれば、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、ＳＮＲの向上を図ることのできるホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、反射型のホログラム記録媒体とこのホログラム記録媒体に対する参照光および信号光の入射の形態を示す図である。同図に示すように、反射型のホログラム記録媒体１は、前面基板２、ホログラム記録層３、反射膜４、後面基板５からなる。前面基板２と後面基板５は保護層としてホログラム記録媒体１の両外面に配置されている。ホログラム記録層３および反射膜４は前面基板２と後面基板５との間に配置され、ホログラム記録層３の後面側に反射膜４が貼り付けられている。この例では、信号光６と参照光７がホログラム記録媒体１に対して前面基板２の側から入射し、参照光７は信号光６の両側から２本入射する場合の形態を示している。

このような反射型のホログラム記録媒体１においては、以下の組み合わせによる複数のホログラムの記録が予想される。

a．信号光の透過成分と参照光の透過成分による透過型ホログラム
b．信号光の反射成分と参照光の反射成分による透過型ホログラム
c．信号光の反射成分と参照光の透過成分による反射型ホログラム
d．信号光の透過成分と参照光の反射成分による反射型ホログラム
すなわち、これらのホログラムからの回折光の足し合わせによって信号が再生される。

このような現象は、図２に示すように、信号光６の周りを取り囲むように参照光７を入射するコリニア方式においても同様に現れる。

透過型ホログラムはメディア平面方向に対して垂直に、反射型ホログラムは水平に形成されるため、フォトポリマーのような記録時に収縮などのディメンジョン変化が生じてしまうメディアにおいては、それら２つのホログラムからの出射角度がずれてしまい、これがノイズを発生させる原因となる。

また、これら２つのホログラムは選択性が異なることに起因してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が低下する。このため、反射型ホログラムからの回折光を取り除き、透過型ホログラムからのみ回折光を得ることが良好なホログラム再生を実現するために必要である。

図３に透過型ホログラムと反射型ホログラムを同時に記録した時の再生光の角度分布を示す。同図において、実線は透過型ホログラムからのみの再生光を、点線は反射型ホログラムと透過型ホログラムの両方からの再生光を示す。両方で再生したときにはメインのピークの横に小さなピークが出ており、この部分が反射型ホログラムからの回折光となる。このように再生光の角度が透過型ホログラムと反射型ホログラムとで異なる時には、図４に示すように、同じ情報が各々のホログラムから回折されたとしても、ＣＣＤカメラ上で両方の像どうしの位置ずれが生じてしまい、ノイズが発生してしまう。

透過型ホログラムと反射型ホログラムの特徴の違いとして、波長に対する選択性が異なることを利用して反射型ホログラムを除去する方式を示す。

一般的に透過型ホログラムに比べて反射型ホログラムは波長選択性が非常に厳しい。図５に４０７［ｎｍ］の波長でホログラムを記録して、再生時に波長をずらしていった時の回折効率の変化を示す。透過型ホログラムに関しては±２−３［ｎｍ］シフトさせると回折効率が０に近くなるが、透過型ホログラムに関しては０．２−０．３［ｎｍ］程度で回折効率が０となる。つまりこの結果のホログラム記録再生装置においては、再生時に常に記録時の波長から０．２−０．３［ｎｍ］シフトさせれば、実質反射型ホログラムからの回折光は発生せずに透過型ホログラムからの回折光のみ発生することがわかる。しかし２−３［ｎｍ］以上波長をシフトさせてしまうと透過型ホログラムからの回折光も同様に回折されなくなってしまうために、透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性の間の波長（透過型ホログラムは再生可能で反射型ホログラムは再生不可能）で再生を行う必要がある。

シフトさせる波長範囲を式で示す。

過型ホログラム、反射型ホログラムおのおのについて記録に用いる波長をλ_０、参照光の入射角をθ、メディア厚みをL、メディアの屈折率をnとすると、透過型ホログラム、反射型ホログラムの各々について回折光が最初に０に達するまでの波長シフト幅Δλ_T、Δλ_Rはそれぞれ以下のように表される。
・透過型ホログラムの波長選択性
Δλ_T＝−λ_０ ² ／（λ_０ｃｏｓθ＋２ｎＬｓｉｎ²θ）
・反射型ホログラムの波長選択性
Δλ_R＝−λ_０ ² ｃｏｓθ／（λ_０ｃｏｓθ＋２ｎＬｓｉｎ²θ）
よって反射型ホログラムからの回折光のみを除くための波長シフト幅Δλは、Δλ_R<Δλ<Δλ_T を満たす必要がある。

だし、波長シフト幅がΔλ_Tに近くなると透過型ホログラムからの回折光の減衰も大きくなり、また透過型ホログラムの回折が角度ずれを起こすため、できるだけΔλ_R に近い波長シフトにする必要がある。

上記Δλの分だけ波長をずらすことによって反射型ホログラムを再生せずに透過型ホログラムのみで再生することが可能となるが、波長をシフトさせることによって透過型ホログラムにも以下の２つの影響を及ぼす。

１つ目は回折効率の減衰で、これは透過型ホログラムにおいては反射型ホログラムよりもかなり減衰度は低い。よってこの効果については大きな問題とはならない。

２つ目は再生波長がずれることによってブラッグの回折条件からのずれが生じ、回折角度がずれてしまうことである。ここで波長ずれをΔλ、元の読み出し角度（ブラッグの回折条件と合った時の角度）をθ_Bとするとメディア外でのビ−ムの角度ずれは、以下のようになる 。
もかなり減衰度は低い。よってこの効果については大きな問題とはならない。

フ−リエ光学系においては、この角度ずれは実像面（ＣＣＤカメラ上）での位置ずれとなる。そこで、波長のシフト量に対応してＣＣＤカメラの位置を空間的にずらして配置する。これにより、光の波長をシフトさせたときに生じるＣＣＤカメラの撮像領域での像の位置ずれを防止できる。また、波長のシフト量に対応して、ＣＣＤカメラの撮像領域（光検出素子のピクセル数）に必要なマージンを確保することも有効である。これにより、光の波長をシフトしてもＣＣＤカメラで再生光をすべて検出することができる。

次に、本発明の第１の実施形態にかかるホログラム記録再生装置について説明する。

図６は、コリニア方式のホログラム記録再生装置の光学ユニットの構成を示す図である。

同図に示すように、このコリニア方式のホログラム記録装置の光学ユニット１００は、記録再生用光源２１，コリメ−トレンズ２２，アイソレ−タ２３，メカニカルシャッタ−２５，半波長板２７，偏光ビ−ムスプリッタ２８，１／２波長板２９，偏光ビ−ムスプリッタ３０，１／４波長板３１，リレ−レンズ３２，ピンホ−ル３３，ダイクロイックミラ−３４，対物レンズ３５，サーボ用駆動ユニット３６，ピンホ−ル５５，反射型液晶４０，倍率調整用レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２，サーボ用光源４３，コリメ−トレンズ４４、グレ−ティング４５，ビ−ムスプリッタ４６，集光用レンズ４７，シリンドリカルレンズ４８，受光素子４９を有する。

記録再生用光源２１は、出射光の波長を可変することのできるレーザ光源であり、レーザ素子としては、例えば、波長４０５［ｎｍ］のレーザダイオード（ＬＤ）や、波長５３２［ｎｍ］のＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。

コリメートレンズ２２は、記録再生用光源２１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

アイソレ−タ２３は、戻り光を防ぐための光学素子である。

メカニカルシャッタ−２５は、ビームの開閉を行う光学素子である。半波長板２７は、光の強度を調節する光学素子である。偏光ビ−ムスプリッタ２８は、半波長板２７を通過した光のｐ偏光成分のみを空間光変調器としての反射型液晶４０に入射し、反射型液晶４０からの戻り光を反射する光学素子である。

１／２波長板２９は、偏光ビ−ムスプリッタ２８を反射した光をｐ偏光に戻すための光学素子である。

偏光ビ−ムスプリッタ３０は、１／２波長板２９から入射した光を透過し、ホログラム記録媒体１で反射されて１／２波長板３１から戻ってきた光（再生光）を反射するための光学素子である。

１／４波長板３１は、偏光ビ−ムスプリッタ３０より入射した光を円偏光にするための光学素子である。

リレ−レンズ３２は、空間光変調器としての反射型液晶４０上で与えられたイメージパターンを対物レンズ３５の前焦点面に伝播するための光学素子である。

ピンホ−ル３３は、信号光のビーム径を絞って液晶からの高次の回折光をカットするための光学素子である。

ダイクロイックミラ−３４は、記録再生に用いる光（記録再生用光源２１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源４３からのレーザ光）とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー３４は、記録再生用光源２１とサーボ用光源４３とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源２１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源４３からのサーボ光を反射する。

対物レンズ３５は、信号光および参照光の双方をホログラム記録媒体１に集光するための光学素子である。

サーボ駆動ユニット３６は、受光素子４９からのトラッキングエラ−信号およびフォ−カスエラ−信号により対物レンズ３５を２軸方向に駆動することによって、トラッキング制御およびフォ−カス制御を行うための駆動機構であり、各々の軸方向に対物レンズ３５を駆動するためのコイル３６Ａ，３６Ｂを有する。

反射型液晶４０は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、デ−タを重畳する空間光変調器である。空間光変調器としては、反射型液晶のほか、ＤＭＤ（Digital Micro Mirror）や、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。

倍率調整用レンズ４１は、偏光ビ−ムスプリッタ３０で反射して入射した再生光の倍率をＣＣＤカメラ４２のピクセルサイズとあわせるように調整するための光学素子である。尚、空間光変調器としての反射型液晶４０とＣＣＤカメラ４２のピクセルマッチングの倍率は空間光変調器上の1ピクセルをＣＣＤカメラ４２の１ピクセルで受けても良いし、４ピクセル又はそれ以上にオーバーサンプリングさせてもよい。

ＣＣＤカメラ４２は、再生光の画像を入力するための素子である。

サーボ用光源４３は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源２１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源４３は、例えば、レーザダイオードであり、発振波長としてホログラム記録媒体１に対して感度が小さい、例えば、６５０［ｎｍ］を使用する。コリメ−トレンズ４４は、サーボ用光源４３から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

グレ−ティング４５は、コリメートレンズ４４から出射されたレーザ光を３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。サーボ制御のためにレーザ光の分割が行われる。

ビ−ムスプリッタ４６は、グレーティング４５から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。

集光用レンズ４７は、ビームスプリッタ４６からの戻り光を受光素子４９に集光するための光学素子である。

シリンドリカルレンズ４８は、集光用レンズ４７から出射されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。

受光素子４９は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を出力するための素子、例えば、ＣＣＤである。

ホログラム記録媒体１は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ホログラム記録媒体１が移動することから、ホログラム記録媒体１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

ホログラム記録媒体１は、保護層５０，記録層５１，グル−ブ５２，反射層５３を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。ここで、保護層５０は、記録層５１を外界から保護するための層である。記録層５１は、干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマ−を用いることができる。光重合型フォトポリマ−は、その初期状態では、モノマ−がマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマ−が重合する。なお、ポリマ−化するにつれて周囲からモノマ−が移動してモノマ−の濃度が場所によって変化する。以上のように、記録層５１の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録媒体１に記録できる。

次に、このホログラム記録再生装置の動作を説明する。

記録再生用光源２１から照射された波長λの光線は、コリメ−トレンズ２２によって平行光になり、戻り光を防ぐためにアイソレ−タ２３を通す。その後、半波長板２４によって強度が調節され、偏光ビ−ムスプリッタ２８を通じてｐ偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶４０に入射される。

ここで、反射型液晶４０には、参照光のデ−タ領域が信号光のデ−タ領域の回りを囲んだパタ−ンが投影される。この実施形態では、信号光と参照光とを同一光路を伝播させる場合を示しているが、逆に信号光のデ−タ領域が参照光のデ−タ領域の回りを囲んだパタ−ンであってもよい。また信号光のパタ−ンの両脇から参照光を入射するというパタ−ンでもかまわない。

反射型液晶４０によって変調された光は、偏光が９０°回転するために偏光ビ−ムスプリッタ２８を反射する。偏光ビ−ムスプリッタ２８を反射した光は、１／２波長板２９によって再びｐ偏光に戻され、偏光ビ−ムスプリッタ３０を透過し、１／４波長板３１によって円偏光となって、リレ−レンズ３２を伝播される。このときピンホ−ル３３により、液晶からの高次の回折光がカットされる。

続いて、光はダイクロイックミラ−３４を通過する。ダイクロイックミラ−３４を通過した光は、対物レンズ３５によって集光されてホログラム記録媒体１に入射する。その結果、ホログラム記録媒体１上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶４０によって空間変調された情報がホログラム記録媒体１上にホログラムとして記録される。

ここで参照光のパタ−ンは、ある強度に変調されたものであり、そのパタ−ンがメディア１内でスペックルを発生させ、そのスペックルの一致した部分のみから再生光が発生するために、スペックルサイズに依存した非常に細かいシフトピッチでの多重記録が可能となる。

再生時には、記録再生用光源２１から、記録時に用いた波長λから上記条件を満たす値Δλだけずらした波長の光を照射する。反射型液晶４０上で、参照光に相当するパタ−ンのみを表示させ、その参照光成分のみをホログラム記録媒体１に入射させる。これにより、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ３５を通り、ダイクロイックミラ−３４を透過してリレ−レンズ３２を通る。リレ−レンズ３２を通る途中でピンホ−ル３３によってノイズがカットされる。その後、再生光は１／４波長板３１によってｓ偏光になり、偏光ビ−ムスプリッタ３０で反射されて、倍率調整用レンズ４１にて倍率が調整され、ＣＣＤカメラ４２で、反射型液晶４０での空間的な２次元デ−タに対応する電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ４２からの出力は、図示しない信号処理部によって２値化され、時系列２値化デ−タに変換される。

ＣＣＤカメラ４２は、光の波長をシフトさせたときに生じる位置ずれの分だけ最初からずらした位置に設置されている。多重記録されたホログラム間では位置ずれ量は同じなのでＣＣＤカメラ４２は固定しておくことができる。これにより、光の波長をシフトさせたときに生じるＣＣＤカメラ４２上での像の位置ずれが防止される。

一方、サーボ用光源４３は、トラッキングサーボ、フォ−カスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源２１とは波長の異なるレ−ザ光を出射する。サーボ用光源４３より照射されたサーボ用の光は、コリメ−トレンズ４４によって平行光に変換され、グレ−ティング４５にて３つのビ−ムに分割される。グレ−ティング４５から出射されたレ−ザ光は、ビ−ムスプリッタ４６を透過してダイクロイックミラ−３４に達し、ダイクロイックミラ−３４にて記録再生用の光と同一の光路に乗せられ、対物レンズ３５によりホログラム記録媒体１に入射される。

ホログラム記録媒体１から反射したサーボ光は、対物レンズ３５を通してダイクロイックミラ−３４に戻り、ここで反射されてビ−ムスプリッタ４６に戻る。戻りサーボ光はビ−ムスプリッタ４６で反射されて集光用レンズ４７に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ４８にてビ−ム形状が円形から楕円形に変換されて受光素子４９にて受光される。受光素子４９からは、戻り光に対してトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラ−信号、フォ−カスサーボ制御のためのフォ−カスエラ−信号などが出力される。

次に、本発明の第２の実施形態にかかるホログラム記録再生装置について説明する。

図７は、角度多重方式のホログラム記録再生装置の光学ユニットの構成を示す図である。

このホログラム記録装置の光学ユニット２００は、記録再生用光源２１，コリメ−トレンズ２２，アイソレ−タ２３，１／２波長板２４，メカニカルシャッタ−２５，偏光ビ−ムスプリッタ２６，半波長板２７，偏光ビ−ムスプリッタ２８，１／２波長板２９，偏光ビ−ムスプリッタ３０，１／２波長板３１，リレ−レンズ３２，ピンホ−ル３３，ダイクロイックミラ−３４，対物レンズ３５，サーボ用駆動ユニット３６，参照光用の１／２波長板３７，参照光用のピンホ−ル３８，ガルバノミラ−３９，反射型液晶４０，倍率調整用レンズ４１，ＣＣＤカメラ４２，サーボ用光源４３，コリメ−トレンズ４４、グレ−ティング４５，ビ−ムスプリッタ４６，集光用レンズ４７，シリンドリカルレンズ４８，受光素子４９を有する。

記録再生用光源２１は、出射光の波長を可変することのできるレーザ光源であり、レーザ素子としては、例えば、波長４０５［ｎｍ］のレーザダイオード（ＬＤ）や、波長５３２［ｎｍ］のＮｄ−ＹＡＧレーザを用いることができる。

コリメートレンズ２２は、記録再生用光源２１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

アイソレ−タ２３は、戻り光を防ぐための光学素子である。

半波長板２４は、アイソレ−タ２３より入射したｐ偏光とｓ偏光との割合を調節する光学素子である。

メカニカルシャッタ−２５は、ビームの開閉を行う光学素子である。
偏光ビ−ムスプリッタ２６は、光をｐ波の信号光ライン６１とｓ波の参照光ライン６２とに分割する光学素子である。

１／２波長板２７は、光の強度を調節する光学素子である。

偏光ビ−ムスプリッタ２８は、１／２波長板２７を通過した光のｐ偏光成分のみを空間光変調器としての反射型液晶４０に入射し、反射型液晶４０からの戻り光を反射する光学素子である。

１／２波長板２９は、偏光ビ−ムスプリッタ２８を反射した光をｐ偏光に戻すための光学素子である。

偏光ビ−ムスプリッタ３０は、１／２波長板２９から入射した光を透過し、ホログラム記録媒体１で反射されて１／２波長板３１から戻ってきた光（再生光）を反射するための光学素子である。

１／２波長板３１は、偏光ビ−ムスプリッタ３０より入射した光をそのまま透過する光学素子である。

リレ−レンズ３２は、空間光変調器としての反射型液晶４０上で与えられたイメージパターンを対物レンズ３５の前焦点面に伝播するための光学素子である。

ピンホ−ル３３は、信号光のビーム径を絞って液晶からの高次の回折光をカットするための光学素子である。

ダイクロイックミラ−３４は、記録再生に用いる光（記録再生用光源２１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源４３からのレーザ光）とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー３４は、記録再生用光源２１とサーボ用光源４３とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源２１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源４３からのサーボ光を反射する。

対物レンズ３５は、信号光および参照光の双方をホログラム記録媒体１に集光するための光学素子である。

サーボ駆動ユニット３６は、受光素子４９からのトラッキングエラ−信号およびフォ−カスエラ−信号により対物レンズ３５を２軸方向に駆動することによって、トラッキング制御およびフォ−カス制御を行うための駆動機構であり、各々の軸方向に対物レンズ３５を駆動するためのコイル３６Ａ，３６Ｂを有する。

参照光用の１／２波長板３７は、偏光ビ−ムスプリッタ２６によって分離された参照光をｐ偏光に戻すための光学素子である。

参照光用のピンホ−ル３８は、参照光用の１／２波長板３７によってｐ偏光に戻された参照光のビ−ム径を調節する光学素子である。

ガルバノミラ−３９は、ホログラム記録媒体１への参照光の入射角度を変調するためのミラーである。

反射型液晶４０は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、デ−タを重畳する空間光変調器である。空間光変調器としては、反射型液晶のほか、ＤＭＤや、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。

倍率調整用レンズ４１は、偏光ビ−ムスプリッタ３０で反射して入射した再生光の倍率を調整するための光学素子である。

ＣＣＤカメラ４２は、再生光の画像を入力するための素子である。

サーボ用光源４３は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源２１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源４３は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてホログラム記録媒体１に対して感度が小さい、例えば、６５０［ｎｍ］の波長のものを使用する。コリメ−トレンズ４４は、サーボ用光源４３から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

グレ−ティング４５は、コリメートレンズ４４から出射されたレーザ光を３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。サーボ制御のためにレーザ光の分割が行われる。

ビ−ムスプリッタ４６は、グレーティング４５から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。

集光用レンズ４７は、ビームスプリッタ４６からの戻り光を受光素子４９に集光するための光学素子である。

シリンドリカルレンズ４８は、集光用レンズ４７から出射されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。

受光素子４９は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を出力するための素子、例えば、ＣＣＤである。

ホログラム記録媒体１は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ホログラム記録媒体１が移動することから、ホログラム記録媒体１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

ホログラム記録媒体１は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ホログラム記録媒体１が回転することから、ホログラム記録媒体１上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。

次に、この角度多重方式のホログラム記録装置の動作を説明する。

記録再生用光源２１から照射された波長λの光線は、コリメ−トレンズ２２によって平行光になり、戻り光を防ぐためにアイソレ−タ２３を通す。その後、１／２波長板２４によってｐ偏光とｓ偏光の割合が調節され、偏光ビ−ムスプリッタ２６によってｐ波の信号光ライン６１とｓ波の参照光ライン６２とに分割される。

信号光は１／２波長板２７によって強度が調節され、偏光ビ−ムスプリッタ２８を通じてｐ偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶４０に入射される。反射型液晶４０によって変調された光は、偏光が９０°回転するために偏光ビ−ムスプリッタ２８にて反射する。偏光ビ−ムスプリッタ２８を反射した光は、１／２波長板２９によって再びｐ偏光に戻され、偏光ビ−ムスプリッタ３０を透過して１／２波長板３１に入る。この１／２波長板３１は偏光方向を変えないような回転角になっており、入射してきたｐ偏光をそのまま透過する。その後リレ−レンズ３２を伝播される。このときピンホ−ル３３により、液晶からの高次の回折光がカットされる。

続いて、信号光はダイクロイックミラ−３４を通過する。ダイクロイックミラ−３４を通過した光は、対物レンズ３５によって集光されてホログラム記録媒体１に入射する。

一方、偏光ビ−ムスプリッタ２６によって分離された参照光は、１／２波長板３７によってｐ偏光に戻され、ピンホ−ル３８によってビ−ム径を調節され、ガルバノミラ−３９とその後のリレーレンズ対によってメディアへの入射角が変調されて、信号光と干渉するようにホログラム記録媒体１の同一個所に入射される。その結果、ホログラム記録媒体１上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶４０によって空間変調された情報がホログラム記録媒体１上にホログラムとして記録される。

ここで、角度多重を行う場合には、ガルバノミラ−３９の角度を変えることによってホログラム記録媒体１への入射角度が変わり、角度多重記録を行うことが可能となる。

再生時には記録再生用光源２１から、記録時に用いた波長λから上記条件を満たす値Δλだけずらした波長の光を照射する。このとき信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録媒体１に入射させる。このとき、参照光の入射角度を記録時と同じにすることにより、同様の角度で参照光が入射されたときにホログラム記録媒体１に記録された信号が再生される。

ホログラム記録媒体１に参照光が入射すると、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ３５を通り、ダイクロイックミラ−３４を透過してリレ−レンズ３２を通る。リレ−レンズ３２を通る途中でピンホ−ル３３によってノイズがカットされる。その後、再生光は１／２波長板３１に入る。１／２波長板３１は記録時とは異なり偏光方向を９０度回転させてｐ偏光をｓ偏光にする。ｓ偏光は偏光ビ−ムスプリッタ３０で反射されて、倍率調整用レンズ４１にて倍率が調整され、ＣＣＤカメラ４２で、反射型液晶４０での空間的な２次元デ−タに対応する電気信号に変換される。ＣＣＤカメラ４２からの出力は、図示しない信号処理部によって２値化され、時系列２値化デ−タに変換される。

ここで注意すべきなのは、角度多重方式では参照光の入射角を変化させているため、回折格子の間隔が各入射角によって異なることである。よって光の波長をシフトさせることによる影響の度合いも変わるため、ＣＣＤカメラ４２上での像の位置ずれの量も変わってくる。そこで、このＣＣＤカメラ４２上での像の位置ずれ量を各参照光の入射角によって定量化しておき、記録再生時の参照光の入射角度に応じてＣＣＤカメラ４２のシフト量を変化させる。これにより、角度多重方式において、波長をシフトさせることに起因して生じる、光の入射角度ごとのＣＣＤカメラ４２上での像の位置ずれを防止できる。

以上説明した実施形態のホログラム記録再生装置によれば、記録時の波長からシフトさせた波長（透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性の間の波長）の光で再生を行うことで、反射型ホログラムからの回折光の発生を防止し、透過型ホログラムからの回折光のみを得ることができ、この結果、ＳＮＲを向上させることができる。
次に、出射光の波長を可変することのできるレーザ光源装置の例を示す。

図８はこのレーザ光源装置を表す模式図である。同図に示すように、レーザ光源装置１００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及びアイソレータ１０６を備える。

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により発光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、シングルモードとなる。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。つまり、このレーザ光源装置１００は、基本的にはＬｉｔｔｒｏｗ型外部共振器レーザである。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を透過する。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装置１００では、回折格子１０３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のものを利用してもよい。

反射型のホログラム記録媒体とこのホログラム記録媒体に対する参照光および信号光の入射の形態を示す図である。 コリニア方式のホログラム記録媒体に対する参照光および信号光の入射の形態を示す図である。 透過型ホログラムと反射型ホログラムを同時に記録した時の再生光の角度分布を示すグラフである。 再生光の角度が透過型ホログラムと反射型ホログラムとで異なる場合のＣＣＤカメラ上での像の位置ずれの様子を示す図である。 透過型ホログラムと反射型ホログラムの波長選択性を示すグラフである。 角度多重方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。 コリニア方式での垂直複屈折の影響を説明するための図である。 波長可変レーザ光源装置の例を示す図である。

符号の説明

１ ホログラム記録媒体
６ 信号光
７ 参照光
２１ 記録再生用光源
２２ コリメ−トレンズ
２３ アイソレ−タ
２４ １／２波長板
２５ メカニカルシャッタ−
２６ 偏光ビ−ムスプリッタ
２７ 半波長板
２８ 偏光ビ−ムスプリッタ
２９ １／２波長板
３０ 偏光ビ−ムスプリッタ
３１ １／４波長板
３２ リレ−レンズ
３３ ピンホ−ル
３４ ダイクロイックミラ−
３５ 対物レンズ
３７ １／２波長板
３８ ピンホ−ル
３９ ガルバノミラ−
４０ 反射型液晶
４１ 倍率調整用レンズ
４２ ＣＣＤカメラ
１００，２００ 光学ユニット

Claims (8)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光を反射型のホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体からの再生光を検出する光検出素子と、
   再生時に前記レーザ光の波長を記録時の波長からシフトさせる波長シフト手段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。
2. 記録時のレーザ光の波長をλ_０、参照光の入射角をθ、ホログラム記録媒体の厚みをL、前記ホログラム記録媒体の屈折率をｎとすると、再生時の前記レーザ光の波長の前記記録時の波長からのシフト幅Δλが、
   （−λ_０ ² ／（λ_０＋２ｎＬｃｏｓθ））<Δλ<（（−λ_０ ² ｃｏｓθ）／（λ_０ｃｏｓθ＋２ｎＬｓｉｎ²θ））
   の条件を満足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。
3. 前記波長のシフト量に対応して前記光検出素子が空間的にずらして配置されて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。
4. 前記波長のシフト量に対応して前記光検出素子のピクセル数のマージンが設定されて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. 参照光の角度を変化させる機能を備えたホログラム記録再生装置であって、再生時にホログラム記録媒体への光の入射角度に対応して光検出素子を移動させる手段をさらに具備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。
6. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光を反射型のホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体からの再生光を検出する光検出素子とを設けておき、
   記録時の波長からシフトさせた波長のレーザ光で再生を行うことを特徴とするホログラム記録再生方法。
7. 記録時のレーザ光の波長をλ_０、参照光の入射角をθ、ホログラム記録媒体の厚みをL、前記ホログラム記録媒体の屈折率をｎとすると、再生時の前記レーザ光の波長の前記記録時の波長からのシフト幅Δλが、
   （−λ_０ ² ／（λ_０＋２ｎＬｃｏｓθ））<Δλ<（（−λ_０ ² ｃｏｓθ）／（λ_０ｃｏｓθ＋２ｎＬｓｉｎ²θ））
   の条件を満足す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方法。
8. 角度多重記録のホログラム記録媒体を再生するとき、前記ホログラム記録媒体に対する光の入射角度に対応して前記光検出素子を移動させ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方法。

Images